中国大陆降水时空变异规律——Ⅱ.现代变化趋势

为改进、完善对中国现代降水长期变化规律的理解,利用2 300个国家级气象站网观测资料,更新分析了全国1956—2013年基本降水指标的趋势变化特征。主要结果:① 全国平均年和季节降水量、降水量距平百分率未表现出显著趋势变化,但秋、冬季降水量距平百分率分别表现出较明显的下降和上升;② 年和夏季降水减少主要发生在东北中南部、华北、华中和西南地区,而东南沿海、长江下游、青藏高原和西北等地区年降水增加较明显;③ 降水趋势变化的空间结构相对稳定,北方降水减少范围有由黄土高原、华北平原向东北和西南扩散趋向,东北北部和长江中下游的降水增加范围变小,总体看东部降水减少和增加的区域均在萎缩,“南涝北旱”现象趋向缓解;④ 全国年平均暴雨量、日数呈现出较显著的增加,但暴雨强度没有明显变化,暴雨量和日数增加主要发生在珠江和东南诸河流域,而海河和西南诸河流域暴雨量、日数和强度呈较明显减少趋势;⑤ 东部季风区1日、连续3日和连续5日最大降水量均有一定程度增加,1日最大降水量增加最明显,连续5日最大降水量增加最弱,极端强降水事件持续时间呈现出短历时性倾向。     

全球1.5℃温升背景下中国极端事件变化的区域模式预估

利用区域海气耦合模式FROALS模拟的区域气候模式降尺度协同试验(CORDEX)的东亚区域的动力降尺度试验数据,分析了全球1.5℃温升背景下中国地区极端温度指数、极端降水指数以及民生相关指数的可能变化。结果表明,中国地区的暖事件显著增加,冷事件显著减少。高强度和中等强度极端暖事件发生风险分别为1986—2005年基准期的2.14和1.93倍,高强度和中等强度极端冷事件发生风险分别为基准期的0.58和0.63倍。分区来看,华北的高强度极端暖事件增幅最大(将为基准期的2.94倍),东北高强度极端冷事件减幅最大(将为基准期的0.38倍)。西北、青藏高原以及东北等地区的极端干旱事件发生风险略增加(分别为基准期的1.13,1.04,1.22倍)。全国大部分地区的平均降水显著增加,高强度的极端降水事件在全国普遍增加,并且在华北和东南的发生风险增幅最大(分别为基准期的1.88倍和1.85倍)。闷热日数在东部地区显著增加,并且与单一的极端高温事件相比,极端闷热日数的增加风险更大(将为基准期的5.34倍)。全国取暖度日显著减少,东部以及西北的降温度日显著增加,在人口密度较大的东部地区取暖度日的减幅(-258℃·d)大于降温度日的增幅(72℃·d),但与基准期相比,降温度日的变化比例(82%)大于取暖度日(-10%)。     

长江中下游地区雨涝指数构建及其应用

为客观识别区域暴雨洪涝过程、定量评估区域暴雨过程强度,基于极端事件中持续时间和强度关系理论,采用近5 d最大降水强度作为降水相当强度指标,构建雨涝指数和区域雨涝过程强度的算法,利用1961-2019年长江中下游地区逐日降水资料,分析长江中下游地区的区域雨涝过程次数、强度以及雨涝趋势变化特征。结果表明:① 1961-2019年长江中下游地区区域雨涝过程次数整体呈增加趋势,21世纪以来区域雨涝过程发生次数明显增多,持续5~9 d的区域雨涝过程占全部雨涝过程的2/3以上;②区域内雨涝日数总体呈现南多北少分布,雨涝日数变化趋势表现为西北部减少、东南部增多;③年降水量和雨涝趋势的时空变化使得长江中下游地区的旱涝差异进一步增大,降水多的东南部更涝,降水少的北部和西部愈加干旱。     

高寒内流区极端降水的气候变化特征分析

利用中国气象局1969—2017年高寒内流区25个气象站的日降水资料,分析极端降水的变化特征,结果表明：1969—2017年高寒内流区降水量呈上升趋势,这种上升很大程度上可能是由于夏季降水量增加导致的,且20世纪90年代以后降水量增加趋势更加明显。极端降水指数除连续干旱日数外,均呈不同程度的增加趋势,其年际变化反映出在进入21世纪后高寒内流区降水向强降水量和日数更多、强度更强、极值更大的方向发展。极端降水指数空间差异性明显,连续湿润日数、雨日降水总量、雨日降水强度、单日最大降水量、五日最大降水量、极端降水量和日降水大于10 mm日数表现显著增加趋势的台站百分率分别为5%、64%、42%、60%、32%、35%和43%,连续干旱日数表现显著下降趋势的台站百分率为5%。极端降水事件具有一致性,总降水量增加,极端降水的频率、强度、极值也增加,小雨日数增加是降水总量增加的因素之一。极端降水增湿幅度有随海拔升高有增大趋势,高海拔区雨日降水量和雨日天数的增加是极端降水总量增加的主要因素。     

