• CN 62-1175/P
  • ISSN 1006-7639
  • 双月刊
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干旱气象, 2026, 44(3): 379-386 DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2026-03-0379

论文

中国干旱区太阳辐射变化特征分析

赵龙,1, 刘宇伟2, 姜雪2, 周强1, 沈渭程1, 任余龙,3

1 国网甘肃省电力公司电力科学研究院甘肃 兰州 730070

2 国网甘肃省电力公司酒泉供电公司甘肃 酒泉 735100

3 中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃 兰州 730020

Analysis of solar radiation variation characteristics in arid region of China

ZHAO long,1, LIU Yuwei2, JIANG Xue2, ZHOU Qiang1, SHEN Weicheng1, REN Yulong,3

1 Electric Power Research Institute of State Grid Gansu Electric Power Companylanzhou 730070China

2 Jiuquan Power Supply Company of State Grid Gansu Electric Power CompanyJiuquan 735100, Gansu, China

3 Institute of Arid MeteorologyChina Meteorological AdministrationLanzhou 730020China

通讯作者: 任余龙(1976—),甘肃秦安人,博士,研究员,主要从事区域数值模式及模拟研究。E-mail:yulongren731100@126.com

责任编辑: 黄小燕;校对:胡蝶

收稿日期: 2025-08-6   修回日期: 2026-01-18  

基金资助: 基于大数据生态圈的智慧电力气象预报预警技术研究与系统开发项目(B7270622001Y)

Received: 2025-08-6   Revised: 2026-01-18  

作者简介 About authors

赵龙(1983—),高级工程师,主要从事新能源预测预报技术研发。E-mail: energy_zl@126.com

摘要

太阳能开发是中国实现“双碳”目标的关键途径。中国干旱区地域辽阔、太阳能资源丰富,但受地面观测站点稀缺、资料匮乏影响,对1980年气候变暖以来该区域太阳辐射变化特征及其影响因子了解不够充分,一定程度制约了区域光伏电站选址及太阳能资源的开发利用。为此,本文利用中国干旱区25个国家级地面辐射观测站太阳辐射资料、218个国家基准气候站云量资料及欧洲数值预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)高时空分辨率ERA5地表下行太阳短波辐射再分析资料,对该区域1980—2020年太阳辐射变化特征和影响因子进行研究。结果表明,该区域全年日平均太阳辐射呈增加趋势,具有明显的纬向特征;新疆南部、甘肃河西西部及青海部分区域辐射较大,超过50 MJ·m-2,年代际变化特征明显。1981—1990年全年日平均太阳辐射缓慢增加,1991—2010年快速增加,2011—2020年波动趋缓,整体趋于平稳。中国干旱区全年、冷暖季等各时段日平均太阳辐射均在1995年前后出现明显突变,主要变化区域在新疆北部、内蒙古东部。低云量变化是导致中国干旱区太阳辐射变化的可能原因,但其影响机制比较复杂,不是单一的线性关系,可能与该区域强烈的陆气相互作用相关,需要开展更深入的研究。

关键词: 中国; 干旱区; 太阳辐射; 低云量; 暖湿化

Abstract

Solar energy development is the key way for China to achieve dual carbon goals. China’s arid regions cover a vast territory and abound in solar energy resources. However, limited by scarce ground observation sites and insufficient in-situ data, the spatiotemporal variations and influencing factors of solar radiation in this region under climate warming since 1980 have not been fully clarified, which restricts the site selection of photovoltaic power stations and the development and utilization of regional solar energy resources to a certain extent. Therefore, based on solar radiation observations from 25 national ground radiation stations, cloud cover data from 218 national benchmark climate stations, and high spatiotemporal resolution ERA5 surface downward shortwave solar radiation reanalysis data from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, this study investigates the variation characteristics and influencing factors of solar radiation in arid regions of China during 1980-2020. The results show that the daily mean solar radiation in the study area presents an increasing trend with obvious zonal characteristics. High-value radiation areas are mainly distributed in southern Xinjiang, western Hexi Corridor of Gansu, and parts of Qinghai, with radiation values exceeding 50 MJ·m-2, with obvious decadal variation characteristics. The annual daily mean solar radiation increased slowly during 1981-1990, rose rapidly from 1991 to 2010, and fluctuated mildly and tended to be stable overall during 2011-2020. The daily mean solar radiation for annual, cold-season, and warm-season periods in the arid regions of China exhibited significant abrupt changes around 1995, which mainly occurred in northern Xinjiang and eastern Inner Mongolia. Low cloud cover variation is the possible cause of solar radiation variation in the regions, but its influence mechanism is complex and does not follow a simple linear relationship, and may be related to the strong land-atmosphere interaction in the area, so more in-depth research is needed.

