过去千年中国东部持续性严重干旱事件的模拟研究

文章利用CESM1.1(公共地球系统模式)模式过去千年集合试验结果,对模拟的过去千年中国东部持续性严重干旱事件的时空特征及发生机制进行了初步分析。模式模拟出过去千年中国东部发生了7次持续性严重干旱事件,分别为883~910年、951~977年、1253~1305年、1327~1346年、1471~1488年、1587~1610年和1688~1699年干旱事件,其中仅1471~1488年干旱事件与中国东部旱涝指数对应较好,表明模式对中国东部干旱事件的模拟能力较低。这7次干旱事件均与模拟的ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)负位相状态相对应,揭示ENSO可能对中国东部干旱事件的发生起了非常重要的作用。模拟分析结果显示,1253~1305年干旱事件前期可能主要受火山活动驱动,后期则可能受到太阳活动和自然内部变率的影响。另外,1587~1610年干旱事件后期可能也受到火山活动的影响;883~910年和951~977年干旱事件则完全受自然内部变率的影响。对1327~1346年、1471~1488年和1688~1699年这3次干旱事件,无法分辨外强迫和内部变率ENSO的各自贡献。     

近300a来塔里木河流域旱涝灾害特征分析

干旱与洪涝是极端水文事件中最具有代表性的水文事件,在气候变化的影响下旱涝灾害事件越来越引起人们的关注. 采用传统的气象干旱指标-标准化降水指数SPI和小波分析法、反距离加权法以及线性回归分析,研究了近300 a来塔里木河流域旱涝灾害分布特征及关键影响因素. 结果表明：近300 a来塔里木河流域旱涝灾害呈增加的趋势,且洪涝事件较干旱事件明显. 其中,喀什、阿克苏等地的发生频率最高,并表现为群发性;近60 a塔里木河流域自西向东旱涝灾害事件呈交替现象. 小波分析结果表明,塔里木河流域旱涝灾害呈现15 a的周期性,由此推断未来5~10 a研究区湿润化面积仍有扩大的可能. 大气环流指数与多尺度下的SPI指相关性检验表明,PNA对秋季和冬季的SPI值的影响较为显著;旱涝灾害对农牧业的影响较为严重,其中,洪涝灾害的影响大于干旱.     

1928年至1929年中国东部的严重干旱

1928～1929年夏季,中国北方(34°～45°N,106°～122°E)和华南(20°～30°N,106°～122°E)地区遭受了严重的干旱,此次旱灾是中国近代十大灾荒之一。由于早期观测资料缺乏,数值模拟成为研究此次旱灾形成机制的重要手段。本研究诊断分析了挪威地球系统模式(NorESM1-F)过去千年试验中1928年和1929年的模拟。结果表明：模拟的1928年与1929年夏季中国东部季风区旱涝空间分布与历史记录重建非常相似;即1928年夏季,降雨集中在长江与黄河之间,而1929年夏季,降雨集中在长江中下游;其他地区降雨偏少。重建和观测资料证实NorESM1-F能够较好地模拟中高纬海表面温度异常;同时,模拟结果显示,这两年夏季北大西洋高纬地区以及北美西海岸的海表面温度偏高是造成这两年干旱的控制因素之一。它激发出影响东亚夏季降水的遥相关波列。1928年夏季,明显的正位相欧亚遥相关,导致东亚大槽加深、西太平洋副热带高压南撤、东亚夏季风减弱,并最终导致1928年夏季降水异常减少;而1929年夏季,中纬度的丝绸之路遥相关波列(SRP)使200 hPa南亚高压加强东伸、中国东部沿海地区出现正...     

1951～2005年海河流域汛期降水量的时空变化特征分析

本文根据<海河流域汛期10区域旱涝预报物理模型>的分区标准,对1951～2005年海河流域的9个分区和全区的汛期(6～9月)降水量和干旱洪涝的时空变化和年际变化特征做了深入的统计分析和研究.在近55年来.海河流域的9个流域性多雨洪涝和大涝年有2/3集中在1954～1964年的11年中,1965～2005年的41年只有3个洪涝年.在1991～2005年的近15年中,有11年汛期较常年同期偏少,只有1995～1996年发生了洪涝.本文通过图表能够使读者比较清楚地了解和掌握海河流域9个分区和全区性洪涝和干旱的变化规律,更好地合理利用海河流域的宝贵水资源.     

