中国1961—2016年夏季持续和非持续性极端降水的变化特征

基于国家气象信息中心提供的1961—2016年2400多站逐日降水观测资料,根据百分位法确定极端降水,对中国夏季持续（持续2 d及以上）和非持续性（持续1 d）极端降水事件的变化特征进行了研究。结果表明：在气候变暖背景下,以江淮流域为代表,中国大部分地区极端降水量趋于增多,但华北、西南及西部部分地区趋于减少;除内蒙古中部、四川等地以外,中国大部极端降水对总降水的贡献呈增多趋势。进一步对华北、江淮、华南、西南4个代表区域进行分析,发现华北、西南地区的持续和非持续性极端降水量都呈减少趋势,持续性极端降水量的减少更突出,极端降水更多以非持续性形式出现;江淮、华南一带,两类极端降水量都呈增多趋势,持续性极端降水量的增加更明显,极端降水更多以持续性形式出现。     

1961—2010年北京地区降水变化特征

采用15个常规气象站1961-2010年逐日降水数据资料,分析了北京地区降水量、降水日数和降水强度的变化趋势,包括年和各季节的总降水量和降水日数,不同降水级别降水量、降水日数和降水强度变化趋势的时空特征。结果表明：在近50年内,北京地区平均年降水量和年降水日数、年降水强度均呈下降趋势;各季节中,夏季的降水量呈明显下降趋势,春季降水日数略有增加,夏季略有减少;降水强度在春季增大和夏季减小趋势明显;小雨雨量变化不明显,中雨雨量呈增加趋势,大雨和暴雨雨量呈明显降低趋势;小雨降雨日数略呈减小趋势,中雨降水日数呈显著增加趋势,大雨和暴雨降水日数呈较明显降低趋势;小雨降水强度略呈上升趋势,而大雨和暴雨的降水强度呈明显的降低趋势。     

1961—2010年东北地区夏季降水时空变化的研究

东北地区地处中高纬欧亚大陆东岸,处在东亚季风区的边缘,其降水主要集中在夏季,并且降水量具有显著的地域差异和年际变化。研究东北夏季降水特点,可为降水预报、气候预测和农业生产提供可靠依据。本文利用东北地区27个测站1961—2010年夏季逐月降水资料,通过E-OF和小波分析的方法研究东北地区夏季降水的时空变化规律,结果表明：东北地区夏季降水量主要表现为三种空间分布型：总体一致型、南-北反位相型以及东南-西北反位相型;东北地区夏季降水量存在明显的年际变化,降水变化周期为8—11a;东北地区夏季各月降水量的差异,主要是由地形原因和纬线跨度差异造成的。     

1961—2010年台山市降水变化趋势分析

利用1961～2010年降水资料,采用线性拟合和MK检验法分析了台山市多年降水变化特征,结果发现:近50a台山市的年降水量整体上呈增加的变化趋势,但增加的趋势并不明显。与之相反,台山市近50a年的降水日数整体上呈显著减少的趋势。台山市的极端日降水总是出现在4～10月,其中5月和9月出现年极端日降水的概率最大,其分别对应华南前汛期和华南后汛期暴雨较多的时期。M-K突变检验表明,从1961至2010年台山市的降水日数在1998年出现突变,而年降水量没有明显的突变年份。     

1979—2020年粤北和珠三角地区夏季降水结构对比分析

利用1979—2020年粤北和珠三角地区30个气象站逐日降水资料,通过计算降水集中度指数Q,分析了广东省粤北和珠三角地区夏季降水的结构。结果表明：(1)粤北和珠三角地区夏季降水空间分布呈北低南高态势,Q值为0.2～0.4,降水结构粤北比珠三角集中;两地降水量均呈增多趋势,珠三角中部增速最明显为30mm·(10a)^-1,Q指数则呈下降趋势。(2)日雨量≥1mm雨日呈增多趋势,广州增速最大(2d·(10a)^-1);持续多日降水过程珠三角呈增加趋势,粤北相反。(3)日雨量≥25mm雨日呈增加趋势,广州增速最大(0.92d·(10a)^-1),珠三角以雨日<3d降水过程占主导,粤北相反。(4)粤北日雨量≥50mm日数及雨日≥3d降水过程呈增加趋势,珠三角<3d降水过程呈增加趋势。粤北和珠三角夏季降水结构差异明显,存在反相分布现象。     

1961—2010年我国夏季总降水和极端降水的变化

利用1961—2010年我国753站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了近50年我国夏季降水的变化,包括夏季总降水量、极端降水量和极端降水频次的变化。结果表明,夏季总降水量和极端降水量的空间分布大致相似,在我国东南和西南部呈上升趋势,在东北和西北部呈下降趋势。用泊松回归拟合出的极端降水频次变化趋势显示,江淮流域及其以南地区测站的降水频次普遍增加,以北地区则呈减少趋势。进一步分析得到,我国大部分地区的夏季总降水量变化由降水平均强度的变化引起,而极端降水量的变化多由降水频次的变化引起。通过比较温度和水汽变化对降水量变化影响的相对重要性得到:在黄河以北大多数地区,水汽变化主导夏季总降水量的变化;而在江淮流域及华南大部分地区,温度变化为主导。     

