中国区域性极端降水事件及人口经济暴露度研究

基于中国1960-2014年771个气象站的逐日降水资料,选取有效降水序列95百分位数作为极端降水阈值,将既定持续时间尺度和连续面积上超过阈值的降水事件定义为区域性极端降水事件。采用强度-面积-持续时间（Intensity-Area-Duration,IAD）法,根据极端降水事件空间和时间上的连续性特征,对不同持续时间的区域性极端降水事件演变趋势及暴露于极端降水事件下的人口和国内生产总值进行研究。结果表明:（1）相对强度最大的区域性极端降水事件主要集中在1960-1968、1991-1999和2006-2013年3个时段;（2）区域性极端降水事件最强中心主要分布在长江以南和东北地区,发生在北方的多为单日极端降水,南方多为持续多日的极端降水;（3）1960-2014年区域性极端降水事件影响面积有所增大,相对强度变化不明显;（4）暴露于极端降水事件影响区域内的人口和国内生产总值均呈显著增大趋势,暴露人口最多的年份在1983年,达到2408万人/d,暴露国内生产总值最多的年份在1998年,达到20亿元/d。      

升温1.5℃和2.0℃情景下中亚地区干旱耕地暴露度研究

基于CMIP5中的5个全球气候模式统计降尺度的降水、最高和最低气温等数据,利用标准降水蒸发指数（SPEI）和强度-面积-持续时间（IAD）方法识别全球升温1.5℃与2.0℃情景下中亚地区干旱事件,结合30 m分辨率土地利用数据,探讨中亚干旱事件的演变及耕地暴露度变化。结果表明：相比基准期（1986—2005年),中亚地区的降水和潜在蒸发量均有所增加;全球升温1.5℃与2.0℃情景下,中亚地区的干旱事件频次、强度和面积均将增加,其中重旱和极旱事件的频次和影响面积大幅上升,而中旱事件的频次和影响面积持续下降;1986—2005年中亚地区年均干旱耕地暴露度约11.5万km2,全球升温1.5℃和2.0℃情景下,干旱耕地暴露度将分别上升到17.9万km2和28.6万km2,且暴露在极旱下的耕地面积增加最明显。全球升温1.5℃与2.0℃情景下,增加的干旱事件将会严重威胁当地农业生产和粮食安全,中亚地区需对干旱事件采取长期的减缓与适应措施。     

全球升温1.5℃与2.0℃情景下中国极端低温事件变化与耕地暴露度研究

基于区域气候模式COSMO-CLM（CCLM）模拟的1960-2100年逐日最低气温数据及2000年中国土地利用数据,采用强度-面积-持续时间（Intensity-Area-Duration,IAD）方法,以全球升温1.5℃（RCP 2.6情景）和2.0℃（RCP 4.5情景）为目标,研究不同持续时间中国极端低温事件变化特征、最强极端低温事件强度与面积关系和最强中心空间分布,分析极端低温事件下耕地面积暴露度的变化规律。研究发现:（1）全球升温1.5℃情景下,持续1至9 d的极端低温事件频次相对于基准期（1986-2005年）下降30%-54%,强度变化-1%-8.8%,影响面积下降7%-21%;升温2.0℃,频次下降48%-80%,强度上升6%-11.5%,影响面积则在-14%-19%变化。（2）全球不同升温情景有可能发生强度和面积超过基准期最强事件的极端低温。全球升温1.5-2.0℃时,同等面积上的最强极端低温事件强度明显下降,但最强极端低温事件中心由西北和西南转移到华中和华南等地。（3）不同升温情景下,暴露于极端低温事件的中国耕地面积明显少于基准期,且升温幅度越高下降程度越大。最强极端低温事件的耕地暴露度则随温度的升高而增大。升温1.5℃时,华东、华北与华中等地暴露在最强极端低温事件的耕地面积相对于基准期有所增大,升温2.0℃时,华东与华北等地有大幅度上升。全球不同升温情景下,极端低温事件频次与影响面积持续下降,但强度上升;随着升温幅度的增大,这种差异变化特征越来越明显;特别应注意的是,随着温度上升,发生强度和面积超过当前记录到的最强极端低温事件的可能性增大;应加强极端事件的预警、预报和监测,减缓经济社会的损失。      

