中国强降水过程时空集中度气候趋势

基于日降水资料序列提出一种度量不同强度降水过程时空集中程度的指标,根据中国740个气象站逐日降水资料研究分析了我国强降水过程集中度和集中期及其相关统计特征,结果表明暴雨过程年内集中度与年降水量正相关区与中国降水空间分布有很好的一致性;在对大范围洪涝灾害研究方面,暴雨过程年内集中度和集中期在定量地表征降水量在时空场上的非均匀性时有更高分辨力; 暴雨过程年内集中度比较清晰地反映出长江流域、江淮地区洪涝增加的趋势及黄河中下游、华北强降水减少的趋势。该方法可直接应用到评估水旱灾害及其气候影响等领域。     

中国强降水过程时空集中度气候趋势

1 Introduction Changes in climate variability and extrem es of weather and clim ate events have received increasing attention in the pastyears since these events have the strongestimpacton society. There hasbeen a widespread increase in heavy and extrem e…     

宁夏近50 a降水集中度和集中期特征分析

 利用宁夏气象台站1961-2010年逐侯降水量序列资料,研究了表征降水量时间分配特征的降水集中度(PCD)和集中期 (PCP)的空间分布与年际变化特征。结果表明：宁夏降水PCP与PCD空间分布特征明显,中北部PCP比南部山区偏早1候,PCD自北向南逐渐减小,北部1年中最大降水出现的时间变率较大,且出现极端降水的可能性比中南部大; 1961-2010年全区PCD与PCP呈微弱的下降趋势,但近20 a PCD明显增大,PCP显著推迟;PCD与PCP显著正相关,PCP出现得越晚,PCD集中度越高;各地的PCD与年降水量、汛期降水量以及年日最大降水量都有非常好的正相关性,正相关中心区位于北部的惠农、陶乐、中卫,中部的盐池、麻黄山和南部山区的大部,上述地区降水越集中,年降水量、汛期降水量以及年日最大降水量越大,导致洪涝灾害发生的可能性将越大;宁夏汛期降水多雨年各地降水更集中,且大降水中北部大部易出现得早,南部出现得晚;中高纬的北极涛动和低纬的南海季风对宁夏降水集中度有着显著的影响,北极涛动偏弱的年份,南海季风爆发偏早的年份,宁夏各地年降水比较集中。     

陇东南地区短历时降水特征及其分布规律

本文使用1971-2000年的自动站逐日降水资料和2009-2010年的区域站逐时降水资料,研究了陇东南地区短历时降水的特征及其分布。研究发现4-9月是一年降水的主要时段,占到了80%以上,空间分布上从西北向东南迅速增大,离高原近的地区高低值中心较多,可能是因为高原季风和高原地形的影响更大;随持续时间的增加,峰值呈现出了反位相分布,并且振幅逐渐减弱;短历时降水无论是频数还是对降水的贡献都占了很大比例,有40.3%的降水事件属于短历时降水,甚至有部分测站短历时降水的贡献超过了90%,表明短历时降水是研究地区的一种重要降水形式;在短历时降水量构成中有19.4%的降水由短历时强降水产生,表明短历时强降水是短历时降水的重要组成部分;短历时强降水傍晚达到最大,此外还有一个次峰值是在午夜时分;用新定义的概念计算了研究地区的集中期和集中度分布,发现集中度普遍较大,基本在0.6以上,主要集中在7-8月,进一步印证了“七下八上”的主汛期。     

基于CLDAS融合降水的中国降雨侵蚀力研究

气象站和卫星降雨资料估算降雨侵蚀力时存在无法反映空间异质性且精度差的问题,基于CLDAS多源融合降水,利用EI₆₀模型从不同的时空尺度对中国的降雨侵蚀力进行评估,并结合降雨量、侵蚀性降雨次数、侵蚀密度等指标,探讨降雨对土壤侵蚀的潜在作用。结果表明：（1） CLDAS降雨侵蚀力与地面实测数据在不同的时间尺度均有良好的回归关系,相关系数达到0.8以上,与CMORPH降雨侵蚀力相比,其相对误差显著降低,可以准确反映全国范围的降雨侵蚀力季节性变异。（2） 在2001—2020年,不同雨量区的降雨侵蚀力、降雨量和侵蚀性降雨次数的变化趋势基本一致,高雨量区的年际变化波动剧烈,侵蚀性降雨次数和暴雨过程协同影响降雨侵蚀力的大小。（3） 空间上,中国的降雨侵蚀力值的特点为东南沿海地区高、西北内陆地区低。时间上,侵蚀性降雨集中在5—8月,夏、秋两季对土壤造成的侵蚀影响更大。（4） 通过对年降雨量、年侵蚀密度和年暴雨量进行分区定量分析,结果表明暴雨量与侵蚀密度成正相关关系,即年降雨量一定,暴雨事件越多,降雨侵蚀密度越大。     

