长期以来,干旱灾害及其多样化的次生灾害形成了干旱灾害链现象,对人类社会经济产生了广泛的负面影响。为系统性剖析当前干旱灾害链的研究进展,首先回顾了干旱灾害链的不同定义和两个发展阶段,概述了干旱灾害链的主要研究内容,包括干旱灾害链的演化、分类、链式传递机理和减灾防治措施。重点梳理了干旱灾害链研究中的主要方法,包括定性分析方法、相关分析方法、基于概率模型的方法、基于复杂网络的方法等。最后从构建系统性防灾减灾工作的目标出发,指出当前干旱灾害链研究仍缺乏系统的顶层设计和定量化成果,未来应在多学科知识的支撑下,突破链式灾变的理论,创建定量化的研究方法体系。该研究成果有助于系统性理解当前干旱灾害链的研究进展、重点和难点,并为后续研究提供一定借鉴。
利用甘肃省1981—2018年81个国家气象观测站逐小时降水资料和NCEP再分析资料,重点分析甘肃省不同落区极端暴雨天气过程的气候与环流特征。结果表明:(1)甘肃极端暴雨天气过程主要发生在河东地区的陇南、天水、平凉、庆阳一带,强降水中心集中在陇南的康县、徽县;按照降水落区,可划分为陇东型、陇南型、陇东南型和分散型4类。(2)甘肃7—8月最易出现极端暴雨天气,8月中旬最多,陇南出现时间早于陇东,且暴雨的夜雨特征和对流性特征较为显著,陇南和陇东南暴雨的夜雨特征较陇东更为明显。(3)近38 a甘肃极端暴雨过程存在2.5、5、10 a尺度的周期,其中2.5 a的周期振荡最明显。(4)甘肃极端暴雨天气与副高密切相关,暴雨落区与副高位置关系显著,陇东型还与北部高压脊底部的偏东气流有关,分散型还与南海的热带低压有关,陇南型和陇东南型还取决于高原短波槽的强度及位置。
基于2010—2019年新疆南疆地区44个国家气象站逐日降水资料、各县洪涝灾情及国民经济数据等资料,分析南疆暴雨及洪涝灾情时空变化特征。结果表明:近10 a暴雨日数总体呈缓慢增加趋势,且2010年出现暴雨日数最多,暴雨日数大值区主要分布在克州及山区,塔里木盆地边缘较少。2010—2019年南疆地区暴雨洪涝灾害发生频次累计402次,主要集中在6月中下旬;喀什暴雨洪涝灾害发生频次最多为106次,占比26.4%,巴州最少仅有40次,占比10.0%。南疆暴雨对各地造成的影响不同,阿克苏受灾人数、农作物受灾面积、直接经济损失、农业经济损失均最多,巴州农业损失占直接经济损失的比例最高达78.9%,和田农业经济损失最少。
利用1951—2016年海南岛18个气象观测站逐日降水资料以及NCEP逐6 h再分析资料,统计分析海南岛冬季暴雨的时空特征,并以2008年12月27—28日和2013年12月14—15日两次冬季持续性暴雨过程为例,分析海南岛冬季暴雨的主要影响系统及其环流异常特征。结果表明:(1)近66 a来,海南岛冬季暴雨多发生在初冬(12月),且具有明显的年际及年代际变化特征,2000年以后冬季暴雨出现频繁;(2)海南岛冬季暴雨日数和雨量均自西向东逐渐递增,其中心均位于东南部的万宁地区;(3)典型冬季暴雨过程中,海南岛位于南支槽前、冷高压底后部,低层有偏东风急流维持,南支槽较常年偏强偏南,冷空气势力偏弱,加强的槽前扰动使得海南上空西南风异常增强,且出现了较强的水汽通量散度负异常(尤其是海南岛东部为负异常大值区),为海南冬季暴雨的发生提供水汽和扰动。
利用2016—2020年6—7月长江流域735站气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料及雨情信息对长江流域主要暴雨过程的区域性特征、天气系统及成因进行了初步探讨。结果表明:(1)2016—2020年6—7月长江流域降水过程对流层中高层主要受加强西伸的西太平洋副热带高压及高空低槽东移带来的梅雨锋影响,中低层主要影响系统是切变线、低涡、台风倒槽,边界层有一半的降水过程发生在暖区或受静止锋影响;(2)影响长江流域暴雨过程的主要天气形势分为纬向环流型、两高(西太平洋副热带高压与南亚高压)之间型、经向型和偏东气流型;(3)长江流域降水差异同副高脊线位置和夏季风北推进程以及短时强降水落区有很好的相关性。
基于石家庄17个国家地面气象观测站建站至2019年逐日降水资料,分析石家庄暴雪的时空变化特征,并运用Morlet小波分析、滑动t检验等方法,对代表不同地理环境的5个测站暴雪日数时间变化特征做进一步分析。结果表明:(1)石家庄暴雪日数呈自西向东逐渐减少的分布特征,山区多于平原,石家庄市区处于暴雪高发带;(2)石家庄暴雪初日最早在10月31日,终日最晚在4月19日;(3)1972—2019年,17站共出现暴雪42 d,大于等于3、7、10站次的暴雪分别占57.1%、35.7%、26.2%,全区性暴雪为4 d,仅占9.5%;(4)2000年以来暴雪日数占比最大,其中2005—2013年为暴雪多发期;(5)各站暴雪日数在全时域内准周期和第一主周期均为10 a以上的长时间尺度,2014年之后各代表站均处于暴雪偏少期;(6)4个代表站的暴雪日数时间序列存在突变现象;(7)石家庄暴雪日降水量的极大值和均值空间分布均表现为山区大于平原,大值中心在石家庄市区。