全球升温1.5℃和2.0℃情景下中国乡村振兴核心区极端降水的变化特征北大核心CSCD

中国乡村振兴核心区生态环境较脆弱,暴雨洪涝等气象灾害频发,在此背景下,定量、科学地评估乡村振兴核心区全球升温情景下极端降水的变化特征,能够为乡村振兴核心区防止因灾返贫策略等的制定提供一定的科学依据。本研究基于CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6)气候模式下不同SSPs-RCPs(Shared Socioeconomic Pathways-Representative Concentration Pathways)组合情景模拟数据,对全球升温1.5℃和2.0℃情景下中国乡村振兴核心区极端降水事件频次、强度和持续时间的变化特征进行了分析。结果表明:(1)相对于基准期(1995~2014年),全球升温1.5℃情景下,乡村振兴核心区受极端降水影响明显增大,面积占比60.91%的区域极端降水频次增加,面积占比88.19%的区域极端降水强度增强,面积占比81.07%的区域极端降水持续时间增加;(2)全球升温2.0℃情景下,乡村振兴核心区三项极端降水指标变化与升温1.5℃情景下相似,相对于基准期有增加趋势,极端降水频次、强度和持续时间面积占比分别为55.78%、85.24%、79.33%;(3)从空间角度分析,全球升温1.5℃和2.0℃情景下,乡村振兴核心区中西部相较东部可能更易受极端降水的影响,西藏片区频次和持续时间增加显著,尤其值得关注;(4)当全球升温从1.5℃到2.0℃情景,乡村振兴核心区整体极端降水特征的变化未表现出明显增减趋势及空间特征。相比1.5℃较基准期的变化,2.0℃情景下极端降水频次、强度、持续时间的增加区域范围均缩小,但平均增幅均变大,对于发生极端降水事件的乡村振兴核心区区域而言可能面临更大的风险。     

基于10年GPCP降水资料的全球极端降水分布分析

利用GPCP的1997-2006年全球1°×1°格点降水日资料,对全球年平均的降水,以及夏季极端降水高值区域频次和强度进行了分析,并比较了其与ENSO的ONI指数的关系。取得了以下结果:赤道附近是全年多雨区,极端降水高值区域多分布于此。赤道东太平洋夏季极端降水的频次和强度变化基本是一致的,西太平洋暖池也有相同的特点,但是两者最强最弱年份却刚好相反,且都发生在ENSO冷暖年,但无明显的正负对应关系。我国中东部夏季极端降水最强年(1998年)发生在极强EL Ni觡o年-1997年的次年,最弱年(2001年)也发生在持续24个月的极强的La Ni觡a事件之后,但两者没有明显的正负对应关系。孟加拉湾夏季极端降水频次和强度的年际振荡强弱有相反的特点。长江中下游(6,7月)极端降水频次和赤道东太平洋(7,8月)极端降水频次有一定的滞后相关性,置信度为95%。     

Increased population exposure to precipitation extremes in China under global warming scenarios

极端降水(暴雨)是我国最为主要的自然灾害之一,每年均造成巨大经济损失和人员伤亡。现有预估研究表明,未来全球持续增暖使得我国极端降水发生频次显著增加,强度增强。那么,未来极端降水增加会对社会,尤其是人们生活造成多大影响?围绕这个问题,本研究基于多个高分辨率区域气候模式模拟和人口数据,分析了未来我国极端降水人口暴露度的可能变化。结果指出,在RCP4.5-SSP2情景下,到了21世纪末,虽然预估的我国人口数量大幅减少,但极端降水人口暴露度却显著增加,相对当前气候增加了约21.6%,其中东部地区是增加最为显著的区域。进一步研究发现,人口暴露度的增加不依赖于情景的选择,但高排放情景增加幅度更大,而且增加主要是由于气候变化的贡献。     

