1960-2005年长江中下游极端降水指数变化特征分析

本文利用长江中下游流域内的81个气象站,对长江中下游极端降水指数的时空变化特征进行分析.结果发现,在时间尺度上,长江中下游地区近46 a来极端降水指数呈上升趋势,其中降水强度上升趋势最明显,各个极端降水指数在年代际尺度上具有相同的变化特征,均存在着12 a左右的周期振荡,在年际尺度上,各极端降水指数变化周期并不一致.大雨日数与其他指数相比突变时间比较早,发生在1979年,其他几个指数突变时间比较接近,出现在1990年前后.在空间变化上,除极端湿天降水量在全区均为上升趋势外,其他几种极端降水指数在江苏东部地区、湖北西北部都存在着极端降水指数的负变化趋势,高值区主要分布在江西大部、湖北东南部、湖南东北部地区.     

夏季长江中下游流域性极端日降水事件的环流异常特征及其与非极端事件的比较

利用1979—2008年夏季(6—8月)的NCEP/NCAR再分析逐日资料与中国743测站的逐日降水资料,对长江中下游地区流域性极端降水(99百分位,也称为极端强降水)、85～90百分位、75～80百分位降水事件进行合成分析,比较了不同百分位降水事件的环流异常特征。结果表明:长江中下游地区流域性极端日降水量的99百分位阈值为25 mm/d。各类降水事件在梅雨汛期出现频率较高。1990年代以后的极端日降水事件明显偏多。在各百分位降水事件中,在对流层中、低层,长江中下游地区均受气旋性异常环流控制,但对流层高层异常环流特征明显不同。无论在低层还是高层,极端事件的异常环流比非极端事件的异常环流强。不同百分位降水事件的水汽主要来源亦有所不同。极端降水事件中,由孟加拉湾直接辐散至长江流域的水汽较强,而在非极端降水事件中,则是来自南海地区的水汽明显偏强。非绝热加热率、与-的异常分布在各百分位降水事件中的分布较为一致,但强度随降水强度的减小而明显减小。另外,极端日降水事件与85～90百分位的降水事件在太平洋上都存在着北负南正的海温分布,但极端降水事件相应的海温异常明显偏强。而在75～80百分位降水事件中,海温并未出现明显异常。说明极端日降水事件的形成与较强的局地环流异常、与中纬度和热带西太平洋-南海区域的环流异常直接相关,与太平洋海温异常存在可能的密切联系,而非极端事件则主要与局地性异常环流有关。这些结果有利于人们认识和预测极端日降水事件的发生。     

青藏高原中东部极端降水的时空变化特征

伴随全球气候变暖,极端降水事件明显增多,造成的灾害损失日益增加。青藏高原作为全球气候变化敏感区域,开展该区域极端降水事件时空变化特征研究有助于提升高原气候预测和防灾减灾能力。利用1961—2017年青藏高原中东部68个气象站逐日降水观测数据,通过百分位阈值法和线性倾向估计法,结合极端降水指数,分析该区域极端降水时空分布及变化趋势,探讨不同等级降水对总降水量的贡献。结果表明：青藏高原中东部地区各极端降水指数总体均由东南向西北递减,东南部是总降水和极端降水高值区,但该区域对整体降水量增加的影响较小。近57 a来,各极端降水指数整体均呈增加趋势,总降水量及其强度、强降水量、1日最大降水量和连续5 d最大降水量增加趋势显著,强降水量气候倾向率大于特强降水量,且强降水量占比明显增大,而特强降水量占比略有减小,表明强降水量增加对总降水量的贡献更大。强降水量和强降水、中雨日数与总降水量及其强度的变化趋势空间分布基本一致,区域东北部为显著增加区,中雨、强降水日数及雨量的增加导致高原中东部总降水量和极端降水量增加。     

