基于CMIP6的中国未来暴雨危险性变化评估

使用1961—2019年全国2 510个气象站点日值降水数据和2030—2100年第六次耦合模式比较计划的12个耦合模式的SSP2-4.5未来情景的降水模拟数据,基于核密度函数分别计算4个重现期（五年一遇、十年一遇、二十年一遇和五十年一遇）历史和未来情景中3个年暴雨要素（年暴雨日数、年暴雨量和年暴雨强度）的数值,在此基础上评估了中国未来暴雨危险性的变化。得到的主要结论如下：(1)从全国来看,在未来年暴雨日数和雨量呈增加趋势,而年暴雨强度在不同重现期下表现不一样。4个重现期下全国的年暴雨日数变化均值分别为0.36、0.57、0.73和0.92 d;年暴雨量变化均值分别为22.30、36.24、46.92和60.12 mm;年暴雨强度变化均值分别为2.43、0.27、-1.95和-4.86 mm/d。(2)从不同气候区来看,年暴雨量和雨日在青藏高原、东部干旱区、东北地区、华北地区和西南地区呈增加趋势,在西部干旱（半干旱）区、华中地区和华南地区呈减少趋势。4个重现期下年暴雨强度在青藏高原均呈增加趋势,而其他地区以减少为主要趋势。(3)热点分析结果显示青藏高原东南部和南部是暴雨危险性增加最显著...     

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。     

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。     

我国东北地区冬季降水和东亚冬季风的关系研究

利用1961-2011年我国东北地区(包括黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古东部)的冬季降水资料,分析了东北地区冬季降水量的时空分布和冬季降水日数的时空分布,对比分析了东亚冬季风对我国东北地区冬季降水的影响. 结果表明：东北地区冬季降水量和降水日数分布有明显的区域差异,以内蒙古东南部、辽宁西北部、吉林西部、黑龙江西南部为低值中心,外围辽宁东部,吉林南部,黑龙江东部、中北部、北部,内蒙古东北部等地区为高值区;冬季降水量年际变化呈增加的线性趋势,1980年代中期以后冬季降水量的高值和低值都有明显的增大;年降雪日数年际变化呈线性增加趋势. 1948-2011年东亚冬季风强度指数的结果表明,东亚冬季风呈明显的线性减弱趋势,弱东亚季风主要集中在20世纪80年代中期以后,除内蒙古东南部等少数区域外,我国东北大部分地区的冬季降水量都和东亚冬季风呈负相关. 对应地,东北地区冬季降水量增大,年际变化的幅度变化增大,降水日数增量较小,这可能与东北地区冬季极端降水天气和干旱天气增加有关. 在东亚范围内,我国东北地区冬季降水多年200 hPa U风增强、500 hPa高压减弱、850 hPa东海南风增强,冬季降水少年则相反.     

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.     

基于MCI的新疆干旱变化特征分析

基于新疆92个国家气象站1961—2019年逐日气温和降水数据,通过气象干旱综合监测指数（MCI）分析新疆干旱过程及干旱强度,结果表明：（1）全疆年平均干旱日数在空间分布特征为：各地轻旱、中旱的年平均干旱日多数分布在研究区西北部,少数分布在研究区东南部;重旱年平均干旱日数以昆仑山脉为轴线,自西向东呈递减趋势,北疆特旱年平均干旱日数大于南疆;（2）年平均干旱强度呈自东南向西北依次加重的分布特征,春、夏季区域间干旱强度空间差异较小,秋季区域间干旱强度差异性较大;（3）干旱强度与其影响范围时序变化特征趋向一致;通过旋转经验正交函数（REOF）的时空分析,将新疆分成三个模态：第一模态南北疆成相反形式的分布特征,第二模态为东西部相反的分布特征,第三模态呈伊犁河谷偏湿的分布特征,且各模态干旱强度随时间变化趋势不同。     

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—2019年新疆南部不同强度暴雨洪水灾害的空间分布和时间变化特征