Keywords: China; arid region; solar radiation; low cloud cover; warm and humid

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本文引用格式

赵龙, 刘宇伟, 姜雪, 周强, 沈渭程, 任余龙. 中国干旱区太阳辐射变化特征分析[J]. 干旱气象, 2026, 44(3): 379-386 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639-2026-03-0379

ZHAO long, LIU Yuwei, JIANG Xue, ZHOU Qiang, SHEN Weicheng, REN Yulong. Analysis of solar radiation variation characteristics in arid region of China[J]. Arid Meteorology, 2026, 44(3): 379-386 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639-2026-03-0379

0 引言

自工业革命以来,人类大量排放二氧化碳等温室气体。其产生的辐射强迫,对气候系统造成了明显的影响:大气、海洋和陆地持续变暖,气候系统各圈层发生了广泛而迅速变化(IPCC,2023)。2023年全球平均地表温度较1850—1900年升高1.43 ℃,2014—2023年平均值则偏高1.19 ℃(Forster et al.,2024)。气候持续变暖导致全球大气环流异常,其后果是极端降水、干旱和高温等极端天气气候事件发生频率和强度不断增加(殷菲等,2024;刘卫平等,2025;苏天鑫等,2025)。2020年,美国西部受持续极端高温干旱天气影响,引发的山火,造成了该区域的严重空气污染事件(Richardson et al.,2022)。2022、2023年夏季,受极端异常气候影响,中国大部分地区遭遇持续性、破纪录的极端高温干旱事件(Liao et al.,2024;Wang et al.,2024)。为减缓全球变暖趋势,减少温室气体排放已刻不容缓,因而全球提出碳排放控制目标。为响应全球碳减排倡议,中国政府提出2030年前碳达峰、2060年前碳中和的双碳发展目标。其实现途径即最大限度减少化石能源使用,进而大力发展风、光等绿色能源。因此,对风、光新能源的研究越来越重要。

太阳辐射是地球大气系统最重要的能量来源,从根本上决定着地球大气的能量平衡过程,驱动大气运动。过去的研究表明,自国际地球物理年(1957年)建立地面太阳辐射观测网以来到20世纪80年代末,全球地面太阳辐射普遍呈下降趋势(马金玉等,2011)。对归档的全球能量平衡GEBA(Global Energy Balance Archive)1 500个辐射站资料分析表明,亚洲、非洲、欧洲和北美的大部分地区地面太阳总辐射均呈减少趋势,不同地区的减少幅度有所差异(Gilgen et al.,1998)。20世纪50年代以来,全球多地地面太阳辐射持续衰减,至80年代末90年代初,该趋势发生逆转,辐射逐步回升,对近地面气候、水循环及生态系统产生重要影响(Wild et al.,2005)。1960—1990年中国地面太阳总辐射和直接辐射也呈下降趋势(李晓文等,1998);但从1990年开始,中国地区地面太阳总辐射同样发生转折开始回升(Che et al.,2005;Shi et al.,2008)。研究表明,云、气溶胶、水汽、大气分子散射和吸收等可能是造成这种变化的原因(申彦波等,2008)。赵春霞等(2013)对东南沿海的福州、广州、汕头、桂林、南宁和杭州6个城市总太阳辐射变化因子研究表明,太阳辐射变化主要受到低云量、气溶胶、总云量、日照时数的影响,但不同区域的主导因子不同。杨溯等(2013)利用我国100个地面站点的地面太阳总辐射与日平均云量资料,分析1961—2009年我国地面太阳辐射变化特征及云的影响,表明在辐射变暗阶段云的影响作用不显著,变亮阶段云的作用明显增强。

中国干旱区主要分布在北方,包括新疆、青海、甘肃、内蒙古等省区,地域辽阔。该区域海拔较高,光照充足,空气稀薄,是中国太阳能资源富集、开发潜力巨大的区域。由于远离海洋,该区域空气干燥,相对湿度低,云量少,晴日频率高,大部分太阳辐射可直接到达地面,利用率高;该区域沙漠戈壁分布广泛,植被稀疏,地表遮拦物少,因而非常适合大规模光电厂建设。然而,该区域辐射观测站点稀少,资料时空分辨率偏低;缺乏高精度、长时序连续太阳辐射观测资料,导致区域气候变暖背景下太阳辐射变化特征研究不足,缺乏建立光伏电站的充分依据,是当前亟需解决的现实问题。欧洲数值预报中心ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)研制的全球第五代大气高时空分辨率再分析资料ERA5(The fifth generation of ECMWF global reanalysis)为该项研究提供了便利条件。ERA5再分析资料由于分辨率高、误差小而广泛应用在天气和气候变化研究中(陈逸骁等,2024;何杭等,2025;南佳岚等,2025;王澄海等,2025)。因此,本文对该产品评估的基础上,对1980年变暖以来中国干旱区地表太阳辐射变化特征进行分析,并对其变化机制进行简单探讨,以期为该区域光伏能源的开发提供依据。

1 资料及方法

1.1 研究区

研究区包括新疆、甘肃、青海、宁夏及内蒙古等省级行政区,依据中国气候区域划分(张强等,2025)。该区域是中国主要干旱区,常年受西风带影响,年降水量稀少,空气干燥、光照充足;境内沙漠戈壁广泛分布,地广人稀,是我国陆上建设大规模光伏电厂的最适宜区域(图1)。

图1

图1   研究区地面太阳辐射观测站(蓝点)及国际地圈生物圈计划(International Geosphere Biosphere Programme,IGBP)下垫面覆盖类型(填色)空间分布

(色标条中数字表示IGBP下垫面覆盖类型,0~17分别代表水、常绿针叶林、常绿阔叶林、落叶针叶林、落叶阔叶林、混交林、封闭灌丛、开阔灌丛、木本稀树草原、稀树草原、草原、永久湿地、农田、城市和建筑物、作物或自然植被镶嵌体、冰雪、贫瘠或稀疏植被覆盖地、未分类区)

Fig.1   Spatial distribution of surface solar radiation stations (blue dots) and the land cover types from the IGBP (the color shaded) in the research area

