基于Copula 函数的新疆极端降水概率时空变化特征

依据新疆地区53 个雨量站1957-2009 年日降水资料,根据研究需要,定义了8 个极端降水指标。运用K-S 法确定降水指标最适概率分布函数,确定十年一遇极端降水量值;在此基础上,采用Copula 非参数估计方法,通过Akaike Information Criterion (AIC) 法确定两降水指标联合分布函数,系统分析极端降水单变量极值及降水极值二维联合概率分布特征,研究新疆地区降水极值概率变化的空间演变特征。研究结果表明：(1) 北疆比南疆湿润,北疆发生极端强降水的概率大,而南疆发生极端弱降水的概率较大,另外,相比较而言,山区要比平原降水多;(2) 极端强、弱降水同年发生的概率分布特征复杂,从降水天数来看,一年内同时发生长历时强降水与弱降水事件的概率山区较平原大;从极端降水总量来看,同时发生强降水与弱降水事件的概率在平原区较山区为大;从极端降水强度来看,同时发生强度较大的强降水与弱降水事件的概率在天山南坡较其他地区为大;(3) 洪旱发生概率与地形有关,天山是洪旱发生的分界线,山区发生洪旱灾害的概率比平原小。     

1960~2014年淮河流域极端气温和降水时空变化特征

基于淮河流域33个气象站点1960~2014年逐日气温和降水数据,利用Mann-Kendall检验和克里金插值法分析了极端气温、降水指数的时空变化规律。结果表明：① 近55 a来,冷极值呈显著下降趋势,暖极值表现为波动上升趋势;日较差（DTR）呈显著下降趋势,这与最低气温的增加幅度比最高气温大有关;② 总降水量（PRCPTOT）和强降水日数（R10,R20）表现为缓慢下降趋势,1 d最大降水量（RX1day）、连续5 d最大降水（RX5day）以及降水强度（SDII）呈缓慢上升趋势,但变化趋势均不显著;③ 空间变化上来看,霜冻日数（FD0）、冷夜日数（TN10p）、热夜日数（TR20）和暖夜日数（TN90p）在流域大部分地区变化趋势显著,而降水极值在全流域未表现出一致上升或下降趋势,且变化趋势在全流域均不显著;④ 基于流域当前气象站点数据,极端气温、降水指数变化趋势未表现出高程相依性;⑤ 流域大部分极端气温、降水指数变化趋势介于中国南北方流域之间,表现出一定的南北过渡带特色。     

库姆塔格沙漠周边地区极端降水的时空变化特征

根据中国气象局信息中心提供的库姆塔格沙漠周边地区20个气象站1960-2014年逐日降水量资料,分析了库姆塔格沙漠周边地区1960-2014年极端降水的时空变化特征。结果表明：（1）库姆塔格沙漠周边地区极端降水主要集中在夏季且存在很大的地域性差异。（2）1960-2014年库姆塔格沙漠周边地区极端降水事件、年大雨频次、年大降水事件降水量和年降水量显著增加。（3）库姆塔格沙漠周边地区西部极端降水主要由频数很少的暴雨贡献,而东部极端降水则由暴雨和大雨共同贡献。（4）库姆塔格沙漠周边地区极端降水指数在夏季和年尺度的空间分布相似,且强降水指数在年和夏季尺度的空间分布均呈“鞍型场”型。     

1961—2009年新疆极端降水事件时空差异特征

选用1961—2009年新疆61个测站的逐日降水资料,根据百分位值方法定义不同台站的极端降水阈值,用一元线性回归、M-K突变检验及EOF分析等方法分析各区域50年来极端降水的时空分布特征及变化趋势。结果表明：（1） 过去50年新疆极端降水事件总体表现出了波动上升的趋势,但各区域的极端降水量相差悬殊,极端降水量受地形因素影响大;（2） 阿尔泰山区、准噶尔盆地和天山山区的极端降水量分别在1986年、1983年和1989年发生显著的上升突变;（3） 极端降水阈值、年均降水量、年均极端降水量、年均极端降水频率和极端降水强度呈现山区高、盆地低的特点;年降水量越少的区域,极端降水对年降水量的贡献越大。     

