L-矩估计方法在极端降水研究中的应用

本文引进具有高精度优良特性的L-矩参数估计方法,应用Gumbel分布模式拟合我国东部地区的极端降水量。结果表明,参数的L-矩估计法使Gumbel分布拟合极端降水的优度有较大的提高,同时在给定重现期条件下估计极值分位数具有良好的效果。相对而言,对短样本序列,L-矩估计比常规矩估计具有明显的优势。     

环渤海地区极端降水事件概率分布特征

利用环渤海地区60个测站1961～2008年逐日降水资料,采用L-矩参数估计方法对各站超临界值日极端降水拟合广义帕雷托分布。结果表明,广义帕雷托分布能够很好地拟合环渤海地区日极端降水的概率分布,其尺度参数、形状参数与极端降水重现期的地理空间分布密切相关,重现期50、100年一遇的日极端降水空间分布基本一致,山东南部、河北西南部、辽宁西部与河北东北部等区域具有较高极端降水值。     

乌江流域极端降水时空分布特征及重现期分析

基于1960—2016年乌江流域41个气象站的逐日降水观测资料,利用线性倾向估计、滑动平均、累积距平等方法计算趋势系数和气候趋势,分析了研究时段内乌江流域年暴雨等级面雨量、年平均最大日降水量、年平均极端持续强降水次数和对应降水量的时空分布特征,分析表明:(1)乌江流域年暴雨等级面雨量和日数呈显著增加趋势(均通过α=0.05显著性水平检验),而暴雨强度呈不显著性增加趋势;5—10月各旬暴雨等级面雨量及日数变化基本一致,5月中旬至8月上旬呈单峰型分布,暴雨强度呈波动增减分布。(2)近57 a乌江流域年平均最大日降水量年代际变化比较明显。(3)乌江流域发生极端持续强降水年平均次数呈不显著的减少趋势,但极端持续强降水量呈不显著的增加趋势。采用耿贝尔极值Ⅰ型分布法计算了乌江流域5个代表站不同重现期日最大降水量值,发现不同站点日极端最大降水量重现期水平差异明显,重现期时间尺度存在临界点,约为50 a。     

浙江省极端降水事件分布及其概率特征

以浙江省内时间序列较长,空间分布较为均匀的24个站的降水资料为基础,应用边缘分布函数来确定极端降水的阈值,进而分析能较好表征极端降水事件的各类极端降水指数的发生发展规律和时空分布特征。结果表明,极端降水事件在浙西北地区发生更为频繁,浙南地区发生日数较少,而极端降水平均强度的高值分布在浙江南部,低值位于东北部,极端降水日数各区域均表现出增多趋势,同时其分布也有一定的时间周期规律可循;极端降水平均强度除了浙中西部地区外也表现出不同程度的增强趋势。采用L-矩参数估计方法,应用Gumbel概率分布函数能较好的拟合各站点的降水极值,通过设定重现期求得降水极值的理论值,从其空间分布特征可发现,降水极值总体上呈现出由浙南向浙东北地区减小的趋势,且南北差异较大。     

中国南方夏半年湿期概率特征及其极值风险分析

以中国南方诸代表站近40 a(1965—2004年)夏季(5—9月)逐日降水资料为研究对象,探讨了夏半年各站湿期游程及其极端值的概率分布最佳模式。在对各站湿期游程分别验证指数分布的基础上,作耿贝尔(Gumbel)极值分布和广义帕雷托分布(GPD)拟合,进而对两者的拟合效果进行比较。并由此对湿期长度估计其不同重现期(如20 a一遇、50 a一遇和100 a一遇)的极端湿期长度的分位数概率。经K-S方法的统计检验,证明GPD分布拟合效果较好,能更加精确的模拟出中国南方夏季的极端连雨日数及其概率。     

山西省主汛期极端变化降水特征

利用环渤海地区60个测站1961～2008年逐日降水资料,采用L矩参数估计方法对各站超临界值日极端降水拟合广义帕雷托分布。结果表明,广义帕雷托分布能够很好地拟合环渤海地区日极端降水的概率分布,其尺度参数、形状参数与极端降水重现期的地理空间分布密切相关,重现期50、100年一遇的日极端降水空间分布基本一致,山东南部、河北西南部、辽宁西部与河北东北部等区域具有较高极端降水值。     