(The numbers on the color bar denote IGBP land cover types, with values ranging from 0 to 17 corresponding to water, evergreen needleleaf forest, evergreen broadleaf forest, deciduous needleleaf forest, deciduous broadleaf forest, mixed forest, closed shrubland, open shrubland, woody savanna, savanna, grassland, permanent wetland, cropland, urban and built-up land, cropland or natural vegetation mosaic, snow and ice, barren or sparsely vegetated and unclassified)


1.2 资料与方法

观测资料:研究区25个国家级地面辐射观测站、经过严格质量控制的1988—2017年逐日太阳辐射观测资料(图1),利用逐日资料,计算各站月、季及年不同时间尺度平均值;该区域218个国家基准气候站1980—2020年逐日云量资料。

再分析资料:EAR5采用四维同化技术,融合更多的历史观测数据尤其是卫星数据,生成多种时间和空间分辨率、137个垂直分层、240种物理量产品的数据集,能更准确反映大气时空特征。ERA5地表下行太阳短波辐射数据为ECMWF发布的新一代高时空分辨率再分析产品(水平分辨率为0.5°×0.5°),广泛用于陆面模式大气强迫数据。为此,本文采用该数据集1980—2020年逐日资料,与处理太阳辐射观测资料方法类似,将逐日ERA5资料整理成月、季及年平均资料,然后采用双线性插值方法将其插值到观测站点上。

采用线性倾向估计及显著性检验、Mann-Kendall突变检验方法(魏凤英,2007),分析研究区太阳辐射时空变化分析。

2 ERA5地表下行太阳辐射资料评估

图2为1988—2016年中国干旱区全年及不同季节日平均太阳辐射空间分布。可以看出,中国干旱区全年日均太阳辐射为40~60 MJ·m-2[图2(a)];春季为50~70 MJ·m-2[图2(b)];夏季为55~75 MJ·m-2[图2(c)];秋季为30~50 MJ·m-2[图2(d)];冬季最少,为15~40 MJ·m-2[图2(e)]。其中,内蒙西部、甘肃西部及青海北部为太阳辐射最多区域;新疆太阳辐射在夏季最大,冬季最少,具有明显的季节特征。

图2

图2   1988—2016年中国干旱区全年及不同季节日平均太阳辐射空间分布(单位:MJ·m-2

(a)全年,(b)春季,(c)夏季,(d)秋季,(e)冬季

Fig.2   Spatial distribution of daily mean solar radiation at annual and seasonal scales over arid regions of China from 1988 to 2016 (Unit: MJ·m-2)

(a) annual, (b) spring, (c) summer, (d) autumn, (e) winter


将ERA5各时段平均地表下行太阳辐射利用双线性插值到对应观测站点,然后统计所有站点不同时段ERA5日平均太阳辐射相对观测值的偏差特征。结果表明(表1),全年日平均太阳辐射最大偏差为7.2 MJ·m-2,平均偏差为-2.8 MJ·m-2;春季最大偏差7.3 MJ·m-2,平均偏差-2.7 MJ·m-2;夏季偏差最小,最大偏差为3.5 MJ·m-2,平均为-3.7 MJ·m-2;秋季最大偏差最大,为8.4 MJ·m-2,平均偏差为-2.5 MJ·m-2;冬季偏差最大为5.7 MJ·m-2,平均偏差为0.6 MJ·m-2。分析1988—2016年全年及不同季节中国干旱区不同站点ERA5地表下行太阳辐射与观测值的相关系数(图略)得出,全年、春季、夏季、秋季和冬季ERA5太阳辐射与观测值的相关系数分别为0.60、0.70、0.70、0.65,均通过α=0.001的显著性检验。说明ERA5再分析资料的太阳辐射误差较小,与中国干旱区站点观测值相关性高,因此,下文用该资料分析中国干旱区太阳辐射的时空变化特征。

表1   1988-2016年中国干旱区全年及不同季节ERA5日平均地表下行太阳辐射偏差统计

Table 1  Statistics of daily mean ERA5 surface downward solar radiation bias at annual and seasonal scales over arid regions of China from 1988 to 2016

时段最大偏差平均偏差
全年7.2-2.8
春季7.3-2.7
夏季3.5-3.7
秋季8.4-2.5
冬季5.70.6

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3 太阳辐射时空变化

3.1 年及年代际变化

由全年日平均地表下行太阳辐射空间分布[图3(a)]看出,中国干旱区大部分地区日平均辐射大于40 MJ·m-2。具有明显的纬向特征,35°N—45°N区域,包括新疆南部、甘肃西部、青海北部、内蒙古西部及宁夏大部分地区日平均辐射超过48 MJ·m-2;新疆南部、甘肃河西西部及青海部分地区太阳辐射较大,超过50 MJ·m-2,个别区域超过54 MJ·m-2。研究区大部分区域日平均太阳辐射呈增加趋势[图3(b)],其中新疆北部及110°E以东区域增加趋势显著,增加速率为2.00 MJ·m-2·(10 a)-1,该区域太阳辐射与年份序列的时间相关系数大于0.35,通过α=0.05的显著性检验(图略)。1980年以来,日区域平均太阳辐射呈增加趋势,在2008年达到峰值(44.3 MJ·m-2),其中1981—1990年增加缓慢,增加速率为0.20 MJ·m-2·(10 a)-1;1991—2000年、2001—2010年快速增加,增加速率分别达0.97、0.73 MJ·m-2·(10 a)-1;2011—2020年太阳辐射波动趋缓,变化速率明显减小,整体趋于平稳[图3(c)]。

