近50a华东地区夏季极端降水事件的年代际变化

利用中国华东地区90站点1960--2009年夏季（6—8月）逐日降水资料,分析了近50a来华东地区各类极端降水事件的强度和发生频次的年代际变化。结果表明：华东地区极端降水事件年代际变化特征明显。近20a来,不论是极端降水事件的平均强度还是发生次数都要明显高于前30a;1990年代是极端事件多发且强度较强的年代;华东区域极端强降水过程事件的连续降水日数多在9d以下,而极端连续降水日数事件基本在9d以上;较之华东地区其他区域,福建地区存在更多的强度大、持续久的降水过程;华东地区最大极端降水量出现在江西北部与安徽南部的交界区域。极端降水事件频发带存在南北摆动的年代际变化,这一特征在极端日降水事件和极端强降水过程事件上表现得更为明显。同时,存在两个极端事件频发带,分别位于长江流域附近。在后3个年代,这两个频发带呈现出分一合一分的年代际变化特征。     

基于RegCM4模式的我国西南地区极端降水变化预估研究

基于5个全球气候系统模式结果驱动的高分辨率区域气候模式(RegCM4)模拟输出,系统评估了RegCM4模式对中国西南地区极端降水变化的模拟性能,并科学预估了中国西南地区极端降水的未来演变特征。结果表明,RegCM4模式能合理再现西南地区极端降水变化特征,但模拟的四川中部的湿偏差较大而四川盆地干偏差较大;进行偏差校正后,模拟性能有所提升,对西南地区极端降水模拟偏差有所减小。相较于当代气候(1986—2005年),就区域平均而言在21世纪(2021—2098年),有效降水总量(Prcptot)、强降水日数(R10 mm)、日最大降水量(Rx1day)和极端降水量(R95p)都明显增加;在RCP4.5和RCP8.5情景下,Rx1day和R95p在西南大部分地区增多,到21世纪末RCP4.5情景下增加幅度分别为16.0%和12.6%;Prcptot和R10 mm未来变化存在一定的区域差异,但Prcptot和R10 mm变化在空间上较为相似,在云南南部和四川盆地地区呈现减少趋势,其余地区增加明显;且RCP8.5高排放情景的变化幅度明显大于RCP4.5情景。     

我国西北降水变化趋势和预估

利用观测资料、GPCC再分析资料和第六次耦合模式比较计划（CMIP6）模拟结果,研究了我国西北地区近几十年及未来降水变化趋势。结果表明,1979—2019年我国西北干旱半干旱区降水在全年各季节均有显著增加,其中秋季增加最多。CMIP6模拟结果显示,随着全球变暖,我国西北地区降水在2015—2100年将继续增加。至21世纪末,在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,我国西北地区年平均降水量将分别增加约13.7%（37 mm）和25.8%（78 mm),其中降水量增加最多的季节分别为夏季和春季。考虑到西北地区蒸发量也将随全球变暖而增加,模式平均的结果显示西北地区年平均净降水量在两种情景下的增幅分别约1.4%和4.9%,表明我国西北地区未来气候呈现显著的变湿趋势。进一步分析表明,西北地区未来降水增加可能与局地大气低层位势高度降低和上升运动加强有关。     

华中地区夏季区域性极端日降水事件变化特征及环流异常

利用1961—2010年夏季(6—8月)华中区域239个中国国家级气象台站逐日降水观测资料及NCEP/NCAR再分析资料集,对华中地区夏季区域性极端日降水事件及环流异常进行了分析,结果表明:华中地区夏季区域性极端日降水量的99百分位阈值为23.585 mm/d,20世纪80年代中期以后的极端日降水事件明显偏多,且6月下旬至7月中旬为华中地区极端降水多发期。极端日降水事件由具有从低层到高层呈斜压结构的异常环流控制,其南侧的水汽通过孟加拉湾与中国南海地区的异常反气旋外围呈阶梯状输送至华中地区。位于青藏高原东北侧的波作用量通量向华中地区的辐合有利于华中地区上空波动扰动的产生和维持,同时极端日降水事件的发生亦与华中地区的大气净加热及华中周边大范围区域中的净冷却形成的加热场梯度有关。这些结果表明华中地区夏季区域性极端日降水事件有显著的年际和年代际变化,且极端事件的发生与华中地区气旋性环流异常、青藏高原东北侧地形强迫、以及华中地区与周边非绝热加热梯度异常关系密切。     

