中国大陆降水时空变异规律——I.气候学特征

为系统了解大尺度降水气候特征,利用2 300多个国家级气象站逐日观测资料,分析了中国大陆1956—2013年多年平均降水的空间分布和季节性变化规律。主要新认识有:① 暴雨量、暴雨日数和暴雨强度最高的站点在华南沿海,而小雨量、小雨日数最多的站点主要在江南内陆山区、丘陵;东部季风区山地、丘陵多出现低强度降水,平原和沿海易出现高强度降水;② 四季降水量均由西北内陆向东南沿海递增,南方秋季降水量明显小于春季,但华西和江南沿海秋季降水量较多,冬季降水在东南丘陵出现高值中心;③ 珠江和东南诸河流域降水量年内存在2个峰值,其中珠江流域有6月主峰值和8月次峰值,东南诸河流域主峰在6月中下旬,次峰在8月末,长江流域总体表现为单峰型,出现在6月下旬和7月初,西南诸河流域和北方所有流域降水均表现为夏季单峰型;④ 南方各大河流域从2月末到6月中下旬陆续进入雨季,北方各大河流域进入雨季时间集中在6月末、7月初;南、北方雨季结束时间比雨季开始时间集中,从南到北进入雨季时间持续120 d以上,而从北到南退出雨季时间则仅持续不到45 d;⑤ 丰雨期的持续时间,珠江流域从5月初到9月上旬后期,东南诸河从5月上旬到7月上旬,8月末到9月初再度短暂出现,长江流域从6月中下旬到7月中旬,西南诸河从7月中旬到 8月下旬,淮河流域从7月上旬至7月底、8月初,辽河流域在8月初出现极短丰雨期;⑥ 降水年际变异性最高的站点在青藏高原西南、塔里木盆地、阿拉善高原、华北平原北部和汾河谷地,海河流域年降水具有最大的变异系数。     

中国60城市站1901—2019年日降水数据集的构建

近年来中国区域降水的极端化问题得到学术界的广泛关注,有关研究也获得了大量成果。但是,目前国内外常用的高分辨率降水资料序列多从1951年左右开始,普遍缺少20世纪早期中国的逐日降水资料,对于近一百多年中国极端降水变化特征及其机理,目前还不清楚。基于多来源的1901—1950年原始观测报表数字化逐日降水资料,补充先前未录入的“无降水”和缺测数据,研发质量控制方案并开展质量控制,补充录入检出的缺失和错误数据并再次质控,结合1951年以来的现代降水日值资料,建立中国60个城市站1901—2019年降水日值数据集。数据集评估结果显示,早期中国东部地区的台站较为密集,数据完整性和正确性较好,但中国西部的台站数量少且完整性和正确性偏低。本数据集构建的年总降水量累积值序列与已有的月降水量数据基本一致。基于该数据集,研究发现重庆站近百年来的降水未出现显著的趋势性变化。该数据集使后续分析研究中国极端降水的百年尺度长期变化特征成为可能。     

中国区域平均降水量序列构建方法比较研究

由于地面观测台站空间分布不均匀,运用不同区域平均技术方法研究中国降水特征和变化规律的结果存在显著差异,是区域降水变化研究不确定性的重要来源之一。本文以“中国地面与CMORPH（CPC Morphing Technique）融合逐日降水产品”作为参照值,基于中国地面2425 站观测资料,采用5种网格尺寸的经纬度网格面积加权平均方法、省面积加权平均方法、直接平均方法等计算中国区域平均降水量时间序列,比较所得序列统计属性与参照值的偏差,判别方法的优劣。分析表明,1998～2012年,2.5°网格和5.0°网格区域平均方案所得年降水量序列的变化速率和离散程度同参照值最为接近,分别是最优和次优的区域平均方案。省面积加权平均方法对多年平均年降水量的计算准确,但对年降水量变化趋势的估计效果稍差,距平百分率序列很不准确。网格过疏或过密都会使区域平均结果出现较大误差,直接平均方法的误差亦偏大,可靠性较低。     

