中国年和季节极端降水时空特征 及极值分布函数上尾部性质

基于热带气旋时间、路径、强度数据和中国728个气象站点1951~2014年日降水数据,分析了年和季节极端降水广义极值（GEV）分布函数特征及受热带气旋的影响。通过检查年和各季节极端降水的非一致性,发现具有变异点或显著时间趋势的站点占总站点数的比例较低。仅考虑满足一致性的站点,年和各季节极端降水GEV分布上尾部在全国大部分区域表现出厚尾特征,且不具有上边界。总体来看北方厚尾特征重于南方,秋季和冬季明显高于年和夏季。年极端降水厚尾特征受到不同季节极端降水机制的混合影响。而且,热带气旋对中国沿海区域极端降水有重要影响,往往引发大量级极端降水。东南沿海地区最大10场极端降水由热带气旋引发的比例达到60%以上。因此热带气旋趋向于增加沿海区域年极端降水GEV分布形状参数的大小,并控制着曲线上尾部的形状。     

珠江流域多尺度极端降水时空特征及影响因子研究

基于珠江流域74个气象站点1952~2013年逐日降水和气温数据,采用POT抽样、Mann-Kendall（MK）趋势检验、泊松回归等方法,从降水量级、降水频率及发生时间等方面系统分析了珠江流域年、雨季及旱季3个时间尺度上的极端降水特征,并从降水对温度变化响应及ENSO影响等角度,探讨了极端降水变化特征的机理。研究表明：① 珠江流域极端降水年内分布不均,多发于4~9月,其中6月份发生频率最高;② 珠江流域极端降水频率在雨季及年际间分布较为均匀。但在旱季,珠三角地区极端降水在不同年份差异性较大;③ 在雨季及年际尺度上,极端降水年序列趋势性并不显著;而相对干旱季节,极端降雨量级、发生频次均随年份增加呈显著上升趋势,且发生时间提前。珠江流域农业以水稻(Oryzasativa)种植为主,旱季极端降水增加易导致冬汛及其引起的作物倒伏与农田渍涝等灾害,同时对秋冬防洪提出新的挑战,需要引起人们的关注;④ 温度升高和ENSO事件对珠江流域极端降水过程有显著影响。从ENSO影响的角度讲,在厄尔尼诺年,珠江流域西部极端降水量级和频率增加,而流域东部沿海区域极端降水量级减少,时间延后。     

四川省极端降水事件时空演变特征

极端降水作为极端天气的表征要素,极易引发灾害。为探明极端降水变化特征,本文选择受极端降水事件影响极大的四川省为研究区,基于1964—2016年逐日降水数据,通过构建区域极端降水指标体系,利用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析等方法,分析了极端降水事件的时空演变及影响因素。结果表明:四川省极端降水事件发生频率呈减少趋势,强度逐渐增加;空间上总体呈现出由东南向西北减少,成都平原与川西山区的交错区域作为传统极端降水高发区域,极端降水频率显著下降,而川西山区极端降水频率与强度均呈现出增强的趋势;研究区地形地貌特征决定了极端降水事件的分布特征,四川盆地盆周区域海拔的突变为极端降水特征差异显著的重要原因;极端降水的周期变化呈现25～32 a长周期、13～17 a中周期以及5～8 a短周期的特征,振荡强度由强到弱;极端降水量自1993年下降突变显著,强度自1984年增强突变显著。本研究可为极端降水事件研究提供方法参考,为四川省防灾减灾提供理论与数据支撑。     

北半球积雪/海冰面积与温度相关性的差异分析

积雪和海冰的时空变化对区域以及全球的气候、水文具有重要影响。基于雪冰数据和NCEP再分析气温数据,利用MK检验、滞后分析等方法,分析了积雪、海冰的时空变化特征及其与温度的相关特征。结果表明：1979-2013年,北半球积雪区、北极圈的年均温度呈显著上升的趋势,而积雪面积和海冰面积呈显著下降的趋势。在大部分地区,积雪覆盖频率随着温度的上升呈显著减少的趋势,但在中国长江中下游、青藏高原等局部地区,积雪覆盖频率随着温度的上升呈显著增加趋势。在大部分的近陆地海域,海冰覆盖频率随着温度的上升呈显著下降趋势。超前时间1~2个月的温度与海冰面积的负相关性最高。超前1~4个月的温度与积雪面积的负相关性最高。温度对海冰的影响时间比对积雪的影响时间长1~2个月。温度变化对海冰和积雪的影响存在一致性,但积雪和海冰对温度的响应时间存在差异,具有空间变异性。     

