北疆极端降水事件的初步分析

基于北疆44站日降水资料,使用一元线性回归和二项式滑动平均等统计方法,分析了北疆极端降水量、极端降水频数和极端降水强度的时空变化特征。结果表明,极端降水在季节和空间分布上均存在较大差异,山区极端降水强度大,平原地区极端降水频数多。极端降水量和频数在夏季和冬季均呈明显增加趋势,伊犁河谷地区尤为显著,而春秋季变化趋势不明显。4个季节的极端降水强度和频数均以年际变化为主,春季的极端降水强度在1990年后出现多个峰值,而秋季,在1990年前存在多个峰值。     

我国极端降水事件研究进展

全球变暖已经是既定的事实,在此背景下极端降水事件的频繁发生受到广泛的关注。从极端降水阈值的定义、极端降水变化特征、可能影响因子及模拟情况4个方面对国内近些年来极端降水事件的研究状况加以综述,指出目前对极端降水事件阈值的定义比较明确,极端降水长期变化特征有明显的区域性。由于我国降水状况受到东亚气候系统各个子系统的影响,其中机理极其复杂,所以对于极端降水的成因研究仍然不够彻底,相应地运用模式对其模拟和评估也有相对的不确定性。     

重庆汛期极端降水事件分析

利用重庆1961-2006年33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,然后统计出不同台站近46 a逐年汛期极端降水事件的发生频次,并进行时空分布特征分析.结果表明:重庆汛期极端降水事件发生频次的多寡很大程度上影响着汛期总降水量的大小.一致性异常分布特征是重庆汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态;重庆汛期极端降水事件发生频次的空间分布可分为5个主要区域.从长期变化趋势来看,Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ区为很弱的减少趋势,Ⅱ区表现为很弱的增加趋势,Ⅴ区则表现为相对较强的增加趋势.最大熵谱估计分析表明,近46 a来汛期极端降水事件发生频次各区之间的周期振荡不太一致,均存在2年左右的年际变化周期,不同的分区主要还存在着5年的年际变化周期和11年、15年左右的年代际变化周期振荡.     

黄土高原夏季极端降水及其成因分析

利用1961-2016年夏季黄土高原地区64个气象监测站的逐日降水资料及同期NCEP/NCAR再分析数据,分析了近56年黄土高原夏季极端降水的时空变化特征,并对比了极端降水强弱年以及不同年代黄土高原地区夏季大气环流形势的异同.结果表明,黄土高原夏季极端降水占夏季总降水量的54％左右,总体上呈现出东多西少的空间分布特征....     

台风温比亚(1818)降水及环境场极端性分析

利用多种观测及分析资料对台风温比亚（1818）暴雨过程的降水演变、极端降水特点及环境场物理量特征等进行分析。此次台风暴雨日降水量极端性显著,降水主要分为登陆前后、深入内陆并转向以及冷空气作用和变性3个阶段,其中第2阶段为最强降水时段。受其影响,河南、山东等地多个站点的日降水量突破历史极值。温比亚（1818）最大小时降水量达127.7 mm,其中74个站点小时降水量超过80 mm,短时强降水维持时间长达14 h,高降水效率及长持续时间造成极端降水。对流层中、低层存在标准化异常小于-4倍标准差的异常低压环流,造成极端低层辐合,叠加高空急流和高压边缘的极端高空辐散,动力条件极端性显著,200 hPa辐散和850 hPa辐合均接近或远超1988—2017年日降水量排名前30（HT30）降水日的最大值。受台风东侧水汽输送影响,降水区假相当位温、整层大气可降水量和水汽通量散度无论与气候态相比,还是与HT30降水日相比,均具有显著极端性,且极端水汽维持时间长达30 h。     

极端气温和极端降水复合事件的气候特征

基于1961-2014年的中国台站资料,侧重探讨极端气温和极端降水复合事件的气候特征。结果表明,基于客观方法检测出四类极端复合事件：暖湿、暖干、冷湿和冷干。四类事件的频发区分别位于东北地区、华南地区、西藏及华南地区和长江以南及云贵高原一带。全国暖湿、暖干事件频数呈增加趋势,春夏季频发;冷湿事件频数在西藏东北一带呈增加趋势,而在长江流域呈减少趋势,夏秋冬季频发;冷干事件频数呈减少趋势,秋冬季频发。四类极端复合事件经验正交分解的时间序列主模态均表现为年代际信号。进一步分析四类复合事件与能源消费量的联系表明,极端湿事件与能源消费量呈正相关,而极端干事件则相反。     