图3

图3   1980—2020年中国干旱区日平均地表下行太阳辐射(a,单位:MJ·m-2)、线性倾向率[b,单位:MJ·m-2·(10 a)-1]空间分布及日区域平均地表下行太阳辐射年际变化(c)

Fig.3   Spatial distributions of daily mean surface downward solar radiation (a, Unit: MJ·m-2) and linear trend rate (b, Unit: MJ·m-2·(10 a)-1), and the interannual variations of regional averaged daily surface downward solar radiation (c) over arid regions of China from 1980 to 2020


基于Mann-Kendall突变检验分析表明,中国干旱区日平均太阳辐射在1995年前后出现明显突变[图4(a)]。突变前,研究区大部分区域日平均太阳辐射为负距平,即太阳辐射为偏少趋势,偏少区域主要分布在新疆北部、内蒙古东部,偏少约0.5~1.5 MJ·m-2[图4(b)];突变后,研究区大部分地区日平均太阳辐射呈偏多趋势,主要偏多区域与偏少区相对应,包括新疆北部、内蒙古东部,偏多约0.5~1.0 MJ·m-2[图4(c)]。

图4

图4   1980—2020年中国干旱区日平均地表下行太阳辐射M-K突变检验(a),及1980—1995年(b)、1996—2020年(c)区域平均的日地表下行太阳辐射距平(单位:MJ·m-2

Fig.4   The Mann-Kendall abrupt change test of daily mean surface downward solar radiation (a), and regional mean anomalies of daily surface downward solar radiation during 1980-1995 (b) and 1996-2020 (c) (Unit: MJ·m-2) over arid regions of China


3.2 暖、冷季太阳辐射变化特征

本文依据东亚夏季风强度划分冷暖季节:4—9月为暖季,其间东亚夏季风逐步增强,由海洋向内陆输送的水汽逐渐增多,研究区内水汽充沛、温度升高、降水增多;其余时段划为冷季,研究区受西风带控制,水汽匮乏,气候干冷。

暖季研究区大部分区域日平均太阳辐射大于55 MJ·m-2,其中新疆大部分区域、甘肃河西及内蒙古西部为高值区(60~70 MJ·m-2),青海南部、甘肃和内蒙古东部,太阳辐射值相对较低,为50~60 MJ·m-2[图5(a)]。与暖季太阳辐射空间分布不同,冷季研究区太阳辐射在35°N—45°N最多,其中南疆盆地、甘肃及宁夏部分区域为30~40 MJ·m-2[图5(b)]。从其气候背景考虑,受东亚夏季风和南亚季风活动影响,研究区4月开始各地逐渐进入雨季,尤其以青海东南部、甘肃及内蒙古东部降水量最多,上述区域空中水汽输送增多,云量增加,导致到达地面的太阳辐射减少。从9月开始,东亚夏季风逐步减弱,水汽输送随之减少,研究区受单一西风气流控制,云量减小,各地又陆续进入冷季,太阳辐射值呈现纬向分布特征。暖季和冷季太阳辐射在1995年前后仍然出现了明显突变,突变前暖季区域日平均太阳辐射值偏少约0.4 MJ·m-2,突变后偏多约0.3 MJ·m-2;冷季突变前后的太阳辐射变化更显著,突变前区域日平均太阳辐射偏少约0.5 MJ·m-2,突变后偏多约0.4 MJ·m-2(图略)。

图5

图5   1980—2020年中国干旱区暖季(a)和冷季(b)日平均地表下行太阳辐射空间分布(单位:MJ·m-2

Fig.5   Spatial distributions of daily mean surface downward solar radiation in warm season (a) and cold season (b) from 1980 to 2020 (Unit: MJ·m-2)


4 低云量对太阳辐射的影响

上述分析表明,近40 a来研究区地表下行太阳辐射呈增加趋势,1995年前后出现了明显突变;冷季的变化对年平均变化贡献更大。影响地表太阳辐射的因子可以分为3类:天文因子、地理因子和气象环境因子。对于某一特定区域而言,气象环境因子存在较大的不确定性。云是影响地表辐射变化的主要气象环境因子,其通过吸收和反射入射的太阳辐射,从而对到达地表的太阳辐射产生较大影响。低云量增加会反射更多的太阳辐射,从而减少对地球系统的热输入;相反,低云减少,能使更多的太阳辐射到达地表,从而使地表温度升高(Zelinka et al., 2020)。

利用研究区218个气象站1980—2020年低云量资料,分析暖季和冷季区域低云量变化及其与太阳辐射的关系。暖季低云量存在明显的年代际变化,1980—1990年低云量平均为57.0%;1991—2000下降至55.5%;2001—2010略增,其中2010年增加至59.5%;2011—2020进一步增加至60.5%[图6(a)]。冷季低云量总体比暖季偏小,也存在与暖季类似的变化特征。1980—1990年低云量平均为40.4%;1991—2000年下降为39.5%;2001—2010增加至41.5%;2011—2020年增加至46%[图6(b)]。与同期太阳辐射对比表明,暖季的低云量变化与太阳辐射变化呈明显的负相关,相关系数达-0.42(通过α=0.001的显著性检验)。而冷季低云量与太阳辐射也呈负相关,但与暖季相比,相关系数降低为-0.35(通过0.05的显著性检验),表明低云量变化是导致研究区太阳辐射变化的可能原因,但其影响机制比较复杂,不是单一的线性关系,可能与研究区复杂的陆气相互作用相关,需要开展更深入的研究。

