近50 年来淮河流域极端降水的时空变化及统计特征

以淮河流域27 个气象站点1960-2009 年逐日降水观测资料为基础,选取年最大降水量序列(AM) 和超门限峰值序列(POT),分析淮河流域年极端降水事件的时空变化趋势,研究淮河流域降水极值的统计特征。研究发现：过去50 年,淮河流域大多数站点年最大日降水量有增加的趋势,少数站点有减少的趋势,但增加和减少的趋势均不明显。从单个气象站点50 年降水序列来看,年最大日降水事件发生的时间大多集中于20 世纪60-70 年代,且以汛期居多。利用L-矩法、K-S 检验等方法,发现GEV和GP分布分别能够较好的拟合AM和POT序列。通过计算比较在不同重现期水平下的降水量,发现POT序列及其对应的GP分布能够更好的模拟淮河流域极端降水序列。     

基于Copula 函数的新疆极端降水概率时空变化特征

依据新疆地区53 个雨量站1957-2009 年日降水资料,根据研究需要,定义了8 个极端降水指标。运用K-S 法确定降水指标最适概率分布函数,确定十年一遇极端降水量值;在此基础上,采用Copula 非参数估计方法,通过Akaike Information Criterion (AIC) 法确定两降水指标联合分布函数,系统分析极端降水单变量极值及降水极值二维联合概率分布特征,研究新疆地区降水极值概率变化的空间演变特征。研究结果表明：(1) 北疆比南疆湿润,北疆发生极端强降水的概率大,而南疆发生极端弱降水的概率较大,另外,相比较而言,山区要比平原降水多;(2) 极端强、弱降水同年发生的概率分布特征复杂,从降水天数来看,一年内同时发生长历时强降水与弱降水事件的概率山区较平原大;从极端降水总量来看,同时发生强降水与弱降水事件的概率在平原区较山区为大;从极端降水强度来看,同时发生强度较大的强降水与弱降水事件的概率在天山南坡较其他地区为大;(3) 洪旱发生概率与地形有关,天山是洪旱发生的分界线,山区发生洪旱灾害的概率比平原小。     

淮河流域极端径流的时空变化规律及统计模拟

以淮河流域蚌埠闸以上20 个水文站点1956-2010 年日径流量观测数据资料为基础,采用游程检验、趋势检验和Mann-Kendall 检验法分析年最大日径流量的变化规律。分别采用年最大值法(annual maximum,AM) 和超门限峰值法(peaks over threshold,POT) 抽取径流序列样本, 运用广义极值分布(generalized extreme value distribution,GEV) 和广义帕累托分布(generalized Pareto distribution,GPD) 两种极值统计模型对规范化样本进行拟合,分析淮河流域极端径流的时空变化规律。研究表明:1956-2010 年,淮河流域蚌埠闸以上的研究站点中,10 个站点的年最大日径流量有减少的趋势,另外10 个站点有不显著的增加趋势。极端径流事件大多发生在20 世纪60、70 年代,且以汛期居多。淮河流域的极端径流主要来自淮河干流、淮南山区和伏牛山区。使用Kolmogorov-Smirnov (K-S) 法检验发现,GEV和GPD分布分别能较好的拟合AM和POT序列。采用百分位阈值法、平均超出量函数图法和超定量洪峰法三种方法选取阈值,对于淮河流域的极端径流事件模拟而言,百分位阈值法较好。     

西北地区5-9月极端干期长度的概率特征分析

应用西北地区131个测站1961-2000年逐日降水资料,统计逐年5-9月极端干期长度,分析近40 a年平均极端干期长度的空间分布特征以及极端干期长度与降水量的关系,采用概率加权法(PWM)估计其分布函数的参数,探讨用Gumbel分布拟合我国西北地区极端干期长度的适用性,进而给出我国西北地区极端干期长度的概率以及≥20 d、≥50 d极端干期长度的重现期概率特征。结果表明:西北地区近40 a平均极端干期长度总体上自东南向西北递增,但极端干期最短的地方并不在降水量最大的陕南地区,而在海拔较高的青海南部以及甘肃甘南高原。极端干期长度与5-9月降水总量呈负相关。≥20 d界限的极端干期长度的概率与50 a一遇极端干期长度的空间分布基本相似,降水较少的南疆、青海西部、河西走廊西段,基本上每年多雨期都存在20 d以上的连续无雨期,而祁连山以南的青海、甘肃中南部、宁夏南部、陕西中南部≥20 d极端干期长度的概率不到0\^1。     

