基于广义Pareto分布的广东省近50年极端降水事件研究

利用广东省平均和5个代表站点1961-2010年近50年的逐日降水量资料,采用基于广义Pareto分布的平均剩余寿命图法计算极端降水阈值,并与传统的百分位法进行比较,对广东省极端降水的时间变化和空间分布特征进行了分析。结果表明,平均剩余寿命图法是计算极端降水阈值的一种有效方法,计算结果更能反映极端降水事件的区域差异。近50年来,广东省及各区域极端降水事件的强度和发生频率年际变化较大,均没有明显的上升趋势;热带、南亚热带和中亚热带3个自然分区的变化特征差异明显,空间上表现为南高北低的分布形式。     

近50 年来淮河流域极端降水的时空变化及统计特征

以淮河流域27 个气象站点1960-2009 年逐日降水观测资料为基础,选取年最大降水量序列(AM) 和超门限峰值序列(POT),分析淮河流域年极端降水事件的时空变化趋势,研究淮河流域降水极值的统计特征。研究发现：过去50 年,淮河流域大多数站点年最大日降水量有增加的趋势,少数站点有减少的趋势,但增加和减少的趋势均不明显。从单个气象站点50 年降水序列来看,年最大日降水事件发生的时间大多集中于20 世纪60-70 年代,且以汛期居多。利用L-矩法、K-S 检验等方法,发现GEV和GP分布分别能够较好的拟合AM和POT序列。通过计算比较在不同重现期水平下的降水量,发现POT序列及其对应的GP分布能够更好的模拟淮河流域极端降水序列。     

珠江流域多尺度极端降水时空特征及影响因子研究

基于珠江流域74个气象站点1952~2013年逐日降水和气温数据,采用POT抽样、Mann-Kendall（MK）趋势检验、泊松回归等方法,从降水量级、降水频率及发生时间等方面系统分析了珠江流域年、雨季及旱季3个时间尺度上的极端降水特征,并从降水对温度变化响应及ENSO影响等角度,探讨了极端降水变化特征的机理。研究表明：① 珠江流域极端降水年内分布不均,多发于4~9月,其中6月份发生频率最高;② 珠江流域极端降水频率在雨季及年际间分布较为均匀。但在旱季,珠三角地区极端降水在不同年份差异性较大;③ 在雨季及年际尺度上,极端降水年序列趋势性并不显著;而相对干旱季节,极端降雨量级、发生频次均随年份增加呈显著上升趋势,且发生时间提前。珠江流域农业以水稻(Oryzasativa)种植为主,旱季极端降水增加易导致冬汛及其引起的作物倒伏与农田渍涝等灾害,同时对秋冬防洪提出新的挑战,需要引起人们的关注;④ 温度升高和ENSO事件对珠江流域极端降水过程有显著影响。从ENSO影响的角度讲,在厄尔尼诺年,珠江流域西部极端降水量级和频率增加,而流域东部沿海区域极端降水量级减少,时间延后。     

陕北黄土高原地区极端降水事件时空分布特征

以陕西省北部6个气象站点1959-2011年逐日降水数据为基础,采用百分比方法确定各站点极端降水阈值,选取极端降水量、极端降水频率、极端降水强度、暴雨量、暴雨日数、大雨量和大雨日数,分析陕北黄土高原地区极端降水事件时空变化特征,结果表明:(1)极端降水经历近30年的持续减少后,近10多年增加较快,各极端降水指数空间上均呈自东南向西北的递减趋势.(2)极端降水量2000～ 2011年最大,极端降水阈值和极端降水量自东南向西北递减分布.(3)极端降水频率以2000～ 2011年最大,极端降水强度变化趋势不明显.空间分布上极端降水频率以绥德最高,榆林最低;极端降水强度以洛川最高,横山最低.(4)暴雨量和暴雨日数均以2000～2011年最高,空间分布呈自东而西递减,分别形成以绥德和延安、横山和吴起为中心的高值和低值区域.大雨量和大雨日数以1959 ～1969年最高.空间分布上呈自南而北的递减趋势,均形成以洛川和横山为中心的高值和低值区域.     

