基于降水Z指数的山东省近60年旱涝变化特征

利用山东省123个国家级气象观测站1954—2013年的逐月降水量资料,对全省降水情况进行分析,将平均降水量值较为一致的站点结合地理分布特征,把山东省划分为鲁西北黄泛平原、鲁中山区、山东半岛丘陵、鲁西南平原、鲁东南平原5个气候区。通过各气候区代表台站资料,计算出逐年降水Z指数,发现近60a鲁西南、鲁东南及山东半岛易涝易旱,并易发生等级较高的旱涝灾害。运用趋势系数法、M—K趋势检验法、滑动t检验法和Morlet小波分析法分析各气候区降水Z指数的年际变化特征、突变特征及周期特征,得出近60a5个气候区逐年Z值均呈减少趋势,鲁西北、山东半岛、鲁东南降水Z指数突变时间均在1979年前后。鲁中降水Z指数存在16a左右的年代际旱涝变化周期,鲁西北在1970年代中期之前存在9a左右的年代际旱涝变化周期,山东半岛存在的年代际旱涝变化周期则以12a为主,鲁西南在1974年之前的周期以8a为主,鲁东南在1980年代之前的周期为12a左右,之后周期加长。     

基于SPI的1961－2020年昌吉地区作物生长季气象干旱时空特征研究

基于昌吉地区7个气象站1961－2020年降水量资料，计算昌吉地区作物生长季标准化降水指数（SPI-7）。运用趋势分析法、M-K突变检验法和小波分析法探究了昌吉地区作物生长季SPI-7指数的年际和年代变化特征；在此基础上分析了作物生长季干旱的站次比和干旱强度的年际变化,并结合该区实际发生的旱灾对SPI进行了验证。结果表明：1961—2020年昌吉地区作物生长季标准化降水指数以0.08/10 a的速率呈微弱的正趋势（变湿），在年代变化趋势中呈现出变干-变湿-变干的变化波动, 1981年标准化降水指数由低到高突变；干旱强度呈增加趋势，干旱发生的区域面积有轻微减少的趋势；干旱强度在全区范围内主要为轻旱和中旱等级，并表现为全域性干旱和区域性干旱；空间分布上看干旱率最高区域在东部地区，轻旱主要集中在东部，中旱、重旱和特旱集中在西部地区，干旱强度大的区域大致分布在西部地区；在周期性变化方面，SPI指数存在着6年、9年、16年周期震荡；历史旱灾与SPI指数干旱评价结果吻合率较高，SPI指数在昌吉地区作物生长季的干旱监测与分析中具有较好的实用性。     

近44年来我国西北地区干湿特征分析

利用我国西北地区1960—2003年131个测站降水和小型蒸发皿蒸发量资料, 综合考虑降水和蒸发这两个水分平衡最关键的分量构造了降水蒸发均一化干湿指数, 进而研究了西北地区干湿的时空演变特征。结果表明:一致性异常是西北地区近44年干湿特征的最主要空间分布模态; 西北地区干湿异常特征主要分为西风带气候区型, 高原气候区型和季风气候区型; 整个西北地区及其西风带气候区、高原气候区年干湿特征呈较为显著的变湿趋势, 大约在20世纪70年代中期均发生了由干向湿的突变, 而季风气候区表现为变干趋势, 并且在90年代前期发生了由湿向干的突变; 整个西北地区及各分区近44年来主要以年代际周期振荡为主。     

淮海地区降水周期及突变特征分析

利用淮海地区1955—2004年23个气象站点的逐日降水资料,分析了淮海地区降水的主要周期振荡以及突变点,结果表明:该地区降水均有多个时间尺度的周期变化特征,降水周期变化显著,干湿交替现象明显;降水的年代际以及年际尺度的主要周期:年降水为12a、9a、5a,春季降水为14a、6a、3a,夏季为10a、4a,秋季为21a、10a、7a,冬季为18a、5a。年降水减少趋势明显,在1967年发生了突变,由相对多雨期转入相对少雨期;春季、夏季、秋季降水都有不同程度的减少趋势,而冬季降水则表现为增加的趋势。     