近45年来河北省极端降水事件的变化研究

利用河北省1961-2005年逐日降水资料,采用通用的极端气候指数,分析了近45年河北省极端降水事件频率变化的时空特征.结果表明,全省平均年最大日降水量呈下降趋势,1980年为由多向少的转折点;强降水日数和暴雨日数变化不大,但南部平原地区一般减少,北部山地区域多有增加,暴雨日数和强度在1990年代中后期显著增加;降水日数有较明显减少,南部和东南部平原减少更显著;降水日数的减少主要是中、小雨(雪)日数减少造成的.这些结果说明,河北省强降水日数和暴雨日数在降水日数中的比重有增大趋势,强降水量和暴雨降水量在总降水量中的比重可能增加了.这种相对增加趋势主要发生在1990年代中期以后.     

1981－2020年沂沭河流域极端降水事件特征及环流背景

利用1981—2020年沂沭河流域内12个气象台站逐日降水观测资料,西太平洋副热带高压（西太副高）指数、太平洋年代际振荡指数（PDO）等资料以及NCEP/NCAR逐日再分析资料,采用线性趋势分析、累积距平法联合滑动t检验、morlet小波分析、相关性分析、合成分析等方法,研究近40 a沂沭河流域极端降水事件的时空变化特征,并进一步研究极端降水指数与气候因子之间的相关性以及极端降水事件的异常环流背景。结果表明：沂沭河流域极端降水事件具有整体上增多且强度增强的特征,且近年来在频次和年极端降水量上波动峰间值增大,分别为6.2 d/a、538.2 mm/a,极端降水事件日趋严重。空间分布上南多北少,中部、北部较南部增速更明显。极端降水频次和年极端降水量均在1989年和2002年左右突增;极端降水强度在1989年突增,2000年左右突减。极端降水的频次、强度和年极端降水量分别以22 a、10 a和22 a的周期波动为主。西太副高的脊线位置跟频次和年极端降水量具有正相关性,PDO与频次和年极端降水量具有负相关性。东亚夏季风强度和西太副高的位置是影响沂沭河流域极端降水事件多寡的重要因子,在预测该流域的极端降水情况时可做参考依据。     

内蒙古地区极端降水事件分布特征

基于内蒙古地区94个气象站1961—2007年逐日降水量资料,利用累积频率法,分析了极端降水事件变化特征。结果表明:(1)近50年内蒙古地区极端降水事件和极端强降水事件发生的强度和出现的频次均呈现出增多趋势,尤其在1977年降水发生突变之后,增加趋势更为明显。(2)近50年内蒙古地区最长连续无降水日数和最长连续降水日数持续时间缩短,表明连续性干旱和降水的持续性减弱,尤其是进入本世纪后,最长连续无降水日数陡升和最长连续降水日数陡降,气候湿润程度下降,加之全球气候变暖,使内蒙古地区进入本世纪后暖而干的气候特征更为明显,这对农牧业生产和生态环境保护极为不利。(3)内蒙古地区近50年小雨和暴雨日数的减少,降水强度的加大,使全区降水不稳定性增加,降水有极端化发展趋势,尤其是在1987年气温发生突变之后,降水强度变化更大。     