1961—2010年东北地区汛期极端降水的非均匀性特征

利用东北地区91站1961—2010年逐日降水资料,讨论东北地区汛期极端降水量的非均匀性分布特征。结果表明,东北地区极端降水量呈现由南向北逐渐减少的分布特征;极端降水主要集中出现在7月,东北地区中部极端降水出现相对比较分散,东北东部、北部、西部和南部出现比较集中;东北地区汛期纬度偏低地区极端降水量偏多,极端降水发生较晚,且较为集中,纬度偏高地区则反之。汛期极端降水量与集中度存在显著的负相关关系,即汛期极端降水量越多,极端降水越集中,特别是嫩江、松花江流域。     

2004—2016年浙江省夏季降水的日变化特征

利用浙江省71个气象观测站的逐小时降水数据,分析2004—2016年夏季(6—8月)降水日变化特征。结果表明:(1)浙江省夏季降水量和降水频次日变化总体上呈现"一主一次"的双峰特征,降水量和降水频次主峰值分别出现在17:00前后和19:00前后。近13 a来,夏季降水量和降水频次有明显的增加趋势。(2)降水日变化特征区域差异明显。浙中西部地区和沿海岛屿的降水量、降水频次和强度日变化波动幅度较小,降水强度的峰值出现在09:00—11:00;浙南地区降水量、降水频次和强度日变化具有单峰特点,峰值均出现在15:00—20:00。(3)降水日变化与不同持续时间的降水事件有关,≥6 h持续性降水事件的降水峰值易出现在09:00前后,而<6 h短时降水事件的降水峰值出现在15:00—22:00。不同区域降水事件有所差异,浙中西部地区和沿海岛屿的降水量来源于持续性降水和短时降水事件的共同贡献,浙南地区降水量主要来源于短时降水事件的贡献。(4)短时强降水(20～50 mm·h^(-1))和特强降水(≥50 mm·h^(-1))易发生在温州、台州和宁波等沿海地区,其中杭州湾、台州局部地区是短时特强降水的高发区;短时强降水的日变化具有单峰特征,降水峰值出现在15:00—20:00。     

华南地区2008年6月降水异常偏多成因分析

通过对2008年6月份华南地区降水偏多成因进行分析研究,发现:500hPa巴湖维持低槽、高原气流平直,使华南地区长时间处于低槽内,同时孟加拉湾又维持低槽,利于印度洋、孟加拉湾的水汽经中南半岛向华南地区输送;南海夏季风偏早偏强、西太平洋副高偏南偏东利于西太平洋、南海水汽向华南输送,两支水汽输送带使华南上空水汽更加充足;华南长时间高层辐散、低层辐合对流不稳妥定状态;热带大气季节内振荡的对流活动从非洲东部地区向东传播至西太平洋中西部地区,造成华南地区降水偏多.     

1961—2020年长江下游地区夏季降水趋势分析

近几十年来长江下游地区夏季(6—8月)降水量呈现出显著上升的变化趋势,利用1961—2020年夏季台站降水资料,通过降水项分解法,定量分析了该降水趋势的可能影响因素。结果表明:1)长江下游地区夏季降水的上升趋势主要是由日降水量显著增加造成,而日降水量显著增加主要与整层水汽垂直梯度增大和垂直上升速度增强所导致的降水增加有关;2)长江下游地区对流层低层大气温度因地面升温的加热作用而显著上升,高层大气温度受亚太振荡相位正转负的影响而下降,使得高、低层大气的温差变大,低层大气比湿升高、高层大气比湿降低,导致整层水汽垂直梯度增加,为局地降水的增强提供了充沛的水汽条件;低层大气异常辐合加之显著增长的不稳定能量为垂直上升运动的增强和对流性降水的增加提供了有利的动力和热力条件,从而造成了长江下游地区夏季降水的显著上升趋势。     

Changes in Persistent and Non-Persistent Flood Season Precipitation over South China During 1961-2010

The characteristics and possible causes of changes in persistent precipitation（PP） and non-persistent precipitation（NPP） over South China during flood season are investigated using daily precipitation data from 63 stations in South China and NCEP/NCAR reanalysis data from 1961 to 2010. This investigation is performed using the Kendall＇s tau linear trend analysis, correlation analysis, abrupt climate change analysis, wavelet analysis, and composite analysis techniques. The results indicate that PP dominates total precipitation over South China throughout the year. The amounts of PP and NPP during flood season vary primarily on a 2–5-yr oscillation. This oscillation is more prominent during the early flood season（EFS; April–June）. NPP has increased significantly over the past 50 years while PP has increased slightly during the whole flood season. These trends are mainly due to a significant increase in NPP during the EFS and a weak increase in PP during the late flood season（LFS; July–September）. The contribution of EFS NPP to total flood season precipitation has increased significantly while the contribution of EFS PP has declined. The relative contributions of both types of precipitation during LFS have not changed significantly. The increase in EFS NPP over South China is likely related to the combined efects of a stronger supply of cold air from the north and a weaker supply of warm, moist air from the south. The increase in NPP amount may also be partially attributable to a reduction in the stability of the atmosphere over South China.     