试验于2018年夏玉米生长季在临沂设施农业气象试验站自动控制遮雨棚内水分控制场进行,以郑单958(ZD958)为试材,在水分临界期(拔节-开花期)设计5个水分梯度控制试验,模拟研究干旱胁迫对夏玉米光合生理与产量形成的影响。结果表明:水分临界期持续干旱胁迫下,开花期夏玉米叶片叶绿素a含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、株高、叶面积、地上部干物重均降低,且干旱胁迫越重降低幅度越大,T5处理下上述要素分别较T1处理下降42.6%、75.5%、83.2%、65.1%、27.5%、18.2%和44.9%。随着干旱胁迫的加剧,叶片水分利用效率呈先增后降的变化趋势,且在轻度干旱胁迫时最高。持续干旱胁迫下,夏玉米叶、叶鞘获得的养分分配增多,茎、果实、根获得的养分供给减少,植株营养供给与分配的改变不利于夏玉米健壮生长,倒伏风险增加,影响产量形成。此外,持续干旱胁迫下,夏玉米秃尖比、双穗率升高,百粒重、理论产量大幅降低。
2022年夏季长江流域发生了建国以来最为严重的干旱高温气候事件，对当地工农业生产、居民生活、生态安全等造成严重影响。为深入认识这次干旱高温气候事件发生的原因和改进气候预测技术，利用1951—2022年2400多测站气温、降水数据和NCEP/NCAR再分析数据等资料，采用T-N波作用通量、视热源Q1（Q2）诊断和合成分析、距平分析等方法，从大气环流异常的角度进行综合分析。主要结论如下：（1）2022年夏季，500 hPa源自北大西洋地区的扰动异常偏强，在沿中高纬西风带向东传播时引发了明显的大槽大脊活动，波动能量主要沿西风带向东传播，没有出现在东亚向东南方向传播的特征，造成冷空气活动位置偏北，很难影响到长江流域。（2）2022年夏季，500 hPa高度场在青藏高原上空出现明显正距平扰动，尤其8月扰动进一步加强，东移到长江流域，诱发西北太平洋副热带高压西伸，使得副热带高压呈现东西带状分布。副热带高压（简称“副高”）西部完全控制了长江流域地区，一方面副高阻挡了北方冷空气南下，另一方面副高长时间维持下沉运动，不利于降水发生，有利于下沉增温。（3）2022年夏季，热带对流区（视热源）位置异常偏南到赤道以南（气候态在5°N—20°N），有两方面影响：一是造成哈德来经圈环流（Hadley Cell）上升支异常偏南，长江流域在8月为异常下沉区，不利于降水发生，有利于下沉增温效应的出现；另一方面造成2022年夏季亚洲热带夏季风偏弱、东亚副热带夏季风偏强，低频信号向长江中下游传播明显偏弱，这些都不利于长江中下游降水过程的发生。（4）高纬、中低纬、低纬热带地区环流异常协同作用造成2022年长江流域夏季出现异常的干旱高温气候事件。要预测长江流域夏季降水或高温干旱，需提前关注500 hPa北大西洋地区扰动信号的发生及未来传播特征，青藏高原上空高度场扰动的发生及移动特征，热带对流（热源）位置变化及伴随的热带夏季风强度变化、低频信号的传播特征等。
采用多源气象观测资料,对2018年5月16日江苏省北部的连续两次飑线过程进行综合观测对比分析和数值模拟研究。结果表明:(1)两次飑线过程在相同天气系统影响下的不同环境场中产生,大别山背风坡的背风波扰动是这两次飑线的共同触发机制。(2)两次过程的雷达回波图上均有后部入流急流和中层径向辐合特征,第一次过程的后部入流急流强度更强、高度更高,中层径向辐合的强度更强、厚度更厚,环境风垂直切变的差异是两次飑线组织结构特征存在明显差异的主要因素。(3)在CAPE值相近条件下,第一次过程的整层水汽更丰富、垂直风切变更强、垂直切变伸展高度更高,导致第一次飑线对流系统发展强度更强。(4)两次飑线大风形成的主要物理机制不同,第一次飑线的后部入流急流引导中高层(5~8 km)干暖空气下沉并入侵风暴体,促使其降水粒子强烈蒸发并形成冷池,同时引导高层动量下传产生强烈的出流气流,最终导致地面大风的形成;而第二次飑线后部入流急流引导中低层(3~5 km)干冷空气入侵对流系统,形成冷池和地面大风。(5)第一次过程环境场垂直风切变条件下形成的飑线组织结构特征,更有利于降水粒子强烈蒸发形成更强的冷池和下沉气流,致使第一次飑线地面大风较第二次飑线更强。