极端降水事件变化的观测研究

利用湖北1961—2014年站点逐日降水资料及人口和人口城乡构成数据,通过平均值分离、最小二乘法拟合、趋势系数和气候倾向率分析、M-K检验和累积距平检验等方法,从时空分布、趋势变化、局地特征等方面,分析了近54 a湖北极端降水的变化特征及其与城市化的关系,结果表明：(1)对于第95百分位的极端降水事件,湖北极端降水阈值的范围为43.5~85.1 mm,大部分站的阈值在暴雨雨量范围,高阈值区位于江汉平原和鄂东,低阈值区位于鄂西北,最高阈值出现在武汉站,最低阈值出现在竹山站和房县站。(2)近54 a来湖北多年平均的极端降水日(D_ep)、极端降水量(P_ep)、极端降水强度(I_ep)、最大5 d降水(R_{5 d})和雨量比均存在明显的区域特征,但I_ep、R_{5 d}的地域差异不如D_ep、P_ep明显。鄂西南南部以及鄂东南东部和南部是极端降水事件的高发区,鄂西北北部是极端降水事件的低发区。(3)极端降水指数(R)能反映极端降水的强弱,其大尺度存在明显的年际差异,而长期变化趋势不显著,P_ep、I_ep和雨量比呈弱增加趋势,R_{5 d}和极端降水频数呈弱减少趋势。(4)城市化发展速度会改变R及其局地距平百分比DR_ij、趋势系数和气候倾向率的空间分布。随着城市化发展速度加快,湖北城市“雨岛效应”的格局发生了变化,D_ep、P_ep、I_ep、R_{5 d}及其DR_ij从南北差异明显变为东西差异明显,江汉平原和鄂东的D_ep、P_ep、I_ep、R_{5 d}增加,而鄂西南的减少,且四者趋势系数通过显著性水平检验的站点数更多,气候倾向率绝对值也普遍增大,但大部分站点的变化趋势为负值。(5)湖北极端降水具有明显的城市效应,城市化发展速度较快的大城市代表站的极端降水阈值大于配对的小城市代表站,两种代表站平均的D_ep、P_ep、I_ep、R_{5 d}的年际变化较一致,但大城市代表站的I_ep、R_{5 d}普遍较大,极端降水的变化趋势更明显。

     

2013年汛期华中区域业务数值模式降水预报检验

利用常规气象资料、自动站加密观测资料、卫星云图和雷达资料、NCEP再分析资料、细网格模式资料以及区域中尺度模式,对2017年8月18日夜间沙颍河流域一次短时极端强降水过程的漏报原因和可预报性进行了探讨。结果表明：此次过程发生在西低东高的环流背景下,低层和边界层切变线稳定维持、超低空西南急流建立为强降水过程提供了水汽输送和辐合抬升条件;弱冷空气沿华北南部扩散南下逐渐侵入倒槽,在沙颍河流域形成中尺度辐合线（辐合中心）且长时间维持,触发不稳定能量释放,对暴雨有一定的可预报性。两个中尺度对流云团加强、合并发展为β中尺度对流系统,呈准静止状态,在沙颍河流域下游维持长达6 h是降水增强的直接原因。冷池及其前侧地面中尺度辐合线触发中尺度对流系统,强回波不断在中尺度冷池前侧温度梯度高值带中发展并维持,造成短时极端强降水。本次过程动力条件较弱,水汽主要集中在边界层,热力不稳定条件极为有利,但数值模式对此类对流性暴雨的捕捉能力有限,是暴雨漏报的原因。数值模式和业务预报对降水强度及极端性估计不足,以及预报员缺乏极端天气预报经验,也是造成这次过程预报失误的原因之一。

     

2018年5月江苏极端降水事件发生前副热带高压异常及原因分析

本文利用NCEP/NCAR提供的2.5°×2.5°全球再分析数据,以2018年5月江苏两次极端降水事件发生前副高异常变化为研究对象,根据全型涡度方程定量计算了凝结潜热分布不均引起的涡源对副高迅速演变的诱发作用。研究发现,120°E处500 hPa 5月第1候副高脊线多年平均位置位于16°N附近,而2018年同期120°E的脊线则位于19°N附近,呈明显偏北的状态。2018年5月第1候东亚500 hPa位势高度距平场表现出南高北低的形态,有利于我国华东地区成为暖湿空气和干冷空气的交汇区,构成了江苏5月两次极端降水过程的有利环流背景。与对流层中层环流异常对应的是,同期115°~125°E之间850 hPa上8 g·kg^-1等比湿线位于28°N附近,较多年气候态偏北15°,强降水区内同期850 hPa比湿较往年偏多2~4 g·kg^-1,相应距平百分率可达50%~75%。且110°~120°E之间θ_se的340 K等值线5月第1候多年气候态位于13°N以南,但2018年同期却偏北至25°N附近,暖湿气团北进有利于强降水的发生。副高西伸北抬前,副高主体西侧和北侧均有凝结潜热加热区存在,说明潜热加热与副高演变关系密切。垂直剖面表明600 hPa为凝结潜热加热中心,向上加热率随高度减小,因此500 hPa处潜热加热率垂直梯度为负,使得500 hPa成为负涡源所在。因凝结潜热分布不均产生的负涡源,1~2 d便可形成与副高自身十分接近的负涡度值,足以诱发副高突变,该时间尺度与副高真实演变时间相符。负涡源中与凝结潜热垂直分布不均相关的部分起主要作用,而与凝结潜热水平分布不均相关的部分同时期产生的负涡度最多仅为前者的1/3左右,对副高突然西伸的作用较小。与凝结潜热相关的负涡源作为引发西太平洋副高异变的可能原因,其与副高的关系仍需进一步研究。     

