近50a三峡库区汛期极端降水事件的时空变化

利用三峡库区35个台站1961-2010年汛期(5-9月)的逐日降水量资料,首先定义不同台站的极端降水量阈值,统计各站近50 a逐年汛期极端降水事件的发生频次,进而分析其时空变化特征.结果表明:三峡库区汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态是主体一致性,同时存在东西和南北相反变化的差异.三峡库区汛期极端降水事件发生频次具有较大的空间差异,可分为具有不同变化特点的5个主要异常区.滑动t检验表明,三峡库区西南部区代表站巴南的极端降水事件在1974年后发生了一次由偏多转为偏少的突变,北部区代表站北碚在1981年后和1993年后分别发生了由偏少转为偏多和由偏多到偏少的突变,中部区代表站武隆在1984年后发生了一次由偏多转为偏少的突变.结合最大熵谱和功率谱分析表明,近50 a来各分区汛期极端降水事件发生频次的周期振荡不太一致,三峡库区东北部区代表站宜昌、北部区代表站北碚和中部区代表站武隆分别存在5、2.4和8.3 a的显著周期.     

变网格大气模式对1998年东亚夏季风异常的模拟研究

本文利用法国国家科研中心(CNRS)动力气象实验室(LMD)发展的可变网格的格点大气环流模式LMDZ4,对1998年东亚夏季降水进行了模拟,考查了变网格模式对东亚夏季降水的模拟性能.结果表明,模式在一定程度上能模拟出东亚夏季降水的极大值中心、夏季风雨带以及降水由东南向西北递减的空间分布特征.模式基本再现了1998年夏季两次雨带的进退特征,包括降水强度、雨带范围等,从而合理再现了1998年夏季江淮地区的"二度梅"现象.与观测相比,模拟的不足在于:在陡峭地形区附近存在虚假降水;江淮和华北地区以及四川盆地存在水汽输送的气旋式辐合偏差,同时高层环流辐散偏强,使得下层暖湿空气辐合上升、降水偏多;在东南地区存在反气旋式的水汽输送偏差,30°N以南地区降水偏少.对于1998年的"二度梅"现象,模拟偏差主要表现为长江中下游地区两次(特别是第二次)较强降水持续时间偏短,强降水范围偏小,而黄淮和华南地区却降水偏多.分析表明,模式对两次梅雨期降水的模拟偏差直接受环流形势模拟偏差的影响.LMDZ4区域模式版本的特点一是区域加密,二是加密区内预报场每10天向再分析资料恢复一次.敏感试验结果表明,LMDZ4加密区向强迫场的10天尺度恢复总体上有利于提高模式对华北降水的模拟能力,而对长江流域和华南降水的模拟具有不利影响.较之均匀网格模拟试验,加密试验由于在东亚的分辨率大大提高,对东亚夏季降水模拟效果更好.     

长江流域降水变化及其趋势演变

本文对中国长江流域降水趋势进行了分析.指出对月降水量而言,20世纪后50年不同区域出现1不胃的降水趋势变化特征.趋势插补法研究表明中国降水时空分布趋势十分明显.对长江流域长期降水资料分析研究指出夏季月份降水时间更集中,而对年降水而言在一些站则表现出明显的周期变化.     

极端气候事件综合危险性等级指标构建及近60年来长江流域极端气候综合分析

本文利用经过均一化订正的长江流域共669个气象站近60年(1961—2020年)逐日观测资料,采用相对阈值和绝对阈值相结合的极值分析方法,对长江流域近60年极端高温事件、极端低温事件、极端干旱事件和极端降水事件进行识别,分析了年发生频率和线性变化趋势.在此基础上,考虑到全国极端气候事件发生情况,构建了多个极端气候事件综合危险性等级指标,比较客观地给出了长江流域极端气候事件综合危险性等级.研究结果表明,相对于全国其他地区,长江流域大部分地区极端气候综合危险性等级较高,虽然自1961年以来综合年发生频率呈现弱的线性减少趋势,但自20世纪90年代以来,长江流域极端气候事件发生的危险性相对于全国其他地区明显偏高.通过对不同极端气候事件危险性和变化规律研究,结果表明：长江流域近60年极端干旱事件年发生频率呈现线性减少趋势,与全国他其区域相比较,长江流域大部分地区极端干旱发生的危险性等级都在中级以上,说明长江流域容易发生极端干旱事件;长江流域近60年极端降水事件年发生频率呈现弱的增加趋势,危险性等级指数分析表明,高危险区主要位于长江中下游地区,湖南西部、江西大部、湖北南部等地发生极端降水事件的危险...     