图6

图6   1980—2020年中国干旱区暖季(a)和冷季(b)平均低云量和日平均地表下行太阳辐射年际变化

Fig.6   Interannual variations of average low cloud cover and daily mean surface downward solar radiation in warm (a) and cold (b) seasons over arid regions of China from 1980 to 2020


5 结论与讨论

本文利用中国干旱区站点观测资料,对欧洲中心第五代再分析资料ERA5太阳辐射资料评估的基础上,对1980年气候变暖以来该区域太阳辐射变化特征及其原因进行了分析,得到以下主要结论。

(1)研究区ERA5全年日平均太阳辐射与观测资料相比,误差较小、相关性较高。各时段偏差最大为8.4 MJ·m-2,平均偏差小于-4.0 MJ·m-2;二者相关系数平均超过0.60,通过α=0.001的显著性检验。

(2)研究区全年日平均太阳辐射分布具有明显纬向特征。新疆南部、甘肃河西西部及青海部分区域辐射较大,超过50 MJ·m-2,个别区域超过54 MJ·m-2。研究区大部分区域全年日平均太阳辐射呈增加趋势,其中新疆北部及110°E以东区域增加趋势显著,增加速率为2.00 MJ·m-2·(10 a)-1。全年日平均太阳辐射年代际变化特征明显,1991—2010年快速增加,2011—2020年增速趋缓,年际变化幅度减小。

(3)研究区全年日平均太阳辐射在1995年前后出现明显突变。主要变化区域在新疆北部、内蒙古东部,突变前偏少约0.5~1.5 MJ·m-2;突变后偏多约0.5~1.0 MJ·m-2。暖季和冷季的日平均太阳辐射具有和全年日平均太阳辐射相同的突变特征。

(4)暖季低云量与太阳辐射存在一致的年代际变化特征,相关系数为-0.42,通过α=0.001的显著性检验,表明低云量是影响地表太阳辐射变化的重要因子。而冷季低云量与太阳辐射相关系数为-0.35,通过α=0.05的显著性检验,表明低云量变化是导致研究区太阳辐射变化的可能原因。

西北地区暖湿化可能是低云量变化的一个原因,张强等(2023b)研究表明,20世纪80年代中期,西北地区西部出现明显的暖湿化趋势。20世纪90年代与60、70、80年代相比,西北地区气温分别升高0.8、0.7、0.5 ℃,新疆和青海交界、内蒙古西部和陕西东部部分地区是增温最明显的区域。伴随着气温加速上升,西北西部降水量普遍增加,其中1987—2000年与1961—1986年相比,北疆、南疆及天山地区分别增加22%、33%、12%,祁连山区和河西走廊中西部、青海高原部分地区平均增加10%~20%(张强等,2023a)。气温上升、降水增加、地表蒸散增多,为云量增加提供了有利条件;云量增加,导致地表净太阳辐射减少。然而,云、气温和降水之间的反馈作用不是线性的,其相互反馈对太阳辐射的影响还需进一步研究。另一方面,人类活动对地表的改变和气溶胶的释放作用,及其与云量间的关系,也是影响地表净太阳辐射变化的重要因素,也需要进一步深入研究。

参考文献

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中国干旱灾害的时空变化及其与直接经济损失的关联性研究

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在全球气候变暖背景下,干旱灾害对我国社会经济造成重大影响,且干旱强度和致灾性具有明显的区域性特征,研究干旱的时空变化特征及其关联的经济损失对未来旱灾损失预估、区域干旱灾害风险管理和抗旱资源配置等具有重要意义。基于1961—2022年中国(港、澳、台地区除外)及不同省(市、区)气象干旱综合指数和2001—2022年干旱灾害损失数据,分析干旱的时空变化及其周期性特征,并探究干旱灾害与经济损失之间的关联性。 结果表明,我国干旱强度具有年际和年代际变化趋势,年平均干旱强度存在2 a周期性振荡特征,季风期干旱强度存在9 a和19 a的显著周期变化;干旱强度具有“南强北弱”的分布特征,南方3个干旱强中心分别位于西南地区、黄淮中部以及华南东南部。进入21世纪后,我国农作物干旱受灾面积、绝收面积、受灾人口及直接经济损失整体呈减少态势,但东北和西南地区干旱灾害的直接经济损失较突出。不同省(市、区)干旱灾害与直接经济损失的关联程度不同,南方地区受干旱灾害影响更大,尤其是长江流域中部,干旱强度与经济损失关系紧密。此外,不同地区因干旱导致的直接经济损失不仅受干旱强度和干旱频次影响,也与农作物种植面积、抗旱能力以及人口和环境等因素相关。

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气候过渡区不同生态系统多陆面因子-大气耦合特征

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气候过渡区作为“陆-气耦合”热点地区,当前研究多集中于该区域陆-气耦合时空分布及水热条件的影响,缺乏对多因子协同作用及不同生态系统耦合度差异的研究。本文基于站点观测资料,聚焦陆面水、热、生因子与地表通量的耦合关系,对比分析不同生态系统之间单因子和多因子陆-气耦合度差异,评估各陆面因子对耦合度的贡献。结果表明,单因子耦合中,稀疏植被的潜热与叶面积指数耦合强度最强,农田的潜热与土壤温度耦合强度最强;草地、森林和农田的感热与土壤温度耦合最强。多因子耦合度明显优于单因子,多因子与潜热的耦合度在森林和稀疏植被有明显提升,与感热的耦合在稀疏植被明显增强。各因子对地表通量的贡献中,草地感热和潜热分别由热力和生态因子主导;稀疏植被潜热由水分、生态因子共同主导,感热由热力因子主导;农田和森林的潜热和感热由热力因子主导。干旱条件下,水分和生态因子对多数生态系统中潜热和感热的贡献增大。

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[J]. 应用气象学报, 9(1): 24-31.