纳氏试剂比色法测定海水养殖水体中的铵

本文采用加氢氧化钠和碳酸钠溶液除去海水中存在的大量镁钙离子，加入聚乙烯醇溶液，使与纳氏试剂生成的黄棕色络合物稳定，不产生浑浊。因此使纳氏试剂比色法可直接应用于海水养殖水体中铵的测定。     

基于深度BP/ELMAN神经网络的山区GNSS高程转换精度分析

将GNSS测量的大地高以较高精度转换为工程所需的正常高具有重要的实用价值。本文利用GSVS2017项目高精度的GNSS水准数据,分析了深度BP/ELMAN神经网络、广义回归神经网络(GRNN)、径向基函数神经网络(RBFNN)、支持向量机回归(SVR)、二次曲线拟合和曲面拟合等方法用于GNSS高程转换的精度。试验结果表明：(1)在训练点间距为50、30、15、10、5 km时,采用隐含层激励函数为ReLU的深度BP/ELMAN神经网络,其精度比GRNN、RBFNN、SVR、二次曲线拟合和曲面拟合方法高;(2)利用隐含层激励函数为ReLU的深度BP/ELMAN神经网络进行GNSS高程转换,5种训练点间距均可使90%以上检核点间的高差满足四等水准测量精度,75%以上满足三等水准测量精度要求,训练点间距为5 km时,55%以上的高差可达到二等水准测量精度要求。     

中国大陆降水时空变异规律——Ⅲ. 趋势变化原因

中国大陆现代降水表现出若干长期变化特征,对现代降水趋势性变化的原因,目前还没有很好了解。结合多种资料分析以及前人研究成果,对中国大陆近几十年降水变化趋势的原因进行了探讨,得到以下初步认识:① 现代降水量变化趋势具有明显的地域性差异,全国平均没有表现出显著增加或减少的长期变化,但强降水事件频率和降水量出现明显增多,而小雨事件特别是痕量降水事件显著减少。② 再分析资料表明,最近几十年全国水汽净收支量在一定程度上增加了,实际观测资料显示近地面和对流层中下层空气比湿或大气可降水量出现较明显上升趋势。③ 代用资料序列分析显示,全国大部地区近几十年降水变化仍处于晚近历史时期正常自然波动范围内;近百年观测的降水量序列也表明,黄淮海地区降水具有多重时间尺度相互叠加作用特点,低频自然气候变异的影响信号有清晰表现。④ 人类活动引起的大气中温室气体浓度增加对全国或东部季风区现代降水变化影响的信号,目前仍难以识别;区域性近地面风速减弱导致的雨量观测系统偏差以及大范围气溶胶浓度增加,可能是东部季风区大多数台站观测到的强降水事件频率增加和小雨频率显著减少的两个重要原因。⑤ 主要与城市化影响相关的地面观测资料系统偏差,可以部分解释现有分析表明的短历时强降水事件频率和累计降水量增加现象,同时也很可能是城市台站小雨和痕量降水事件频率明显下降的另一重要原因。     

1965—2019年中国夏季分钟降水空间分布与长期趋势分析

短时强降水可引起洪涝等气象灾害,揭示其气候分布和长期变化特征对于防灾、减灾和气候变化应对等工作非常重要。利用较为完整的中国夏季1965—2004年的自记纸（2225站）以及2005—2019年的自动站（2435站）分钟降水数据,分析了中国大陆分钟降水的空间分布和长期变化特征。结果表明,中国夏季分钟降水频率基本呈现从北到南增加的特征,分钟降水强度在西北地区较小,东部平原地区较大。1 min、连续5 min最大一次降水量在内蒙古、华北最多,连续10 min以上的最大一次降水量和年平均最大降水量在华南沿海地区最多,上述指标的最小值都出现在南疆一带。1965—2004年以及2005—2019年,夏季分钟降水频率都存在增加趋势,是引起中国平均夏季降水量增加的主要原因;分钟降水强度则没有明显趋势性变化。1965—2019年数分钟到一日的最大降水量距平百分率都显著增加,其中连续半小时左右的最大降水量增加最快。总体来看,中国大陆每分钟的降水并未趋向于极端化,极端降水量的增加可主要归因于暴雨过程持续时间的增加。      

“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。