山西近40年极端降水特征分析

利用山西108个国家级地面气象观测站1979—2018年日降水量资料,采用百分位法定义极端降水事件,应用气候趋势系数、Mann-Kendall (M-K)检验等方法,研究山西极端降水特征及其变化规律。结果表明:(1)山西极端降水出现在3—10月之间,发生频次呈现“山区多、盆地少”的特点,平均强度表现为“北中部小、南部大”的空间分布特征。(2)山西极端降水持续时间以1 d为主,局地性特征明显,发生大范围极端降水事件的概率较低。(3)近40年,山西极端降水事件呈明显增多趋势,影响范围不断扩大,强度略有增强,没有突变发生。各区域极端降水的长期变化差异较大;北部强度显著增强,范围明显扩大且在1986年发生突变;中部极端降水日数和强度显著增多增强,并分别在2001、1992年发生突变;南部极端降水变化趋势微弱。     

中国东部区域极端降水事件特征——两种方法监测对比

基于中国区域地面降水格点日值数据集,对比国家气候中心业务暴雨指数和区域极端强度-持续时间综合(Region-Extreme-Intensity-Duration,REID)指数识别区域极端降水事件方法,给出了中国5个区域极端降水事件(Regional Extreme Precipitation, REP)的频数、强度、影响面积以及持续时间统计规律及变化特征,探讨了两种方法识别结果存在的差异。结果表明:(1)两种方法识别持续时间为1~2 d,影响面积为200 000 km²左右的极端降水事件统计、气候特征相近。(2)REID法能客观识别华南和长江流域地区3 d以上的持续性REP,业务法会将其分割为多次降水过程。此外,REID法无日降水阈值,适用于监测日降水量小于50 mm的极端降水事件。再者,REID法可识别较小尺度REP,而业务法因降水主观比例的限制导致对此的监测存在不足。(3)业务法每日确定降水中心,有利于识别降水中心移动较快的极端降水事件。此外,REID法所识别的极端区域一般小于业务法基于50 mm的极端区域。在极端降水监测中,两种方法相互协作,取长补短,可以有效提高区域水灾预警预防能力。     

华北地区极端干旱事件的变化特征

利用华北地区1961—2015年72个测站的月降水资料,采用一元线性回归、M-K非参数检验、小波变换、分形理论等方法,研究了华北地区极端干旱事件的变化特征。结果表明,华北地区极端干旱事件频次呈波动递增趋势,递增率为0.21次/10a。1981—1993年极端干旱事件频次低于平均值;1994—2015年的高于平均值,处于极端干旱期。极端干旱事件频次距平值年代际变化差异较大:1961—1980年极端干旱发生频次距平值正负交替;1981—1993年的为负值;1994—2015年的为正值。华北地区极端干旱事件频次在2003年发生了突变性增加,极端干旱事件频次Hurst指数值为0.55,具有长相关性,未来10年内华北地区极端干旱频次呈递增的发展趋势。     

内蒙古河套地区极端降水特征分析

基于内蒙古河套地区34个国家气象站1961—2018年逐日降水量,分析近58 a极端降水事件和降水过程的时空分布特征,并选取典型过程分析极端降水过程环流背景场特征。结果表明:(1)平均年降水量自东南向西北递减, 7—8月降水最丰沛。8月降水量显著减少,5、6和12月降水量显著增加。(2)极端降水阈值东南高西北低,鄂尔多斯市乌审召降水量历史极值最大,巴彦淖尔市海力素最小。大部地区极端降水事件频次在5次以上,强度东南强西北弱。(3)极端降水事件7—8月最多,平均强度8月最强。9月极端降水事件显著增加,强度显著增强。(4)年平均极端降水过程强度减弱趋势显著,过程降水大值区多集中在土默特左旗、伊金霍洛旗和呼和浩特市区。(5)极端降水过程多受槽前西南气流影响,充足的水汽条件配合异常强盛的上升气流,易发生强降水事件。     

