中国1961—2016年夏季持续和非持续性极端降水的变化特征

基于国家气象信息中心提供的1961—2016年2400多站逐日降水观测资料,根据百分位法确定极端降水,对中国夏季持续（持续2 d及以上）和非持续性（持续1 d）极端降水事件的变化特征进行了研究。结果表明：在气候变暖背景下,以江淮流域为代表,中国大部分地区极端降水量趋于增多,但华北、西南及西部部分地区趋于减少;除内蒙古中部、四川等地以外,中国大部极端降水对总降水的贡献呈增多趋势。进一步对华北、江淮、华南、西南4个代表区域进行分析,发现华北、西南地区的持续和非持续性极端降水量都呈减少趋势,持续性极端降水量的减少更突出,极端降水更多以非持续性形式出现;江淮、华南一带,两类极端降水量都呈增多趋势,持续性极端降水量的增加更明显,极端降水更多以持续性形式出现。     

降雪与冻雨天气研究回顾

2008年初,中国南方许多地区出现了历史罕见的持续雨雪、冰冻天气,对电力、交通、农业、林业等造成了极大破坏。分析研究这种在全球气候变化背景下发生的极端天气事件的形成原因,有助于提高预测水平和对类似灾害性天气的防范能力。在对近年来国内外关于冬季降雪和冻雨天气研究进行简略回顾的基础上,对其未来研究方向进行了展望。认为：在全球气候变暖的背景下,要加强雨雪、冰冻天气形成机理与变化规律的研究,特别是要加强其发生的前兆性研究;要充分利用现代先进的探测技术和手段,提高对雨雪、冰冻天气的监测能力;要建立和完善对雨雪、冰冻灾害天气时间发生、发展的预报技术和方法。     

1951—2017年冬季中国南方持续性冰冻雨雪事件的气候特征及其与环流异常的联系

采用1950—2018年中国753站逐日气温和降水资料及NCEP/NCAR逐日再分析资料,确定了1951—2017年冬季中国南方强持续性冰冻雨雪事件,并对其时空特征、区划及事件爆发日的环流特征进行分析。结果表明：1）中国南方持续性冰冻雨雪事件存在显著的2～3 a周期变化,且1985年前后发生了突变,虽然近年来其强度呈显著减弱趋势,但仍然发生了多次强持续性冰冻雨雪事件;2）持续性冰冻雨雪事件在中国南方中西部发生频次高、持续日数长,在中国南方中东部则强度更大;3）中国南方37次强持续性冰冻雨雪事件可划分为华中型、华南型和西南型3类;4）3类持续性冰冻雨雪事件爆发日,欧亚大陆500 hPa位势高度异常呈现北高南低,蒙古高压显著偏强、中心南进,该配置有利于北方冷空气向南输送,且南支槽显著加深,水汽向北输送活跃。三者的不同之处在于蒙古高压强度及影响范围存在差异,其中西南型最强、范围最大、南伸显著,华南型次之;华中型、华南型的水汽输送受南支槽和副热带高压共同影响,而西南型的水汽输送仅受南支槽调控。     

中国南方雨雪冰冻异常天气原因的分析

2008年1月我国南方发生了罕见的持续严重雨雪冰冻灾害,对于这次小概率极端天气气候事件的初步分析表明,虽然这个冬季在赤道东太平洋存在明显的La Ni(n)a事件,但2008年1月无论是我国的异常降水场和温度场,还是亚洲和西太平洋地区的大气环流异常场都与历史上11个La Ni(n)a事件盛期1月的合成场有显著的差别,因此La Ni(n)a事件不是造成持续雨雪冰冻天气的直接罪魁祸首.进一步的分析发现这次持续严重雨雪冰冻天气的发生与多个大气环流系统的异常有关,而且更为重要的是它们的异常形成了某种形式的配合,我们称其为组合性异常.其中,乌拉尔山阻塞高压和贝加尔湖-巴尔喀什湖的横槽,为不断有冷空气从西路向南爆发提供了条件;东亚和日本地区的高度正异常使得北方冷空气的势力不是很强,适于锋面在我国南岭及其以北地区较长时间停留,为持续降水确立了背景;西太平洋副高偏强和偏西也对冷空气的向南推进起了阻挡作用;印缅槽的持续偏强和西太平洋副高的偏强一起使暖湿空气源源不断地输送到华南地区,有利持续降水的发生;持续的冷空气活动和持续的降水,导致持续的低温,为冰冻创造了条件.可以认为,大气环流的组合性异常是造成持续雨雪冰冻天气的直接原因.     

