山东省汛期小时极端强降水分布和变化特征

利用山东省1961—2012年74个气象站逐时降水数据,分析研究了山东省汛期(5—9月)小时极端强降水的时空变化和日变化特征。结果表明:(1)山东省小时极端强降水量和频次呈大致的带状分布,由东南沿海向西北内陆递减。山东中西部极端小时强降水强度较大,鲁西、鲁西北、鲁西南及半岛西部一带极端强降水量占比较高。(2)山东历年各站平均小时极端降水量、频次、强度均呈不显著的增多增强趋势。鲁南、鲁西北和半岛东部、北部等地降水量增多趋势明显,鲁南、鲁东南、鲁西、半岛中东部降水强度增强趋势明显。(3)下午(15时)至傍晚(20时)是山东省小时极端强降水主要发生时段。降水量和降水频次在11—18时呈减少趋势,其他时段多为增加趋势。降水强度的变化在上午基本为减弱趋势,其他时次多为不同程度的增强趋势。(4)7月小时极端降水量和降水频次最大,一日中有两个高值中心。(5)山东夜间两个时段21时至次日02时、03—08时段平均和大部分区域极端强降水有增多趋势。     

山东省短时极端强降水研究

利用1999—2011年4—10月全省大监自动站逐时降水观测资料,采用排序法、正态变换法(Z指数法)、平方根变换法等3种计算阈值的方法,计算了山东短时极端强降水的阈值,采用不同方法会得出不同的阈值。传统排序法计算的结果更接近实际,最后采用此法计算结果确定山东省及5个分区短时极端强降水阈值。结果显示:鲁东南、鲁中、鲁西北地区阈值大,鲁西南和半岛地区阈值小,特别是鲁西南地区阈值最小。鲁西北、鲁西南、鲁东南、鲁中和半岛南部易出现短时极端强降水,半岛北部短时极端强降水较少。短时极端强降水出现的偶然性大,极端强降水出现次数与年平均降水量没有明确关系。7、8月是防范短时极端强降水的关键时期。     

中国东部降水的极端特性及其气候特征分析

基于1960—2017年观测数据分析了中国东部降水极端特性的地区差异、季节和气候学特征及变化格局,探讨了与全球变化和区域气候变率的关联性。结果表明,极端性降水的演化与降水均值或总量的气候型态、降水集中性和持续性密切关联,尤其雨带迁移和雨型演替是影响极端性降水地区差异与时空演变的根本因素。气候变化背景下,中国东部极端性降水强度和频次变化存在较好的协同一致性,近60年来在长江以南,强度加大的地区极端性降水亦趋于频发。同时,两者季节特征和地区差异明显。春季东北地区及华北北部极端性降水强度和频次均有明显增加。近60年来夏季极端性降水强度和频次的趋势变化在长江以南均以增加为主,以北以下降为主。秋季极端性降水强度和频次在华北地区亦呈增加趋势。冬季华南和江南地区极端性降水强度和频次趋势变化均以增加为主。华北地区及以北和内蒙古的西部冬季极端性降水强度增加显著,但频次变化不明显。而东北地区北部冬季极端性降水在强度减小的情形下,其频次仍趋显著增加。特别是中国降水主要集中在夏季,自1980年代以来中国东部夏季多雨带南移,雨型以北方型和中间型占优,转换为以长江型和华南型为主,多雨带的极端性降水群发性强,影响指数显著增加。此外,太平洋年代际振荡(PDO)暖位相及ENSO暖事件期间,长江以北夏季极端性降水的影响指数会显著降低。而东亚夏季风的减弱则有利于长江中下游等地区夏季极端性降水的频发和群发,极端性降水强度加大,其影响的危险性趋于增强。      

近56年中国极端降水事件的时空变化格局

基于中国693个地面观测站1961-2016年的逐日降水资料,全面分析了全国和各分区极端降水事件、连续性极端降水事件及其起止时间的时空分布和变化特征。结果表明,近56年,全国极端降水事件明显增多,极端降水量和极端降水日数呈增加趋势的站点占总站数的68%,且主要集中在东南沿海和西部地区。华东地区是全国极端降水量增长幅度最大的地区,增速达18. 2 mm·(10a)~(-1),西北地区的极端降水日数增速最快,每10年增加0. 37天。全国平均的连续性极端降水事件表现为不显著的增加趋势,其中仅西北地区的连续性极端降水量和降水频次的增加趋势达到0. 01显著性水平,华北和西南地区的连续性极端降水事件表现为不显著的下降趋势。全国平均的极端降水事件的开始时间和结束时间分别呈现出明显的提前和推迟趋势,西北、青藏和东北地区极端降水事件的开始时间显著提前,西北地区的结束时间显著推迟,受其影响,西北地区的极端降水事件持续期增长幅度最大达到10. 4 d·(10a)~(-1)。     