1961—2019年陕西省极端旱涝事件的时空演变规律

选用陕西省51个地面气象站1961—2019年日降水数据,利用MATLAB2017计算了6个极端降水指数,采用线性趋势分析法、森斜率和改进的非参数Mann-Kendall趋势检验法研究不同时间尺度下极端降水指数的时空演变特征并找出了发生突变的年份。结果表明：各极端降水指数的月际、年际和年代际变化差异较大;夏季（7—9月）容易发生极端湿润事件,而冬季则容易发生极端干旱事件;连续干旱日数（DCD）、连续湿润日数（DCW）、强降水日数（DR10）和最大日降水量（Rd,max）、非常湿润日降水量（R95p）、全年湿润日降水总量（RT）的变化趋势率分别为-014、-013、-020 d/10 a 和108、039、-342 mm/10 a,多年平均值分别为388、58、200 d和607、1678、6443 mm;极端湿润事件发生较频繁的站点主要分布在陕南地区,而陕北地区的站点发生干旱的风险较高;陕北有变湿润的趋势,而关中平原地区的极端降水事件整体有缓解的趋势,陕南地区极端降水事件则表现为区域加剧和缓解并存的趋势。     

中国北方干旱区地表湿润状况的趋势分析

利用 1 95 1～ 1 997年中国 1 6 0站月降水和平均气温资料 ,通过计算的地表湿润指数 Hi =PPe(P为观测的月降水总量 ,Pe为月最大潜在蒸发 ) ,对比分析了中国华北、西北两个典型干旱区区域平均地表湿润指数的年代年际变化特征及季节性差异 ,并讨论了它与降水和气温的联系。最后 ,给出了地表湿润指数年及各季节变化趋势的地理分布。研究表明 :西北西部和华北地区的年际及年代际变化趋势基本相反 ,前者地表为变湿趋势 ,后者为变干趋势。华北地区的干化趋势主要发生在夏秋季节 ,而西北除东部的秋季和西部的夏季外 ,其它季节均存在变湿趋势     

青藏高原中东部夏季极端降水年代际变化特征

基于中国国家级地面气象站基本气象要素日值数据集得到的均一化降水序列,计算了夏季极端降水指数,分析青藏高原中东部1961—2014年夏季极端降水年代际变化趋势。结果表明:青藏高原中东部地区夏季降水量占全年总降水的50%以上,且夏季降水的变化趋势存在区域性差异,北部站点主要为增加趋势,南部增加和减少趋势的站点相当。夏季极端降水除西藏东部主要为减少趋势外,其他地区主要为增加趋势,且极强降水量的年代际变化趋势显著。大部分夏季极端降水指数的变化趋势在1970s发生转折,在此之前表现为减少的趋势,之后为增加趋势。通过Mann-Kendall趋势检验,在2000年之后强降水量和极强降水量出现突变。     

基于SPEI的中国干湿变化趋势归因分析

选用1960—2012年中国气象站点资料,利用标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index),研究了中国干湿变化趋势及其原因。过去52 a,中国干湿变化由西北向东南呈现"+-+"的空间分布状况,其中黄河流域、长江流域西部、西南流域东南及珠江流域西部显著变干;淮河流域中西部和西北流域大部显著变湿;通过数值试验,定量计算了参考蒸散发及降水对干湿趋势的贡献状况。就中国总体而言,年平均参考蒸散发显著减少抵消了由年降水量减少导致的干化趋势,呈微弱变湿趋势;其次,降水仍然是多数区域干湿变化的主导因素(黄河流域中部、长江流域、西南流域、珠江流域及东南流域);同时,参考蒸散的影响值得引起注意,其在辽河流域、海河流域、淮河流域及西北流域对干湿趋势的贡献均超过降水贡献。     