中国极端天气气候研究——“地球系统与全球变化”重点专项项目简介及最新进展

全球变暖背景下,极端天气气候事件频发,并表现出群发性、持续性、复合性等特点,不可预测性增加;持续性强降水、极端低温、复合型极端高温干旱、群发性热浪和台风等极端天气气候事件对我国经济社会和可持续发展影响巨大。然而,上述极端天气气候事件的新特征、关键过程和机理尚不完全清楚,重大极端事件的预报预测水平亟待提升。文章首先简要介绍“地球系统与全球变化”重点专项项目“中国极端天气气候事件的形成机理及其预测和归因”的基本情况。项目拟在分析全球变化背景下对我国造成重大影响的极端天气气候事件新特征的基础上,深入研究多尺度海-陆-气耦合过程影响极端天气气候事件的机理,挖掘极端天气气候事件次季节-季节预测的前兆信号;发展动力与物理统计相结合的极端事件预测新方法,研制针对中国极端事件的新一代高分辨率数值预报与检测归因系统。文章重点总结了自2022年12月项目立项至今取得的最新研究成果和进展。     

我国极端降水事件研究进展

全球变暖已经是既定的事实,在此背景下极端降水事件的频繁发生受到广泛的关注。从极端降水阈值的定义、极端降水变化特征、可能影响因子及模拟情况4个方面对国内近些年来极端降水事件的研究状况加以综述,指出目前对极端降水事件阈值的定义比较明确,极端降水长期变化特征有明显的区域性。由于我国降水状况受到东亚气候系统各个子系统的影响,其中机理极其复杂,所以对于极端降水的成因研究仍然不够彻底,相应地运用模式对其模拟和评估也有相对的不确定性。     

21世纪中国极端降水事件预估

摘 要：全球变暖背景下极端降水事件的变化一直受到广泛关注,本文从观测、理论及模拟预估等方面对近十多年来国内外极端降水气候事件的研究作一综述,并给出IPCC第四次评估报告对我国21世纪极端降水指数变化的预估结果。     

南方极端雨雪冰冻过程东亚冬季风环流特征及与EINino/La Nina事件的关系

根据南方极端雨雪冰冻过程的定义,确定1964、1969、1977、1984、2008年的强降水、降温过程为南方极端雨雪冰冻过程。对发生在EINino/LaNina事件之后的南方极端雨雪冰冻过程的分析表明:EINino/LaNina是造成中国东部1月降水异常的一个主要原因,但不能解释气温异常。前一年秋季热带中东太平洋发生暖事件时,利于1月降水黄河流域偏少,长江以南偏多,而发生冷事件时,则利于1月降水黄河流域偏多,长江以南偏少。南方极端雨雪冰冻过程期间对流层低层和高层矢量风距平场表明:发生月对流层低层在1977、1984年南方极端雨雪冰冻过程中,北太平洋出现大范围气旋环流异常,中国长江中下游及以南至菲律宾出现气旋环流异常,长江中下游及以南为东风距平控制。1964、1969、2008年北太平洋出现大范围反气旋环流异常,中国长江中下游及以南出现大片偏南风距平。其共同点是均存在洋面上空暖湿空气向长江中下游及以南地区的输送。南方极端雨雪冰冻过程的前一年11月北太平洋无一例外地出现大范围气旋环流异常,发生月对流层高层副热带西风急流在中国黄海至日本一带较常年都有不同程度的偏强。     