1961-2010年青藏高原降水时空变化特征分析

利用青藏高原69个气象台站的降水量资料,采用旋转经验正交函数分析（REOF）、线性趋势分析和累积距平法,系统地研究了1961-2010年青藏高原降水的时空变化规律,揭示了青藏高原不同区域降水变化的差异性.研究表明：近50 a来青藏高原降水量总体呈现增加趋势,增长率为6.7 mm·（10a）^-1;青藏高原降水季节分配极不均匀,雨季和旱季非常明显,雨季降水占有主导作用;青藏高原降水由东南向西北递减,而且年际变化具有一定的多元化特征;青藏高原降水量变化空间分布差异显著,采用REOF法将整个高原划分为10个小区,每个小区降水变化都具有不同的特征,除了青海东北部区和青海东南部-川北区降水呈减少趋势外,其他8个小区降水均呈增加趋势.     

1961-2016年四川地区不同量级不同持续时间降水的 时空特征分析

利用四川地区122站逐日降水数据,采用均值、气候趋势系数等统计方法,对1961-2016年不同量级不同持续时间降水的空间和时间变化特征进行了分析,结果表明：盆地和攀西地区小雨、中雨、大雨和总暴雨所占年降水量比例接近,高原地区小雨降水量约占50%以上,中雨约40%,大雨约10%;整个四川地区小雨日数占总降水日数75%以上,量级越高降水日数越少。年降水量在盆地和攀西地区为减少趋势,高原则相反,年降水日数除了在高原局部微弱增加外其他地区皆减少且大部分区域减少趋势通过99%的显著性水平检验,这种趋势显著性主要体现在小雨量级降水。随着降水量级的增加,高原、盆地东北、攀西和盆地东南的部分地区出现了降水量和降水次数增加趋势,这可能说明高原地区年降水量的增加由小雨量级降水效率以及中雨和大雨降水次数增加导致,盆地和攀西部分地区年降水量的增加主要由降水量级大的降水次数增加导致。     

基于被动微波遥感反演雪深的时间序列分析我国积雪时空变化特征

利用1978-2005年逐日中国积雪深度数据集,分析了我国积雪空间分布特征和季节时空分布特征,并运用趋势线分析方法和均方根差模拟了积雪深度和积雪日数的变化趋势及异常空间变化特征.结果表明:青藏高原东南、青藏高原西部和南部、新疆北部和东北山区为我国积雪空间分布四大高值区.近28 a来,积雪深度和积雪日数呈增加趋势,20世纪80年代青藏高原明显增加和明显减少趋势并存,90年代整体明显增加,2000-2005年整体基本不变.青藏高原中东部、新疆北部以及东北山区为积雪深度异常变化敏感区,而青藏高原西部则为积雪日数异常变化敏感区.     

长江流域降水极值的变化趋势

依据1960-2005年长江流域147个气象站逐日降水,ECHAM5/MPI-OM气候模式模拟的长江流域79个格点20世纪实验期(1941-2000年)以及未来3种排放情景(SRES-B1,A1B,A2)下21世纪前50年逐日降水数据,建立年最大强降水和汛期<1.27 mm/d的最长干旱持续天数序列。运用广义极值分布,广义帕雷托分布,广义逻辑分布与韦克比分布等4种分布函数定量拟合了长江流域降水极值的概率分布。研究表明:韦克比分布函数能够较好地拟合长江流域降水极值的概率分布。在3种排放情景下,未来降水极值的重现期呈现不同的空间分布特征。长江流域,尤其是中下游大部地区,1951-2000年间的50年一遇强降水和干旱事件,在2001-2050年间发展成为25年一遇降水极值事件。未来气候变暖条件下,降水极值重现期出现的这种变化趋势,将会对水资源趋势产生重大的影响。     

中国降水与暴雨的季节变化

论述了与水利水电工程设计和运行密切相关的降水和暴雨季节变化的地域分布,其中包括旬降水量和最大1d暴雨量多年平均值、暴雨年际变化、时-面-深关系等要素的季节变化;提出了降水季节集中系数分布图;讨论了降水、一般暴雨和稀遇暴雨季节变化的异同。     

