塔克拉玛干沙漠南缘极端降水变化趋势与突变特征

利用1966-2009年塔克拉玛干沙漠南缘16个站逐日的降水资料,运用累积频率的方法确定了塔克拉玛干沙漠南缘各站极端降水量的阈值。通过Mann-Kendall法和滑动t检验方法进行比较分析,得出极端降水指数的突变特征。结果表明：塔克拉玛干沙漠南缘极端降水量、频率、强度、年最大日降水量均呈增加趋势。极端降水量和频率的突变点分别是1998、 1997年附近,极端降水频率与极端降水量呈较好的正相关。极端降水的强度和年最大日降水量的突变点分别为1985和1981、1985年。极端降水量的增加可能是由极端降水日数的增加和极端降水强度的增强共同引起的。     

1960—2020年宜春地区极端强降水变化特征

基于1960—2020年宜春市10个气象站点的逐日降水资料,计算世界气象组织（WMO）“气候变化检测和指标”推荐使用的9个极端降水指数,应用线性趋势、M-K和滑动t检验、主成分分析、反距离加权方法,分析该区域极端降水的时空变化和突变特征。结果表明：1） 日最大降水量、极强降水量、大雨日数和日降水强度指数均呈显著上升趋势,5 d最大降水量、极强降水量和雨日降水总量指数增加趋势不显著。2） 区域整体呈“湿化”趋势发展。极端降水指数的气候变化率呈东部大于西部、南部大于北部的特征。3） 连续干日、5 d最大降水量和雨日降水总量指数未发生突变,其他指数基本在1990年前后发生突变。4） 连续干日指数与其他指数均表现为显著负相关,雨日降水总量指数与大部分指数表现为显著正相关。     

基于气象台站的澜沧江上游极端气温与极端降水变化特性研究

基于流域内的3个气象站点1960-2020年逐日最高气温、最低气温和降水量等基础资料,采用线性倾向回归分析法、Mann-Kendall突变检验法和小波分析等方法进行研究,分析和揭示了澜沧江上游流域在时间尺度上的变化。研究结果表明：(1)在1960-2020年,澜沧江上游流域的极端气温暖昼日数(TX90P)和暖夜日数(TN90P)呈显著上升趋势,速率分别为1.6d/10a和2.7d/10a;冷昼日数(TX10P)和冷夜日数(TN10P)呈显著下降趋势,速率分别为1.2d/10a和2.7d/10a,而极端降水变化只有持续湿润指数(CWD)的变化趋势不显著,其余三个降水指标降水总量(PRCPTOT)、1日最大降水量(RX1day)、5日最大降水量(RX5day)都呈显著上升趋势,速率分别为18.8mm/10a、0.5mm/10a和0.8mm/10a。(2)澜沧江上游流域极端气温指数冷昼日数(TX10P)在1992年出现突变点,冷夜日数(TN10P)在1978-1993年间出先了连续突变现象,极端气温指数降水总量(PRCPTOT)在2000年以后发生突变,这也说明了在时间尺度上的变化明显。(3)在1960-2020年,澜沧江上游流域的极端气温和极端降水周期特征变化显著,均存在多时间尺度的特征,第一主周期主要在10-15a、15-20a和25-30a三个时间尺度范围内。     

不同边界层参数化方案对台风“烟花”北上阶段暴雨模拟的影响试验

边界层参数化方案是造成数值模式预报误差的重要来源之一，筛选适用于环渤海地区台风暴雨模拟的边界层参数化方案，可为该地后续业务应用及科研工作提供参考依据。应用WRFV4.3模式中的8种边界层参数化方案（ACM2、BouLac、GBM、MYJ、MYNN、QNSE、UW、YSU），对2021年第6号台风“烟花”北上阶段造成的暴雨过程进行数值模拟试验，对比分析不同边界层参数化方案对暴雨模拟结果的影响，并基于ERA5资料进行边界层热动力结构的模拟效果检验。结果表明：（1）各方案对台风北上阶段的降水（24 h累积降水量、累积降水极值和位置、降水ETS评分、小时最大降水量以及逐小时10.0、20.0 mm降水的落区分布）模拟结果表现出明显差异，对路径的模拟差异主要体现在模拟时段的中后期。（2）局地闭合的BouLac方案对于10.0 mm以上量级24 h累积降水量的ETS评分表现最优，而非局地ACM2方案所模拟的24 h累积降水量在25.0、50.0、100.0 mm以上量级降水的ETS评分均为最优，且累积降水极值、区域平均24 h累积降水量以及小时最大降水量均值等也与ERA5资料较为接近，在环渤海地区...     