中国南方冬季持续性温湿异常事件的分类和特征分析

利用1981-2010年中国测站逐日气温和降水异常序列,将中国南方冬季持续性异常事件分为冷湿、冷干、暖湿和暖干4类持续性异常事件,并用NCEP-DOE逐日再分析资料对各类持续性异常事件的环流特征进行了分析。结果表明,欧亚大陆中高纬度上空"北高南低"的异常环流形势使得温带急流减弱、副热带急流增强,有利于冷空气向南爆发;而中纬度地区"东高西低"的异常环流则对应西太平洋副热带高压增强北移和南支西风槽的活跃,有利于偏南风水汽输送达到中国南方地区,中国南方降水偏多。受南北异常环流的共同影响,中国南方冬季经常出现持续性异常天气,冷湿（低温雨雪冰冻）事件正是在上述两种异常环流型影响下发生的。因此,考虑与冷湿事件相联系的关键环流系统可能有助于提高中国南方冬季低温雨雪冰冻事件的预报能力。      

中国农业洪涝灾害研究进展

农业洪涝灾害是国内外灾害研究的重要分支领域。该文采用分类归纳总结已有研究成果并与观测事实相佐证的方法,从农业洪涝相关概念出发,系统阐述了中国农业洪涝灾害的研究进展,评述了气候变暖对中国农业洪涝灾害的影响。基于影响作物及发生时段,中国农业洪涝灾害可分为影响越冬作物的春涝、影响夏播夏收和夏季作物生长的夏涝及影响秋播秋收作物的秋涝。农业洪涝灾害的形成及强度,是天气气候、作物抗涝性、地形地貌、土壤结构及人类活动等多种因素综合作用的结果;气候变暖背景下,中国农业洪涝成灾率呈南方增强北部减缓的趋势,总体呈上升趋势;一方面与极端降水事件的变化有直接关系,另一方面受作物气候适宜性变化等的间接影响。农业洪涝灾害的致灾机理包括物理性破坏、生理性损伤及生态性危害。其影响包括对农业生产环境、作物生态生理和生长发育的影响及诱发病虫害等。气候变化背景下的农业洪涝综合性指标、基于灾变过程的综合风险评估及气候变暖对不同作物洪涝灾害的影响事实将是未来重点研究方向。     

Quantifying Changes in Extreme Weather Events in Response to Warmer Global Temperature

Global warming is expected to affect both the frequency and severity of extreme weather events, though projections of the response of these events to climate warming remain highly uncertain. The range of changes reported in the climate modelling literature is very large, sometimes leading to contradictory results for a given extreme weather event. Much of this uncertainty stems from the incomplete understanding of the physics of extreme weather processes, the lack of representation of mesoscale processes in coarse-resolution climate models, and the effect of natural climate variability at multi-decadal time scales. However, some of the spread in results originates simply from the variety of scenarios for future climate change used to drive climate model simulations, which hampers the ability to make generalizations about predicted changes in extreme weather events. In this study, we present a meta-analysis of the literature on projected future extreme weather events in order to quantify expected changes in weather extremes as a function of a common metric of global mean temperature increases. We find that many extreme weather events are likely to be significantly affected by global warming. In particular, our analysis indicates that the overall frequency of global tropical cyclones could decrease with global warming but that the intensity of these storms, as well as the frequency of the most intense cyclones could increase, particularly in the northwestern Pacific basin. We also found increases in the intensity of South Asian monsoonal rainfall, the frequency of global heavy precipitation events, the number of North American severe thunderstorm days, North American drought conditions, and European heatwaves, with rising global mean temperatures. In addition, the periodicity of the El Niño–Southern Oscillation may decrease, which could, in itself, influence extreme weather frequency in many areas of the climate system.     

