四川盆地区域性暴雨时空变化特征及其前兆信号研究

利用1961-2015年四川盆地逐日降水量资料、NOAA海表温度资料、青藏高原积雪资料,采用多锥度-奇异值分解等方法,研究了四川盆地区域性暴雨的时空变化特征,并对其前兆信号进行了初步探讨。结果表明:四川盆地区域性暴雨可以分为三种类型,其中盆西型出现频率最高,盆东北型次之,盆南型相对较少。四川盆地区域性暴雨年际变化中准3 a周期最为显著,典型循环体现了盆西型区域性暴雨"偏少-调整-偏多"的年际变化过程。年代际变化中准16 a周期最明显,典型循环表现为盆东北型和盆南型的交替演变。通过MTM-SVD协同变化分析,发现在盆西型区域性暴雨的准3 a周期循环中,前冬ENSO事件和前冬青藏高原积雪日数是其显著的异常前兆信号。在年代际的准16 a振荡过程中,前冬太平洋年代际振荡(PDO)是盆东北型和盆南型区域性暴雨的异常前兆信号。     

南京地区夏季高温日数年际变化的主要模态及其与200 hPa经向风的联系

利用集合经验模态分解（EEMD）方法研究了南京地区夏季高温日数主要的非平稳年际变化周期型。对1946—2000年的南京地区夏季高温日数进行分解,分别得到包含有准2年周期分量和6年周期分量的年际变化型,而且准2年周期分量幅度较大,变化特征与高温日数观测数据变化具有较高的相似性。不同于传统方法,EEMD方法给出了高温日数在不同时间尺度上各自分离的变化特征。另外,这两种时间变化模态的演变对应于同期夏季不同的全球200 hPa经向风波列型,前者主要作用区域在南亚经过南海、西太平洋的副热带地区到日本海附近、北美中纬度地区和南印度洋和南大西洋中高纬度地区,而后者仅位于欧亚中高纬度地区。这两种独立变化时间模态的对应的遥相关空间分布型对于提高南京地区高温日数气候预报精度有重要意义。     

近50年川渝盆地夏季降水多尺度变化特征

利用1961-2010年川渝盆地气象站逐日降水量资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用经验正交函数展开、多锥度—奇异值分解等方法,研究了川渝盆地夏季降水的季节内尺度、年际尺度和年代际尺度变化特征。结果表明:川渝盆地夏季降水主模态空间型为东西反向分布型。MTM-SVD分析指出,川渝盆地夏季降水的季节内变化主要表现为准33天振荡,典型循环体现了盆地东西反向分布和南北反向分布的交替演变过程;川渝盆地夏季降水的年际变化特征主要表现为准2年周期循环,并且准2年周期的空间异常分布与盆地夏季降水主模态一致,即东西反向分布;在年代际变化方面,1961-2010年盆地西部夏季降水为减少趋势,盆地东部为增多趋势;川渝盆地夏季降水在1979年和1987年前后出现过两次明显的突变;当南亚高压偏北偏东时,西太平洋副热带高压(下称副高)偏北,盆地东部在副高的控制下,盆地西部则处在副高西部边缘,来自孟加拉湾的暖湿空气被副高阻挡在盆西,导致盆地降水西多东少,而当南亚高压偏南偏西时,副高偏南,来自孟加拉湾的西南暖湿空气可以直接输送到盆地东部,盆地降水西少东多。     

夏季北半球环状模态及其周期分析

对NCEWNCAR再分析资料中的北半球夏季（6—8月）海平面气压（sea level pressure,SLP）场进行EOF分解,其主要模态之一为夏季北半球环状模态（Northern Hemisphere annularmode,NAM）,体现出大气的纬向对称结构,SLP异常场在北极和中高纬地区呈现反相变化分布。通过经验模态分解和希尔伯特变换可知,夏季的环状模态具有准2a和准6a的年际周期,同时还具有准11a和准21a的年代际周期,其年际周期信号占主要部分。     