ENSO事件与袁河流域汛期降水分析

应用1959～1998年袁河流域5站汛期(4～7月)平均降水总量,讨论了袁河流域汛期降水量年际变化与ENSO事件的联系.结果表明当ENsO事件发生后,次年袁河流域汛期降水量偏多;拉尼娜事件发生后,次年袁河流域汛期降水量一般都偏少.统计显著性水平在95%以上.     

Simulation of extreme precipitation over the Yangtze River Basin using Wakeby distribution

Based on the daily observational precipitation data at 147 stations in the Yangtze River Basin during 1960–2005 and projected daily data of 79 grid cells from the ECHAM5/ MPI-OM model in the 20th and 21st century, time series of precipitation extremes which contain AM (Annual Maximum) and MI (Munger Index) are constructed. The distribution feature of precipitation extremes is analyzed based on the two index series. Three principal results were obtained, as stated in the sequel. (i) In the past half century, the intensity of extreme heavy precipitation and drought events was higher in the mid-lower Yangtze than in the upper Yangtze reaches. Although the ECHAM5 model still can’t capture the precipitation extremes over the Yangtze River Basin satisfactorily, spatial pattern of the observed and the simulated precipitation extremes are much similar to each other. (ii) For quantifying the characteristics of extremely high and extremely low precipitation over the Yangtze River Basin, four probability distributions are used, namely: General Extreme Value (GEV), General Pareto (GPA), General Logistic (GLO), and Wakeby (WAK). It was found that WAK can adequately describe the probability distribution of precipitation extremes calculated from both observational and projected data. (iii) Return period of precipitation extremes show spatially different changes under three greenhouse gas emission scenarios. The 50-year heavy precipitation and drought events from simulated data during 1951–2000 will become more frequent, with return period below 25 years, for the most mid-lower Yangtze region in 2001–2050. The changing character of return periods of precipitation extremes should be taken into account for the hydrological design and future water resources management.     

中国暖区暴雨的研究进展

黄河流域极端强降水主要集中在夏季6—8月,开展该流域夏季极端强降水大尺度环流特征研究对提高其气候预测准确率和防灾减灾能力具有重要意义。使用1961—2017年黄河流域247个地面气象观测站夏季逐日降水资料,首先分析该流域区域性极端强降水事件的分布特征;再根据500 hPa主导环流系统,将影响该流域夏季区域性极端强降水的典型环流形势分为阻塞型、低槽型、台风外围型,并对其中的阻塞型、低槽型极端强降水发生时的环流特征及其水汽输送、前期演变特征进行了分析。结果表明：(1) 近57 a来黄河流域夏季极端强降水阈值自西向东、自北向南逐渐加大,而极端降水次数上游源头地区较其他地区多。(2) 阻塞型和低槽型极端强降水的200 hPa纬向风距平分布特征相似,其距平在20°—55°N范围自北向南均呈“- + -”分布;其500 hPa环流特征差异较大,在欧亚中高纬地区低槽型以纬向环流为主,阻塞型以径向环流为主,前者30°—65°N范围多小槽小脊活动,后者低纬地区为正高度距平控制。(3) 阻塞型极端强降水的水汽主要来自印度洋和太平洋,低槽型的水汽主要来自太平洋和南海。(4) 造成阻塞型极端强降水的阻塞高压以原地发展为主,其发生前1~2周就能捕捉到阻塞高压发生发展信号;造成低槽型极端强降水的低槽以移动性为主,其初始信号出现在极端强降水前7 d左右,强信号出现在极端强降水前2~3 d。

     

