利用中国近50年逐日最高、最低气温和降水资料，计算分析北方极端高温、极端低温和极端强降水事件的频率变化趋势。研究结果表明，中国北方夜间温度极端偏低的日数显著趋于变少；白天温度偏高的日数则趋于增多，只有华北南部例外。同时我国北方日最低气温小于0℃的日数显著减少，这使得我国北方，尤其是东部地区无霜期明显加长。从降水来看，华北地区强降水事件趋于减少，但西北地区强降水事件趋于增多。
建立在全国110站的日平均表面温度资料的基础上，着重分析了北方干旱和半干旱地区1951~2000年极端温度发生频率和强度的变化趋势，同时给出了年极端温度变化的变化趋势及区域差异；最后讨论了极端温度的时空特征和区域增暖的相互联系。结果指出：从1951到2000年，在北方干旱和半干旱地区，最低温度发生的频率显著减小，只是趋势开始的时间存在区域差异；与之不同的是，20世纪90年代以前，绝大多数地区最高温度发生的频率没有明显的变化趋势，但近10年却有一个明显的增加趋势；年极端日平均温度强度的分析结果表明：北方地区年最低温度存在显著的减小趋势。从各个分区零温度以下天数的统计结果来看，北方地区近50年来零温度的天数正在减少，且零温度的开始时间推后，结束时间提前。另外，通过分析北方地区极端温度发生的频率及年极端温度和区域增暖的关系发现，当前的增温趋势与极端最低温度发生频率的减少和年最低温度的升高密切相关，近10年极端最高温度的增加加剧了增温的幅度。
利用中国大陆453个测站1961~2000年的逐日平均气温资料，通过标准差和Skewness系数计算日气温距平强度,反映中国近40年来暖季 (5-9月) 气候变化趋势。近40年中国暖季增温的幅度有南北差异，以黄河流域为界，北边高纬增温更强烈;平均气温趋势有前后两段的显著差别，大致在1970年代后期实现向增温趋势的转变;最强的增温出现在1990年代以后。多数区域气温反映出季节内气候变率增大，显示暖季日平均气温趋于大的涨落。日气温距平和降水有良好的对应关系。由于降水时的气温降幅较大，故暖季中天气过程的降温和持续高温一样是季节内气候变率的重要信号，这在低纬沿海地区 (如华南、云南) 尤为明显。
从中国北方62个站的日平均温度出发，分析北方1951~2000年有霜冻 (温度在零度以下) 日数和强度的变化趋势；同时给出了秋冬交替时霜冻日开始日期和冬春转换时霜冻日结束日期的变化趋势。结果指出：在中国北方 (30oN以北)，有霜冻日的日数在近50年有明显的减少趋势，而霜冻日的平均温度显著升高；春季霜冻日的提前结束和秋季霜冻日的推迟来临使得北方冬季缩短而生长季拉长。年霜冻日平均温度与年平均温度存在显著的正相关关系，而无霜冻日温度的年平均值与平均温度关系达不到信度检验。这预示着区域温度的增暖主要体现在霜冻日温度的变化。
利用1961年10月~1998年3月期间每年10月至次年3月内蒙古111个测站日降雪量 ≥5 mm的资料，经统计分析和旋转经验正交函数(REOF)分析，阐述了内蒙古大 (暴) 雪 的区域特征。结果表明：(1) 内蒙古大 (暴) 雪的异常发生区与降雪量高值区一致。(2) 降雪异常最突出的区域主要集中在40~45oN，105~123oE范围内。(3) 前冬期(10~11月) 的降雪异常变化对冬季 (10~次年3月) 总降雪异常变化贡献最大，后冬期 (2~3月) 次之，隆冬期 (12~次年1月) 最少。
根据中国东部33站1884～1995年的四季降水进行了经验正交函数 (EOF) 开展，得到了前三个模态随时间的演变，重点分析与我国北方降水变化有关的趋势及与同期海平面气压距平的关系。夏季降水的第一模态反映在长江和黄河中部与华南沿海的降水位相相反。这一降水模态在20年前的变率较大。当夏季东北亚出现稳定的地面高压距平，中国东部处于气压槽中时长江和黄河中部降水偏多，而当地面高压距平稳定于我国西北和低压距平处于东部海上时降水为负距平。夏季降水的第三模态表现为以长江为界的南北反向变化。秋季降水的第二模态表现为以长江为界的南北反向变化，第三模态表现为东部沿海与西部的反向变化。这些降水模态与一定环流形势相联系，特别是秋季降水的第三模态受台风路径的环流形势所决定。冬季降水的第一模态中心也出现在长江和黄河中部，年代际变化的幅度趋于增强。对春季降水，第一模态表现为长江及其以北的降水与华南的降水反位相。2~3年变化幅度大于年代际变化的幅度。第2模态反映出华北和东北的降水与其它地区的降水位相相反，存在30年左右的位相转换关系。北方地区的春旱从1980年代开始有所加重。