长江中下游夏季雨带分型及其年代际变化Ⅰ:统计特征

利用中国气象局提供的1951—1998年全国160站月平均降水资料及NCEP/NCAR月平均再分析资料,采用REOF方法分析,结果表明:长江中下游地区夏季降水可以显著分为南北两支雨带,一支位于长江中下游以南,江西、湖南和浙江一线;另一支位于重庆、陕西东南部、湖北、河南南部和安徽一线,都呈现出东西向的带状分布。分析还表明:这两支雨带具有明显的年际和年代际变化特征;在年代际尺度上,南支雨带表现为14 a的主周期,而北支雨带表现为8 a的主周期,且两支雨带降水的多寡时段有明显的不同;东亚夏季风和西太平洋副热带高压的强弱对两支雨带降水的多少和分布形态有重要影响。     

热带环流指数与夏季长江中下游旱涝的年限变化

比较利用海－陆气压差和南亚季风环流定义的夏季指数对夏季长中下游旱涝年际变化的表征能力,根据影响东亚季风的主要热带环流定义了一个环流指数,该指数与长江中下游旱涝的年际变化存在很好的对应关系。     

副高持续异常对长江中下游夏季降水的影响

分析了从上一年夏季以来 5 0 0 h Pa高度距平场的持续变化对当年长江中下游地区汛期降水的影响。结果表明 ,前期副热带地区高度距平累积指数与长江中下游地区汛期降水有密切的关系 ,与全国降水的分布也有一定的联系     

21世纪前期长江中下游流域极端降水预估及不确定性分析

在全球变暖背景下,极端降水的频率、强度以及持续时间均在显著增加,尤其是对于气候变化敏感的长江中下游流域。由于模式本身、温室气体排放情景以及自然变率存在较大的不确定性,因此未来预估变化的不确定性一直备受关注。为了能够得到对于未来极端降水更为准确的预估结果,使用NEX-GDDP（NASA Earth Exchange Global Daily Downscaled Projections）提供的19个CMIP5降尺度高分辨率数据（0.25°×0.25°）,给出21世纪前期（2016—2035年）长江中下游流域极端降水的可能变化。根据长江中下游流域178个气象站1981—2005年的逐日降水量数据,计算了能够代表极端降水不同特征的指数,在评估模拟能力的基础上给出了21世纪前期RCP4.5情景下极端降水的变化。结果表明,降尺度结果对长江中下游流域极端降水有很好的模拟能力,除R90N外,所有模式模拟其余指数的空间结构与观测的相关系数均超过了0.6。其中所有模式模拟PRCPTOT和R10的相关系数均超过0.95。21世纪前期,长江中下游地区降水趋于极端化,尤其是在流域的西部地区。极端降水日数的变化在减少,表明对于极端降水的贡献主要来自于极端降水日的较大日降水量,而非极端降水日数。未来预估不确定性的大值区主要位于流域的南部地区,流域的西部地区不确定性较低,西部地区极端降水的增加应该受到更多的重视。      

近50年长江中下游春季和梅雨期降水变化特征

利用1961—2009年长江中下游地区52个气象站逐日降水资料,研究了该地区春季降水与梅雨期降水的连续变化特征,划分了连续旱、连续涝、先旱后涝和先涝后旱4类连续性事件,并探讨其成因。结果表明:长江中下游地区春季降水量年际和年代际变化较为显著,其中连续旱和连续涝事件发生较多。前冬Ni?o3区的海温与春季和梅雨期降水量相关性超过0.05显著性水平,前冬青藏高原积雪深度与6月西太平洋季风指数与梅雨期降水量相关性均达到0.05显著性水平。当春季水汽丰富,同时春季与6月副热带高压中心位置持续偏西可能导致春季和梅雨期降水持续偏多;春季水汽丰富,但春季至6月副热带高压中心位置由偏西向偏东转变,可能造成先涝后旱;春季水汽偏少,且春季与6月副热带高压中心位置持续异常偏东,易造成持续干旱。2011年水汽突变可能是导致旱涝急转的直接原因,前冬的La Ni?a事件不利于春季降水而6月副热带高压位置异常西伸, 则容易引发旱涝急转。     