淮河流域旱涝灾害致灾气候阈值

采用淮河流域内1959—2008年110个气象站的逐日降水资料,结合流域1978—2008年农作物旱涝灾害受灾面积数据,基于降水致灾因子与农作物承灾体受损程度等研究,提出旱、涝致灾气候阈值概念,在此基础上分析旱涝灾害发生的时空特征,确定淮河流域合理的旱涝致灾气候阈值区间并建立致灾气候阈值与农作物受灾面积之间的定量关系。结果表明:①致灾气候阈值可通过计算发生旱涝事件时间段累积降水量除以1959—2008年相应时段累积降水量的平均值来定义,得到的旱、涝致灾气候阈值在不同尺度下对旱、涝灾害事件均有较好地稳定反映,可满足研究区旱、涝事件分析需求;②洪涝致灾气候阈值与农作物受灾面积存在一致的变化趋势,而干旱致灾气候阈值与农作物受灾面积相关系数高达0.96,构建了基于干旱致灾气候阈值的农作物受灾面积预测模型。     

PRECIS模式对宁夏气候变化情景的模拟分析*

使用英国Hadley气候中心区域气候模式PRECIS,分析了B2温室气体排放情景下,相对于气候基准时段1961~1990年宁夏2071~2100年(2080s)地面气温、降水量等的变化。结果表明:PRECIS模式能够很好地模拟宁夏气温的分布特征,对夏季最高气温的模拟效果好于冬季最低气温;较好地模拟出了宁夏降水南多北少的空间差异特征,且对夏季降水的模拟能力明显强于年均降水和冬季降水。相对于气候基准时段, 在B2情景下,2080s宁夏年平均、冬季和夏季平均气温均明显上升,宁夏北部和南部的部分地区气温上升幅度最大,夏季平均气温和最高气温上升幅度大于冬季平均气温和最低气温;未来宁夏年、冬季和夏季平均降水较基准时段均有所增加,但降水随年代际却呈减少趋势,由于气温和降水的气候变率加大,2080s宁夏出现高温、干旱、洪涝等异常天气事件的可能性增大。     

淮河流域旱涝灾害致灾气候阈值

采用淮河流域内1959—2008年110个气象站的逐日降水资料,结合流域1978—2008年农作物旱涝灾害受灾面积数据,基于降水致灾因子与农作物承灾体受损程度等研究,提出旱、涝致灾气候阈值概念,在此基础上分析旱涝灾害发生的时空特征,确定淮河流域合理的旱涝致灾气候阈值区间并建立致灾气候阈值与农作物受灾面积之间的定量关系。结果表明:① 致灾气候阈值可通过计算发生旱涝事件时间段累积降水量除以1959—2008年相应时段累积降水量的平均值来定义,得到的旱、涝致灾气候阈值在不同尺度下对旱、涝灾害事件均有较好地稳定反映,可满足研究区旱、涝事件分析需求;② 洪涝致灾气候阈值与农作物受灾面积存在一致的变化趋势,而干旱致灾气候阈值与农作物受灾面积相关系数高达0.96,构建了基于干旱致灾气候阈值的农作物受灾面积预测模型。     

淮河上游地区干旱评价分析

利用淮河上游6个雨量站1964～2000年日降雨资料和邻近气象站气象资料,分别计算各站逐月Palmer干旱指标和雨量距平指标,并对计算结果进行对比分析.结果表明:淮河上游地区旱涝程度具有较强的持续性,夏季干旱多发,不过干旱等级多集中在轻微干旱和中等干旱;秋冬季节则是严重干旱多发的季节;极端干旱多发于春季;相比降雨量较大的淮南地区,淮北地区更为干旱.     