根据1950~2000年我国629个站逐月降水资料，采用Z指数作为旱涝等级划分标准，根据计算出的Z指数把各地的旱涝情况划分成7个等级，并在此基础上计算了干旱发生的范围。通过研究干旱范围变化趋势和特征，进而诊断干旱发生严重程度的变化。通过对近半个多世纪来的资料进行分析，发现我国北方主要农业区不同程度的干旱面积均有扩大 趋势，在不同季节以及北方区内的其它区域干旱的发生发展还有不同的特征。
利用中国1951～2000年的月降水和月平均气温构造了一个适合于研究我国北方地区地表干湿状况的地表湿润指数，以此为基础对我国北方地区极端干旱的分布特征进行深入的研究。结果指出：在东北和华北地区，近10年极端干旱频率显著增加，是近百年少有的大范围高强度的极端干旱频发期，而这些地区极端湿润发生的频率相对减少。和温度变化趋势比较发现，极端干旱的频发区往往对应增温明显的地区。
应用实测的降水、气温和土壤湿度资料，分析我国东北区 (含黑龙江、吉林、辽宁三省和内蒙古自治区的东部) 近50年干旱化的发展趋势。结果表明，用月平均气温和降水量的距平和均方差所构造的“大气干旱指数”以及土壤湿度都显示，近50年来整个东北区是向干旱发展的，1990年代中期以来这种干旱化趋势尤为明显；而东北西部亚干旱地区的干旱化相对更严重 (特别是内蒙古东部的北半部)。在亚干旱地区的气温和降水两个要素中，气温的升高对干旱化的作用可能更重要。在东北区的南部，近50年来的降水是略有增加，但仍有向干旱发展的趋势。这显然与全球气候变暖的大背景有关。为探讨东北区干旱的发展对全球气候变暖的响应，利用Jones等的1951~2000年全球平均气温资料和东北区25个站的大气干旱指数进行线性回归分析。结果表明，在全球平均温度上升1oC的情况下，中国东北区的干旱化程度要增加5~20%，最大的达到22%。这种形势应该引起我们的关注。
利用中国100E以东139站1951~1999年逐月反演的土壤湿度资料 (0cm~100cm, 共11层)，重点分析了中国东北、华北和西北东部三个地区的土壤湿度在年际—年代际时间尺度上的演变特征。研究表明：不同层次上土壤湿度的变化特征有很好的一致性。华北地区在20世纪60年代末到70年代末为显著偏湿的阶段，之后发生突变直到90年代末土壤湿度持续降低并以90年代中后期为甚。东北区在70年代前后为一显著的干旱时段，此后土壤湿度有所恢复，但90年代以来该区的土壤湿度仍然较低。值得注意的是，华北夏季土壤湿度自80年代以来并未有明显的下降。另外，北方地区土壤在秋季普遍存在干化趋势，其中以东北地区最为显著。本文还分析了土壤湿度演变趋势的地理分布特征。
利用中国气象局整编的1951年1月~2000年10月中国160站气温、降水月平均资料，计算了1951年1月~2000年10月我国160站修正的Palmer drought severity index (PDSI)。PDSI指数对我国的干旱和洪涝过程都有很好的指示意义。华北地区干旱持续性非常强，持续时间一般都在两年以上。华北地区干旱不但年际变化大，年代际变化也显著，近50年来华北干旱主要发生在20世纪70年代以后，且干旱强度有所增加。夏季伴随干旱过程常常出现高温酷暑天气。
