基于Hurst指数的黑龙江省作物生长季降水趋势研究

基于黑龙江省78个气象站1971—2016年逐日降水资料,综合采用墨西哥帽小波分析、Hurst指数分析等方法,对黑龙江省作物生长季(5—9月)降水量变化和未来趋势进行分析及预测。结果表明:1971—2016年,黑龙江省生长季、5月、6月降水量存在7 a、14 a、7 a左右的主周期,7月、8月、9月降水量存在2 a、3 a、7 a左右的第1主周期及6 a、11 a、21 a左右的第2主周期,各月均存在最近几年降水偏多的趋势;作物生长季降水量年际间为波动式振荡变化,7月、8月振荡幅度相对较大。年代际变化总体存在增加—减少—增加趋势,20世纪80年代、90年代降水量普遍偏多,2010年以来出现急转升高变化;单站各月Hurst指数均在0.5以上,降水存在比较明显的赫斯特现象;降水主要出现在夏季且以7月最为集中,最近几年降水偏多、7月异常降水集中以及主要流域未来7月降水的持续增加趋势在农业防灾减灾上值得关注。     

深圳市汛期(4～9月)降水及极端降水事件的变化特征

以深圳市1953~2006年逐日降水资料为基础,采用数理统计、线性分析、突变分析、周期分析等方法,分析54年来深圳市汛期降水的变化特征以及极端降水事件的变化趋势。研究结果表明:深圳市降水主要集中出现在汛期(4~9月),汛期多年平均降雨量为1653mm,约占年平均雨量86%左右,深圳市汛期降水存在两个明显的峰值,分别集中在6月上~中旬和7月中旬~9月上旬;深圳市汛期降水量呈略增加的趋势,并在1993年发生突变,雨日的变化与降水量正好相反,为减少趋势,在1982年发生突变,其气候倾向率为-1.3d/10a,雨日的平均降水量呈增加趋势,突变发生的时间与汛期降雨量的突变时间一致,也是出现在1993年;深圳市汛期降雨量变化存在多时间尺度结构,存在1~3年、6~8年、准18年的周期振荡;从极端降水变化来看,暴雨降水量和频率趋势变化较小,且变化趋势基本一致,而暴雨强度呈弱增加趋势,90年代以后增加明显。     

近50a浙江降水分布的时空特征

采用Kriging插值法对浙江省降水做空间插值划分高、低值区,运用一元线性回归、M-K趋势分析、Morlet小波分析等方法,分别对浙江省以及高、低值区降水趋势变化的时间特征进行分析。结果表明:(1)降水趋势在空间分布上表现为自西南向东北递减,南北相差悬殊,各季节降水量空间分布差异明显。(2)降水量整体呈波动上升趋势,主要集中在春季和夏季;低值区降水量年际变化趋势与全省年际变化特征更接近,整体上升趋势更明显;高值区较全省年际变化波动更大,但整体上升趋势较缓。(3)全省、低值区均在2011年存在突变。(4)全省以及高、低值区年平均降水量与各季节平均降水量在置信区间内均有小于4 a(主要周期为2 a)的周期变化规律,但存在周期变化的时间段不同。     

西藏雅江中西段流域夏季降水量变化特征

利用西藏雅鲁藏布江流域6个代表站降水资料,研究了雅江流域近53年的夏季降水量变化特征。主要结论包括:1963~2014年雅江流域6个站各站年平均降水量在286.2~447.9mm,夏季(6~8月)平均降水量在221.4~355.4mm,占年降水量的71%~85.5%。年最大降水量出现在拉萨,其次是日喀则和泽当,位于雅江偏西段的定日和江孜降水量最少;夏季降水量空间分布特征与年降水量的分布特征基本一致。雅江流域年降水量存在显著的年际和年代际变化特征,降水总量呈增多趋势。夏季降水量对年总降水量的贡献最大,占年降水总量的77%。夏季(6~8月)降水量变化与年降水量的变化趋势一致,即总体呈增多趋势。拉萨、定日、日喀则、浪卡子夏季降水量的变化趋势与雅江流域整体趋势特征一致,其中拉萨最明显,而泽当和江孜降水量呈减少趋势。雅江流域夏季降水量在1998年出现了明显突变,21世纪以来的十几年内存在短时间的突变现象。雅江流域夏季降水量主要存在2~4a和7~8a的变化周期。      

