气候变化背景下湖北省高温干旱复合灾害变化特征

全球气候变化造成的极端气候事件频发已成为科学界和人类社会共同面临的挑战。气候变化驱动因素多样,时空过程复杂,全球不同区域存在显著差异。基于1961—2022年湖北省76个国家气象站逐日降水、气温等观测数据,根据区域性高温过程监测指标和区域性干旱过程监测评估方法,对湖北省1961年以来的区域性高温和干旱事件进行识别,在此基础上分析事件发生频率、持续时间、强度及其影响的变化特征。结果表明：区域性高温事件趋多增强且有连年发生的趋势;区域性干旱事件频次变化趋势不显著,但呈现群发、连发和重发特征;高温干旱复合事件有显著增加、间隔缩短的趋势。2022年夏季高温过程综合强度为1961年以来最强,与长江流域性干旱叠加,产生了从气象干旱到水文干旱、农业干旱和社会经济干旱的链式复杂影响。在全球变暖背景下,湖北省极端高温和干旱及其复合事件频发可能成为气候新常态,亟需加强极端事件的成因及其灾害风险评估研究,提高应对极端和复合型灾害的能力。     

山东区域性高温的变化特征及其对增暖的响应

基于区域性高温天气过程等级划分标准,利用逐日最高气温资料,客观识别山东省区域性高温事件,并分析其时空分布和变化特征及其对气候增暖的响应。结果表明：1961—2020年山东省共发生了区域性高温154次,平均每年约2.6次,主要出现在6—7月;西部地区多,山区和沿海地区少;年际和年代际变化明显,发生了减少到增多的趋势变化,20世纪60年代至80年代显著减少,90年代中期之后开始增多,21世纪明显增多,持续时间、影响范围和过程强度明显增加增强。区域性高温对气候增暖响应显著,随着增暖加剧,年最晚出现时间明显推迟,频次也更多,持续时间更长,影响范围更大,强度更强,且更长更强的区域性高温事件也更容易发生。     

1959—2020年江西省持续区域性高温过程特征

利用江西省81个国家气象站气温观测资料,综合考虑高温过程的强度、发生面积和持续时间等要素,运用江西省持续区域性高温过程的判别方法和指标,分析1959—2020年江西省持续区域性高温过程的时空分布及变化特征。结果表明:江西省共发生持续区域性高温过程271次,最强高温过程出现在2003年7月8日—8月10日,累计影响范围4.79×10^(6) km^(2),高温综合指数达到4.27。江西省持续区域性高温过程发生强度和频次较多的区域主要位于东北部和中部;历年发生频率最高为8次/a,其整体呈增加趋势。江西省持续区域性高温过程的年最强过程指数呈“先减小后增大”趋势,1993年以来其强度明显增加。     

2022年夏季四川省区域性高温和干旱过程监测评估

基于1961～2022年四川省156个国家气象观测站逐日降水及平均气温资料,对2022年四川省高温和干旱开展异常气候特征监测分析和区域性过程定量化综合评价。结果表明：（1）2022年夏季四川省平均气温较常年同期偏高2.2℃,为1961年以来历史同期最高,全省平均降水量偏少35%,为1961年以来历史同期最少。（2）2022年夏季共出现4段区域性高温过程,其中7月28日～8月28日的区域高温事件综合强度为1961年有完整气象观测记录以来最强;年度高温过程累积强度位列1961年以来历史第4位,弱于2006年。（3）2022年夏季四川省共出现3段区域性干旱过程,干旱范围广,中旱以上天数多,综合站次百分比位列历史同期最大。其中8月7～26日的区域性干旱过程综合强度等级为“强”,排历史第24位,未能进入历史前10,但超过2006年6月10日～7月9日区域性干旱过程的综合强度;从影响范围看,此次过程的干旱站点数量排历史同期第2位,范围均比2006年夏季的两次区域性干旱过程广。     

2022年安徽省区域性高温和干旱过程综合评估

基于1961—2022年安徽省80个国家气象观测站逐日降水和平均气温资料,利用区域性极端事件客观识别方法识别区域性高温和干旱过程,进一步提取过程历时、影响范围、过程强度指标,并应用于已构建的综合强度评估模型,对2022年高温干旱开展异常气候特征分析和区域性过程综合评价。结果表明：2022年夏季安徽省平均气温较常年同期偏高2.2℃,为1961年以来同期最高;6—9月降水量偏少达4成,为1961年以来同期第四少。持续高温少雨导致安徽省淮河以南出现严重干旱。2022年夏季出现6次区域性高温过程,其中8月1—23日综合强度达“特强”等级,虽不及1966、1967和2013年高温过程,为历史第四强,但年度累计综合强度为1961年以来最强。夏秋季出现2次区域性干旱过程,与1961年以来最强的其他9次区域性伏秋连旱过程相比,截至9月30日,7月28日以来的区域性干旱过程已持续65 d,综合强度等级为“特强”,但不及1966、1967、1978和2019年过程。     