1961-2010 年中国降水强度变化趋势及其对降水量影响分析

探讨区域降水强度的时空变化趋势对于揭示区域气候变化规律、有效应对气候变化水资源影响等具有重要意义。利用756 个气象观测站1961-2010 年50 年逐日降水资料,分析了中国不同等级降水（小雨、中雨、大雨、暴雨及年均降水）强度的年际、年代际的变化趋势,以及不同等级降水变化在降水量增量中的贡献。结果表明：在年际变化中,降水强度总体呈现上升趋势,显著上升区域主要分布在中国东部秦岭-淮河线以南的地区;在不同等级降水强度中小雨强度变化趋势最为显著,中雨以上级别降水强度则相对稳定。在年代际变化中,各区域年代际降水强度变化差异明显,20 世纪60 年代和70 年代下降显著,80 年代、90 年代、21 世纪的前10 年则上升明显。此外,降水强度对降水量增量贡献由东至西呈“大-小-大-小”的相间带状分布;在中国西部,小雨、中雨、大雨强度对降水量增量起主导作用,而在中国东部暴雨降水强度在降水量贡献中起主导作用,且在东北区东南、黄淮海西北以及西南中部作用更加明显。     

土壤侵蚀研究中降雨过程随机模拟综述

土壤侵蚀是中国严峻的环境问题之一。土壤侵蚀模型是诊断和防治土壤侵蚀问题的有力工具。降雨随机模拟模型可以弥补观测资料在时空尺度上的不足,满足土壤侵蚀模型对降雨过程数据的需求。论文总结了降雨过程基本特征、随机模拟的研究进展以及未来的发展方向。主要结论有：① 最小降雨间歇(Minimum Inter-event Time, MIT)为分割次降雨的最小时间间隔,当干期小于该临界值,则合并为1次降雨;否则分割为2次独立的次降雨事件。采用指数方法计算得到中国中东部最小降雨间歇变化于7.6~16.6 h 之间,平均值为10.7 h;当MIT值较小时,次降雨过程参数如次雨量、历时、平均雨强与峰值雨强等对MIT的变化敏感。② 降雨的时程分配特征反映次降雨量在降雨过程中的分配,是降雨过程随机模拟的重要方面。采用Huff雨型分析方法得到中国降雨以峰值出现在前期的降雨为主,峰值出现在前1/2时段的降雨占65.1%;峰值出现在前期的降雨事件,与峰值出现在后期的降雨事件相比,历时较短、雨强较大。③ 美国农业部水蚀预报项目WEPP中自带的天气随机模型CLIGEN能较好地模拟日雨量,整体上低估次降雨历时,高估峰值雨强;且对于不同大小的日雨量等级,次降雨历时和峰值雨强的偏差方向和程度不一致。④ CLIGEN的参数输入需要降雨过程观测资料,难以获取,小时降雨观测资料相对更易获取,基于此,发展了使用小时降雨数据计算CLIGEN中2个与降雨过程相关的参数TimePk和MX.5P的方法。未来需加强随机模型对极值的模拟能力,以及建立多站点、多气象要素相关的天气条件约束型随机模型。     

近42 年来青藏高原年内降水时空不均匀性特征分析

根据青藏高原1967-2008 年逐日站点降水资料,定义了高原降水集中度(PCD) 和集中期(PCP)。并运用EOF、相关分析等方法分析高原PCD和PCP的时空分布特征、PCD与高原强降水的关系以及PCP前期强影响信号。结果表明：高原大部分地区PCD处于0.4~0.8 之间,PCP则处于36~41 候之间。高原PCD以全区一致型的空间分布为主;而PCP 则以南北反向型分布为主,全区一致型分布次之。整个高原PCD均呈减弱趋势,而PCP均表现为提前特征。除高原南侧个别地区,高原PCD 无论与高原强降水日数还是强降水量均呈显著正相关。同时,高原南北部PCP对应的水汽输送存在显著差异, 高原南部PCP主要受孟加拉湾季风爆发的影响。     