热带环流指数与夏季长江中下游旱涝的年际变化

比较利用海—陆气压差和南亚季风环流定义的夏季风指数对夏季长江中下游旱涝年际变化的表征能力,根据影响东亚季风的主要热带环流定义了一个环流指数,该指数与长江中下游旱涝的年际变化存在很好的对应关系。利用１９８２年～１９９４年夏季平均可降水量距平、北半球５００ｈＰａ位势高度场距平,通过高、低指数合成和高度场与同期的热带海表温度异常的ＳＶＤ分析,结果表明,热带环流指数的高、低差异和年际变化对影响东亚夏季降水的大气环流型具有较强的分辨能力。     

深圳市汛期（4～9月）降水及极端降水事件的变化特征

以深圳市1953-2006年逐日降水资料为基础,采用数理统计、线性分析、突变分析、周期分析等方法,分析54年来深圳市汛期降水的变化特征以及极端降水事件的变化趋势。研究结果表明：深圳市降水主要集中出现在汛期（4-9月）,汛期多年平均降雨量为1653mm,约占年平均雨量86%左右,深圳市汛期降水存在两个明显的峰值,分别集中在6月上-中旬和7月中旬-9月上旬;深圳市汛期降水量呈略增加的趋势,并在1993年发生突变,雨日的变化与降水量正好相反,为减少趋势,在1982年发生突变,其气候倾向率为-1.3d/10a,雨日的平均降水量呈增加趋势,突变发生的时间与汛期降雨量的突变时间一致,也是出现在1993年;深圳市汛期降雨量变化存在多时间尺度结构,存在1-3年、6-8年、准18年的周期振荡;从极端降水变化来看,暴雨降水量和频率趋势变化较小,且变化趋势基本一致,而暴雨强度呈弱增加趋势,90年代以后增加明显。     

基于ETCCDI指数2017年中国极端温度和降水特征分析

利用中国1961—2017年2419站均一化逐日气候数据,计算了气候变化检测和指数联合专家组定义的26个极端气候指数,分析2017年中国极端温度和降水特征。结果表明：2017年中国区域平均的所有极端高温指数均高于1961—1990年30年平均,所有极端低温指数均低于1961—1990年30年平均。中国区域平均的多个极端温度指数达到或者接近历史极值,其中年最小日最高气温(TXn)和年最小日最低气温(TNn)均达到历史最高值,冷夜(TN10p)、冷昼(TX10p)和持续冷日日数(CSDI)达到历史最低值。年最大日最高气温(TXx)、年最大日最低气温(TNx)、暖夜(TN90p)、霜冻(FD)、冰冻(ID)、热夜(TR)、生长期长度(GSL)排在1961年以来的第2或第3位,其余极端温度指数全部排在了1961年以来前10位。2017年中国区域平均的10个极端降水指数中,有7个指数值处于1961—2017年1个标准差范围内,指示2017年的极端降水接近正常年。     

1957~2000年沈阳地区气温和降水变化特征分析

利用1957～2000年沈阳地区逐日平均气温、降水量资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall突变检测法和Morlet小波变换等方法,分析了近44a来沈阳地区气温和降水变化的总体特征及趋势,并利用极端气温和降水指数探讨了其变化特征。结果表明:近44 a来沈阳地区气温呈显著的上升趋势,气温变化有较明显的突变特征,突变时间出现在1981～1982年;降水呈波动下降趋势,自20世纪80年代以来,极端降水事件的强度和频率均呈上升趋势。     

NEX-GDDP降尺度数据对中国极端降水指数模拟能力的评估

利用1986—2005年中国地面气象台站观测的格点化逐日降水数据(CN05.1)评估了NASA高分辨率降尺度逐日数据集NEX-GDDP中21个全球气候模式在0.25?(约25 km×25 km)分辨率下对中国极端降水的模拟能力.选取年最大日降水量(RX1D)、年最大5 d降水量(RX5D)、湿日总降水量(PRCPTOT...     