利用2007—2016年春季浙江及周边地区气象站观测资料与ECMWF再分析资料,分析总结浙江省春季暖区降水天气过程的环流特征及中尺度概念模型。结果表明:浙江春季暖区天气具有云量多、雨量小、气温高、日温差小的特点,暖区降水的环流形势可分为西南气流型、暖切北抬型、冷切靠近型、东南气流型4类;冷切靠近型降雨最强,其次为暖切北抬型,雨量分布均表现为西南部大、东北部小,而东南气流型降雨最小。中尺度分析发现,浙江春季暖区降雨出现在沿海近地层东南气流与低层西南气流交汇的辐合上升区、850 hPa等θse线密集区,雨带走向与等θse线平行;近地层残留的冷空气和海陆温差造成的斜压不稳定可导致降水明显增强。
基于2012—2019年兰州地区146个 区域自动气象站小时降水数据,从不同时间尺度分析兰州地区近8 a降水精细化特征。结论如下:(1)2012—2019年,兰州地区年均降水量总体呈“北少南多、外多内少”的空间分布特征;年降水量具有明显的年际变化,2018年降水异常偏多46%,而2015、2017年降水异常偏少,尤其2015年偏少30%。(2)兰州地区降水主要集中在7—8月,受环流形势影响,7—8月南部降水明显多于北部,其余月份南北降水差异不明显。(3)兰州地区降水量和降水范围分别表现为“朝少夕多”、“夜大日小”的日变化特征;受海拔高度影响,城区降水量总体比山区小,且因热岛效应,城区降水主要集中在午后至傍晚前后,多为对流性降水,而山区降水日分布较为均匀,整体日波动较小。(4)安宁区短时强降水发生频次最高,但短时强降水频发的站点出现在皋兰县六合站和永登县徐家磨村站,永登县是兰州地区短时强降水预报需重点关注的地区。
利用1961—2019年安徽滁州地区7个国家站常规气象观测资料和1980—2019年小麦生育期观测资料及单产数据,采用多时间尺度的SPEI旱涝指数,探讨分析滁州地区气象旱涝特征及其对小麦产量的影响。结果表明:滁州地区SPEI具有明显的月际、季节变化特征,冬季各月的SPEI收敛性最强,夏季各月的SPEI离散度最大,且呈现明显的春旱、夏涝特征,季节性连旱、连涝中春夏连旱、春夏连涝造成的影响最重。滁州市2000年以后春季呈现干旱化态势,20世纪90年代后夏、冬季均转为变湿的态势,尤以冬季变湿趋势最为显著,而秋季干湿趋势不明显,但2009年以后略有增湿趋势。3月的SPEI3与小麦气候产量相关性最显著,两者存在二次项系数为负的抛物线关系,当3月的SPEI3值大于0.81或小于-1.93时,可能会造成小麦高度减产。
利用福建省66个气象站逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA逐日OLR资料,分析福建省2018年3—6月干旱事件的大尺度环流及其变化特征。结果表明:福建省2018年3—6月降水均偏少,暴雨日偏少,持续性暴雨过程弱,导致严重气象干旱。受拉尼娜的滞后影响,福建处在下沉气流中心,阻塞高压偏弱,西太平洋副热带高压较常年偏弱、偏南、偏东,福建处于水汽通量辐散异常中心区,这是造成福建该时段干旱的环流背景。环流变化显示,前期的阻塞高压、副热带高压和热带对流北传均不活跃,导致暴雨日偏少,干旱发展;后期环流呈现阶段性振荡特征,南北系统的有效配合为持续性暴雨发生提供了有利的环流条件,干旱得以缓解。
今年从6月开始持续到目前的整个长江流域的干旱事件，不仅对农业和能源等各方面影响十分严重，而且干旱发展过程和影响特征还表现出许多与以往不同的独特性，对其进行科学分析十分必要。鉴于此，该文试图在科学与科普同时兼顾的基础上，分别从新常态与反常态两个视角，从干旱的表现特征、形成机制、影响特点及从中得到的启示与思考等方面，对当前还在肆虐的2022年长江流域严重干旱事件进行一些简单的科学解读，以促进社会公众对此次干旱事件的科学认识。
利用GPCC逐月降水资料、NCEP/NCAR环流场再分析数据以及NOAA逐月海温数据等,分析2012年中美两国干旱演变特征及可能的成因。结果表明:(1)2012年,中国旱情较轻,且时间不连续、空间分布零散,而美国出现了创纪录的干旱,且干旱时空连续,强度显著强于中国。(2)2012年,中国平均气温接近常年,而美国出现了创纪录的高温,高温加剧了空气干燥,使干旱更加严重。(3)2012年中美干旱过程与拉尼娜事件相关联。2010年7月至2012年2月,连续出现2次拉尼娜事件。赤道中、东太平洋持续的低温,使得美国长时间受高压脊控制,盛行下沉气流,特别是2012年夏季,北美—北大西洋副热带高压显著增强,美国出现了创记录的高温和更加严重的夏旱。与此同时,中国地区在2011/2012年冬季、2012年春秋季受高压脊控制,盛行下沉气流,干旱相对偏强,但在2012年夏季,西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏南偏东,对中国大陆影响较小,中国夏旱并不严重。