帕米尔高原东部地区4-9月降水日变化特征研究

基于帕米尔高原东部100个气象站2013-2019年4-9月逐小时降水观测资料，分析了帕米尔高原东部降水量、降水频次和降水强度时空变化特征。结果表明：帕米尔高原东部年平均降水量呈南部少于北部，平原少于山区的特征。降水频次集中在西部山区，东南部最少。研究区北部和盆地边缘的降水强度大于西部和西南部的山区。逐月降水量呈北部和西北部高，盆地西部边缘地区最少，8月最多，4月最少。年平均降水频次逐月空间分布呈高值主要集中在研究区北部和西部，低值主要集中在盆地西部的边缘区域的特征。逐月降水强度的空间分布与降水量和频次也存在较大差异，降水强度在中间平原地区在4月最强。小时降水量峰值主要出现在12—23时，低值出现在00—10时。小时降水频次15时至次日 01时为强度高值时段，14—20时具有增长趋势。小时降水强度在日出前后达到最大值，其中00—09时为高值时段，10—23时为低值时段。帕米尔高原东部地区各月小时平均降水量主要集中在18时左右，降水频次主要集中在18—23时，夜间降水强度略微高于白天。年平均降水量，降水频次及降水强度与海拔高度之间存在明显的相关性，大概2500 m 以下降水量随着海拔高度的升高而增加，2500 m 以上降水量随着海拔高度的升高而降低。降水频次在3000 m 以下随着海拔高度的升高而增多，3000 m以上随着海拔高度的升高而减少。整体来讲，降水强度与海拔高度整体来呈负相关性，降水强度随着海拔高度的升高而减弱；大概2500 m 以下降水强度随着海拔高度而加强，2500 m 以上降水强度随着海拔高度的升高而减弱。     

陕西极端降水时空变化特征研究

极端强降水的检测是气候变化评估研究的重要内容,陕西地处南北气候分界线,探讨该区域的极端强降水变化特征具有重要的科学价值。基于1961—2011年陕西日降水资料,利用Mann-Kendall趋势检验方法,分析日最大降水量、日平均降水强度、夏季日最大降水量、夏季日平均降水强度、夏季强降水日数的时空变化特征。结果表明:全球变暖背景下,陕西极端降水的时空分布特征发生明显变化,年最大降水量和强降水发生频次均呈现增加趋势,并分别在20世纪70年代中期和20世纪80年代中期发生突变。陕北的强降水发生频次增加明显,关中和陕南的年最大降水量增加显著。夏季强降水的空间变化则较为复杂,陕北夏季降水强度呈现一致的增加趋势,而关中和陕南夏季降水的强度和频次在各县区之间的变化差异较大。     

近55 a中国西北地区夏季降水的时空演变特征

利用1961—2015年中国西北地区274个气象观测站点的日降水数据和再分析大气资料,采用EOF分析及累积距平等方法,研究了近55 a中国西北地区夏季降水的时空演变特征。结果表明：1）1961—2015年中国西北地区夏季降水的演变可分为三个时段,1961—1975年,该区域降水普遍偏少;1976—1996年,西北地区的东部降水偏多,西部降水偏少;1997—2015年,其东部降水偏少,而西部降水偏多。2）1976—1996年,西北地区东部降水偏多,是因为该地区夏季降水强度和降水频次明显增加,而西部降水偏少,则是该区域小雨与中雨的频次减少,降水强度偏弱造成的;1997—2015年,由于有效降水日数减少,降水强度偏弱等原因导致西北地区东部降水偏少,与此同时,西北地区的西部却因降水强度明显增强,持续降水日数和极端降水事件增加使得该区域降水呈现偏多的态势。3）降水区的转移,伴随着北半球对流层中层中纬度波列的演变,同时来自东欧与印度季风的水汽输送也对降水的异常起到了关键作用。     