华北降水年代际变化特征及相关的海气异常型

利用近50年华北地区26个站逐月降水观测资料和全球大气海洋分析资料,分析了华北降水的年代际变化特征及其和全球海气系统年代际变化的关系.对华北降水距平指数变化分析表明,近50年来华北降水具有减少的总体趋势,叠加在该趋势之上的是年代际变化,其中1965年和1980年发生了两次跃变,使得20世纪80年代干旱尤为严重.在对华北地区降水年代际变化特征分析的基础上,揭示了与华北降水年代际异常相伴随的大气环流和上层海洋热力异常型.结果表明,华北降水年代际异常与太平洋上层海洋热力状况异常有显著关系,主要表现为太平洋年代际振荡（PDO）与华北降水异常的相关.在年代际时间尺度上,华北干旱与上层海洋热力及大气环流异常的配置关系如下：当华北地区干旱时,则热带中东太平洋海温偏高,北太平洋中部海温偏低,即太平洋上主要表现为PDO暖位相,全球大部分地区（包括华北地区）气温偏高,青藏高原地区气温偏低,日本北部及东西伯利亚气压异常偏低,华北及其以南大片地区气压偏高,华北地区由异常西北风控制,不利于水汽向华北地区输送.     

区域气候模式RegCM3对华北地区未来气候变化的数值模拟

采用高水平分辨率区域气候模式进行区域未来气候变化预估,对理解全球增暖对区域气候的潜在影响和科学评估区域气候变化有很好的参考价值.这里对国家气候中心使用25 km高水平分辨率区域气候模式RegCM3单向嵌套全球模式MIROC3.2_hires在观测温室气体(1951—2000)和IPCC A1B温室气体排放情景下(2001—2100)进行的共计150年长时间模拟结果,进行华北地区未来气温、降水和极端气候事件变化的分析.模式检验结果表明:模式对当代(1981—2000)气温以及和气温有关的极端气候事件(霜冻日数、生长季长度)的空间分布和数值模拟较好;对降水及和降水有关的极端气候事件(强降水日期、降水强度、五日最大降水量)能够模拟出它们各自的主要空间分布特征,但在模拟数值上存在偏大、偏强的误差.和全球模式驱动场相比,区域模式模拟的气温、降水和极端气候事件有明显的改进.2010—2100年华北地区随时间区域平均气温升高幅度逐渐增大,随之霜冻日数逐渐减少,生长季长度逐渐增多;同时随温室效应的不断加剧,未来降水呈增加的趋势,强降水日期和五日最大降水量逐渐增多、降水强度逐渐增大.从空间分布看,21世纪末期(2081—2100)气温、降水以及有关的极端气候事件变化比21世纪中期(2041—2060)更加明显.     

SRES B2情景下中国区域最高、最低气温及日较差变化分布特征初步分析

本文利用Hadley气候预测与研究中心的区域气候模式系统PRECIS进行中国区域气候基准时段(1961～1990年)和SRES B2情景下2071～2100年(2080s)最高、最低气温及日较差变化响应的分析.气候基准时段的模拟结果与观测资料的对比分析表明：PRECIS具有对中国区域最高、最低气温及日较差的模拟能力，能够模拟出中国区域最高、最低气温及日较差的局地分布特征.对SRES B2情景下相对于气候基准时段的最高、最低气温及日较差变化响应分析表明：中国区域2080s时段年、冬季和夏季平均最高、最低气温变化均呈一致增加的趋势，北方地区增温幅度普遍大于南方地区.夏季东北地区极端高温事件发生的频率将会增加，而冬季华北地区极端冷害事件发生频率将会减少.未来中国区域年平均日较差将出现北方地区减小而南方地区增加的趋势.冬季长江中下游以南地区日较差呈增加趋势，而夏季华东地区、西北地区及内蒙古中部日较差将呈减小趋势，其中在青藏高原北部地区存在一个较强的低值中心.     

新疆天山北坡河川径流对气候变化的响应研究——以头屯河为例

以天山北坡头屯河为例,结合近50年的径流和相应气象站的降水、温度等资料,运用Mann-Kendall非参数检验的方法对头屯河径流变化的时间序列进行了检验分析.结果表明在过去的50年里,头屯河的年径流量呈单调下降趋势,20世纪90年代与50年代和60年代相比,分别减少了0.004×108 m3和0.072×108 m3;降水没有单调变化趋势,而年平均温度则表现出持续升高趋势,与1950's相比平均升高了1.12℃.对头屯河径流、降水和温度时间序列的逐月资料变化趋势检验分析发现,头屯河8～10月的流量呈较为明显下降趋势,降水变化在此期间也呈减少趋势.由此得出结论头屯河流域降水季节变化趋势,尤其夏季降水减少趋势以及温度的明显增加,可能是造成径流减少的主要原因.     

