中国西北极端降水事件年内非均匀性特征分析

 基于中国西北五省（区）1960—2004年112个台站逐日降水资料,根据百分位值方法定义了不同台站的极端降水阈值,引入了表征时间分配特征的新参数——极端降水事件集中度和集中期,对中国西北极端降水事件的年内非均匀性特征进行了分析,结果表明：西北年极端降水事件集中度及集中期的平均和异常空间分布都存在很大的区域差异,并且其异常空间分布均可分为6个关键区;而从时间演变来看,各个关键区年极端降水事件的集中度与集中期均表现出了显著的年代际振荡特征,但各分区年代际变化特征并不一致;另外西北东、西部年极端降水事件集中度与集中期表现出反向的变化趋势。     

东北地区冬季降雪的集中度和集中期变化特征

应用1961-2005 年东北地区冬季的台站降水资料,计算并分析了东北地区降雪集中度和集中期的时空变化特征和集中度偏高时的环流特征.结果表明,东北地区降雪集中度呈逐年上升趋势,集中期呈明显下降趋势。从年代际变化上来看,集中期存在着12 年的长周期,在1970 年代中期之后存在8 年左右的短周期。从空间变化的情况来看,东北地区冬季降雪集中度由东向西依次增加,吉林的东部地区出现集中度最低值,辽宁中部、吉林中部存在着集中期的高值中心。对于东北不同区域,东北东部和中部变化趋势一致,集中度呈上升趋势,集中期呈下降趋势。东北西南部和东北北部降水集中度均呈微弱的上升趋势,其中东北西南部地区降雪的集中度上升趋势最弱。东北北部降水集中期的下降趋势最弱。在影响东北降雪集中度偏高时,在高空500 hPa 东北地区均处于东亚大槽控制,东亚大槽在东北西部加深,而在东北东部有高压易于形成并加强,导致东亚大槽东移缓慢。高、低空急流均明显存在,与低空急流相比,高空急流更强,位置偏西南。在太平洋上水汽输送的高值区明显增强,范围也增大,东北地区受沿高值中心北侧向西北向输送的水汽影响。     

中国西北汛期极端降水事件分析

利用中国西北五省（区）1960—2004年125个台站汛期（5—9月）逐日降水资料,首先定义了不同台站的极端降水阈值,然后统计出了不同台站近45 a逐年汛期发生极端降水事件的发生频次,并进行了时空分布特征分析,结果表明:中国西北汛期极端降水事件发生频次同降水量的空间分布有很大的差异;一致性异常分布特征是中国西北汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态;中国西北汛期极端降水事件发生频次的空间分布可分为以下6个分区:高原东部区、南疆区、北疆区、西北东部区、青海高原区及河套区;从长期变化趋势来看,高原东部区近45 a来汛期极端降水事件发生频次没有明显的变化趋势,北疆区、南疆区、青海高原区及河套区表现为较明显的的增长趋势,而西北东部区表现为较明显的减少趋势;中国西北汛期极端降水事件发生频次的各主要空间分区中,近45 a来13 a左右的周期振荡表现得比较显著。     

中国西北空中可降水量的年内非均匀性特征

利用NCAR/NCEP资料,通过引进表征时间分配特征的参数集中度和集中期对西北上空大气可降水量年内非均匀性特征进行分析,结果表明:一致性异常分布是西北上空大气可降水量集中度和集中期的最主要的空间分布特征;西北地区上空大气可降水量集中度和集中期近45年来主要表现为2~4年、6~8年的高频振荡;西北上空大气可降水量集中度异常强弱年其水汽输送特征存在显著差异,在集中度异常强年,西北东南部西南季风水汽输送较常年偏强,其余区域西风带水汽输送较常年偏强,由于充足的水汽供应使得整个西北地区上空大气可降水量与常年相比偏多;反之亦然。     

中国西北地区东部短时强降水时空特征

基于中国西北地区东部136个气象站2001-2011年每6 h地面降水常规观测资料、1 674个自动站2009-2011年逐时降水资料,运用气候统计、线性趋势、归一化、分区域统计以及降水集中度（PCD）和集中期（PCP）分析等方法,研究了西北地区东部短时强降水的时空分布和气候特征。结果表明：该地区短时强降水日数年际变化不大,但区域性的短时强降水过程呈明显增加趋势;短时强降水主要发生在7月上旬至8月下旬,且具有明显的日变化特征;短时强降水总频次的空间分布与地势分布比较一致,高频高值区多位于夏半年环流盛行西南气流的迎风坡附近;在空间上PCD由东南向西北越来越集中,PCP自东向西逐步推迟。     