以1980—2019年新疆南部出现的暴雨洪水灾害事件造成的死亡人数、倒塌房屋数、倒塌棚圈数、牲畜死亡数、受灾面积作为灾情要素,采用比值权重法和无量纲化线性求和,构建了暴雨洪水灾害事件的灾损指数。根据灾损指数,采用百分位数法将每次暴雨洪水灾害事件定量划分为一般、较重、严重、特重四个等级。结果表明：新疆南部暴雨洪水事件在塔里木盆地北缘多于南缘,西部多于东部,高值区集中在阿克苏地区、喀什地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州一带;暴雨洪水事件多发在3—10月,年出现次数呈现明显上升趋势,增幅为8次·（10a）^-1,主要表现为一般性灾害发生频次的增加;新疆南部暴雨洪水灾害年平均灾损指数在1985年和1999年发生两次突变,平均值表现出“低—高—低”阶段性变化;暴雨洪水灾害发生次数与3—10月降水量、大雨发生日数、暴雨发生日数密切相关。近40年来新疆南部降水量的增多,导致暴雨洪水灾害次数增加;年平均灾损指数与特重和严重灾害发生次数关系密切,后者对其贡献率达87%。     

我国三峡库区近49年暴雨气候特征分析

根据三峡库区及其周围35个气象站1961～2009年的逐日降雨资料,采用常规统计方法、小波变换等方法,分析了49年来三峡库区暴雨日数的气候变化特征;使用偏态系数与峰度系数方法,对暴雨日数分布的正态性进行了分析。结果表明:49年来,三峡库区的暴雨事件具有显著的年代际变化和区域差异,年平均暴雨日数及其均方差空间分布型态比较一致。历年暴雨日数的偏态系数以正偏为主,峰度系数则以负值为主。     

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.     

北极海冰对长江流域主汛期降雨的影响

针对极地冰雪显著影响中低纬气候的事实,利用1979-2017年长江流域116站降水资料和美国国家冰雪数据中心海冰资料,通过奇异值分解等统计学方法,研究北极海冰对长江流域主汛期降水的影响及可能的机制,结果表明:冬春季节,巴伦支海和鄂霍次克海海冰面积偏多、波佛特海海冰面积偏少时,主汛期长江上中游干流、汉江上游和雅砻江降水偏多;北极群岛、楚科奇海和拉普捷夫海以北海域海冰面积偏多时,主汛期两湖水系降水偏多,嘉陵江上游、汉江上游降水偏少;反之亦然。可能的机制为冬春季关键区海冰变化通过影响湍流热通量引发大气能量波动,这种波动以大气波列形式向东亚传播,影响东亚地区夏季的大气环流和水汽输送,从而间接影响长江流域主汛期降水。应用多元回归法,以关键区海冰面积作为预测因子建立4个流域内主汛期降水趋势预测模型,模型对预报区降水的定量预测有明显的波动,但对预报区总体的降水趋势有较好的预测效果。     

Relationship between South Asia High Low Frequency Oscillation and the Drought and Flood in the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River

Based on the NCEP/NCAR daily reanalysis data and the daily rainfall data of ground observation at 164 weather stations in the middle and lower reaches of the Yangtze River from 1960 to 2013, the relationship between South Asia high low frequency oscillation and the drought and flood in the middle and lower reaches of the Yangtze River were analyzed using a composite analysis, wavelet analysis and band-pass filtering analysis method. The results indicated that in the typical drought and flood years, the Qinghai-Tibet Plateau 200 hPa atmosphere u, v low-frequency primary cycle and the summer rainfall cycle over the middle and lower reaches of the Yangtze River were the same. In more summer rainfall, from the Qinghai-Tibet Plateau to east China and west Pacific coast, there existed a cycle-anticyclone-cycle low frequency wave train. Low-frequency anticyclone controlled eastern China and the low-frequency cyclone controlled the northern Qinghai-Tibet Plateau. In drought years, results were opposite. In flood years, the precipitation of low frequency over the middle and lower reaches of the Yangtze River and that of 200 hPa atmospheric low frequency change of the Qinghai-Tibet Plateau was closely related. When the northerly wind in the northeast part of the the Qinghai-Tibet Plateau and in the middle and lower reaches of the Yangtze River was strong, and Lake Baikal southerly wind was strong, there was more precipitation. On the contrary, precipitation was less. The low frequency oscillation wave train was mainly spread from the northeast of China and Japan's southern to China’s southwest. However, in drought years, the relationship between them was not clear and needed to be further studied.     