华南地区汛期极端降水的概率分布特征

利用1960-2005年华南地区71个测站的逐日降水量资料和NCEP/NCAR南半球月平均海平面气压场再分析资料,采用Le Page榆验、广义极值分布等统计诊断方法,研究了华南地区近46 a前汛期(4-6月)和后汛期(7-9月)极端降水的时空变化及概率分布特征.并讨论了南半球澳大利亚高压和马斯克林高压强度指数与华南汛期暴雨日数间年代际变化的关系.结果表明:(1)1992年华南地区降水发生了由减少趋势到增多趋势的突变,降水趋势发生突变后前汛期极端降水量和日极端降水强度有所下降,而后汛期则是显著增强.(2)华南汛期年平均日最大降水量、50 a一遇日最大降水量极值和暴雨日数的空间分布特征相似,即前汛期的空间分布自南向北呈现"低-高-低"的分布趋势,后汛期呈现由沿海到内陆的"高-低"的分布趋势.(3)1992年发生突变后,前、后汛期年平均日最大降水量和年平均暴雨日数显著增加和减少的空间分布基本一致.(4)就年代际变化而言,南半球澳大利亚高压和马斯克林高压的强度变化是华南汛期降水异常的重要气候背景,即当两高压处在同时增强时期时,华南前汛期极端降水处于偏少阶段,后汛期则处于偏多阶段.     

1961-2010 年东北地区降水事件时空均匀性研究

利用1961-2010年东北三省和内蒙古四盟90个气象站逐日降水资料,分析了中国东北地区降水事件的气候特征及时空分布均匀性变化。结果表明：近50 a来,东北地区年降水量略有减少,但冬、春季降水量显著增加;考虑降水日数,冬、春季降水量增加主要是由于降水强度的增加,夏、秋季降水量减少主要是由于降水频次的减少。气候变暖的大背景下,虽然年降水量线性变化趋势并不明显,但是降水量年际间分布不均匀性增加,降水有向极端化发展的趋势,夏、秋季表现更为明显,各等级降水事件尤其是降雪在近20 a时间分布明显不均匀。降水量空间均匀性在1993年发生转折突变,突变后空间不均匀性增加,降水日数空间均匀性在1986年发生变率突变,突变后振荡加剧。降水事件时空不均匀性的增加一定程度上造成了东北地区旱涝事件发生可能性增加,不同地域旱涝事件同发现象加剧。     

1981-2012年西北东部夏季降水不同强度雨日变化及其环流特征的对比分析

利用1981-2012年中国西北东部198个台站的逐日气象观测数据和ERA-Interim再分析资料,分析了近32年中国西北东部夏季不同强度降水的雨日和雨量的变化特征,并对比了产生不同强度降水的大气环流系统的异同。结果表明,西北东部夏季降水以小雨和中雨为主,二者占夏季雨日的90%以上、占夏季雨量的70%左右。小雨日数占总雨日的比率在空间上自东南向西北递增;中雨、大雨、暴雨和（特）大暴雨日数的比率自东南向西北递减。夏季小雨、中雨日数和降水量均呈减少的趋势,21世纪初的减少速率慢于20世纪80-90年代;暴雨则呈略微增多的趋势。通过对1981和2003年的个例分析发现,乌拉尔山阻塞高压、蒙古气旋和西北太平洋副热带高压增强西伸时,有利于北方干冷气流和南方暖湿气流在西北东部交汇,降水较多;反之则降水较少。在冷、暖空气均增强的背景下,若冷、暖气团的交界线偏南,西北东部主要受北方冷气团控制,南边界的水汽输送较微弱,易发生小雨;若冷、暖气团的交界线偏北,西北东部主要受到南方暖湿气团的影响,南边界的水汽输送和辐合较强,多出现强降水,降水强度取决于水汽的强度和上升运动的高度。     