近55 a中国西北地区夏季降水的时空演变特征

利用1961—2015年中国西北地区274个气象观测站点的日降水数据和再分析大气资料,采用EOF分析及累积距平等方法,研究了近55 a中国西北地区夏季降水的时空演变特征。结果表明：1）1961—2015年中国西北地区夏季降水的演变可分为三个时段,1961—1975年,该区域降水普遍偏少;1976—1996年,西北地区的东部降水偏多,西部降水偏少;1997—2015年,其东部降水偏少,而西部降水偏多。2）1976—1996年,西北地区东部降水偏多,是因为该地区夏季降水强度和降水频次明显增加,而西部降水偏少,则是该区域小雨与中雨的频次减少,降水强度偏弱造成的;1997—2015年,由于有效降水日数减少,降水强度偏弱等原因导致西北地区东部降水偏少,与此同时,西北地区的西部却因降水强度明显增强,持续降水日数和极端降水事件增加使得该区域降水呈现偏多的态势。3）降水区的转移,伴随着北半球对流层中层中纬度波列的演变,同时来自东欧与印度季风的水汽输送也对降水的异常起到了关键作用。     

近50年来黑河山区汇流区温度及降水变化趋势

利用有关水文气象观测资料、史料和树轮资料,对黑河山区汇流区降水近50年来的变化特征及其与全球气候变暖的对应关系、变化的可能成因及变化趋势进行了分析。结果表明：黑河山区汇流区降水对全球气候变暖响应比较明显,近50年来黑河山区汇流区降水随全球气温升高呈缓慢增加的趋势。由于西太平洋副热带高压与全球气温变化有着密切的关系,而西太平洋副热带高压的增强和扩大有利于东亚夏季风向北推进至更北,从而使祁连山中西部降水增加。因此,总体来说,全球气候的变暖有利于黑河山区汇流区降水的增加。目前,黑河山区汇流区正处于1980年代开始的历史上有资料记载以来的第5个温暖期和第3个暖湿期,预计在相当一段时期内,黑河山区汇流区降水将随着全球气候的进一步变暖,继续维持这种缓慢增长的状况。     

Recent trends in observed temperature and precipitation extremes in the Yangtze River basin,China

Summary The present study is an analysis of the observed extreme temperature and precipitation trends over Yangtze from 1960 to 2002 on the basis of the daily data from 108 meteorological stations. The intention is to identify whether or not the frequency or intensity of extreme events has increased with climate warming over Yangtze River basin in the last 40 years. Both the Mann-Kendall (MK) trend test and simple linear regression were utilized to detect monotonic trends in annual and seasonal extremes. Trend tests reveal that the annual and seasonal mean maximum and minimum temperature trend is characterized by a positive trend and that the strongest trend is found in the winter mean minimum in the Yangtze. However, the observed significant trend on the upper Yangtze reaches is less than that found on the middle and lower Yangtze reaches and for the mean maximum is much less than that of the mean minimum. From the basin-wide point of view, significant increasing trends are observed in 1-day extreme temperature in summer and winter minimum, but there is no significant trend for 1-day maximum temperature. Moreover, the number of cold days ≤0 °C and ≤10 °C shows significant decrease, while the number of hot days (daily value ≥35 °C) shows only a minor decrease. The upward trends found in the winter minimum temperature in both the mean and the extreme value provide evidence of the warming-up of winter and of the weakening of temperature extremes in the Yangtze in last few decades. The monsoon climate implies that precipitation amount peaks in summer as does the occurrence of heavy rainfall events. While the trend test has revealed a significant trend in summer rainfall, no statistically significant change was observed in heavy rain intensity. The 1-day, 3-day and 7-day extremes show only a minor increase from a basin-wide point of view. However, a significant positive trend was found for the number of rainstorm days (daily rainfall ≥50 mm). The increase of rainstorm frequency, rather than intensity, on the middle and lower reaches contributes most to the positive trend in summer precipitation in the Yangtze.     

