北疆极端降水事件的区域性和持续性特征分析

基于新疆北部1961—2007年43个站点的逐日降水资料,采用百分位方法定义极端降水事件的阈值,分析了北疆地区极端降水事件的区域性和持续性特征.结果表明:春夏秋冬四季,大范围发生极端降水事件的区域分别位于北疆的东北部地区、北部地区、东北部地区和西北部地区以及东南地区,发生持续性较强的极端降水事件的频数大值中心分别集中在伊犁河谷、中东天山地区、北疆西南部和北疆盆地.持续1d的极端降水对总降水贡献四季分布均匀,夏季略高.差异主要表现为由春季到冬季,大值中心呈现出从北疆的东天山地区向中天山和盆地地区移动的趋势.持续2d的极端降水对总降水贡献四季之间差异较显著,一般夏、冬季的较大而春、秋季的则较小.各类持续性极端降水平均强度表明,北疆地区的强降水灾害多数是由持续时间较长的极端降水事件所造成的,四季北疆地区区域平均的持续性极端降水均为显著的线性上升趋势.     

中国极端降水事件的区域性和持续性研究

利用中国542个站1960-2003年逐日降水资料,分析中国极端降水事件的区域性和持续性,研究发现:滇西藏东一带极端降水的持续性较好,但该地区极端降水的区域性较差;长江以南地区夏季极端降水的区域性与持续性均较好,容易导致区域性洪涝灾害的发生;东南沿海冬季极端降水的区域性与持续性均较好,易形成成片且持续时间在3d或3d以上的极端(较强)降水事件;黄河中下游秋季极端降水的区域性与持续性均较好,该地区秋季发生洪涝的可能性较大;除新疆以外,东北、华北以及西北等大部分北方地区极端降水的持续性以及区域性均较差。     

中国大陆降水时空变异规律——Ⅱ.现代变化趋势

为改进、完善对中国现代降水长期变化规律的理解,利用2 300个国家级气象站网观测资料,更新分析了全国1956—2013年基本降水指标的趋势变化特征。主要结果:① 全国平均年和季节降水量、降水量距平百分率未表现出显著趋势变化,但秋、冬季降水量距平百分率分别表现出较明显的下降和上升;② 年和夏季降水减少主要发生在东北中南部、华北、华中和西南地区,而东南沿海、长江下游、青藏高原和西北等地区年降水增加较明显;③ 降水趋势变化的空间结构相对稳定,北方降水减少范围有由黄土高原、华北平原向东北和西南扩散趋向,东北北部和长江中下游的降水增加范围变小,总体看东部降水减少和增加的区域均在萎缩,“南涝北旱”现象趋向缓解;④ 全国年平均暴雨量、日数呈现出较显著的增加,但暴雨强度没有明显变化,暴雨量和日数增加主要发生在珠江和东南诸河流域,而海河和西南诸河流域暴雨量、日数和强度呈较明显减少趋势;⑤ 东部季风区1日、连续3日和连续5日最大降水量均有一定程度增加,1日最大降水量增加最明显,连续5日最大降水量增加最弱,极端强降水事件持续时间呈现出短历时性倾向。     

青藏高原陆表特征与中国夏季降水的关系研究

利用青藏高原72个站逐日积雪、冻土观测资料,AVHRR归一化植被指数（NDVI）和全国550个站逐日降水资料,分析了青藏高原陆表特征与中国夏季降水的关系。结果表明,我国夏季降水在华北和东北南部,长江中下游和华南地区降水空间一致性较好,相邻站点间降水变化趋势近似。华南、长江中下游和淮河降水呈增加趋势,其中长江中下游每10年增加37 mm,但华北降水呈减少趋势。华南、长江中下游和华北对高原积雪、冻土和植被的变化均较为敏感,而淮河仅对高原植被变化较为敏感。利用高原积雪、冻土和植被建立了代表高原地表特征的变化序列,其对长江中下游、淮河、华北夏季降水均有较好指示意义,与夏季降水的相关系数由南到北表现为"负-正-负"的分布特征。最后,提出一种高原陆表状况影响中国夏季降水的概念模型：高原冬春积雪偏多（少）、冬季冻土偏厚（薄）、春季植被偏多（少）会使得夏季高原地区土壤湿度偏大（小）,高原地表感热偏弱（强）,从而使得南亚高压和西太副高偏弱（强）,南海季风偏弱（强）,长江流域降水偏多（少）,华南和华北地区降水偏少（多）。     