1961-2012年夏季南亚高压与云南地区降水的关系

基于1961-2012年NCEP/NCAR月平均再分析资料和云南地区124个观测站月降水资料,利用相关分析法分析夏季南亚高压与云南地区降水的关系。结果表明：1961-2012年夏季滇西南地区降水与南亚高压主中心经度呈较显著负相关,滇南地区降水与南亚高压面积呈较显著负相关;6月滇西北和滇南地区降水与南亚高压脊线位置、高压主中心纬度呈显著正相关,滇西南地区降水与南亚高压主中心强度呈显著正相关,而与南亚高压主中心经度呈显著负相关,滇中地区降水与南亚高压主中心纬度呈显著正相关;7月滇西南、滇西北的西南部和滇西的北部地区降水与南亚高压脊线位置呈较显著正相关,滇西地区降水与南亚高压主中心强度呈较显著负相关,滇中和滇东地区降水与南亚高压主中心经度呈较显著负相关;8月滇西南、滇中、滇南和滇东地区降水与南亚高压面积呈显著负相关。     

1961-2008年华南区域寒潮变化的气候特征

利用华南三省(广东、广西、海南)192个台站1961年1月1日至2008年12月31日的逐日平均气温、日最低气温资料,分析了华南寒潮频次的气候特征及其变化;定义了一个表征华南寒潮强度的指数,由此分析了华南寒潮活动的强度变化。气候分析结果表明:华南在近48年中出现了221次寒潮过程,主要分布在10月至次年4月,以12月、1月、2月、3月为主,占88.7%;华南区域单站寒潮的年均发生频次和平均降温持续天数从内陆向沿海递减,平均最低气温从内陆到沿海逐渐增加,单站寒潮过程平均最大降温幅度在11.5～16.0℃。近48年来,华南寒潮活动在减少的趋势上还具有频数和强度上的月际、年际和年代际变化。发生特强寒潮和中等寒潮的比率从20世纪80年代以来逐渐减少,而发生弱寒潮比率显著增加,但2008年出现了近48年华南最强的寒潮。     

一种表征南海季风强度的指标及其与华南降水的关系

风场强度与方向的季节性变化是季风区最显著的气象要素变化特征之一。Lu and Chan（1999） 利用大气低层风场，定义了一个表征南海季风强度的指数，为简单起见，只用了经向风分量，研究表明该指数与华南夏季降水有很好的相关。为了进一步验证和改进该指数，本文利用逐月NCEP/NCAR（National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research）风场再分析资料以及华南地区的基准、基本气象站降水资料，将设计指数时允许的实际风的投影方向从规定的正北方向（即经向风），拓展为允许偏转的其他方向，以此建立改进的指数。为了更好地反应改进后的指数与华南降水的月异常之间的关系，本文引入了广义线性模型及正态分布和Gamma分布两类假设，来建立两者非线性的回归关系。结果证明，实际风在自正北方向逆时针旋转11.3°的方向上的投影与华南降水具有最好的相关性，采用这一方向上的投影可以对原指数加以改进；中国南海季风所覆盖的风场与华南降水的月异常之间有显著的非线性关系，而对降水采用Gamma分布假设的广义线性模型能够比正态分布假设得到更符合实际的回归结果。     

中国近50年降水量变化区划(1961-2010年)

基于中国537个气象站点1961-2010年的年降水量数据,运用滑动概率分布模型、小波分析和Mann-Kendall检验法,结合中国地形特点,从降水量均值的变化、变率的变化、频率分布形式的变化、突变特征以及周期变化5个方面来分析中国降水量的变化特征和区域差异,构建具体的指标体系,对中国降水量变化进行区划。结果表明,中国降水量变化存在明显的区域差异,根据这些差异可以将中国划分为3个变率变化带、10个平均降水量变化区、35个周期变化亚区。      

冬季华南准静止锋的结构和类型特征研究

利用12年(2000～2011年)逐日的FNL(Final Operational Global Analysis)分析资料和逐日的中国站点降水资料, 定义了一个冬季华南准静止锋强度指数, 并根据该指数挑选出强准静止锋事件, 研究了强事件的结构特征、环流分型及其与降水的关系。结果表明:冬季强准静止锋事件多发于1、2月, 其发生频次在近12年里呈现明显上升趋势。强准静止锋锋区表现为等假相当位温线、等温线的密集带, 但是锋区湿度变化不明显, 并有明显逆温, 锋区由南北风辐合构成, 上升气流主要位于锋区上部, 纬向有两个次级环流与锋区相对应, 伴随正相对涡度和水汽通量辐合。根据850 hPa风场在锋区的辐合情况, 强准静止锋可分为北风辐合型、南北风辐合型、南风辐合型三种类型。在这三种类型中, 北风辐合型对应的北方冷空气最强, 华南降水最少;南风辐合型对应的南支槽最活跃, 华南降水最多;南北风辐合型介于两者之间。冬季华南准静止锋与冬季华南降水有一定相关, 在强准静止锋的背景下, 降水偏多时, 锋区低层的水汽通量辐合和上升运动偏强, 华南处于偏强南支槽前。