1970—2020年黄土高原水蚀风蚀交错区极端降水时空变化研究及驱动因素分析

黄土高原水蚀风蚀交错区作为中国北方典型的生态脆弱区,因其独特地形和气候条件,极端降雨事件对其环境和生态系统的影响更加突出。选取水蚀风蚀交错区28个气象站点,结合RClimDex模型计算11个极端降水指数,采用线性相关分析法、Mann-Kendall趋势检验法和小波交叉法,分析了1970—2020年黄土高原水蚀风蚀交错区极端降水事件时空分布特征,探讨了极端降水事件的驱动因素。结果表明：（1）1970—2020年水蚀风蚀交错区持续干燥日数（CDD）呈下降趋势,其余10个指数呈上升趋势,反映出近50 a研究区极端降水事件的频率、量级和强度不断增加。交错区年降水量增加和极端降水事件增加具有密切关系,且极端降水事件增加主要是由中雨日数（R10）和大雨日数（R20）引起。（2）1970—2020年极端降水事件在全区整体为增加趋势,交错区中部和西南部极端降水事件显著发生,陕西段极端降水量和强度呈显著增加趋势且极端化程度更显著。（3）湿日总降水量（PRCPTOT）、暴雨日数（R25）、5 d最大降水量（R5d）3个极端降水指数,与影响因子厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、东亚夏季风（EASM）和太阳黑子...     

气候变化下上海市降水问题

利用上海市10个地方气象站1961―2010年逐日降水数据以及高精度下垫面资料,综合使用累积距平、滑动平均、线性倾向估计、SDSM、Mann-Kendall突变检验等方法系统分析了近50年来上海市区、近郊区和远郊区降水指标年际、季节变化特征,并基于ArcGIS空间分析,结合适合上海本地的极端降水阈值,研究了上海市雨洪灾害高危险区域的空间分布。结果发现：研究区降水强度有增强趋势,主要表现在暴雨量级以下降水频次变少,但是总量增多,且暴雨与大暴雨以上量级降水频次增多,市区、近郊区和远郊区响应时间与幅度差异明显;研究区夏季、冬季降水呈显著增加趋势,5 a滑动降水量年递增率分别达到56.23和16.71 mm/10 a,春季和秋季降水呈不显著下降趋势;黄浦江上游地区极端降水发生频次较高,极端降水引发的雨洪灾害高危险区域主要集中在黄浦江上游以及入海口等地。     

1961-2010年新疆极端降水过程时空特征

采用新疆50个气象测站1961-2010年逐日降水资料,选用14个极端降水指数探讨新疆极端降水事件的发生与变化。结果表明：无论平均降水过程还是极端降水过程,均能反映新疆明显的湿润化趋势。伴随降水量的增加,降水强度及降水频率均增大,除CDD变化表现为下降趋势外,其他指数变化均呈上升趋势。分析各极端降水指数序列变化,20世纪60-70年代年际变化幅度小,稳定性好;80-90年代年际差异大,稳定性差;新疆东部各极端降水指数上升与下降趋势小幅交替出现,而北疆、南疆及全疆极端指数序列则呈明显且单一的上升趋势。各极端降水指数最大概率变异年为1986年、2009年;降水变异后,新疆弱降水过程变化不明显,但强降水过程变幅增大,易导致洪旱灾害等极端气象水文事件的发生。     

