1、华北地区百年降水变化及未来十年预测,张存杰中国科学院大气物理研究所东亚中心 中国气象局兰州干旱气象研究所,1. 西北地区干旱气候变化规律 2. CRU资料介绍 3. CRU资料检验 4. 中国北方降水空间变化特征 5. 中国北方降水年代际变化特征 6. 未来1015年中国北方降水变化预测,目 录,1. 西北干旱气候变化规律,中国北方大部分地区 为干半和干旱区,干旱及半干旱区的面积约占陆地总面积 全球35，中国47 中国西北87，明显高于全球及全国的比例。 地形地貌复杂,气候多样,1。对西北干旱气候的研究，虽早在50年代末高由禧等就曾进行过融冰化雪改变西北干旱面貌的试验，但后来一段时间重视不够，
2、在我国一些气候图集和旱涝专著中西北地区常为空白区。近20年有关西北干旱的研究较多,特别是有关西北干旱事实分析和干旱区陆气相互作用观测研究较多。 2。徐国昌等同志编著的中国干旱半干旱区气候变化一书，对我国西部干旱和半干旱地区气候变化的基本情况，作了比较系统的论述。重建或新建了甘肃省和我国西部、东部、干旱半干旱地区的历史旱涝资料，建立了西北地区的近代气候资料，进行了客观气候分区，并进一步对西北及干旱半干旱地区的气候变化作了较系统的分析研究。研究得到，近万年来我国西部气候演变可分为三个阶段，千年尺度的气候振荡存在10003000年的周期变化。干旱及半干旱地区及甘肃省近数百年来干旱频率变化存在1101
3、30年周期，20世纪为旱涝灾害高频期，特大旱灾与干旱高频期关系密切，这一规律的发现对上述地区特大旱灾的预测和预防具有重大意义。,3。徐国昌等研究发现，在我国北方的广大区域，年降水量存在着准三年周期，西北地区东部正处在这个准三年周期显著区域的中心部位。“九五”期间谢金南等研究发现，西北东部年降水量的准3年周期振幅随时间也呈周期变化，西北地区重大干旱事件是在长趋势的干旱化过程和年代际变化的干旱段，加上年际变化的降水低值年份条件下形成的。,兰州年降水量(1)及其准3年周期振幅(3)的周期拟合与延伸(2) 图,青藏高原及周围地区年平均降水量(mm)分布,高原地形阻隔了南来的水汽，强迫西风气流分支绕流，
4、形成高原北侧全年盛行的反气旋性辐散带，既进一步加强了高原北侧的下沉运动，也使气柱中本来就稀少的水汽易辐散掉，难在当地降雨。 在高原及邻近地区多年平均的垂直运动场上，高原上盛行较强的上升运动，而绕高原西侧、北侧和东北侧分布着下沉运动带，带中的三个下沉中心大体分别与中亚、 西北和华北三片干旱及半干旱区相对应。高原北侧和东北侧这种长时间维持的深厚下沉运动造成了西北地区干旱气候背景。西北干旱区干、湿年的对比分析还表明，在干年夏季高原北侧对流层中、高层有比常年更强的干旱经圈环流圈，下沉运动也更强。,青藏高原及周围地区夏季平均垂直环流示意图,西北干旱气候形成的概念模型,西北干旱气候形成的概念模型：远离海洋
5、和高原地形造成了西北干旱气候的背景，而高原地形的热力、动力作用连同盛行环流的年际变化等又造成了干旱区相对干、湿年的变化。也即青藏高原地形的热力、动力作用、远离海洋和环流异常是形成西北干旱气候的主要因子 。,动力学分析和数值模拟发现，我国半干旱地区干旱的发生，取决于中高纬阻塞流型的形成和副热带高压流型的维持，在阻塞流型形成和维持的过程中，纬向非对称热力强迫与耗散，非线性平流和线性频散三者的作用同样重要，它们是形成阻塞流型的三个本质性因子。 环流：大尺度大气环流持续性异常是造成干旱形成的主要原因，发现对流层“西高东低”的气压场形势是西北区东部干旱形成的主要环流形势。,青藏高原：春季欧亚大陆和青藏高
6、原积雪偏多，夏季西北地区东部降水偏少；8月高原地面加热场与次年6月西北东部地区降水量有很好的正相关。 植被：通过数值模拟和观测资料分析发现，区域性干旱的发生与当地下垫面状况如植被覆盖情况有关。 海温：研究发现西北地区降水变化与赤道东太平洋海温变化关系密切，指出厄尔尼诺当年，西北地区东部夏季降水偏少，次年降水偏多 天文：太阳黑子活动对西北地区干旱形成有重要影响，天文准19年周期与西北地区降水的周期变化关系密切。 周期：西北地区重大干旱事件是不同时间尺度的干旱段叠加的结果 建立了西北地区东部干旱形成的概念模型和干旱预测模型,西北地区气候分区,19872000年与19611986年西北地区平均气温之
7、差,西北地区变暖幅度高于全国平均水平,19872000年与19611986年西北地区年均降水量之差(mm),西部降水增多，东部干旱严重,通过分析降水标准化变量累积曲线，发现西北大部分地区降水量突变发生在1980年代中期，有少部分发生在1970年代中期，而且秋季降水量的均值突变现象在四季中最为明显,西北西部,西北东部,CO2加倍后月平均降水的变化,兰州,乌鲁木齐,II. 中国北方近100年降水变化研究,资料和方法,CRU05全球陆地逐月降水格点资料(包括南极洲) 东英格兰大学气候研究中心（Climatic Research Unit, School of Environmental Scienc