2013年夏季我国南方区域性高温天气的极端性分析

提利用1960-2013年我国南方10省（市）733个站点的日最高、最低气温和日平均气温资料,对2013年夏季我国南方高温天气的极端性进行了系统的分析。分析结果显示：2013年夏季我国南方高温天气具有显著的群发性特征,覆盖了长江中下游以及重庆等八个省、两个直辖市;也具有以高温天气过程重现构成的持续性特征,主要经历了4次高温天气过程,其中,7月22日至8月21日的第三次高温天气过程,强度最强、范围最广。重点围绕区域性高温在历史上的极端性做进一步分析,结果表明：所研究高温区域的夏季平均气温、平均最高气温、平均最低气温均破历史纪录,为近50年新高;平均高温日数和强度也超过了历年平均高温日数和强度的极值,属历史罕见;高温日数和高温强度的高值区域范围比历年向北扩展,且高值中心值超过历史最高纪录,极端性突出;2013年极端高温事件的发生次数突破了历史纪录,其中8月的极端高温事件十分突出。     

2017年陕西高温事件的大气环流异常及成因

利用陕西省自动气象站逐日气温资料、NCEP/NCAR 25°×25°全球再分析资料,对2017年极端高温事件进行分析,研究大气环流异常特征及成因。结果表明：在全球变暖背景下,2017年7月陕西出现的极端高温天气过程,持续时间长、极端高温强,为历史同期罕见。通过对大气环流异常的诊断分析表明,西太平洋副热带高压（简称副高）较常年偏强并显著西伸、南亚高压偏东偏北是导致2017年7月陕西出现大范围极端高温天气的直接原因。垂直下沉运动较常年异常显著,副高中心强烈的晴空辐射和深厚的下沉增温作用使整层气温持续偏高。水汽通量异常表现为北风通量,不利于水汽输送和降水天气形成,湿度条件较常年差,造成了陕西的高温少雨天气。     

1954—2017年连州市高温热浪的特征

基于连州市基本气象站逐日最高气温观测资料,采用统计学方法分析了连州市高温的气候变化特征。结果表明:1954—2017年连州市年高温热浪频次、持续时间和强度呈现显著增加趋势,每年平均出现34 d高温日和4次高温热浪事件,高温日主要分布在5—10月,而高温热浪事件则出现在6—9月,月分布呈单峰型,峰值在7月。近64年来的高温变化大致能分成2个阶段:20世纪50年代初到90年代中期主要为高温少发期;进入21世纪后,主要为高温多发期。用M-K法检测出高温热浪事件在1982年发生了突变。用小波分析方法分析得出连州市高温有2个不同时间尺度的周期震荡互相嵌套,分别为准5和准10年。连州高温热浪事件的主要影响系统为副热带高压,且2007年的极端高温热浪过程是由于副高的长时间控制和西北向台风西侧的下沉气流影响造成的。     

重庆市一次特强区域性高温天气过程诊断

2017年7月16日至8月7日重庆市出现1968年以来最强的一次区域性高温天气过程。利用重庆市34个站点逐日气象观测资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料以及国家气候中心副高特征指数资料等,对此次区域性高温过程的环流特征、可能的大气内部扰动机制进行诊断分析。结果表明:对流层低层水汽输送偏弱,中层副热带高压持续偏强、偏西,高层西风带偏弱、偏北,冷空气活动次数少且偏弱以及南亚高压偏强促使副高西进北抬,这种异常的环流形势引发了此次区域性高温天气过程。与历史上较为突出的区域性高温过程相比,此次高温过程期间中高纬度地区对流层中高层环流较为平直,无明显的槽脊发展,低纬热带至中纬度地区位势高度一致性偏高。重庆及周边地区水汽收支仍为水汽输入,但较常年明显偏弱,且散度场上表现为辐散,较常年辐合值明显偏强。可见,重庆地区长时间处于水汽输送偏少、下沉气流偏强的环流形势控制下,从而形成高温少雨天气。     

渭南高温时空变化特征及其定量化评估

利用渭南市11个县（市、区）气象站1971—2020年的逐日最高气温资料,结合单站高温过程综合强度指标算法,得到渭南各县（市、区）高温天气综合强度等级划分阈值,并根据单站高温过程阈值,确定出区域性高温过程强度等级以及全市性高温过程强度等级定量化评估方法,分析了渭南市高温时空分布特征。结果表明：（1）渭南市高温频次、强度总体呈南多北少的分布特征,南部的华州、临渭、华阴是高温事件高发的关键区域;渭南高温天气出现时间跨度为4月中旬至10月上旬,6—8月高温最多,占全年的939%,其中7月下旬各个区域的高温日数达到最多,往后逐渐减少。（2）20世纪70年代以来,渭南高温过程呈现出增长趋势,80年代至今,高温过程逐渐增多,过程极值和高温等级增高,高温有出现时间趋早和结束时间趋晚的变化特征。（3）对提出的单站高温天气过程综合强度指标计算方法、区域性和全市性高温过程强度等级确定方法,进行检验和业务试用评估,其对高温过程综合强度进行合理排位,结果科学可信。     