近50年来中国极端降水趋势与物理成因研究综述

对中国近50年来极端降水事件的研究表明,在全球变暖背景下极端降水事件的频率和强度均有升高的趋势,但存在明显的区域差异。观测分析表明长江中下游,东南地区和西北的部分区域极端降水有增加趋势,而华北、东北和西南的部分地区有减少趋势。现阶段不同模式模拟的结果还存在差异,但总的预测结论表明中国极端降水有极化的趋势。首先从统计学角度通过分析均值和极值的关系,探讨了极端降水事件概念的界定,然后分析了不同区域极端降水的变化趋势。在综述中国极端降水研究的基础上,以极端降水变化趋势较为复杂的长江流域作为典型气候区,从海—气相互作用角度对影响极端降水的物理机制和过程进行了总结。分析表明能够反映极端降水本质特性的定义和影响极端降水的物理过程还需要进一步研究,并且随着研究深入,新的影响极端降水的因子也会被逐渐发现。     

全球1.5℃温升背景下中国极端事件变化的区域模式预估

利用区域海气耦合模式FROALS模拟的区域气候模式降尺度协同试验(CORDEX)的东亚区域的动力降尺度试验数据,分析了全球1.5℃温升背景下中国地区极端温度指数、极端降水指数以及民生相关指数的可能变化。结果表明,中国地区的暖事件显著增加,冷事件显著减少。高强度和中等强度极端暖事件发生风险分别为1986—2005年基准期的2.14和1.93倍,高强度和中等强度极端冷事件发生风险分别为基准期的0.58和0.63倍。分区来看,华北的高强度极端暖事件增幅最大(将为基准期的2.94倍),东北高强度极端冷事件减幅最大(将为基准期的0.38倍)。西北、青藏高原以及东北等地区的极端干旱事件发生风险略增加(分别为基准期的1.13,1.04,1.22倍)。全国大部分地区的平均降水显著增加,高强度的极端降水事件在全国普遍增加,并且在华北和东南的发生风险增幅最大(分别为基准期的1.88倍和1.85倍)。闷热日数在东部地区显著增加,并且与单一的极端高温事件相比,极端闷热日数的增加风险更大(将为基准期的5.34倍)。全国取暖度日显著减少,东部以及西北的降温度日显著增加,在人口密度较大的东部地区取暖度日的减幅(-258℃·d)大于降温度日的增幅(72℃·d),但与基准期相比,降温度日的变化比例(82%)大于取暖度日(-10%)。     

青海省近50年极端降水事件时空分布特征

基于线性倾向估计、小波分析、Mann-Kendall检验及空间插值等方法,对1962—2013年28个均匀分布在青海省内的气象站点数据近50 a(1962—2013年)极端降水事件的时空特征进行了分析。结果表明,在长期趋势上青海省极端降水事件呈上升趋势,其强度与频数变化分别具有28 a和15 a±的主周期,并且少数站点在20世纪90年代发生突变;青海省内的极端降水事件在空间上存在明显差异,整体呈自西向东逐渐增强的特征,极端降水事件在南部地区发生频率总体高于北部地区,东南部发生极端降水的频率最高;近50 a青海省内大部分地区极端降水事件的强度与频数均呈上升趋势,其中东北部地区极端降水事件的强度上升趋势较为明显,仅有东南端与西北端呈现下降趋势,极端降水事件频数的上升趋势由东南端及西北端分别向中部加强。     

近40年中国平均气候与极值气候变化的概述

随着中国气象局对近50年来逐日气象观测资料的释放,人们从不同的角度对中国平均气候和极端气候的分布特征有了更多的了解.从目前研究的结果来看,这些认识需要有一个集成,即需要有一个总体的归纳和解释.通过中国近40年来的温度极值和降水极值事件的分析认识到全球增暖和区域环流异常决定着气候极值事件的分布格局.与全球增暖相联系的是:我国微量降水在空间上表现为一致的减少趋势,我国北方寒潮事件显著减少,冷夜和冷日的减少与暖夜和暖日的增多并存,以及极端强降水有增多的趋势.与东亚季风气流和西风带气流异常对应的我国有效降水在区域分布上发生了显著变化,东部季风区中的"北涝南旱"从1970年代末转型为"南涝北旱",与华南的偏干一起形成了东部季风区降水从华南、长江到华北的"-、 、-"异常分布型,但华南在1991年出现了转湿的突变;东北和西北先后从1983年和1987年前后转为暖湿气候.极端温度和极端降水趋势的空间分布与平均温度和平均降水趋势的空间分布一致.     

