体现大尺度特征的区域持续性强降水过程定义指标

利用1961—2017年共57年中国地面观测站日降水资料,采用滑动平均、百分位和点面相关分析等方法,根据延伸期预报特点以及监测预报和研究需求,着眼于体现强降水过程的区域性、持续性和致灾性,并兼顾区域气候特征和普适性,建立区域持续性强降水过程定义指标。根据该指标查找判断我国东部四个关键区域（华南、长江、黄淮、华北）的历史降水过程,1961—2017年期间共有557次区域持续性强降水过程,平均每年约10次,其中华南、长江、黄淮、华北分别有267、155、78、49次,平均每年各有4.7次、2.7次、1.4次和0.9次,呈由南向北递减的分布。统计评估结果表明,该指标能客观地判断出持续影响同一区域的相对稳定类型的大尺度持续性强降水过程,适用于延伸期业务服务和研究。      

Ranking Regional Drought Events in China for 1960--2009

The spatiotemporal variations of the site and regional droughts in China during 1960–2009 were analyzed by applying a daily composite-drought index (CDI) to 722 stations in mainland China. Droughts frequently happened in a zone extended from Southwest China to the Yellow River, North China, and the southwestern part of Northeast China, with two centers of high frequency in North China and Southwest China. In Southwest and South China, droughts tend to happen during the winter. In North China and along the Yellow River, droughts mainly occur during the winter and during May–June. During the past 50 years, the geographical distribution of site drought events showed high frequencies (0.9–1.3 times per year) in the upper Yellow River basin and North China, comparing with moderate frequencies (0.6–0.9 times per year) in Southwest China and the southwestern part of Northeast China and with lower frequencies over the middle and lower Yangtze River basin. And the frequencies increased over mainland China except for the upper reaches of the Yangtze River. A regional drought (RD) event is a widespread and persistent event that covers at least five adjacent sites and lasts for at least 10 days. There were 252 RD events in the past 50 years—five times per year. Most RD events lasted for <100 days and covered <100 stations, but the longest and largest RD event lasted for 307 days from 6 September 1998 to 9 July 1999 and covered 327 stations from North to Southwest China.     

我国冬季极端低温指数的年代际变化特征

前人在研究极端气温时,大多关注其长期变化趋势,而对其年代际变化的研究较少。本文利用1961～2016年全国839个台站的逐日最高气温、最低气温和日平均气温资料,重点分析了我国冬季极端低温指数的年代际变化特征。本文采用谐波分解提取了每个台站冬季极端低温指数前四波分量,将其作为年代际变化分量,并将其累计方差贡献大于25%的台站认为发生了明显的年代际变化的台站。结果表明:呈明显年代际变化的台站主要位于长江以北地区、新疆北部以及青藏高原东部地区。其中,长江以北地区及新疆北部地区的年代际变化在1979年后较为一致,据此可将1979年之后的时段大致划分为前冷期（1979～1986年）、暖期（1987～2007年）和后冷期（2008～2016年）三个时期。上述两个地区的冬季极端低温指数的年代际变化与东大西洋/西俄罗斯遥相关型联系在一起,该遥相关型的年代际变化对应着乌拉尔山阻塞型环流频次和东亚大槽强度的年代际变化。     

近60年我国东部区域性持续高温过程变化特征

利用1961—2019年中国2407个气象站的日最高气温资料,在判别华南、长江、黄淮和华北4个区域持续高温过程的基础上,比较各区域持续高温过程的气候变化特征。结果表明:华南区域性持续高温过程跨越季节最长,从5月中旬至10月初均可能出现;华南区域性持续高温指数存在显著的线性增长趋势,其增长率最高（3.3 d·（10 a）-1）。长江区域性持续高温过程持续性强,气候平均年累积日数最多,但通常出现区域持续高温过程最迟;长江区域性持续高温指数存在线性增长趋势。黄淮区域性持续高温指数的线性增长趋势不明显,但黄淮区域历史上仅有的4次非夏季持续高温过程均发生于20世纪90年代末至21世纪初。华北区域性持续高温过程气候平均年累积日数少、结束早;华北区域性持续高温指数存在显著的线性增长趋势,线性增长相关系数仅次于华南。长江和华南两区域持续高温指数的相对强弱存在显著的年代际变化,1961—1978年长江明显强于华南,1979—2019年则为华南略强于长江。     