长江流域极端降水过程事件的年内分布特征

基于1960-2016年乌江流域41个气象站的逐日降水观测资料,利用线性倾向估计、滑动平均、累积距平等方法计算趋势系数和气候趋势,分析了研究时段内乌江流域年暴雨等级面雨量、年平均最大日降水量、年平均极端持续强降水次数和对应降水量的时空分布特征,分析表明：（1）乌江流域年暴雨等级面雨量和日数呈显著增加趋势（均通过α=0.05显著性水平检验）,而暴雨强度呈不显著性增加趋势;5-10月各旬暴雨等级面雨量及日数变化基本一致,5月中旬至8月上旬呈单峰型分布,暴雨强度呈波动增减分布。（2）近57 a乌江流域年平均最大日降水量年代际变化比较明显。（3）乌江流域发生极端持续强降水年平均次数呈不显著的减少趋势,但极端持续强降水量呈不显著的增加趋势。采用耿贝尔极值Ⅰ型分布法计算了乌江流域5个代表站不同重现期日最大降水量值,发现不同站点日极端最大降水量重现期水平差异明显,重现期时间尺度存在临界点,约为50 a。

     

中巴经济走廊极端降水时空变化

基于1961-2015年中巴经济走廊地区逐日降水观测数据,采用专业气候数据空间插值软件ANUSPLIN对观测数据进行格点化处理,利用改进的百分位法计算了极端降水阈值,分析了中巴经济走廊地区极端降水量、强度与频率的时空分布特征,采用广义极值分布估算了该研究区极端降水的重现期。研究表明:(1)近55年来,极端降水量与极端降水日数均呈增加趋势但均不显著,极端降水强度变化趋势平稳;(2)研究区极端降水量与极端降水阈值的空间分布特征相似,极端降水频率的空间分布则较为均匀且呈"西南低—东北高"阶梯状分布;极端降水强度最高的地区主要集中在信德省南部和35°N地区,达到50 mm·d^-1以上;(3)不同重现期的极端降水表现出较强的区域性,随着重现期的逐渐增加,35°N地区高重现水平的区域范围逐渐减少,30°N地区在25年一遇中出现高重现水平区域且在50年一遇重现期中区域范围逐渐增大。     

中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景

基于中国测站的降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,取第95百分位数作为极端降水阈值,通过经验正交函数分解(EOF)方法将中国东部分为华南、长江中下游、华北和东北三个地区,定义极端降水事件,并对中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景进行研究。结果表明,极端降水事件随日期的变化与中国东部夏季雨带的南北移动相吻合。近54年来,华南极端降水事件频数在1991年左右突增,长江中下游地区有两次突变,1991年左右突增,2000年左右突减。华北和东北地区在1999年左右突减。发生极端降水事件时,低层850 hPa出现局地异常气旋环流,位势高度异常降低,对应低空异常辐合;中层500 hPa,西太副高位置异常偏南有利于华南极端降水的发生,副高西伸有利于长江中下游的极端降水,位置偏北易造成华北和东北极端降水;高层200 hPa,发生极端事件时降水关键区位于西风急流轴右侧,对应异常反气旋环流,这种高层辐散低层辐合的环流配置为极端降水提供动力条件。极端降水的气候平均态水汽主要来源于南半球和西北太平洋。副高的位置异常影响我国东部水汽输送异常,造成不同地区的极端降水。      

浑太流域降水极值的统计分布特征

基于浑太流域1966-2006年73个雨量站的日降水资料,建立了逐站年最大日降水量(AnnualMaximum,AM)序列和汛期4-9月日降水量<1.27mm.d-1的最长持续干旱天数(Munger Index,MI)序列,并对其时空分布规律进行了分析。采用广义极值(General Extreme Value,GEV)分布、广义帕雷托(General Pareto,GP)分布、韦布尔(Weibull,WB)分布、约翰逊SB(Jonhson SB,J-SB)分布、Burr分布和对数逻辑(Log-Logistic,L-LG)分布等6种极值分布函数对AM和MI序列进行了逐站分布拟合,结果表明,广泛应用的GEV分布整体拟合程度最好,有50个测站的KS检验统计量Dn<0.09,而未曾推广使用的Burr分布的拟合效果也非常好,有36个测站Dn<0.09。用GEV分布对50年一遇的AM和MI进行了估算,发现流域中心地区极端强降水和极端干旱的程度较高,分别为>208mm.d-1和>47d。     