论长江流域河湖体系演化与洪灾防治

长江上游剥蚀沉积物通量是影响长江流域河湖体系平衡的最重要因素。近几十年来,不适人为的地质作用已严重影响并打破了原有的长江流域河湖体系的沉积－搬运平衡系统,主要表现在：①上游自然环境的破坏,使河湖沉积体系沉积物通量大量增加;②中下游围湖造田和不适当的人为河湖治理工程（如裁弯取直、送沙出湖等）,改变了长江流域洪沙的自然分配平衡。研究表明,洞庭湖及鄱阳湖为现代构造沉降型补偿平衡盆地,沉降速率等于或略大于目前盆地范围内的沉积物平均淤积速率,具备为长江分洪滞淤的潜在沉积可容空间。长江流域河湖体系沉积平衡的恢复治理,应包括以下几个方面的措施：①整治上游,减少水土流失,减少或抑制整个河湖体系沉积物通量,减缓河湖淤积压力;②顺应长江流域河湖自然分洪分沙规律,开辟荆江南北二岸分洪分沙河道,同时开垸扩湖或湖垸置换;③疏通河道与加固垸堤并举;④上游（主、支流）建坝分洪分沙。     

长江中、下游特大暴雨洪水的成功预报和科学依据

进入 2 0世纪 90年代以来 ,中国七大江河流域旱涝频繁 ,旱涝灾害和由旱涝引起的次生地质灾害十分严重 ,特别是长江中、下游地区的洪涝几率高达 5 0 % (5 /10 )。 195 1— 2 0 0 0年长江中、下游地区发生了 9个大水年 ,几率为 18% (9/5 0 ) ,90年代洪涝的频繁程度属 2 0世纪之最 ,1998年特大暴雨洪水的时空集中强度也属 2 0世纪之最。长江的大暴雨洪水在近 10a来很频繁 ,但从气候分布几率来看 ,它毕竟是小概率事件 ,对小概率事件的长期预报具有很大的难度 ,而且暴雨洪水的长期影响因子也错综复杂 ,这就给预报带来了艰巨性。通过对降水的各种影响因子的分析研究和多因子集成预报模型的研制 ,对 1998年长江流域的特大暴雨洪水从时间、地区和量级三要素的长、中期预报都取得了成功 ,对其他 5个洪涝年也从趋势和分级两方面做出了成功的长期预报。文中重点剖析了预报取得成功的科学依据。     

青藏高原陆表特征与中国夏季降水的关系研究

利用青藏高原72个站逐日积雪、冻土观测资料,AVHRR归一化植被指数（NDVI）和全国550个站逐日降水资料,分析了青藏高原陆表特征与中国夏季降水的关系。结果表明,我国夏季降水在华北和东北南部,长江中下游和华南地区降水空间一致性较好,相邻站点间降水变化趋势近似。华南、长江中下游和淮河降水呈增加趋势,其中长江中下游每10年增加37 mm,但华北降水呈减少趋势。华南、长江中下游和华北对高原积雪、冻土和植被的变化均较为敏感,而淮河仅对高原植被变化较为敏感。利用高原积雪、冻土和植被建立了代表高原地表特征的变化序列,其对长江中下游、淮河、华北夏季降水均有较好指示意义,与夏季降水的相关系数由南到北表现为"负-正-负"的分布特征。最后,提出一种高原陆表状况影响中国夏季降水的概念模型：高原冬春积雪偏多（少）、冬季冻土偏厚（薄）、春季植被偏多（少）会使得夏季高原地区土壤湿度偏大（小）,高原地表感热偏弱（强）,从而使得南亚高压和西太副高偏弱（强）,南海季风偏弱（强）,长江流域降水偏多（少）,华南和华北地区降水偏少（多）。     