中国西北区西部土壤湿度及其气候响应

利用中国西北区西部7个农业试验站1981—2001年0~40 cm的土壤湿度、降水、气温、水面蒸发和相对湿度观测资料,分析了逐站土壤湿度的月变化、年际特征及其气候响应。结果表明:(1)7站土壤湿度月变化分为平稳型和波动型;新疆各站土壤湿度沿垂直方向年际变化比较一致,但青海2个测站上下层趋势基本相反;新疆各站整层年际变化相对较大,而青海2个测站年际变化相对稳定;土壤湿度年际变化总体趋势随深度增加而减小。(2)进入20世纪90年代,多数站点土壤明显干化,个别站还存在突变现象,土壤湿度与气温有着显著的负相关。(3)土壤湿度和气候因子之间存在相互响应,土壤湿度与气温普遍存在负相关,土壤湿度与降水之间总体响应不明显。     

阿勒泰地区冬季降水变化特征分析

利用阿勒泰地区7个地面气象站1961—2011年51a的降水观测资料,运用线性趋势、变差分析、EOF、Molet小波变换、M—K突变检测、R／S分析法,分析了该地区近50a来冬季降水的时空变化特征。结果表明：近50a来,该地区冬季降水量存在自山区向河谷逐渐减少的分布特征,年际变化幅度由东北向西南逐渐减小;在空间分布上以全地区一致型为主,部分年份还呈现东北一西南差异分布。冬季降水量在196l一1968年处于偏多阶段,1968--1982年为偏少阶段,此后呈增多趋势。该地区降水以18a周期变化为主,20世纪70年代中后期出现8a的短周期,在90年代中期出现5a的短周期振荡。冬季降水量的突变特征并不显著。R／S分析表明该地区冬季降水量的增加趋势在未来仍将持续。     

1951—2007年华北地区夏季气温变化特征

利用1951—2007年月平均气温资料和NCEP/NCAR1951年1月—2007年12月500 hPa高度场再分析资料,统计近57 a华北地区29个台站逐年夏季气温值,运用EOF、REOF、趋势分析、Morlet小波分析、M-K突变检验及相关分析等对华北夏季气温的时空分布及其成因进行分析。结果表明：近57 a华北地区29站平均气温的空间差异较大;一致性特征是华北地区夏季气温的最主要的空间模态,在此基础上,第2种空间模态还显示出了华北地区夏季气温的南北差异;华北地区夏季气温可分为环渤海型、南方型、东北型及西部型4个主要的空间分型;近57 a来华北地区夏季气温各分区的周期振荡不完全一致,但都存在着一个准18 a的周期;20世纪90年代前中期,华北地区除Ⅱ区外,其他三区都存在着一个突变点,在突变点之后,出现了5个气温大值年,即酷暑年。我国华北地区夏季酷暑成因：从500hPa环流场来看,在欧亚中高纬地区,存在显著的正负距平相间的波列,其中最大正距平中心位于蒙古地区,说明东亚中纬度地区西风带位势高度场异常偏高,有利于引导西太平洋副热带高压北上,造成华北夏季气温升高;从我国华北地区汛期降水距平场来看,汛期降水偏少,也会导致华北夏季的酷暑天气。     

近50 年华南地区极端强降水频次的时空变化特征

利用华南地区110 个台站1961—2008 年逐日降水资料,采用百分位法定义各站极端强降水事件的阈值,运用线性回归、M-K 突变检验、正交函数分解(EOF)、旋转经验正交函数分解(REOF)等方法,对华南地区年极端强降水频次的时空变化特征进行分析。结果表明:在空间分布上,年极端强降水频次在华南中部较大、广东沿海和广西西部内陆较小;华南极端强降水频次有3 个主要的空间异常模态,一致性异常特征是华南极端强降水频次分布的最主要空间模态,而东、西反向和南、北反向变化模态也是比较重要的异常模态。在时间分布上,华南的极端强降水事件主要发生在夏半年,夏半年极端强降水频次占全年总频次的83.7%;1960 年代和1980 年代极端强降水频次较少,从1980 年代中后期起,极端强降水频次有由少变多的趋势。华南区域各站极端强降水频次气候倾向率不一致,除中部呈减少趋势外,其余大部呈上升趋势,华南区域各站极端强降水频次的平均序列也呈上升趋势,但上升趋势不显著。华南极端强降水频次从区域变化特征上可分为6 个主要区域,分别具有不同的年际变化趋势,其中有3 个区域的代表站先后发生了显著增多的突变现象。      