一种大范围干旱的识别方法及其应用

基于日本APHRO格点降水数据计算格点SPI序列,兼顾时空连续性,定义了一种大范围长历时干旱的识别方法。该方法以我国国土面积的10%作为大范围干旱事件影响范围的最小阈值,同时给定了干旱事件影响区域的空间连续和时间连续的判定标准,另辅以干旱烈度计算方法和干旱中心的识别方法,给出了此类干旱事件的面积、历时、烈度及干旱中心的指数定义和事件的识别过程。在此基础上,识别了我国1961—2015年以来的69次大范围干旱事件,得出这69次大范围干旱事件的平均面积指数为30.49%,平均干旱历时为8.15个月,平均干旱烈度为-4.192。利用此方法对1998—2002年发生在华北地区的持续性区域干旱事件进行再分析。结果表明,这一时期的干旱事件不仅局限于华北地区,同时也波及到东北、西北、西南和东南等地,涉及了4次大范围长历时的干旱过程。     

DIAGNOSTIC ANALYSIS OF PERSISTENT DROUGHT/FLOOD EVENTS IN SUMMER OVER THE TWO-LAKE REGION OF CHINA

Based on the daily regional mean rainfall,the Z-index method is used to identify persistent flood and drought events lasting for at least 10 days over a region where Dongting Lake and Poyang Lake sit(referred to as the"two-lake region"hereafter).The National Centers for Environmental Prediction(NCEP)reanalysis data are then utilized to perform a preliminary diagnostic analysis on these events.The results indicate that the composite standardized geopotential height at 500 hPa presents two different meridional wave trains from north to south over the East Asian-Pacific region,i.e.,a"-+-"pattern for the droughts and a"+-+"pattern for the floods,respectively.The developing,maintaining and decaying phases in the drought and flood events are closely related to the intensity and location of a subtropical high and an extra-tropical blocking high.It is shown that the East Asian summer monsoon is strong(weak)with the occurrence of persistent drought(flood)events.Droughts(floods)are accompanied by a weak(strong)tropical convergent system and a strong(weak)subtropical convergent system.Furthermore,the persistent drought(flood)events are associated with a divergence(convergence)of vertically integrated water vapor flux.In the vertical profile of water vapor flux,divergence(convergence)in the mid-and lower-levels and convergence(divergence)in the higher levels are evident in the droughts(floods).Both the divergence in the droughts and the convergence in floods are strongest at 850 hPa.     

“一带一路”区域气候变化事实、影响及可能风险

“一带一路”区域国家经济、政治发展极不平衡,随着全球气候变暖,区域内的自然环境、气候资源、水资源等都将面临着显著而复杂的变化,并且干旱、洪涝等多种气候灾害是“一带一路”区域可持续发展和重大基础设施建设面临的重大威胁之一。目前,“一带一路”倡议已经进入实质性建设阶段,沿线地区的气候变化及其灾害风险关乎“一带一路”倡议能否顺利实施及亚投行的投资安全。在此背景下,2016—2018年中国科学院地球科学学部实施了“‘一带一路’区域气候变化问题”咨询评议项目,项目针对该区域气候变化的事实、未来变化预估、气候变化的可能影响以及带来的潜在风险等问题进行了系统的调研,并开展了若干分析和研究。经过两年的努力,项目组完成了有关进展报告四份,包括一份总报告和三份分报告。本文扼要地概括和介绍了项目取得的主要成果。     