青藏高原气候变化的若干事实及其年际振荡的成因探讨

利用1961-2012年青藏高原88个气象台站逐月气温、降水以及温室气体等气候系统监测资料和CMIP5输出的未来气候变化情景数据,分析了近52年来青藏高原气候变化暖湿化的若干事实,揭示了其年际振荡与温室气体、高原加热场、高原季风、AO等气候系统因子的关系,预测了未来20~40年青藏高原可能的气候变化趋势。研究表明：近52年来青藏高原在总体保持气候变暖的趋势下自2006年以来出现了某些增暖趋于缓和的迹象,较全球变化滞后了8年左右;降水量的增加在青藏高原具有明显的普遍性和显著性,气候变湿较变暖具有一定的滞后性,降水量变化的5年短周期日趋不显著,而12年、25年较长周期逐渐明显且仍呈增多趋势。由于温室气体、气溶胶持续增加、高原夏季风趋强、ENSO事件和太阳辐射减少,青藏高原气候持续增暖但有所缓和;春季高原加热场增强、高原夏季风爆发提前且保持强劲,使得高原春、夏季和年降水量增加,而秋、冬季AO相对稳定少动,东亚大槽强度无明显变化,高原冬季风变化不甚显著,导致了高原秋、冬季降水量无明显变化。未来20~40年青藏高原仍有可能继续保持气温升高、降水增加趋势。     

1961-2012年中国5类主要冰冻天气的气候及变化特征

利用1960/1961-2011/2012年中国有冰冻天气观测且序列完整的1 600多站逐日冰冻现象数据, 研究了中国地区冰冻天气的时空气候变化特征. 结果表明: 年平均霜日数超过180天的地区主要分布在青藏高原东北部、天山、大-小兴安岭一带. 霜日数在我国中北部和青藏高原地区以增加趋势为主, 长江流域及其以南地区为减少趋势. 全国平均的霜日数为显著增长趋势, 超过0.05的显著性水平, 线性增长率达到2.03 d·(10a)^-1, 霜日发生频率增强; 年平均积雪日数超过90 d的地区分布在青藏高原东北部、天山、大-小兴安岭一带. 积雪日数无明显时间变化趋势; 年平均结冰日数超过210 d的地区分布在青藏高原、大兴安岭及天山部分地区. 结冰日数全国范围以减少趋势为主. 全国平均结冰日数有明显的年代际变化趋势, 1980-1990年为结冰日数最多年份; 年平均雾凇日数超过30 d的地区主要在天山地区、大兴安岭地区以及四川峨眉山. 雾凇日数以减少趋势为主, 长江中下游部分地区有增加趋势. 全国平均雾凇日数有显著减少趋势, 超过0.01的显著性水平, 线性递减率达到0.60 d·(10a)^-1; 年平均雨凇日数主要分布在南方云贵高原地区以及长江中下游地区的一些高山区域. 雨凇日数在华北平原地区以减少趋势为主, 长江中下游地区部分站点有增加趋势. 全国平均雨凇日数随时间有弱的增加趋势.     

1961-2015年新疆和田地区不同级别降水事件变化特征

为探究新疆和田地区降水事件特征及在全球气候变化影响下的变化趋势,分析了该地区1961-2015年,7个气象站点的逐日降水数据,研究了不同级别降水量、降水日数和降水强度的年、季特征及变化趋势.结果表明:年平均降水量、 日数、 强度均为增加趋势,其变化率分别为3.7 mm·(10a)-1、1.15 d·(10a)-1、0.046 mm·d-1·(10a)-1,1986年为和田地区年平均降水和降水日数发生气候转折的年份,春、夏季转折时间与年际转折时间一致,冬季转折年份不明显.全地区年平均降水量为44.0 mm,小量降水占各级降水量的42.4％,夏、春季降水量占全年的78.4％;年均降水日数为49.8 d,微、小量降水日数占各级降水日数的95.3％,夏季降水日数占全年的48.0％.各级降水量和降水日数年际间均为增加趋势,其中小、中降水量和降水日数的增加是年际增加的主要原因,小量降水强度的增强是年降水强度增强的主要原因;四季降水量和降水日数变化趋势也是增加的,其中夏季增加趋势最明显,降水强度除春季减弱趋势外,其他季节均为增加趋势.在和田地区,春夏两季降雨量决定了全年的多寡,小量级别的降水量和降水日数是年降水量和降水日数的主要形式,降水日数是决定年降水量的主要因素;降水量和降水日数都存在明显气候转折年,目前正处于转折点后的增加阶段,小、中降水量和降水日数的增加是降水事件年际变化的主要特征.     