全球变暖与城市效应共同作用下的极端天气气候事件变化的最新认知

近年来,城市气候变化问题引起高度关注.综合IPCC第一工作组第六次评估报告(IPCC AR6)关于气候变暖背景下城市对极端天气气候事件影响的评估,本文得到以下科学认识:城市化加剧了局部气候变暖,全球许多城市都面临更多更强的高温热浪事件;城市化使得诸多城市区域及其下风向极端降水增加,地表径流加强;沿海城市受到日益加剧的与...     

欧亚大陆极端降水事件的区域变化特征

近年来,在全球变暖的背景下,极端气候事件特别是极端降水事件,发生频率愈发上升。本文使用美国气候预测中心提供的逐日降水资料,统计分析了1979—2018年期间欧亚大陆各个子区域极端降水事件的时空变化特征。结果表明:1)从气候态的空间分布特征来看,南欧、南亚、东南亚、东亚地区为欧亚大陆全年总降水量高值区,同时也是极端强降水频发地区;而东亚地区青藏高原、中国中西部至蒙古一带,南亚地区印度次大陆以及中亚、西亚等地的部分地区则是连续性干旱事件的高频区,极端强降水事件发生频次较少;2)在21世纪初之后,东南亚、南亚、东亚、北亚、西亚和南欧这6个地区的全年总降水量发生年代际增加,且在研究时段呈显著增加趋势。在过去近40 a,南亚、东亚和中亚的RX1day(日最大降水量)、RX5day(连续5 d最大降水量)、中雨日数(R10mm)、大雨日数(R20mm)自20世纪90年代中期年代际增加,且呈长期增加趋势。南亚、北亚、东亚、中亚这4个地区的最大连续干旱日数在20世纪80年代初显著增加,但长期趋势并不显著。需要指出的是,自2014年起极端强降水事件在东南亚、南亚和东亚地区持续增多,而连续性干旱事件在北欧地区持续增多。     

中国南方2008年1月罕见低温雨雪冰冻灾害发生的原因及其与气候变暖的关系

2008年1月中国南方发生的低温、雨雪、冰冻灾害不是一个局地或地区性现象,它是同期发生的亚洲大范围冰雪灾害链中的一环,在影响范围和灾害程度上是最严重的一环.它有3个主要特征:(1)降雪、冻雨和降雨3种天气并存,冻雨是导致南方致灾的主要原因;(2)低温、雨雪、冻雨天气强度大,根据中国国家气候中心和南方各省气象部门的统计及分析,有8项气象要素打破同期中国历史记录;(3)低温、雨雪、冰冻天气持续时间长,破历史记录.这次低温、雨雪冰冻灾害形成的原因不是单一的,是多种因素在同一时段,同一地区相互配合和迭加的结果,其中La Nina事件是灾害发生的气候背景,它为雨雪冰冻天气提供了冷空气侵袭中国南方的前提条件;欧亚大气环流异常持续性是造成冷空气不断侵袭中国南方的直接原因;孟加拉湾和南海地区暖湿气流的北上是大范围冻雨和降雪形成并持续在中国南方的必要条件.     

2021: A Year of Unprecedented Climate Extremes in Eastern Asia,North America,and Europe

The year 2021 was recorded as the 6th warmest since 1880. In addition to large-scale warming, 2021 will be remembered for its unprecedented climate extremes. Here, a review of selected high-impact climate extremes in 2021, with a focus on China, along with an extension to extreme events in North America and Europe is presented. Nine extreme events that occurred in 2021 in China are highlighted, including a rapid transition from cold to warm extremes and sandstorms in spring, consecutive drought in South China and severe thunderstorms in eastern China in the first half of the year, extremely heavy rainfall over Henan Province and Hubei Province during summer, as well as heatwaves, persistent heavy rainfall, and a cold surge during fall. Potential links of extremes in China to four global-scale climate extremes and the underlying physical mechanisms are discussed here, providing insights to understand climate extremes from a global perspective. This serves as a reference for climate event attribution, process understanding, and high-resolution modeling of extreme events.     

