基于GIS的黔南州近31年降水时空分布特征分析

本文利用贵州省黔南州12个国家级自动气象站1989-2019年的地面降水观测资料,采用线性回归方法、Kriging法、反距离权重法、滑动t检验等方法,分析了黔南州近31年降水的时空变化规律及突变特征,主要得出以下结论：（1）黔南州年平均降水呈东西部偏多、北部和中南部偏少的“川”字型分布,降水量有明显的增加趋势;（2）季节降水高值区围绕都匀为中心南北摆动,其中春、夏、秋三个季节降水呈增多趋势,冬季呈减少趋势;（3）月降水主要集中在4-8月,其中11-4月降水为东多西少的东西向分布,5-9月为南多北少的南北向分布,10月为北多南少的南北向分布;（4）降水突变总体表现为2000年左右由减少趋势向增多趋势突变、21世纪10年代初由增多趋势向减少趋势突变。     

近48年西南地区降水量和雨日的气候变化特征

利用1960-2007年西南地区97个观测站点的日降水量资料,研究分析了西南地区年、季节的降水量和雨日的气候变化特征。结果表明,西南地区降水量分布整体呈"东多西少"的分布形态,高值区位于四川盆地的雅安地区和滇西南区,且这两个地区也是四季中降水最多的。年雨日、春季雨日和秋季雨日呈东北—西南向的"偏少—偏多—偏少"型分布,夏季雨日呈"西多东少"型分布,冬季与夏季分布相反。近48年西南地区年降水量总体上呈弱的减少趋势,春、冬季的降水量呈增多趋势,而夏、秋季的降水量呈减少趋势,且夏季降水量存在着明显的准16年周期变化。雨日的季节变化趋势与降水量类似,夏季雨日呈明显的准17年周期变化。另外,中雨日和小雨日呈明显减少趋势,但暴雨日、大雨日均呈增加趋势,极端降水天气日益突出。     

四川省降水相态时空分布及变化特征

利用四川省156个国家级地面观测站1981~2013年的整编观测资料,统计分析了四川省雨、雪与雨夹雪日数的年平均、月平均特征以及雨雪转换情况,并采用线性趋势法、M-K检验来对不同相态降水的时空分布及气候变化特征进行了定量分析。结果表明:(1)四川地区年平均降雪日数和雨夹雪日数呈"西多东少"型分布,年降雨日数则呈"东多西少"的分布特征;(2)盆地中部、南部雨雪转换年平均日数为0.1~2日,盆地西部丘陵一带为3~5日,川西高原雨雪转换日数在10日以上,攀枝花几乎全年无雨雪转换,凉山州呈现西少东多的形势;(3)从线性趋势法、M-K检验及突变都可以看出,四川地区不同降水相态年发生日数总体都在减少。     

饶平县降水时空特征分析

基于饶平县15个区域自动站2012—2021年和饶平国家气象观测站1956—2021年的逐年降水观测资料，采用EOF分解、线性倾向估计、累计距平、Mann-Kendall突变检验以及小波分析等方法，分析了饶平县降水时空特征。结果表明：(1)近10年饶平县年降水量呈北多南少的空间分布特征，多雨区与山区、少雨区与平原基本重叠。(2)EOF第一模态解释了总方差的90.2%,通过了North显著性检验，具体表现为全县偏枯(丰)一致型，2012—2017年为全县偏丰期，2018—2021年为全县偏枯期。(3)饶平县近66年降水量不存在突变性增多或减少，年际变化差异大，变化趋势不显著；1956—1989年，饶平县年降水量呈波动减少趋势，1990—2021年呈波动增多趋势，其中2005—2021年间变化出现了2次较大振幅的增多和减少。(4)饶平县年降水量存在5～7、12～16、27～32年的时间尺度周期，其中准16年是主尺度周期，未来几年降水量可能会呈现增多趋势。     

近48年陕西夏季降水场的时空变化特征

选用陕西78站1961—2008年夏季降水量,通过经验正交函数分解、小波分析和趋势分析等方法,分析了近48a陕西夏季降水量时空分布特征,结果表明:陕西夏季降水量主要呈全省一致型、南北反位相型和中间多南北少等三种典型场,其中第一模态(全省一致型)的解释方差为40.5%,因此其时间系数的变化基本上代表了全省夏季降水量的整体变化趋势;近48a陕西夏季降水整体呈增加趋势,M-K检验显示陕西夏季降水在1977年前后存在由少到多的突变;小波分析发现陕西夏季降水量存在13a的周期和3～5a的周期;降水趋势分析结果显示陕西夏季降水主要表现为关中、陕南一致增多,陕北长城沿线减少,其中关中中部和陕南东部、南部增多显著,通过了95%的显著性检验。     

