暖季极端降水与温度的关系研究——以安徽省为例

围绕1998~2014年间安徽省极端降水事件,展开了不同时间尺度暖季极端降水与温度的关系研究。结果表明,从年际尺度上看,极端降水强度和极端降水频数与气温和温度日较差的相关关系呈现南负北正的反向特征,尤以北部的正相关最显著。定量结果表明,安徽省区域平均的暖季极端降水频数和极端降水量对升温的变化百分率分别为13.7%/°C和0.03%/°C。从日(小时)尺度上看,气温低于25°C时,随着气温的升高极端降水量增加,且基本遵循一倍(二倍)的Clausius-Clapeyron变率。但在气温高于25°C时,随着温度的升高,日和小时极端降水量出现不同程度的下降,尤以前者减少的最显著。进一步比较不同小时尺度极端降水与气温关系发现,随着时间尺度的增长,气温增长后极端降水量下降的关系变得尤为明显。这可能与单日内极端降水在偏高温时以短时降水为主有关。     

北京地区夏季降水与气温的对应关系

随着全球气候的持续变暖,各种高影响天气气候事件的发生频率和强度均有明显增强。由于大气热力条件与降水的变化有着密切的联系,开展降水与气温对应关系的研究具有重要的科学意义。本文应用北京地区20个气象站1978—2012年夏季逐日降水及气温资料,分析了不同量级降水与气温的对应关系及城、郊区间的差异。结果表明:(1)北京地区降水量随气温的升高有一个先升后降的过程。中雨及以上量级的降水,当气温达到临界值后雨量保持平稳,随气温变化不明显。而当气温进一步上升到一定程度后,降水量开始随气温升高而迅速减弱。越是强度大的降水,其在达到峰值前随气温的增速越接近Clausius-Clapeyron变率。(2)降水频率、强度随气温变化的临界值各不相同。当气温超过临界值后,降水频率及强度均开始减弱。(3)城、郊区间不同量级的降水随气温具有相似的变化趋势,但到达临界值前城区降水随气温的增速比郊区更大,表明城区降水对气温的敏感性比郊区更强。鉴于城市化对区域气候的主要影响是导致热岛效应的增强,这将有助于我们从另一个角度探讨城市化效应对降水的影响机制。     

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。     

热带气旋对1975-2018年暖季中国极端降水气候态、变化趋势及其与温度关系的影响研究

全球变暖背景下我国极端小时降水和极端日降水(EXHP、EXDP)气候态及变化趋势的区域差异明显,其中热带气旋(TC)的影响尚不明确。利用1975─2018年暖季台站小时降水(P)和热带气旋最佳路径等资料,采用百分位法定义极端小时降水与极端日降水,并将总降水(All)客观分为热带气旋降水与非热带气旋(nonTC)降水,分析热带气旋对中国东部All-P、All-EXHP、All-EXDP的气候态和变化趋势以及极端小时降水随温度变化的影响。主要结论如下：(1) TC-P、TC-EXDP、TC-EXHP占其对应总降水之比均从东南和华南沿海向西北内陆递减,区域平均而言,TC-P占All-P之比与TC-EXHP占All-EXHP之比均约为11%,而TC-EXDP占AllEXDP之比为15.8%;(2)热带气旋和非热带气旋降水变化趋势的空间分布差别较大,热带气旋对长江流域东部总降水增多的贡献高达49%,并一定程度上改变了降水趋势的空间分布;(3) TC-EXHP强度与温度的关系在约21℃发生改变,且截然不同于nonTC-EXHP,华南、东南沿海TC-EXHP强度随温度的变化率明显低于nonTCEXH...     