青海省玉树旱涝态势变化规律分析

选取青海省玉树1953~2013年月降水数据,基于标准化降水指数SPI,利用频率分析、小波周期分析等方法对玉树县近61年来旱涝强度、频率分布、周期性变化等旱涝态势演变特征进行了研究。研究结果表明:(1)SPI-3、SPI-6和SPI-12三种尺度标准化降水指数对旱涝指示程度存在差别,相比大时间尺度,小时间尺度的标准化降水指数值更为分散,波动幅度更大,对干旱和洪涝的识别更为敏感。近年来,随着玉树县水土流失和沙化,当地土壤持水力程下降趋势,对干旱和洪涝较为敏感,因此玉树县可采用三种尺度标准化降水指数。(2)近61年,玉树县重旱平均发生概率为2.1%,重涝平均发生概率为1.3%。(3)未来几年,预计玉树县仍呈现偏涝趋势。(4)玉树县SPI-12以18a为主周期进行变化。     

基于SPEI的衡水地区干旱趋势变化及周期研究

基于衡水地区1964-2015年的月年降水气温数据,选取SPEI指数作为干旱指标,利用小波分析法,探讨研究区干旱趋势及干旱周期,分析衡水地区干旱变化规律。结果表明:1964-2015年衡水地区气候整体存在不显著的干旱趋势,干旱年份主要以中度干旱为主,严重干旱发生在上世纪六十年代(1965、1968)和九十年代(1997、1999);衡水地区存在两个震荡周期,第一主周期为13a,第二主周期为5a,预测未来几年内气候有变干趋势。     

ENSO事件对长江上游1470-2003年旱涝灾害影响分析

对长江上游旱涝灾害时间序列(1470-2003年)及SST指数序列(1868-2003年)作统计相关与谱分析,探讨了长江上游旱涝灾害与ENSO事件的遥相关关系.结果表明:长江上游旱涝灾害主周期要大于ENSO事件的主周期,前者主周期主要为16.69a,5.09a以及10.47a,而后者主周期主要为5a,～10～12年以及～10a.交叉谱分析结果表明,长江上游旱涝灾害与SST在约5a以及约10～12a周期上呈现出显著的相关性.可以认为ENSO事件发生周期与生存周期的长短直接影响着长江上游旱涝灾害发生的周期与频率,并在5a以及10～12a的周期上表现出高的统计相关性.SST指数与长江上游旱涝灾害相关分析表明,ElNiño事件的发生使长江上游发生旱灾机率增大,而LaNiña事件的发生则使长江上游发生涝灾的机率增大.     

Relationship between South Asia High Low Frequency Oscillation and the Drought and Flood in the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River

Based on the NCEP/NCAR daily reanalysis data and the daily rainfall data of ground observation at 164 weather stations in the middle and lower reaches of the Yangtze River from 1960 to 2013, the relationship between South Asia high low frequency oscillation and the drought and flood in the middle and lower reaches of the Yangtze River were analyzed using a composite analysis, wavelet analysis and band-pass filtering analysis method. The results indicated that in the typical drought and flood years, the Qinghai-Tibet Plateau 200 hPa atmosphere u, v low-frequency primary cycle and the summer rainfall cycle over the middle and lower reaches of the Yangtze River were the same. In more summer rainfall, from the Qinghai-Tibet Plateau to east China and west Pacific coast, there existed a cycle-anticyclone-cycle low frequency wave train. Low-frequency anticyclone controlled eastern China and the low-frequency cyclone controlled the northern Qinghai-Tibet Plateau. In drought years, results were opposite. In flood years, the precipitation of low frequency over the middle and lower reaches of the Yangtze River and that of 200 hPa atmospheric low frequency change of the Qinghai-Tibet Plateau was closely related. When the northerly wind in the northeast part of the the Qinghai-Tibet Plateau and in the middle and lower reaches of the Yangtze River was strong, and Lake Baikal southerly wind was strong, there was more precipitation. On the contrary, precipitation was less. The low frequency oscillation wave train was mainly spread from the northeast of China and Japan's southern to China’s southwest. However, in drought years, the relationship between them was not clear and needed to be further studied.     