1961-2010年新疆极端降水过程时空特征

采用新疆50个气象测站1961-2010年逐日降水资料,选用14个极端降水指数探讨新疆极端降水事件的发生与变化。结果表明：无论平均降水过程还是极端降水过程,均能反映新疆明显的湿润化趋势。伴随降水量的增加,降水强度及降水频率均增大,除CDD变化表现为下降趋势外,其他指数变化均呈上升趋势。分析各极端降水指数序列变化,20世纪60-70年代年际变化幅度小,稳定性好;80-90年代年际差异大,稳定性差;新疆东部各极端降水指数上升与下降趋势小幅交替出现,而北疆、南疆及全疆极端指数序列则呈明显且单一的上升趋势。各极端降水指数最大概率变异年为1986年、2009年;降水变异后,新疆弱降水过程变化不明显,但强降水过程变幅增大,易导致洪旱灾害等极端气象水文事件的发生。     

四川省极端降水事件时空演变特征

极端降水作为极端天气的表征要素,极易引发灾害。为探明极端降水变化特征,本文选择受极端降水事件影响极大的四川省为研究区,基于1964—2016年逐日降水数据,通过构建区域极端降水指标体系,利用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析等方法,分析了极端降水事件的时空演变及影响因素。结果表明:四川省极端降水事件发生频率呈减少趋势,强度逐渐增加;空间上总体呈现出由东南向西北减少,成都平原与川西山区的交错区域作为传统极端降水高发区域,极端降水频率显著下降,而川西山区极端降水频率与强度均呈现出增强的趋势;研究区地形地貌特征决定了极端降水事件的分布特征,四川盆地盆周区域海拔的突变为极端降水特征差异显著的重要原因;极端降水的周期变化呈现25～32 a长周期、13～17 a中周期以及5～8 a短周期的特征,振荡强度由强到弱;极端降水量自1993年下降突变显著,强度自1984年增强突变显著。本研究可为极端降水事件研究提供方法参考,为四川省防灾减灾提供理论与数据支撑。     

中国极端降水事件时空特征及其对夏季温度响应

基于中国1951-2014年728个气象站点日降水数据,利用POT抽样、变异点分析、趋势分析、分段回归等方法全面分析中国极端降水事件（量级、频率与发生时间）非平稳性特征及其对夏季温度响应。研究结果发现中国极端降水量级有明显变异特征,但无显著趋势变化,中国极端降水频率则相反。并且中国极端降水次数在全国大部分区域有显著增加趋势。另外,研究还表明变异点对中国极端降水量级和频率趋势特征有明显的改变,对极端降水发生时间趋势特征改变较弱;中国极端降水发生时间在中南部呈显著上升趋势,其他区域趋势性不显著。中国大部分区域夏季温度呈上升或显著上升趋势,且变异特征显著。在转折点前,中国大部分区域如西部干旱区东南部、东部干旱区西南部、华北区、华中区和西南区北部夏季温度呈下降或显著下降趋势;在转折点后,上述区域夏季温度转为上升或显著上升趋势。     

近50 年来淮河流域极端降水的时空变化及统计特征

以淮河流域27 个气象站点1960-2009 年逐日降水观测资料为基础,选取年最大降水量序列(AM) 和超门限峰值序列(POT),分析淮河流域年极端降水事件的时空变化趋势,研究淮河流域降水极值的统计特征。研究发现：过去50 年,淮河流域大多数站点年最大日降水量有增加的趋势,少数站点有减少的趋势,但增加和减少的趋势均不明显。从单个气象站点50 年降水序列来看,年最大日降水事件发生的时间大多集中于20 世纪60-70 年代,且以汛期居多。利用L-矩法、K-S 检验等方法,发现GEV和GP分布分别能够较好的拟合AM和POT序列。通过计算比较在不同重现期水平下的降水量,发现POT序列及其对应的GP分布能够更好的模拟淮河流域极端降水序列。     

