华东地区极端降水动力降尺度模拟及未来预估

利用CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）数据集中的全球模式IPSL-CM5A-LR及其嵌套的区域气候模式WRF（Weather Research and Forecasting）,分别评估了模式对1981~2000中国华东区域极端降水指标的模拟能力,并讨论了RCP8.5排放情景下21世纪中期（2041~2060年）中国华东极端降水指标的变化特征。相比驱动场全球气候模式,WRF模式更好地再现了各个极端指数空间分布及各子区域降水年周期变化。在模拟区域气候特点方面,WRF模拟结果有所改进,并在弥补全球模式对小雨日过多模拟的缺陷起到了明显的作用。21世纪中期,华东区域的降水将呈现明显的极端化趋势。WRF模拟结果显示年总降雨量、年大雨日数、平均日降雨强度在华东大部分区域的增幅在20%以上;年极端降雨天数、连续5 d最大降水量的增幅在华东北部部分区域分别超过了50%和35%,同时最长续干旱日在华东区域全面增加;且变化显著的格点主要位于增加幅度较大的区域。未来华东区域会出现强降水事件和干旱事件同时增加的情况,降水呈现明显的极端化趋势,且华东北部极端化强于华东南部。     

典型相关分析方法对21世纪江淮流域极端降水的预估试验

利用1961—1990年江淮流域逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和HadCM3 SRES A1B情景下模式预估资料,采用典型相关分析统计降尺度方法,评估降尺度模型对当前极端降水指数的模拟能力,并对21世纪中期和末期的极端降水变化进行预估。结果表明：通过降尺度能够有效改善HadCM3对区域气候特征的模拟能力,极端降水指数气候平均态相对误差降低了30%～100%,但降尺度结果仍然在冬季存在湿偏差、夏季存在干偏差;在SRES A1B排放情景下,该区域大部分站点的极端强降水事件将增多,强度增大,极端强降水指数的变化幅度高于平均降水指数,且夏季增幅高于冬季;冬季极端降水贡献率（R95t）在21世纪中期和末期的平均增幅分别为14%和25%,夏季则分别增加24%和32%。     

2050年前长江流域极端降水预估

20世纪90年代长江流域日最大降水增加主要出现在长江以南地区和金沙江流域,ECHAM5/MPI-OM模型也大致模拟出了这种趋势。在IPCC给出的3种不同的排放情景下,2000-2050年长江上游日最大降水均有上升趋势,2020年前A2情景下日最大降水最大,A1B最小;长江中下游日最大降水在2025年之前均有明显上升趋势,之后略有下降,波动较大。长江流域未来日最大降水增多的区域可能主要出现在长江以南地区,而极端降水减少的区域可能出现在长江以北地区。     

大同地区降水变化特征及趋势分析

根据大同地区8个县市1972—2009年逐日气温、降水量数据,采用趋势分析、Mann原Kendall突变检验和R/S 分析法研究了大同地区年降水量时间序列和空间序列变化规律,结果表明：大同地区降水量和汛期降水量均呈缓慢减少趋势。2001年前后大同地区各县市年降水趋势发生扭转,大部分县市降水量呈少量增加趋势。1972—2009年,大同地区汛期降水高频周期以准3a周期为主,同时存在准15a的低频周期。从低频周期变化可以看出1973—1978年、1990—1997年、2004—2009年为多雨期;1982—1986年、1997—2001年为少雨期。1993-1996年,大同地区高频周期转为准5a,同时叠加准15a的低频周期。大同地区各县市年降水量存在明显的Hurst现象,大部分县市降水量未来变化基本保持现有减少趋势,个别县市降水量未来变化趋势不明显。     

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。      

福建省近50年降水趋势及区域变化特征

应用趋势分析方法分析了福建省35个代表站1961至2003年年、季降水的趋势变化规律，结果表明全年、春季、夏季全省降水以正的趋势为主，而雨季降水以负趋势为主，秋冬季趋势不明显。其后应用旋转主因子分析方法对年、季降水进行区域性分析，结果表明全省降水变化主要以南北向变化为主，东西向为次，同时给出了各季具体的分区范围。最后选取4个代表站进行降水的年代际变化分析。     

21世纪中国极端降水事件预估

摘 要：全球变暖背景下极端降水事件的变化一直受到广泛关注,本文从观测、理论及模拟预估等方面对近十多年来国内外极端降水气候事件的研究作一综述,并给出IPCC第四次评估报告对我国21世纪极端降水指数变化的预估结果。     

福建省近50年降水趋势及区域变化特征

应用趋势分析方法分析了福建省35个代表站1961至2003年年、季降水的趋势变化规律,结果表明全年、春季、夏季全省降水以正的趋势为主,而雨季降水以负趋势为主,秋冬季趋势不明显.其后应用旋转主因子分析方法对年、季降水进行区域性分析,结果表明全省降水变化主要以南北向变化为主,东西向为次,同时给出了各季具体的分区范围.最后选取4个代表站进行降水的年代际变化分析.     