1929—1930年中国极端冷冬事件的重建*

气候变暖背景下,极端寒冷事件仍有发生且常伴随严重的经济、社会影响,需要更为深入的研究。1929—1930年极端冷冬事件作为增暖背景下的极端冷事件,对其研究相对缺乏。通过收集并分析民国时期的气象器测资料和报刊资料,对1929—1930年中国极端冷冬事件进行探讨。结果表明: (1)本次冷冬的空间范围包括华北地区、长江流域(重庆至入海口段)和北疆地区,西北地区可能存在冷冬;寒冷的核心时段为1929年12月到次年1月。(2)本次冷冬时空范围内的地区月平均气温极端性强,华北、长江流域的12月份均温都超过十年一遇的冷事件水平,长江流域、北疆地区的1月份均温均超过五十年一遇水平;但月最低气温的极端性较弱,大部分站点月的最低温达到五年一遇水平,部分站点月超过十年一遇水平。(3)本次冷冬至少经历了7次区域性或全国性的降温事件,其中有3次降温事件达到全国性寒潮事件标准,时段分别为12月1—5日、12月16—20日和1月1—5日;其中第1次和第3次是影响中国的典型中路寒潮路径,第2次降温过程的时空特征不显著。(4)综合本次冷冬前旱后涝气候特点、该时段内ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)指数的变化以及前人对ENSO和中国气候变异的关系研究,推测1920s末到1930s初期的气象灾害很大程度受影响于ENSO事件。     

台湾地震与大陆旱涝

利用近80年台湾、大陆和环西太平洋的地震资料,简要分析了地震场与我国东部旱涝分布的关系。台湾强震加上华北或蒙古两年内亦有强震是江淮干旱、华北涝的条件；单有台湾强震是江南旱的前兆；台湾弱震年的第一年加上长江中下游有4.5级以上地震发生是长江大涝的条件。对此统计结果从岩石圈与大气圈相互热交换的观点,提出了一个初步解释。     

明清时期中国东部高温事件年表重建和分析*

气候变化的背景下,极端暖事件的频率有增加的趋势。通过“语义差异法”识别了明清时期的高温事件,对其高温程度进行分级,建立了1350—1910年中国东部的高温事件年表,并对高温事件的发生时间、年代际特征进行了分析。结果表明: 明清时期有41个年份记录了高温事件,36个年份出现极端高温事件;高温事件发生频率和强度存在一定的阶段性变化,这种阶段性变化与北半球及中国气温的冷暖阶段变化有一定对应,与极端冷事件频率基本呈反相变化,1700—1749年和1800—1859年是明清时期极端高温事件发生频率最高且强度最大的2个时段,分别对应小冰期中期1710—1760年较温暖的时期和小冰期末期,16世纪末至17世纪是小冰期中最寒冷的一个阶段,极端高温事件相对不频繁,极端冷事件则发生频繁;高温事件还具有连年或隔年再发的特点。尝试利用现代器测资料和站点相关的计算方法对高温事件记录点所可能反映的地理范围进行了探讨,长江下游地区和华北平原的案例分析表明,历史时期记录有限,但区域的单点高温记录可能反映了范围比较广的极端高温事件。     

青藏高原陆表特征与中国夏季降水的关系研究

利用青藏高原72个站逐日积雪、冻土观测资料,AVHRR归一化植被指数（NDVI）和全国550个站逐日降水资料,分析了青藏高原陆表特征与中国夏季降水的关系。结果表明,我国夏季降水在华北和东北南部,长江中下游和华南地区降水空间一致性较好,相邻站点间降水变化趋势近似。华南、长江中下游和淮河降水呈增加趋势,其中长江中下游每10年增加37 mm,但华北降水呈减少趋势。华南、长江中下游和华北对高原积雪、冻土和植被的变化均较为敏感,而淮河仅对高原植被变化较为敏感。利用高原积雪、冻土和植被建立了代表高原地表特征的变化序列,其对长江中下游、淮河、华北夏季降水均有较好指示意义,与夏季降水的相关系数由南到北表现为"负-正-负"的分布特征。最后,提出一种高原陆表状况影响中国夏季降水的概念模型：高原冬春积雪偏多（少）、冬季冻土偏厚（薄）、春季植被偏多（少）会使得夏季高原地区土壤湿度偏大（小）,高原地表感热偏弱（强）,从而使得南亚高压和西太副高偏弱（强）,南海季风偏弱（强）,长江流域降水偏多（少）,华南和华北地区降水偏少（多）。     

