极端天气气候事件监测与预测研究进展及其应用综述

极端天气气候事件(简称"极端事件")分为单站极端事件和区域性极端事件。本文回顾了极端事件的研究进展,首先回顾了单站极端温度、极端降水和干旱事件的观测研究及相关指数,进而对近年来不断增多的区域性极端事件研究做了简要回顾,最后还回顾了极端事件气候预测研究进展。同时,对国内外在极端事件气候监测和预测业务现状进行了初步总结,并指出:在极端事件气候监测方面中国的业务产品较丰富,并率先开展了针对区域性极端事件的监测业务,但在产品表现形式上缺乏统一组织,特别是英文产品表现力严重不足;在极端事件气候预测方面,国家气候中心发展了两种方法:一个是基于物理统计的BP-CCA和OSR的干旱预测方法,另一个基于国家气候中心月动力延伸预报模式(DERF)的高温预测方法。最后,对极端事件监测和预测业务发展及相关科学问题给出展望,指出应根据极端事件的业务需求继续加强相关研究和业务能力建设。     

中国地区极端事件预估研究

简要介绍了极端气候事件预估的基本方法,概述了东亚和中国地区关于气候和极端气候事件预估研究的进展。针对极端事件变化预估研究中的重要问题,如高分辨率、长时间尺度的区域气候变化模拟和预估,高时空分辨率的网格化观测资料,除温室效应外的土地利用和气溶胶的作用,使用合理方法进行多模式结果的集合,以及统计降尺度方法的应用等,进行了讨论。     

未来的极端天气气候与水文事件预估及其应对

人类活动造成的气候变化已经影响到全球每个地区的极端天气气候和水文事件。全球变暖的任何额外增量都会伴随极端事件更大的变化,如果没有全球性的碳中和行动,极端高温事件的增多增强以及极端冷事件的减少减弱趋势将贯穿整个21世纪,强降水以及一些地区的农业和生态干旱的强度和发生频率也会显著增加。当代的儿童和后代在未来更容易受到气候变化和相关极端事件风险的影响,即使是在相对于工业化以前的1.5℃温升水平下,到21世纪末遭受的极端天气气候和水文事件的数量仍将增加近4倍。针对日益严峻的气候变化与极端事件灾害风险,亟须积极推进“双碳”行动,并大力减少甲烷等其他温室气体的排放。同时,亟须做好防灾减灾相关政策与措施的制定,推进极端事件监测与早期预警系统及恢复力建设,加强对复合极端事件与小概率高影响事件的预防,保障未来几代人的福祉安康和可持续发展。     

内蒙古冬季主要极端气候事件的环流影响因素分析

过去的几十年中,内蒙古冬季(11月至次年2月)出现极端气候事件的年份并不多。对于极端低温事件的发生,在中西部地区极少出现,多数发生在锡林郭勒盟中部及以东地区。特别是自1986年气候转暖以来,在暖的大背景下,更是较少出现极端低温事件;极端降水事件在冬季各月中也有发生,每个月有其各自的特点。文章着重研究分析11月的极端降水事件。通过对海温、大气环流的异常进行分析和研究,找出影响内蒙古冬季极端降水、极端低温的关键性因子,对今后的极端气候事件预测工作有所帮助和借鉴。     

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。     

中国东部区域极端降水事件特征——两种方法监测对比

基于中国区域地面降水格点日值数据集,对比国家气候中心业务暴雨指数和区域极端强度—持续时间综合(Region-Extreme-Intensity-Duration,REID)指数识别区域极端降水事件方法,给出了中国5个区域极端降水事件(Regional Extreme Precipitation,REP)的频数、强度、影...     

2018年7月北半球极端天气气候事件及环流特征分析

2018年7月北半球天气气候显著异常,极端事件高发。欧洲、北非、东亚以及北美的大部分地区均遭受严重的高温热浪侵袭;印度、东南亚、中国西南部以及日本西部等地出现极端降水;西太平洋台风活动异常活跃,移动路径偏北。初步诊断表明,北半球中高纬度,由低层到高层稳定维持的异常高压系统是导致北半球中高纬度大部分地区高温热浪持续发生的直接原因。其中异常偏强、偏北的副热带高压,以及增强、东伸的南亚高压与东亚地区持续高温和极端降水事件直接相关;低层菲律宾周围异常活跃的对流活动和强盛的西南水汽输送共同导致南亚、东南亚地区极端降水发生。热带太平洋大部分地区偏暖的海温条件和菲律宾附近异常气旋性环流则与异常活跃的台风活动有关。更需要关注的是,北半球尤其是东亚地区大气环流的异常主要受海洋表面热力状况以及其他区域大气环流遥相关的影响。     