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。     

近54年辛集市气温及降水变化特征

根据河北省辛集气象站近54 a(1957-2010年)的月平均地面观测资料,采用气候统计学方法,分别从气温及降水的趋势变化、周期变化、突变特征等方面进行分析,总结该市近54 a气温及降水的变化特征。结果表明:1)近54 a来辛集市年平均气温、各季平均气温及极端最低气温呈显著上升趋势,四季中冬季增温趋势最明显,夏季增温幅度最弱,极端最低气温上升而极端最高气温下降,导致气温日较差减小;2)在20世纪60年代,年平均和冬季气温表现出准2~3 a的显著年际变化周期,年平均和春季气温还表现出准7 a的显著年际周期特征;3)该市年降水量近54 a来整体呈先增加后减少的变化趋势;4)年和夏秋季降水量在20世纪60年代均表现出准3~4 a的周期特征,而在春季准7 a的年际振荡贯穿始终;5)辛集市的气温变化趋势以及突变开始时间与全国、河北省以及石家庄地区近50 a气温变化基本一致,但该市的降水量变化则略有不同,降水量变化的长期趋势不显著且突变不明显,主要是由于降水量的时空变化差异性较大。     

近58年柳州市汛期降水特征分析

利用柳州市1951～2008年的月降水量资料,采用线性倾向估计和小波分析方法,分析了近58a柳州市汛期（4～9月）降水的变化特征。结果表明：近58a来柳州市汛期降水主要呈波动性变化,线性趋势变化不明显,但前汛期降水总体呈上升趋势,降水量约增加87mm;后汛期降水量总体呈下降趋势,约减少了89mm。因此,前汛期有变涝趋势,后汛期有变旱趋势。近58年柳州市汛期降水年代际变化的主要周期为20～25a,20世纪80年代以后,汛期降水存在周期10-15a的年代际变化。20世纪80年代以前,柳州市汛期降水主要的年际变化周期2～4a,以后的年际变化周期是4～8a。     

贵州西部汛期降水特征及环流形势分析

利用贵州西部6个代表测站1961—2007-05-09的逐月降水量资料,对贵州西部汛期降水的时间变化特征进行了诊断分析,采用滑动t-检验法和Yam amoto法对贵州西部汛期降水进行突变检测;用Morlet小波分析了汛期降水的多时间尺度的变化特征。结果表明:近50 a来贵州西部汛期降水呈下降趋势,存在着明显的年际、年代际变化特征;汛期降水在2002年附近发生了突变;在年代际尺度上存在显著的16 a周期振荡,年际尺度上有一个9 a和5 a的周期振荡较为显著。     

黔西南近30a降水时空变化特征分析

利用贵州省黔西南州8个台站1982—2011年的逐月降水资料,采用Morlet小波分析、一元回归分析、Mann-Kendll法对黔西南州30 a降水序列变化进行分析,对小波的功率谱变化进行了检验,空间场及时间场上给出了黔西南州30 a的降水气候态年及四季分布。结果表明:黔西南州年降水存在多时间尺度特征,30 a时间尺度周期振荡明显,时间上表现为线性减少,空间分布表现为州西部及北部多,东部少;降水的年内分配极不均匀,每年6月前降水量呈逐月增大趋势,且增幅逐月增大,至6月达到年内最大值,之后月降水量呈下降变化,且变幅逐月减小;季节变化特征明显,夏季降水最多,占全年降水量的55%,冬季最少为5%;近30 a黔西南州降水量一直呈减少趋势,比较明显的突变点是1989年;Morlet小波分析结果表明黔西南州季节降水具有较明显的周期变化规律,30 a降水量在年际尺度上存在6 a、2 a的周期振荡。     

拉萨夏季大气可降水量的演变特征及其与降水的关系

根据拉萨站近40 a(1969—2008年)探空观测资料以及同期的地面降水资料,分析了拉萨近40 a夏季大气可降水量和地面降水的演变特征及其关系.结果表明:该站夏季大气可降水量和降水存在显著的正相关关系,两者存在相同的年际和年代际变化,均具有准3 a年际振荡和准11 a左右的年代际振荡;近40 a来两者均呈现出上升趋势,其中降水的增加趋势明显,其增幅大于可降水量的增幅.进一步通过对拉萨夏季降水转化率分析得知,拉萨夏季平均降水转化率约为26.06%,但存在明显的年际差异,夏季降水转化率最大值约为最小值的3倍;夏季降水转化率正(负)异常年,拉萨地区低层的辐合和高层的辐散均明显增强(减弱),拉萨地区垂直速度将增加(减弱),从而有(不)利于降水形成.     