基于TRMM PR探测的夏季合肥地区降水特征分析

利用热带测雨卫星TRMM搭载的测雨雷达（PR）1998-2012年的观测资料,研究了合肥地区夏季（6、7、8月）不同类型降水的降水强度和频次的水平空间分布、降水垂直结构、日变化特征以及气候变化等特征,揭示了城市化效应造成城市及其周边区域降水特征在时空上的分布差异。研究结果表明,（1）主城区对流和层云降水强度低于周边区域,对流降水频次也低于周边区域,但层云降水频次则相反。可见城市化发展是改变降水的空间分布的因素之一,且对不同的降水类型空间分布影响不同。（2）主城区降水回波信号高度高于周边区域,而降水强度低于周边区域,表明城市效应促进降水云发展而未造成降水强度增强。（3）合肥地区对流和层云降水的强度和频次日循环存在时空分布不均匀性,其中城区的对流降水强度和频次日循环与城市热岛效应日循环具有一致性。总体来看,城市化对局地降水强度影响较大,而对局地降水频次的总体影响不是很明显。（4）通过降水气候变化分析表明,城区两种类型降水强度和频次均呈逐年下降趋势,周边区域降水强度呈不显著上升趋势,降水频次呈逐年下降趋势,其中层云降水频次下降趋势较显著。城市化进程使得城市及其周边区域降水不均匀性逐年增强。极端降水空间分布特征分析表明,城市周边区域强降水频次高于主城区,尤其在城市的下风区高出主城区75%;而周边区域弱降水发生的频次低于主城区,城市下风区最低,低于主城区约18%。     

鲁中地区不同持续时间年最大降水特征

基于鲁中地区8个气象站1999—2015年逐分钟降水数据,分析15个历时年最大降水变化特征。结果表明:鲁中地区年最大降水强度由短历时向长历时递减,短历时和长历时年最大降水量分别达特大暴雨和暴雨级别的年份最多;南部山区沂源和北部高青平原多数历时年最大降水强度随时间呈减少趋势,其他地区5~15 min历时随时间呈增加趋势,其他历时多数呈减少趋势;各历时多年平均最大降水强度大值均在西南部山区,山区各历时降水强度高于其他地区,年最大降水强度空间差异由短历时向长历时缩小;多数地区各历时年最大降水最早出现在5、6月,最晚出现在8、9月,最多出现在7、8月,南部山区沂源和北部高青平原年各历时最大降水出现日期随时间呈提前趋势,其他地区变化趋势不显著;短历时年最大降水最易从傍晚开始,随着历时的增加,开始时间由傍晚向上半夜推迟,南部山区沂源各历时年最大降水最多开始于凌晨和上午,而北部高青平原最多开始于下半夜和凌晨,其他地区短历时年最大降水最多开始于下午和傍晚,长历时最多开始于夜间和凌晨。     

新疆克州暖季小时极端降水时空分布特征

摘 要: 利用2014—2021年克州暖季( 4—10月)103个自动站逐小时降水资料,对其小时极端降水时空分布特征进行分析。结果表明:(1)降水量呈南部少于北部,平原少于山区、高海拔山区较小的特征;降水频次集中在西部山区,东南部最少;降水强度北部和平原大于西部和西南部山区。(2)克州暖季（4—10月）小时极端降水阈值、强度、频次和贡献率的局地差异明显,其贡献率高值区主要分布在平原和浅山区。(3)小时极端降水频次的高值时段为18:00—21:00,低值时段为13:00—16:00;降水强度在凌晨以及20:00—22:00较大,在12:00—13:00较小。(4)山区、浅山区和平原3类不同海拔梯度区域的小时极端降水指标存在差异,其中平原降水强度最大,频次最低;高海拔山区降水强度最低,频次最高。     

华北地区雨季极端降水量的非均匀性特征

利用1957-2011年华北地区50个站日降水资料,分析极端降水量的集中度和集中期,探讨华北地区雨季极端降水的非均匀性特征。结果表明：华北地区极端降水量东南部大,西北部小;集中度也为东部大,西部小,即东部地区极端降水较集中,西部地区较分散。极端降水多出现在7月下旬,即华北的主汛期。极端降水量和集中度呈显著减小趋势,集中期减小趋势不显著。华北地区雨季极端降水量的集中度和集中期与同期极端降水量有较好的相关关系,极端降水量越多,极端降水出现越集中,且出现时间越晚;反之亦然。这种关系在环渤海湾地区最显著。分析京津唐地区极端降水发现,极端降水量及其集中度、集中期均呈显著减少趋势。京津唐地区极端降水量在20世纪90年代中期出现突变,90年代后,极端降水量明显减少,且更分散,集中期主要表现为提前。     