1960~2014年淮河流域极端气温和降水时空变化特征

基于淮河流域33个气象站点1960~2014年逐日气温和降水数据,利用Mann-Kendall检验和克里金插值法分析了极端气温、降水指数的时空变化规律。结果表明：① 近55 a来,冷极值呈显著下降趋势,暖极值表现为波动上升趋势;日较差（DTR）呈显著下降趋势,这与最低气温的增加幅度比最高气温大有关;② 总降水量（PRCPTOT）和强降水日数（R10,R20）表现为缓慢下降趋势,1 d最大降水量（RX1day）、连续5 d最大降水（RX5day）以及降水强度（SDII）呈缓慢上升趋势,但变化趋势均不显著;③ 空间变化上来看,霜冻日数（FD0）、冷夜日数（TN10p）、热夜日数（TR20）和暖夜日数（TN90p）在流域大部分地区变化趋势显著,而降水极值在全流域未表现出一致上升或下降趋势,且变化趋势在全流域均不显著;④ 基于流域当前气象站点数据,极端气温、降水指数变化趋势未表现出高程相依性;⑤ 流域大部分极端气温、降水指数变化趋势介于中国南北方流域之间,表现出一定的南北过渡带特色。     

近60年来西南地区旱涝变化及极端和持续性特征认识

利用1953~2012年中国西南地区44个气象台站的逐日降水、温度资料,通过降水和潜在蒸发均一化旱涝指数,从旱涝的年代际、年际、季节内变化以及极端和持续性特征等方面进行了分析,结果表明：从旱涝的空间趋势变化来看,西南近60 a来秋季和年变化呈显著的一致变旱趋势,而春、夏、冬3季旱涝变化趋势表现出一定的区域性特征;从旱涝的时间演变来看,在温度与降水双重因子驱动下春、夏、秋、冬均表现为干旱化趋势,相比较秋季的干旱化程度最强,而春季的最弱,夏、冬两季相当,而全年的干旱程度比四季的程度更强;从极端旱涝的多时间尺度来看,在年代际和年际尺度上,极端洪涝发生频次逐渐减少,而极端干旱发生频次逐渐增多,从季节尺度看,春、冬两季极端干旱发生频次较多,而夏季最少,极端洪涝发生频次夏季最多,春季次之,秋季最少。从旱涝的持续性特征来看,持续性干旱事件的持续时间有增长趋势,发生频率有增多趋势,发生强度有增强趋势,并且主要发生在冬春两季,而持续性洪涝事件的持续时间、发生强度没明显变化趋势,发生频率有减少趋势,发生的季节也没明显差异。     

1959~2009 年宁夏极端温度阈值变化及其与AO指数相关分析

以1959~2009年宁夏10个测站的逐日最高和最低气温资料,运用百分位法定义不同测站的逐年极端高、低温阈值,研究了宁夏近51 a来极端温度的变化特征;通过Mann-Kendall检验得出宁夏各气象站点温度发生突变的年份;并运用Pearson相关系数分析探讨极端温度阈值与AO的相关关系。结果表明：① 宁夏极端高温、低温阈值均呈极显著上升趋势,但极端低温阈值上升趋势更显著;② 极端高温阈值北高南低,极端低温阈值南高北低;③ 宁夏极端低温阈值发生突变的时间集中在20世纪80年代左右,极端高温阈值的突变时间相对较晚;④极端高温阈值与夏季AO指数相关性不显著,极端低温阈值与冬季ＡＯ指数呈显著正相关性,北极涛动对宁夏冬季低温的影响较大。     