中国天气发生器的降水模拟

天气发生器是气候影响评价研究的重要工具,在气候变化、地球生态系统及极端气候事件发生的风险分析等方面有着广泛的应用。为了建立一个适用于中国广大地区的天气发生器,需要对各种模拟模型及其参数的估计进行深入的研究。其中降水的模拟及其参数的估计是关键,因为气温、辐射等其他气候要素的模拟依赖于降水的发生。本文重点介绍了常用的随机降水模拟模型：两状态一阶马尔科夫链和两参数GAMMA分布。根据中国672个气象站点1961~2000年的逐日降水资料,计算了降水转移概率P (WD)、P (WW) 及GAMMA分布参数ALPHA和BETA,并分析了4个参数在中国各地的空间分布特征与不同地区各参数的季节分布特征。最后根据各地不同月份计算的四个降水模拟参数对中国各地的逐日降水进行模拟,并利用1971~2000年的实测数据对30年模拟结果在统计意义上进行了检验,模拟结果较好。     

黄河上游地区近千年气候变化的模拟重建

运用BP人工神经网络较好地建立了全球气候模式模拟数据与区域气候之间的关系,拟合了黄河上游沙漠河谷地区的近千年温度、降水序列。在气候信号年代际和百年际变化特征上,拟合结果较为理想,但对极值的拟合能力较差,尤其是冬季温度和夏季降水的拟合极值偏差较大。拟合结果表明该地区近千年存在中世纪暖期、小冰期和现代暖期,且小冰期降温在冬季更为明显,冬季平均气温小冰期比中世纪暖期低2 ℃。降水的千年变化趋势较温度略微平缓,尤其冬季降水无明显趋势变化。空间分布显示20世纪暖期在近千年是最暖的,但降水较中世纪暖期偏少。     

塔里木河流域极端气候事件模拟与RCP4.5情景下的预估研究

利用塔里木河流域1986-2005年气温、降水逐日格点数据和MPI-ESM-LR模式驱动的CCLM区域模式模拟数据,评估了CCLM模式对塔里木河流域极端气候事件的模拟能力。同时采用EDCDF法对最高气温、最低气温和降水预估数据进行偏差校正,并计算了2016-2035年极端气候指数。结果表明:该区域气候模式对塔里木河流域年平均最高气温、最低气温和降水的空间分布具有较强的模拟能力,特别是气温空间相关系数在0.97以上;该模式对于极端气候事件也有着较强的模拟能力,大部分极端气候指数的空间相关系数达到了0.01的显著性水平。通过偏差校正,有效地提高了气候要素及相应的极端气候指数的模拟精度。预估未来RCP4.5情景下,塔里木河流域未来(2016-2035年)极端暖事件(暖期持续指数、气温日较差、暖昼、极端最高气温)有增加的趋势,未来流域中部的干旱可能更严重,而流域内环塔里木盆地区域将变湿。     

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。     

不同偏差校正方法对青藏高原地区GPM的应用效果研究

新一代卫星降水产品GPM在全球降雨观测精度上较TRMM有大幅提升,但在青藏高原地区的精度仍然不理想,而目前遥感降水数据校正缺乏对数据中降水量、雨天频率以及概率分布多重属性的综合考虑。本文根据19个典型站点2014—2017年的日降水数据,在分析GPM降水探测精度的基础上,采用线性缩放法(LS)、局部强度缩放法(LOCI)、Gamma分布映射法以及Gamma和LOCI结合的方法(Gamma-LOCI)对青藏高原GPM数据进行了偏差校正。结果表明:(1)GPM对青藏高原日降水事件探测能力总体上表现出从年降水量较少的西北部洪积平原区以及中部腹地向年降水更丰富的东部山地区和平原区转好的趋势,从日降水强度来看,存在对小雨事件(2 mm)高估和对大雨事件(10 mm)低估的现象;(2)经四种方法校正后,GPM与站点观测数据在各百分位点上的整体偏差均有不同程度的降低,Gamma分布映射对降水时间序列的概率分布进行调整,修正了降水量并保留了极值,使其在降水偏丰区域的应用效果优于LS和LOCI;和LOCI结合后同时对降水数据中雨量、雨天频率和时间概率分布校正,其应用效果进一步改善了GPM日降水过程的精度,提高了与站点日降水序列的拟合度和匹配度。研究结果为GPM在青藏高原地区的准确应用提供参考的校正方法,为区域水文模拟、水资源管理研究奠定基础条件。     