全球变暖背景下中亚干旱区降水变化特征及其空间差异

依据Climatic Research Unit（CRU）1930～2009年间的最新0.5°×0.5°网格点的月均降水量序列,本文分析了中亚干旱区近80年来的降水变化特征及其区域差异.结果发现,近80年来主要受西风环流控制的中亚干旱区年降水整体上表现出增加趋势,年降水中以冬季降水的增加趋势最明显（0.7mm/10a）.中亚干旱区近80年来的降水变化存在空间差异,可划分为五个降水变化区域（Ⅰ-哈萨克斯坦西区,Ⅱ-哈萨克斯坦东区,Ⅲ-中亚平原区,Ⅳ-吉尔吉斯斯坦区,Ⅴ-伊朗高原区）,根据年降水分布模式以45°N为界划分为两类：研究区北部的两个区（Ⅰ和Ⅱ区）四季降水较均匀,南部的三个区均以春、冬季降水为主（占全年降水的60%～82%）.在降水变化趋势上,除了中亚干旱区西南（Ⅴ区）在近80年来有微弱的减少趋势外,其他四区均表现为增加趋势,尤以干旱区西部的Ⅰ区和Ⅲ区降水增加显著.近80年来降水增加或者减少的趋势主要取决于冬季的变化趋势.研究还发现,中亚干旱区降水存在较明显的年际变化, 中亚干旱区及其各分区都具有2～3 a的显著周期,南部三区（Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ区）还存在5～6 a的显著周期,在此基础上都具有3～4个阶段性的变化趋势.最近一次趋势性变化开始于20世纪70年代中后期,研究区降水更多的表现出区域的差异性.近80年来,中亚干旱区降水对全球变暖的响应复杂,西风环流变化可能是影响中亚干旱区降水变化的主要因素.     

无参考序列条件下地面气温观测资料城市化偏差订正方法：以北京站为例

本文以北京气象站长期地面气温观测资料为例,发展了一种无早期参考序列条件下城镇站城市化偏差评价和订正方法.首先对北京站逐月平均最高、最低气温资料进行质量控制和均一化处理,并借助卫星遥感亮度温度资料遴选附近乡村站;然后利用最近3年逐时地面气温资料,计算观象台和5个乡村站各月平均地面气温的差值,把其作为北京站1915-2012年期间的城市化累积影响;最后假设城市化累积影响在整个研究时期呈匀速增长,采用线性订正法对地面月平均气温序列中的城市化偏差进行订正.分析表明：资料均一化处理后,北京站近百年最高、最低和平均气温多年平均值有所下降,气温日较差则有所提高,但三种年平均气温序列增温趋势和年平均气温日较差序列下降趋势有所增强.北京站年平均最低气温、平均气温和气温日较差序列中均存在较大的城市化累积影响,其中最低气温和平均气温四个季节均为正值,冬季最大,秋季次之,夏季最小,四季和年平均气温日较差均为较大的负值.订正城市化偏差后,最低气温和平均气温增加速率均明显下降,年平均气温日较差下降趋势则明显变弱.     

新疆天山北坡河川径流对气候变化的响应研究——以头屯河为例

以天山北坡头屯河为例,结合近50年的径流和相应气象站的降水、温度等资料,运用Mann-Kendall非参数检验的方法对头屯河径流变化的时间序列进行了检验分析.结果表明:在过去的50年里,头屯河的年径流量呈单调下降趋势,20世纪90年代与50年代和60年代相比,分别减少了0.004×108 m3和0.072×108 m3;降水没有单调变化趋势,而年平均温度则表现出持续升高趋势,与1950's相比平均升高了1.12℃.对头屯河径流、降水和温度时间序列的逐月资料变化趋势检验分析发现,头屯河8～10月的流量呈较为明显下降趋势,降水变化在此期间也呈减少趋势.由此得出结论:头屯河流域降水季节变化趋势,尤其夏季降水减少趋势以及温度的明显增加,可能是造成径流减少的主要原因.     