湖南省短历时降水极值分布拟合与应用

选择适宜的极值分布模型有助于提高极值序列再现期极值的准确度。基于1981—2010年湖南省97个地面气象观测站逐时降水观测资料,构建逐站年和季1 h、3 h、12 h最大降水量序列,运用Pearson-Ⅲ型、Gumbel、对数正态、Cauchy和Weibull 5种分布函数对湖南省3种短历时最大降水量序列进行极值分布拟合。结果表明：1981—2010年湖南省中北部地区3种短历时降水极值分布符合Gumbel分布模型,Weibull分布次之;湖南省南部地区3种短历时降水极值分布则仅符合Gumbel分布模型。在此基础上,应用Gumbel分布模型估算湖南省各站重现期为百年的降水极值,结果表明1 h、3 h、12 h的年降水极值高值中心分别位于湘东南地区、湖南省西部地区和湘西北地区;各季降水极值中心与年极值中心略有不同。     

湖南夏季降水日变化特征

利用湖南96个测站13年的逐时自记降水资料, 分析了夏季（6~8月）降水日变化特征。结果表明, 湖南夏季降水日变化呈现显著的区域差异。湘东南降水量、 降水频次峰值主要出现在午后到傍晚, 而其它地区的降水峰值一般出现在清晨。进一步分析显示, 降水频次峰值出现时次分布更集中, 区域特征更鲜明。湘西北、 湘东南区域平均的累积降水量、 降水频次及降水强度的日变化在清晨和午后均呈双峰型特征。湘西北主（次）峰值出现的时间大致与湘东南次（主）峰值出现的时间对应。同时, 降水日变化与降水持续时间密切相关。持续5~10 h降水事件是持续1~4 h事件与持续10 h以上事件降水量峰值出现时间发生显著变化的过渡降水事件。持续1~4 h（10 h以上）的降水事件的极值降水始发时间为午后至傍晚（夜间）。在不同持续时间的降水事件中, 持续2 h降水的累积量最大。     

天津市夏季降水日变化特征

利用1954－2007年天津市夏季逐时自记降水资料,分析了天津市夏季降水（包括逐小时降水量、降水频次、降水强度以及不同持续时间降水）日变化规律。结果表明：天津市一日内不同时次的多年累积降水量具有显著的日变化特征,呈明显的双峰型,高值分别出现在午后17时和午夜02时。逐小时降水强度与降水量的变化特征非常一致,而多年累积降水频次在凌晨02时至08时较高,之后至11时逐步降低,11时至24时变化不大。降水量与降水频次及降水强度的关系均达到显著性水平（P < 0.001）,但逐小时降水强度与降水量相关性明显高于降水频次,表明降水量变化与降水强度有直接的关系,而降水频次对累积降水量的贡献占较小的权重。持续不同时间降水事件的发生次数在一日内的变化特征明显不同,长时性降水峰值集中在清晨,而短时性降水尤其是1-3 h降水主要以午后为主。     

西南地区极端降水变化趋势

利用西南地区90个气象台站1970-2010年逐日降水量资料,依据世界气象组织(WMO)定义的连续5d最大降水量、总降水量、强降水比等6种极端降水指数,采用F检验、11a滑动平均等统计方法,研究了西南地区极端强降水变化趋势的时空变化特征。在时间上,西南地区近41年来冬、春、夏季连续5d最大降水量缓慢波动上升,秋季连续5d最大降水量呈下降趋势;强降水、降水强度及强降水比呈上升趋势,但总降水量和最长持续无降水日数呈减少趋势;另外,各极端降水指数还存在明显的年际、年代际变化。在空间上,西南地区极端降水变化趋势具有显著的地域差异,呈东西或西北东南向梯度变化特征。其中冬季连续5d最大降水量、降水强度、强降水比及最长持续无降水日数,在西南大部分地区呈增加趋势。秋季连续5d最大降水量与总降水量在西南大部分地区呈减少趋势。而春、夏季连续5d最大降水量和强降水的增减区域大致相当。     