全球变暖背景下陕西省夏季极端降水及其大尺度环流特征

基于陕西省99个国家站1979-2021年夏季逐日降水资料和ERA5再分析数据,研究了陕西省夏季极端降水的时空变化以及相应的大尺度环流特征,并对全省典型地区进行水汽追踪分析。结果表明,陕西省夏季极端降水总体呈现出南多北少的空间分布,陕北中部、关中中东部极端降水为增加的趋势,通过REOF分析并计算得到陕北、关中极端降水变化趋势分别为0.36 mm·a^-1, 0.35 mm·a^-1,陕南极端降水变化趋势最小为0.11 mm·a^-1。夏季影响陕西省的水汽来源主要有三支路径,北支水汽来自欧亚中高纬地区,东支水汽主要来自内陆的江河流域,南支水汽主要来自南海和孟加拉湾。此外,陕西省夏季极端降水在2005年后增多是大气高、中、低层大气环流共同作用的结果,大气高层辐散增强有利于上升运动,大气中层西太平洋副热带高压(以下简称,西太副高)西伸北抬造成外围水汽更容易进入内陆,蒙古反气旋南侧的异常东风和低层的异常东南风更有利于水汽进一步向西北地区输送。     

冬季中国东北极端低温事件环流背景特征分析

利用1961~2014年CN05.2逐日温度数据,对冬季东北极端低温事件进行了定义,并按其发生时冷空气对中国东部（105°E以东）的影响范围,将其分为第一类和第二类极端低温事件,其中前者局限在东北,而后者则扩展至中国东部大部分地区。分析表明,在年代际时间尺度上,第一类极端低温事件强度减弱,而第二类的则增加;对持续天数而言,第二类极端低温事件的在减少,而第一类在1990年代以前也持续减少,但是1990年代之后急剧增加;2月份总的极端低温事件发生天数最多,其在1990年代以前要远大于12月和1月份,且在1990年代以前总体在减少,以后则增加;850 hPa风场分析显示,第二类极端低温事件中来自贝加尔湖的西北路径冷空气比第一类的要强,而来自鄂霍次克海的东北路径冷空气则相反;在300 hPa的E-P通量散度场上,这两类极端低温事件中东北都处于波动能量辐散中心,第二类极端低温事件发生时罗斯贝波波动能量传播比第一类时的要弱,第一类发生时则纬向传播比较明显,而且波动中心值都比较大;在位势高度距平场的谐波分析中,长波槽同位相扰动叠加在超长波槽上更易导致极端低温事件的发生。     

内蒙古极端低温事件发生的环流特征及预测概念模型

利用50a（1961-2010年）的日最低气温计算阈值,超过此阈值为极端低温事件。将内蒙古东、中、西部的极端最低气温事件进行四季划分统计．讨论分析这些地区的极端低温事件与大气环流、海洋因子的关系。分析研究表明：内蒙古极端低温事件主要发生在冬季（12月至次年2月）,集中在20世纪60年代初至80年代中期,80年代中期至90年代末基本上没有发生,90年代末以后又陆续发生,但强度、范围明显减小。极端低温事件与北半球极涡、北极涛动、北太平洋涛动、南方涛动、海气相互作用、副热带高压、两风带环流存在着大体一致的年代际震荡趋势,同时与冷空气南下的路径有关,而且相关关系显著。通过相关检验,建立内蒙古极端低温事件的预测概念模型．以此应J}=fj于实际的业务当中．减少极端事件发生引发的各方面损失。     

我国极端高温事件的年代际变化及其与大气环流的联系

利用1957～2004年全国181个气象台站观测逐日最高气温,分析了我国年平均极端高温事件(Ex-treme Hot Events,EHE)日数、强度、最早发生日期(EHE Onset Date,EHE-OD)和最迟发生日期(EHETermination Date,EHE-TD)的气候态及年代际变化的时空特征.气候态分...     

石家庄极端冷暖天气气候事件及其与气候变暖

用石家庄市1955～2002年逐日气温资料，取其第95个和第5个百分位值作为确定极端高(低)温日的阈值来检测极端冷暖事件。对发生在2002年的极端冷暖事件进行检测分析证明，上述方法能比较有效地检测极端冷暖事件的发生。计算气温趋势变率表明，石家庄气候有明显的增暖趋势，随气候变暖夏季持续性强高温和破记录高温事件的出现频次增加；寒冷期趋于缩短；极端冷日趋于减少，极端暖日趋于增加。用季极端冷(暖)日数与气温求取相关的方法，分析各季极端冷暖事件与气候变暖的联系发现，气候变暖对冬季极端冷日减少的影响最甚。城市化效应使城市变暖趋势速率高于郊区，尤以最低气温表现明显；暖事件增多、冷事件减少的趋势速率也是城市高于郊区，且冷事件减少速率高于暖事件增多速率。在气候变暖背景下应特别重视冬季冷事件减少给人类带来的潜在影响。     