1961～2008年山东省极端降水事件的变化趋势分析

利用山东省1961～2008年逐日降水资料,采用百分位值法定义了极端降水事件的阈值,然后统计出极端降水事件的频次、降水量、强度和年最大日降水量,并对其空间分布和时间趋势进行分析。结果表明,山东省极端降水事件阈值的空间分布存在明显的地域差异,总体上以泰山为中心向周边逐渐减小;频次的空间差异较小,基本在18 d/a左右;极...     

近50年来淮河流域极端降水的时空变化及统计特征(英文)

Based on the daily precipitation data of 27 meteorological stations from 1960 to 2009 in the Huaihe River Basin, spatio-temporal trend and statistical distribution of extreme precipitation events in this area are analyzed. Annual maximum series (AM) and peak over threshold series (POT) are selected to simulate the probability distribution of extreme precipitation. The results show that positive trend of annual maximum precipitation is detected at most of used stations, only a small number of stations are found to depict a negative trend during the past five decades, and none of the positive or negative trend is significant. The maximum precipitation event almost occurred in the flooding period during the 1960s and 1970s. By the L-moments method, the parameters of three extreme distributions, i.e., Generalized extreme value distribution (GEV), Generalized Pareto distribution (GP) and Gamma distribution are estimated. From the results of goodness of fit test and Kolmogorov-Smirnov (K-S) test, AM series can be better fitted by GEV model and POT series can be better fitted by GP model. By the comparison of the precipitation amounts under different return levels, it can be found that the values obtained from POT series are a little larger than the values from AM series, and they can better simulate the observed values in the Huaihe River Basin.     

1960~2010年西北干旱区极端降水特征研究

基于中国西北干旱区1960~2010 年70个台站逐日降水资料,采用欧盟组织(STARDEX)定义的降水极值指数,分析结果表明: ① 研究区近51 a来强降水发生频次、湿期平均长度表现出增多和增长趋势,干日数和干期平均长度表现出减少和变短趋势; ② 单次强水的强度在增加,表现为：湿日数减少,而降水的总量却显著增加。③ 湿日数减少主要是0~6 mm强度的降水日数减少,12~24 mm强度的降水日数显著增加,后者对降水总量的增加贡献较大。④ 绝大部分站点强降水（>12 mm）的雨日（量）都以上升趋势为主,表现为下降趋势的站点极少。     

华北平原降水的长期趋势分析(英文)

The North China Plain (NCP) is the most important food grain producing area in China and has suffered from serious water shortages. To capture variation water availability, it is necessary to have an analysis of changing trends in precipitation. This study, based on daily precipitation data from 47 representative stations in NCP records passed the homogeneity test, analyzed the trend and amplitude of variation in monthly, seasonal and annual precipitation, annual maximum continuous no-rain days, annual rain days, rainfall intensity, and rainfall extremes from 1960 to 2007, using the MannKendall (M-K) test and Sen’s slope estimator. It was found that monthly precipitation in winter had a significant increasing trend in most parts, while monthly precipitation in July to September showed a decreasing trend in some parts of NCP. No significant changing trend was found for the annual, dry and wet season precipitation and rainfall extremes in the majority of NCP.A significant decreasing trend was detected for the maximum no-rain duration and annual rain days in the major part of NCP. It was concluded that the changing trend of precipitation in NCP had an apparent seasonal and regional pattern, i.e., precipitation showed an obvious increasing trend in winter, but a decreasing trend in the rainy season (July to September), and the changing trend was more apparent in the northern part than in the southern and middle parts. This implies that with global warming, seasonal variation of precipitation in NCP tends to decline with an increasing of precipitation in winter season, and a decreasing in rainy season, particularly in the sub-humid northern part.     

