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基于日干旱指数的青藏高原1979-2020年干湿变化特征分析

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高原气象 2023年第4期42卷 870-886页

作者：张霞段建平马柱国中国科学院大气物理研究所东亚区域气候—环境重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

青藏高原是对全球气候变化响应最为敏感的地区之一,在区域水循环中扮演着重要角色。尽管目前关于青藏高原气候干湿变化已有大量研究,但大多是基于月干旱指数,对月以下时间尺度干湿变化的研究还相对较少,不利于对更短时间尺度干湿变化的... 详细信息

青藏高原是对全球气候变化响应最为敏感的地区之一,在区域水循环中扮演着重要角色。尽管目前关于青藏高原气候干湿变化已有大量研究,但大多是基于月干旱指数,对月以下时间尺度干湿变化的研究还相对较少,不利于对更短时间尺度干湿变化的认识。本文使用日干旱指数,即日蒸散发差指数DEDI(Daily Evapotranspiration Deficit Index),基于ERA5再分析数据分析了1979-2020年青藏高原的干湿变化,尤其是不同强度干湿类型(特旱、重旱、中旱、轻旱、特湿、重湿、中湿和轻湿)发生日数的季节差异。结果表明:(1)青藏高原1979-2020年的干湿变化具有较为明显的年代际转换特征,大部分地区呈现出干旱-湿润-干旱-湿润的年代际变化特征。(2)过去40多年间,春季和冬季发生的4种强度干旱类型呈增加趋势,夏季4种强度干旱类型呈减小趋势,秋季特旱、重旱和中旱呈增加趋势,轻旱呈减小趋势。与干旱发生日数的变化趋势基本相反,春、秋和冬季特湿呈增加趋势,重湿、中湿和轻湿呈减小趋势,夏季4种强度湿润类型呈增加趋势。相比其他季节,夏(冬)季4种强度的湿润(干旱)发生日数增加趋势最为显著,即夏季和冬季分别具有最强的湿润和干旱化趋势。此外,对于任何季节,极端情况的干旱和湿润类型发生日数都远少于其他强度的干湿类型,中等和轻度情况的干旱和湿润最为频繁发生且发生日数比较接近。

关键词：日干旱指数实际蒸散发潜在蒸散发干湿变化季节差异青藏高原

基于蒸散发构建的日干旱指数及其对区域干旱事件的表征分析

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中国科学：地球科学 2022年第3期52卷 540-558页

作者：张霞段亚雯段建平蹇东南马柱国中国科学院大气物理研究所东亚区域气候-环境重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

增温背景下,频发的干旱事件已对工农业生产和人民生活造成了巨大损失,旱情的监测和预报日益受到重视.然而,目前用于干旱研究的干旱指数绝大部分是针对月以上的时间尺度,适用于干旱监测和预报的日干旱指数相对稀缺,不利于对干旱监测和预... 详细信息

增温背景下,频发的干旱事件已对工农业生产和人民生活造成了巨大损失,旱情的监测和预报日益受到重视.然而,目前用于干旱研究的干旱指数绝大部分是针对月以上的时间尺度,适用于干旱监测和预报的日干旱指数相对稀缺,不利于对干旱监测和预报准确率的改进以及对现有日干旱指数的评估.文章利用气象站实测数据和ERA5高分辨率再分析资料,基于实际蒸散发和潜在蒸散发构建了一个新的日干旱指数——日蒸散发差指数(Daily Evapotranspiration Deficit Index,DEDI),并使用该指数分析了2019年春夏季发生在中国西南、华北、东北和西北东部地区的四个干旱事件的时空演变特征.通过与气象干旱综合指数和标准化降水蒸散发指数对比,系统地评估了DEDI对重大干旱事件旱情信号的表征能力.结果表明,DEDI较好地表征了2019年西南、华北、东北和西北东部地区四个不同强度干旱事件的时空演变过程,并在刻画旱情的起止时间及强度的多峰值方面更具优势.此外,DEDI还考虑了植被等下垫面条件,在气象甚至农业干旱监测和预警方面具有一定的应用潜力.