[本文引用: 1]

刘卫平, 曹丽娟, 张璞, , 2025.

新疆极端气温均一性检验及变化趋势时空特征

[J]. 干旱气象, 43(3): 394-402.

[本文引用: 1]

全球变暖背景下,新疆极端天气气候事件频发,深入研究气温极值的均一化,将有助于准确分析气候变化特征,为制定有效的气候变化应对策略提供参考。利用RHtestsV5软件中惩罚最大T检验方法(Penalized Maximal T Test,PMT),选用均一化的月平均最高气温和月平均最低气温作为参考序列,对新疆105个国家级地面气象站1951—2022年月极端最高、极端最低气温序列进行均一性检验,分析造成新疆月极端最高、最低气温序列非均一的主要原因,采用分位数匹配(Quantile-Matching,QM)方法对非均一序列进行订正。结果表明:1)105个国家级地面气象站中26站月极端最低气温、8站月极端最高气温序列存在断点,极端最低气温比极端最高气温更易受非自然因素影响;2)台站迁移是极端最高、最低气温序列产生断点的主要原因,极端最高气温产生断点的次要原因是环境变化,而极端最低气温产生断点的原因还包括仪器换型、环境变化和观测时次改变;3)订正前、后全疆年极端最高气温和极端最低气温趋势变化差异不大,但墨玉站等月极端最高、最低气温订正后由降温趋势变为增温趋势,订正后新疆极端最高、最低气温更符合西北地区气候变暖特征,气候变化的空间一致性得到明显改善;4)墨玉极端最高气温和库尔勒极端最低气温订正后的数据序列变化趋势与旧址数据保持一致,且与新疆气候变暖特征的研究结果吻合度更好,说明订正方法具有可靠性和科学性。

马金玉, 梁宏, 罗勇, , 2011.

中国近50年太阳直接辐射和散射辐射变化趋势特征

[J]. 物理学报, 60(6): 853-866.

[本文引用: 1]

南佳岚, 王冬冬, 王博, , 2025.

增温对冬小麦生长过程及干物质分配的影响

[J]. 干旱气象, 43(1): 133-142.

[本文引用: 1]

在气候变化背景下,探究关中台塬区冬小麦生长发育过程中主要农艺性状及干物质分配对增温的响应特征,对评估冬小麦的敏感性及适应性具有重要意义。本文以冬小麦品种郑麦1860号为研究对象,通过开顶式气室(Open Top Chamber,OTC)模拟增温环境,分析增温对冬小麦生长发育过程的影响。结果表明,在小麦生育期内,气室内外温度存在显著差异(p<0.05),OTC内部平均温度较外部高0.8 ℃;增温条件下,小麦各物候期平均提前6 d,且株高明显增加。返青—抽穗阶段,OTC对小麦叶面积有促进作用,而扬花—乳熟阶段,则对叶面积有抑制作用。增温促进根系生长,使单株根系长度增加37.48%,细根表面积增加35.28%,但对根系生物量有抑制作用,OTC处理组较对照组减少7.60%;增温对茎、叶和穗的干物质量均有促进作用,但乳熟期叶干物质量例外。OTC增温对冬小麦营养生长期的功能性状具有明显促进作用,但对生殖生长期的功能性状影响不显著,甚至表现出一定的抑制作用。

申彦波, 赵宗慈, 石广玉, 2008.

地面太阳辐射的变化、影响因子及其可能的气候效应最新研究进展

[J]. 地球科学进展, 23(9):915-923.

[本文引用: 1]

近几十年来,全球和我国大部分区域的地面太阳辐射都经历了一个从减少到增加的过程,也就是所谓的地球&ldquo;变暗&rdquo;到&ldquo;变亮&rdquo;;引起这种变化的原因复杂多样,总云量的变化无法完全解释,而气溶胶的变化则有可能在某些地区(包括中国)起着重要作用;地面太阳辐射的这种变化会产生重要的气候效应,在&ldquo;变亮&rdquo;的过程中有可能使温室气体的增暖效应表现得更加明显。从以上3个方面,对近几年国内外利用地面观测资料和卫星遥感资料所得到的最新研究成果进行了总结和分析,这些研究所揭示的与全球气候变化有关的基本事实也可以为我国的气候变化研究提供一定的参考和启示。

苏天鑫, 孟宪红, 杨显玉, , 2025.

1963—2022年西北地区中西部干旱演变特征及植被响应研究

[J]. 干旱气象, 43(2):163-175.