甘肃省黄土高原区夏季极端降水的时空特征

借助ArcGIS和Matlab数据软件平台,运用复值Morlet小波分析和数理统计方法对甘肃省黄土高原区夏季极端降水的频数和强度在时空上的变化特征进行分析。结果表明:①近半个世纪以来,该区极端降水事件发生的频数和强度在6、7月周期较长,8月周期较短:即6、7月极端降水事件发生的主周期是11~12 a,8月是4~5 a的周期。②从空间尺度来看,该区夏季极端降水带移动由西向东表现为:大致以庄浪、秦安、天水一线为界,6月频数和强度大值区在这一线以西海拔相对高的山区,而7—8月在这一线以东地区,尤其是陇东地区的东南部。③总体趋势是6月极端降水频数和强度明显呈上升趋势;7月极端降水频数和强度呈下降趋势;8月极端降水频数呈下降趋势,强度呈微弱上升趋势。     

博州不同级别降水及极端降水事件的时空变化

根据1961—2005年新疆博州（博尔塔拉蒙古自治州的简称,下同）4站逐日降水资料,用阈值检测方法计算出博州地区极端降雨（雪）的阈值,并用气候趋势系数、Kendall-τ秩次相关以及滑动t检验等分析了博州地区不同量级降水日数以及极端降水日数的变化特征。研究表明,博州地区极端降水阈值与年平均降水量的空间分布基本一致：山区大,盆地小,地区间差异极大。3—10月一日降水量≤0.2 mm的微量降雨日数大范围减少;年降水量增加的方式在不同子区域是不同的：①对于年平均降水量仅有100 mm左右的艾比湖一带而言,主要体现在中雨、小雪次数的增加上,其他量级的雨雪日数及强度增加趋势不显著,这种增量对干旱区而言很小,无法改变干旱区的本质。②博河上游地区夏半年主要体现在小雨、大雨次数的增加以及中雨强度的增加上,冬半年主要体现在小雪、大雪或极端降雪日数的增加以及大雪、暴雪强度的增加上。虽然博河上游地区大雨次数显著增加,但强度显著降低。这种增加方式导致博河上游地区冬季牧区易出现雪灾,夏季易出现洪灾。③博河中游地区主要体现在小雪、中雪、大雪（或极端降雪）、中雨频次以及小雨强度的增加上,而且一日降水量≤0.2 mm的微量降雨日数的减少趋势大于其他量级降雨总次数的增加趋势。降水日的这种变化方式在该区域气候显著偏暖的气候背景中,极易造成春夏阶段性极端干旱事件频发。     

西北东部极端降水事件及异常旱涝季节变化倾向

利用西北地区东部100个气象观测站1960\_2000年逐日降水资料,对降水、极端降水事件及异常旱涝区域面积的季节变化倾向进行了分析。结果表明:春、秋、冬季,虽然极端降水事件频次的变率小于降水距平百分率的变率,但两者的变化趋势一致,春、秋季呈上升趋势,冬季呈下降趋势,表明极端降水事件出现的多与少,基本决定了季节降水趋势的变化;夏季,暴雨出现的多与少不能完全决定夏季降水量的趋势,而大雨频次的变化趋势与降水距平百分率的变化趋势一致,略呈上升趋势。夏季降水异常偏少的区域面积呈减少趋势,表明干旱发生的区域面积缩小了;秋季降水异常偏少的区域面积从20世纪80年代中期开始明显的扩大,表明干旱发生的区域面积增大了;春、冬季,降水异常偏多、偏少的区域面积是对称变化的,即降水异常偏多的区域面积增多,则异常偏少的区域面积减少;反之亦然。     