我国热带气旋潜在影响力指数分析

利用热带气旋路径资料和灾情资料,综合考虑热带气旋的频数、强度、范围以及持续时间,建立热带气旋潜在影响力指数,分析了1949-2009 年我国热带气旋的潜在影响力的空间格局和年际变化特征,并以0608 号超强台风“桑美”为例分析了该指数与灾害损失、过程极大风速、过程雨量的关系。研究结果表明：1949-2009 年间,我国的热带气旋的潜在影响力呈现出弱减少的趋势,这种趋势并不显著,但各阶段性的趋势比较明显;近20 年来,我国海南、广东、广西等华南沿海受热带气旋潜在影响力在下降,而浙江、福建、台湾等东南沿海省份受热带气旋潜在影响力在上升;潜在影响力指数最高的区域主要分布在台湾、海南、广东沿海、福建沿海以及浙江南部沿海等地;TCPI 与灾害损失、过程极大风速、过程降水量等有较好的相关性,并都通过了0.01 的显著性检验。     

热带气旋降水模拟研究进展

中国是遭受热带气旋灾害最为严重的国家之一,准确的降水模拟对于开展热带气旋灾害风险评估有重要意义。本文从热带气旋灾害风险评估的视角,将降水模拟分为基于极值理论的降水极值模拟、基于站点的降水时空模拟和基于热带气旋路径的降水事件模拟3大类;根据风险评估对降水模拟的需求,从模型构建、发展及其特点等方面对3类模型进行分析评述;进而提出面向风险评估的热带气旋降水模拟,应兼顾降水模拟的一般性和热带气旋暴雨模拟的特殊性,平衡处理降水模拟结果的准确性、统计量的可靠性和计算量问题。以极值理论对降水极值模拟为基础,充分发挥降水时空模拟在处理长时间降水序列中的优势,并加强热带气旋降水的理论研究,进一步完善热带气旋降水事件的模拟模型。     

近40 a来秦岭及周边地区极端降水变化特征

利用1980—2021年秦岭及周边地区337个气象监测站逐日降水资料,分析了极端降水的时空变化特征,并采用广义极值分布、气候统计等方法,对比了第一阶段（1980—2000年）和第二阶段（2001—2021年）极端降水年及春、夏、秋各季节的差异变化。结果表明：（1）秦岭及周边地区极端降水主要集中在4—11月,其中7月极端降水日数最多,近40 a来极端降水整体呈增加趋势。日极端降水阈值、最大日降水量空间分布呈现东南高于西北,极端降水日数则呈现以秦岭为界,南部多、北部少。（2）从全年角度看,2001—2021年较1980—2000年极端降水事件更多,极端性更强。日极端降水阈值、极端降水日数、最大日降水量的空间变化趋势总体也表现为增多趋势的站点数多于减少趋势的站点数。（3）极端降水季节性差异明显,春季与夏季和秋季呈现出明显的不同。不管是极端降水概率还是极端降水次数,在春季总体表现为1980—2000年极端性更高,而夏季和秋季表现为2001—2021年更强。空间分布季节性差异也较明显,春季日极端降水阈值、极端降水日数总体表现为西部增加东部减小,从西向东表现为由正向负转变的分布,且负趋势站点多于正...     

阿尔泰山降水氢氧稳定同位素特征及水汽来源分析

阿尔泰山横亘于亚欧大陆中部,是中纬度西风带气候研究的重点区域之一。利用阿尔泰山地区4个站点的监测数据,研究了该区域降水氢氧稳定同位素的年内变化特征及大气降水线方程,分析了降水同位素的温度效应,并利用后向轨迹探讨了水汽来源。结果表明：（1） 阿尔泰山各站点降水同位素比率在季节上表现为夏高冬低,且南侧站点的季节差异比北侧大,除Novosibirsk外大多数站点的降水氘盈余值为夏低冬高。（2） 除Novosibirsk外,研究区大多数站点大气降水线方程的斜率和截距都低于全球平均值。（3） 各站点降水同位素存在明显的温度效应,体现在季节变化和空间分布上。（4） 后向轨迹表明,研究区受到西风水汽、极地水汽和近源水汽路径的影响,且偏北站点可能受极地水汽路径的影响更大。上述认识有助于明确阿尔泰山不同区域降水同位素时空变化反映的水文气候信息,并为该区域大气水循环及气候变化研究提供参考。     

热带气旋北上对吉林省夏季降水影响研究

利用1951-2000年NCEP/NCAR位势高度场再分析资料和吉林省降水量等资料,对直接和间接影响吉林省的106个热带气旋的基本气候特征进行了统计分析.结果表明,由热带气旋北上产生的降水量占吉林省夏季(6-9月)降水量的10%;热带气旋影响的时间多集中在7月中旬至8月下旬;吉林省东南部和中部是因热带气旋北上而产生较多降水量的区域.通过对影响吉林省的热带气旋进行跟踪分析,确定了热带气旋中心进入350N,125°E位置时即开始间接影响吉林省的夏季降水.20世纪70年代后,影响吉林省的热带气旋个数有逐渐减少的趋势.     