近50年华东地区夏季异常降水空间分型及与其相联系的遥相关

利用中国华东地区91个站点1961～2007年夏季 (6～8月) 逐日降水资料和NCEP/NACR再分析资料, 用旋转经验正交函数 (REOF) 方法将华东地区夏季降水场分为5个区域, 即I区 (闽赣地区)、II区 (江南)、III区 (长江中下游地区)、IV区 (江淮) 和V区 (黄淮)。这5个区域的夏季降水周期显著不同, 当I区降水的年际周期性强 (弱) 时, II、III、IV、V区降水年际周期性弱 (强)。I～V区夏季降水的年代际及年际变率的年代际变化显著, 且在年代际降水较少或由多变少或由少变多的转换时段, 容易发生较大的年际变化。各区降水异常形成的局地成因有所差别。其中, 江南南部、江南、沿江 (长江中下游) 受低层异常反气旋控制, 该异常反气旋使得这些地区出现水汽辐散, 与异常的非绝热冷却结合, 造成异常下沉气流, 导致干旱发生。对于江淮之间的地区, 由南侧异常气旋性环流和北侧反气旋环流的西部辐散气流控制, 造成水汽向南北两侧辐散, 导致降水偏少; 对于黄淮地区干旱, 可归因于位于蒙古高原上的反气旋异常和位于西太平洋上的气旋性异常之间的异常偏北气流造成该地区水汽的异常辐散所致。华东5个区域的夏季降水和不同类型的遥相关有关。闽赣地区降水受欧亚-太平洋型 (EUP) 遥相关影响; 江南地区降水则可能受东亚-太平洋型 (EAP)/太平洋-日本型 (PJ) 影响, 亦与太平洋-北美型 (PNA) 存在可能的联系; 长江流域则可能受东大西洋型 (EA) 和EAP型影响; 江淮地区降水则明显地受EA/EUP和PJ/EAP的共同影响, 而黄淮降水则与源于地中海地区向东北传播且通过北极涛动 (AO) 产生影响的波列存在联系。这5个区域的夏季降水异常还和东亚地区位涡、 南海夏季风、 Niño3、Niño4区海温、西太平洋副高变动等因子有关。     

甘肃省伏旱短期气候概率预测

用ＥＯＦ和ＲＥＯＦ将甘肃省信期降水分为７个区域,并在每个区域选取一个代表站,设计出既能反映伏期降水多少,又能反映伏期旱段长度的伏旱强度指数。将伏旱强度与指数与伏旱发生的概率关系起来,通过对大气环流特征指数,地面气象要素等因子的分析,利用逐步回归分析和多级逐步判别分析方法,建立了甘肃省几个代表站的伏期干旱指数和概率预测方程,提出了集成概率预测的概念,最后给出了对伏旱概念率预测进行评估一种方法。     

SPATIO-TEMPORAL VARIATION CHARACTERISTICS OF EXTREMELY HEAVY PRECIPITATION FREQUENCY OVER SOUTH CHINA IN THE LAST 50 YEARS

This paper comprehensively studies the spatio-temporal characteristics of the frequency of extremely heavy precipitation events over South China by using the daily precipitation data of 110 stations during 1961 to 2008 and the extremely heavy precipitation thresholds determined for different stations by REOF, trend coefficients, linear trend, Mann-Kendall test and variance analysis. The results are shown as follows. The frequency distribution of extremely heavy precipitation is high in the middle of South China and low in the Guangdong coast and western Guangxi. There are three spatial distribution types of extremely heavy precipitation in South China. The consistent anomaly distribution is the main type. Distribution reversed between the east and the west and between the south and the north is also an important type. Extremely heavy precipitation events in South China mainly occurred in the summer-half of the year. Their frequency during this time accounts for 83.7% of the total frequency. In the 1960s and 1980s, extremely heavy precipitation events were less frequent while having an increasing trend from the late 1980s. Their climatological tendency rates decrease in the central and rise in the other areas of South China, and on average the mean series also shows an upward but insignificant trend at all of the stations. South China＇s frequency of extremely heavy precipitation events can be divided into six major areas and each of them shows a different inter-annual trend and three of the representative stations experience abrupt changes by showing remarkable increases in terms of Mann-Kendall tests.     