1961-2020年西北地区夏季降水趋势变化特征

采用近60年西北地区364站逐日降水观测数据,从降水量和降水日的角度对比研究了西北地区夏季降水趋势时空变化特征。结果表明：平均而言,西北地区夏季降水量占全年总降水量的50-70%。整体上西北地区降水量呈现显著增多的线性趋势,但并非全区一致性增多。降水量增多（减少）的站数约占区域内总站数的57%（43%）,降水日数呈现增多（减少）的站数约占总站数的43%（57%）。两者同时增加的站点主要位于南疆盆地、北疆西部及青海中部和北部等地,两者同时减少的站点主要位于甘肃东南部、宁夏、陕西中部偏东等地,而两者反相变化的站点主要位于新疆北疆地区、青海省西南部边缘地区和陕西南部。近60年西北地区极端降水量和降水日数也呈现出线性增加的趋势。西北地区各个区域降水量和降水日数除年际变化外,还存在年代际变化特征,但不同区域变化位相存在一定差异。     

1961-2020年西北地区夏季降水趋势变化特征

采用1961—2020年我国西北地区364站逐日降水观测数据,从降水量和降水日的角度对比分析我国西北地区夏季降水趋势时空变化特征。结果表明：西北地区夏季降水量占全年总降水量的50%以上。从整体上来看,西北地区降水量呈现显著增多的线性趋势,但并非全区一致性增多。降水量增多（减少）的站数约占区域内总站数的57%(43%),降水日数呈现增多（减少）的站数约占总站数的43%(57%);降水量、降水日数同时增加的站点主要位于南疆盆地、北疆西部及青海中部和北部等地,两者同时减少的站点主要位于甘肃东南部、宁夏、陕西中部偏东等地,而两者反相变化的站点主要位于新疆北疆地区、青海省西南部边缘地区和陕西南部。近60年来,西北地区极端降水量和降水日数呈线性增加趋势。西北地区各个区域降水量和降水日数除年际变化外,还存在年代际变化特征,不同区域变化位相存在一定差异。     

黑河流域日蒸散发遥感估算研究

地表蒸散的估算在干旱半干旱区水资源研究中具有重要意义。利用NOAA/AVHRR遥感资料、NCEP再分析格点资料和气象站点资料,根据能量平衡模型和FAO-17 Penman公式,计算了研究区域内逐日蒸散发量;对于晴天,用遥感模型反演出瞬时蒸散,进而推算出日蒸散;同时用FAO-17 Penmen公式和气象资料,计算研究区域内的同一天的蒸散,利用气象资料计算得到的蒸散与遥感估算的蒸散的关系,估算非晴空日的蒸散,进而得到逐日蒸散发结果。与同类研究结果的比较表明:该方法能够估算逐日蒸散发,通过气象与遥感资料结合,提高了气象格点资料的空间分辨率,弥补了难以得到遥感逐日晴空资料的不足,同时也为流域内同类研究提供参考依据。     

夏季淮河流域大气环流型在降水趋势预测中的应用

采用NCEP/NCAR逐日海平面气压场资料,利用Lamb-Jenkinson大气环流分型方法对淮河流域夏季环流进行分型,并利用逐步回归方法建立了淮河流域夏季降水趋势的预测模型。结果表明:影响夏季淮河流域的主要环流型有南风型、西南风型、东南风型及气旋性环流,这些环流型都具有显著的年际和年代际变化特征,利用大气环流型建立的夏季淮河流域降水趋势预测模型具有一定的预报能力。     

长江流域极端强降水分布特征的统计拟合

基于长江流域147个气象站1960-2005年最大值降水序列(AM)与超门限峰值降水序列(POT),选取4大类20种分布函数,采用极大似然法和线性矩法估算了参数,经柯尔莫洛夫-斯米尔诺夫检验,确定了降水极值的最优概率模型.对AM与POT两套极端强降水序列的频率分析均表明,Wakeby分布函数能够较好的拟合长江流域降水极值的概率分布.同时指出了降水极值的拟合存在的不确定性.     

