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。     

1971~2020年藏东南极端降水指数的时空变化特征

基于1971~2020年藏东南4个气象站逐日降水量资料,选取最大1日降水量（RX1day）、最大5日降水量（RX5day）、降水强度（SDII）、中雨日数（R10mm）、大雨日数（R20mm）、连续干燥日数（CDD）、连续湿润日数（CWD）、强降水量（R95pTOT）、极强降水量（R99pTOT）和年总降水量（PRCPTOT）共10个极端降水指数,采用线性趋势、Mann-Kendall非参数检验、R/S趋势分析、Morlet小波等方法,分析了藏东南极端降水指数的时空变化特征及其与大气环流指数、太阳黑子、海温指数之间的关系。结果表明:1971~2020年藏东南各极端降水指数变化幅度不大;RX1day、R20mm、CWD、R95pTOP、PRCPTOP呈下降趋势,尤其是近30 a（1991~2020年）PRCPTOP减幅显著,达?38.43 mm·10a?1;其他指数趋于增加,以CDD增幅最大（1.31 d·10a?1）。年代际变化尺度上,极端降水指数在20世纪90年代为正距平,21世纪前10年为负距平。极端降水指数的Hurst指数大多表现为较强或强持续性,未来将保持近50 a以来的变化趋势,仅CDD在2002年发生了气候突变。极端降水指数大多存在显著的3~4 a振荡周期。除CDD、CWD外,其他极端降水指数之间具有显著的正相关关系;而各极端降水指数均与年降水量、汛期降水量存在显著的相关性。多个极端降水指数与大气环流指数的相关性不显著,只有RX1day、RX5day、R95pTOT与亚洲极涡面积指数有显著的负相关,RX5day还与西太平洋副高强度指数有显著的正相关。绝大多数极端降水指数与太阳黑子的相关性不显著,仅有CWD与之有显著的正相关。RX5day、PRCPTOT和CDD与赤道太平洋次表层海温指数存在显著的相关关系。RX5day与印度洋暖池面积和强度指数存在显著的正相关,CWD与西太平洋暖池面积指数为显著的负相关。      

1961—2014年中国东部地区夏季极端降水事件时空变化特征

基于我国东部地区438站1961—2014年逐日降水资料,选取世界气象组织定义的最大1日降水量RX1day、最大5日降水量RX5day、持续降水日数CWD和日降水强度SDII 4个极端降水指标,采用面积加权法对中国东部地区的极端降水事件进行了季节尺度的时空变化特征的研究。结果表明：夏季极端降水指数的长期变化趋势显示,除CWD整体呈减少趋势外,RX1day,RX5day和SDII在我国黄河以南均呈现增加的趋势,而在北部以减少趋势为主。夏季极端降水指数随时间的变化表明,RX1day,RX5day和SDII整体呈现出增长的趋势,CWD则表现为减小的趋势。     

西南地区未来极端降水增加将导致其人口暴露风险加剧

基于CN05.1观测数据和一套经过降尺度偏差校正处理的模式(NEX-GDDP-CMIP6)数据,结合泰勒图、GEV极值拟合等方法,综合评估了模式对西南地区极端降水变化的模拟性能,并系统分析了未来西南地区不同重现期的极端降水演变趋势及其人口暴露度变化。结果表明,NEX-GDDP-CMIP6模式及其集合(N-CMIP6-MME)能够较好地再现观测极端降水的时空变化特征,且多模式集合结果优于大多数单个模式。未来西南地区绝大多数区域的降水和极端降水将持续增加,十年一遇、二十年一遇极端降水事件也呈增加趋势,使得未来西南地区人口暴露于不同重现期极端降水的风险进一步增加。相比十年一遇,重现期为20 a的极端降水事件增加速度更快,增加范围更广,模式一致性也更高,对应的人口暴露度增加幅度更大。到2050年左右,在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下二十年一遇的RX1day(RX5day)分别增加了175.2%(148.9%)、216.0%(162.4%)、210.9%(156.8%)和274.3%(207.1%),对应人口暴露度分别增加了129.1%(118.8%...     