8、es, University of East Anglia, Norwich, United Kingdom） 时间：1901.012002.12 Variables Directory Units Precipitation pre mm Wet day frequency rd0 days Mean temperature tmp degC*10 Diurnal temperature range dtr degC*10 Vapour pressure vap hPa*10 Cloud cover cld oktas*10 (1)时间长,(2)空间分辨率高,(3)严格的质量控制和均一性检验
9、(19800) 分析方法:EOF, REOF, WAVElET ANALYSIS, MEAN GENERATING FUNCTION,全球陆地年平均降水分布(19611990),东亚和南亚年降水分布(19611990),北京: 相关系数: 0.84 均方差: 14.55 平均差:-66.56mm,太原: 相关系数: 0.93 均方差: 6.94 平均差:53.78mm,沈阳: 相关系数: 0.98 均方差: 2.81 平均差:-8.79mm,兰州: 相关系数: 0.92 均方差: 5.81 平均差:51.18mm,西宁: 相关系数: 0.70 均方差: 8.69 平均差:61.22mm,酒泉:
10、 相关系数: 0.90 均方差: 2.24 平均差:18.28mm,乌鲁木齐: 相关系数: 0.89 均方差: 5.93 平均差:-64.15mm,站名 CRU格点 相关系数 均方差 平均差 沈阳 (607, 263) 0.98 3.42 37.39 海拉尔 (599, 279) 0.98 2.81 -8.79 黑河 (615, 280) 0.93 5.49 26.60 张家口 (591, 262) 0.70 11.21 24.53 北京 (593, 260) 0.84 14.55 -66.58 石家庄 (589, 257) 0.69 20.54 -20.34 呼和浩特(584, 262) 0
11、.68 13.07 -52.74 大同 (587, 261) 0.84 7.82 26.75 太原 (586, 256) 0.93 6.94 53.78 榆林 (580, 257) 0.91 7.10 7.11 延安 (580, 254) 0.75 13.11 -47.34,站名 CRU格点 相关系数 均方差 平均差 西安 (578, 249) 0.98 3.79 117.78 天水 (572, 250) 0.73 13.69 36.18 西峰 (574, 252) 0.78 11.54 -34.33 兰州 (568, 253) 0.92 5.21 51.18 酒泉 (557, 260) 0.
12、90 2.24 18.28 敦煌 (550, 260) 0.81 2.09 13.71 西宁 (564, 254) 0.70 8.69 -61.22 格尔木 (550, 253) 0.91 4.99 94.99 乌鲁木齐(536, 268) 0.89 5.93 -64.15 库车 (527, 264) 0.56 3.27 6.35 喀什 (512, 259) 0.71 5.10 54.47,1303个格点,19512000年降水资料进行EOF,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13.40 9.01 8.06 5.67 5.18 4.63 4.20 3.63 3.37 3.01,前10个
13、特征向量场方差贡献为60%,7个旋转特征向量场方差 贡献为70%,I：北疆区 II：华北区 III：河西走廊区 IV：东北东区 V：东北北区 VI：东北西区 VII：高原区,北疆区：线性趋势29mm/100a, 有3个多雨时段和3个少雨时段,北疆区：存在3年、58年、32年左右周期。,北疆区：2004年2015年为干旱少雨时期，2016年后转为多雨,华北区：线性趋势15mm/100a, 2个干旱时期和1个多雨时期,华北区：存在3年、58年、812年左右周期。,华北区：2004年2009年为相对多雨时期，2010年后转为少雨时期,河西走廊区：线性趋势0mm/100a, 2个干旱时期和2个多雨时期
14、（70年）,河西走廊区：存在3年、32年左右周期。,河西走廊：2004年2013年为相对多雨时期，2014年后转为少雨时期,东北东区：线性趋势66mm/100a, 3个少雨时期和3个多雨时期,东北东区：存在3-7年、12-18年左右周期。,东北东区：2004年以后正常或偏多时期较多,东北北区：线性趋势63mm/100a, 3个少雨时期和3个多雨时期,东北北区：存在7-9年、28年左右周期。,东北北区：2004-2011年相对少雨期，2012年以后偏多时期较多,东北北区：线性趋势65mm/100a, 3个少雨时期和3个多雨时期,东北西区：存在3-5年、8-12年左右周期。,东北西区：2004年以后正常或偏多时期较多,高原区：线性趋势-3mm/100a, 4个少雨时期和4个多雨时期（70年）,高原区：存在3-5年、16-18年左右周期。,高原区：2004-2010年干旱少雨时期，2011-2016多雨时期，2017-2020干旱少雨时期,谢谢！,