利用国家气象信息中心CLDAS格点温度实况、中央气象台SCMOC格点温度预报以及山西省站点观测温度,采用非独立性检验综合评估CLDAS在山西区域的适用性。在此基础上,采用滑动训练期订正方案,基于格点实况开展SCMOC温度预报场的客观订正。结果表明:(1)复杂地形对山西CLDAS格点温度实况的精度有一定影响,但最高气温的分析精度优于最低气温,表明地形对最低气温的偏差影响更显著,高海拔地区CLDAS最低气温一般对应为负偏差,低海拔地区一般对应为正偏差。(2)CLDAS格点温度实况的偏差空间分布具有时间延续性,进行简单的系统偏差订正后,最高、最低气温格点实况的精度分别提升1.1%、9.7%,与站点观测更为吻合。(3)基于改进后的CLDAS格点温度实况,采用滑动偏差订正方案,显著改善了山西省SCMOC温度预报的准确率。2019年,滑动偏差订正后的24 h时效最高、最低气温预报准确率较SCMOC温度预报分别提升2.7%、4.7%,订正后的短期温度预报质量有较大提高,优于预报员主观预报。
利用1980—2018年海南岛19个气象站逐日常规气象观测资料,根据中国气象行业标准(QX/T152—2012)对海南岛气候季节进行划分,基于“黄金分割率”的体感温度方法计算人体舒适度。在此基础上,采用旋转经验正交分解法对海南岛季节人体舒适度进行综合区划,获取海南岛气候康养的最佳舒适区域。结果发现:(1)海南岛气候温和湿润,年平均气温为22.9~25.3 ℃,年平均雨量为1157~2615 mm,年平均相对湿度在74%~86%之间,年平均比湿在14.8~16.4 g·kg-1之间,十分适宜康养旅居。(2)与常规气候统计相比,气象行业标准更符合海南岛的季节划分。其中,海南岛夏季为3月中旬至11月中旬,春、秋两季为11月中下旬至次年3月中旬,表明海南岛无冬,最佳的气候康养时段为春、秋两季。(3)春、秋季海南岛人体舒适区可分为琼北、琼中、琼南3个区域,整体上以琼中为最佳舒适区,且3个区域近39 a来气候稳定。
干旱是影响范围最广的自然灾害之一。2022年夏季发生在长江流域的异常高温干旱事件不仅强度大，而且持续时间长，是一次罕见的重大干旱事件，对我国的社会经济造成了十分严重的影响。鉴于这次事件的极端性，本文在客观分析此次事件演变特征的基础上，揭示大气环流和外强迫异常对此次高温干旱的可能影响。研究发现，气象干旱指数及土壤湿度监测结果一致表明本次旱情从6月开始出现，7月迅速发展，进入8月后范围进一步扩展、强度进一步加剧。与此同时，流域内整体气温偏高，部分地区高温日数超过40 d。此外，夏季整个流域的蒸散量距平是1960年以来的历史第二高值（仅次于2013年高温伏旱），进一步加剧了长江流域的水分亏缺程度。从环流特征来看，夏季西太平洋副热带高压异常偏强西伸、极涡面积偏小及强度偏弱、南亚高压偏强东移，共同导致长江流域的水汽输送条件偏弱、下沉气流盛行，使得整体条件不利于降水发生。而前期拉尼娜事件的持续、印度洋偶极子负位相的出现以及春季青藏高原西北部积雪负异常的持续，可能是导致今年夏季环流异常的主要外强迫因子。
利用海南岛18个国家气象观测站逐日最高气温、NCEP/NCAR逐日及逐月再分析资料和NOAA海温资料,分析2019年春季海南岛异常高温特征及成因。结果表明:(1)2019年春季海南岛全岛平均极端高温日数多、最高气温高、高温覆盖范围广。(2)西太平洋副热带高压(简称“西太副高”)是春季高温的主导系统,2019年春季西太副高面积偏大、强度偏强、位置偏西,海南岛受西太副高主体异常偏强的下沉运动控制。(3)2019年春季东亚中高纬西风急流偏强,南海—菲律宾地区热带对流活动受到抑制,有利于西太副高加强西伸,局地下沉绝热增温加强;配合低层暖平流输送,有助于局地增温,进而促使高温发生发展。(4)2018年秋季至2019年春季,热带中东太平洋形成一次El Niño事件且秋冬季信号最显著,热带印度洋持续偏暖且春季最显著,这种海温分布有利于春季西太副高持续加强西伸,并控制整个海南岛,形成极端高温。
利用1961—2018年四川盆地103站的气象干旱综合指数,采用多锥度奇异值分解、经验正交函数分解等方法,分析四川盆地极端伏旱日数准2 a周期的时空变化特征及其可能的形成原因。结果表明:近58 a来,四川盆地极端伏旱日数的主模态为全区一致变化型,且有明显的年际和年代际变化特征,2.3~2.5 a的年际振荡周期最为显著。准2 a周期的典型循环表现出四川盆地极端伏旱日数多寡交替的循环振荡,大值中心出现在盆地中部,与主模态空间型基本一致,但准2 a周期信号并非一直存在,20世纪60年代末到80年代初信号最强。准2 a周期典型循环的第一年,西太平洋副热带高压脊线和副热带西风急流轴线位置均偏北,四川盆地处于日本南部到中国华南西部水汽异常输送带的西部,并出现异常辐散,不利于降水产生,导致四川盆地极端伏旱日数偏多;第二年的大气环流异常情况与第一年相反,极端伏旱日数偏少。