CMIP6多模式对21世纪中亚极端降水未来变化预估

基于最新的第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）14个耦合模式的数值模拟结果，预估研究了中等强迫情景（SSP2-4.5）和高强迫情景（SSP5-8.5）两种共享社会经济路径下21世纪中后期中亚极端降水事件的时空分布特征及其与区域气候增暖之间的关系。结果显示，大多数CMIP6模式基本能够模拟出历史观测降水气候态（1979～2018年）的空间分布特征，但在中亚西南及东南部偏干，北部及中南部偏湿。与历史基准期（1981～2010年）相比，21世纪末期（2071～2100年）中亚强降水强度在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下分别增加0.54 mm/10 a和2.4 mm/10 a，而强降水发生频率则分别增加了5%～27%和6%～210%，尤其是中南部高海拔山区增加的幅度更大。预估结果的信噪比显示，天山以北的中亚东北部区域的极端降水强度及其发生频率的预估结果具有更高的可信度。气候变暖对未来中亚极端降水事件的发生频次具有明显的调控作用，在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下，当气温每升高1 K时，极端强降水事件的发生频次在分别增加约7 d和9 d，而最大连续无降水日数则分别增加约3 d...     

基于RegCM4模式的我国西南地区极端降水变化预估研究

基于5个全球气候系统模式结果驱动的高分辨率区域气候模式(RegCM4)模拟输出,系统评估了RegCM4模式对中国西南地区极端降水变化的模拟性能,并科学预估了中国西南地区极端降水的未来演变特征。结果表明,RegCM4模式能合理再现西南地区极端降水变化特征,但模拟的四川中部的湿偏差较大而四川盆地干偏差较大;进行偏差校正后,模拟性能有所提升,对西南地区极端降水模拟偏差有所减小。相较于当代气候(1986—2005年),就区域平均而言在21世纪(2021—2098年),有效降水总量(Prcptot)、强降水日数(R10 mm)、日最大降水量(Rx1day)和极端降水量(R95p)都明显增加;在RCP4.5和RCP8.5情景下,Rx1day和R95p在西南大部分地区增多,到21世纪末RCP4.5情景下增加幅度分别为16.0%和12.6%;Prcptot和R10 mm未来变化存在一定的区域差异,但Prcptot和R10 mm变化在空间上较为相似,在云南南部和四川盆地地区呈现减少趋势,其余地区增加明显;且RCP8.5高排放情景的变化幅度明显大于RCP4.5情景。     

全球升温1.5℃和2.0℃辽河流域极端降水变化预估

基于国家气候中心中等分辨率模式BCC-CSM2-MR开展的第六次耦合模式比较计划(CMIP6)预估数据,采用双线性插值、趋势分析、偏差分析等方法,分析全球升温1.5℃和2.0℃辽河流域极端降水变化。结果表明：全球升温1.5℃辽河流域年平均降水量距平百分率增幅随排放情景的升高而增大,SSP5-8.5排放情景下增幅达5.82%。全球升温2.0℃辽河流域年和四季降水均为增加趋势,夏季降水增幅明显;SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下降水量均为自西南向东北递减,辽宁西部地区降水增幅较为显著,超过15%。不同排放情景下辽河流域极端降水指数均为增加趋势,日降水强度、强降水日数、强降水比例增长显著;随排放情景升高,极端降水指数增长速率增大,SSP5-8.5情景下的增长速率为SSP2-4.5情景下的两倍以上。SSP5-8.5情景下,21世纪末降水强度、强降水日数、强降水比例、强降水阈值、最长连续湿日数、最大十日降水量将达11.66 mm/d、15.15 d、59.08%、32.94 mm、9.69 d、201.29 mm,较基准期增加5.58 mm/d、5.15 d、37.08%、10.15 mm...     

基于Voronoi图的强降水过程空间非均匀性定量表征方法

利用Voronoi\Delaunay图模型影响范围和局部动态的特性,提出一种基于动态边界定量提取强降水过程空间非均匀分布特征的新方法,根据1959-2002年中国740站逐日降水资料,构建5日、10日两种时间尺度区域持续性年极端强降水过程序列,用以检验该方法的应用效果,并应用该方法分析了5日(10日)区域持续性年极端强降水过程空间非均匀分布特征及其演变规律.结果表明:与传统的数量统计方法和区域插值方法相比,该方法在强降水空间分布中心、过程内不同强度降水覆盖区域、降水集中区等的定量度量方面具有更高的分辨力和较好实际应用价值;气候趋势分析中在1959-2002年间,5日区域持续性年极端强降水过程出现日期有明显提前趋势.     