利用广义帕雷托分布拟合中国东部日极端降水的试验

引进广义帕雷托分布拟合我国东部地区78个测站夏季(5～9月)逐日极端降水量.结果表明,不同门限值条件下的逐日降水量所拟合的降水极值概率分布均符合广义帕雷托分布,与其它极值分布如广义极值(下称GEV)分布模式相比,以GPD模式为最优.根据现代气候条件,分别计算了50年一遇和100年一遇的极端降水量分位数并分析其空间分布特征,两者基本一致,总体上都呈现出由东南向西北方减小的趋势,且南北差异较大,南方的极端降水量值可能达到北方地区的两倍以上.此外,资料年份越长,拟合效果越好.     

Temporal and Spatial Characteristics of Extreme Hourly Precipitation over Eastern China in the Warm Season

Based on hourly precipitation data in eastern China in the warm season during 1961-2000,spatial distributions of frequency for 20 mm h 1 and 50 mm h 1 precipitation were analyzed,and the criteria of short-duration rainfall events and severe rainfall events are discussed.Furthermore,the percentile method was used to define local hourly extreme precipitation;based on this,diurnal variations and trends in extreme precipitation were further studied.The results of this study show that,over Yunnan,South China,North China,and Northeast China,the most frequent extreme precipitation events occur most frequently in late afternoon and/or early evening.In the Guizhou Plateau and the Sichuan Basin,the maximum frequency of extreme precipitation events occurs in the late night and/or early morning.And in the western Sichuan Plateau,the maximum frequency occurs in the middle of the night.The frequency of extreme precipitation (based on hourly rainfall measurements) has increased in most parts of eastern China,especially in Northeast China and the middle and lower reaches of the Yangtze River,but precipitation has decreased significantly in North China in the past 50 years.In addition,stations in the Guizhou Plateau and the middle and lower reaches of the Yangtze River exhibit significant increasing trends in hourly precipitation extremes during the nighttime more than during the daytime.     

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。     

我国东部夏季极端降水与北太平洋海温的遥相关研究

采用1951—1998年我国东部(105°E以东)59个站点夏季大雨及以上降水量资料与北太平洋海温场资料,借助于SVD分析方法,逐季分析我国东部极端降水与北太平洋海温及南方涛动指数的遥相关,进而检测影响我国东部地区极端降水空间分布的海温关键区和南方涛动及其显著季节(月份)。结果表明,我国东部夏季极端降水与同期太平洋SST的遥相关主要在太平洋130～170°E,5～25°N之间海域;Ni-no区域SST与次年夏季极端降水的相关主要表现在与华东地区的正相关;黑潮海域及加利福尼亚海流区春季SST与我国东部夏季极端降水呈明显的负相关;冬季太平洋SST与我国东部夏季极端降水的遥相关主要表现在,赤道东太平洋、黑潮海域的冬季海温与华东地区、河套地区降水的正相关;我国东部夏季极端降水与前一年秋季Nino区海温为负相关,与西太平洋海温为正相关。     

中国东部夏季极端降水事件及大气环流异常分析

主要利用1961~2014年中国东部地区438个台站的逐日降水资料和NCEP/NCAR的再分析资料,从大气内部动力角度对夏季不同极端降水情况下的环境场进行分析,结果表明:对长江中下游地区而言,在极端降水频次偏多年时,850 hPa风场及整层水汽输送距平场均表明东亚夏季风偏弱,有利于更多的水汽输送到长江中下游地区,500 hPa鄂霍次克海阻塞高压持续日数偏多,有利于冷空气南下,200 hPa东亚副热带急流偏南,且30°N以南偏西风异常有利于辐散,而在斜压波包从西北东南向传播为极端降水事件分发生集聚了能量;对华北地区极端降水频次偏多年而言,850 hPa风场及整层的水汽输送距平场均表明东亚夏季风偏强,有利于更多的水汽输送到华北地区,500 hPa高度距平场日本海正距平,贝加尔湖蒙古地区为负距平,华北地区东高西低,200 hPa东亚副热带急流偏北,从而导致我国华北地区极端降水频次偏多,能量传播也为西北东南向。这些结果表明极端降水的变化,与大气内部的动力作用和能量的传播有密切的关系。     