淮河流域持续性强降水过程的环流变化特征

利用淮河流域4省20：00-次日20：00逐日降水量资料,界定了1961-2006年淮河流域持续性强降水过程,并利用NCEP资料,应用合成分析方法对强降水过程和前期环流特征进行了研究。结果表明,从持续性强降水开始之前到强降水过程中乌拉尔山附近阻高减弱,贝加尔湖以北到鄂霍次克海附近的阻高偏强;西太平洋副热带高压在500hPa上表现为西伸北抬,但在850hPa上西伸明显,基本无北抬;南亚高压范围明显扩大,尤其是淮河流域以北地区200hPa高度明显增大,在中国东部到日本上空200hPa急流中心也有明显变化。850hPa西南急流的建立与西太平洋副热带高压的西伸有关,同时乌拉尔山附近高压减弱,冷空气南下,东西气压梯度增大也有利于西南急流的建立。     

松花江流域初夏降水分布型的环流特征及差异

利用1961-2017年松花江流域31个气象站初夏降水资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用多种统计方法,讨论了松花江流域初夏降水时空分布及影响环流特征。结果表明：松花江流域初夏降水具有全流域一致型、西北-东南反位相型和东北-西南反位相型3个主要分布模态。影响3个分布型的主要环流特征分别为贝加尔湖以东低值系统-鄂霍茨克海阻塞高压（西南低-东北高）、乌拉尔山脊-西西伯利亚槽-外兴安岭脊（两脊一槽型）、渤海/华北低值系统及其东北部高压,东部局地高压或阻塞形势对松花江流域初夏降水的3个模态起到非常重要的作用。东亚-太平洋型和极地-欧亚型是对第一模态降水分布起重要作用的遥相关型。     

黑河流域植被覆盖度计算及其影响的中尺度模拟

运用基于遥感的中国西北土地覆盖动态监测系统(NOAA AVHRR Processing Chain,NOAA-Chain)预处理系统对改进的甚高分辨率扫描辐射仪(AVHRR)影像资料进行处理得到的归一化植被指数(NDVI),基于像元二分原理得到2002年黑河流域植被覆盖度分布,将其与Gutman 1998年所作全球植被覆盖度数据在黑河流域范围进行了对比分析,发现2002年黑河流域中上游植被整体呈退化趋势,主要绿洲区植被覆盖度增大。分别将这两套植被覆盖度数据引入中尺度大气模式MM5中进行黑河流域中上游气候模拟。通过与气温观测值的比较,发现用黑河流域植被覆盖度数据模拟的气温偏差小于用全球植被覆盖度的模拟结果;植被分布与潜热通量分布的空间相关性最好;植被覆盖度变化对局地温度场变化影响很大。     

基于Copula函数的绕阳河流域降水事件危险性评估

利用1961—2021年绕阳河流域周边8个气象站的逐日降水资料,以降水持续时间和降水强度作为判断降水事件的两个要素,运用Copula函数确定降水事件的联合概率和重现期,并构建危险性评估模型,分析绕阳河流域降水事件危险性空间特征。结果表明：绕阳河流域周边不同地区降水事件的持续时间和降水强度的最大值存在显著差异。Lognormal和Logistic函数对两个降水要素的拟合效果较好,Clayton函数适合反映两要素联合下降水发生的概率。随着降水持续时间和降水强度的增加,极端降水事件的危险性快速升高;不同地区降水事件的概率和重现期存在着显著差异,阜新站降水持续7 d,强度达到60 mm的事件每10 a出现一次,而盘锦站和北镇站发生持续6 d以上的降水事件较少,多为20 a一遇;降水事件危险性高值区处于绕阳河流域南部,主要位于盘锦、辽中和北镇。     

西北地区夏季降水异常及其水汽输送和环流特征分析

利用NCEP/NCAR 1951～2000年共50a的再分析资料及我国西北地区内31个代表站的降水资料,对西北地区近50a来夏季降水异常的时空特征、环流形势及水汽输送进行了研究。分析发现,西北地区夏季降水异常与东部沿海地区的降水呈反位相分布,说明西北地区和东部沿海地区的降水影响系统不同,影响时期不一致。分析结果表明,影响西北地区夏季多、少雨年的相关区域环流特征和水汽输送特征有显著差异。     