中国区域性极端降水事件及人口经济暴露度研究

基于中国1960-2014年771个气象站的逐日降水资料,选取有效降水序列95百分位数作为极端降水阈值,将既定持续时间尺度和连续面积上超过阈值的降水事件定义为区域性极端降水事件。采用强度-面积-持续时间（Intensity-Area-Duration,IAD）法,根据极端降水事件空间和时间上的连续性特征,对不同持续时间的区域性极端降水事件演变趋势及暴露于极端降水事件下的人口和国内生产总值进行研究。结果表明:（1）相对强度最大的区域性极端降水事件主要集中在1960-1968、1991-1999和2006-2013年3个时段;（2）区域性极端降水事件最强中心主要分布在长江以南和东北地区,发生在北方的多为单日极端降水,南方多为持续多日的极端降水;（3）1960-2014年区域性极端降水事件影响面积有所增大,相对强度变化不明显;（4）暴露于极端降水事件影响区域内的人口和国内生产总值均呈显著增大趋势,暴露人口最多的年份在1983年,达到2408万人/d,暴露国内生产总值最多的年份在1998年,达到20亿元/d。      

长江中下游夏季极端降水指数的变化特征

利用长江中下游地区66个气象站逐日降水资料,通过经验正交函数分解分析中雨以上日数极端降水指数及形成的原因。结果表明:长江中下游中雨以上日数主要表现为全区一致型、南北反向型,且两种分布形势均存在准2 a周期的年际变化和年代际变化;中雨以上日数在1990s开始显著增长,2000s以来,长江以北地区偏多,长江以南地区偏少;2000—2011年,我国东部经向上仍旧存在"反气旋—气旋"水汽输送异常,蒙古高原反气旋型水汽输送加强,引起雨带停滞在长江以北,造成长江以南地区中雨以上日数偏少。     

我国南方地区夏季低温变化特征及其成因

采用中国气象局整编的日平均气温资料、NCEP/NCAR再分析日平均资料,分析了1960-2004年我国南方地区尤其是长江中下游地区夏季低温的变化特征及成因.结果表明:我国南方地区夏季气温在20世纪70年代末出现一个转折,在此之前气温普遍偏低,在此之后气温普遍升高;江南地区是夏季低温频发且强度较大的区域;各个层次高度场环流形势的变化以及降水和总云量的变化都对夏季低温的形成有一定作用.     

1961-2023年新疆区域冷空气过程强度特征研究

利用1961—2023年新疆105站日平均气温和日最低气温,24 h、48 h、72 h日最低气温降温幅度以及NCEP/NCAR再分析日资料,总结分析新疆区域不同强度冷空气过程的变化特征,探究影响新疆区域冷空气过程的关键环流因子。结果表明,1961—2023年新疆区域共计发生冷空气过程746次,其中中等强度冷空气过程149次,强冷空气过程136次,寒潮过程461次。新疆区域冷空气过程整体呈减少趋势,21世纪后寒潮过程在冷空气过程中所占比率逐渐增加,但新疆区域寒潮过程年平均强度波动不显著。新疆区域发生强寒潮过程的关键因子是乌拉尔山阻塞高压和欧亚冷高压,乌拉尔山阻塞高压和欧亚冷高压强盛时,有利于高纬度冷空气南下,新疆区域易爆发寒潮。     

基于不同重现期的1960—2019年长三角地区区域降水风险评估北大核心

本文基于长三角地区1960—2019年逐日降水观测数据以及2015年1 km格网的GDP和人口数据,借助区域降水事件提取方法共识别出2109次区域降水事件,并利用不同分布函数确定不同重现期下降水强度和降水日数的阈值,进一步采用国际减灾战略(ISDR)的灾害风险评估模型,从危险性与脆弱性综合评价长三角地区区域降水风险及其空间分布特征。结果表明:(1)对于降水强度,GEV函数拟合效果最优;对于降水日数,EXP函数和POISS函数拟合效果最好;(2)长三角不同重现期下区域降水的危险性均从中部地区向南北两侧递减;(3)长三角脆弱性由东部沿海向内陆逐渐降低;(4)不同重现期下长三角区域降水风险均是由东部沿海向内陆降低,其中各大中心城市始终是高风险区。     