Assessing changes in extreme precipitation over Xinjiang using regional climate model of PRECIS

In this paper, an analysis, with the simulation of PRECIS(Providing Regional Climate for Impact Studies), was made for future precipitation extremes, under SRES(Special Report on Emission Scenarios) A2 and B2 in IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) AR4. The precipitation extremes were calculated and analyzed by ETCCDI(Climate Change Detection and Indices). The results show that:(1) In Present Scenario(1961–1900), PRECIS could capture the spatial pattern of precipitation in Xinjiang.(2) The simulated annual precipitation and seasonal precipitation in Xinjiang had a significantly positive trend and its variability had been deeply impacted by terrain. There was a strong association between increasing trend and the extreme precipitation's increase in frequency and intensity during 1961–2008. Under SRES A2 and B2, extreme precipitation indicated an increasing tendency at the end of the 21 st century. The extreme summer precipitation increased prominently in a year.(3) PRECIS's simulation under SRES A2 and B2 indicated increased frequency of heavy precipitation events and also enhancement in their intensity towards the end of the 21 st century. Both A2 and B2 scenarios show similar patterns of projected changes in precipitation extremes towards the end of the 21 st century. However, the magnitude of changes in B2 scenario was on the lower side. In case of extreme precipitation, variation between models can exceed both internal variability and variability of different SRES.     

不同概率分布函数降雨极值的适用性分析

极端降雨极值发生的重现期是流域与城市防洪设施规划设计标准需要参考的最重要参数之一。利用常用的5种水文统计学分布函数,选取中国十大流域内10个站点不同时段的最大降雨极值序列进行拟合,并检验筛选不同站点的适用性分布函数。结果表明：10个站点拟合优度检验拟合效果较好,曲线差异度较小的分布依次为广义极值分布、对数正态分布、皮尔逊III分布;不同站点适宜性曲线的差异程度不同。研究结果可为区域降雨极值序列的拟合提供参考,即不同的区域、不同的季节、不同时长的降雨极值序列都应寻找其较适宜的分布函数并采用多种检验方法来拟合,以降低不确定性。     

黄土高原地区极端气候指数时空变化

黄土高原生态环境脆弱，极端气候频发，越来越多的影响到人类的生产生活。通过基于 138 个气象站点观测资料，利用一元线性方程和 Mann-Kendall 法分析了黄土高原地区 27 个极端气 候指数的时空变化，得到以下主要结论：（1）极端气温指数中霜冻日数、冰冻日数、日最低气温的极 高值和冷持续日数在逐渐减少，生长季长度、夏季日数，热夜日数、日最高气温的极高值、暖持续日 数在逐渐增加。（2）极端气温指数中冷昼日数、冷夜日数、日最低气温极低值、日最高气温极高值、 气温日较差在子区域与全区变化趋势存在不同，主要表现在黄土塬区、黄土峁状丘陵区和石质山 地区。（3）极端降水指数变化趋势平缓，与多年均值接近。在空间分布上，除极强降水量、强降水量 和年均雨日降水强度在各子区域上与全区变化趋势一致外，其余指数在各子区域上与全区变化趋 势存在不同，主要表现在黄土塬和黄土梁状丘陵区。（4）多数极端气温指数的突变主要发生在 1980—1985 年和 2010—2015 年；多数极端降水指数的突变主要发生在 1985—1990 年和 2010— 2015 年。     

祁连山讨赖河流域1957—2012年极端气候变化

全球气候变化背景下,极端气候事件发生的频率逐年增大,由此引发的气象灾害事件也随之增加。鉴此,本文利用祁连山讨赖河流域1957—2012年的气象观测资料,对该流域23个极端气候指数的时空变化特征做了研究。结果表明：（1）极端气温升高趋势明显,夜间和白天极端低温日数显著减少,极端气温昼指数显著增大;气温日较差变化幅度很小,霜冻日数显著减少,生长季长度明显加长,冰冻日数2000年后增加;夜指数增大幅度大于昼指数,秋、冬季极端气温升高幅度大于春、夏季。（2）极端降水指数增大趋势明显,雨日降水总量、连续五日降水总量和中雨天数均展现出增大态势,反映出连续降水事件的增加;极端降水量事件增大显著,但雨日降水强度变化不大;除最多连续无降水日数外,极端降水日数指数展现出增大趋势;降水日数夏、秋季节分配趋向均匀化;降水量的增加主要是单次降水时间持续加长和中雨日数增加的贡献;高海拔区极端降水事件发生的频次较大。     