长江流域“2017·07”暴雨洪水分析

2017年6月下旬至7月初,受持续强降雨影响,长江发生中游区域性大洪水。以实时报汛数据为基础,分析长江"2017·07"暴雨洪水特性,依据洪峰水位判断,强降雨导致洞庭湖水系湘江发生超历史最高水位特大洪水,资水、沅江发生超保证水位大洪水,洞庭湖超过保证水位;鄱阳湖水系乐安河上游发生超历史最高水位特大洪水,昌江、乐安河中下游、修水发生10a一遇较大洪水,鄱阳湖超过警戒水位;长江干流莲花塘以下江段全线超过警戒水位。在应对此次洪水过程中,长江上中游重点水库防洪效益十分明显,有效避免中游干流莲花塘至螺山江段超保,缩短洞庭湖城陵矶站超保时间6d左右。     

长江中下游河道冲淤演变的防洪效应

近年来长江中下游来沙量持续减少，河道面临长距离、长历时的冲淤调整，河道蓄泄关系发生变化，对防洪造成影响。在长江中下游河道冲淤及其蓄泄能力变化预测成果的基础上，对比计算了现状和未来河道蓄泄能力条件下，遇1954年洪水，长江上游水库防洪调度和中下游地区超额洪量的变化情况。结果表明，未来随着长江中下游河道进一步冲刷，河道槽蓄容积增加，相同防洪控制水位下的河道安全泄量增大，三峡水库在进行防洪调度时可下泄流量增大，总拦蓄洪量减小，长江中下游地区总超额洪量减小，但超额洪量在地区分布上存在从上游向下游转移的情况。     

长江中下游河道冲淤演变的防洪效应

近年来长江中下游来沙量持续减少,河道面临长距离、长历时的冲淤调整,河道蓄泄关系发生变化,对防洪造成影响。在长江中下游河道冲淤及其蓄泄能力变化预测成果的基础上,对比计算了现状和未来河道蓄泄能力条件下,遇1954年洪水,长江上游水库防洪调度和中下游地区超额洪量的变化情况。结果表明,未来随着长江中下游河道进一步冲刷,河道槽蓄容积增加,相同防洪控制水位下的河道安全泄量增大,三峡水库在进行防洪调度时可下泄流量增大,总拦蓄洪量减小,长江中下游地区总超额洪量减小,但超额洪量在地区分布上存在从上游向下游转移的情况。     

黄河中下游地区夏季旱涝年低频振荡特征分析

利用1971-2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料和黄河流域67个测站逐日降水资料, 对黄河中下游地区旱涝年的低频振荡特征进行了分析.结果表明: 黄河流域30~60 d低频降水呈现区域性分布的特征, 大值区位于黄河中下游地区, 10~20 d低频降水呈现整体性分布.黄河中下游地区旱涝年夏季降水普遍存在10~20 d和30~60 d的低频振荡, 10~20 d振荡强度整体上均强于30~60 d振荡,10~20 d低频振荡在旱涝年差异不显著.涝年30~60 d低频振荡较旱年显著, 涝年和旱年30~60 d低频振荡的传播特征不相同, 同时涝年的30~60 d低频振荡的传播特征也存在差异.影响涝年30~60 d低频降水的主要原因是低纬的低频振荡强度增强向北传播到黄河流域, 以及青藏高原热源的低频振荡向东北传播与西太平洋热源的低频振荡向西传播在黄河中下游交汇.正常年份的低频降水主要受低纬低频振荡向北传播的影响.     

长江中游洪水沉积特征与标志初步研究

洪水记录是研究洪水规律的重要依据。通过对1998、1999、2002年长江中游洪水沉积物的系统观察、对比和研究,结果表明,长江中游洪泛沉积在沉积体形状、沉积结构和沉积物成分等方面,具有与正常河道沉积明显不同的特点,可为古洪水事件确定提供可能和依据。根据沉积环境的不同,长江中游洪泛沉积大致可分为3种类型:溃口洪水事件的沉积、滨岸带的洪水沉积和洪水漫滩沉积。进而对各种类型的沉积学特征进行了分析、归纳和总结,初步建立了其识别标志。