Seasonal and regional temperature changes in China over the 50 year period 1951–2000

Summary Statistical tests were used to detect the variations of winter (December to February), summer (June to August), and annual mean temperatures of 160 representative stations in China during the period from 1951 to 2000. Changes of temperature in the observed time series that exceed the confidence level of 0.01 were classified as significant temperature rises or drops. The stations with significant temperature rises were classified into several temperature rise types, by the use of a clustering method. A search was made for sudden, or abrupt, temperature changes at each of the 160 stations. Possible reasons for the observed temperature variations are discussed. The statistical analysis reveals that for the 160 stations, significant rises occur in 53.1% of their annual mean temperatures, 51.9% of their winter temperatures, and 13.8% of their summer temperatures. Temperature rises increase with latitude. In contrast, significant drops occur in annual mean temperatures at 1 station, winter temperatures at 3 stations, and summer temperatures at 5 stations. Approximately 50% of stations with significant temperature variations are in the form of abrupt changes. The abrupt temperature changes all occurred in the 1970s, most often in 1979 and 1980. The abrupt changes are shown to be related to the subtropical high in South China Sea. The temperature rises in winter are shown to be linked to the presence of an anomalously strong zonal circulation in Eurasia, and a weak polar vortex, since the 1980s. The summer temperature rise in South China also has a link with the increase in size and intensity of the subtropical high, over the same period. Some of the station temperature drops in summer were related to a weaker summer monsoon. The annual mean temperature rise at 71.8% of the stations was influenced mainly by their winter temperature rises. For 8.2% of the stations, the annual mean temperature rise was connected to their summer temperature rise, and for 12.9% of the stations it was related to both the summer and winter temperature rises.     

华南5-6月降水量场统计特征与站网关系

由华南区15、42个测站构成了相互独立的低、高密度两种站网。用1958-2000年5-6月逐日降水资料，分析了两种站网华南前汛期降水量场特征的异同。统计表明：1）两种站网给出的华南区域平均季、月降水量无显著差异，候、日降水量有显著差异；2）两种站网给出的逐日气候及其异常场均存在显著差异。     

近40 a重庆地区夏季降水的气候特征

利用重庆地区34个测站，1960-2000年6～8月降水量资料，采用EOF，REOF，小波分析及突变分析等方法，对重庆地区夏季降水量的空间分布特征和时间演变规律进行了诊断分析研究。结果表明：重庆地区夏季降水的空间分布既有整体一致的性质，也存在南部和北部及东部和西部相反变化的差异，并且可以把整个重庆地区划分为四个主要的降水分布型：渝西北区、渝东北区、渝东南区及渝西南区。各分布型代表站资料反映出近40a来，重庆地区夏季降水有增加趋势，并且存在着22a、14a、及2～4a的周期变化。     

江苏省夏季降水时空分布演变特征

根据江苏省63站的1961—2005年夏季降水量资料，应用EOF和REOF等统计方法分析了江苏省夏季降水的时空演变特征，其分析结果为：江苏省夏季降水可分为全省一致、淮北地区为中心、江淮之间地区为中心、苏南地区为中心等多种分布型，并且各种分布型具有明显的年代际变化特征，自1990年代起江苏省进入一个夏季旱涝异常年份频发的时期，并且南北降水相反分布的年份增多，为进一步准确预测夏季旱涝的发生提供了参考依据。     

近50年四川地区旱涝时空变化特征研究

根据1961-2007年四川地区123个测站的逐日降水资料和NCEP/NCAR逐月再分析资料,采用Z指数作为旱涝等级划分标准,分析了四川地区旱涝出现的频率,采用EOF、REOF分析、趋势分析、滑动t检验以及小波分析等方法,研究了四川地区旱涝灾害发生、发展的空间演变特征及时间变化趋势。结果表明,该地区旱涝事件的空间分布可...