西北地区东部可利用降水的时空变化特征

 利用西北地区东部91站1961-2009年间的实测气温降水资料,分别计算了该区水分资源各分量降水、蒸发及可利用降水,使用REOF等统计方法,整体分析了该区可利用降水的时空变化特征。结果表明：西北地区东部水分资源匮乏且年际变化大,水分资源各分量时空分布极不均匀;总体上各分量从该区东南部向西北部递减,呈南多北少特征,其中该区东南侧的陕南、陇南、六盘山区及青藏高原东部部分地区年降水量、蒸发量和可利用降水量分别在500、200和200 mm以上,年降水可利用率在30%~50%,可利用降水标准差达80~110 mm,而该区西部的河西走廊和青海西部的年降水量不足50 mm、年可利用降水量不到10 mm,年降水可利用率不足10%,可利用降水标准差在20 mm以下;各分量夏季最大,冬季最小,5~9月是该区主要降水和可利用降水的集中期;降水在水资源各分量中起决定性作用,因此降水的小幅变化导致可利用降水的大幅变化是降水稀少的西北地区东部可利用降水资源匮乏的主要原因,但气温变化造成的影响也不可忽视;西北地区东部5~9月可利用降水异常分布的局域特征明显,常出现陇南、河东、高原、河西走廊等4种异常分布特征。近50 a来,区内可利用降水总体呈东部减少(六盘山区及陇南区尤甚),西部增加的变化格局。     

西北地区东部夏季水汽输送特征及其与降水的关系

采用ERA Interim 再分析资料和160 站逐月站点降水资料,运用经验正交函数（EOF）分析、合成分析等方法揭示了西北东部3 个分区的水汽输送的区域气候特征、与降水EOF气候模态相对应的整层水汽输送特征以及降水偏多（少）年的水汽输送异常特征。结果表明：西北地区东部夏季经向水汽输送的大值区处于900 hPa~800 hPa 高度上;纬向水汽输送大值位于700 hPa~500 hPa 高度上。对西北东部降水做EOF 分析,第一模态为全区一致型,与降水相对应的西风影响区主要盛行西风水汽输送,季风边缘区的南部盛行西南风水汽输送;第二模态为东南-西北型,东风、东北风水汽输送流入西北东部地区;第三模态为东北－西南型,西风和西北风水汽输送将水汽带到西风影响区内。     

1981-2010年中国西北地区东部大气可降水量的时空变化特征

利用1981-2010年NCEP/NCAR再分析资料以及同期西北地区东部58个气象站的日降水、蒸发资料,采用一种新的方法统计分析了该地区大气可降水量的时空分布特征,并对大气可降水量与实际降水量的相关性进行了分析。结果表明:西北地区东部大气可降水量空间分布极不均匀,无论年或季,均呈现为西北少东南多的分布特征。逐月大气可降水量分布呈单峰型,7月最大,1月最小; 近30年,西北地区东部年、各季大气可降水总量均呈微弱减少趋势,四季中夏季减少趋势最为显著,冬季不明显; 58个站点30年平均的实际降水量空间分布与大气可降水量分布基本一致,年际变化也呈微弱减少趋势; 大气可降水总量与实际降水量呈显著正相关,年平均相关系数为0.545,各季节中春季相关系数最大,秋季和冬季次之,夏季最小; 不同区域大气可降水总量与实际降水量的相关性因季节不同而不同,总体来说,甘肃东部、南部和陕西中部、南部相关性较高,大气可降水量对降水量的贡献较大; 将大气可降水量和降水日数结合起来,更能准确、客观地反映一段时间内总的大气可降水量分布情况。     

黔东南冰雹集中期和集中度气候特征分析

基于贵州省黔东南地区1961―2008年1―12月16个台站冰雹观测资料,引入了表征冰雹事件时间分配特征新参数——冰雹事件集中度和集中期,对黔东南地区冰雹事件年内非均匀性特征进行分析。结果表明:黔东南地区冰雹事件集中度及集中期的平均和异常空间分布均存在很大区域差异,异常空间分布根据地形可分为4个区;从时间演变上看,各区年内冰雹事件集中度与集中期均表现出显著的年代振荡特征,各区年代际变化特征不一致;黔东南区域年内冰雹事件集中度和集中期表现出反向变化趋势。     