四川省极端降水事件时空演变特征

极端降水作为极端天气的表征要素,极易引发灾害。为探明极端降水变化特征,本文选择受极端降水事件影响极大的四川省为研究区,基于1964—2016年逐日降水数据,通过构建区域极端降水指标体系,利用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析等方法,分析了极端降水事件的时空演变及影响因素。结果表明:四川省极端降水事件发生频率呈减少趋势,强度逐渐增加;空间上总体呈现出由东南向西北减少,成都平原与川西山区的交错区域作为传统极端降水高发区域,极端降水频率显著下降,而川西山区极端降水频率与强度均呈现出增强的趋势;研究区地形地貌特征决定了极端降水事件的分布特征,四川盆地盆周区域海拔的突变为极端降水特征差异显著的重要原因;极端降水的周期变化呈现25～32 a长周期、13～17 a中周期以及5～8 a短周期的特征,振荡强度由强到弱;极端降水量自1993年下降突变显著,强度自1984年增强突变显著。本研究可为极端降水事件研究提供方法参考,为四川省防灾减灾提供理论与数据支撑。     

近50年来淮河流域极端降水的时空变化及统计特征(英文)

Based on the daily precipitation data of 27 meteorological stations from 1960 to 2009 in the Huaihe River Basin, spatio-temporal trend and statistical distribution of extreme precipitation events in this area are analyzed. Annual maximum series (AM) and peak over threshold series (POT) are selected to simulate the probability distribution of extreme precipitation. The results show that positive trend of annual maximum precipitation is detected at most of used stations, only a small number of stations are found to depict a negative trend during the past five decades, and none of the positive or negative trend is significant. The maximum precipitation event almost occurred in the flooding period during the 1960s and 1970s. By the L-moments method, the parameters of three extreme distributions, i.e., Generalized extreme value distribution (GEV), Generalized Pareto distribution (GP) and Gamma distribution are estimated. From the results of goodness of fit test and Kolmogorov-Smirnov (K-S) test, AM series can be better fitted by GEV model and POT series can be better fitted by GP model. By the comparison of the precipitation amounts under different return levels, it can be found that the values obtained from POT series are a little larger than the values from AM series, and they can better simulate the observed values in the Huaihe River Basin.     

不同概率分布函数降雨极值的适用性分析

极端降雨极值发生的重现期是流域与城市防洪设施规划设计标准需要参考的最重要参数之一。利用常用的5种水文统计学分布函数,选取中国十大流域内10个站点不同时段的最大降雨极值序列进行拟合,并检验筛选不同站点的适用性分布函数。结果表明：10个站点拟合优度检验拟合效果较好,曲线差异度较小的分布依次为广义极值分布、对数正态分布、皮尔逊III分布;不同站点适宜性曲线的差异程度不同。研究结果可为区域降雨极值序列的拟合提供参考,即不同的区域、不同的季节、不同时长的降雨极值序列都应寻找其较适宜的分布函数并采用多种检验方法来拟合,以降低不确定性。     

1959-2008年淮河流域极端径流的强度和频率特征

基于淮河中上游主干流两侧13个水文站点1959-2008年逐日径流量的年最大值序列和超门限峰值序列,采用Mann-Kendall趋势检验、21种分布函数和Pearson III分布,分析淮河流域极端径流的强度和频率特征。结果表明：① 极端径流强度6个站点呈增加趋势,7个呈减少趋势;极端径流发生频率8个站点呈增加趋势,5个呈减少趋势。② 极端径流在径流值上的频率分布,年最大值序列总体较服从Weibull分布,而非普遍采用的广义极值分布;超门限峰值序列总体仍较服从广义帕累托分布。③ 基于超门限峰值序列和广义帕累托分布估算的50年一遇的极端径流值精度最高,大部分地区误差率低于0.2,精度优于工程标准Pearson III分布。气候变化背景下,极端径流频率特征发生变化,流域上游地区工程标准可能需要调整。受函数形态影响,极值序列最优拟合函数估算精度不如广义极值分布和广义帕累托分布。     