海口市1951—2010年降水的多时间尺度分析

根据海口市1951—2010年的降水资料,采用线性趋势分析、小波分析、Mann-Kendall非参数检验等方法研究了海口市近60年降水量的多时间尺度变化特征。结果表明:近60年来,海口春冬两季降水呈减少趋势,夏秋两季和年降水有增多趋势,年降水增多趋势和夏季基本一致,无论增多还是减少,趋势均不显著。春季降水有2～3年、13年的主周期,夏季降水存在3～4年、8年的主周期,秋季降水存在3～4年、7年的变化主周期,冬季降水存在2～3年、6年的主周期,年降水有2年、8年的主周期。除秋季外,其他季节及年降水未发生突变,秋季降水突变时间在1956年附近。     

近50a西北干旱区极端降水的时空变化特征

利用西北干旱区1961—2010年76个测站的逐日降水量,采用线性趋势,MannKendall(M-K)突变检验等现代统计诊断方法,研究我国西北干旱区极端降水的时空变化特征。结果表明:(1)过去50 a北疆地区和天山山区极端降水量总体上呈增加趋势,河西—阿拉善地区变化不明显;(2)除南疆地区外,北疆、天山山区、河西—阿拉善地区极端降水量分别于1982年、1990年、1987年发生显著的上升突变;(3)极端降水量空间分布的区域差异性显著,在研究区西部表现为以天山山区大值为中心,呈现北高南低的特点;研究区的东部主要是自东南向西北递减的特点;(4)极端降水频率与极端降水量的空间分布基本一致。     

宁夏夏季极端降水日数的变化规律及其成因

利用1961—2015年宁夏逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料,分析了宁夏夏季极端降水的变化规律及其成因。结果表明:1)55年来宁夏夏季极端降水日数呈微弱减少趋势,但变率在1994年发生了由大到小的气候突变。各月极端降水的变化存在差异:6月极端降水日数在1982年发生突变,突变后日数显著增多;7月极端降水日数呈微弱减少趋势;8月极端降水日数在1995年发生突变,突变后日数显著减少。2)500 h Pa高度场上6月中国华北—东北与西太平洋上的偶极型异常分布、8月西西伯利亚—蒙古—副热带地区的遥相关波列和EAP异常分布型以及700h Pa上宁夏6月偏东风增强和8月偏北风增强,是导致极端降水事件变化的直接原因。3)6月菲律宾附近海温偏高,有利于500 h Pa高度距平场形成华北—东北与西太平洋的"+-"偶极型异常分布;8月拉尼娜事件的发生,有利于我国呈现西低东高分布型,激发EAP遥相关波列,冷空气与水汽条件相配合,从而导致宁夏极端降水事件频发。     

呼伦贝尔不同生态区生长季降水集中度和集中期时空变化特征

基于呼伦贝尔地区16个气象站1961—2016年生长季逐候降水资料,统计分析了呼伦贝尔不同生态区降水集中度(PCD)和集中期(PCP)的时空变化特征及其与干旱发生的关系。结果表明:(1)呼伦贝尔地区PCD与PCP空间分布特征明显,PCD总体表现为由东北向西南递增,PCP总体由西北向东南递减;(2)1961年以来,呼伦贝尔大部分地区PCD和PCP均表现为下降趋势,即整体上降水趋于均匀、最大降水出现时间趋于提前;(3)PCD无明显突变现象,PCP在1978年发生突变;(4)PCD、PCP与干旱灾情发生一致率为牧区林区农区,其中牧区PCD、PCP与干旱的一致率均达80%以上,说明牧区干旱发生与降水集中程度关系最为密切。     

近57年青海循化地区降水变化特征分析

运用线性回归、滑动平均法分析了近57a循化地区月、季、年降水量变化特征,并通过M—K检验分析降水突变特征。结果表明:1961—2017年循化地区降水量呈现出微弱上升的趋势,结合5a滑动平均分析年降水呈"少—多—少—多"的变化。21世纪初是少雨年份集中出现的时期,共计4a;20世纪70年代和21世纪初多雨年份各有3a。影响循化地区年降水变化的主要是春、夏、秋3季,夏季降水年内分布最多,超过了年平均降水量的50%。春、秋季降水变化倾向率为正值,有缓慢增加的趋势,夏、冬季降水变化倾向率为负值,有缓慢减少的趋势。年降水突变出现在1970年。     