1959-2008 年黄土高原地区年内降水集中度和集中期时空变化特征

本文基于黄土高原地区1959-2008 年51 个地面气象台站的逐日降水资料, 计算了降水集中度(PCD)和集中期(PCP), 并结合EOF、趋势分析以及相关分析等方法对我国黄土高原地区年内降水不均匀性特征及其趋势进行了分析。结果表明:①黄土高原地区PCD在0.53~0.75 之间, 自东南向西北逐渐增加, 而PCP变化不大, 主要集中在7 月中旬和下旬;②近50a 黄土高原地区PCD主要以南北反向型分布为主;③从变化趋势来看, PCD增加趋势较明显的区域主要分布在宁夏的同心和山西的五台山等地, PCD减小比较明显的区域主要分布在山西的阳泉以及青海的门源等地区;而PCP整体上呈现提前趋势, 只有青海的门源站附近有小幅推迟趋势;④年降水量与PCD有较好的相关性, 大部分地区都通过了显著水平为0.05 的检验;而年降水量与PCP的相关性并不显著, 通过显著水平0.05 检验的区域仅分布在山西的兴县、陕西的洛川以及宁夏的固原等地。     

1960—2012年内蒙古降水集中度和降水集中期时空变化

利用内蒙古46个气象台站1960-2012年逐日降水数据,以表征降水年内分配非均匀特征的降水集中度(PCD)和降水集中期(PCP)指标,分析了内蒙古降水年内时间分配特征及变化趋势。结果表明:(1)近53 a内蒙古PCD平均值为0.70,呈显著减少趋势。PCP平均值为194.65°,呈不显著的提前趋势。(2)PCD高值区在阿拉善高原、锡林郭勒高原东部、呼伦贝尔高平原、大兴安岭以东地区,低值区在大兴安岭北部、乌兰察布高原、鄂尔多斯高原。全区PCP则以192°等值线为界,表现出西晚东早的空间分异格局。(3)PCD普遍呈下降趋势,以呼伦贝尔高平原、乌兰察布高原减小趋势最显著。PCP也以提前趋势为主,贺兰山、乌兰布和沙漠一线以东地区为主要的PCP提前区。(4)各站PCD与年降水量均为正相关,通过显著性检验的站点占到了60.8％。PCP与降水量的相关系数较小,显著相关的地区仅占到全区的34.7％。     

1961-2008年中国西北东部旱涝异常分布及干旱变化特征

 应用主成分分析和旋转主成分分析方法,利用陕、甘、宁、青四省（区）170个测站,对1961-2008年大气干旱指数S＝ΔT/δT-ΔR/δR的地域相关和年际变化特征进行了分析。结果表明：西北地区东部旱涝异常在空间上表现为较高的整体一致性,其次表现为东西相反和南北相反的变化趋势。西北地区东部旱涝异常存在三个基本相关的区域：甘肃东南部及陕西、河西走廊及河套地区、青海区。50 a来,各区在1974-1977年间和1982-1985年间湿润多雨,1994年以后相对少雨干旱。进一步分析发现,研究区域中西部尽管降水是增加的,但干旱指数变化不明显,而区域东部地区干旱指数变化很明显,说明区域中西部地区变湿不明显,而区域东部暖干化趋势明显。     

宁夏近50 a降水集中度和集中期特征分析

 利用宁夏气象台站1961-2010年逐侯降水量序列资料,研究了表征降水量时间分配特征的降水集中度(PCD)和集中期 (PCP)的空间分布与年际变化特征。结果表明：宁夏降水PCP与PCD空间分布特征明显,中北部PCP比南部山区偏早1候,PCD自北向南逐渐减小,北部1年中最大降水出现的时间变率较大,且出现极端降水的可能性比中南部大; 1961-2010年全区PCD与PCP呈微弱的下降趋势,但近20 a PCD明显增大,PCP显著推迟;PCD与PCP显著正相关,PCP出现得越晚,PCD集中度越高;各地的PCD与年降水量、汛期降水量以及年日最大降水量都有非常好的正相关性,正相关中心区位于北部的惠农、陶乐、中卫,中部的盐池、麻黄山和南部山区的大部,上述地区降水越集中,年降水量、汛期降水量以及年日最大降水量越大,导致洪涝灾害发生的可能性将越大;宁夏汛期降水多雨年各地降水更集中,且大降水中北部大部易出现得早,南部出现得晚;中高纬的北极涛动和低纬的南海季风对宁夏降水集中度有着显著的影响,北极涛动偏弱的年份,南海季风爆发偏早的年份,宁夏各地年降水比较集中。     

Spatiotemporal characteristics of seasonal precipitation and their relationships with ENSO in Central Asia during 1901–2013