西北地区5-9月极端干期长度的概率特征分析

应用西北地区131个测站1961-2000年逐日降水资料,统计逐年5-9月极端干期长度,分析近40 a年平均极端干期长度的空间分布特征以及极端干期长度与降水量的关系,采用概率加权法(PWM)估计其分布函数的参数,探讨用Gumbel分布拟合我国西北地区极端干期长度的适用性,进而给出我国西北地区极端干期长度的概率以及≥20 d、≥50 d极端干期长度的重现期概率特征。结果表明:西北地区近40 a平均极端干期长度总体上自东南向西北递增,但极端干期最短的地方并不在降水量最大的陕南地区,而在海拔较高的青海南部以及甘肃甘南高原。极端干期长度与5-9月降水总量呈负相关。≥20 d界限的极端干期长度的概率与50 a一遇极端干期长度的空间分布基本相似,降水较少的南疆、青海西部、河西走廊西段,基本上每年多雨期都存在20 d以上的连续无雨期,而祁连山以南的青海、甘肃中南部、宁夏南部、陕西中南部≥20 d极端干期长度的概率不到0\^1。     

博州不同级别降水及极端降水事件的时空变化

根据1961—2005年新疆博州（博尔塔拉蒙古自治州的简称,下同）4站逐日降水资料,用阈值检测方法计算出博州地区极端降雨（雪）的阈值,并用气候趋势系数、Kendall-τ秩次相关以及滑动t检验等分析了博州地区不同量级降水日数以及极端降水日数的变化特征。研究表明,博州地区极端降水阈值与年平均降水量的空间分布基本一致：山区大,盆地小,地区间差异极大。3—10月一日降水量≤0.2 mm的微量降雨日数大范围减少;年降水量增加的方式在不同子区域是不同的：①对于年平均降水量仅有100 mm左右的艾比湖一带而言,主要体现在中雨、小雪次数的增加上,其他量级的雨雪日数及强度增加趋势不显著,这种增量对干旱区而言很小,无法改变干旱区的本质。②博河上游地区夏半年主要体现在小雨、大雨次数的增加以及中雨强度的增加上,冬半年主要体现在小雪、大雪或极端降雪日数的增加以及大雪、暴雪强度的增加上。虽然博河上游地区大雨次数显著增加,但强度显著降低。这种增加方式导致博河上游地区冬季牧区易出现雪灾,夏季易出现洪灾。③博河中游地区主要体现在小雪、中雪、大雪（或极端降雪）、中雨频次以及小雨强度的增加上,而且一日降水量≤0.2 mm的微量降雨日数的减少趋势大于其他量级降雨总次数的增加趋势。降水日的这种变化方式在该区域气候显著偏暖的气候背景中,极易造成春夏阶段性极端干旱事件频发。     

1956-2010年淮河流域极端径流的时空变化及统计模拟(英文)

Based on the daily runoff data from 20 hydrological stations above the Bengbu Sluice in the Huaihe River Basin during 1956-2010, run test, trend test and Mann-Kendall test are used to analyze the variation trend of annual maximum runoff series. The annual maximum series (AM) and peaks over threshold series (POT) are selected to describe the extreme distributions of generalized extreme value distribution (GEV) and generalized Pareto distribution (GPD). Temporal and spatial variations of extreme runoff in the Huaihe River Basin are analyzed. The results show that during the period 1956-2010 in the Huaihe River Basin, annual maximum runoff at 10 stations have a decreasing trend, while the other 10 stations have an unobvious increasing trend. The maximum runoff events almost occurred in the flood period during the 1960s and 1970s. The extreme runoff events in the Huaihe River Basin mainly occurred in the mainstream of the Huaihe River, Huainan mountainous areas, and Funiu mountainous areas. Through Kolmogorov-Smirnov test, GEV and GPD distributions can be well fitted with AM and POT series respectively. Percentile value method, mean excess plot method and certain numbers of peaks over threshold method are used to select threshold, and it is found that percentile value method is the best of all for extreme runoff in the Huaihe River Basin.     