基于气象台站的澜沧江上游极端气温与极端降水变化特性研究

基于流域内的3个气象站点1960-2020年逐日最高气温、最低气温和降水量等基础资料,采用线性倾向回归分析法、Mann-Kendall突变检验法和小波分析等方法进行研究,分析和揭示了澜沧江上游流域在时间尺度上的变化。研究结果表明：(1)在1960-2020年,澜沧江上游流域的极端气温暖昼日数(TX90P)和暖夜日数(TN90P)呈显著上升趋势,速率分别为1.6d/10a和2.7d/10a;冷昼日数(TX10P)和冷夜日数(TN10P)呈显著下降趋势,速率分别为1.2d/10a和2.7d/10a,而极端降水变化只有持续湿润指数(CWD)的变化趋势不显著,其余三个降水指标降水总量(PRCPTOT)、1日最大降水量(RX1day)、5日最大降水量(RX5day)都呈显著上升趋势,速率分别为18.8mm/10a、0.5mm/10a和0.8mm/10a。(2)澜沧江上游流域极端气温指数冷昼日数(TX10P)在1992年出现突变点,冷夜日数(TN10P)在1978-1993年间出先了连续突变现象,极端气温指数降水总量(PRCPTOT)在2000年以后发生突变,这也说明了在时间尺度上的变化明显。(3)在1960-2020年,澜沧江上游流域的极端气温和极端降水周期特征变化显著,均存在多时间尺度的特征,第一主周期主要在10-15a、15-20a和25-30a三个时间尺度范围内。     

未来气候情景下中国东部极端降水和气温的危险性特征

基于BCC-CSM11模式降尺度预估结果,通过构建极端天气气候事件的危险性指数,考察和分析了中国东部极端降水和气温未来气候情景下可能的变化趋势和危险性分布格局。结果表明: 1）在中等排放情景（RCP4.5）下,近期（2021—2050年）极端降水和极端高温危险性呈现增强趋势,危险性指数增幅分别约为2%和10%,而极端低温危险性则呈减弱趋势,危险性指数降幅约为4%。21世纪末期（2070—2099年）,极端降水和气温危险性均基本保持现有水平,未有明显趋势。在高等排放情景（RCP8.5）下,极端降水和极端高温危险性将持续增强,至21世纪末危险性指数增幅分别约为5%和60%;极端低温危险性持续减弱,危险性指数降幅约为5%。2）在未来气候情景下,中国东部极端高温的危险性以全域持续增强为主要特征,特别是西南地区、长江以南地区和东南沿海危险性增强最为显著。至21世纪末,在高排放情景下的危险性指数增幅为30%—60%。极端降水危险性在黄河上游、长江上游和下游以及东北地区中南部等地区呈增强趋势,危险性指数增幅为3%—5%。极端低温危险性全域呈减弱趋势,至21世纪末期高等排放情景下的危险性指数最高降幅为7%—9%。     

中国1961—2016年夏季持续和非持续性极端降水的变化特征

基于国家气象信息中心提供的1961—2016年2400多站逐日降水观测资料,根据百分位法确定极端降水,对中国夏季持续（持续2 d及以上）和非持续性（持续1 d）极端降水事件的变化特征进行了研究。结果表明：在气候变暖背景下,以江淮流域为代表,中国大部分地区极端降水量趋于增多,但华北、西南及西部部分地区趋于减少;除内蒙古中部、四川等地以外,中国大部极端降水对总降水的贡献呈增多趋势。进一步对华北、江淮、华南、西南4个代表区域进行分析,发现华北、西南地区的持续和非持续性极端降水量都呈减少趋势,持续性极端降水量的减少更突出,极端降水更多以非持续性形式出现;江淮、华南一带,两类极端降水量都呈增多趋势,持续性极端降水量的增加更明显,极端降水更多以持续性形式出现。     