贵阳汛期旱涝演变特征及未来趋势预估

首先对贵阳近500 a（1470—2008年）旱涝等级资料进行增补,利用该资料进行等级序列展开频次和多尺度分析。结果表明：近58 a,贵阳出现极端旱、偏旱的频次明显高于过去近500 a的平均状况;汛期出现偏旱和旱的次数明显增多,旱重于涝的趋势非常明显。从年代际和百年际尺度看,210 a周期是贵阳旱涝振荡的主周期,而50 a周期是次周期,且20世纪80年代的干旱程度高于历史上任何一个年代;从年际和年代际尺度上,24 a周期是贵阳旱涝振荡的主周期,而7 a周期是次周期;汛期降水偏少,一般与旱灾对应一致,但若降水偏多,对应汛期各月降水分布均匀,则不一定对应涝灾。最后,结合诊断结果,借助IPCC AR4最新的模式预估数据集,预估贵阳汛期降水在未来10 a左右将处于旱涝交替频发期,之后至21世纪40年代中期将处于少雨阶段,可能会出现较长时期的干旱。     

21世纪黑河流域降水统计降尺度及预估北大核心CSCD

借助第五阶段国际耦合模式比较计划(CMIP5)多模式集合数据、欧洲中期预报中心再分析资料及黑河流域站点观测记录等,检验了模式降水估计偏差,设计了3种降尺度方法,对2011~2100年模式集合预估降水做了降尺度偏差订正。结果表明,即使去掉模式气候飘移,在黑河流域的模拟或估计降水偏差依然较大。本文选用15个CMIP5模式集合做降水预估。依据贝叶斯模式平均(BMA)和多元线性回归(MLR)构造降尺度模型,其因子有700 hPa位势高度场、经向风和比湿等。检验表明,两种降尺度模型各有优缺点,BMA降尺度降水平均值精度较高,但方差和相关系数较低;MLR的方差和相关系数均较高,但在黑河下游极端干旱区或少雨季节易出现“负降水”偏差。在降尺度模型中加入模式降水因子后,BMA的降水方差和相关系数均有明显提高,MLR的负降水问题得到一定程度抑制。BMA模型在黑河上游最优,MLR在中、下游及整个流域最优。因此,选用BMA和MLR对RCP4.5情景下2011~2100年的降水预估做降尺度偏差订正,结果表明,经BMA和MLR降尺度后预估的整个黑河流域降水呈下降趋势,相对于1971~2000年参考期,流域前期(2011~2040年)、中期(2041~2070年)、后期(2071~2100年)降水下降率依次为−9.7%、−12.5、−12.1%,即前、中期降水明显减少,后期变化不大。其中上游降水有一个弱的增加趋势,其变化率依次为1.4%、1.6%、2.3%;中游降水呈明显减少趋势,其变化率依次为−16.3%、−21.4%、−22.6%;下游降水前期减少,中、后期明显增加,其变化率依次为−13.0%、4.2%、21.4%。该预估结果表明,随着全球气候暖化,黑河上游祁连山区降水会缓慢增加,但中游农耕区降水明显减少,流域水资源供需矛盾可能会进一步加剧。因此,黑河流域未来的分水方案及相关的生态、农业、经济等发展规划需要据此做一些调整,以适应未来气候和黑河流域水资源的可能变化。     

Simulation and Projection of Changes in Rainy Season Precipitation over China Using the WRF Model

The Weather Research and Forecasting (WRF) model is used in a regional climate model configuration to simulate past precipitation climate of China during the rainy season (May-September) of 1981-2000, and to investigate potential future (2041-2060 and 2081-2100) changes in precipitation over China relative to the reference period 1981-2000. WRF is run with initial conditions from a coupled general circulation model, i.e., the high-resolution version of MIROC (Model for Interdisciplinary Research on Climate). WRF reproduces the observed distribution of rainy season precipitation in 1981-2000 and its interannual variations better than MIROC. MIROC projects increases in rainy season precipitation over most parts of China and decreases of more than 25 mm over parts of Taiwan and central Tibet by the mid-21st century. WRF projects decreases in rainfall over southern Tibetan Plateau, Southwest China, and northwestern part of Northeast China, and increases in rainfall by more than 100 mm along the southeastern margin of the Tibetan Plateau and over the lower reaches of the Yangtze River during 2041-2060. MIROC projects further increases in rainfall over most of China by the end of the 21st century, although simulated rainfall decreases by more than 25 mm over parts of Taiwan, Guangxi, Guizhou, and central Tibet. WRF projects increased rainfall of more than 100 mm along the southeastern margin of the Tibetan Plateau and over the lower reaches of the Yangtze River and decreased rainfall over Southwest China, and southern Tibetan Plateau by the end of the 21st century.     