基于HBV模型的太子河流域致洪临界雨量的确定

以太子河流域为研究区域,基于流域内的气象水文数据、数字高程模型及土地利用等资料,采用HBV水文模型对流域的水文过程进行模拟,通过对模型参数的率定与验证,评估了HBV模型在该流域径流模拟的适用性,确定了适合太子河流域的最优化参数,结合水位-流量关系曲线,推算太子河流域不同等级洪水致洪临界雨量。结果表明: HBV模型对太子河流域的径流模拟效果较好,率定期与验证期Nash效率系数与确定性系数均超过0.60,模型中积雪和融雪模块(CFR)、土壤含水量计算模块(BETA)与响应模块(KUZ2、UZ1、PERC)中的这些参数最为敏感,模型基本模拟出了洪水对降水的响应过程。通过建立的HBV水文模型,结合小林子水文站的水位-流量关系曲线,以警戒水位、保证水位作为不同等级洪水的判别条件,推算得到了不同起始水位下太子河流域动态临界雨量指标,临界雨量随起始水位的升高而有所减小。     

黑河流域土壤质地分类数据建立及其模拟效果检验

原全球土壤质地类型分布在黑河地区的数据(下称原全球数据)不能体现该流域不同海拔高度土壤分布的非均匀性特征,为了定量表征研究区土壤的非均匀分布,在流域范围收集了53个土壤亚类剖面数据,对照土壤三角,与国际通用的STASGO 30 s土壤质地类型分类标准对应,基于黑河流域1∶100000土壤亚类分布图,建立了黑河流域30 s分辨率的土壤质地类型分布图(黑河数据)。这套数据可以描述出原全球STASGO 30 s数据不能表现出的山区和绿洲区的土壤非均匀分布实际。分别使用黑河数据和原全球数据作为下垫面土壤分布,运用耦合了陆面过程的中尺度大气模式,对黑河流域中上游区域进行了模拟,检验了两套数据对气温模拟的准确性,讨论了土壤分布变化对环境要素模拟的影响。结果表明,使用黑河土壤分布数据对上游山区的气温模拟性能好于原全球数据,中游绿洲区使用两套土壤分布数据的模拟值都偏高,大部分站点使用黑河土壤分布数据的模拟值略高于使用原全球数据的模拟值。这可能与模式中使用的全球土壤水、热参数在研究区的代表性以及中游区的人类活动加剧了土壤温、湿度的时空异质性有关。因此,黑河流域土壤水、热参数以及高分辨率的土壤温、湿度分布是提高该区域土壤—大气相互作用数值模拟性能的重要途径。环境要素变化与土壤类型分布变化呈非线性关系。气温模拟值对土壤分布变化最为敏感。     

华南地区7-10月两类区域性极端降水事件特征及环流异常对比

利用1981—2016年7—10月中国753站逐日降水资料、气象信息综合分析处理系统（MICAPS）逐日站点降水资料、日本东京台风中心西北太平洋热带气旋（TC）最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料集,分析了华南地区区域性日降水极端事件（RDPE事件）的统计特征及环流异常。根据华南地区RDPE事件的发生是否受热带气旋影响将其分为TCfree-RDPE和TCaff-RDPE两类事件,其中TCaff-RDPE事件占42%且集中发生在8月4—5候;TCfree-RDPE事件以7月发生频数最多,占其总频次的1/2以上。TCfree-RDPE事件发生时,华南地区受异常气旋性环流控制,来自西太平洋和中国南海的暖湿气流与北方冷气团在此汇合并形成一条狭长的水汽辐合带,低层辐合、高层辐散,显著强烈的上升运动为TCfree-RDPE事件的发生与维持提供了有利条件;与此同时,波扰动能量由高原东北侧及河西走廊地区向华南一带传播并在华南显著辐合,有利于华南上空扰动的发展和维持。TCaff-RDPE事件发生时,华南上空由低层到高层的斜压环流结构更为明显,异常上升运动更加强烈,热带气旋在其运动过程中携带了大量源自孟加拉湾、中国南海和西太平洋地区的水汽并输送至华南地区,水汽辐合气流更为强盛。同时,波扰动能量由高纬度地区沿河西走廊向下游传播,但在华南地区辐合不甚明显。两类极端事件发生时,加热场上的差异亦明显。华南及邻近地区上空的大气净加热及其南侧大范围区域的净冷却所形成的加热场梯度对TCfree-RDPE事件的发生有利。而TCaff-RDPE事件发生时,〈Q₁〉和〈Q₂〉在经向上由18°N以南、华南及其邻近地区、32°N以北呈负—正—负的异常分布型,正距平值更高,加热场梯度更大,有利于TCaff-RDPE事件的维持。这些结果有利于人们认识和预测华南区域性日降水极端事件的发生。