淮河流域极端径流的时空变化规律及统计模拟

以淮河流域蚌埠闸以上20 个水文站点1956-2010 年日径流量观测数据资料为基础,采用游程检验、趋势检验和Mann-Kendall 检验法分析年最大日径流量的变化规律。分别采用年最大值法(annual maximum,AM) 和超门限峰值法(peaks over threshold,POT) 抽取径流序列样本, 运用广义极值分布(generalized extreme value distribution,GEV) 和广义帕累托分布(generalized Pareto distribution,GPD) 两种极值统计模型对规范化样本进行拟合,分析淮河流域极端径流的时空变化规律。研究表明:1956-2010 年,淮河流域蚌埠闸以上的研究站点中,10 个站点的年最大日径流量有减少的趋势,另外10 个站点有不显著的增加趋势。极端径流事件大多发生在20 世纪60、70 年代,且以汛期居多。淮河流域的极端径流主要来自淮河干流、淮南山区和伏牛山区。使用Kolmogorov-Smirnov (K-S) 法检验发现,GEV和GPD分布分别能较好的拟合AM和POT序列。采用百分位阈值法、平均超出量函数图法和超定量洪峰法三种方法选取阈值,对于淮河流域的极端径流事件模拟而言,百分位阈值法较好。     

中国极端降水事件时空特征及其对夏季温度响应

基于中国1951-2014年728个气象站点日降水数据,利用POT抽样、变异点分析、趋势分析、分段回归等方法全面分析中国极端降水事件（量级、频率与发生时间）非平稳性特征及其对夏季温度响应。研究结果发现中国极端降水量级有明显变异特征,但无显著趋势变化,中国极端降水频率则相反。并且中国极端降水次数在全国大部分区域有显著增加趋势。另外,研究还表明变异点对中国极端降水量级和频率趋势特征有明显的改变,对极端降水发生时间趋势特征改变较弱;中国极端降水发生时间在中南部呈显著上升趋势,其他区域趋势性不显著。中国大部分区域夏季温度呈上升或显著上升趋势,且变异特征显著。在转折点前,中国大部分区域如西部干旱区东南部、东部干旱区西南部、华北区、华中区和西南区北部夏季温度呈下降或显著下降趋势;在转折点后,上述区域夏季温度转为上升或显著上升趋势。     

Spatial and temporal variability of daily precipitation in Haihe River basin, 1958–2007

The seasonal variability and spatial distribution of precipitation are the main cause of flood and drought events. The study of spatial distribution and temporal trend of precipitation in river basins has been paid more and more attention. However, in China, the precipitation data are measured by weather stations (WS) of China Meteorological Administration and hydrological rain gauges (RG) of national and local hydrology bureau. The WS data usually have long record with fewer stations, while the RG data usually have short record with more stations. The consistency and correlation of these two data sets have not been well understood. In this paper, the precipitation data from 30 weather stations for 1958–2007 and 248 rain gauges for 1995–2004 in the Haihe River basin are examined and compared using linear regression, 5-year moving average, Mann-Kendall trend analysis, Kolmogorov-Smirnov test, Z test and F test methods. The results show that the annual precipitation from both WS and RG records are normally distributed with minor difference in the mean value and variance. It is statistically feasible to extend the precipitation of RG by WS data sets. Using the extended precipitation data, the detailed spatial distribution of the annual and seasonal precipitation amounts as well as their temporal trends are calculated and mapped. The various distribution maps produced in the study show that for the whole basin the precipitation of 1958–2007 has been decreasing except for spring season. The decline trend is significant in summer, and this trend is stronger after the 1980s. The annual and seasonal precipitation amounts and changing trends are different in different regions and seasons. The precipitation is decreasing from south to north, from coastal zone to inland area.     

1961—2009年新疆极端降水事件时空差异特征

选用1961—2009年新疆61个测站的逐日降水资料,根据百分位值方法定义不同台站的极端降水阈值,用一元线性回归、M-K突变检验及EOF分析等方法分析各区域50年来极端降水的时空分布特征及变化趋势。结果表明：（1） 过去50年新疆极端降水事件总体表现出了波动上升的趋势,但各区域的极端降水量相差悬殊,极端降水量受地形因素影响大;（2） 阿尔泰山区、准噶尔盆地和天山山区的极端降水量分别在1986年、1983年和1989年发生显著的上升突变;（3） 极端降水阈值、年均降水量、年均极端降水量、年均极端降水频率和极端降水强度呈现山区高、盆地低的特点;年降水量越少的区域,极端降水对年降水量的贡献越大。