基于TRMM数据的鄱阳湖流域降雨时空分布特征及其精度评价

基于1998-2007 年热带测雨卫星(TRMM) 3B42 V6 降雨数据分析鄱阳湖流域降雨时空分布特征, 并利用40个气象站观测日降雨数据对TRMM数据在不同子流域、不同降雨强度及不同季节里的精度进行了对比分析, 弥补了以往只评价整体精度的不足。结果显示:鄱阳湖流域北部地区修水、饶河子流域较易出现暴雨, 导致雷达信号衰减, 使TRMM对大雨强降雨的探测出现较大偏差;流域内降雨以10~50 mm为主, 其雨量占到总雨量的60%;流域降雨在年内1-3 月中旬为干旱少雨期, 3 月下旬-9 月初为湿润多雨期, 9-12 月再次进入干旱少雨期;而空间分布呈东、西部大, 中部小的格局;同时发现, 在赣南山区TRMM降雨较观测雨量低300~400 mm, 这可能受高程和坡度的影响, 使TRMM对山区降雨的探测精度也出现较大偏差。     

北京地区汛期降雨时空演变特征及城市化影响研究

近年来伴随着城市化的快速发展,世界各大城市汛期极端降雨事件频发,洪涝造成的社会经济损失日益严重,在此背景下,分析中国首都北京各城市化阶段汛期降雨变化显得非常有必要。论文基于30个雨量站1963—2012年汛期降雨资料,运用线性回归、滑动平均以及ArcGIS空间分析等方法对北京汛期降雨时空特征进行分析,通过对比城区和近郊区汛期降雨之间的差异来研究城市化对汛期降雨特征的影响,同时利用北京不同城市化阶段土地利用数据分析了城市下垫面变化对降雨的影响,得出以下主要结论：① 北京各区域汛期降雨时间上整体呈现下降趋势,空间上整体表现为由东向西呈逐渐减小的趋势。② 北京山区最容易发生小雨和中雨;城区则更容易发生中雨以上等级降雨事件,特别是暴雨和大暴雨;近郊区发生小雨和中雨概率与城区接近,但大雨以上等级降雨事件发生可能性小于城区;远郊发生各等级降雨事件的可能性均较大。③ 相对于北部近郊而言,在不同城市化发展阶段,城区降雨比南部近郊更大,但城市化增雨效应在城区与北部近郊之间也有所体现。④ 随着城市化的发展,北京城区和郊区城镇建设用地面积持续增长,原有下垫面条件被改变;由于城区城市化进程比近郊区更快,下垫面条件的改变使得城区汛期降雨量大于近郊区,且更易发生大雨以上等级降雨事件。     

中国短历时和长历时暴雨对总暴雨贡献的空间差异性研究（1961-2015）

采用1961-2015年659站日值降水数据,以持续1d和持续2d及以上暴雨作为短和长历时暴雨标准,分析不同历时暴雨变化趋势,结果表明,中国总降雨、总暴雨和短历时暴雨从东南沿海向西北内陆依次呈“增-减-增”的分布特征,且整体以增加趋势的站点占主导,而长历时暴雨则呈现出“增-减”的分布特征,且整体以减少趋势的站点占主导,并且检测出中国自东北向西南存在一条变干带。同时中国总暴雨对总降雨、长历时暴雨对总暴雨的贡献呈现出“东南高-西北低”的分布特征,而短历时暴雨对总暴雨的贡献呈现出“东南低-西北高”的分布特征。中国总暴雨对总降雨、短历时暴雨对总暴雨贡献的变化趋势呈现出“增-增减镶嵌-增”的分布特征,且以增加趋势的站点占主导,而长历时暴雨在东部沿海地区呈现出增减镶嵌的趋势,而西北内陆地区呈略微减少趋势,且以减少趋势的站点占主导,也检测出自东北向西南存在一条气候过渡带并与上述变干带基本重合。     

中国西北极端降水事件年内非均匀性特征分析

 基于中国西北五省（区）1960—2004年112个台站逐日降水资料,根据百分位值方法定义了不同台站的极端降水阈值,引入了表征时间分配特征的新参数——极端降水事件集中度和集中期,对中国西北极端降水事件的年内非均匀性特征进行了分析,结果表明：西北年极端降水事件集中度及集中期的平均和异常空间分布都存在很大的区域差异,并且其异常空间分布均可分为6个关键区;而从时间演变来看,各个关键区年极端降水事件的集中度与集中期均表现出了显著的年代际振荡特征,但各分区年代际变化特征并不一致;另外西北东、西部年极端降水事件集中度与集中期表现出反向的变化趋势。     