[本文引用: 1]

系统研究干旱演变特征及植被对干旱的响应,对防旱减灾、水资源管理和策略制定具有重要意义。本研究以新疆、青海和甘肃三省为研究区域,基于1963—2022年CN05.1数据计算标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI),结合2003—2022年植被归一化指数NDVI,应用游程理论、Theil-Sen趋势检验、Mann-Kendall显著性检验、回归分析等方法,分析西北地区中西部不同时间尺度的干旱演变特征,并探讨干旱对植被的影响。结果表明,近60 a来,研究区在年代际和年际尺度上呈现干旱化趋势,1998年为干旱突变年;新疆东部和南部、柴达木盆地及河西走廊的干旱化趋势更为明显,干旱程度以轻旱和中旱为主,河西走廊中旱发生频率(大于15.00%)明显高于其他地区。干旱变化具有12 a、30 a和46 a的周期特征并具有明显的季节差异。春、夏、秋季西北地区中西部具有明显干旱化趋势,其中秋季SPEI减小速率为-0.034 a-1,干旱化趋势最突出;尤其是河西走廊,春、夏、秋季SPEI减小速率均小于-0.030 a-1,表明该地区连旱可能性较高,同时干旱历时、烈度峰值和平均干旱烈度均较高。塔里木盆地春秋季的干旱程度亦较为突出。干旱对植被变化具有一定的影响。与2003—2012年相比,2013—2022年NDVI退化面积增加约3.52%。近20 a来植被退化区域主要分布在新疆西部、青海东部和南部,NDVI与SPEI呈正相关。

王澄海, 尚君翔, 张飞民, , 2025.

北半球近70 a陆气耦合空间分布及其强度变化特征

[J]. 干旱气象, 43(3): 339-354.

[本文引用: 1]

陆气耦合是地表与大气之间物质能量交换的重要一环,深入研究陆气耦合的时空变化特征,对认识陆气耦合在全球气候变化中的作用有重要意义。基于1950—2020年全球陆面数据同化系统(Global Land Data Assimilation System,GLDAS)土壤湿度、欧洲中期天气预报中心陆面再分析数据集(ERA5-Land)和全球降水气候中心(Global Precipitation Climatology Centre,GPCC)的降水数据,计算反映土壤水分对降水的反馈(λ)、潜热通量对土壤湿度的变化响应程度(ISM-LH)和降水对地表潜热通量变化响应程度(ILH-Pr)的3种陆气耦合指数,从不同角度分析北半球陆气耦合强度及其空间分布特征,确定北半球陆气耦合关键区。在此基础上,分析过去近70 a北半球陆气耦合的时空变化特征。结果表明,ISM-LH能较好地反映土壤湿度-蒸发耦合过程,对陆气耦合强度代表性最好。北半球有5个陆气耦合关键区,分别为北美耦合关键区(NA)、地中海耦合关键区(MS)、中亚-蒙古耦合关键区(CM)、非洲耦合关键区(AF)和南亚耦合关键区(SA)。夏季陆气耦合关键区的范围最广、耦合强度最强,春季次之。春夏之间的前后期耦合强度弱于春、夏季同期的耦合强度。1950—2020年陆气耦合关键区年耦合强度具有明显的线性变化趋势,NA、SA、AF关键区陆气耦合强度呈现减弱趋势,其中AF夏季减弱趋势最明显,气候倾向率为-3.61/10 a(p<0.01);MS和CM的陆气耦合强度呈现增强趋势,其中CM夏季的线性变化趋势最明显,气候倾向率为2.28/10 a(p<0.01)。在耦合关键区,陆气耦合强度和降水的线性变化趋势在NA和MS呈反相变化,在AF和SA为同相变化;同期的陆气耦合强度异常与降水异常呈显著负相关,春季的负相关在MS最显著(r=-0.469,p<0.01),夏季的负相关在AF最显著(r=-0.821,p<0.01)。

魏凤英, 2007. 现代气候统计诊断与预测技术[M]. 2版. 北京: 气象出版社.

[本文引用: 1]

杨溯, 石广玉, 王标, , 2013.

1961—2009 年我国地面太阳辐射变化特征及云对其影响的研究

[J]. 大气科学, 37(5): 963-970.

[本文引用: 1]

殷菲, 白冰, 黄鹏程, , 2024.

气候和人类活动对黄河干流甘肃段NDVI变化的影响

[J]. 干旱气象, 42(6): 934-943.

[本文引用: 1]

研究气候变化和人类活动对黄河干流甘肃段植被的影响,对于黄河流域生态安全建设有一定意义。基于黄河干流甘肃段中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、18个地面气象观测站的降水和气温数据,采用线性趋势分析、偏相关分析、残差分析等方法,对黄河干流甘肃段2001—2020年NDVI时空变化特征及气候变化和人类活动对NDVI变化的贡献度进行了定量分析。结果表明:黄河干流甘肃段2001—2020年NDVI增长速率为0.05·(10 a)-1,其中2001—2010年为缓慢上升阶段,增长率为0.04·(10 a)-1,2011—2020年为快速上升阶段,增长率为0.08·(10 a)-1;近20 a黄河干流甘肃段植被生态整体呈良性发展,植被改善区位于临夏回族自治州中北部、兰州市及白银市东南部地区。研究区内对NDVI变化起主导作用的气候因子各有不同,甘南州大部NDVI与气温的正相关性更高;临夏州北部、兰州市及白银市NDVI与降水量的相关性更显著。黄河流域甘肃段植被变化是气候因子和人类活动共同作用的结果,2001—2020年气候因子对NDVI变化的贡献度为75.27%,人类活动贡献度为24.73%,气候因子仍是黄河流域甘肃段植被变化的主导因素,但人类活动对植被变化的影响程度逐渐加深。

张强, 黄建平, 杨金虎, , 2025.

中国干旱、半干旱区气候变化及影响研究百年进展

[J]. 气象学报, 83(3):699-715.

[本文引用: 1]

张强, 杨金虎, 马鹏里, , 2023a.