阿拉木图与乌鲁木齐夏季降水变化趋势对比分析

基于哈萨克斯坦阿拉木图站和新疆乌鲁木齐站的1967-2009年夏季降水资料,采用一元线性回归、Mann-Kendall突变检验和Morlet小波分析的方法,分析了两地夏季降水的变化趋势特征.结果表明:阿拉木图和乌鲁木齐夏季降水均呈增加趋势,20世纪70和80年代降水偏少,90年代至2009年降水偏多.乌鲁木齐夏季降水于1982年出现了突变点,阿拉木图夏季降水没有发生突变.2000年以前阿拉木图以6-8 a左右的短周期变化为主,2000年后以15-16 a左右的长周期变化为主,乌鲁木齐在1987年以前以4-6 a的短周期变化为主,在1987年以后以16a的长周期变化为主.     

The Long-term Variation of Extreme Heavy Precipitation and Its Link to Urbanization Effects in Shanghai during 1916–2014

Using the hourly precipitation records of meteorological stations in Shanghai, covering a period of almost a century(1916–2014), the long-term variation of extreme heavy precipitation in Shanghai on multiple spatial and temporal scales is analyzed, and the effects of urbanization on hourly rainstorms studied. Results show that:(1) Over the last century, extreme hourly precipitation events enhanced significantly. During the recent urbanization period from 1981 to 2014, the frequency of heavy precipitation increased significantly, with a distinct localized and abrupt characteristic.(2) The spatial distribution of long-term trends for the occurrence frequency and total precipitation intensity of hourly heavy precipitation in Shanghai shows a distinct urban rain-island feature; namely, heavy precipitation was increasingly focused in urban and suburban areas.Attribution analysis shows that urbanization in Shanghai contributed greatly to the increase in both frequency and intensity of heavy rainfall events in the city, thus leading to an increasing total precipitation amount of heavy rainfall events. In addition,the diurnal variation of rainfall intensity also shows distinctive urban–rural differences, especially during late afternoon and early nighttime in the city area.(3) Regional warming, with subsequent enhancement of water vapor content, convergence of moisture flux and atmospheric instability, provided favorable physical backgrounds for the formation of extreme precipitation.This accounts for the consistent increase in hourly heavy precipitation over the whole Shanghai area during recent times.     

开鲁县1954—2011年降水日数及降水量变化分析

利用开鲁气象站1954—2011年逐日降水量数据,分析了近58a降水量和降水日数的年、季变化趋势和气候倾向率以及4—10月不同等级降水日数和降水量的比例。结果表明:(1)开鲁58a平均年降水量为332.5mm,年平均降水日数64d,占全年总日数的17.5%,日降水量强度仅5.2mm;(2)年降水量与降水日数呈显著的正相关关系,降水日数多,降水量则多;(3)近58a年降水日数和降水量均呈显著的减少变化趋势,降水日数减少1.8d/10a,降水量减少13.2mm/10a;特别是1999—2011年日降水强度明显减小,年平均降水量仅277.5mm,比前45a平均减少了2成,春夏季干旱突出;(4)降水量和降水日数季节分配不均,夏季降水量占全年的70.3%,雨季集中,旱季明显;(5)作物生长季(4—10月)降水量级少,有效降水日数少,因此,发生干旱的概率高,特别是季节连旱,不利于作物的生长发育,严重制约着农牧业生产的发展。     

Statistical Downscaling of FGOALS-s2 Projected Precipitation in Eastern China

A statistical regression downscaling method was used to project future changes in precipitation over eastern China based on Phase 5 of the Coupled Model Intercomparison Project （CMIPS） the Representative Concentration Pathway （RCP） scenarios simulated by the second spectral version of the Flexible Global Ocean- Atmosphere-Land System （FGOALS-s2） model. Our val- idation results show that the downscaled time series agree well with the present observed precipitation in terms of both the annual mean and the seasonal cycle. The regres- sion models built from the historical data are then used to generate future projections. The results show that the en- hanced land-sea thermal contrast strengthens both the subtropical anticyclone over the western Pacific and the east Asian summer monsoon flow under both RCPs. However, the trend of precipitation in response to warming over the 21 st century are different across eastern Chi- na under different RCPs. The area to the north of 32°N is likely to experience an increase in annual mean precipitation, while for the area between 23°N and 32°N mean precipitation is projected to decrease slightly over this century under RCP8.5. The change difference between scenarios mainly exists in the middle and late century. The land-sea thermal contrast and the associated east Asian summer monsoon flow are stronger, such that precipitation increases more, at higher latitudes under RCP8.5 compared to under RCP4.5. For the region south of 32°N, rainfall is projected to increase slightly under RCP4.5 but decrease under RCP8.5 in the late century. At the high resolution of 5 km, our statistically downscaled results for projected precipitation can be used to force hydrological models to project hydrological processes, which will be of great benefit to regional water planning and management.     