1960—2017年太湖流域不同等级降水时空特征

基于太湖流域1960—2017年逐日降水数据，运用Mann-Kendall非参数检验法、R/S分析等方法，分析太湖流域不同等级降水的时空变化特征，并探讨了不同等级降水对年降水的影响。结果表明：1）近60年来，流域小雨发生率最高，为73.55%；年总降水量中，中雨量所占比例最大，为32.05%。小雨发生率呈显著减少趋势，暴雨贡献率呈显著增加趋势。2）太湖流域大雨、暴雨的降水量和降水日数都呈显著增加，小雨日数显著减少，小雨强度、年总降水强度显著增强。3）不同等级降水变化趋势的空间分布存在明显差异。小雨日数与年总降水日数，以及小雨强度与年总降水强度的变化趋势空间格局相一致。中雨日数、大雨日数、暴雨日数变化趋势的空间分布与其对应的降水量变化趋势的空间格局相似。4）R/S分析结果显示，小雨、暴雨、年总降水相关指标（小雨量除外）都表现出较强的持续性，未来变化趋势与过去相一致。5）近60年来，太湖流域年总降水量、降水日数、年总降水强度的变化，分别受中雨量、小雨日数、暴雨量的影响较大。在旱年流域年降水量偏少受大雨量减少的影响较大，而涝年年降水量偏多受暴雨增加的影响较大。     

砒砂岩地区降雨与植被耦合关系对侵蚀产沙的影响

研究降雨--植被耦合关系对侵蚀产沙的影响,为侵蚀治理提供数据支持.基于TRMM降雨数据和MODIS 250 m NDVI,分析降雨和植被的年内分布模式和匹配关系,并构建降雨--植被耦合指数RV,用于反映侵蚀产沙状况.进一步利用年降雨量,NDVI以及其分布参数(峰度系数和偏斜度)与输沙量进行相关分析和多元回归分析.结果显示:降雨的集中,偏斜程度和波动性要比植被更为明显;RV与实际输沙量的相关系数为0.84,可以很好地反映侵蚀产沙的相对大小;年输沙量与降雨的分布参数相关性最高,达到0.94和0.87,对提高回归模型的拟合程度影响也最大;考虑降雨量,NDVI及其分布参数的模型的拟合程度最好,R_a²达到0.9232.因此,降雨与植被的年内匹配模式对侵蚀产沙具有重要影响.     

甘肃北部短时强降水中尺度特征及物理量配置

利用甘肃北部27个国家级自动气象站及635个区域气象站降水资料,结合常规高空、地面和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）再分析物理量场资料,选取了2016—2019年5—9月104个典型短时强降水个例,对甘肃北部短时强降水天气发生发展的环境条件进行了中尺度综合分析,揭示了区域内短时强降水的一些特征和规律。结果表明：（1） 甘肃北部短时强降水集中出现在6—8月,短时强降水的强度多为10~20 mm。（2） 甘肃北部短时强降水天气的典型特征,分为副高边缘型、低压槽型、西北气流型和河套阻高型4种流型。（3） 通过分析不同天气形势、不同类别、不同物理量参数间的联系与区别,总结出各类短时强降水天气的环流特征和物理量要素指标和阈值。（4） 地面辐合线（冷锋）是甘肃北部触发强对流天气的关键系统,地面辐合线（冷锋）的分析对短时临近预报至关重要。（5） 低空偏南风急流（显著流线）在110°E左右北上及在37°N左右产生辐合是判断甘肃北部能否产生短时强降水的重要依据。并对2020年短时强降水预报效果进行检验,预报准确率达63.6%,说明建立的短时强降水预报指标预报能力较强,为提高短时强降水预报预警能力提供了一种新途径。     

中国西北地区东部短时强降水时空特征

基于中国西北地区东部136个气象站2001-2011年每6 h地面降水常规观测资料、1 674个自动站2009-2011年逐时降水资料,运用气候统计、线性趋势、归一化、分区域统计以及降水集中度（PCD）和集中期（PCP）分析等方法,研究了西北地区东部短时强降水的时空分布和气候特征。结果表明：该地区短时强降水日数年际变化不大,但区域性的短时强降水过程呈明显增加趋势;短时强降水主要发生在7月上旬至8月下旬,且具有明显的日变化特征;短时强降水总频次的空间分布与地势分布比较一致,高频高值区多位于夏半年环流盛行西南气流的迎风坡附近;在空间上PCD由东南向西北越来越集中,PCP自东向西逐步推迟。     