西北干旱区极端气候水文事件特征分析

中国西北干旱区是对全球变化响应最敏感地区之一。气候变化导致气候水文系统的不稳定性加剧,极端气候水文事件的频度和强度增大、重现期缩短,灾害程度加重。借助资料分析和文献阅读,对过去50 a中国西北干旱区极端气候/水文事件的发生规律、影响机制及未来趋势进行了梳理总结,主要结论如下：（1）西北干旱区的极端气候/水文事件呈逐年增加趋势,特别是20世纪70年代以来增加显著;气温和降水极值都表现为一致的增强趋势。降水量的增多是降雨频率和强度共同增加的结果。（2）中国西北干旱区低温、降水极值在1986年左右发生了明显的突变,高温极值在1996年左右发生突变。突变后,气温和降水极值均发生了显著增强变化。（3）北半球极涡面积指数和青藏高原指数对西北干旱区气候极值变化具有重要影响,冬季极值还受冬季北极涛动和北大西洋涛动等影响。（4）新疆地区有变暖湿趋势,而河西走廊东部则为变干趋势。强大的西伯利亚高压和增强的贝加尔湖气流造成新疆地区降水增加,而河西走廊干旱增加是由东亚夏季风减弱引起的。     

东北气候和生态过渡区近50年来降水和温度概率分布特征变化

文章从中国160个站的观测资料中选取位于东北气候和生态过渡区内9个测站的冬、夏季降水和温度资料,分析该地区近50年来冬夏季降水和温度的年际变化及其概率分布特征,结果表明,东北气候和生态过渡区的冬夏季降水和温度有明显的年代际变化特征,在不同的年代际变化阶段,降水和温度的总体概率分布特征差异较大,这种概率分布形式的差异与高温、干旱等极端天气气候事件的频繁发生具有密切关系。20世纪80年代以来降水处于平均值减小的总体分布中,温度则处于平均值增加的总体分布中,因此该地区冬季发生暖冬和少雨(雪)的机会增大,夏季出现严重干旱和高温的可能性增大。     

近60 a内蒙古不同草原类型区极端气温和干旱事件特征分析

基于相对湿润度指数和非参数百分法,结合线性趋势法、Mann-Kendall非参数检验法和累积距平检验法,分析了1955-2015年内蒙古4个草原类型区（多伦、锡林浩特、海拉尔和四子王旗）温度和降水,以及极端气候事件变化特征。结果表明：（1）4个区域年平均气温均显著升高,升高速率约为0.40~0.47℃·（10 a）^-1,气温变化存在非对称性升温特征,多伦、锡林浩特、海拉尔和四子王旗最低气温上升速率分别为最高气温上升速率的1.61倍、1.86倍、2.73倍和1.65倍,春冬季气温增加速率高于夏秋季。（2）多伦、海拉尔、四子王旗和锡林浩特年降水量分别为381.6 mm、350.5 mm、318.6 mm和283.6 mm;降水天数显著增加,而降水量无显著变化,但多伦和锡林浩特降水量呈现略微降低的趋势,其它两个区域呈现略微增加的趋势。（3）4个区域极端高温事件频率显著增加,突变点均出现在1990 s,极端低温事件频率显著减少,突变点均出现在1970s末。（4）4个区域均呈现暖干化的趋势,锡林浩特干旱事件发生最为突出,四子王旗以中度干旱为主,海拉尔和多伦以无旱为主,2000年后,4个区域干旱事件发生频率均明显增加。降水量变化不显著,而气温和潜在蒸散量显著升高可能是导致4个区域不断干旱化的主要原因。     

鄱阳湖流域洪水变化特征及气候影响研究

为探讨鄱阳湖流域洪水过程的变化特征和规律,系统分析流域洪水量级、频率、发生时间的变化特征,利用核密度估计分析洪水发生率的非平稳性,运用月频率法评价洪水集聚性特征,并探讨低频气候因子对洪水变化的影响。研究表明：① 鄱阳湖流域各水文站点年、秋季和冬季最大洪水及POT超阈值洪水以增加趋势为主。② 洪水发生率年内集聚性显著,主要集中在4~7月;年际洪水发生次数呈现非平稳泊松分布,洪水发生率出现明显的年际集聚性特征。③ ENSO、IOD对下年洪水量级及洪水发生次数有明显影响,洪水发生次数与年最大洪水量级异常现象通常是ENSO和IOD协同作用结果。     