1980-2012年青藏高原土壤湿度时空演变特征

基于美国气候预测中心（CPC）土壤湿度资料和80个青藏高原气象观测站的降水、气温资料,对青藏高原土壤湿度时空演变、突变,及土壤湿度与降水、气温的关系进行了分析.结果表明：青藏高原土壤湿度呈自东南向西北递减的分布特征,土壤湿度与降水量在空间上有很好的对应关系,在时间上存在2~4个月的时滞相关.1980-2012年高原土壤湿度呈显著增多趋势,土壤湿度变化发生突变的年份为2003年.在土壤湿度变化过程中,降水和气温的作用明显,5-10月降水量和1-6月气温是影响高原土壤湿度变化的主要因素.5-10月降水量决定了多水期的土壤湿度,而多水期土壤湿度和1-6月气温共同决定了少水期的土壤湿度.     

中国对流性天气现象观测资料质量控制及其年、季节特征分析

基于2 474个国家级气象台站1954-2015年观测的对流性天气现象（包括雷暴、闪电、冰雹、大风）数据,进行了有效的质量控制,并采用气候统计学方法,研究了中国对流性天气的时空变化特征和气候趋势。结果表明：全国平均的雷暴、闪电、冰雹、大风发生频率分别为11.0%、6.8%、0.33%和3.8%,且季节变化明显。我国雷暴、闪电日数自北向南基本呈逐渐增多的格局。在内蒙古地区、青藏高原、沿海地区等三个平均风速较大的地区,发生大风天气现象的日数也相应较多。对流性天气现象年发生日数呈下降趋势。分别有68.3%、67.5%、0.8%、41.6%台站雷暴、闪电、冰雹、大风日数年变化存在显著减少趋势。     

CMIP5多模式对中国及各分区气温和降水时空特征的预估

利用7个参加耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的全球气候模式模拟数据,在RCP4.5、RCP8.5两种排放情景下,从年、季、月尺度上对中国以及中国的7个区域的气温和降水进行未来情景预估分析。分析结果表明:2010~2099年,两种情景下中国的气温增加明显,并呈现出春弱秋冬(尤其是一、八、九、十一、十二月)强的特征,北部(N)、西北东部(ENW)、西北西部(WNW)、西藏(Tibet)的升温趋势高于其他地区。RCP8.5情景下的气温线性趋势值大部分都高于RCP4.5情景下的值。在RCP4.5情景下,2060~2099年东北部(NE)呈现降温。两种情景下,全国降水量也呈增加趋势,呈现由东南向西北递减的地理分布,并表现出冬弱春夏强的季节变化特征。西北西部(WNW)在全年降水偏少,春夏季黄河以北降水趋势较小,降水大值中心在长江以南地区,尤其是在五、六、七、八月份。秋季,在RCP4.5、RCP8.5情景下SE降水线性趋势分别低于或等于全国平均水平,东北部(NE)、北部(N)、西北东部(ENW)的降水线性趋势略高。在2010~2039年,在RCP8.5情景下西南(SW)的降水减少。     

气候变暖背景下内蒙古大兴安岭生态功能区冷暖急转气候特征

1961-2015年内蒙古大兴安岭生态功能区气候变暖趋势明显,其气温突变年份为1987年。在气候变暖的背景下,生态功能区的严寒和寒冷日数在突变前呈减少趋势、在突变后呈增加趋势,表明突变后冬季冷天日数并没有明显减少趋势;炎热和温暖日数在突变后呈极显著增加趋势,而暖天日数突变前后变化较为平缓。综合来看,在气候变暖的背景下气温突变后高温日数增加要显著多于低温日数增加。过渡期日数变化趋势特征表明,严寒炎热过渡期、寒冷温暖过渡期和冷暖过渡期在突变后明显变短,生态功能区冷暖急转现象尤为明显。在历年尺度上,冷暖过渡期日数变化随着温度范围的扩大而减少幅度在加大。     