黄山地区高温气候特征及一次持续性高温诊断分析

基于1981-2017年安徽省黄山地区观测资料以及EC再分析资料,利用数学统计方法对黄山地区的夏季高温特征进行分析,并重点对2017年7月的极端气温高、连续时间长、强度大、范围广的高温天气及成因进行诊断分析。结果表明：副热带高压是黄山夏季高温的主要影响系统,夏季高温具有明显的时空分布特征,高温日数7月最多（占48%）、8月次之（占37%）,主要集中7月中旬至8月上旬;空间分布上呈盆地、丘陵地区多,高海拔山区少的特点。副热带高压强、脊线稳定在黄山地区、副热带高压脊线附近的下沉增温与低层暖中心配合,是2017年7月12-29日黄山地区持续高温产生的主要原因;盛夏期间热带低值系统不活跃且高温期间登陆台风少,为黄山地区出现持续性高温提供了有利条件;海拔高度等地形地貌导致高温分布不均匀。此外,副热带高压脊线位置、副热带高压强度、相对湿度廓线、降雨量、台风、地形等要素对高温的预报预警有较好指示意义。     

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。     

Reduced soil moisture contributes to more intense and more frequent heat waves in northern China

Heat waves have attracted increasing attention in recent years due to their frequent occurrence. The present study investigates the heat wave intensity and duration in China using daily maximum temperature from 753 weather stations from 1960 to 2010. In addition, its relationships with soil moisture local forcing on the ten-day period and monthly scales in spring and summer are analyzed using soil moisture data from weather stations and ERA40 reanalysis data. And finally, a mechanistic analysis is carried out using CAM5.1 (Community Atmosphere Model, version 5.1) coupled with CLM2 (Community Land Model, version 2). It is found that the heat wave frequency and duration show a sandwich distribution across China, with high occurrence rates in Southeast China and Northwest China, where the maximum frequency and duration exceeded 2.1 times and 9 days per year, respectively. The increasing trends in both duration and intensity occurred to the north of 35°N. The relationships between heat wave frequency in northern China in July (having peak distribution) and soil moisture in the earlier stage (from March to June) and corresponding period (July) are further analyzed, revealing a strong negative correlation in March, June and July, and thus showing that soil moisture in spring and early summer could be an important contributor to heat waves in July via positive subtropical high anomalies. However, the time scales of influence were relatively short in the semi-humid and humid regions, and longer in the arid region. The contribution in the corresponding period took place via positive subtropical high anomalies and positive surface skin temperature and sensible heat flux anomalies.     

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。     

Impact of the Horizontal Heat Flux in the Mixed Layer on an Extreme Heat Event in North China:A Case Study

Extreme heat over the North China Plain is typically induced by anomalous descending flows associated with anticyclonic circulation anomalies. However, an extreme heat event that happened in the North China Plain region on 12–13 July 2015,with maximum temperature higher than 40℃ at some stations, was characterized by only a weak simultaneous appearance of an anomalous anticyclone and descending flow, suggesting that some other factor(s) may have induced this heat event. In this study, we used the forecast data produced by the Beijing Rapid Updated Cycling operational forecast system, which predicted the heat event well, to investigate the formation mechanism of this extreme heat event. We calculated the cumulative heat in the mixed-layer air column of North China to represent the change in surface air temperature. The cumulative heat was composed of sensible heat flux from the ground surface and the horizontal heat flux convergence. The results indicated that the horizontal heat flux in the mixed layer played a crucial role in the temporal and spatial distribution of high temperatures.The horizontal heat flux was found to be induced by distinct distributions of air temperatures and horizontal winds at low levels during the two days, implying a complexity of the low-level atmosphere in causing the extreme heat.     