天山地区夏季极端降水特征及气候变化

基于1961—2007年天山地区32站的逐日降水资料,分析了夏季天山地区极端降水事件的气候分布和时间变化特征.结果表明:夏季天山地区的极端降水量、极端降水日和极端降水比分布存在明显的区域差异.局地极端降水频繁,平均3～4d就有1次发生,大范围极端降水较少发生.连续性极端降水以1d为主.极端降水量在天山南北坡均随地形增加而增多,地形高度对降水的影响,北坡要大于南坡.在相同高度范围内,北坡极端降水量基本均大于南坡.天山地区的极端降水事件呈增多趋势,在1970年代中后期至1980年代中前期,极端降水事件为低值期,而1990年代是高值期.     

1961—2005年河西走廊东部极端降水事件变化研究

利用1961—2005年河西走廊东部5个气象站的逐日降水资料,研究了河西走廊东部近45 a极端降水事件变化的空间分布以及时间变化特征.结果表明:在空间分布上,年极端降水分布与地理位置、海拔密切相关,也与影响本地的天气系统有关.河西走廊东部极端降水总量、降水频数呈南-北走向,最大值出现在乌鞘岭,最小值出现在民勤;极端降水强度也呈南-北走向,但最强中心在古浪,最小在民勤.近45 a来极端降水总量和强度呈增加趋势,总量增加最大的是乌鞘岭,武威最小;强度增加最明显的是武威,最不明显的是古浪;年极端降水频数在古浪和民勤呈减少趋势,其它地区为增加趋势,降水频数增加最明显的也是乌鞘岭,降水频数减少最明显的是民勤.全球大幅度变暖水循环加快使得河西走廊东部年极端降水指数都呈增加趋势,其中年极端降水总量、年极端降水强度、年极端降水频数都是90年代增加最明显;极端降水指数在6~7 a和9~10 a周期上反映明显,在60年代年极端降水指数都发生了突变.     

1961-2012年中国5类主要冰冻天气的气候及变化特征

利用1960/1961-2011/2012年中国有冰冻天气观测且序列完整的1 600多站逐日冰冻现象数据, 研究了中国地区冰冻天气的时空气候变化特征. 结果表明: 年平均霜日数超过180天的地区主要分布在青藏高原东北部、天山、大-小兴安岭一带. 霜日数在我国中北部和青藏高原地区以增加趋势为主, 长江流域及其以南地区为减少趋势. 全国平均的霜日数为显著增长趋势, 超过0.05的显著性水平, 线性增长率达到2.03 d·(10a)^-1, 霜日发生频率增强; 年平均积雪日数超过90 d的地区分布在青藏高原东北部、天山、大-小兴安岭一带. 积雪日数无明显时间变化趋势; 年平均结冰日数超过210 d的地区分布在青藏高原、大兴安岭及天山部分地区. 结冰日数全国范围以减少趋势为主. 全国平均结冰日数有明显的年代际变化趋势, 1980-1990年为结冰日数最多年份; 年平均雾凇日数超过30 d的地区主要在天山地区、大兴安岭地区以及四川峨眉山. 雾凇日数以减少趋势为主, 长江中下游部分地区有增加趋势. 全国平均雾凇日数有显著减少趋势, 超过0.01的显著性水平, 线性递减率达到0.60 d·(10a)^-1; 年平均雨凇日数主要分布在南方云贵高原地区以及长江中下游地区的一些高山区域. 雨凇日数在华北平原地区以减少趋势为主, 长江中下游地区部分站点有增加趋势. 全国平均雨凇日数随时间有弱的增加趋势.     