基于Voronoi图的强降水过程空间非均匀性定量表征方法

利用Voronoi\\Delaunay图模型影响范围和局部动态的特性,提出一种基于动态边界定量提取强降水过程空间非均匀分布特征的新方法,根据1959—2002年中国740站逐日降水资料,构建5日、10日两种时间尺度区域持续性年极端强降水过程序列,用以检验该方法的应用效果,并应用该方法分析了5日(10日)区域持续性年极端强降水过程空间非均匀分布特征及其演变规律。结果表明：与传统的数量统计方法和区域插值方法相比,该方法在强降水空间分布中心、过程内不同强度降水覆盖区域、降水集中区等的定量度量方面具有更高的分辨力和较好实际应用价值;气候趋势分析中在1959—2002年间,5日区域持续性年极端强降水过程出现日期有明显提前趋势。     

新疆天山山区夏季极端降水的日变化特征

基于天山山区11个国家气象站2012—2018年夏季（6—8月）逐小时降水资料，使用百分位法计算极端降水阈值，分析极端降水特征量（包括极端降水量、极端降水频次、极端降水强度、极端降水贡献和极端降水量最大值）的日变化特征，揭示极端降水与海拔高度的关系。结果表明：87°E以东地区，极端降水量最大值出现的时间大致都存在自西向东顺时针变化的特点。极端降水主要以短持续性为主，极端降水贡献和极端降水量最大值的谷值都出现在白天。极端降水与海拔密切相关，总极端降水频次更多发生在高海拔地区，在海拔2 000 m左右存在一个极端降水最大值带。     

广西台风极端强降水特征及环境参数异常性分析

利用1981-2020年广西台风逐日降水量和欧洲中心ERA5再分析资料,以1981-2010年30a资料作为历史气候态,采用百分位法定义广西台风极端强降水阈值和区域性极端强降水过程,对广西台风极端强降水特征和区域性极端强降水过程环境参数进行了分析.结果 表明:(1)不同地区极端降水阈值差异很大,基本上呈现出南部沿海地区向内陆减小的趋势,极端降水阈值最大值为最小值的2.5倍多;(2)广西平均每年出现极端强降水的台风个数为2.975个,最多6个;出现台风极端强降水年平均日数为7.8d,最多26d;从变化趋势来看,台风极端强降水在桂中和桂南多有增加,桂北大部地区为减少;(3)对比16个区域性台风极端强降水过程的环境参数,整层大气可降水量、850hPa水汽通量、200hPa散度和700hPa垂直速度均具有显著的极端性,一般偏离气候态2倍标准差,对广西台风极端强降水预报具有一定的指示意义.     

1971—2020年金华地区极端降水变化特征

利用浙江省7个国家气象站逐日降水数据和8个极端降水气候指数,应用线性拟合、Mann Kendall检验、小波分析和反距离权重插值等方法,分析1971—2020年金华地区极端降水指数时空分布特征。结果表明：金华地区除了持续干期（CDD）呈下降趋势外,年降水量（PRCPTOT）、平均日降水强度（ISDII）、强降水量（R95p）、极强降水量（R99p）、最大1 d降水量（Rx1day）、暴雨日数（R50）和持续湿期（CWD）均呈逐渐增大趋势。金华地区极端降水指数具有一定的周期性和突变特征,PRCPTOT、ISDII、R50、Rx1day、R95p和R99p第一主周期为23—25 a;CDD和CWD周期较短,第一主周期分别为2 a和4 a。PRCPTOT、ISDII、R95p和R50突变主要出现在21世纪初,Rx1day和R99p主要出现在20世纪80年代和21世纪初,均是由相对偏少期突变为相对偏多期。ISDII和CDD空间分布表现为东北部大于西南部外,除此之外的6个指数总体表现为西部大于东部。     