1955—2014年杭州极端气温和降水指数变化特征

根据杭州市1955—2014年降水量、气温逐日资料,采用国际通用的极端天气指数和线性倾向估计、M-K检验等方法,分析了杭州市近60 a极端气温和降水的变化特征。结果表明：1）杭州市近60 a的气温呈一致升高趋势,且变化显著,表现为极端高温阈值和极端低温阈值的升高及极端高温日数的增多;极端冷事件显著减少,暖事件显著增多。2）极端降水指数中只有强降水量的增加较明显,主要贡献为夏季和冬季强降水量的增强。3）冬季平均气温、极端低温阈值、霜冻日数等极端冷事件的突变发生于20世纪80年代初中期,夏季平均气温、极端高温阈值、高温日数等极端暖事件的突变发生于20世纪末21世纪初,与全国范围内的气候增暖进程基本一致。另外,降水强度、极端降水阈值等极端降水指数的突变时间在2008年左右,即2008年后气温升高和降水强度的增加突变期叠加,尤其在夏季和冬季表现更突出,可能诱发更多的异常天气。     

我国东南沿海午后短时降水极端峰值强度与湿度和地表气温的关联

利用中国东南沿海地区55个站点的逐时降水、日平均地面温湿场、低空气温露点差及OISST海表温度资料,对午后短时降水的极端峰值强度与湿度和地表气温的关联进行分析。结果表明,东南沿海地区午后短时降水极端峰值强度随气温的变化趋势存在明显变化,日最高气温低于29℃时,峰值强度随气温升高而上升;日最高气温高于29℃时,峰值强度随气温升高而下降。分析水汽条件作用发现,峰值强度在高温条件下随气温的升高而下降的现象与相对湿度变化有关,日最高气温较高时,相对湿度随气温的升高而大幅减小。初步分析可知,当陆地达到较高温度并进一步增温时,附近海域海表温度变化不大,使得洋面水汽含量增加较少。在陆地水汽主要来自于海洋的情况下,伴随陆地的进一步升温,地表相对湿度将减小。     

中国大陆台风远距离极端降水的基本特征

台风远距离极端降水可以分为极端小时降水(Extreme Hourly Precipitation,EXHP)和极端持续性强降水(Extremely Persistent Heavy Rainfall,EPHR)两类,因其作用距离远、机理复杂,是强降水业务预报中的重大挑战。为了加深对台风远距离极端降水特征的认识,本文利用2009—2019年中国自动站融合CMORPH卫星降水数据、热带气旋的最佳路径数据集,揭示了中国大陆EXHP和EPHR事件的基本特征。结果表明:环渤海、长江中下游、四川盆地是由台风远距离降水引发的EPHR和EXHP事件的3个高发区,强降水持续时间≥5 h为台风远距离EPHR的判别标准,在3个不同的区域内,EXHP的阈值分别为34.05、30.52及27.19 mm·h^-1。EPHR的发生时次与EXHP重合率高。EPHR事件的持续时间最长可达44 h,最大累积降水量可达542.03 mm,而EXHP的小时降水量更强。环渤海地区极端降水多发于夜间到清晨,长江中下游地区多集中在上午,四川盆地则集中在凌晨。造成长江中下游远距离极端降水的最大台风强度在3个地区中最强。极端降水落区与台风的最远距离发生在环渤海地区,可达4 333.1 km。     

中国西北干旱、半干旱区春季地气温差的年代际变化特征及其对华北夏季降水年代际变化的影响

利用我国1951~2000年夏季降水观测资料分析了我国夏季降水的年代际变化特征,表明了我国夏季降水在1976年前后发生了一次明显的气候跃变,在1976年之后华北地区和黄河流域夏季降水明显减少,出现了严重持续干旱,而西北地区从20世纪70年代后期开始,降水增多,且西北地区降水振荡位相要超前于华北地区降水振荡位相5~8年。并且,本文从1960~2000年我国西北干旱、半干旱区的地温、气温观测资料分析了我国西北干旱、半干旱地区的地气温差(Ts-Ta)的变化特征,其结果表明了在20世纪70年代后期以前,我国西北干旱、半干旱地区的地气温差大部分年份偏低,低于平均值,而从70年代后期之后到2000年,我国西北干旱、半干旱地区的地气温差偏高。此外,本文还分析了西北干旱区地气温差变化的最大地区新疆西部春季地气温差与我国夏季降水的相关关系,其正相关区分别位于西北地区、东北地区和长江流域,而负相关区分别位于华北地区东部和西南地区,这表明我国西北干旱、半干旱区春季地气温差可能是华北地区夏季降水年代际变化的原因之一。     