横断山系云岭余脉点苍山东西侧小时降水特性对比分析

利用横断山系云岭余脉点苍山东西侧两个国家级气象台站2005—2012年逐小时降水量数据,详细分析东侧和西侧降水特性及差异。结果表明点苍山东西侧多年平均降水气候态相似,两侧年降水量接近,降水季节演变一致,但小时尺度的降水变化却存在明显差异：降水量和降水频次日变化在东侧以单峰型为主,西侧则双峰型变化显著;东西侧均存在后半夜降水量和降水频次高峰,主要由持续6h及以上的长时降水事件引起,且该高峰对总降水量的贡献东侧略大于西侧、持续时间东侧略长于西侧;西侧在午后至傍晚出现另一个降水量和降水频次高峰,一般由持续6h以下的中、短时降水事件造成;累积小时降水量和降水频次的最大值东西侧均于凌晨出现,出现时间东侧滞后于西侧3h;累积小时降水量的最小值东侧出现于傍晚、西侧则在正午发生,而累积小时降水频次的最小值东西侧均出现在正午前后。小时雨强日变化西侧较东侧强烈,尤其是夜间,西侧存在21时和03—04时大雨强时段,东侧雨强则缓慢变化于清晨07—08时达最大。这种小时降水特性的东西差异受点苍山地形影响,南北走向高大山脉的特殊地形使两侧下垫面辐射差异在傍晚达最大,辐射强的西侧容易形成降水量、降水频次、小时雨强的傍晚高峰。该区域降水特性的不均匀分布使其成为西南复杂地形区气候区域差异的典型代表。     

中国区域小时降水量融合产品的质量评估

基于全国自动站观测降水量和CMORPH(CPC MORPHing technique)卫星反演降水资料,采用PDF(probability density function)和OI(optimal interpolation)两步融合方法生成了中国区域1h、0.1°×0.1°分辨率的降水量融合产品.本文分别从产品误差的时空分布特征、不同降水量级和不同累积时间下的产品质量、三种站网密度下的融合效果以及对强降水过程监测能力等方面对比评估了融合降水产品质量.结果表明,融合降水产品有效利用了地面观测和卫星反演降水各自的优势,在降水量值和空间分布上均更为合理;融合产品平均偏差和均方根误差均减小,随时间的变化幅度不大且区域性分布特征减弱;融合产品与融合前的卫星反演降水产品相比在中雨(1.0～2.5 mm/h)、中到大雨(1.0～8.0 mm/h)、暴雨及以上(≥8.0 mm/h)的相对误差分别为-1.675％、小于15.0％、30.0％左右,且随着累积时间的增加,产品质量进一步提高;该产品能准确抓住强降水过程,在定量监测强降水中具有优势.     

湖南雨凇与大气环流和海温因子的相关分析

雨凇是冬季影响湖南的一种主要气象灾害。对湖南雨凇与大气环流特征量、海温异常的相关性进行了分析。结果表明：亚洲区极涡面积和东亚槽位置对中国湖南雨凇天气影响极为重要。当欧亚纬向环流为低指数时,有利于中国湖南雨凇的形成;当东大西洋欧洲区阻塞高压面积指数为低指数和乌拉尔山区阻塞高压面积指数为高指数时,湖南多雨凇天气发生。冬季西太平洋副热带高压面积偏大、强度偏强、西脊点偏西不利于中国湖南雨凇发展。拉尼娜事件结束年同时为厄尔尼诺开始年的年份湖南雨凇最为严重,厄尔尼诺事件起始年湖南雨凇强度最轻。     

2013年夏季湖南严重高温干旱及其大气环流异常

利用湖南省97个台站降水、气温资料和NECP/NCAR再分析资料以及NOAA卫星观测的OLR场资料,系统分析了2013年6月30日至8月14日湖南持续高温干旱的时空分布及同期大气环流异常特征。结果表明：2013年夏季是湖南1951年以来降水最少、高温干旱程度最严重的一年。西太平洋副热带高压强度偏强、西伸脊点偏西,湖南处在副高控制下,盛行下沉气流是发生持续高温干旱的直接原因;西太平洋副高内增强的下沉气流,致使多数县市高温日数和极端高温突破历史同期最高记录。位于菲律宾附近的OLR低值带中心偏西,致使副热带地区下沉区偏西,进而造成西太平洋副高偏强偏西。此外,湖南地区上空为水汽输送异常辐散中心,这在一定程度上促使了干旱的发生发展。     