使用我国东部地区530年来100个站的旱涝等级序列作REOF分解，根据前7个旋转空间模上高荷载区分布，将中国东部地区分成7个旱涝气候区，即东北区、华北北区、华北南区、西北区、长江中下游地区、华南区及西南区。在分区基础上，着重研究了中国北方季风边缘地带旱涝演变特征。自1470年以来中国北方的旱涝存在明显的阶段性和区域性。16~17世纪上半叶，中国北方干旱频繁，尤其在东北区、华北南区及西北区普遍出现严重干旱。18~19世纪，华北北区干旱发生较多，东北区以涝为主；而华北南区及西北区旱涝交替发生，但变化幅度相对较缓。华北北区及华北南区分别在19世纪末及20世纪初突然从涝相气候跃变为旱相气候，这两地区的干旱持续近百年，是我国北方干旱最严重的地区。五百多年中，东北区、华北北区及西北区极端干旱呈现出相似的变化趋势，具有两头多而中间显著减少的特征；而华北南区一直是极端干旱多发区。中国北方各个旱涝气候区的旱涝具有多时间尺度的年代际振荡特征。4个地区的旱涝变化都存在20~30年时间尺度的周期振荡；除西北区外的三个地区的旱涝变化都存在70~80年时间尺度的周期振荡；东北区及西北区的旱涝变化存在40~50年时间尺度的周期振荡；另外，准10年时间尺度的周期振荡存在于华北北区和南区。
通过研究对比中国北方地区 (35oN以北，100oE以东) 1956~2000年间496个台站的观测气温 (Ta) 和0 cm地温 (Ts) 的变化特征，使用Ta-Ts的距平值建立了一个土壤荒漠化指标。研究表明：1956~2000年的45年间，土壤荒漠化最为严重的是我国西北东部(35o~45oN，100o~110oE)，这一地区的土壤荒漠化从20世纪70年代开始逐步加剧，进入80年代以后呈现显著的恶化趋势；东北地区 (45o~52oN，120o~135oE) 春季从20世纪90年代以后也出现了微弱的荒漠化倾向；尽管华北地区 (35o~45oN，110o~120oE) 的夏季降水明显减少，但是并没有发现这一地区土壤植被的恶化趋势。在年际变动尺度上，土壤荒漠化指数与降水变化有着良好的对应关系，说明降水仍是影响我国北方土壤状况的主要因素。在西北东部的夏季和华北地区的春夏两季，土壤荒漠化指数与归一化土壤植被指数 (NDVI) 的良好关系进一步表明使用Ta-Ts作为土壤荒漠化指数的可行性。
利用中国气象局整编的1951年1月～1999年12月中国160站气温、降水月平均资料，计算了我国160站近49年逐月帕尔默干旱指数、地表湿润指数和降水距平百分率。对比研究表明：PDSI指数和地表湿润指数能抓住降水是干旱最重要的决定因素这一特征，并且，能反映出干旱过程具有更大的时空尺度。在实际蒸发较大的地区，PDSI指数比降水距平百分率描述干旱强度更准确。对于华北地区，在20世纪80年代以前，降水偏多，气温偏低，最大潜在蒸发较小，处于相对湿润的时段；80年代以后，降水偏少，加之气温的升高，华北的干旱越来越严重。
利用1954~2000年全国700多个测站的气象资料分析了近50年来我国沙尘暴和扬沙天气的季节变化和年际变化特征，特别着重分析了大风、降水等气象要素对沙尘天气形成的影响。结果表明：我国的沙尘天气受到多种气候要素的综合影响，西北地区和内蒙古西部沙尘多发区的沙尘天气频数受气象条件影响最为显著；风速、湿度在沙尘天气的季节变化中影响最大，降水在沙尘天气的年际变化中影响最大。上一年夏季的降水对春季的沙尘天气具有一定的预报意义。
论述场时间序列 (时空序列) 分析问题的提出以及理论基础，并在此基础上，根据状态空间重构理论和嵌入定理，参考单变量时间序列状态空间动力学预报模式，给出场时间序列的动力学预报方法的基本思想和预报思路，并尝试应用于我国华北地区5年、10年和20年尺度旱涝的长期预测试验中。初步的预测结果表明，场时间序列方法对其有一定的预测能力；我国华北地区5年及20年的旱涝等级为正常,近10年的旱涝等级为正常略涝。
由于其同时具有的生态脆弱性和气候敏感性，东亚季风边缘研究有利于加深认识季风以及生态系统在过渡带上的特性，而且它对于国家的西部大开发战略以及南水北调工程都有重要的气候学指导意义。从天气学原理角度出发，分析指出青藏高原等地形以及海陆热力差异是对东亚季风边缘影响的重要因子，ENSO和全球变暖等因子对季风边缘活动也有影响。阐述了季风的年际变化，季风边缘，季风边缘进退等概念。通过对代用资料如湖相沉积，湖面大小变化，陆相沉积以及农牧交错带演变研究的综述，对古季风的演变做了分析，指出近几千年来干旱化趋势的存在。利用现有气象观测资料所作的东亚季风边缘的年际和年代际变化很少，这是一个可以深入研究的方面，已有的气候平均态的研究可以对此做一定的指导。同时，北方干旱化和东亚冬季风边缘研究既有区别又有联系，两方面相互促进。