40余年来中国地区季节性积雪的空间分布及年际变化特征

利用全国700余个气象站的地面积雪观测资料,分析了中国地区季节性积雪年际的时空变化特征.结果表明:新疆北部,东北-内蒙古地区和青藏高原西南和南部地区为我国季节性积雪的3个高值区,也是积雪年际变化变化大的地区,也即为中国积雪年际异常变化的敏感区.综合积雪深度和积雪日数的变化趋势,可大致分为3种变化类型:1)增加和减小同步,主要在新疆天山以北、青藏高原东部地区、内蒙古高原中东部到大兴安岭以西的地区,减少区人体在内蒙古西部、黄土高原和长江中下游地区;2)积雪深度增加但积雪日数减少,主要在东北平原东部的部分地区,长江上游的部分地区;3)积雪深度减小而积雪口数增加,主要位于青藏高原中部的部分地区.中国地区积雪总体上呈现出平缓的增长趋势,积雪深度和积雪日数的年代际变化趋势在20世纪60年代呈现为稍有增加;70年代有所下降;80年代又增加;90年代又有略有增加的趋势.     

辽宁省不同等级降雪变化特征

利用辽宁省52个站逐日降水量及降雪天气现象资料提取出逐日降雪数据,采用多种统计方法分析了近53 a(1961-2013年)不同等级降雪的时空变化特征,研究表明:降雪量和降雪日数空间分布上山地要大于平原地区,由东部山区向沿海地区减少;降雪强度中心位于辽宁中部城市群所在的平原地区。降雪量、降雪日数年内分配分别呈双峰型和单峰型分布,中雪等级以上的降雪多发生在冬末春初。年降雪量增加,年降雪日数(降雪强度)显著减少(减小);降雪日数的显著减少主要表现为微量降雪日数和小雪日数的减少,尤其是微量降雪日数,降雪强度的显著增大主要是暴雪强度的增大。1960s和1970s为降雪偏多时段,1990s以来降雪量增加,降雪日数减少。不同区域各级降雪占总降雪的比例,辽东地区以微量降雪日数最大,其他区域均以小雪日数和暴雪降雪量最大。全省降雪量有65.4%站点呈增加趋势,降雪日数96.2%的站点呈减少趋势,降雪强度90.4%站点呈增大趋势,辽西地区降雪变率要大于辽东山区。小雪降雪量和微量降雪日数贡献率均呈下降趋势,其他不同等级降雪贡献率均呈上升趋势。随着纬度升高(海拔增高),总降雪量(降雪日数)和各等级降雪量(降雪日数)均增加,总降雪强度和小雪强度减小。     

2003-2010年青藏高原积雪及雪水当量的时空变化

利用MODIS逐日无云积雪产品与AMSR-E雪水当量产品进行融合, 获取了青藏高原500 m分辨率的高精度雪水当量产品, 通过研究青藏高原积雪时空动态变化特征, 分析了积雪覆盖日数、雪水当量以及总雪量的季节及年际变化. 结果表明: 青藏高原地区降雪主要集中在高海拔山区, 而高原腹地降雪较少, 降雪在空间上分布极为不均; 2003-2010年期间, 平均积雪日数呈显著减少趋势, 稳定积雪区面积在逐渐扩大, 常年积雪区面积在不断缩小. 与积雪日数时空变化相比, 雪水当量增加的区域与积雪日数增加的区域基本一致, 但喜马拉雅山脉在积雪日数减少的情况下雪水当量却在逐年增加, 表明该地区温度升高虽然导致部分常年积雪向季节性积雪过渡, 但降雪量却在增加. 总的积雪面积年际变化呈波动下降的趋势, 但趋势不显著, 且减少的比例很少. 最大积雪面积呈现波动上升后下降的趋势, 平均累积积雪总量呈明显的波动下降趋势, 年递减率为1.0×10³ m³·a^-1.     

《巴黎协定》未来气候情景下“一带一路”沿线区域气候舒适度预估

基于最新一代耦合气候模式比较计划全球气候模式的预估模拟结果,采用净有效温度指标,分析《巴黎协定》未来气候情景下“一带一路”沿线区域气候舒适度格局的变化。结果表明未来气候情景下研究区整体的热不舒适日数增多,冷不舒适日数减少,且二者存在明显的空间错配,舒适日数的增减则存在明显的空间分异。高纬度、高海拔寒冷区域（例如中东欧、西伯利亚和青藏高原）的冷不舒适日数大幅减少,舒适日数略有增加,低纬度温暖区域（例如东南亚和南亚）的热不舒适日数强烈增加,舒适日数明显减少。进一步结合人口分布来看,热不舒适天气的人口暴露度急剧增加,舒适和冷不舒适天气的人口暴露度减少,且前者的增量大大超过后两者的减量,导致“一带一路”沿线区域整体的气候舒适度水平呈下降态势。若在当前气候政策的基础上进一步加强减排力度,可以缓解这种不利影响。