近32年长沙市短时强降水的气候变化研究

利用长沙市近32 a的1 h、3 h雨量资料,分析了长沙短时强降水年发生次数、月际分布、时段分布、极值分布等气候特征及1 h、3 h雨量极值趋势分析、突变检验。结果表明,长沙市1 h、3 h短时强降水年发生次数的多年平均值为4.4、3.7次,雨强平均为29.2 mm/h、14.8 mm/h。长沙发生1 h短时强降水高峰期为6-8月,3 h短时强降水高峰期为6-7月。1 h短时强降水容易发生在15-17时及20时等时段,3 h短时强降水容易发生在04-08时及01时等时段。1 h、3 h短时强降水年雨量极值大多出现在主汛期。年1 h雨量极值发生在7月最多,6、8月次之;年3h雨量极值发生在6月最多,7月次之。长沙市1 h、3 h短时强降水年雨量极值整体呈弱增加趋势,其长期趋势变化存在明显年代际变化特征和阶段性特征,无突变现象。     

1962-2011年湖南省大暴雨时空分布特征

利用1962-2011年湖南省97个气象站逐日降水量资料,利用时序分析与聚类分析等方法,对湖南省大暴雨时间和空间分布特征进行分析。结果表明：从时间来看,20世纪90年代是湖南省大暴雨出现最多的10 a;1962-2011年,湖南省大暴雨日以0.73 d/10 a的平均速率增加。夏季是湖南省大暴雨最集中的季节;冬季没有出现过大暴雨;6-7月为大暴雨最集中的月份。从空间来看,湖南省西北部和东北部是大暴雨的两个高频区;湖南大暴雨划分为三季型、双季型和单季型3种类型,依次主要分布在湖南省西南部、中部地区以及西北部和东南部。     

1961~2013年湖南夏季高温气候特征

基于1961-2013年湖南82个台站夏季逐日最高气温数据,采取线性趋势分析等方法分析了近53 a湖南高温（最高气温≥35℃）气候特征。结果表明,湖南省夏季多年平均高温日数、高温均值及极端最高气温的大值区主要分布在湘东偏南及湘中偏北的部分地区。全省区域平均的多年平均高温站次及高温值总体呈线性增加趋势,7月中旬到8月上旬高温站次出现相对较多,7月8日起高温均值达到36℃以上并一直维持到8月末。高温最大持续日数总体呈现从湘中衡阳、株洲等地市向四周递减的分布趋势,极端持续高温日数阈值与高温最大持续日数空间分布较相似,但极端持续高温事件发生次数较多的台站主要分布在湘北、湘东南及湘西南。     

基于小时分辨率的降水过程辨识方法研究

强降水极易造成暴雨灾害,尤其是突发性强的短时强降水,动态监测、影响评估和风险预估是灾害防御的重要手段。但目前气象服务业务中,强降水的定量评估和风险预估还是以天为单位,现代气象服务精细化的需求迫切要将时间分辨率提升至小时尺度。本文利用1951—2018年国家气象观测站小时降水观测资料,从小时尺度界定站点、大区域、小区域降水过程的辨识方法。基于改进的降水过程综合强度评估方法,在概率密度分布的基础上,重新划分了极端、特强、强、较强、中等五个等级的降水过程综合强度指数。检验论证显示,基于小时分辨率降水过程的自动提取和评估方法合理,具有可操作性,能够对过程性降水、短时降水过程动态评估和预评估,可实时支撑气象服务业务,提升气象防灾减灾能力,也为后续开展短时强降水影响评估和风险预估建立基础。     