关键词：实际蒸散发潜在蒸散发日干旱指数气象干旱干旱事件

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中国东部气溶胶光学厚度季节变化的数值模拟

遥感学报 2016年第2期20卷 205-215页

作者：李嘉伟韩志伟中国科学院大气物理研究所东亚区域气候-环境重点实验室北京100029

气候模式对气溶胶光学厚度AOD的合理模拟,是模拟研究气溶胶气候效应的前提。利用在线耦合的区域气候—大气化学—气溶胶耦合模式系统RIEMS-Chem,模拟研究了2010年中国东部地区AOD的季节变化情况。模拟结果与卫星搭载的中分辨率成像光谱... 详细信息

气候模式对气溶胶光学厚度AOD的合理模拟,是模拟研究气溶胶气候效应的前提。利用在线耦合的区域气候—大气化学—气溶胶耦合模式系统RIEMS-Chem,模拟研究了2010年中国东部地区AOD的季节变化情况。模拟结果与卫星搭载的中分辨率成像光谱仪(MODIS)的反演资料和地基气溶胶观测网(AERONET)的站点观测资料分别进行了一年四季的详细对比,检验结果显示尽管模拟值有所低估,模式仍然能够合理地反映AOD的季节变化情况和空间分布特征,与AERONET站点观测值相比,整体相关系数为0.6。MODIS反演和相应模拟结果均显示,中国东部地区AOD整体水平夏季最大,春季次之,秋、冬季最小,华北平原、四川盆地和华中地区是AOD的主要大值区。只考虑日间AOD时,其季节分布特征略有不同,在华北平原地区,日间AOD夏季最大(1.1—1.5),在长江中下游流域地区,日间AOD则在春季最大(1.1—1.7);在中国东部,日间AOD的大值在夏、冬两季分别主要分布在长江以北、以南地区,而在春、秋两季则主要位于长江中下游流域。

关键词：在线耦合区域模式气溶胶光学厚度AOD 季节变化中国东部 MODIS AERONET

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中国地区春霜冻的变化趋势和未来情景预估

气候与环境研究 2022年第1期27卷 50-62页

作者：钟洋洋钱诚中国科学院大气物理研究所中国科学院东亚区域气候—环境重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

春季的霜冻事件是北半球温带地区与农业相关的最严重的极端事件之一。在气候变化背景下,探究整个中国地区春霜冻的变化趋势和未来可能变化有利于增进人们对春霜冻的认识,对我国未来农业结构调整有一定的参考价值。本文采用不易受离群值... 详细信息

春季的霜冻事件是北半球温带地区与农业相关的最严重的极端事件之一。在气候变化背景下,探究整个中国地区春霜冻的变化趋势和未来可能变化有利于增进人们对春霜冻的认识,对我国未来农业结构调整有一定的参考价值。本文采用不易受离群值影响且考虑了自相关的非参数方法,在分析1960~2020年观测资料的基础上,利用24个耦合模式比较计划第6阶段(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)模式模拟的中等辐射强迫(SSP2-4.5)情景下的逐日最低温数据,在评估模式模拟性能后对中国地区未来(2021~2100年)的春霜冻日数、终霜日的变化趋势的空间分布特征以及与1991~2020年气候态相比的全国平均的距平序列进行了分析。结果表明:1)1960~2020年,全国约60.3%站点的春霜冻日数呈现显著减少趋势[-3.5~0 d(10 a)^(-1)],40%站点的终霜日呈显著提前趋势[-4.3~0 d(10 a)^(-1)];全国平均的春霜冻日数呈^(-1).3 d(10 a)^(-1)的显著减少趋势,终霜日则呈^(-1).7 d(10 a)^(-1)的显著提前趋势。2)2021~2100年,预估我国大部分地区的春霜冻日数均呈现显著减少趋势[^(-1).6~0 d(10 a)^(-1)],终霜日则呈显著提前趋势[^(-1).4~0 d(10 a)^(-1)];全国平均的春霜冻日数呈现-0.8 d(10 a)^(-1)的显著减少趋势,终霜日呈现-0.8 d(10 a)^(-1)的显著提前趋势。

关键词：春霜冻日数终霜日 CMIP6 模式 SSP2-4.5 情景趋势分析

基于均一化数据的1960—2021年中国蒸发皿蒸发量时空变化特征

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气象学报 2023年第3期81卷 478-491页

作者：秦鹏飞赵天保曹建荣李珍聊城大学地理与环境学院聊城252000 中国科学院大气物理研究所东亚区域气候-环境重点实验室北京100029

基于序列均一性多元分析(MASH)和Climatol均一化方法,对1960—2021年中国573个气象站逐月蒸发皿蒸发量(PE)观测数据进行非均一化检验与订正,通过对比两种方法检测到的非均一性台站数、断点数、订正幅度等,定量评估均一化结果的不确定性... 详细信息