Regional trends in recent precipitation indices in China

Summary Regional characteristics of recent precipitation indices in China were analyzed from a daily rainfall dataset based on 494 stations during 1961 to 2000. Some indices such as precipitation percentiles, precipitation intensity, and precipitation persistence were used and their inter-decadal differences were shown in this study. Over the last 40 years, precipitation indices in China showed increasing and decreasing trends separated into three main regions. A decreasing trend of annual precipitation and summer precipitation was observed from the southern part of northeast China to the mid-low Yellow River valley and the upper Yangtze River valley. This region also showed a decreasing trend in precipitation intensity and a decreasing trend in the frequency of persistent wet days. On the other hand, increasing trends in precipitation intensity were found in the Xinjiang region (northwest China), the northern part of northeast China, and southeast China, mainly to the south of the mid-low Yangtze River. The indices of persistent wet days and strong rainfall have contributed to the increasing frequency of floods in southeast China and the Xinjiang region in the last two decades. Persistent dry days and weakening rainfall have resulted in the increasing frequency of drought along the Yellow River valley including North China. Regional precipitation characteristics and trends in precipitation indices indicate the climate state variations in the last four decades. A warm-wet climate state was found in northwest China and in the northern part of northeast China. A warm-dry climate state extends from the southern part of northeast China to the Yellow River valley, while a cool-wet summer was found in southeast China, particularly in the mid-low Yangtze River valley over the last two decades.     

南海到西太平洋地区水汽输送和山东夏季降水量奇异值分解分析

利用奇异值分解(SVD)方法和山东省26个代表站1951～2000年6～8月降水量、NCEP／NCAR再分析1958～1998年1～12月925～300hPa5层月平均比湿和风场资料,分析了山东夏季降水与前期(冬季、春季)及同期(夏季)南海到西太平洋地区水汽输送之间相关场的分布型,从中找出了遥相关的“关键区”,并对找到的“关键区”的可靠性进行了验证。研究表明,山东夏季降水与前期(冬季、春季)和同期(夏季)南海到西太平洋地区水汽输送相关较好,春季的相关程度最高,冬季次之,夏季最小。     

2011年南海夏季风爆发过程及其与长江中下游梅雨的联系

采用NCEP/NCAR再分析资料、FY2E-TBB及台站降水资料,对2011年南海夏季风爆发前后的环流特征进行分析。结果表明:2011年强对流活动由孟加拉湾扩展到南海地区,同时伴随着南亚高压移至中南半岛北部,西太平洋副热带高压向东撤出南海地区,南海夏季风于5月第4候(第28候)爆发;季风爆发后,印度-孟加拉湾季风槽形成,南海地区低空开始盛行西南气流,并伴有对流降水的发展和温、湿等要素的突变。随着季风活动的推进,我国雨带北抬,长江中下游一带进入梅雨期,出现降水大值区。通过分析发现长江中下游梅雨与南海夏季风均受副热带高压影响,且两者的强度为显著的负相关关系,梅雨开始时间与南海夏季风爆发时间呈显著的正相关关系。2011年南海夏季风偏弱,爆发时间偏早,长江中下游梅雨强度偏强,入梅时间异常偏早。     

江淮梅雨区1960—2014年夏季极端降水变化特征及影响因素

利用江淮梅雨区66个测站1960—2014年逐日降水数据和同期NCEP/NCAR再分析资料,基于多个极端降水指数,通过趋势分析、EOF分析和合成分析等手段,探究该区夏季极端降水事件的时空变化特征及影响因素。结果表明：(1)夏季极端降水指数以上升为主,显著上升区主要位于东部。(2)夏季极端降水指数第一特征向量呈全“+”分布形态,北部地区更强,第二特征向量呈“西北+东南-”分布形态;第一模态时间系数呈上升趋势,第二模态时间系数变化趋势不明显。(3)在强（弱）夏季极端降水典型年,西太平洋副热带高压位置偏西（东),中纬度地区表现出经（纬）向型环流分布特征,利于（不利于）江淮地区极端降水发生;同时,对流层中、低层上升运动增强（中层气流辐散增强),水汽通量增强、辐合（减弱、辐散),因此,梅雨区极端降水异常增强（减弱)。     