1961—2019年长江中下游区域性干旱过程及其变化

客观识别区域性干旱过程，评估其强度是开展精准监测、评估干旱影响业务的基础。基于长江中下游地区502个国家级气象站1961—2019年逐日气温、降水资料以及1971—2019年干旱受灾面积，运用气象干旱综合指数（MCI）及区域性干旱过程识别方法，识别出长江中下游地区126次区域性干旱过程，干旱过程的次数随着持续天数增多呈明显减少趋势，决定系数达0.89。1961—2019年长江中下游地区共发生6次特强区域性干旱过程、19次强区域性干旱过程、38次较强区域性干旱过程，其余63次为一般区域性干旱过程，区域性干旱过程的持续天数、平均强度、平均影响面积以及综合强度指数的变化趋势形态各异。长江中下游地区年干旱日数总体呈现“北部多于南部、平原多于山区”的分布特征，且总体呈现“西北部增多、东南部减少”的变化趋势，干旱日数与干旱受灾面积变化趋势较为一致，相关系数达0.66。由典型区域性干旱过程监测评估可知，干旱综合强度指数与干旱站数存在明显的正相关，干旱综合强度指数越强，各等级干旱站数越多；各地干旱日数的多少与干旱受灾面积的大小也较为一致，干旱日数越多的地区，干旱受灾面积越大。总体来看，区域性干旱过程识别方法及评估结果与干旱灾情较为吻合，能较好地识别出区域性干旱过程，并可从持续天数、平均强度、平均影响面积以及干旱综合强度等多角度对干旱过程进行监测评估。      

华北地区干旱的气候背景及其前兆强信号

将华北地区春、夏季出现异常干旱和多雨典型年份的 5 0 0hPa高度和北太平洋海温的距平进行合成 ,讨论了干旱期和多雨期大气环流和海洋变化的气候背景特征。结果表明 ,华北地区的干旱期和多雨期间的大气环流和海温变化存在趋势性差异。以 3个特旱年为例 ,使用信噪比的方法识别发生特别干旱的前期大气、海洋的强信号。虽然 3个特旱年的前期大气和海洋表现出的强信号的位置和强度并不完全一致 ,但是乌拉尔山脉附近和贝加尔湖附近高度的异常变化及黑潮、暖池及Nino 4区东部附近海温的异常变化是值得注意的前兆信号     

“一带一路”沿线国家2020—2060年人口经济发展情景预测

本文应用IPCC共享社会经济路径(SSPs),开展“一带一路”沿线国家的人口和经济情景预测,研究可持续路径(SSP1)、中间路径(SSP2)、区域竞争路径(SSP3)、不均衡路径(SSP4)和化石燃料为主发展路径(SSP5)下,“一带一路”沿线国家社会经济的变化趋势,构建“一带一路”沿线国家人口和经济发展情景数据库,服务于气候变化影响、风险、适应和减缓路径方案设计。研究表明：(1)2016年“一带一路”沿线国家总人口占全球人口的62.3%,GDP总量占全球的31.2%。其中“21世纪海上丝绸之路”经过的东南亚和南亚地区经济总量大,但人口密集,人均GDP较低;“丝绸之路经济带”涵盖的中亚、西亚、东欧等地区人口密度小,经济相对发达。(2)“一带一路”沿线国家未来人口和经济整体呈增长趋势,但不同的社会经济发展政策对人口经济变化有重大影响。不同的SSPs路径下,2060年人口将比2016年水平增加3.3亿(SSP5)~18.3亿(SSP3),经济总量达到2016年水平的3.0（SSP3)~6.4倍(SSP5)。人口占全球总量的比重持续减少,经济比重则有所增加。(3)21世纪中期(2051—2060年),“一带一路”沿线国家平均人口密度约95人/km²,GDP约164万美元/km²。不同社会经济发展政策间人口经济分布有一定差异,SSP3路径下大部分国家人口增长迅速,但经济发展缓慢,人均GDP多低于2万美元;SSP5路径下人口相对较少,经济发展迅速,大多数国家人均GDP超过2.5万美元;其他3种路径下人口经济发展介于SSP3和SSP5之间。     