基于序列均一性多元分析(MASH)和Climatol均一化方法,对1960—2021年中国573个气象站逐月蒸发皿蒸发量(PE)观测数据进行非均一化检验与订正,通过对比两种方法检测到的非均一性台站数、断点数、订正幅度等,定量评估均一化结果的不确定性。基于等权重集合均一化逐月蒸发皿蒸发量序列数据集揭示了近60年中国年、季节蒸发皿蒸发量的时、空演变特征。结果表明:MASH和Climatol均能有效检测出逐月序列中的非均一性断点,前者检测到的非均一性台站数较少、断点数较多但订正幅度较小。集合均一化序列表明:1960—2021年中国平均的冬、秋季蒸发皿蒸发量增大速率分别为0.27和1.10 mm/(10 a),春、夏季和全年的下降速率分别为8.38、9.83和16.83 mm/(10 a)。订正后蒸发皿蒸发量在春、夏季和全年大部分观测站呈下降趋势,分别占81.7%、80.8%和80.3%,冬、秋季多呈上升趋势,分别占57.1%和60.4%。冬季在东北、青藏高原东部、华南、西南(云南除外)地区呈上升趋势;春季除华东沿海、陕西南部、川渝北部及湖北西部等地区外,其他大部分地区均呈下降趋势;夏季大部分地区呈下降趋势,特别是华北以南的东部地区;秋季除东北西北部、新疆西北部、内蒙古中部延伸至青藏高原东部一带呈下降趋势外,其他地区呈上升趋势;全年在新疆西北部、内蒙古中部、山东、河北南部及河南、云南中部等地区呈下降趋势。与订正前相比,冬、夏季变化趋弱,春、秋季和全年变化趋强;季节、年变化趋势范围均缩小,下降速率小于10 mm/(10 a)或上升速率大于30 mm/(10 a)的站数均减少,大尺度变化趋势的空间一致性趋好。春、秋、冬季及全年蒸发皿蒸发量分别在1977、2018和2020、2020及1972年存在突变,夏季不存在突变。

关键词：蒸发皿蒸发量集合均一化时空变化特征突变性中国

土地利用变化对20世纪中国地区气候干湿变化的影响

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气候与环境研究 2015年第2期20卷 154-166页

作者：夏江江杨庆郑子彦赵天保严中伟马柱国中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室北京100029

利用CMIP5耦合模式历史情景和土地利用情景结果,定量评估了模拟的土地利用变化对20世纪中国地区气候干湿变化的影响。结果表明,土地利用的变化加剧了20世纪中国地区干旱化的进程,其贡献约为1/3。其中,湿润区具有显著变干的趋势,土地利... 详细信息

利用CMIP5耦合模式历史情景和土地利用情景结果,定量评估了模拟的土地利用变化对20世纪中国地区气候干湿变化的影响。结果表明,土地利用的变化加剧了20世纪中国地区干旱化的进程,其贡献约为1/3。其中,湿润区具有显著变干的趋势,土地利用变化的贡献约为35.4%;半干旱区显著变干,土地利用对半干旱地区变干的贡献不显著;两种情景下干旱区干湿变化都不显著。在土地利用情景下,中国地区土地利用的变化主要表现为一级土地的减少和牧草用地的增加,二者分别从国土面积的72.7%和12.9%(1901年)变为36.0%和41.9%(2004年),且1950年代之后变化速率显著增大。其中大面积显著的变化主要发生在青藏高原、内蒙古以及新疆北部地区,导致这些地区降水减少、温度降低,而降水减少带来的干旱化作用大于温度降低带来的变湿作用。

关键词： CMIP5耦合模式干旱土地利用地表湿润指数

中国气候干湿变化及气候带边界演变:以集成土壤湿度为指标

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科学通报 2012年第Z2期 2742-2756页

作者：李明星马柱国中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室

依据观测气象资料驱动的陆面模式模拟土壤湿度,比较评估了25个全球耦合气候模式的模拟土壤湿度,选择其均值和趋势与陆面模式模拟均呈正相关的11个数据集.采用多模式权重平均法集成了中国区域两种气候情景1900～2099年的土壤湿度.以集成... 详细信息