贵州夏季暴雨的气候特征

利用贵州52个测站的1961-2006年历年夏季（6-8月）逐日降水资料,分析了贵州夏季暴雨的时空分布特征、周期振荡及其突变特征。结果表明：46 a来贵州夏季暴雨量呈增加趋势,并存在明显的年际、年代际变化特征;暴雨日数和暴雨量在1985年发生突变;暴雨日数和暴雨量均存在15 a和准10 a的周期振荡;暴雨日数和暴雨量EOF分解的第一特征向量的荷载场空间分布基本一致,表明全省呈偏多（少）的一致型同位相分布。     

贵州夏季暴雨的气候特征

 利用贵州52个测站的1961-2006年历年夏季（6-8月）逐日降水资料,分析了贵州夏季暴雨的时空分布特征、周期振荡及其突变特征。结果表明：46 a来贵州夏季暴雨量呈增加趋势,并存在明显的年际、年代际变化特征;暴雨日数和暴雨量在1985年发生突变;暴雨日数和暴雨量均存在15 a和准10 a的周期振荡;暴雨日数和暴雨量EOF分解的第一特征向量的荷载场空间分布基本一致,表明全省呈偏多（少）的一致型同位相分布。     

长江中下游夏季极端降水指数的变化特征

利用长江中下游地区66个气象站逐日降水资料,通过经验正交函数分解分析中雨以上日数极端降水指数及形成的原因。结果表明:长江中下游中雨以上日数主要表现为全区一致型、南北反向型,且两种分布形势均存在准2 a周期的年际变化和年代际变化;中雨以上日数在1990s开始显著增长,2000s以来,长江以北地区偏多,长江以南地区偏少;2000—2011年,我国东部经向上仍旧存在"反气旋—气旋"水汽输送异常,蒙古高原反气旋型水汽输送加强,引起雨带停滞在长江以北,造成长江以南地区中雨以上日数偏少。     

中国东部夏季风雨带季节内变异模态的研究

根据中国气象局国家气候中心提供的1951～2005年中国160个站月降水量资料，用扩展的EOF（EEOF）分析、小波变换、相关分析和合成分析方法，研究了中国东部夏季风雨带季节性南北变动的主导模态和时空变化的特征，分析了各模态的气候特点及其与西太平洋副热带高压季节内变异的关系。 研究表明，我国夏季雨带季节性进退活动不仅是多态的而且是多时间尺度的现象。主导模态主要有六种，为了对各模态雨带推进过程的不同特点有个概要的认识， 分别称之为:梅涝型、伏旱型、梅旱型、南涝北旱型、常态型和南旱北涝型。这六种模态基本上反映了我国东部夏季雨带季节性移动异常的各种情况。在时间尺度上，各模态普遍存在准两年、3～5年和准8年的年际变化，以及准10年、准15年、准24年和准30年的年代际变化。但各模态的优势周期存在明显差别，尤其是年代际变化。分析还表明，西太平洋副热带高压的季节性变异是影响我国东部夏季雨带季节内时空变化最直接和最主要的原因。基本上， 不同型式的副高变异对应有不同的雨带季节内变化模态和天气气候特征。这些研究结果可为我们进一步探讨中国夏季雨带季节内变异各模态形成的物理过程和成因提供基础。     

长江流域夏季降水异常主模态变化特征及其成因分析

利用1961-2014年长江流域202个地面观测站日降水量、中国地面降水格点数据集(V2. 0)及JRA-55再分析资料,分析了长江流域夏季降水异常主模态变化特征及其可能成因。结果表明,长江流域夏季降水存在两种空间分布型:第一模态为流域一致型变化,具有显著的年际变化特征,对应长江流域典型旱涝年份;第二主模态在空间上为南北反向型变化,年际变化与显著的年代际尺度相叠加。进一步分析表明,长江流域夏季降水第二主模态与斯堪的纳维亚半岛附近的反气旋式环流异常相联系,并通过200 h Pa波列将异常信号传递到东亚,使得南亚高压向西收缩,西北太平洋副热带高压减弱东退,东亚地区夏季水汽输送偏东、偏南,有利于水汽在长江流域南部辐合,北部辐散,使得长江流域夏季降水呈南北反向变化。     