1971~2017年新疆夏季分级降水特征

利用1971~2017年新疆100个气象观测站的逐日降雨资料,在降水分级的基础上,采用EOF分解、Mann-Kendall检验、小波分析等方法对新疆夏季降水特征进行研究,结果表明:受天山山脉影响,新疆夏季降水主要集中在天山山脉附近,呈由北向南递减的空间分布特征;近47年新疆区域平均的夏季降水呈持续增长趋势,存在明显的多时间尺度波动,并在1987年发生由少到多的突变;EOF分析的前四个模态依次反映出新疆夏季降水具有整体一致、南-北向相反、东-西向相反以及中部与周边地区相反的变化特征;从空间分布看,新疆夏季各级降水的雨量与雨日均呈现明显上升趋势,其气候变化趋势系数与夏季降水基本一致,表现出北疆大于南疆、西部大于东部、山区多于盆地和谷地的空间分布特征;从时间变化看,新疆区域平均的夏季各级降水的雨量与雨日以上升趋势为主,其中暴雨的上升趋势最为显著,大雨次之,小雨和中雨最弱;新疆区域平均的夏季各级降水均表现出多尺度周期振荡特征。      

首都机场夏季雷暴气候特征及其变化规律

利用1958～2007年北京首都机场夏季雷暴逐日统计资料, 分析了50年来首都机场雷暴气候的时间分布特征,并利用小波分析方法研究了首都机场7～9月雷暴的年际和年代际变化规律.结果表明:近50年来,首都机场7～9月雷暴分布存在着比较明显的日变化,雷暴总日数呈下降趋势,尤其是7、8月的雷暴日数下降最为明显;7～9月雷暴日数存在着明显的1～2年、4～6年和准10年的周期性振荡,其中1～2年周期的振荡最为显著,但准10年的周期性振荡也比较明显.     

中国近54年来夏季极端降水事件特征研究

利用1960~2013年中国6~8月无缺测的571站逐日降水资料,定义7个极端降水指数,研究中国夏季极端降水事件特征。结果表明:(1)极端降水事件空间分布存在明显的区域性差异,长江中下游地区、华南地区、西北地区表现为增加趋势,东北地区、华北地区、西南部分地区表现为减少趋势;时间分布表现出具有显著的年际和年代际变化特征,极端降水事件有增加趋势,在20世纪90年代初期有明显转折。(2)M-K检验表现出极端降水事件在20世纪90年代初发生突变,突变前(后)偏弱(强)。(3)极端降水指数周期振荡不完全一致,准15年周期振荡为主,其次是准7年周期,最强振动出现在1998年。(4)除持续干期指数外,其他极端降水指数间存在较好的相关性。     

商丘暴雨日及分布特征研究

对商丘国家观象台1954-2005年月报表中挑取的符合暴雨日条件的142个样本分析,结果表明:商丘暴雨日具有明显的季节性,频发于7、8月份;暴雨日年平均2.73个;日暴雨量最大(193.3 mm)不超过200 mm;最长连续暴雨日数不超过2日;连续暴雨日降水量累计(223.9 mm)不超过250 mm;1 h最大降水量不超过70 mm。暴雨日的年代际变化特征明显,20世纪80年代后暴雨日出现较晚,60-90年代的暴雨日数递减,90年代后有增加趋势;大暴雨日数自60年代起有逐步增加趋势。暴雨日对月、年降水量有显著贡献,4-9月暴雨日对月降水量的贡献很大,且从4月到7月暴雨日的贡献呈递增趋势。一年内暴雨日出现5次时,当年的年雨量为偏多年份。     

近40年西昌北郊降水变化分析

利用西昌市北郊某观测站19742009年近40年的逐日降水资料, 采用通用的极端气候指数, 逐年统计各级降水的发生日数资料。采用气候趋势分析法、滑动平均法、多项式拟合法及Morlet小波变换等方法诊断分析各类降水事件的气候变化特征。结果表明:雨日、冰雹的减少趋势显著;总降水量、年最大日降水量、强降水日数R95%、中等雨日数R75%、雨季总降水量呈上升趋势, 但并不显著, 降雪日数的下降趋势也不显著;暴雨日数的长期变化趋势不明显;各类降水事件及极端天气存在一定的振荡周期。针对现阶段气候变化特点, 提出了应对建议。      