河南省大风日数时空分布及其对沙尘天气的影响

利用1971—2009年河南省110个气象站观测资料,采用气候统计学分析方法,对河南省大风日数时间演变、空间分布及与扬沙和沙尘暴日数的关系进行分析。结果表明：近39a来,河南省年平均大风日数以2.2d/10a的速率显著减少;四季大风日数亦均呈显著减少,表现出春季（0.8d/10a）大于冬季（0.6d/10a）大于秋季（0.4d/10a）大于夏季（0.3d/10a）的特征。无论在年尺度还是季尺度,河南省大风日数表现出随年代增加而减少的趋势。河南省大风天气主要出现在春季和冬季,集中于春季（3—5月）,占全年的40.8%,秋季最少;4月最多（15.5%）9,月最少（1.9%）。河南省大风日数的空间分布与地形有很大关系,大风日数较多的区域主要分布在太行山东南部以及海拔自低至高的河南省中北部地区,而在地势较为平坦的东部地区和山系较多海拔较高的西部地区相对较少。1971—2009年,河南省年平均扬沙日数和沙尘暴日数随时间增加均显著减少,其减少速率分别为0.4d/10a和0.3d/10a。相关分析表明,年平均扬沙日数和沙尘暴日数与年平均大风日数平均呈极显著正相关,其相关系数分别为0.88和0.75;大风日数随时间的变化对沙尘天气随时间的变化具有显著作用,大风日数的减少是沙尘天气减少的主要原因。     

1960～2010年湖南雨日的时空变化特征

采用湖南省的88个地面气象站点逐日降水资料,运用经验正交分解（EOF）、线性回归、小波分析等方法分析了湖南雨日的空间变化特征和气候变化趋势,以及湖南雨日与降水量的关系。结果表明：湖南雨日空间分布大致是南多北少,平原少于山区丘陵区,呈现出2条少雨日带、4个多雨日区;过去51 a湖南大部分地区雨日呈减少趋势,对比雨日的空间分布发现,未来湖南雨日的空间分布差异可能减小;湖南雨日存在明显的年代际变化,1970年代和2000年代分别为近51 a来雨日最多和最少的10 a。湖南雨日的空间分型既有全区一致性,也存在着东南部—西北部、湘中地区与周围地区及东部—西部相反变化的差异。全区一致型雨日呈下降趋势,存在3 a、8 a和21 a周期变化。东南—西北反向型雨日东南（西北）呈下降（上升）趋势,存在3 a、6 a和18 a周期变化。湖南雨日与降水量呈正相关关系,且雨日和降水量的时空变化特征非常相似。     

近53年江淮流域梅汛期极端降水变化特征

基于1961—2013年江淮流域梅汛期（6—7月）逐日降水资料,利用百分位法确定极端降水阈值,对江淮流域梅汛期极端降水的时空分布及突变特征进行分析,结果表明：95%分位极端降水阈值多在50 mm以上,大值中心主要位于湖北东部到安徽南部一带;平均极端降水强度与阈值大小的空间分布相似。极端降水量和极端降水日数整体呈现由安徽南部向四周递减的空间分布特征,极端降水量约占梅汛期降水总量的1/4~1/3。从季节内分布上看,极端强降水站次在梅汛期呈单峰型分布,各候间差异明显,其中6月第5候到7月第2候最多。极端降水量、极端降水日数以及极端降水量占梅汛期总降水量百分比均具有明显的年际变化,且上升趋势显著;江淮流域梅汛期极端降水量和极端降水站次的这种上升趋势均在1980年发生突变。     

东莞降水强度的演变及近年趋势分析

使用反映降水强度的各时段最大降水、各量级降水等气象观测资料,应用累积距平法、M-K法和YAMA法对东莞降水强度进行初步的气候诊断分析.分析表明:从1980年代起,东莞的降水强度在6小时以内时段呈多波动变化,9小时以上时段的趋势大体上振荡下降.20分钟、30分钟、3小时的最大降水量在1980年代初发生突变,1988-1997年为谷底,其后是增强的趋势.大量级(100 mm及以上)最大降水量显著增强、增多.5分钟、20分钟、45分钟、1.5小时和12小时时段的最大降水量出现了均值的突变,其中1.5小时的突变(2002年)较强,突变之后的均值较之前增大.大量级的降水日数均值未发生突变.近年东莞的6小时以内时段的降水强度是增大的,但这种趋势变化未达到显著程度,2小时内的降水强度在2004-2005年间是个转折点,可能是一个趋势突变点.