中国日降水量小于不同阈值日数时空分布特征

利用中国672 个站点1951-2010 年的逐日降水资料,系统分析了全国各地日降水量小于0.1 mm、1 mm、5 mm和10 mm不同阈值的日数、平均持续日数、最长持续日数和持续10 天以上过程出现频次等要素的时空分布特征,并分别选择齐齐哈尔、乌鲁木齐、北京、昆明、常德、南京、汕头和海口8 个代表站点,分析了各变量的历史演变趋势。结果表明,全国日降水量小于0.1 mm、1 mm、5 mm和10 mm日数、平均持续日数、平均最长持续日数、极端最长持续日数以及日降水量小于0.1 m持续10 天以上过程发生频次的时空分布特征基本相似,空间上自西北向东南方向递减,时间上冬、秋季多,春、夏季少,这与我国气候干旱的时空分布特点基本一致;而全国日降水量小于1 mm、5 mm和10 mm持续10 天以上过程出现频次的时空分布特征,与我国实际干旱灾害的发生规律基本一致,高值中心出现在华北、黄淮、江淮、江南等地,发生时间集中在春、夏季。全国主要区域代表站点日降水量小于0.1 mm日数、平均持续日数、最长持续日数基本都呈增加趋势,且南方强于北方;日降水量小于1mm、5 mm和10 mm日数、平均持续日数和最长持续日数在西部地区,特别是西北地区表现出较为明显的减少趋势,其中乌鲁木齐日降水量小于5 mm和10 mm平均持续日数线性减少趋势分别达2.0 d/10a 和7.5 d/10a,最长持续日数线性减少趋势分别达9.3 d/10a 和11.8 d/10a,呈现出明显的湿润化趋势。     

近58a我国西北地区干期与湿期变化特征

利用西北地区1960—2017年68个站点逐日降雨气象数据，分别将日降雨小于（大于等于）0.1 mm和1 mm定义为旱日（湿日），从干期和湿期变化特征的角度分析西北地区雨日年内分配变化。结果表明：西北地区东部年降雨量变化不明显，降雨频率下降，平均降雨强度增加；西北地区西部年降雨量、降雨频率和平均降雨强度均呈现增加趋势，平均降雨强度增加主要是由于降雨量增加速率快于降雨频率增加速率。结合干期和湿期变化特征，发现西北地区东部虽然干期旱日总数增加，但干期平均长度、干期次数和最长干期旱日数变化不明显，同时湿期湿日数和次数减少，说明西北地区东部在降雨量不变情况下，降雨更加集中。在西北地区西部，干期次数增加，但干期旱日总数、干期平均长度以及最长干期旱日数减少，湿期湿日数和湿期次数增加，湿期平均长度不变，西北地区西部在降雨量和降雨频率增加过程中，干期持续时间缩短，对该区域农业生产和生态环境有利。另外，使用不同阈值会影响特征值变化趋势大小及其显著性，甚至会得到相反的变化趋势，说明选择合理阈值对于研究降雨、干期以及湿期变化十分重要，需要结合区域气候特征进一步研究。     

1960~2015年中国天山南、北坡与山区极端气温时空变化特征

基于中国天山地区35个气象站点1960~2015年逐日最高、最低气温实测资料,应用Mann-Kendall趋势检验分析法, 空间分析法等研究了极端气温的时空变化特征,并探讨了气温指数的环流背景因素。结果表明：① 近56 a来,年平均最高、最低气温均呈上升趋势,而日较差呈下降趋势; 暖指数和日最低(高)气温极小值均呈上升趋势,而其他冷指数呈减小趋势;从季节变化看,除暖昼、暖夜之外,大部分气温指数的冬季变暖幅度均明显高于夏季。② 空间分布上,天山山区年平均最低气温和日较差以及大部分冷指数的变暖幅度大于南北坡,而暖指数则表现为南坡大于北坡和山区。③ 高温和低温指数变化幅度表现出明显不对称性变化,年平均最低温的变暖幅度明显大于年平均最高温,冷指数变暖幅度大于暖指数,夜指数变暖幅度显著大于昼指数。④ 天山地区年平均最高(低)气温和极端气温冷指数受环流指数北极涛动(AO)、北大西洋涛动(NAO)和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的影响较大,而北太平洋涛动(NPO)、东亚夏季风(EASMI)、南亚夏季风(SASMI)和南海夏季风(SCSMI)是暖指数变化的重要因素。