Relationship between South Asia High Low Frequency Oscillation and the Drought and Flood in the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River

Based on the NCEP/NCAR daily reanalysis data and the daily rainfall data of ground observation at 164 weather stations in the middle and lower reaches of the Yangtze River from 1960 to 2013, the relationship between South Asia high low frequency oscillation and the drought and flood in the middle and lower reaches of the Yangtze River were analyzed using a composite analysis, wavelet analysis and band-pass filtering analysis method. The results indicated that in the typical drought and flood years, the Qinghai-Tibet Plateau 200 hPa atmosphere u, v low-frequency primary cycle and the summer rainfall cycle over the middle and lower reaches of the Yangtze River were the same. In more summer rainfall, from the Qinghai-Tibet Plateau to east China and west Pacific coast, there existed a cycle-anticyclone-cycle low frequency wave train. Low-frequency anticyclone controlled eastern China and the low-frequency cyclone controlled the northern Qinghai-Tibet Plateau. In drought years, results were opposite. In flood years, the precipitation of low frequency over the middle and lower reaches of the Yangtze River and that of 200 hPa atmospheric low frequency change of the Qinghai-Tibet Plateau was closely related. When the northerly wind in the northeast part of the the Qinghai-Tibet Plateau and in the middle and lower reaches of the Yangtze River was strong, and Lake Baikal southerly wind was strong, there was more precipitation. On the contrary, precipitation was less. The low frequency oscillation wave train was mainly spread from the northeast of China and Japan's southern to China’s southwest. However, in drought years, the relationship between them was not clear and needed to be further studied.     

1961-2015年青藏高原降水量变化综合分析

降水量及其季节分配与降水形式变化一直是全球气候变化研究的热点之一。使用青藏高原72个气象站点1961-2015年的逐日降水量资料,基于趋势、波动特征和极端事件相结合的新视角,全面剖析了该地区近55年降水量的趋势、波动与极端事件变化。结果表明：（1）时间上,近55年青藏高原年降水量、年最大日降水量和一年中日降水量≥ 10 mm的天数分别以6.59 mm·（10a）^-1、0.33 mm·（10a）^-1和0.26 d·（10a）^-1的速率显著增加,增幅分别达到36.2 mm、1.8 mm和1.4 d。（2）空间上,过去55年青藏高原绝大部分地区年降水量增加,不稳定性增强。但波动变化存在较大的地区差异,广大的中西部地区年降水量波动缓慢增强,而高原东部地区自北向南波动快速增强区与快速减弱区相间分布,极端降水强度与频数亦有类似的变化格局。（3）趋势、波动与极端变化三者组合预示,青藏高原东部的祁连山地区、柴达木盆地东部、青海湖流域与长江源区极端降水事件将明显增加,高原中西部地区发生强降水的可能性亦增加,而高原东南缘地区干旱事件将增多。     

明清时期中国东部高温事件年表重建和分析*

气候变化的背景下,极端暖事件的频率有增加的趋势。通过“语义差异法”识别了明清时期的高温事件,对其高温程度进行分级,建立了1350—1910年中国东部的高温事件年表,并对高温事件的发生时间、年代际特征进行了分析。结果表明: 明清时期有41个年份记录了高温事件,36个年份出现极端高温事件;高温事件发生频率和强度存在一定的阶段性变化,这种阶段性变化与北半球及中国气温的冷暖阶段变化有一定对应,与极端冷事件频率基本呈反相变化,1700—1749年和1800—1859年是明清时期极端高温事件发生频率最高且强度最大的2个时段,分别对应小冰期中期1710—1760年较温暖的时期和小冰期末期,16世纪末至17世纪是小冰期中最寒冷的一个阶段,极端高温事件相对不频繁,极端冷事件则发生频繁;高温事件还具有连年或隔年再发的特点。尝试利用现代器测资料和站点相关的计算方法对高温事件记录点所可能反映的地理范围进行了探讨,长江下游地区和华北平原的案例分析表明,历史时期记录有限,但区域的单点高温记录可能反映了范围比较广的极端高温事件。     