海表温度的增暖趋势和自然变率对长江中下游夏季极端降水强度的影响

极端降水引起的洪、涝等灾害每年给我国带来极大的人员伤亡和经济损失。全球增暖使极端降水事件发生的频率增加,强度增强。但是针对不同区域极端降水事件,其贡献究竟如何还有待于进一步认识。本文以我国长江中下游地区的极端降水事件为研究对象,通过典型年份夏季区域极端降水过程的水汽收支特征,探讨海表温度（SST）的增暖趋势和自然变率强迫对该区域典型极端降水强度的影响效应。结果表明:（1）极端降水过程及其夏季都伴随着区域整层大气的水汽辐合,且水汽辐合发生在经向方向。西北太平洋异常反气旋式环流,在区域南边界形成了稳定的西南风异常的水汽输送。（2）典型极端降水过程发生的夏季,SST在赤道印度洋和热带大西洋为强正异常,主要为增暖趋势的贡献,赤道中东太平洋SST异常表现为La Ni?a型。（3）SST增暖趋势和自然变率的数值敏感性试验表明,1998、2017和2020年的SST增暖趋势强迫的区域水汽辐合分别是其自然变率强迫的83%、210%和107%,SST增暖趋势比自然变率的影响更为重要。（4）SST增暖趋势和自然变率都是通过强迫西北太平洋异常反气旋式环流,引起长江中下游区域南边界异常的西南水汽输送,是导致极端降水发生的主要过程。     

闽西山区“7·22”极端降水过程中尺度对流特征

2015年7月22日福建西部山区经历了一次罕见的极端降水过程,6 h降水量高达254.9 mm,24 h最大降水量达295.5 mm。利用常规天气资料、自动气象站、卫星云图、风廓线雷达以及多普勒天气雷达资料,分析此次过程的中尺度对流系统的环境条件及结构演变特征。分析表明:低空季风槽北抬减弱后的切变和高空高压之间的南北向槽缓慢向东北移动是此次强降雨的主要影响系统,不稳定能量加大、抬升凝结高度和自由对流高度低、大气可降水量大及中等到弱的垂直风切变形成有利于中尺度对流系统发展的环境条件。中尺度对流系统在发展过程中结构发生改变,由线状对流伴随层云（TL/AS）的结构转变为静止后向建立的中尺度对流系统,极端降水出现在静止后向传播阶段。高空冷空气入侵,低空西南急流加强并伴风速辐合,冷暖空气交汇导致中尺度对流系统加强发展,边界层西南气流在有利的喇叭口地形作用下加强抬升,北上受到山脉阻挡形成小涡旋,西北侧对流单体移入后不断加强,对流单体的移动方向和传播方向相反,中尺度对流系统形成静止后向传播,产生列车效应,出现极端降水。     

基于SPEI指数的近58 a甘肃省干旱特征分析北大核心

利用甘肃省19个气象站点1960—2018年逐月平均降水量、气温等数据,应用标准化降水蒸散量指数(Standardized Preapitation Evapotranspiration Index,SPEI)、Penman-Monteith模型、小波分析等方法分析了甘肃省近58 a不同时间尺度干旱事件的时空演变特征。结果表明:月尺度干旱频率3月最高,2月最低;季尺度上秋季干旱最严重,春季次之;冬季干旱化趋势最慢,春季最快。近58 a甘肃省SPEI指数呈下降趋势,年尺度SPEI指数存在8 a、12 a、26 a的周期。干旱发生频率在年尺度和月尺度上的分布较为一致,河西走廊东段与甘南州地区频率较低,酒泉北部地区与甘肃省东、中部地区频率较高;季尺度上,春季兰州与武威南部地区频率较高,庆阳地区频率最低;夏季为白银与武威北部地区频率最高,张掖中部地区、白银北部地区以及临夏、庆阳、平凉地区最低;秋季频率最高的地区为兰州东部、定西东北部以及嘉峪关地区,最低的地区在酒泉、张掖、武威北部及平凉中部地区;冬季高值区在平凉,低值区在武威与甘南。干旱发生强度最高的地区为张掖,其次为酒泉、庆阳及白银等地区,最低的区域位于甘肃西南地区。酒泉、嘉峪关等地区干旱化程度逐年加剧;甘肃东南地区干旱速率较西北地区慢;中西部地区干旱化速率最慢,且甘南北部与武威西南部地区有湿润化趋势。     

山东省夏季极端高温异常气候变化特征分析

运用REOF、9点二项式平滑滤波、累计距平、合成分析等方法，对山东省夏季极端高温的年代际变化、异常空间分布、时间演变特征、与赤道东太平洋海温异常的关系进行了较为详细的诊断分析，结果表明：从20世纪50年代到90年代，山东省夏季极端高温大部分地区是降低的，80年代降到最低，90年代有所回升，且在60年代末70年代初，大部分地区发生了一次由高向低的转折性变化；容易出现异常的区域为鲁西北、鲁西南、鲁南的临沂地区和山东半岛地区中部；与赤道东太平洋海温主要为负相关关系，前期为暖(冷)水期时，极端高温偏低(偏高)，高温日数减少(增多)。