长江中、下游特大暴雨洪水的成功预报和科学依据

进入 2 0世纪 90年代以来 ,中国七大江河流域旱涝频繁 ,旱涝灾害和由旱涝引起的次生地质灾害十分严重 ,特别是长江中、下游地区的洪涝几率高达 5 0 % (5 /10 )。 195 1— 2 0 0 0年长江中、下游地区发生了 9个大水年 ,几率为 18% (9/5 0 ) ,90年代洪涝的频繁程度属 2 0世纪之最 ,1998年特大暴雨洪水的时空集中强度也属 2 0世纪之最。长江的大暴雨洪水在近 10a来很频繁 ,但从气候分布几率来看 ,它毕竟是小概率事件 ,对小概率事件的长期预报具有很大的难度 ,而且暴雨洪水的长期影响因子也错综复杂 ,这就给预报带来了艰巨性。通过对降水的各种影响因子的分析研究和多因子集成预报模型的研制 ,对 1998年长江流域的特大暴雨洪水从时间、地区和量级三要素的长、中期预报都取得了成功 ,对其他 5个洪涝年也从趋势和分级两方面做出了成功的长期预报。文中重点剖析了预报取得成功的科学依据。     

长江中下游地区雨涝指数构建及其应用

为客观识别区域暴雨洪涝过程、定量评估区域暴雨过程强度,基于极端事件中持续时间和强度关系理论,采用近5 d最大降水强度作为降水相当强度指标,构建雨涝指数和区域雨涝过程强度的算法,利用1961-2019年长江中下游地区逐日降水资料,分析长江中下游地区的区域雨涝过程次数、强度以及雨涝趋势变化特征。结果表明:① 1961-2019年长江中下游地区区域雨涝过程次数整体呈增加趋势,21世纪以来区域雨涝过程发生次数明显增多,持续5~9 d的区域雨涝过程占全部雨涝过程的2/3以上;②区域内雨涝日数总体呈现南多北少分布,雨涝日数变化趋势表现为西北部减少、东南部增多;③年降水量和雨涝趋势的时空变化使得长江中下游地区的旱涝差异进一步增大,降水多的东南部更涝,降水少的北部和西部愈加干旱。     

公元1500—2000年印度尼西亚—菲律宾强火山喷发对中国中东部旱涝格局的影响*

强火山活动是气候变化的重要自然驱动因素,可导致中国降水出现年际或年代际变化,甚至极端的旱涝现象。探究位于中国邻域的印度尼西亚—菲律宾一带的强火山喷发与中国旱涝分布格局的关系,有助于阐释中国旱涝发生的时空规律及机制,为预测未来火山爆发可能导致的降水异常提供借鉴。本文基于1500—2000年期间世界强火山活动和中国旱涝资料,运用时序叠加分析的方法辨识了印度尼西亚—菲律宾一带的强火山喷发后中国旱涝在年际尺度上的时空变化特征,并对1815年Tambora火山喷发进行案例分析。结果表明印度尼西亚—菲律宾一带的强火山喷发对中国的旱涝格局有一定的影响:强火山喷发后第0年至第2年,中国中东部各站点的整体变化为偏涝;在第3年,整体出现了偏旱的转变,且变化幅度相比其他年份较大;就地区而言,喷发后华北、华南地区分别出现了由旱转涝、由涝转旱的变化,并且这些变化大概持续了2~3年,随后2个区域均恢复了喷发前的旱涝趋势;印度尼西亚1815年Tambora火山喷发后0~3年,中国以涝情为主,但发生涝情的区域逐年在发生变化。     

太湖沉积对流域极端降水和洪水响应的研究

认识极端洪水特征和周期,急需建立长期洪水记录和序列。过去150 a来长江下游极端降水引发了多次太湖特大洪水,太湖湖泊沉积提供了长于观测资料的洪水记录。本文利用太湖中心开阔水域的近现代沉积,采用210Pb和137Cs测年法和粒度、磁学特征分析,与区域夏季降水和长江下游洪峰流量进行相关分析,恢复了太湖流域150 a来的历史洪水事件。根据长江下游极端夏季降水（Pjja≥90%百分位）和极端径流(Q≥90%百分位)以及历史文献记载,太湖流域自1840年以来约有24次特大洪水年,而湖泊沉积物砂级粒径与低频磁化率等特征能捕获与之对应的中洪水事件15次。这表明湖泊沉积记录能较好地反演过去洪水变化,为利用沉积记录认识百年极端洪水长周期变化和特征提供了沉积学、磁学等方面的科学依据。