全球升温1.5℃和2.0℃情景下中国乡村振兴核心区极端降水的变化特征北大核心CSCD

中国乡村振兴核心区生态环境较脆弱,暴雨洪涝等气象灾害频发,在此背景下,定量、科学地评估乡村振兴核心区全球升温情景下极端降水的变化特征,能够为乡村振兴核心区防止因灾返贫策略等的制定提供一定的科学依据。本研究基于CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6)气候模式下不同SSPs-RCPs(Shared Socioeconomic Pathways-Representative Concentration Pathways)组合情景模拟数据,对全球升温1.5℃和2.0℃情景下中国乡村振兴核心区极端降水事件频次、强度和持续时间的变化特征进行了分析。结果表明:(1)相对于基准期(1995~2014年),全球升温1.5℃情景下,乡村振兴核心区受极端降水影响明显增大,面积占比60.91%的区域极端降水频次增加,面积占比88.19%的区域极端降水强度增强,面积占比81.07%的区域极端降水持续时间增加;(2)全球升温2.0℃情景下,乡村振兴核心区三项极端降水指标变化与升温1.5℃情景下相似,相对于基准期有增加趋势,极端降水频次、强度和持续时间面积占比分别为55.78%、85.24%、79.33%;(3)从空间角度分析,全球升温1.5℃和2.0℃情景下,乡村振兴核心区中西部相较东部可能更易受极端降水的影响,西藏片区频次和持续时间增加显著,尤其值得关注;(4)当全球升温从1.5℃到2.0℃情景,乡村振兴核心区整体极端降水特征的变化未表现出明显增减趋势及空间特征。相比1.5℃较基准期的变化,2.0℃情景下极端降水频次、强度、持续时间的增加区域范围均缩小,但平均增幅均变大,对于发生极端降水事件的乡村振兴核心区区域而言可能面临更大的风险。     

不同升温情景下中国东北地区平均气候和极端气候事件变化预估

利用区域气候模式RegCM4的逐日气温和降水资料,预估1.5℃和2.0℃升温情景下,东北地区平均气候和极端气候事件的变化。结果表明：RCP4.5排放情景下,模式预计在2030年和2044年左右稳定达到1.5℃和2.0℃升温;两种升温情景下,东北地区气温、积温、生长季长度均呈增加趋势,且增幅随着升温阈值的升高而增加;1.5℃升温情景下,年平均气温增幅为1.19℃,年平均降水距平百分率增幅为5.78%,积温增加247.1℃·d,生长季长度延长7.0 d;2.0℃升温情景下气温、积温、生长季长度增幅较1.5℃升温情景下显著,但是年和四季降水普遍减少,年降水距平百分率减小1.96%。两种升温情景下,极端高温事件显著增加,极端低温事件显著减少,极端降水事件普遍增加。霜冻日数、结冰日数均呈显著减少趋势,热浪持续指数呈显著增加趋势;未来东北地区降水极端性增强,不仅单次降水过程的量级增大,极端降水过程的量级也明显增大,随着升温阈值的增大,极端降水的强度也逐渐增大。     

Climate change: changing means and changing extremes

Ongoing global warming not only involves changes in temperature and the global mean; it affects more or less every part of the climate. Regional temperature changes are often greater or smaller than corresponding changes in the global mean. In some cases the direction of change may also be different. For example, temperature changes are higher over land than over the ocean. Precipitation increases in some regions but decreases in others. Changes in extreme events may differ from changes in the corresponding mean. Present scientific knowledge clearly indicates that the already observed global trend towards warmer conditions will continue and that it will be accompanied by changes in yet other aspects of climate. This paper highlights, as a brief review, aspects of our changing climate from the available scientific knowledge with a bearing on the energy sector. Its focus is on temperature and precipitation, with some consideration of wind and sea level, among others. While uncertainties remain as far as the magnitude of future global-scale changes is concerned, and even more so their many regional patterns, significant changes are foreseen in, for example, global and regional temperature and precipitation, sea level rise, and in the characteristics of various extreme events.