1998-2020年三峡库区小时极端降水时空变化特征分析

利用1998-2020年三峡库区35个测站的小时降水资料,围绕近23年三峡库区小时强降水(≥20 mm·h^-1)和小时极端强降水(≥50 mm·h^-1)的总降水量、频次、强度等指标,分析极端降水发生的时空变化特征,并对比分析2010年前后三峡小时极端降水变化特征。结果表明：1998年三峡库区小时强降水与极端强降水发生次数与强度均异常偏多。若剔除该年,1999-2020年小时强降水与极端强降水发生总频次均无显著变化趋势。近23年,小时强降水平均每年每站发生3.8次,大部分站点年均发生3.0～5.0次;小时极端强降水年均发生5.5次,大部分站点年均发生<0.25次,中部山区的建始-宣恩一带年均发生次数较多。2010年后年平均小时强降水量减小了10.4 mm,减小的区域主要发生在三峡库区西部的重庆地区,该区域年平均减小15.5 mm;总体有31.4%的站点年平均小时强降水量与发生次数均有所增加,湖北中部的建始-来凤一带增幅较为明显,邻近5站的年强降水雨量平均增加16.1 mm;强降水小时雨强显示增加特征站点占48.6%,强降水小时雨强增加的范...     

亚洲夏季风30～60天季节内振荡对中国东部地区持续性极端降水的影响

本文基于1979～2015年中国台站观测的格点化高分辨率降水和NCEP II大气再分析逐日资料,探讨了亚洲季风区夏季30～60天大气季节内振荡（ISO）与长江中下游地区持续性降水异常的关系,重点揭示了南亚和东亚子季风区ISO的相互作用及二者协同引起长江中下游持续性极端降水的物理机制。合成分析表明,南亚和东亚ISO是通过高层辐散环流发生相互作用。在ISO位相1～3（5～7）,异常活跃（抑制）对流从赤道印度洋北传至孟加拉湾—印度次大陆区域,其伴随的高层异常辐散（辐合）环流通过补偿效应,引起南海—热带西北太平洋的异常高层辐合（辐散）,加强了局地的异常下沉（上升）运动,有利于南海—西北太平洋的异常抑制（活跃）对流发展并维持。南海—西北太平洋的异常抑制（活跃）对流伴随着显著的斜压散度,并进一步激发出一个连接南海和长江中下游的经向垂直环流圈,引起长江中下游强烈的异常上升（下沉）运动和低层水汽辐合（辐散）,使得降水持续性偏多（少）,极端降水的发生概率持续地偏高（低）,有利于（不利于）形成持续性极端降水事件。研究还表明,亚洲季风区ISO的强度存在显著的年际变化,并对长江中下游持续性极端降水的发生频次和持续时间具有调制作用。在ISO偏强（弱）年,长江中下游持续性极端降水的发生频次较高（低）,且持续时间较长（短）。     

基于RClimDex模型的石家庄市极端降水时空变化特征

利用1972—2014年石家庄市17个地面气象站逐日降水数据,基于RClim Dex模型和集合经验模态分解(EEMD),定量分析该区域极端降水指数的时空变化特征。结果表明:近43 a石家庄市极端降水事件发生频率总体变化趋势平缓,但年际间波动较大;经EEMD得出的6项极端降水指数的4个固有模态函数(IMF1、IMF2、IMF3、IMF4)分量,分别表现出2.69~3.07 a、5.38~6.14 a、8.60~10.75 a和21.28~35.63 a的准周期变化;在空间分布上,R25、RX5day、R95P和CWD极端降水指数呈西高东低的空间格局,而SDII和CDD则相反,表现出东高西低的空间特征。近43 a来西南涡型、西来槽型和台风型3种类型是造成石家庄市强降水过程的主要天气系统,造成的降水持续时间长、强度大、范围广,易致灾。     

RCPs情景下汉江流域未来极端降水的模拟与预估

采用应用于跨行业影响模式比较计划(ISIMIP)的5个CMIP5全球气候模式模拟的历史和未来RCP排放情景下的逐日降水数据,在评估模式对汉江流域1961—2005年极端降水变化特征模拟能力的基础上,进一步计算了RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5排放情景下汉江流域未来2016—2060年极端降水总量(R95p)、极端降水贡献率(PEP)、连续5 d最大降水(RX5d)和降水强度(SDII),结果表明:RCP4.5情景下的极端降水指数上升最明显,R95p和RX5d分别较基准期增加12.5%和8.2%,PEP增加3.2个百分点,SDII微弱上升。在不同排放情景下,PEP均有一定的增幅,以流域西北和东南部增幅较大;R95p在流域绝大部分区域表现出一定的增加,且流域东南部和北部是增幅高值区;RX5d在RCP2.6和RCP4.5情景下整体表现为增加的特征,但在RCP8.5情景下整体表现为减少的特征。对极端降水预估的不确定性中,SDII的不确定性最小,RX5d的不确定性最大;不确定性大值区主要位于流域东部、东南部和西北部部分区域。     