中国东北暖季气温变化特征及其与海温和大尺度环流的关系

利用1980~2014年CRU TS3.24月平均气温数据和NCEP/NCAR再分析资料,分析了中国东北暖季（5~9月）气温的时空变化特征及其相应的大气环流状况。结果表明:中国东北暖季气温主要表现为全区一致型和南北反位相型两个模态,二者总解释方差高达86%。全区一致型具有明显的年代际变化特征,并在1990年代中期发生了显著的年代际突变,而南北反位相型具有明显的年际和年代际变化特征。全区一致型增暖对应着中国东北地区上空500 hPa位势高度的正异常和850 hPa的反气旋环流异常。当500 hPa位势高度南北反相时,对应于中国东北暖季气温的南北反位相型。进一步分析表明中国东北暖季气温的全区一致型及其1990年代中期的年代际突变与日本海及黑潮延伸区的海温异常及太平洋年代际振荡和大西洋多年代际振荡指数紧密相关。菲律宾以东的西太平洋、北太平洋中部、我国东南沿海、靠近北美东北部的北大西洋等海域的海温异常对中国东北暖季气温全区一致型的出现具有一定的预测作用。而南北反位相变化型与黑潮延伸区的海温异常关系显著,与大尺度指数的相关普遍不明显。在1990年代中期突变前,南北反位相型受到ENSO事件的影响,之后影响不显著。     

高层大气温度和高度场异常对我国地面气温和降水的影响

用SVD方法分析了NCEP／NCAR 1958—1997年再分析资料中月平均的300hPa温度(下称“高层温度”)和100hPa高度(下称“高层高度”)距平场与中国160个测站的月平均地表气温(下称“我国温度”)和月降水距平场的时滞和空间耦合关系,讨论了高层温度和高度距平场的空间分布和时间演变对我国气温和降水异常的影响。结果表明,高层温度和高度距平场的整体空间分布形势对中国气温和降水的影响明显,不同关键区的高层温度和高度距平场对我国不同区域的气温和降水异常有影响,具有明显的区域耦合特征。伊朗高原和青藏高原及其以南的热带低纬地区是高层温度和高度场的关键区。高层温度场对我国气温场和降水场的影响主要表现为年际变化,而高层高度场的影响主要表现为年代际变化。我国长江和黄河流域、华南和江南地区是受高层温度场和高度场异常影响最明显的地区。     

Observed Changes in One-in-20 Year Extremes of Canadian Surface Air Temperatures

Weather and climate extremes are often associated with substantial adverse impacts on society and the environment. Assessment of changes in extremes is of great and broad interest. This study first homogenizes daily minimum and maximum surface air temperatures recorded at 146 stations in Canada. In order to assess changes in one-in-20 year extremes (i.e., extremes with a 20-year return period) in temperature, annual maxima and minima of both daily minimum temperatures and daily maximum temperatures are derived from the homogenized daily temperature series and analyzed with a recently developed extreme value analysis approach based on a tree of generalized extreme value distributions (including stationary and non-stationary cases). The procedure is applied to estimate the changes over the period 1911 to 2010 at 115 stations, located mainly in southern Canada, and over the period 1961 to 2010 at 146 stations across Canada (including 37 stations in the North). The results show that warming is strongest for extreme low temperature and weakest for extreme high temperature and is much stronger in the Canadian Arctic than in southern Canada. Warming is stronger in winter than in summer and stronger during nighttime than daytime of the same season.     