青藏高原春季土壤湿度与中国东部夏季降水之间的关系

应用SVD方法分析了青藏高原地区春季土壤湿度异常和中国东部地区夏季降水之间的关系.结果表明,青藏高原不同地区、不同深度的土壤湿度与中国东部夏季降水的相关特征不同.青藏高原东北部和西北部0~10cm深度(表层)土壤湿度与中国华北、东北地区的夏季降水为正相关,而与华南地区为负相关;青藏高原中部及南部0~10cm表层土壤湿度与华北地区夏季的降水有较强负相关;青藏高原北部及东部10~200cm深度(深层)土壤湿度与华北、东北地区的夏季降水为负相关,而与华南地区夏季降水为正相关;青藏高原中东部10~200cm深层土壤湿度与长江中下游和华南大部分地区夏季降水呈负相关关系.即青藏高原不同地区、不同深度层春季土壤湿度的变化,对中国东部地区的夏季降水具有显著影响.     

长江中下游地区雨涝指数构建及其应用

为客观识别区域暴雨洪涝过程、定量评估区域暴雨过程强度,基于极端事件中持续时间和强度关系理论,采用近5 d最大降水强度作为降水相当强度指标,构建雨涝指数和区域雨涝过程强度的算法,利用1961-2019年长江中下游地区逐日降水资料,分析长江中下游地区的区域雨涝过程次数、强度以及雨涝趋势变化特征。结果表明:① 1961-2019年长江中下游地区区域雨涝过程次数整体呈增加趋势,21世纪以来区域雨涝过程发生次数明显增多,持续5~9 d的区域雨涝过程占全部雨涝过程的2/3以上;②区域内雨涝日数总体呈现南多北少分布,雨涝日数变化趋势表现为西北部减少、东南部增多;③年降水量和雨涝趋势的时空变化使得长江中下游地区的旱涝差异进一步增大,降水多的东南部更涝,降水少的北部和西部愈加干旱。     

近40a来江河源区生态环境变化的气候特征分析

利用月气象资料,对过去40a江河源气候变化特征进行分析,并与全球、全国、青藏高原进行了比较.结果表明:江河源区气温具有增暖趋势,近40a两地年平均气温分别增加约0.8℃和0.7℃,为高原异常变暖区.黄河源区变暖的主要特征是最低气温变暖,日照时数增加;最低、最高气温的显著变暖,以及较黄河源区增加更长的日照时数是长江源区变暖的主要特征.长江源区冬季变暖的作用不是主要的,春季、夏季和秋季的变暖作用比冬季还要大;黄河源区的变暖也并不主要是冬季变暖造成的,秋季变暖的作用与其相当,其它季节的变暖作用也不能忽视.近40a来江河源区降水量略有增加,主要体现在20世纪80年代中后期以来春季与冬季降水量的明显增加,夏季降水量虽然总体上没有明显变化,且局地夏季降水量呈持续减少趋势.与全球、全国以及高原区对比显示,江河源区对全球气候变暖的响应最敏感,变暖首先从长江源和整个高原发端,之后15a.黄河源和全国才进入显著温暖期.黄河源与长江源北部降水量的增加表明,气候变暖有利于高原增加降水量.     

我国过去50a来降水变化趋势及其对水资源的影响(Ⅱ):月系列

应用全国范围内的678个气象站1951-1998年长系列逐月降水资料, 用线性回归方法研究降水量的变化趋势, 同时结合长江、黄河和松花江主要控制水文站同期的径流资料, 研究径流对气候变化的响应. 结果表明: 降水的年内变化表现出较大的区域特性, 最显著的变化特点是秋冬季 (8～12月) 东部地区降水量普遍减少, 1～3月江南地区降水有增加趋势. 气候的上述变化趋势对我国干旱的西北地区有利, 该区河流径流量有明显增加; 另一方面, 夏季降水的增加可能会导致洪水事件的濒发, 与此同时, 降水量的年内不均匀变化, 特别是在 8～12月长时间的降水减少趋势, 导致枯水期径流的减少, 从而加剧秋冬季水资源的供需矛盾. 长江、黄河和松花江主要控制水文站6个站1～4月径流基本上表现为增加趋势, 而6～12月大多表现为减少趋势, 只有黄河上游唐乃亥站6月, 长江下游大通站7月和松花江哈尔滨站8月径流为增加; 另外, 气候变暖使发源于青藏高原的长江(宜昌站3、 4月)和黄河上游(唐乃亥站4～6月)的春季的融雪过程提前, 融雪期径流增加.