The impact of atmospheric heat sources over the eastern Tibetan Plateau and the tropical western Pacific on the summer rainfall over the Yangtze-River basin

The variability of the summer rainfall over China is analyzed using the EOF procedure with a new parameter （namely, mode station variance percentage） based on 1951-2000 summer rainfall data from 160 stations in China. Compared with mode variance friction, the mode station variance percentage not only reveals more localized characteristics of the variability of the summer rainfall, but also helps to distinguish the regions with a high degree of dominant EOF modes representing the analyzed observational variable. The atmospheric circulation diagnostic studies with the NCEP/NCAR reanalysis daily data from 1966 to 2000 show that in summer, abundant （scarce） rainfall in the belt-area from the upper-middle reaches of the Yangtze River northeastward to the Huaihe River basin is linked to strong （weak） heat sources over the eastern Tibetan Plateau, while the abundant （scarce） rainfall in the area to the south of the middle-lower reaches of the Yangtze River is closely linked to the weak （strong） heat sources over the tropical western Pacific.     

江淮区域梅雨的划分指标研究

为便于江淮区域的梅雨划定, 更好地开展区域梅雨短期气候预测业务, 本文从区域角度出发, 在明确区域梅雨概念的基础上, 选取江淮区域梅汛期降水变率一致的36个代表站点, 根据梅雨的大范围持续性时空分布特征, 采用连续5个滑动候满足候内雨日≥4的站点覆盖率指标, 并结合西太平洋副高脊线位置, 提出了江淮区域梅雨入、出梅的确定方法。基于所提出的区域梅雨划分指标, 进一步分析了江淮区域梅雨特征量的气候特征, 并与已有的长江中下游梅雨特征量进行了比较。结果表明, 本文定义的区域梅雨指标既考虑了梅雨系统大范围持续性降水的天气现象, 又可反映典型梅雨系统的高低层环流配置及梅雨的降水条件, 能较好地描述梅雨的区域气候特征。区域梅雨指标反映的入、 出梅日期的气候特征、 长期变化趋势及异常梅雨等方面与已有长江中下游梅雨特征量基本一致, 但本文的区域梅雨入、 出梅与大气环流季节性调整具有更好的一致性, 且采用江淮区域空间分布均匀的36个站点来描述区域梅雨更具代表性。     

区域性极端低温事件的识别及其变化特征

区域性极端低温事件的客观识别方法主要包括4个部分:极端低温阈值的确定、极端低温事件空间区域的识别、空间区域的连续性过程提取和指标体系,结合个例分析验证了该方法在实际低温事件检测中的有效性。从空间分布和时间变化趋势等角度分析了近50年区域性极端低温事件的变化特征:区域性极端低温事件的发生频次较高的纬度带主要位于32°N和42°N附近,区域性极端低温事件的发生频次、强度和最大覆盖面积等存在总体减弱的趋势,在20世纪80年代后期存在显著的转折,90年代后期以来变化逐渐趋于平缓。此外,对各种单一指标与我国冷冻害造成的经济损失和受灾人口之间的相关分析,构建了体现区域性极端低温事件多方面影响的综合指标。     

Characteristics and Changes of Cold Surge Events over China during 1960-2007

This paper demonstrates regional characteristics, a long-term decreasing trend, and decadal variations in the frequency of cold surge events based on daily mean temperature and daily minimum temperature data in mainland China from 1960 to 2008. During these 48 years, four high frequency centers of cold surge events were located in Xinjiang, central North China, northeast China, and southeast China. A main frequency peak of cold surge events occurs in autumn for the four regions and another peak is detected in spring over northeast China and southeast China. The regional pattern of cold surge frequencies is in accordance with the perturbation kinetic energy distribution in October-December, January, and February-April. The long-term decreasing trend （-0.2 times/decade） of cold surge frequencies in northeast China and decadal variations in China are related to the variations of the temperature difference between southern and northern China in the winter monsoon season; these variations are due to the significant rising of winter temperatures in high latitudes.     