1951—2016年沈阳气温和降水的多尺度分析

应用集合经验模态分解(EEMD)方法,对1951—2016年沈阳年平均气温和年降水量序列进行多尺度分析,并结合功率谱分析了两要素主要本征模态函数(IMF)分量的周期变化特征。在此基础上,进行了序列重建与对比。结果表明:近66 a来,沈阳年平均气温的变化主要由第1、第2高频分量和趋势项的振荡造成,分别反映了准5 a和准7 a的周期变化以及长期的缓慢增温过程;准14 a的年代际振荡第3分量对沈阳年平均气温变化的作用也不可忽视,而反映更长时间尺度的第4和第5分量在1980年代后与趋势项的变化特征基本一致,表明1980年代后沈阳明显增暖。年降水量的变化主要由第1、第2分量的年际振荡造成,振荡周期分别为准3 a和准5 a,而趋势项则呈现出准64 a的周期变化,总体反映出年降水量在1980年代前后呈现先减后增的变化趋势。与年平均气温序列相比,年降水序列的年代际尺度变化和长期趋势变化的贡献明显偏小。     

江淮梅雨期极端降水的气候特征

应用1959—2000年江淮地区76站逐日降水资料,对梅雨期月降水量进行REOF分解。将江淮区分为4个具有不同梅雨期降水空间分布特征的区域,进而分别分析这4个区域梅雨期暴雨以上极端降水的季节、年际和年代际变化特征,以及周期振荡和突变性质。结果表明:4个区暴雨以上极端降水总量和极端降水日数最大值均发生在梅雨期,梅雨期极端降水呈上升趋势,且具有不同的年际和年代际变化特征;江淮西南区梅雨期暴雨总量和暴雨日数在20世纪90年代还存在明显上升突变现象;4个区梅雨期极端降水存在不同时间尺度的周期振荡。     

黔东南相当暴雨日数与雨日数的气候变化

利用1961—2015年共55 a黔东南地区16个气象观测站实时降水量观测资料,建立相当暴雨日数和雨日数的时间序列,分析黔东南地区相当暴雨日数与雨日数的时空变化特征。结果表明:黔东南相当暴雨日数的分布是以西南侧的雷公山脉为中心沿东北方向递减,雨日数则以东部和西部为大值区,南部和北部为小值区;相当暴雨日数主模态分别为西北—东南向递减的同位相型、西南—东北向为反位相型;雨日数主模态以西北至东部一线为中心,向两边递减的同位相分布,这与地形对降水机制影响有很大关系。相当暴雨日数呈上升趋势,雨日数在上世纪60年代中期至21世纪初相对稳定变化,之后呈下降趋势;相当暴雨日数和雨日数均具有2 a左右的主周期变化,雨日数还具有11 a左右的长周期变化。     

滁州市汛期雨量多尺度时间变化特征及其GA-BP模型预测

利用集合经验模态分解EEMD方法分析了滁州地区汛期雨量的多尺度时间变化特征,以国家气候中心的百余项环流指数作为预报因子并利用主成分分析进行预测因子优化,在此基础上建立基于GA-BP神经网络的汛期雨量气候预测模型,研究结果表明:该地区1961—2017年汛期雨量存在准2 a、4 a的年际尺度及准11 a、16 a的年代际尺度周期变化特征,总体趋势在20世纪80年代之前、20世纪80年代—21世纪及21世纪以来3个时段分别对应增多—减少—增多的趋势;基于GA-BP神经网络的两种方案对滁州地区7个站的预测误差分别为122 mm和144 mm,其中利用主成分分析进行因子优化的方案预测效果更好。     