Changes in Daily Climate Extremes of Observed Temperature and Precipitation in China

Daily precipitation for 1960–2011 and maximum/minimum temperature extremes for 1960–2008 recorded at 549 stations in China are utilized to investigate climate extreme variations.A set of indices is derived and analyzed with a main focus on the trends and variabilities of daily extreme occurrences.Results show significant increases in daily extreme warm temperatures and decreases in daily extreme cold temperatures,defined as the number of days in which daily maximum temperature(Tmax)and daily minimum temperature(Tmin)are greater than the 90th percentile and less than the10th percentile,respectively.Generally,the trend magnitudes are larger in indices derived from Tmin than those from Tmax.Trends of percentile-based precipitation indices show distinct spatial patterns with increases in heavy precipitation events,defined as the top 95th percentile of daily precipitation,in western and northeastern China and in the low reaches of the Yangtze River basin region,and slight decreases in other areas.Light precipitation,defined as the tail of the5th percentile of daily precipitation,however,decreases in most areas.The annual maximum consecutive dry days(CDD)show an increasing trend in southern China and the middle-low reach of the Yellow River basin,while the annual maximum consecutive wet days(CWD)displays a downtrend over most regions except western China.These indices vary significantly with regions and seasons.Overall,occurrences of extreme events in China are more frequent,particularly the night time extreme temperature,and landmasses in China become warmer and wetter.     

区域气候模式REMO对中国气温和降水模拟能力的评估

采用泰勒图和偏差分析等统计方法,评估分析了德国区域气候模式（REMO）对中国1989-2008年气温和降水的模拟能力。结果表明：REMO气温模拟值与观测值空间相关系数为0.94,降水空间相关系数较低（0.42）,气温模拟结果明显优于降水;从空间偏差上看,在中国大部分地区,REMO模拟的气温高于观测值,偏差在±4℃以内,青藏高原整体有明显的-4～-2℃的冷偏差;模拟的降水值则高于观测值,空间偏差分布较均匀,中国大部分地区偏差在±300 mm之内;除青藏高原、华南和西南地区外,REMO能较准确地反映出中国气温和降水的空间分布特征,其中华北和东北地区模拟效果最好;REMO对夏季气温和冬季降水的模拟能力相对较好;REMO在地形起伏较大地区的模拟能力有待提高。     

不同温室气体排放情景下中国21世纪地面气温和降水变化的模拟分析

利用HadCM2模式的模拟结果,比较了温室气体排放综合效果相当于CO2浓度逐年递增1%和0.5%两种不同情景下,中国区域21世纪地面气温和降水量的变化趋势.结果表明,随着温室气体浓度的持续增加,中国地面气温也持续升高.到21世纪末期,地面气温在上述两种排放情景下可分别升高约5℃和3℃.两种排放情景的增温趋势对比表明:即使从1990年开始温室气体等效排放逐年递增率减少一半,增温仍然很明显;直到21世纪中期,才能显示出减少温室气体排放量对减缓增温趋势的效果.降水量的年际变化较大,但随着温室气体浓度的持续增加,降水量总的趋势也是增加的.减排温室气体对降水量变化趋势的影响与地面气温相似.此外,地面气温增量和降水量变化百分率均显示出明显的季节变化,地面气温增量在秋、冬季较大而在春、夏季较小,降水变化百分率在夏、秋季较小而在冬、春季较大.     

地表气温变化研究的现状和问题

对全球和中国地区平均地表气温变化趋势研究进行了简要评述，对当前研究中需要加强的工作提出了初步建议。     

河套地区气温和降水的气候特征分析

文章利用巴彦淖尔市临河、磴口、杭后、五原、前旗5个测站1954—2010年共57年的气象观测资料,对河套地区气温和降水的气候平均值和月分布特征进行了统计分析。并根据统计结果探讨了气候平均值的变化、气候变化趋势,以及引起气候变化的原因。在此基础上,还对河套地区四季开始的时间和每季的长度进行了应用分析。