中国登陆热带气旋与太平洋海表温度的关系

根据1951～2000年中国登陆热带气旋与厄尔尼诺年、拉尼娜年的关系分析,得到了一些重要认识：(1) 在厄尔尼诺年,中国登陆热带气旋数偏少;(2) 厄尔尼诺事件强度越大,中国登陆热带气旋数越少;(3) 厄尔尼诺事件的结束时间若超过5月1日,那么次年中国登陆热带气旋数偏少;(4) 中国登陆热带气旋数的特多年主要集中在拉尼娜年;(5) 在拉尼娜次年,中国登陆热带气旋数偏少;(6) 中国登陆热带气旋强度越大,在厄尔尼诺年出现机会越少;(7) 在厄尔尼诺年,中国初旋偏迟,终旋偏早。同时对其机理进行了探讨。     

未来气候变化情景下横断山北部灾害易发区极端降水时空特征

极端降水是导致气候变化下滑坡、泥石流等山地灾害变化的重要因素。极端降水的时空特征作为气候变化下山地灾害风险的研究热点之一,为滑坡等山地灾害危险性评价和构建山地社会安全空间奠定了重要基础。尤其对于地形复杂、灾害频发的横断山地区,高精度的极端降水时空特征研究有利于优化国土空间,促进当地减轻灾害风险与加强气候变化适应相结合。本研究以横断山北部岷山、邛崃山和大雪山为例,充分考虑区域复杂地形的影响,在全球气候模式降水数据的基础上,采用统计降尺度的方法,获取该区域2010—2060时段的逐日降水数据(空间分辨率1×1km);并充分考虑极端降水可能对物理事件造成的影响,构建包括绝对量指数、频度指数和强度指数的极端降水评价指标体系。研究结果表明,未来气候变化下,研究区极端降水总体呈现增加—减少—增加的趋势,短时极端降水和持续性极端降水的空间分布相对一致。就短时极端降水而言,大部分区域发生50mm以上极端降水事件的次数较多,而研究区中部邛崃山区甚至会发生超过100mm的极端降水事件。持续性事件的分布受地形阻隔作用影响,主要发生在大雪山高山区域和邛崃山区。结合研究区地理环境条件,地质灾害风险在未来气候变化情景下可能增加。     

中国西北汛期极端降水事件分析

利用中国西北五省（区）1960—2004年125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,然后统计出了不同台站近45 a逐年汛期发生极端降水事件的发生频次,并进行了时空分布特征分析,结果表明:中国西北汛期极端降水事件发生频次同降水量的空间分布有很大的差异;一致性异常分布特征是中国西北汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态;中国西北汛期极端降水事件发生频次的空间分布可分为以下6个分区:高原东部区、南疆区、北疆区、西北东部区、青海高原区及河套区;从长期变化趋势来看,高原东部区近45 a来汛期极端降水事件发生频次没有明显的变化趋势,北疆区、南疆区、青海高原区及河套区表现为较明显的的增长趋势,而西北东部区表现为较明显的减少趋势;中国西北汛期极端降水事件发生频次的各主要空间分区中,近45 a来13 a左右的周期振荡表现得比较显著。     

The Role of Mid-Latitude Pacific Cyclones in the Winter Precipitation of California*

The characteristics of the mid-latitude Pacific cyclones that produce precipitation over California are investigated statistically to determine their role in governing precipitation receipt. From all cyclones occurring over the Pacific Ocean from December through March and between 1965–1990 inclusive, we identify a subset of cyclones likely to produce precipitation over California. The characteristics analyzed are track, frequency, duration, speed, central pressure, and proximity. These are related to monthly precipitation for the entire period and are also used to explain the difference in precipitation received during the earlier (wet) and latter (dry) halves of the 1980s. Results indicate that the winter cyclones responsible for precipitation over California originate in the southeast quadrant of the region influenced by the Aleutian Low and decay south of the Gulf of Alaska. The extent of cyclonic activity over the east Pacific Ocean near California diminished during the dry period. There were fewer cyclones, they were significantly weaker, and they traveled along a more meridional track during the dry period.     