四川省近10年极端小时降水时空分布特征

利用2012~2020年四川省156个国家气象观测站小时降水资料,以四川盆地、川西高原和攀西地区为考察重点,统计分析了全省极端小时降水的时空分布特征。结果表明:（1）四川省各站极端小时降水阈值、发生频次、平均强度及贡献率差异明显,高值区主要集中在盆地和攀西南部;盆地多站极端小时降水阈值在50 mm/h以上,小时降水极大值超过80 mm/h。（2）四川省极端小时降水事件主要集中在7月和8月,其中50 mm以上的小时强降水事件占比超过1/3;盆地、川西高原和攀西地区极端小时降水发生频次分别在7月、6月和8月达到最高,而小时强降水事件分别在8月、7月和6月出现最多。（3）四川省极端小时降水频次日变化峰值出现在02时,具有单峰和夜发特征,其中盆地、川西高原和攀西地区主峰值分别出现在05时、21时和02时;四川省50 mm以上小时强降水事件夜发占比达63.5%,各区域出现高峰时段差异大。      

江淮流域极端降水时空变化特征:站点观测和再分析的对比

利用淮河流域1979—2011年260个站点观测、ERA-Interim和NCEP/DOE再分析资料的日降水量数据,选用8个极端降水指数,从空间分布、发展趋势、时间变化等方面对比分析了我国江淮流域极端降水的变化规律,研究了再分析数据的适用性,结果表明:1)持续湿润指数(CWD)、强降水日数(R10mm,R20mm)以及百分位指数(R95p,R99p)具有一致的北少南多的分布特征,而持续干燥指数(CDD)为北多南少,且强度指数(Rx1day,Rx5day)和百分位指数在浙江沿海均有极大值存在。2)大部分地区的强降水日数呈减少趋势,仅在江淮周边地区有弱上升趋势。3)区域平均的降水强度指数具有上升的趋势变化,逐月变化具有先增长后减少的结构特征,5—6月的增长量最大,峰值出现在7月,在夏末、冬季有较明显的随年代增加的趋势,在秋季则随年代减少。4)再分析资料ERA-Interim和NCEP/DOE对不同指数的再现能力有所不同,ERA-Interim对强降水日数(R10mm)、CDD、百分位指数的空间分布以及CDD的变化趋势再现能力较好,与强度指数和百分位指数年际变化的相关性较高,但对CWD变化趋势分布特点的再现能力较弱;NCEP/DOE更善于再现较强降水日数(R20mm)的空间分布以及强度指数和百分位指数的线性变化趋势。5)两种再分析资料能合理地再现强降水日数(R10mm,R20mm)和CDD年际变化特征和强度指数的季节变化特征。     

新、旧气候态差异及对中国地区气候和极端事件评估业务的影响

利用1961—2020年中国区域2089个地面观测站资料,分析了1991—2020年和1981—2010年新、旧气候态下,平均气温、最高气温、最低气温和降水量等变量的空间变化特征,探讨对气候距平值、极端事件等评估结果的影响。结果表明：新气候态下,全国三类气温年和季节平均均一致升高,年降水增加,空间上气温偏高（低）、降水偏多（少）的特征将弱（强）化;华北东部、华东中部和北部以及青海西南部的年平均风速和日照时数距平增加;极端高温年减少,低温年增多,其中平均气温和最低气温受到的影响较最高气温更大;夏季南北方两条雨带极端强降水年的发生概率降低,冬季东北中部和南部、华北、华东北部、西北东部极端弱降水年概率显著增加;全国超过一半的站点极端日高温、低温和强降水事件的历史频次发生改变;新气候态还减弱了极端日高温事件的增速,加快了极端日低温事件的降速。     

1961-2000年西南地区小时降水变化特征

根据西南地区112个站点1961-2000年逐时降水资料,分析了不同季节降水时数、小时雨强、极端强降水时数和极端强降水强度的变化趋势.从降水时数变化来看,夏季西南大部分地区如四川盆地西部、云南、贵州南部等地总降水时数有减少趋势,四川盆地东部和川西高原总降水时数增加;整个区域平均趋势为-0.9%/10a.相应地,极端强降...