Indirect radiative forcing and climatic effect of the anthropogenic nitrate aerosol on regional climate of China

The regional climate model (RegCM3) and a tropospheric atmosphere chemistry model (TACM) were coupled, thus a regional climate chemistry modeling system (RegCCMS) was constructed, which was applied to investigate the spatial distribution of anthropogenic nitrate aerosols, indirect radiative forcing, as well as its climatic effect over China. TACM includes the thermodynamic equilibrium model ISORROPIA and a condensed gas-phase chemistry model. Investigations show that the concentration of nitrate aerosols is relatively high over North and East China with a maximum of 29 μg m^-3 in January and 8 μg m^-3 in July. Due to the influence of air temperature on thermodynamic equilibrium, wet scavenging of precipitation and the monsoon climate, there are obvious seasonal differences in nitrate concentrations. The average indirect radiative forcing at the tropopause due to nitrate aerosols is -1.63 W m^-2 in January and -2.65 W m^-2 in July, respectively. In some areas, indirect radiative forcing reaches $-$10 W m^-2. Sensitivity tests show that nitrate aerosols make the surface air temperature drop and the precipitation reduce on the national level. The mean changes in surface air temperature and precipitation are -0.13 K and -0.01 mm d^-1 in January and -0.09 K and -0.11 mm d^-1 in July, respectively, showing significant differences in different regions.     

华北“7.20”特大暴雨多尺度特征分析

利用华北地区248个加密气象观测站资料、FY-2G黑体亮温TBB、邢台站探空资料、华北地区多普勒雷达资料、欧洲中心（ECMWF）0.25°×0.25°和NCEP/NCAR（1°×1°）再分析资料,对2016年7月19—21日一场特大暴雨进行多尺度特征分析。结果表明：200 hPa南亚高压系统呈东西带状分布,500 hPa为“东高西低”环流背景,鄂霍茨克海附近闭合高压下游阻挡效应使上游系统移速缓慢,华北长时间处于深槽之中,环流形势利于产生稳定经向型暴雨;通过高低层流场对比发现,高空急流入口区右侧与低空急流出口区左侧重叠区为最强降水区域,降水大值区均位于太行山及燕山山脉迎风坡;垂直方向上,垂直上升运动中心介于散度辐合中心与辐散中心之间,剧烈的抽吸效应将水汽输送至高层,冷暖气流交汇及水汽上升过程凝结潜热释放导致对流系统迅速发展。河北地区稳定的深厚气旋是本次暴雨的关键系统,19日石家庄地区强对流单体（>45 dBz）存在时间超过20 h。MCS影响范围广、特殊山脉地形作用、系统停留时间较长等原因造成累积降水量增大,是本次暴雨与“7.21”北京特大暴雨相比的突出特点之一。     

Comparative Analysis of Extreme High Temperature Weather in the Summers of 2013 and 2003

The characteristics of regional high temperature（HT） weather in 2013 and 2003 and their causes were studied using daily maximum temperature data, National Center for Environmental Prediction（NCEP） reanalysis data, and outgoing longwave radiation（OLR） data. For these two years of HT weather, there were many similar characteristics, such as their long duration, wide range, high intensity, and severe influence. However, there were also three obvious differences： firstly, in 2013, the major area where HT weather occurred was farther north than in 2003; secondly, the HT weather in South China and the southeast area of Jiangnan in 2013 lasted fewer days than in 2003, but in other areas it lasted for more days than in 2003; thirdly, the intensity of the HT weather in 2013 was also stronger in the north and weaker in the south, similar to that of the duration. A strong and stable western Pacific subtropical high（WPSH）, a continental warm high, and the distribution of the warm center in the lower troposphere played important roles in the HT weather formation. Several probable causes for the differences are that the cold air was weaker, the WPSH was farther north, and the tropical convective systems were stronger in 2013 than in 2003. Finally, a preliminary cause analysis of the WPSH anomaly was presented.     

中国区域性骤发干旱特征分析

基于国家气象信息中心2 400多个观测站的候平均日最高气温、GLDAS 2.0/2.1的土壤湿度、蒸散发资料和ERA5的500 hPa位势高度、925 hPa风场再分析资料,定义了格点骤发干旱指数,在分析1979-2017年4-9月中国区域骤发干旱气候特征和骤发干旱指数的经验正交展开空间模态的基础上,确定骤发干旱发生频...     

山东省区域性暴雨事件时空变化特征及个例分析——以台风“利奇马”暴雨过程为例

利用山东省123个国家地面气象观测站1961—2019年逐日、逐小时降水量资料,在定义区域性暴雨事件的基础上,选取最大过程降水量、最大日降水量、最大1 h降水量、暴雨站数和过程持续时间作为评估指标,构建山东省区域暴雨事件和单站暴雨事件综合强度评估模型。针对判别出的545次区域暴雨事件,进行时空特征分析。结果表明,山东省区域暴雨事件发生次数呈现波动变化、缓慢下降趋势,但平均综合强度呈现缓慢上升趋势,且2011年以来上升趋势显著。区域暴雨事件集中发生于7、8月,其中以7月发生次数最多,8月平均综合强度最高。降雨中心主要分布于半岛东部和鲁南地区,不同时段分布配置略有不同,但差别不大。历史回算结果与灾情记录一致性较高,以台风"利奇马"暴雨过程为例,通过分县灾情验证表明暴雨事件综合评估模型评估结果较为合理,尤其对历史重大暴雨事件吻合效果理想。