利用西安市2009年11月15日至2019年3月14日供暖期燃气负荷及气象观测逐日资料,分析西安市供暖期、节假日、双休日燃气负荷的变化规律,采用相关分析方法,筛选相关性显著的因子作为燃气负荷影响因子。在此基础上,采用多元线性回归分析方法,构建供暖期日燃气负荷预测模型,并对模型进行检验评估。结果表明:近10 a西安市供暖期燃气用量逐年增加,且日燃气负荷呈单峰型波动变化,峰值出现在1月。供暖期燃气负荷具有双休日、节假日效应,其燃气负荷明显低于工作日,且节假日越长影响越明显。供暖期燃气负荷与前一日燃气负荷呈显著正相关,而与最高气温、最低气温、平均气温及人体舒适度等气象因子呈显著负相关,分离基础燃气负荷后的供暖燃气负荷与上述气象因子的相关性明显提高。基于上述5个影响因子构建的供暖期日燃气负荷动态预测模型,经检验,平均相对误差为3.4%,且用气高峰期模型预测更稳定,相对误差为2.77%,能够满足天然气公司供暖期燃气调度需求。
利用山西省18个积冰站电线积冰观测资料和91个气象站常规观测资料,采用逐步回归分析方法,针对不同气候区分别构建电线覆冰设计冰厚的气象估算模型,推算各站30 a、50 a、100 a重现期下的设计冰厚。在此基础上,结合DEM数据和电网运行覆冰观测资料,对设计冰厚进行地形订正和易冰区微地形运行经验修正,最终得到山西省电网电线覆冰厚度空间分布及区划结果。结果表明:(1)山西省电线覆冰的设计冰厚整体与气温、相对湿度、风速、水汽压等密切相关,其中高山区的设计冰厚还与降水量、日照时数关系密切,且受连续3 d的气象条件影响,而丘陵和平原区则与当日和前一日或前二日的气象条件密切相关;(2)构建的分区设计冰厚气象估算模型对各气候区的覆冰厚度模拟效果较好,估算偏差五台山前约2 mm,其余地区小于1.2 mm;(3)地形订正后的结果更为合理地反映山西省各重现期下电线覆冰厚度的空间特征,即覆冰厚度随纬度降低而减小,中、重冰区主要分布在恒山、五台山、管涔山、吕梁山、太岳山和太行山等高海拔地区,而沿黄河一带和盆地为轻冰区,且盆地覆冰最轻;(4)易覆冰区经运行经验修正后,其覆冰厚度能够更加精确表达局部微地形区覆冰真实情况,这对电力部门具有实际参考价值。
利用山西省109个国家站1960—2019年逐日降水量、2019年9月逐时降水量以及1980—2019年欧洲中期天气预报中心1°×1°逐6 h再分析(ERA5)资料,对2019年9月10—11日山西中南部区域性极端暴雨过程的异常特征及其成因进行分析。结果表明:(1)此次降水过程影响范围大、持续时间长,46站发生极端日降水事件,其中11站日降水量突破9月历史极值。(2)对流层中低层水汽、热力、动力条件均优于1980年以来山西中南部区域性暴雨过程的平均态,不同物理量的标准化距平绝对值(|N|)均达到2.5以上,超过历史相关统计值的上四分位值,尤其是水汽和热力条件表现出一定的极端性。(3)副高位置异常偏西、偏北且强度异常偏强导致中低层水汽和能量输送异常充足,山西中南部地区西边界和南边界的水汽输入对极端降水的发生发展起到重要作用。(4)倾斜上升的西南暖湿气流中存在位势不稳定层,700 hPa暖式切变线和地面冷锋触发对流,回波持续通过暴雨区产生“列车效应”;稳定的切变线与异常的低层冷垫提供持续的动力条件,长时间维持异常充沛的水汽和水汽辐合是区域性极端暴雨的主要成因;大范围物理量场异常是导致此次极端降水事件发生的主要因素。
草原是科尔沁地区的主体生态系统,定量研究该地区地表蒸散发对掌握科尔沁草原的生态效应具有重要意义。基于2000—2019年MOD16地表蒸散数据集和气象站点观测数据,探讨分析科尔沁草原地表蒸散的时空变化特征及其气象影响因素。结果表明:(1)MOD16地表蒸散产品在科尔沁草原地区具有较好的适用性,其地表潜在蒸散产品数据与蒸发皿实测数据的决定系数达0.9以上。(2)近20 a科尔沁草原ET与PET均呈现“先升后降”的单峰型月际分布特征,ET的年际波动较PET明显,且ET整体以28.86 mm·(10 a)-1的速率显著增加,增加区域超过研究区的75%,而PET整体则以13.35 mm·(10 a)-1的速率显著减小,但速率增加的区域大于减小的区域。(3)ET高值区集中在科尔沁草原西北部,PET高值区则集中在中部地区,且二者存在一定的反向空间分异特征;不同土地利用类型下地表蒸散不同,ET自林地、草地、农田依次减小,而PET则相反。(4)近20 a科尔沁草原ET分别在2003年和2011年发生由弱至强的突变,而PET则在2015年发生由强至弱的突变,且未来约20%的区域地表实际蒸散可能持续目前的变化趋势。(5)科尔沁草原ET、PET与各气象因子的相关性一致,均与降水量、日照时数呈显著正相关,而与气温、相对湿度、风速等相关性不明显。