北京城市化对夏季大气边界层结构及 降水的月平均影响

为克服针对一次或几次天气过程研究城市化对边界层结构及降水影响的局限性,尝试研究北京城市化对夏季大气边界层结构及降水的月平均影响,本文首先总结了2006年8月份的主要天气过程,分析了气象站观测的10 m高度风速、2 m高度气温、2 m高度比湿和24 h降水的月平均分布特征,然后利用WRF/Noah/UCM模拟系统,进行了该月30个个例的高分辨率数值模拟及检验分析,并通过多组不同城市化情景的敏感性试验对比分析了城市化对夏季大气边界层结构及降水的月平均影响.研究表明:本文所用对高分辨率数值模拟结果进行月平均的方法可以较合理地模拟出城市化对大气边界层结构及降水的影响,并再现观测到的各站风频差异.8月份,北京城市化对气温的影响高度白天约为800 m,近地面气温升高1℃以上;夜间约为200 m,对近地面气温的影响达到最大(1.4℃以上).白天,城市化使城市及下风向的一些区域风速略有减小;夜间,城市及周边区域200 m以下风速明显减小,且在100 m左右高度处风速减小最明显,减小达0.8 m/s以上.城市化白天使700 m以下比湿减小,近地面处减小达1.2g/kg以上,夜间使近地面空气比湿略有减小.城市化对城市区域平均降水量的影响随城市发展的不同阶段而不同.初步模拟分析表明, 北京城市化已使上风向区域以及城区三环以内降水量减少,海淀和昌平降水明显增加.     

基于MODIS数据的博斯腾湖流域植被变化及其与气候因子的关系

以博斯腾湖流域为研究区,基于2001-2016年时间序列的MODIS NDVI数据分析了研究区植被的时空变化趋势,并结合流域气象站点的气温、降水、日照时数和相对湿度数据分析了植被生长季累积NDVI和16天NDVI与气候因子之间的响应特征.结果表明:(1)流域植被覆盖变化呈改善趋势,生长季累积NDVI年变化率为0.014 a-1,16天NDVI变化率均为正值,植被改善趋势显著区域主要分布在高山草原湿地和农业灌溉区边缘的新增农田.(2)植被生长季累积NDVI主要受降水和相对湿度影响,植被总体生产力与水分条件关系最密切,生长季逐16天NDVI与同期气温和日照时数在植被生长初期和末期关系显著,而与降水没有显著的相关性,说明植被短期瞬时长势对热量条件更为敏感.(3)在植被生长不同阶段对气候变化具有不同的滞后效应,其中植被生长初期和末期对气温有0.5~1个月的滞后,生长盛期对降水有0.5~3个月的滞后、日照时数有1.5~2.5个月的滞后、相对湿度有0.5~2.5个月的滞后,揭示了植被不同生长阶段水热条件对其生长韵律的控制差异.     

鄱阳湖区域极端降水异常的特征及成因

鄱阳湖区域4-7月极端降水总量存在显著的2-4年周期变化,且鄱阳湖4-7月极端降水总量的变率存在比较显著的增加趋势.1998年6月鄱阳湖地区极端降水总量异常偏多,而2001年6月异常偏少,仅为1998年的13.5%左右.通过分析大气环流场、水汽输送等方面的差异,发现1998年6月500hPa高度场上乌拉尔山高脊和鄂霍次...     

MM5V3模式对IPCCA1B情景下中国地区极端事件的模拟和预估

利用MM5V3区域气候模式单向嵌套ECHAM5全球环流模式,对中国地区1978-2000年及IPCC A1B情景下2038-2070年气候分别进行了水平分辨率为50 km的模拟试验.文章首先检验了模式模拟的当代极端气候结果,在此基础上对6个极端温度指数和6个极端降水指数的未来变化进行了预估.检验结果表明:MM5V3模式对中国地区当代日最高、最低温度及强降水(大雨和暴雨)日数的空间分布和概率特征均具有一定的模拟能力,但模拟的日最高温度在大部分地区偏低,日最低温度在南方地区偏低、西北地区偏高.概率统计结果显示日最高温度向低值频段偏移,日最低温度在0℃的峰值附近明显偏高.模式对大雨和暴雨年平均日数的模拟在东部地区偏多,概率统计结果则为一致偏大.未来中国地区极端气候预估结果表明:极端高温、极端低温和相对高温在全国范围内都将升高,且线性趋势均为上升;霜日日数则为减少,并具有下降趋势;暖日日数和相对低温在青藏高原和新疆部分地区有所减少、其它地区均为增加,且线性趋势暖日日数为上升,相对低温不明显.极端降水指数的变化具有区域特征,其中单日最大降水、连续五日最大降水、最长无雨期、强降水日数、简单降水强度和极端降水总量均在江淮、华南及西南地区有所增多,而在东北及内蒙古地区有所减少,未来中国南方地区降水的极端化趋势将更加显著.极端降水指数的线性趋势除最长无雨期外其它均为上升.     