欧亚大陆极端降水事件的区域变化特征

近年来,在全球变暖的背景下,极端气候事件特别是极端降水事件,发生频率愈发上升。本文使用美国气候预测中心提供的逐日降水资料,统计分析了1979—2018年期间欧亚大陆各个子区域极端降水事件的时空变化特征。结果表明:1)从气候态的空间分布特征来看,南欧、南亚、东南亚、东亚地区为欧亚大陆全年总降水量高值区,同时也是极端强降水频发地区;而东亚地区青藏高原、中国中西部至蒙古一带,南亚地区印度次大陆以及中亚、西亚等地的部分地区则是连续性干旱事件的高频区,极端强降水事件发生频次较少;2)在21世纪初之后,东南亚、南亚、东亚、北亚、西亚和南欧这6个地区的全年总降水量发生年代际增加,且在研究时段呈显著增加趋势。在过去近40 a,南亚、东亚和中亚的RX1day(日最大降水量)、RX5day(连续5 d最大降水量)、中雨日数(R10mm)、大雨日数(R20mm)自20世纪90年代中期年代际增加,且呈长期增加趋势。南亚、北亚、东亚、中亚这4个地区的最大连续干旱日数在20世纪80年代初显著增加,但长期趋势并不显著。需要指出的是,自2014年起极端强降水事件在东南亚、南亚和东亚地区持续增多,而连续性干旱事件在北欧地区持续增多。     

赣江流域近50a来极端降水时空变化特征

基于赣江流域1964—2013年13个水文站的日降水资料,采用AM抽样和POT抽样相结合的方法,对极端降水序列,选定日最大降水量(RX1)、极端降水量(R95)、极端降水天数(RD95)和极端降水强度(RI95)四个指标,利用Mann-Kendall趋势分析方法、Pettitt变点检验法分别对赣江流域极端降水进行时间变化趋势和突变的分析,并利用普通克里金插值,对各指标进行空间分布的分析。研究结果表明,时间变化上,赣江流域RX1、R95和RD95均表现出一定的增加趋势,但RI95变化不大,各指标在过去50 a没有发生显著突变;空间分布上,RX1、R95和RI95沿着赣江流向从西南向东北增加,而RD95的空间分布没有明显的变化规律,存在多个极大极小值中心。     

2020年6—7月长江中下游极端梅雨天气特征分析

雨滴谱是反映降水微物理特征的重要参数,研究雨滴谱垂直结构特征有助于认识降水演变过程和改善雷达定量降水估计。基于秭归、荆州和南京三站并址观测的微雨雷达和二维视频雨滴谱仪数据,探讨了2020年梅雨期不同地区、不同降水强度下的雨滴谱垂直结构特征。结果表明,雨滴下落过程中,小雨滴的数浓度和对降水强度的贡献在减少,中等雨滴和大雨滴的数浓度和对降水强度的贡献在增加,最后导致对地面降水强度有最显著贡献的是中等雨滴。不同降水强度的雨滴谱垂直结构存在明显差异,弱降水时,雨滴谱较窄,雨滴蒸发和碰并作用相均衡,雨滴谱参数变化小;强降水时,雨滴谱明显拓宽增高,雨滴间存在明显的碰并过程,中滴和大滴数浓度随高度降低而增大,雨滴谱参数出现明显变化。统计分析显示,雨滴谱有明显的区域性差异,秭归数浓度最高但雨滴直径最小,荆州数浓度中等且雨滴直径中等,南京数浓度最低但雨滴直径最大。不同地区的μ-Λ关系具有差异,采用不同地区构建的Z-R关系估算的降水强度与观测值比较一致。

     

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采用欧拉方法分析盆地东北部夏季3例持续性暴雨过程的水汽输送及其异常特征,并利用拉格朗日轨迹模式模拟计算了影响川东北的主要水汽输送通道,结果表明：（1）不同纬度多系统相互作用对水汽输送的加强,是造成2007年和2010年两例持续性暴雨水汽强度异常大的重要原因。2012年持续性暴雨个例中异常水汽主要源于孟加拉湾和南海两支水汽的共同作用。（2）水汽源地可追溯至孟加拉湾、南海、西太平洋和阿拉伯海。边界层的水汽输送更多是自南海沿华南地区进入川东北;中低层水汽输送路径,或以孟加拉湾进入川东北,或以南海进入川东北,或两者共同作用。在垂直方向上,多条水汽输送通道的相互叠加,促使川东北产生强的水汽通量。（3）每条水汽输送通道在不同的个例中主次作用不一致。同一个例的水汽输送通道并非固定不变,不同降雨阶段可能与不同水汽输送通道对应。