太原气候变暖特征及主要极端天气气候事件变化研究

近45a来，太原平川和山区年平均气温为明显上升趋势，夜间增温是太原气候变暖的一个重要特征。1986年、1993年分别为山区和平川年平均气温转折年份，山区从1985年开始冬季平均气温发生突变。近45a来，太原年降水量呈减少趋势，主要是夏、秋季降水减少造成。在气候变暖的背景下，太原平川和山区年暴雨日数变化平稳，高温和春旱发生频次在增加，山区夏旱也呈缓慢增加趋势；太原山区霜期明显缩短，初霜在推迟，终霜在提前。     

华南集中强降水的年代际变化及环流特征

本文利用中国气象局提供的华南65个站点的逐日观测以及NCEP再分析数据,对华南夏季降水的年代际转变及其集中强降水的环流特点进行了分析,主要结论如下：华南降水在1991/1992有明显的年代际变化,相关的大气环流场也发生了显著的转变。东亚上空的副热带西风急流减弱偏北,西北太平洋副热带高压位置偏西,华南上空低层辐合、高层辐散、垂直运动以及水汽输送的辐合也发生了明显变化。年代际上降水偏多时,西北太平洋和印度洋的水汽输送比平均情况更强。当集中强降水事件发生时,增加的水汽输送主要源于西北太平洋和中国南海。进一步分析表明1991/1992年之后印度洋的水汽输送增加,但是西北太平洋的水汽输送减少。这一发现很好的说明了自1991/1992年以来华南集中强降水事件的重要变化。     

1961—2010年山西省极端气温年均发生频率的时空特征分析

利用山西省61个气象站点逐日最高温度、最低温度资料,采用百分位值定义法、Mann原Kendall突变检验法和Morlet小波变换等方法,分析了山西省近50 a极端温度事件年均发生频率的时空特征,结果表明：1961年以来,山西省极端高温事件年均发生频率呈显著增加趋势,趋势为6.1 d/10 a,与此同时,极端低温事件年均发生频率呈显著减少趋势,且极端气温事件的变化存在明显的区域差异;极端高温和极端低温年均发生频率均发生了突变现象,变化趋势均在20世纪90年代以来更加显著;极端高温和极端低温事件年均发生频率均呈显著波动变化,在整个研究期间极端高温存在5～6a、4～8a显著周期,极端低温存在4～5a显著周期。     

华北地区极端干旱事件的变化特征

利用华北地区1961—2015年72个测站的月降水资料,采用一元线性回归、M-K非参数检验、小波变换、分形理论等方法,研究了华北地区极端干旱事件的变化特征。结果表明,华北地区极端干旱事件频次呈波动递增趋势,递增率为0.21次/10a。1981—1993年极端干旱事件频次低于平均值;1994—2015年的高于平均值,处于极端干旱期。极端干旱事件频次距平值年代际变化差异较大:1961—1980年极端干旱发生频次距平值正负交替;1981—1993年的为负值;1994—2015年的为正值。华北地区极端干旱事件频次在2003年发生了突变性增加,极端干旱事件频次Hurst指数值为0.55,具有长相关性,未来10年内华北地区极端干旱频次呈递增的发展趋势。     

中国大范围持续性极端低温事件的一类平流层前兆信号

本文利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,研究了中国大范围持续性极端低温事件(EPECE)的平流层前兆信号及其对对流层环流异常的影响。结果表明,在52个EPECE中,有17个EPECE具有一类共同的平流层前兆信号:(1)在EPECE发生前10天左右,在巴伦支海一带的100 hPa位势高度场呈现较强的正距平特征;(2)随后,该正异常环流逐渐向东移动,并在EPECE发生的前5天左右,使贝加尔湖西北侧200 hPa纬向风显著减弱。本文据此提出了关于EPECE平流层前兆信号的两个判别条件,并以这两个判别条件对1949～2009年冬季(11月至次年3月)所有逐日低频场进行了后查和检验。结果表明,上述两个判别条件对EPECE的发生日期具有一定的预测能力。本文进一步通过位涡(PV)反演探讨了平流层前期异常环流如何影响EPECE发生的物理机制。分析表明,巴伦支海附近的平流层中低层PV异常有利于该地区对流层中上层正高度异常的维持,后者强度的25%来源于前者的作用。     

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。