湖南省近60年雨凇的气候特征

采用湖南97个地面气象站点气象观测资料、运用经验正交函数、旋转经验正交函数、一元线性回归、Mann-Kendall、小波分析等方法分析了湖南雨凇的时空分布特征及变化趋势,并与高山站的变化趋势进行了比较.结果表明:湖南雨凇发生在11月至翌年3月,空间分布特征呈现为南多北少、东多西少、迎风坡多、背风坡少、“三心二带”、高低交错.湖南雨凇日数空间分布既有全区一致性,也存在着南北反向变化的差异,空间分布大致可分为湖南南部、北部及中部、西北部3个异常区.湖南年雨凇日数和南岳高山站年雨凇日数呈现出的周期变化相同,即均存在2a、4a、9a和24 a左右的准周期,2a和4a周期尺度雨凇日数多和少转换频繁,9a周期尺度在1970年代末以前振荡明显,在24 a准周期尺度上经历了1960年代初期、1970年代中期、1990年代初期、2000年代中期4个转折年份.在过去60年全省年雨凇日数呈显著减少趋势,南岳高山站年雨凇日数趋势变化不明显,但存在明显的年际和年代际变化.     

江苏省近50 a夏季降水变化及其与ENSO的关系

利用中国气象局2 400余个台站观测资料制作的数据集CN05.1中的降水资料、美国国家大气海洋局气候预测中心(NOAA/CPC)扩展重建的海表温度资料(ERSST v4)及美国国家环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)联合制作的逐日再分析资料NECP-1中的500 hPa位势高度场资料、850 hPa风场资料及海平面气压场资料,采用经验正交函数分解、功率谱分析等方法,探讨了近50 a江苏省夏季降水变化特征及其与ENSO的关系。结果表明:(1)江苏夏季降水呈现出两种典型的空间分布模态,第一模态呈现了全省降水一致变化的空间分布格局;第二模态反映了江苏省降水南北反向变化的特征。(2)两种降水模态对应的时间序列具有不同的周期。第一模态对应的时间序列存在明显的年际振荡(主周期为4～5 a);而第二模态则存在显著的年代际振荡(主周期为16 a)。(3)El Niňo事件次年江苏省夏季降水整体增多;La Niňa年江苏省夏季降水呈现南涝北旱的空间格局。     

近35a六盘水倒春寒气候特征分析

该文利用1971-2005年六盘水市3个测站的平均气温资料,采用线性倾向估计、小波分析等统计方法,对六盘水地区倒春寒天气的分布情况、年际变化及倒春寒发生的总次数及总日数的气候变化特征等进行了分析,结果表明:近35a倒春寒天气东部、北部较重,南部较轻;倒春寒天气总日数和总次数近35a来均呈下降趋势;倒春寒天气总日数在年代际尺度上存在显著的16a、准10a周期振荡,在年际尺度上,存在准6a和2~4a的振荡周期;倒春寒天气总次数存在显著的准10a周期振荡和一个较弱的准4a振荡周期;目前倒春寒天气由偏少向偏多的趋势转变。     

基于小波和M-K方法的商丘气温时间序列分析

利用1955-2011年商丘气象站地面逐日气象数据,集成Morlet小波分析法、Mann-Kendall分析法、回归分析法、变异系数等方法,分析商丘气温序列的年、季周期变化特征、突变特征、变化趋势特征及年际变率特征。结果表明：根据回归分析、5 a滑动平均分析,商丘年平均气温呈增加趋势,年际变化倾向率为0.17 ℃/10 a;各季节气温变化趋势差异明显,夏季气温呈下降趋势,年际变化倾向率为-0.08 ℃/10 a,冬春秋季气温呈增加趋势,冬季增温最为显著,冬季气温年际变化倾向率为0.35 ℃/10 a。根据Mann-Kendall分析,年平均气温突变点为1992年,夏季气温不存在明显突变,冬季气温突变点为1986年。根据小波分析,20世纪50-80年代商丘年平均气温存在准17 a周期信号,之后该周期信号消失,80年代和90年代出现准32 a周期信号,在本研究的整个时间序列上存在准5 a和准2 a周期信号,周期信号显示未来几年可能会出现低温年。商丘年平均气温的年际变异系数为0.04,年际变率较小,年际变化较平稳。商丘作为重要的粮食生产基地,集成多种方法的气温变化特征和趋势预测分析,对该区域的农业种植活动具有重要的指导意义。     