珠江流域多尺度极端降水时空特征及影响因子研究

基于珠江流域74个气象站点1952~2013年逐日降水和气温数据,采用POT抽样、Mann-Kendall（MK）趋势检验、泊松回归等方法,从降水量级、降水频率及发生时间等方面系统分析了珠江流域年、雨季及旱季3个时间尺度上的极端降水特征,并从降水对温度变化响应及ENSO影响等角度,探讨了极端降水变化特征的机理。研究表明：① 珠江流域极端降水年内分布不均,多发于4~9月,其中6月份发生频率最高;② 珠江流域极端降水频率在雨季及年际间分布较为均匀。但在旱季,珠三角地区极端降水在不同年份差异性较大;③ 在雨季及年际尺度上,极端降水年序列趋势性并不显著;而相对干旱季节,极端降雨量级、发生频次均随年份增加呈显著上升趋势,且发生时间提前。珠江流域农业以水稻(Oryzasativa)种植为主,旱季极端降水增加易导致冬汛及其引起的作物倒伏与农田渍涝等灾害,同时对秋冬防洪提出新的挑战,需要引起人们的关注;④ 温度升高和ENSO事件对珠江流域极端降水过程有显著影响。从ENSO影响的角度讲,在厄尔尼诺年,珠江流域西部极端降水量级和频率增加,而流域东部沿海区域极端降水量级减少,时间延后。     

不同概率分布函数降雨极值的适用性分析

极端降雨极值发生的重现期是流域与城市防洪设施规划设计标准需要参考的最重要参数之一。利用常用的5种水文统计学分布函数,选取中国十大流域内10个站点不同时段的最大降雨极值序列进行拟合,并检验筛选不同站点的适用性分布函数。结果表明：10个站点拟合优度检验拟合效果较好,曲线差异度较小的分布依次为广义极值分布、对数正态分布、皮尔逊III分布;不同站点适宜性曲线的差异程度不同。研究结果可为区域降雨极值序列的拟合提供参考,即不同的区域、不同的季节、不同时长的降雨极值序列都应寻找其较适宜的分布函数并采用多种检验方法来拟合,以降低不确定性。     

厄尔尼诺事件的强度与登陆广东热带气旋数量的关系初探

文章对厄尔尼诺事件的强度与登陆广东的热带气旋数量之间的关系进行初步的了统计分析。结果表明: 就总的厄尔尼诺年份来看, 厄尔尼诺事件对登陆广东的热带气旋总数量没有显著的影响;但就具体的厄尔尼诺事件的强度来看, 强、中和弱的厄尔尼诺事件都对登陆广东的热带气旋有明显的影响, 只是强和弱的厄尔尼诺事件使登陆广东的热带气旋数量比非厄尔尼诺年份明显偏少; 而中等厄尔尼诺事件却使登陆广东的热带气旋数量比非厄尔尼诺年份偏多。厄尔尼诺通过影响沃克环流,使沃克环流随着厄尔尼诺强度的不同而产生不同幅度的东移,进而使登陆广东的热带气旋源地的气流出现不同情况,最后影响登陆广东的热带气旋的数量。     

新疆极端降水的气候变化

采用1961～2000年55个气象台站的逐日降水观测资料,分析近40年来新疆极端降水的气候变化、发展趋势和空间分布差异。用Mann-Kendall法对年极端降水量进行突变检验。研究表明：(1) 只有天山北麓经济带和天山南麓国家级棉花基地阿克苏地区极端降水量和频次有显著增多,尤以80年代以后明显,年极端降水量于1980年发生了气候突变,这种气候变化是由夏半年极端降雨量和频次增多导致的。(2) 新疆极端降水强度无显著变化,极端降水频次的显著增多导致极端降水量的显著增多。(3) 极端降水对年总降水量的贡献天山山区占年降水量的41.9%,北疆北部与和田区域极端降水的贡献为17.2%和21.9%,其它区域在25%~31.3%。年极端降水量距平与年降水量距平有好的相关关系 (除阿克苏地区和焉耆盆地外),说明极端降水量的变化导致年降水量的变化。