宜昌小时极端降水长期变化特征分析

利用宜昌1956—2020年4—10月逐分钟降水资料分析了宜昌小时极端降水的长期变化特征,对极端降水分布较为集中的6月下旬—8月下旬极端降水强度进行主分量分析。结果表明：宜昌极端降水频次及强度均呈弱增加趋势,在1975年前后出现了1次由强到弱的突变,在1985年前后出现了1次由弱到强的突变,此外还呈现出接近3 a的周期性变化特征。极端降水频次旬变化呈单峰型分布,主要集中在6月下旬—8月下旬,峰值出现在7月下旬。其日变化呈“V字型”分布,主要集中在17时—次日03时之间,峰值出现在22—23时之间。极端降水持续时间多集中在2～4 h之间,其中以2 h居多,数学期望值是2.4 h。旬降水强度在6月下旬—8月下旬表现出3种主要特征：(1)各旬极端降水强度呈现整体一致特性,即同时增大或同时减小;(2)极端降水强度在7月下旬和其他各旬呈反向分布;(3)极端降水强度在7月下旬—8月上旬与其他各旬呈反向分布。     

1962—2017年恩平市气温与降水的气候特征

采用数理统计、线性趋势、复Morlet小波变换、M-K突变检验和滑动平均T检验等方法,分析了恩平市1962—2017年气温和降水的气候特征,结果表明:恩平市近56年年平均气温上升趋势极端显著,在1993年发生由偏低向偏高的突变,并包含13、9、4年左右的多重周期变化。气温波动的幅度先增大后减小,气温冷和暖的年份相对集中。年、汛期、前汛期、后汛期降水均呈递减趋势,在1999年年降水发生由偏多向偏少的突变,并包含20、13、10、5、3年左右的多重周期变化。年降水呈Weibull分布,50年一遇年降水对应重现期的雨量阈值为3 665.6 mm。近10年年平均气温呈自东向西降低分布,年平均降水呈自西南向东北递减分布。     

西藏高原汛期不同等级降水变化特征分析

根据西藏25个台站近37a(1973～2009年)的逐日降水资料,利用线性倾向估计以及Morlet小波变换等方法对高原汛期(5～9月)不同等级降水日数进行分析。结果表明:(1)西藏高原降水主要由小雨和中雨组成,两者雨量相当,大雨不到降水总量的10%;(2)在空间分布上,高原降水日数与小雨日数相似,由雅鲁藏布江下游向四周递减,高原西北部最少;中雨和大雨由雅鲁藏布江流域向南北2侧递减;(3)在时间演变上,总降水日数与小雨日数在各季节分配均匀,而中雨和大雨则均有明显的季节差异,主要集中在6月下旬至8月中旬。近37a来,总降水日数和小雨日数存在明显的年代际变化,具有准12～13a的年代际周期;小雨日数呈减少趋势,而中雨呈增加趋势,总降水日数和大雨日数无明显增加和减少;(4)在降水日数变化趋势的空间分布上:总降水和小雨日数在雅鲁藏布江以及高原东部地区以减少趋势为主;而高原西北部以增加趋势为主。在高原大部分地区中雨和大雨日数以增加为主,中雨日数减少的地区主要位于高原南部边缘地区,而大雨日数减少的地区主要位于高原东部。     

石家庄不同等级降水日数的时空分布特征

利用1972—2007年石家庄市17个观测站的逐日降水资料,采用线性趋势法和Mann-Kendall突变检验法,分析了近36 a石家庄市不同等级降水日数时空分布特征和变化规律。结果表明：石家庄市年总雨日数和不同等级降水日数均呈减少趋势,暴雨日数减少趋势最不明显;年总雨日数发生了突变,突变年份为1992年;20世纪90年代后,降水有向极端化发展的趋势。在空间分布上,石家庄市年总雨日数及不同等级降水日数自西北、东南向中部地区逐渐减少,西北部山区和东南部平原存在两个多雨日中心和多暴雨中心;各站年总雨日数和小雨日均呈显著减少趋势,北部、西北部和东南部地区减少趋势相对更显著,其它等级降水事件日数大多数观测站也呈减少趋势,但减少速率相对较小。     