多区域模式集合的东亚陆地区域的平均和极端降水未来预估

利用东亚区域联合降尺度计划(CORDEX-EA) 15个区域模式的模拟结果,集合预估了高排放情景RCP8.5下东亚陆地区域平均和极端降水的未来时空变化,并量化未来预估的不确定性.结果 表明:区域模式基本上能够再现东亚及各个区域平均和极端降水的多年平均分布.未来多模式集合预估的平均和极端强降水在东亚各区域多表现为增加,连续无降水日数(CDD)表现为南增北减,且变幅多随时间增大.到21世纪末期,冬季和年平均降水的增幅大值都位于中国西部(WC),冬季降水的变化在WC、蒙古(MG)、中国东北(NE)和中国华北及西北地区东部(NC)的确定性都较高,年降水的变化仅在WC和MG确定性较高.夏季降水增幅大值位于朝鲜半岛和日本(KJ),且仅在这一区域确定性较高.最大5日降水量(Rx5day)和大雨日数(R20)以增加为主且变化的空间分布较为均匀,除去中国江南及华南(SC)和KJ的R20变化,其余区域两个变量的变化确定性都较高.CDD的增幅和减幅大值分别位于SC和MG,其变化在MG、NE和SC确定性较高.     

基于迭代PCA的GPS时间序列震后形变估计方法和应用

GPS时间序列的震后形变分析对于研究区域震后形变机制和岩石圈流变学特性以及维持国际动态地球参考框架具有重要意义.本文在现有参数估计方法的基础上,提出兼顾震后形变衰减特征空间相关性和整体建模的"迭代PCA参数估计方法",并利用模拟数据证实了新方法可以获取更稳健可靠的震后形变、同震形变和震间速度参数.最后,以37个新西兰GPS连续站坐标时间序列为例,利用迭代PCA方法提取了2016年11月13日Kaikoura地震共性的震后形变时间演化过程和各站点的震后形变,并定量分析了震后形变对地表速度的影响.结果表明各站的震后形变在时间域上以衰减常数τ为4天的对数模型持续松弛;空间域上南岛北东部和北岛最南部震后形变较大,其中,最大震后形变点为cmbl站,截至2017年6月10日NEU方向累计的震后形变分别达到107mm,135mm和187mm,地表速度分别达到133.58mm·a-1,112.05mm·a-1和175.58mm·a-1,仍高于稳定的震间速度.     

中国平均降水和极端降水对气候变暖的响应:CMIP5模式模拟评估和预估

基于24个CMIP5全球耦合模式模拟结果,分析了中国区域年平均降水和ETCCDI强降水量(R95p)、极端强降水量(R99p)对增暖的响应.定量分析结果显示,CMIP5集合模拟的当代中国区域平均降水对增温的响应较观测偏弱,而极端降水的响应则偏强.对各子区域气温与平均降水、极端降水的关系均有一定的模拟能力,并且极端降水的模拟好于平均降水.RCP4.5和RCP8.5情景下,随着气温的升高,中国区域平均降水和极端降水均呈现一致增加的趋势,中国区域平均气温每升高1℃,平均降水增加的百分率分别为3.5%和2.4%,R95p增加百分率为11.9%和11.0%,R99p更加敏感,分别增加21.6%和22.4%.就各分区来看,当代的区域性差异较大,未来则普遍增强,并且区域性差异减小,在持续增暖背景下,中国及各分区极端降水对增暖的响应比平均降水更强,并且越强的极端降水敏感性越大.未来北方地区平均降水对增暖的响应比南方地区的要大,青藏高原和西南地区的R95p和R99p增加最显著,表明未来这些区域发生暴雨和洪涝的风险将增大.     

山东地区近期重力场动态变化特征

利用2009年以来的山东流动重力网复测数据,给出了区域重力场差分和累积动态变化图像及GPS站的重力值时间序列分析。结果表明:重力场动态变化图像大体反映出近期山东地壳物质运动状态,累积动态变化更能反映区域构造块体之间的运动与断裂构造作用。     

极端气候:影响人类生存的最大风险

正极端天气气候事件是指一定地区在一定时间内出现的历史上罕见的气象事件,其发生概率通常小于5%或10%。极端天气气候事件总体可以分为极端高温、极端低温、极端干旱、极端降水等几类,一般特点是发生概率小、社会影响大。随着全球气候变暖,极端天气气候事件的出现频率发生变化,呈现出增多增强的趋势。世界气象组织指出,2007年1月和4月的全球地表气温分别比历史同期平均值高出1.89℃和1.37℃,都超过了1998年