1470—2019年中国东部旱涝年代际变化及其与太平洋海表温度的关系

基于中国东部地区（30°—40°N,105°E以东）19个代表站1470—2019年旱涝等级序列、古气候代用资料定量重建的北太平洋海表温度年代际振荡指数以及Nino3.4指数,通过经验正交函数分解、小波分析和集合经验模态分解方法分析了中国东部旱涝年代际变化特征及其与太平洋海温的关系。结果表明,（1）1470年以来中国东部旱涝变化的主模态为全区一致型（方差贡献率为25.2%）,变率中心主要位于黄河中下游,其时间系数的小波分析和集合经验模态分解揭示出全区旱涝存在10—30 a的准周期;该模态长期趋势揭示17—18世纪中国东部整体偏涝,而19世纪以后出现干旱化趋势。（2）寒冷背景下中国东部旱涝一致变化更明显,在17世纪前、中期和19世纪中、后期的小冰期寒冷期全区一致型模态的方差贡献率为35%—40%,且这两个时段10—30 a的年代际变化信号尤为显著;而旱涝的变率中心则表现出冷期偏北,暖期偏南或偏西的特征。（3）中国东部旱涝的年代际变化与北太平洋和赤道中东太平洋海表温度异常有关,表现为偏涝（旱）气候对应于北太平洋海表温度年代际振荡的冷（暖）相位,以及年代际尺度上的冬季Nino3.4区海表温度的异常偏低（高）;在小冰期的寒冷期,旱涝的年代际变化可能与Nino3.4区海表温度异常关系更密切。      

1966-2016年重庆南川降水的多尺度分析

利用1966–2016年南川国家站的逐日降水观测资料,分析了南川降水的年内分布及次季节变化和暴雨的气候变化特征、年际、年代际和趋势变化特征。结果表明：南川降水的年内分布差异大,降雨量峰值出现在6月,月降水强度最大在7月;南川的降水具有明显的次季节变化,且准双周变化信号（10–25天）大于低频季节内振荡（25–90天）;南川的暴雨日数和暴雨量与年降雨量有很好的正相关性;暴雨出现在3–11月,其分布呈单峰型,峰值出现在6月;年平均暴雨日为2.5d,暴雨日数年际变化的线性趋势不显著;暴雨日总降水量在1966–1994年存在10–12a的年代际变化信号,在1996–2016年主要存在13–15a的年代际变化信号,在1976–1984年还存在2–4a的年际变化信号;南川的暴雨特征量年际、年代际变化大,但没有显著的升降趋势,说明南川暴雨的总体气候特征是比较平稳的。     

1966—2016年重庆南川降水的多尺度分析

利用1966—2016年南川国家站的逐日降水观测资料,分析了南川降水的年内分布及次季节变化和暴雨的气候变化特征、年际、年代际和趋势变化特征。结果表明:南川降水的年内分布差异大,降水量峰值出现在6月,月降水强度最大在7月;南川的降水具有明显的次季节变化,且准双周变化信号(10~25 d)大于低频季节内振荡(25~90 d);南川的暴雨日数和暴雨量与年降水量有很好的正相关性;暴雨出现在3—11月,其分布呈单峰型,峰值出现在6月;年平均暴雨日为2.5 d,暴雨日数年际变化的线性趋势不显著;暴雨日总降水量在1966—1994年存在10~12 a的年代际变化信号,在1996—2016年主要存在13~15 a的年代际变化信号,在1976—1984年还存在2~4 a的年际变化信号;南川的暴雨特征量年际、年代际变化大,但没有显著的升降趋势,说明南川暴雨的总体气候特征是比较平稳的。