印江县汛期降水年代际特征及与气温的关系

利用印江县气象观测站1970～2018年汛期（5～9月）日降水量,日平均、最高和最低气温资料,采用线性倾向估计、滑动平均法、 Mann一Kendall趋势法、 Morlet小波分析等方法对印江县汛期降水年代际特征进行了研究,并采用相关分析、t 检验等方法研究汛期降水与气温的关系。结果表明：(1)印江县近49a汛期总降水量有不显著的增加趋势,呈现 “增加-减少”的交替年代变化特征。年代尺度演变上,20～35a,10～19a,7～9a以及2～4a的4类周期变化尺度共同起作用,其中27a为第一主周期,9a为第二主周期。（2）印江县近49a 6月、7月和8月对汛期总降水贡献最大,变化趋势和总降水量基本一致;小、中和大雨的年总降水量呈减少,其中中雨减少微弱;暴雨及以上有增加趋势。小和中雨所占百分比呈下降趋势,占百分比最多的大雨也呈下降趋势,但比较微弱,暴雨及以上有上升的趋势。（3）印江县近49a汛期总降水量与汛期最高温度、平均温度呈显著的负相关,月份上与8月最为密切, 7月次之,与其他月的温度相关性不大。不同量级降水量占总降水量的百分比,随日平均、最高气温的升高都呈先上升后下降的趋势,各量级降水的百分比的峰值都有各自的温度区间。     

近半个世纪辽宁省气温、降水极值特征分析

利用辽宁省53个气象站近半个世纪以来的气温、降水极值资料,分析了辽宁省气温、降水极值的时空变化特征。结果表明:辽宁省累年极端最高、最低气温具有区域性,辽西极端最高气温最高,辽东极端最低气温最低,累年极端日降水的局域性较强;最高气温极值多发生在6~8月,但有很多地区都出现在6月,最低气温极值最易发生在1月,降水极值在7月或8月出现最多;最高气温极值和日降水极值的趋势性较弱,而最低气温极值的升温趋势十分显著,且远大于平均气温的增幅;最高(低)气温极值异常主要存在5(4)个空间型,各空间型均存在一定的时间变化特征;最高、最低气温和日降水极值具有不完全一致的长、短周期,但分别以9年、18年、11年左右的周期振动最强;近46年来三个极值要素均出现过增温或减少的突变。     

1961—2017年岳阳人体舒适度变化特征

利用1961-2017年岳阳市国家气象观测站日平均气温、日平均相对湿度和日平均风速资料计算逐日人体舒适度指数,并采用线性倾向估计方法、Mann-Kendall趋势检验及小波分析法分析年平均指数和各等级日数的变化特征。结果表明:19612017年岳阳舒适日数最多,冷不舒适日数次之,热不舒适日数最少;岳阳较舒适的月份是5月和10月,最热不舒适的月份是7月和8月,最冷不舒适的月份是1月;近57年来岳阳人体舒适度指数数值显著上升,主要原因是受到冷不舒适日数减少、舒适日数和热不舒适日数增多等因素共同影响;各月份不同级别日数发生了较大的变化,冷不舒适日数减少、舒适日数增多的变化在3月最明显,舒适日数减少、热不舒适日数增加的变化在7月最明显;岳阳春、秋、冬三季越来越暖,而夏季变得更热;岳阳人体舒适度各级别日数呈现出显著的周期变化,1991年冬季至1992年是岳阳人体舒适度发生突变的时间段;未来几年中岳阳冷不舒适日数将会比2017年的增加,热不舒适日数会先增加后减少,舒适日数将会减少。     

中国东部地区夏季极端高温的特征分析

利用中国东部地区449个气象站的日最高气温资料,应用趋势分析法等,分析了1960-2012年夏季极端高温日数、持续高温日数的时空变化特征。分析发现:北方地区、华南地区和杭州湾周围地区两个高温指数都呈现增加趋势,长江与黄河之间的中部地区都减小。而在长江下游南部地区极端高温日数显著增加,但持续高温日数却明显减少。从季节特征上看,淮河以北的地区两个高温指数主要集中在6、7月;而以南的区域主要集中在7、8月。各个地区的这两个高温指数与降水日数均呈现显著的负相关,但南北有明显的差异,北方地区负相关的在年际变率以及5 a尺度都很显著,而中部地区则只在年际尺度上显著。杭州湾与华南地区持续高温日数与降水日数的相关体现在5 a尺度上。北方极端高温的显著增加与该地区降水日数与降水量明显减少密切相关。西北太平洋副热带高压显著的西伸,与东南地区的两个高温指数的变化有关。