依据观测气象资料驱动的陆面模式模拟土壤湿度,比较评估了25个全球耦合气候模式的模拟土壤湿度,选择其均值和趋势与陆面模式模拟均呈正相关的11个数据集.采用多模式权重平均法集成了中国区域两种气候情景1900～2099年的土壤湿度.以集成土壤湿度为指标,分析中国区域199年气候干湿变化的时空特征,区划干湿气候带,分析干湿区边界的演变特征.结果表明总体上典型干旱区土壤湿度呈增加趋势,湿润区变化不显著,干湿过渡带土壤湿度变化最剧烈,呈显著干旱化趋势.干湿气候带边界线演变表明半干旱区扩张,半湿润区收缩是两种情景下我国干湿气候带演变的典型特征.其中20世纪30°N以北的半干旱区面积与1970～1999年平均半干旱区面积比较扩大了11.5%,即使考虑湿润区向半湿润区的转变,与1970～1999年平均面积相比,半湿润区面积缩小也达9.8%.21世纪A1B情景下干湿区界线的变化保持了同样的趋势,但强度明显大于20世纪.因此未来干旱化扩张影响下的区域生态环境变化和人类适应问题需要深入关注.

关键词：土壤湿度气候干湿气候区划气候区界线

黄河源区气候水文和植被覆盖变化及面临问题的对策建议

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中国科学院院刊 2020年第1期35卷 61-72页

作者：郑子彦吕美霞马柱国中国科学院大气物理研究所中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

黄河源区是黄河流域最重要的水源地和产流区,贡献了超过全流域37%的产流量,对流域中下游地区的水资源安全、粮食生产和生态环境有决定性的意义。明晰黄河源区近60年来的气候水文和近30年来的植被覆盖特别是草地退化的变化特征,不仅是深... 详细信息

黄河源区是黄河流域最重要的水源地和产流区,贡献了超过全流域37%的产流量,对流域中下游地区的水资源安全、粮食生产和生态环境有决定性的意义。明晰黄河源区近60年来的气候水文和近30年来的植被覆盖特别是草地退化的变化特征,不仅是深入理解黄河源区水文循环机理的前提,也是准确把握源区及中下游水资源状况和生态环境的关键,更是贯彻习近平总书记“黄河流域生态保护和高质量发展”要求的核心问题。从气候角度看,黄河源区自1951年以来经历了显著的暖湿化过程,20世纪90年代有所回落。但从2000年以来,气温和降水以更快的速度增大,进而引发了冰川积雪消融加剧、蒸散发增加和冻土层退缩等一系列后果。然而,由于各个过程中水分损耗的加剧以及人类活动的影响,这种增湿并不能转换为有效的水资源,黄河源区的观测和天然河川径流量均呈现出减少的趋势。而不断退化的草地则使得区域水分涵养能力不断降低,生态环境不断恶化。面对黄河源区严峻的水资源和生态环境挑战,除了继续深入研究黄河源区水文循环机理外,建议应做到:(1)将生态环境保护放在首位;(2)水资源的有序开发利用;(3)社会生产与自然环境的和谐共存;(4)从战略高度贯彻实施有序适应气候变化。

关键词：黄河源区气候变化水资源植被覆盖对策建议

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中国干旱和半干旱带的10年际演变特征

地球物理学报 2005年第3期48卷 519-525页

作者：马柱国符淙斌中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室

利用Thornthwaite的干湿分类函数,对近10 0年中国干旱和半干旱区界限的10年际变动特征进行了分析.结果发现:近5 0年,在东北中部和华北北部,干旱和半干旱边界呈波动式东移,有明显向东扩展的趋势;在华北南部和陕西南部,半干旱边界也呈波... 详细信息

利用Thornthwaite的干湿分类函数,对近10 0年中国干旱和半干旱区界限的10年际变动特征进行了分析.结果发现:近5 0年,在东北中部和华北北部,干旱和半干旱边界呈波动式东移,有明显向东扩展的趋势;在华北南部和陕西南部,半干旱边界也呈波动式南扩,其中陕西南部半干旱边界向南扩展的范围最大.近10 0年,10年际的干旱和半干旱边界也呈波动式摆动且存在向东和向南扩展的趋势,但在华北南部与东北中部两个地区以2 0世纪2 0年代前后干旱和半干旱的范围最大、最强.干旱和半干旱分界线的位置变化与区域升温和降水减少密切相关.

关键词：干旱和半干旱干湿分类函数 10年际降水和气温