中国主要河流流域极端降水变化特征

利用中国1956-2008年逐日降水量资料,以全国主要河流流域为研究区域,分析了年最大日降水量、年暴雨（日降水量≥50.0 mm）日数的多年平均状况及长期变化趋势。分析表明,近53年,全国平均年最大日降水量没有明显的线性变化趋势,但全国范围内多数气象站点年最大日降水量呈现出增加趋势,并存在南方流域增加、北方流域减少的变化趋势,这种变化特征在2001年以来表现更加突出。全国平均年暴雨日数呈不显著的增多趋势,20世纪90年代最多,70年代最少。空间上,我国南北方流域年暴雨日数呈现相反的变化特征,南方流域多呈上升趋势,北方流域呈减少趋势。     

华东地区极端降水动力降尺度模拟及未来预估

利用CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）数据集中的全球模式IPSL-CM5A-LR及其嵌套的区域气候模式WRF（Weather Research and Forecasting）,分别评估了模式对1981~2000中国华东区域极端降水指标的模拟能力,并讨论了RCP8.5排放情景下21世纪中期（2041~2060年）中国华东极端降水指标的变化特征。相比驱动场全球气候模式,WRF模式更好地再现了各个极端指数空间分布及各子区域降水年周期变化。在模拟区域气候特点方面,WRF模拟结果有所改进,并在弥补全球模式对小雨日过多模拟的缺陷起到了明显的作用。21世纪中期,华东区域的降水将呈现明显的极端化趋势。WRF模拟结果显示年总降雨量、年大雨日数、平均日降雨强度在华东大部分区域的增幅在20%以上;年极端降雨天数、连续5 d最大降水量的增幅在华东北部部分区域分别超过了50%和35%,同时最长续干旱日在华东区域全面增加;且变化显著的格点主要位于增加幅度较大的区域。未来华东区域会出现强降水事件和干旱事件同时增加的情况,降水呈现明显的极端化趋势,且华东北部极端化强于华东南部。     

Warm-Season Diurnal Variations of Total,Stratiform, Convective,and Extreme Hourly Precipitation over Central and Eastern China

Diurnal variations in amount, frequency and intensity of warm-season hourly precipitation(HP) at seven levels, which are defined as HP 0.1, 0.5, 1, 5, 10, 20 and 50 mm, are revealed based on no less than 30 years of hourly rain-gauge observations at national stations over central and eastern China(CEC). This study investigates the variations, relationships, differences and similarities of total, stratiform, convective and extreme HP over the entire CEC and various subregions. Results indicate that the variations in the amount and frequency of HP at the seven levels over the entire CEC all display a bimodal feature. For various regions, the variations of total HP mostly feature two peaks, while convective HP mainly occurs in the late afternoon and determines the diurnal variation of total HP intensity. On the basis of the primary peak time periods of HP frequency at all levels over different subregions, the variations can be classified into three main categories: late-afternoon primary peak, nocturnal primary peak, and time-shifting primary peak. However, the variations over some coastal regions like the Liaodong Peninsula, the Shandong Peninsula, and the coastal regions of Guangdong, distinctly differ from those over their corresponding larger regions. Overall, the normalized diurnal variation amplitude of amount and frequency increases with the increasing HP intensity; convective precipitation can be represented by HP 10 mm; and the intensity of HP 50 mm is slightly larger during the nighttime than during the daytime over the entire CEC. In northern China, diurnal variation in HP 5 mm can represent well that in convective precipitation.     

标准化降水指数与广义极值分布干旱指数在西北地区应用的对比分析

从气象干旱的角度出发,对比分析了基于广义极值分布理论构建的新干旱指数GEVI(Generalized Extreme Value Index)和我国广泛应用的SPI (Standardized Precipitation Index)指数,详细讨论了SPI和GEVI指数在西北地区干旱监测中的适用性.结果表明,SPI和GEVI指数在计算原理上具有相似性,在一定程度上衡量某一地区干旱程度和反映干旱范围方面具有一致性和可替代性.但因两者采取不同的分布形态,对干旱等级的衡量效果不尽相同.GEVI指数在拟合降水量分布函数时更为详尽、客观.在西北5省(区)的干旱监测中,对地处干旱半干旱区的甘肃来说,GEVI指数在于旱强度判定方面优于SPI指数;对年降水量最少的新疆地区来说,GEVI指数比SPI指数在干旱监测方面更为适用.