针对2016年湖北梅雨期3次(“6·19”、“7·5”和“7·19” )暴雨过程,首先对比了汉口站探空数据与汉口、咸宁两个风廓线雷达站水平风速、风向,发现“6·19”和“7·5”过程汉口风廓线雷达站3 km以下水平风速和探空数据较为接近,而3次过程中咸宁风廓线雷达站8 km以下水平风向、风速和汉口站探空数据基本吻合。在此基础上利用风廓线雷达资料并结合常规、加密自动气象站资料,对3次过程中水平风场、平均垂直速度及其变率、水平风速垂直切变、大气折射率结构常数($C_{n}^{2}$)等进行分析。结果表明:(1)降水开始前西南风速明显增大,中层干冷空气入侵和地面冷池形成的中尺度偏东气流是“6·19”过程50站出现大于等于17.2 m·s -1大风的主要原因,“7·5”和“7·19”过程西南急流长时间维持及1 km以下的偏东气流则是短时强降水持续时间较长的诱因;(2)梅雨期暴雨期间风廓线雷达观测的水平风速垂直切变、平均垂直速度及其变率随高度变化较小,较强上升运动区域主要集中在4 km高度以下;(3) $C_{n}^{2}$显示强降水发生前大气水汽含量有一增加过程,且整层水汽含量深厚,$C_{n}^{2}$大值区的消失对应降水结束。
基于内蒙古麦后移栽向日葵生育期的分区,利用中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)的降水和气温格点资料以及内蒙古地区119个气象站观测数据,结合灌溉农区空间分布数据,以适宜生长日数和全生育期气候适宜度为区划指标,在ArcGIS环境下开展内蒙古地区麦后移栽向日葵精细化气候适宜性区划研究。结果表明:制约内蒙古麦后移栽向日葵正常生长和产量形成的主要因素是热量不足和干旱,全区可分为生长不适宜区、较适宜区、适宜区和最适宜区,其中河套灌区、土默川、西辽河平原灌溉条件良好,为麦后移栽向日葵生长的最适宜区,而内蒙古中部大部和东部大部地区移栽后热量严重不足,中西部偏北地区降水亏缺严重,麦后移栽向日葵无法完全成熟,为不适宜种植区。基于CLDAS格点资料与气象站观测数据的内蒙古麦后移栽向日葵气候适宜性分布一致性较好,但CLDAS格点数据的区划精细程度优于站点数据。河套灌区是最适宜种植区,与当前麦后移栽向日葵产业布局较为一致,故本文区划结果可为内蒙古地区麦后移栽向日葵生产合理布局提供一定参考。
利用1981—2020年5—9月天山南坡16个气象站逐日降水资料和NCEP/NCAR GDAS再分析资料,分析天山南坡暖季暴雨过程的环流形势,并采用HYSPLIT模式,模拟追踪水汽源地及输送特征。结果表明:天山南坡暖季暴雨主要发生在南亚高压双体型、500 hPa以上西南急流(气流)、700 hPa切变辐合以及天山地形辐合抬升的重叠区域。水汽主要源自中亚、大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近,经TKAP(塔吉克斯坦、吉尔吉斯坦、阿富汗东北部、巴基斯坦北部和印度西北部)、南疆、北疆关键区,分别从偏西、偏南、偏北通道输入暴雨区,700 hPa以上偏西通道、以下偏北通道占主导地位,且贡献最大的是南疆关键区。源自中亚的水汽主要输送至暴雨区700 hPa及以下,对暴雨的贡献较大,且沿途损失较大;源自大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近的水汽主要输送至暴雨区700 hPa以上,对暴雨的贡献较小。另外,中低层还存在源自北疆、南疆、北美洲东部、蒙古的水汽。基于上述特征,建立了天山南坡暖季暴雨过程水汽三维精细化结构模型。
近年来川西高原农牧业生产深受干旱的影响,区域受自然因素制约而监测站点稀少,因此研究遥感干旱综合指数在川西高原草地区域的适用性十分必要。选取植被状态指数(vegetation condition index,VCI)、温度状态指数(temperature condition index,TCI)和降水状态指数(precipitation condition index,PCI),通过客观赋权法构建适宜于川西高原草地区域权重组合的归一化旱情综合指数(scaled drought condition index,SDCI),该指数监测结果通过了同期标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)的验证,并对2000—2018年6—8月川西高原草地区域伏旱特征进行分析。