近58 a新疆巴州极端气温事件变化特征

选取 WMO 推荐的 15 个极端气温指数，对 1959—2016 年新疆巴州地区 7 个气象站点观测的日最高、最低气温数据，采用一元线性回归法等多种统计方法对研究区极端气温事件进行分析。结果表明：近 58 a来新疆巴州地区冷暖指数变化呈非对称性，暖指数呈不同程度的显著上升，冷指数总体呈显著下降趋势，其中 TN90P 年际变化率最大，为 4.67 d·（10 a）^-1。夜指数（TN10P、TN90P）和昼指数（TX10P、TX90P）变化率前者大于后者。冷指数在 20 世纪 80 和 90 年代中后期发生突变，暖指数和GSL、WSDI突变时间一致为 90 年代中后期，冷指数对气候变化较敏感。发生频率：极端高温增加，极端低温降低；强度：增强；持续时间：作物生长期呈显著增加趋势，其中巴音布鲁克增加显著，幅度最大〔4.4 d·（10 a）^-1〕。TNx、TXx和GSL主周期均为 28 a。高载荷指数：TEM-A（0.335），TN10P（-0.313）和TN90P（0.312），是影响该地区整体气温发生变化的主要因素。     

北京市快速城市化对短时间尺度降水时空特征影响及成因

快速城市化对区域降水过程的影响已成为人类活动对不同时空尺度水循环影响研究的热点。基于北京全区2011-2015年20个自动气象站逐小时降水资料,利用Circular统计法等多种方法,在揭示北京市降水总体特征基础上,进一步从日、场次、小时等多种精细化时间尺度来探究北京市不同类型降水特征。研究表明：① 场次暴雨平均降水量、场次降雨持续时间及降水强度高值中心主要位于北京城区,与郊区降水过程相比,城区总体降水过程历时较长、雨量较大。城市雨岛效应可能是上述降水指标在城区具有高值中心的原因之一。② 北京全区降水日分布不均,不同区域降水类型有较大差异。北京市的暴雨雨型主要以午后型为主,占总雨型的47.53%。山区总体及北部近郊、远郊区、南部近郊分别以午后型、正午型、夜晚型降水为主。而城区的暴雨类型显示出主城区的东西两侧有较大的差异,西侧受山谷风环流及热岛环流影响类型较为复杂,东侧以傍晚型为主。③ 场次暴雨的降水峰值出现时间主要集中在12:00-19:00,且城区降水峰值发生时间较郊区降水峰值发生时间推迟。海拔的升高会使日降水峰值的出现时间的不确定性增大。④ 极端降水量指标及持续干燥、湿润指标均在城区显示出高值区,极端降水频率指标高值区位于城区下风向。城市化可能通过人口膨胀、土地利用类型变更等方式间接提高极端降水发生的风险。     

1960–2016年中国北方寒潮事件时空变化分析（英文）

Among the most devastating extreme weather events, cold surge(CS) events frequently impact northern China. It has been reported that extreme weather events will increase in the global warming context. However, the direct evidence of this hypothesis is limited. Here, we investigated the changes in frequency, number, duration, and temperature of CS events in northern China using the daily minimum temperature dataset of 331 stations from 1960 to 2016. The results indicate that the annual CS events in terms of frequency and number decreased, and the duration shortened as the starting date was later and the ending date earlier. Meanwhile, the annual CS temperature increased. In addition, spatial trends in the CS events in terms of frequency, number, and duration decreased while the CS temperature increased in most regions of northern China. We interpreted these variations as a response to global warming. However, the extreme CS events in terms of frequency, number and the earliest starting date and the latest ending date showed little change though the extreme CS temperature increased, implying climate warming had not limited extreme CS events. The adverse effect of CS events on agriculture and human health remain concerning.     

新疆叶尔羌河流域温度与降水序列的小波分析

利用1961—2006年叶尔羌河流域7个气象站点的气温和降水系列资料,采用Morlet小波函数,分析了不同时间尺度下气温和降水序列变化的周期和突变点,确定了各序列中存在的主周期。结果表明：该流域暖湿化趋势比较明显,气温和降水的变化趋势与西北地区和新疆区的气候变化基本一致;小尺度的变化嵌套在较大尺度的复杂背景之中,不同时间尺度下突变的年份有所差异。