毛乌素沙地东南缘植被NDVI时空变化及其对气候因子的响应

了解植被生长对气候变化的响应是厘清生态系统动态关系的重点。基于1990—2018年气象数据和归一化植被指数（NDVI）,应用偏相关分析与地理探测器等方法,分析了在生长季,毛乌素沙地东南缘不同类型植被年均NDVI的变化趋势,探讨了年均气温与年总降水量对各类型植被的影响。结果表明：（1） 1990—2018年生长季研究区植被年均NDVI显著与极显著增加面积达97.9%,整体生态环境质量大幅度改善。2005年之前植被年均NDVI增速缓慢,此后以0.011·a^-1的速率发生了突变增加,其中灌丛类植被年均NDVI增长幅度最大。（2） 2000年为年总降水量与年均气温的趋势突变点,突变前年总降水量以-5.510 mm·a^-1的速率减少,此后以5.541 mm·a^-1的速率增加,且主要依赖于大雨雨量的增加;年均高温与年均低温在突变前上升速率分别为0.122 ℃·a^-1与0.230 ℃·a^-1,突变后,年均高温下降速率为-0.014 ℃·a^-1,而年均低温上升速率为0.022 ℃·a^-1。（3） 在植被年均NDVI缓慢增长阶段（1990—2005年）,年均低温对植被影响较大,与不同类型植被年均NDVI多呈显著正相关;在植被年均NDVI快速增长阶段（2006—2018年）,年总降水量与不同类型植被年均NDVI呈显著正相关,大降雨事件的频发使得降水量对于植被的生长起主导作用。年总降水量与年均气温尤其是年均低温的交互作用是促进植被生长的关键。     

青藏高原强降水日数的时空分布特征

 根据青海和西藏48个气象台站近48 a（1961-2008年）的逐日降水和气温资料,分别以日降水量超过5 mm和25 mm作为冬半年（11月～翌年3月）和夏半年（5～9月）强降水的临界值,分析了青藏高原冬、夏半年强降水日数的时空分布特征。结果表明：（1）高原强降水日数与总降水量的空间分布型非常相似,夏半年均表现为由东南向西北递减,而冬半年则为由高原腹地向四周递减。（2）夏（冬）半年强降水主要集中在7月上旬～8月中旬（11月上旬和3月中下旬）。（3）夏（冬）半年强降水存在准6 a（5～6 a）的年际振荡以及准10～11 a（15 a）的年代际振荡。（4）强降水日数变化趋势的空间差异较大,夏半年高原北（南）部强降水日数普遍以增加（减少）趋势为主,而冬半年除雅鲁藏布江流域呈减少趋势外,高原大多数地区均表现出显著增加趋势。     

中等排放情景下中国未来不同强度降雨对总降雨贡献的区域差异（2006―2100年）

采用RCP6.0中等排放情景下2006―2100年WRF 30 km×30 km日值降雨数据,根据中国气象局颁布的降雨强度等级划分标准,探究了中国不同强度降雨及其对总降雨贡献的变化趋势的空间差异特征。结果表明：1）在雨量上,中等排放情景下2006―2100年中国不同强度降雨呈现出不同的空间分异格局。小雨和中雨自东北向西南呈“高―低―高”的三块式空间分布特征;大雨、暴雨、大暴雨和总暴雨均呈“东南高,西北低”的分异格局;特大暴雨仅东南沿海的部分地区分布较多;总降雨呈“南方高,北方次之,西北低”的空间分异格局。2）在雨量贡献率上,强降雨对总降雨的贡献率普遍存在“东南高,西北低”特征,而弱降雨对总降雨的贡献率恰恰相反;不同强度暴雨对总暴雨的贡献率也有类似分布特征。3）在雨量变化趋势上,中国不同强度降雨变化趋势呈现出不同的空间分异格局,但强降雨呈增加趋势的区域显著多于呈减少趋势的区域。4）在雨量贡献率变化趋势上,强（弱）降雨对总降雨的贡献率呈增加（减少）趋势的区域占主导,强降雨对总降雨的贡献率呈增加趋势的地区明显多于弱降雨。5）在不同强度暴雨对总暴雨贡献率的变化趋势上,大暴雨和特大暴雨对总暴雨的贡献率呈增加趋势的区域明显多于暴雨。预估结果表明,中国东部降雨在朝着极端化方向发展。     

库姆塔格沙漠周边地区极端降水的时空变化特征

根据中国气象局信息中心提供的库姆塔格沙漠周边地区20个气象站1960-2014年逐日降水量资料,分析了库姆塔格沙漠周边地区1960-2014年极端降水的时空变化特征。结果表明：（1）库姆塔格沙漠周边地区极端降水主要集中在夏季且存在很大的地域性差异。（2）1960-2014年库姆塔格沙漠周边地区极端降水事件、年大雨频次、年大降水事件降水量和年降水量显著增加。（3）库姆塔格沙漠周边地区西部极端降水主要由频数很少的暴雨贡献,而东部极端降水则由暴雨和大雨共同贡献。（4）库姆塔格沙漠周边地区极端降水指数在夏季和年尺度的空间分布相似,且强降水指数在年和夏季尺度的空间分布均呈“鞍型场”型。