西北地区气候暖湿化增强东扩特征及其形成机制与重要环境影响

[J]. 干旱气象, 413: 351-358.

[本文引用: 1]

张强, 杨金虎, 王朋岭, , 2023b.

西北地区气候暖湿化的研究进展与展望

[J]. 科学通报, 68(14): 1 814-1 828.

[本文引用: 1]

赵春霞, 郑有飞, 吴荣军, , 2013.

我国东南沿海地区城市太阳辐射变化差异及其影响因素分析

[J]. 热带气象学报, 29(3):465-473.

[本文引用: 1]

CHE H, SHI G, ZHANG X, et al, 2005.

Analysis of 40 years of solar radiation data from China 1961-2000

[J]. Geophysical Research Letters, 32: L06803. DOI:10.1029/2004GL022322.

[本文引用: 1]

FORSTER P M, SMITH C, WALSH T, et al, 2024.

Indicators of global climate change 2023: annual update of key indicators of the state of the climate system and human influence

[J]. Earth System Science Data, 16(6): 2 625-2 658.

[本文引用: 1]

. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) assessments are the trusted source of scientific evidence for climate negotiations taking place under the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC). Evidence-based decision-making needs to be informed by up-to-date and timely information on key indicators of the state of the climate system and of the human influence on the global climate system. However, successive IPCC reports are published at intervals of 5–10 years, creating potential for an information gap between report cycles. We follow methods as close as possible to those used in the IPCC Sixth Assessment Report (AR6) Working Group One (WGI) report. We compile monitoring datasets to produce estimates for key climate indicators related to forcing of the climate system: emissions of greenhouse gases and short-lived climate forcers, greenhouse gas concentrations, radiative forcing, the Earth's energy imbalance, surface temperature changes, warming attributed to human activities, the remaining carbon budget, and estimates of global temperature extremes. The purpose of this effort, grounded in an open-data, open-science approach, is to make annually updated reliable global climate indicators available in the public domain (https://doi.org/10.5281/zenodo.11388387, Smith et al., 2024a). As they are traceable to IPCC report methods, they can be trusted by all parties involved in UNFCCC negotiations and help convey wider understanding of the latest knowledge of the climate system and its direction of travel. The indicators show that, for the 2014–2023 decade average, observed warming was 1.19 [1.06 to 1.30] °C, of which 1.19 [1.0 to 1.4] °C was human-induced. For the single-year average, human-induced warming reached 1.31 [1.1 to 1.7] °C in 2023 relative to 1850–1900. The best estimate is below the 2023-observed warming record of 1.43 [1.32 to 1.53] °C, indicating a substantial contribution of internal variability in the 2023 record. Human-induced warming has been increasing at a rate that is unprecedented in the instrumental record, reaching 0.26 [0.2–0.4] °C per decade over 2014–2023. This high rate of warming is caused by a combination of net greenhouse gas emissions being at a persistent high of 53±5.4 Gt CO2e yr−1 over the last decade, as well as reductions in the strength of aerosol cooling. Despite this, there is evidence that the rate of increase in CO2 emissions over the last decade has slowed compared to the 2000s, and depending on societal choices, a continued series of these annual updates over the critical 2020s decade could track a change of direction for some of the indicators presented here.

GILGEN H, WILD M, OHMURA A, et al, 1998.

Means and trends of shortwave incoming radiation at the surface estimated from global energy balance archive data

[J]. Journal of Climate, 11: 2 042-2 061.

[本文引用: 1]

IPCC, 2023. Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[M]. Cambridge: Cambridge University Press.

[本文引用: 1]

LIAO Z, YUAN Y F, CHEN Y, et al, 2024.

Extraordinary hot extreme in summer 2022 over the Yangtze River basin modulated by the La Niña condition under global warming

[J]. Advances in Climate Change Research, 15(1): 21-30.

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RICHARDSON D, BLACK A S, IRVING D, et al, 2022.

Global increase in wildfire potential from compound fire weather and drought

[J]. NPJ Climate and Atmospheric Science, 5(1): 23.DOI:10.1038/s41612-022-00252-9.

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SHI G, CHEN Z, WANG B, et al, 2008.

Data quality assessment and the long-term trend of ground solar radiation in China

[J]. Journal of Applied Meteorology & Climatology, 47(4):1 006-1 016.

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WANG Q, LIAO Z, ZHAI P M, et al, 2024.

Record-breaking heatwave in North China during the midsummer of 2023

[J]. International Journal of Climatology, 44(12): 4 206-4 218.

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WILD M, GILGEN H, ROESCH A, et al, 2005.

From dimming to brightening: Decadal changes in solar radiation at earth’s surface

[J]. Science, 308: 847-850.

[本文引用: 1]

Variations in solar radiation incident at Earth's surface profoundly affect the human and terrestrial environment. A decline in solar radiation at land surfaces has become apparent in many observational records up to 1990, a phenomenon known as global dimming. Newly available surface observations from 1990 to the present, primarily from the Northern Hemisphere, show that the dimming did not persist into the 1990s. Instead, a widespread brightening has been observed since the late 1980s. This reversal is reconcilable with changes in cloudiness and atmospheric transmission and may substantially affect surface climate, the hydrological cycle, glaciers, and ecosystems.

ZELINKA M D, MYERS T A, MCCOY D T, et al, 2020.

Causes of higher climate sensitivity in CMIP6 models

[J]. Geophysical Research Letters. 47(1): e2019GL085782. DOI:10.1029/2019GL085782.

[本文引用: 1]

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