结果表明:(1)突出降水累积效应的归一化旱情综合指数(SDCI)的监测精度较高,其与SPEI对2006年川西高原草地区域高温伏旱事件的监测结果基本一致,仅部分地方伏旱发生范围和强度与实况略有差异。(2)2000—2018年夏季月尺度伏旱位置多分布在甘孜州西部、南部和阿坝州南部一带,东北部若尔盖多表现为无旱;6月和8月伏旱程度较强,以轻度到中度为主,而7月多为轻旱和无旱。(3)2000—2018年6月和8月川西高原草地区域伏旱发生频率高、范围广,7月整体上轻旱频发(60.66%);其中甘孜州西南、西北部、北部及东部轻旱及以上等级发生频率较高(超过40%),而阿坝州北部地区发生干旱频率较低(小于40%)。研究表明突出降水累积效应的SDCI指数具备对极端干旱事件的响应能力,且可客观、有效地监测川西高原区域草场干旱状况。
利用2019年甘肃省7个光伏电站太阳总辐射、气温、相对湿度等观测数据和WRF模式太阳总辐射预报产品及FY静止卫星总云量数据,在大气透过率与气象要素相关性分析及数值模式预报能力评估基础上,对甘肃太阳总辐射短临预报误差进行订正研究。结果表明:大气透过率与气温呈显著正相关(相关系数为0.61),而与相对湿度、气压、总云量呈显著负相关(相关系数依次为-0.44、-0.31、-0.81),总云量对太阳辐射的衰减作用贡献最大,其次为相对湿度。太阳辐射预报偏差较大,误差呈明显的“单峰型”月际分布,6月最大,均方根误差在冬季最小为45.63 W·m-2,夏季最大为240.4 W·m-2;预报能力在晴天强、云天较差,其误差主要来源于位相偏差和系统偏差。考虑云量的太阳辐射短临预报订正效果显著,阴天太阳辐射预报订正后的均方根误差降幅为101~216.4 W·m-2,平均绝对误差降幅为59.5~173.07 W·m-2;误差最大的夏季,太阳辐射预报订正后的均方根误差降幅为1.92~64.23 W·m-2。
基于2014—2018年深圳市罗湖区49家社区健康服务中心上呼吸道感染(简称“上感”)的逐日就诊人数和同期气象要素资料,利用不同时间尺度分析上感就诊人数的变化特征,并采用分布滞后非线性模型(DLNM)、广义线性模型(GLM)等研究不同气象要素与深圳地区上感就诊人数的关系。结果表明:深圳市罗湖区上感就诊人数存在明显的季节性变化,春季3—4月、夏季7月和冬季12月至次年1月为发病高峰时段,分别对应24节气中的清明、小暑、小寒节气。DLNM反映气温为主控因素,它对上感就诊人数的影响以冷效应为主,相对风险(RR)在滞后4 d达到峰值(RR为1.041,95%置信区间为1.022~1.060),且女性较男性、中老年人较少儿更易受冷效应的影响;其次是暑期的热效应和春季温度多变的影响。湿度影响主要表现为低湿效应,其相对风险在当天达到峰值(RR为1.058,95%置信区间为1.049~1.068)。气压和风速影响则表现为高压效应和大风效应,RR在滞后1 d达最高。总之,深圳市冬、春季冷空气活动及其所反映的低温、低湿、大风等产生的冷效应是诱发上呼吸道感染的关键因素,其次是夏季持续高温的影响,两者都应予以重点及时防范。
基于1979—2020年5—8月欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF）第五代全球大气再分析产品——ERA5逐日数据计算了3个度量陆气耦合强度的指数,分析了亚洲东部和南部区域陆气耦合的气候态特征及其在不同土壤干湿条件下的差异。结果表明,从气候态看,华北-东北、青藏高原、印度、中国云南-东南亚和中纬度干旱带为较强陆气耦合区。在华北-东北、青藏高原、印度、中国云南-东南亚地区,土壤越干,陆气耦合强度越大,这种因土壤湿度不同而导致的耦合强度的显著差异,存在于从土壤湿度到蒸散发,再从蒸散发到边界层水汽和不稳定度的各耦合过程中,产生这种差异的主要原因是上述区域土壤湿度变率较大。而在中纬度干旱带,由于土壤湿度值及其变率均很小,耦合强度随土壤干湿条件变化无明显差异。华南为弱陆气耦合区,只有土壤偏干时,土壤湿度和蒸散发之间才能发生显著耦合,而蒸散发和边界层在所有土壤干湿条件下均不发生显著耦合。