近55年来云南区域性干旱事件的分布特征和变化趋势研究

本文利用一种简化的区域性干旱事件识别方法,对近55年来云南区域性干旱事件进行了识别,在此基础上,选取区域性干旱事件的持续天数、影响站点数、平均强度、累积强度和极端最大强度这5个单一事件评价指标,构建了云南区域性干旱的综合评估模型,确定干旱等级划分标准。进一步分析表明,云南区域性干旱的发生频次、累积强度和累积影响站次均呈现上升趋势;云南在12、1和3月干旱发生最多,7、8月干旱发生最少;干旱持续天数集中在15～45 d,最长的可达222d;云南多发全省性的干旱且旱情偏重。云南中部区域干旱偏多、偏重发生;在严重的干旱事件中,中部型发生频次最多。     

基于CI指数的昔年地区1961-2012年春季干旱分布特征

_{选用1961-2012年西南片区(四川、贵州、云南和重庆市)90个地面气象观测台站的逐日降水、日平均气温的实测气象要素资料,运用综合气象干旱指数(CI) 来统计分析近52年来西南春季干旱的时空变化特征。研究得出：西南地区干旱主要发生在春季和冬季,其中春季干旱的频次最高,而冬季的干旱强度最强,春季干旱的频次和强度均为3级干旱(中旱)较偏多偏强;春季干旱的频次和强度均为略有下降趋势;年代距平均在20世纪60至80年代的为正,而后为负;频次在1980年左右有个突变,而强度在1981年左右有突变;频次主要在21世纪初之前具有8a的年际周期变化,有明显的缩短趋势,强度主要具有8a的年际周期变化和12a的年代际周期,也均具有明显缩短的趋势;频次和强度指数均在云南中部、贵州东部和四川西北部边缘有3个明显的高值中心,而四川南部和重庆东北部为低值中心。}     

VARIATION AND CAUSES OF PERSISTENT DROUGHT EVENTS IN GUANGDONG PROVINCE

Variation characteristics of persistent drought events in Guangdong province are analyzed using 45-year(1961-2005) and 86-station observational precipitation data of Guangdong,and the causes of drought events are discussed from different angles(e.g.,atmospheric circulation,sea surface temperature) on the basis of global coverage datasets of sea surface temperature and atmospheric elements.It is found that the occurrence frequency of persistent drought events in Guangdong province is once every 26 months on average,and autumn-winter or winter-spring persistent drought events take up the majority.The persistent drought events possess large scale spatial characteristics.While the 1960s is the most frequent and strongest decade of drought events in the latter half of the 20th century,the occurrence is more frequent and the intensity is stronger in the first five years of the 21st century(2001-2005).This reflects the response of regional extreme climatic events in Guangdong to global climatic change.The atmospheric circulation,sea surface temperature,etc,appear to have different abnormal characteristics when drought events happen in different seasons.The results of this paper provide some good reference information for the drought forecast,especially for the dynamic interpretation of climatic model products.     

两湖流域盛夏持续性旱涝过程诊断分析

基于区域的平均雨量,用Z指数方法确定发生于洞庭湖与鄱阳湖(简称两湖)流域持续10天及以上的少雨和多雨过程。利用NCEP再分析资料对这些旱涝过程进行诊断分析。结果表明:(1)区域出现连续性旱涝过程时,500 hPa高度场经向分布差异十分明显,在持续性干旱(洪涝)过程中,东亚-西太平洋地区从高纬到低纬表现为典型的"-+-"("+-+")波列分布型,旱涝过程的发生、维持和消退与西太平洋副热带高压的位置和强度变化紧密相关,同时中高纬阻塞形势的变化也十分明显。(2)区域出现连续性旱涝过程与东亚夏季风的强弱显著相关。持续性干旱过程,东亚夏季风环流处于偏强时期,伴随着弱的热带辐合带系统和强的副热带辐合系统,洪涝过程则完全相反。(3)区域持续性旱(涝)过程与区域强水汽辐散(辐合)相对应,且在水汽垂直分布上表现为低层水汽辐散(辐合),高层为水汽辐合(辐散),在850 hPa处的水汽辐散(辐合)最强。