The vulnerable ecosystem of the arid and semiarid region in Central Asia is sensitive to precipitation variations. Long-term changes of the seasonal precipitation can reveal the evolution rules of the precipitation climate. Therefore, in this study, the changes of the seasonal precipitation over Central Asia have been analyzed during the last century (1901–2013) based on the latest global monthly precipitation dataset Global Precipitation Climatology Centre (GPCC) Full Data Reanalysis Version 7, as well as their relations with El Niño- Southern Oscillation (ENSO). Results show that the precipitation in Central Asia is mainly concentrated in spring and summer seasons, especially in spring. For the whole study period, increasing trends were found in spring and winter, while decreasing trends were detected in summer and fall. Inter-annual signals with 3–7 years multi-periods were derived to explain the dominant components for seasonal precipitation variability. In terms of the dominant spatial pattern, Empirical orthogonal function (EOF) results show that the spatial distribution of EOF-1 mode in summer is different from those of the other seasons during 1901–2013. Moreover, significant ENSO-associated changes in precipitation are evident during the fall, winter, spring, and absent during summer. The lagged associations between ENSO and seasonal precipitation are also obtained in Central Asia. The ENSO-based composite analyses show that these water vapor fluxes of spring, fall and winter precipitation are mainly generated in Indian and North Atlantic Oceans during El Niño. The enhanced westerlies strengthen the western water vapor path for Central Asia, thereby causing a rainy winter.     

1901-2012年陕西降水、气温变化特征

利用英国东英格兰大学气候研究中心CRU最新发布的1901-2012年的月平均气候资料,分析陕西近百年降水、气温的时空分布特征。结果表明:(1)年平均降水南北差异较大,陕南降水多且年际变化最大,西安为年际变化的第二高值中心。(2)陕西降水具有明显的年代际变化周期,20世纪40年代之前降水变化较平缓,40年代后降水变化幅度变大,异常偏多或偏少的年份较多。(3)降水的EOF1表现为整体的正异常,体现了陕西年平均降水的一致变化,EOF2主要表现为陕西南部和陕西东北部的反相位振荡,且具有显著年际变化周期。(4)陕西气温近112年有两个偏冷期:20世纪20年代之前和50年代到90年中期,20世纪20年代到50年代和90年代后期以来为偏暖期。与全国气温变化不同,第二个暖期是从90年代开始迅速升温,滞后于全国气温变化,且气温的最高值出现在90年代而不是40年代。(5)气温的第一模态解释了总模态的88.4%,且表现为陕西一致的正异常,表明陕西平均气温空间变化的一致性,Morlet小波分析显示其有2~4年的周期震荡和16年左右的年代际变化周期。     

近42 年来青藏高原年内降水时空不均匀性特征分析

根据青藏高原1967-2008 年逐日站点降水资料,定义了高原降水集中度(PCD) 和集中期(PCP)。并运用EOF、相关分析等方法分析高原PCD和PCP的时空分布特征、PCD与高原强降水的关系以及PCP前期强影响信号。结果表明：高原大部分地区PCD处于0.4~0.8 之间,PCP则处于36~41 候之间。高原PCD以全区一致型的空间分布为主;而PCP 则以南北反向型分布为主,全区一致型分布次之。整个高原PCD均呈减弱趋势,而PCP均表现为提前特征。除高原南侧个别地区,高原PCD 无论与高原强降水日数还是强降水量均呈显著正相关。同时,高原南北部PCP对应的水汽输送存在显著差异, 高原南部PCP主要受孟加拉湾季风爆发的影响。     

新疆博州地区降水时空分布特征及典型旱涝年

利用新疆博尔塔拉蒙古自治州地区4个气象站1971—2000年的逐日降水资料,用静态统计论观点分析了博州地区降水时空变化特征,并按适应于西北地区的Z指数旱涝标准统计出了典型的旱涝年。结果表明：①博州地区降水量西多东少,海拔在1 200 m以上的地区为半干旱区,其余绝大多数地区为干旱区或重干旱区,多极端降水事件,自然灾害以旱灾为主洪灾其次,自然生态环境极其脆弱;②年（月）降水量以少于30 a的年（月）平均值为多;③12月至次年2月降水量极小,空间分布呈东多西少型,其他月份则反之;④多雨期出现在夏半年4—9月。其中5—7月大面积干旱与局地洪灾往往并存;⑤山区有两个雨季共5个旬次,平均降水量的月际分布为双峰型,主峰在7月,次峰在5月;其他地区仅1个雨季共两个旬次,平均降水量的月际分布为单峰型,峰值出现在5月;⑥同一气候背景中,博州各个地貌单元的旱涝程度不一,降水空间分布极其复杂。