1961—2020年辽宁省暖冬现象气候特征分析

利用1961—2020年辽宁省56个气象站冬季逐日气温数据,根据国家标准《暖冬等级》,以1990—2020年为气候值作为参考,综合采用气候倾向率、IDW、滑动t检验突变分析以及小波分析等方法,分析辽宁省近60 a冬季平均气温的时空变化趋势,单站暖冬及区域暖冬事件的气候变化特征。结果表明：近60 a来辽宁省冬季平均气温以0.3℃/10 a的速率升高,辽宁中部和东部地区变暖趋势最为显著;20世纪90年代前的30 a属于偏冷时段,但增温效应强于后30 a,冬季平均气温在1987年前后出现了明显的由冷转暖的突变,1971年出现了相对较弱的冷暖转变;1988年后逐年单站暖冬事件的发生整体比1961—1987年出现单站暖冬事件明显增多。发生频次较高的地区分布在辽宁中部和东南部地区,为16—20次;近60 a来共有16次区域暖冬事件,21世纪后的20 a内共出现9次区域暖冬事件,占总数的60%;区域暖冬事件以准22 a和2—3 a为振荡周期。     

新、旧气候态差异及对中国地区气候和极端事件评估业务的影响

利用1961—2020年中国区域2089个地面观测站资料,分析了1991—2020年和1981—2010年新、旧气候态下,平均气温、最高气温、最低气温和降水量等变量的空间变化特征,探讨对气候距平值、极端事件等评估结果的影响。结果表明：新气候态下,全国三类气温年和季节平均均一致升高,年降水增加,空间上气温偏高（低）、降水偏多（少）的特征将弱（强）化;华北东部、华东中部和北部以及青海西南部的年平均风速和日照时数距平增加;极端高温年减少,低温年增多,其中平均气温和最低气温受到的影响较最高气温更大;夏季南北方两条雨带极端强降水年的发生概率降低,冬季东北中部和南部、华北、华东北部、西北东部极端弱降水年概率显著增加;全国超过一半的站点极端日高温、低温和强降水事件的历史频次发生改变;新气候态还减弱了极端日高温事件的增速,加快了极端日低温事件的降速。     

我国南方地区1960-2009年冬季气温分析

利用1960~2009年我国南方地区277个测站逐日气温资料,通过旋转经验正交函数(REOF)将南方冬季(12月、1月、2月)地区划分成4个区域,采用气候趋势系数、气候倾向率和Mann-kendall(MK)法对日平均气温,日最高气温和日最低气温的时空分布特征进行研究。结果发现:三类气温整体皆自东南往西北方向递减;昼夜温差为减小趋势,减小显著区域为青藏高原、川西高原、川东、江淮地区及沿海局部区域;南方地区冬季整体呈升温趋势,上升趋势最大的为日最低气温0.411℃/10a,其次是日平均气温0.316℃/10a,最小的是日最高气温0.228℃/10a,而上升幅度最大为地形复杂海拔较高的青藏高原、云南和川西地区,其次是沿海地区、长江和黄河中下游地区,升温幅度最小的为川东、贵州、重庆、广西等地,而青海省河南站近50年为降温;日最低气温突变比日平均气温突变发生早,在1990年左右,而突变发生最晚的是日最高气温,在1997~1999年。      