石家庄市不同等级降水日数的时空分布特征

利用1972—2007年石家庄市17个测站逐日降水资料,采用线性趋势法和Mann-Kendall突变检验法,分析了近36 a石家庄市不同等级降水日数时空分布特征和变化规律。结果表明：石家庄市年总雨日数和不同等级降水日数均呈减少趋势,暴雨日数减少趋势最不明显;年总雨日数发生了突变,突变年份为1992年;20世纪90年代后,降水有向极端化发展的趋势。在空间分布上,石家庄市年总雨日数和不同等级降水日数自西北、东南向中部地区逐渐减少,西北部山区和东南部平原存在两个多雨日中心和多暴雨中心;各站年总雨日数和小雨日均呈显著减少趋势,北部、西北部和东南部地区减少趋势相对更显著,其他等级降水事件日数大多数观测站也呈减少趋势,但减少速率相对较小。     

山西近40年极端降水特征分析

利用山西108个国家级地面气象观测站1979—2018年日降水量资料,采用百分位法定义极端降水事件,应用气候趋势系数、Mann-Kendall (M-K)检验等方法,研究山西极端降水特征及其变化规律。结果表明:(1)山西极端降水出现在3—10月之间,发生频次呈现“山区多、盆地少”的特点,平均强度表现为“北中部小、南部大”的空间分布特征。(2)山西极端降水持续时间以1 d为主,局地性特征明显,发生大范围极端降水事件的概率较低。(3)近40年,山西极端降水事件呈明显增多趋势,影响范围不断扩大,强度略有增强,没有突变发生。各区域极端降水的长期变化差异较大;北部强度显著增强,范围明显扩大且在1986年发生突变;中部极端降水日数和强度显著增多增强,并分别在2001、1992年发生突变;南部极端降水变化趋势微弱。     

近53年江淮流域梅汛期极端降水变化特征

基于1961—2013年江淮流域梅汛期（6—7月）逐日降水资料,利用百分位法确定极端降水阈值,对江淮流域梅汛期极端降水的时空分布及突变特征进行分析,结果表明：95%分位极端降水阈值多在50 mm以上,大值中心主要位于湖北东部到安徽南部一带;平均极端降水强度与阈值大小的空间分布相似。极端降水量和极端降水日数整体呈现由安徽南部向四周递减的空间分布特征,极端降水量约占梅汛期降水总量的1/4~1/3。从季节内分布上看,极端强降水站次在梅汛期呈单峰型分布,各候间差异明显,其中6月第5候到7月第2候最多。极端降水量、极端降水日数以及极端降水量占梅汛期总降水量百分比均具有明显的年际变化,且上升趋势显著;江淮流域梅汛期极端降水量和极端降水站次的这种上升趋势均在1980年发生突变。     

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。     

1981—2017年内蒙古雾气候特征分析

利用内蒙古116个国家级地面气象观测站1981—2017年逐日雾观测数据,分析了内蒙古雾的气候特征。结果表明:(1)内蒙古年平均雾日数在空间上分布不均匀,雾日数最多的地区是呼伦贝尔市北部;(2)内蒙古雾日分布具有明显的季节特征,夏季比其他季节更易出现雾天气;(3)内蒙古多雾的站点分布在4个气候区,Ⅰ—Ⅲ区雾日数都显现出中间多,两头少的分布特征,Ⅳ区1—3月雾日数相对较多,4—6月雾日数最少,之后又呈现增多的趋势;(4)Ⅰ区雾日数年际变化特征明显,近37a呈现显著减少趋势,减少幅度为0.27d/10a,在1993年有一次明显的突变过程,Ⅱ—Ⅳ区年平均雾日数37a来呈现波动变化的特征,没有明显的增减趋势。     

江淮地区不同相态降水日数变化特征

基于1960—2013年106个地面气象站观测数据,对江淮地区雨、雪、雨夹雪及冻雨4种相态降水日数气候特征、月际分布、年际变化、长期趋势以及各相态降水日数与纬度、海拔高度之间关系等方面进行探讨,结果表明:江淮地区全年降雨日数为各相态降水日数之最多,空间分布上呈南多北少的分布特点,雪日数空间分布与雨日数相反,为北多南少;雨夹雪和冻雨日数主要表现为纬向差异,东部沿海少于西部内陆;在近54a中,各相态降水日数区域平均值均呈减少趋势,其中雨、雪、雨夹雪减少趋势显著;从各站点降水日数变化趋势的空间分布看,虽然各相态降水日数普遍以减少趋势为主,但冻雨显著减少的站点最少;除降雨主要出现在3—8月,其他相态的降水出现较多的时段为11月至翌年3月;4种相态降水日数中,降雪和冻雨日数与海拔高度关系最为密切,呈显著正相关,其次为雨夹雪。