基于改进综合气象干旱指数的2011年和2013年长江中下游干旱低频振荡特征分析

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和地面观测资料,基于改进的综合气象干旱指数（I_C）对长江中下游地区2011年春季和2013年夏季干旱过程的低频振荡特征进行了分析。结果表明：2011年春季干旱过程的主要低频I_C周期为30~60 d,西太平洋500 hPa正异常低频高度场系统的西移、南支锋区上游500 hPa正异常低频高度场系统的东移和北扩、西北地区东部低层低频反气旋的向南移动可能是低频I_C传播变化特征的重要原因。2013年夏季干旱过程的主要低频I_C周期也为30~60 d,西亚和西北太平洋500 hPa正异常低频高度场向我国南方地区移动、孟加拉湾和西北太平洋的低层低频反气旋向西和向北移动与低频I_C传播变化特征有重要联系。     

西南地区极端降水变化趋势

利用西南地区90个气象台站1970-2010年逐日降水量资料,依据世界气象组织(WMO)定义的连续5d最大降水量、总降水量、强降水比等6种极端降水指数,采用F检验、11a滑动平均等统计方法,研究了西南地区极端强降水变化趋势的时空变化特征。在时间上,西南地区近41年来冬、春、夏季连续5d最大降水量缓慢波动上升,秋季连续5d最大降水量呈下降趋势;强降水、降水强度及强降水比呈上升趋势,但总降水量和最长持续无降水日数呈减少趋势;另外,各极端降水指数还存在明显的年际、年代际变化。在空间上,西南地区极端降水变化趋势具有显著的地域差异,呈东西或西北东南向梯度变化特征。其中冬季连续5d最大降水量、降水强度、强降水比及最长持续无降水日数,在西南大部分地区呈增加趋势。秋季连续5d最大降水量与总降水量在西南大部分地区呈减少趋势。而春、夏季连续5d最大降水量和强降水的增减区域大致相当。     

CWRF模式对长江流域极端降水气候事件的模拟能力评估

基于1980—2016年长江流域站点观测降水,评估了CWRF区域气候模式对长江流域面雨量和极端降水气候事件的模拟能力.结果表明:CWRF模式能较好地再现1980—2016年长江流域及不同分区降水空间分布及月/季面雨量年际变率,且在冬、春季表现较好,夏、秋季次之.CWRF模式对长江流域面雨量存在系统性高估,对面雨量的模拟...     

长江中下游地区冬夏干湿韵律特征分析

通过分析中国160站1952—2013年的月平均降水观测资料,揭示了长江中下游地区冬季和夏季降水间存在显著的韵律现象,即当该地区冬季降水异常偏少(偏多)时,次年夏季降水也趋于异常偏少(偏多),这里称之为干(湿)韵律现象。对干、湿韵律年大气环流背景的分析结果显示,干韵律年和湿韵律年对应的环流形势基本相反:在干(湿)韵律年冬季,东亚地区500 hPa位势高度距平呈现西高东低(东高西低)的分布型,中国南方东部主要受偏北(南)风异常控制,这不利(有利)于低纬度暖湿气流向长江中下游地区输送,导致该地区冬季降水异常偏少(多);在次年夏季,西北太平洋副热带高压异常偏弱(强),不利(有利)于西南暖湿气流向中国东部地区输送,使得长江中下游地区夏季降水也异常偏少(多)。研究进一步指出,长江中下游地区的冬夏干、湿韵律现象与东亚冬夏季风活动的强度密切相关。干、湿韵律现象多在东亚冬夏季风强度变化一致的情况下出现:冬、夏季风一致偏强时多导致干韵律现象,而一致偏弱时易导致湿韵律现象。     

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.