近30年中国暴雨时空特征分析

利用1977年8月—2017年7月江西省83个国家自动气象站的逐时降水资料,分析了江西省小时降水的时空分布特征。结果表明：（1）年均降水小时数大值中心呈沿东、西部山脉的带状分布,江西北部鄱阳湖平原地区小时数相对较少,小时降水强度江西北部和东南部大;（2）小时降水事件平均历时由南向北逐渐增大;短历时（1~6 h）对总降水量的贡献率最高,贡献率空间分布由南向东北方向递减;历时超过6 h的降水事件,随着历时的增长大值中心向江西东北方向移动;（3）江西省小时强降水事件频次分布东高西低,且随着强降水等级的提升,高值中心逐渐北移;（4）小时降水主要出现在下午15—18时,多以短历时降水事件呈现,而中历时（8 h左右）的降水易出现在早晨07—08时;（5）近40 a赣北东部小时降水事件频次和累计降水量增加趋势显著。

     

近58年柳州市汛期降水特征分析

利用柳州市1951～2008年的月降水量资料,采用线性倾向估计和小波分析方法,分析了近58a柳州市汛期（4～9月）降水的变化特征。结果表明：近58a来柳州市汛期降水主要呈波动性变化,线性趋势变化不明显,但前汛期降水总体呈上升趋势,降水量约增加87mm;后汛期降水量总体呈下降趋势,约减少了89mm。因此,前汛期有变涝趋势,后汛期有变旱趋势。近58年柳州市汛期降水年代际变化的主要周期为20～25a,20世纪80年代以后,汛期降水存在周期10-15a的年代际变化。20世纪80年代以前,柳州市汛期降水主要的年际变化周期2～4a,以后的年际变化周期是4～8a。     

基于DERF的SD方法预测月降水和极端降水日数

针对动力气候模式对区域或更小空间尺度内的日降水预测技巧偏低的问题,应用最优子集回归 (OSR) 方法对国家气候中心业务化的月动力气候模式 (DERF) 输出的高度场、风场和海平面气压场进行降尺度处理用于降水预测,旨在提高预测准确率。1982—2006年交叉检验结果表明：OSR方法能显著提高降水预测技巧,其中11~40 d改善效果最为显著。在此基础上,应用一步法和两步法两种统计降尺度方法预测极端降水日数,交叉检验结果表明:两种方法均优于随机预测,冬季两步法预测技巧略高于一步法,夏季一步法略优于两步法。综合认为OSR,OSR结合随机天气发生器 (WG) 两种统计降尺度方法对月尺度降水或极端降水日数的预测均具有较高的技巧,可作为短期气候预测的重要参考信息。     

CMIP6 Evaluation and Projection of Temperature and Precipitation over China

This article evaluates the performance of 20 Coupled Model Intercomparison Project phase 6(CMIP6)models in simulating temperature and precipitation over China through comparisons with gridded observation data for the period of 1995–2014,with a focus on spatial patterns and interannual variability.The evaluations show that the CMIP6 models perform well in reproducing the climatological spatial distribution of temperature and precipitation,with better performance for temperature than for precipitation.Their interannual variability can also be reasonably captured by most models,however,poor performance is noted regarding the interannual variability of winter precipitation.Based on the comprehensive performance for the above two factors,the“highest-ranked”models are selected as an ensemble(BMME).The BMME outperforms the ensemble of all models(AMME)in simulating annual and winter temperature and precipitation,particularly for those subregions with complex terrain but it shows little improvement for summer temperature and precipitation.The AMME and BMME projections indicate annual increases for both temperature and precipitation across China by the end of the 21st century,with larger increases under the scenario of the Shared Socioeconomic Pathway 5/Representative Concentration Pathway 8.5(SSP585)than under scenario of the Shared Socioeconomic Pathway 2/Representative Concentration Pathway 4.5(SSP245).The greatest increases of annual temperature are projected for higher latitudes and higher elevations and the largest percentage-based increases in annual precipitation are projected to occur in northern and western China,especially under SSP585.However,the BMME,which generally performs better in these regions,projects lower changes in annual temperature and larger variations in annual precipitation when compared to the AMME projections.