中国东部雨季降水事件的静默时间特征及内在动力学机制初探

为了挖掘降水的内在非线性动力学机制,基于1960—2017年4—9月的中国日降水数据,利用百分位阈值法确定不同强度的降水事件,定义相邻同强度降水事件之间的间隔时间为“静默时间”,描述同阈值降水事件再次发生的历时长短。“平均静默时间”可以表征不同强度降水事件的群发性特征,即某一时段内,平均静默时间越短（长）,同类型降水事件再次发生的历时越短（长）,其群发性程度越强（弱）。分析不同强度降水事件的平均静默时间在中国东部地区的空间分布和时间演变特征表明: 1960—2017年,一般强度降水事件在长江中游地区较其余地区群发性强,而东北南部地区则较弱; 极端降水事件在中国东部北方地区群发性较强,而在南方地区则偏弱。就气候态演化过程而言,一般强度降水事件的群发性在长江以南地区有所增强,在东北南部地区则呈减弱趋势;极端降水事件的群发性特征在中国东部北方地区不断减弱,但在南方地区持续增强。各站点降水事件静默时间的概率密度函数均呈幂律分布,且时、空上呈无标度特征,表明日降水系统为现实世界中的自组织临界系统,为时间序列分析角度理解降水事件内在非线性动力学机制提供了新的视角。      

近50年我国持续性暴雨的统计分析及其大尺度环流背景

根据1951～2005年中国大陆730个台站的逐日降水资料和持续性暴雨发生的特点, 提出了采用局地持续性暴雨和区域持续性暴雨事件的两种客观定义来描述和统计近50年我国持续性暴雨时空特征及其变化。单站逐日降水量连续三天或三天以上均大于等于50 mm为一次局地持续性暴雨；区域持续性暴雨指在一定区域范围内连续三天降水量总和大于等于100 mm且每天降水量大于等于25 mm的面积超过某一阈值 (详细定义见正文）。根据局地持续性暴雨定义, 指出: 近50年中国局地持续性暴雨事件主要发生在江南和华南地区, 发生季节以6月为最多；根据区域持续性暴雨定义, 统计分析了四类典型的区域持续性暴雨类型, 分别是: 渤海辽西型、北方经向型、南方锋面型和华南低压型。其中南方锋面型又可根据持续性暴雨易发生的地理位置分为江淮型、江南型和华南型三种。对这六类区域持续性暴雨的历史个例进行同比分析, 研究了不同类型持续性暴雨发生的季节性和年际变化,以及它们在大尺度环流背景方面的共性特征。     

基于低频振荡信号的中国南方冬半年持续性低温指数延伸期预报试验

利用1961-2009年36°N以南、108°E以东中国大陆191个站点逐日最低气温和NCEP/NCAR再分析日平均格点,研究与区域持续性低温事件有关的大气低频振荡信号,寻找可以在一定程度上表征不同类型区域持续性低温事件的指数,并尝试结合DERF2.0系统的预报产品进行持续性低温指数的延伸期预报试验。结果表明:（1）在研究范围内的区域持续性低温事件可以归纳为江北型、江南型和全区域型3类,其中江北型和江南型事件的环流背景差异体现在异常环流中心的纬度位置上,而全区域型事件属于增强型的江北型事件;（2）江北型和江南型区域平均最低气温时间序列的10-30 d低频分量的位相和强度变化与区域持续性低温事件的发生有显著关系,可以作为表征区域持续性低温事件指数和预报量;（3）100°-120°E范围内850 hPa温度场距平的经验正交函数分解前两个主模态具有显著的10-30 d变化周期,并且其空间结构分别与江北型和江南型事件的典型环流特征一致,前两个主模态时间系数能够作为持续性低温指数的预报因子;（4）检验结果表明,DERF2.0系统对上述预报因子有一定的预报能力。在延伸期预报时效内,利用统计学和动力学相结合的方法制作的持续性低温指数的预报效果好于模式直接预报的2 m气温,该预报方法有助于提升区域持续性低温事件的延伸预报能力。      

中国区域总云量和低云量分布变化

据1960—2009年606个气象台站总云量和低云量观测数据分析显示,我国总云量总体处于下降趋势,相对于20世纪60至70年代云覆盖年变化平稳阶段,1980 2009年全国平均总云量下降了0.6%,但长江以南沿海地区和新疆少部分地区总云量一直变化比较平稳。低云变化空间不均性差异较大,以四川盆地为中心区域50年间低云持续减少,从20世纪60年代开始,平均每10年年平均下降幅度达4.0%;长江以南、东北东部和新疆西部至青藏高原北部区域低云却增加了,平均每10年增加4.8%。