利用1960—2019年陇南市9个国家气象站和2008—2019年逐年建成的400个区域气象站4—9月逐时降水资料,同期NCEP FNL 1°×1°再分析资料和MICAPS资料,对陇南市短时强降水时空分布及中尺度特征进行分析。结果表明:(1)陇南市短时强降水发生频次从西北向东南明显增加,雨强大于50 mm·h-1的短时强降水出现在陇南市东部的成县、徽县和康县。短时强降水与暴雨发生频次东南部偏多,另外陇南市西北山地局部地区短时强降水发生频次较多。(2)1960年以来,陇南市短时强降水发生站次呈缓慢增加趋势,月际变化呈单峰型,8月最多,占短时强降水总站次的37.5%;旬变化呈双峰型,分别出现在7月上旬和8月上旬,且7月下旬至8月中旬最多,占47.2%;日变化具有夜间明显多于白天的特征,存在多个峰值,从15:00开始短时强降水明显增加,集中出现在19:00—23:00,23:00为日峰值,占9.4%。(3)陇南市短时强降水和暴雨有密切联系,对暴雨的贡献率达53.4%。陇南市短时强降水中尺度概念模型主要有低涡切变型、西北气流低槽东移型、副高外围西南气流型。
基于值相似和形相似相关方法,分析2015年4月30日贵州大娄山脉一次多单体强对流天气过程中2个对流单体对(A、B单体,C、D单体)的回波特征参量随时间变化的一致性特征,并通过时移(相移)技术和数理统计方法分析强对流单体与回波特征参量的相关性。结果表明:(1)单体对的最大回波强度Zmax、0 dBZ高度H0、45 dBZ高度H45的值相似程度较高,垂直累积液态水含量VIL的值相似程度较差。(2)通过时移技术处理后,2个单体对的特征参量变化趋势一致性更好,相似性程度更高。(3)2个单体对的Zmax和VIL波动周期均具有很好的一致性,C、D单体对H0、H45的波动周期一致性更好。(4)导致单体对VIL值相似性较差的主要原因是每个体扫层雷达反射率因子Z的大小及Z所在垂直高度的不同。
基于重力反演与气候实验(Gravity Recovery and Climate Experiment, GRACE)卫星观测数据分析中国北方旱区近20 a的陆地水储量变化,并结合多种观测和模式数据分析其变化特征和原因。结果表明,2002—2020年中国北方旱区陆地水储量以每年17.80±1.72 Gt的净速率下降。地下水、根区土壤水和表层土壤水均不同程度减少。归因分析发现:在中国北方旱区,地表升温和人为耗水等因素造成蒸散大量增加。蒸散的负向贡献超过同期降水的正向贡献,使得区域净水储量持续减少,区域水资源压力攀升。因此,需要在中国北方旱区采取更有效的节水措施和建立全面的水资源监测系统。
基于ECWMF模式预报数据对2018年3—11月降水和2 m温度进行统计降尺度,利用先频率匹配法、再阈值法对插值后的降水订正,利用Kalman滤波型的递减平均统计降尺度法对插值后的温度订正,最终获得逐小时降水量和温度的预报。结果表明:(1)对于晴雨预报准确率,绝大多数预报时效频率匹配法和阈值法均对其有明显提高,前者最大改进幅度可达20%以上。对于相对误差,阈值法对空报现象有较显著改进。对于1 h降雨量大于等于20 mm的短时强降水,频率匹配法订正后的TS评分有明显提高。对2018年“安比”台风事件,除具有以上改进效果外,频率匹配法提高了降水主体形态和量级的预报水平,阈值法对空报站订正正确。(2)对于温度的ECWMF模式预报检验,几乎在任何预报时效内都是3月的绝对误差最大。通过Kalman滤波型的递减平均统计降尺度法后,各月的绝对误差都有不同程度减小。总体上,订正后的绝对误差曲线仍具有订正前的周期性波动,波峰、波谷位置也与订正前基本一致,且绝对误差越大,订正幅度越大。个例分析也表明订正后保留了温度预报空间分布的准确性,且绝对误差有明显下降。
基于山西68个气象观测站1960—2018年月最大冻土深度资料,应用EOF和小波分析等方法,研究山西年最大冻土深度的时空分布特征。结果表明:(1)1960—2018年山西68站平均年最大冻土深度平均值为71 cm,极端最大值为192 cm,极端最小值为7 cm。近59 a山西68站平均年最大冻土深度呈显著减小趋势,气候倾向率为-1.394 cm·(10 a)-1,且在1986年发生一次显著的气候突变。(2)山西68站平均年最大冻土深度存在准4 a周期。(3)山西年最大冻土深度空间分布整体上南浅北深、东浅西深。(4)山西年最大冻土深度EOF分解前2个模态的累积方差贡献率达58.4%,第1模态空间型为全省一致型,第2模态空间型为南北反向型。
利用2010—2019年青海省33个闪电定位监测站闪电监测资料和48个市县区雷电灾害实时资料,采用数理统计和ArcGIS空间分析方法对青海省雷电灾害的空间分布及其风险区划进行了分析。结果表明,闪电次数较多、正负闪电流强度较强的地区主要分布于青海省中东部,雷暴日数高值区主要分布在祁连山区局地和青海省南部。青海省雷电灾害风险在空间上呈现出明显的地域分异特征。其中,高风险区主要位于境内的昆仑山、祁连山、念青唐古拉山、巴颜喀拉山和阿尼玛卿雪山以及青南牧区局部;柴达木盆地西北部、青南牧区东南部及环青海湖局部地区属中等风险地区;东部农业区大部、柴达木盆地局部、五道梁和沱沱河地区风险水平较低。
