1960—2009年湖南省暴雨极端事件的气候特征

本文采用湖南省88个地面气象站点1960-2009年的逐日降水资料,运用一元线性回归、M-K突变分析及小波分析等方法分析了湖南省50年来区域暴雨极端事件的时空分布特征及变化趋势。研究表明：过去50年暴雨极端事件增多、强度增大。暴雨极端事件有波动上升的趋势,20世纪60年代和80年代偏少,70年代和90年代偏多;在80年代末到90年代初暴雨极端事件由小变大是一突变现象,且存在2年、5年、7年和21年左右的周期振荡。降水量明显高于平均值的月份集中在4—8月,而暴雨降水量和暴雨总次数明显高于平均值的月份集中在5-8月。降水量湘西地区可能更加少雨,湘北洞庭湖区和湘中部分地区有可能向多雨转变的趋势;湘东和湘南有可能向干旱转变。暴雨降水量、最大日降水量、暴雨次数、暴雨强度和降水集中率在湘中、湘西南和湘西北个别地区可能比原来更少,其余地区均可能增多。     

中国年代际暴雨时空变化格局

采用1951~2010年中国659个气象站点的日值降水数据,以中国气象局颁布的降水强度等级划分标准为依据,分别计算1951~1960、1961~1970、1971~1980、1981~1990、1991~2000、2001~2010年的年代际暴雨雨量、雨日和雨强,并统计了其相应的站点数目变化。结果表明,在时间上,中国年代际暴雨雨量和雨日显著增加,暴雨雨强也呈现增加趋势;在空间上,中国年代际暴雨雨量和雨日呈现出从东南沿海地区向华中和西南及环渤海地区逐渐扩张的梯度增加趋势,年代际暴雨雨强远不如暴雨雨量和暴雨雨日梯变明显。中国暴雨1951~2010年年代际时空变化格局很可能是在全球变暖大背景下中国地势与城市化共同作用的结果。     

玉溪暴雨天气发生规律及成因分析

1951~2008年玉溪市暴雨发生次数最多的是澄江县,其次是华宁、元江、红塔区。进入21世纪后,随着全球气候变暖,暴雨次数比20世纪明显增多,主要集中在盛夏6~8月,占总次数的72%,其中单点暴雨和小范围暴雨占全部过程暴雨的95%,造成了玉溪市主汛期洪涝灾害频繁发生。形成玉溪暴雨时空分布差异大的天气环流系统主要有切变冷锋型、高原糟冷锋型、两高辐合型、热带天气系统北上型四大类,其次,特殊的地形地貌也是造成玉溪单点暴雨和小范围暴雨较多的原因。     

辽宁省夏季降水量和极端雨量日时空变化特征分析

根据辽宁省23个气象站点1960-2014年的逐日降水量资料,运用线性倾向估计、滑动平均、累积距平、小波分析以及普通克里金空间插值等方法对辽宁省夏季降水量和极端雨量日进行时空变化分析。结果表明：55a来辽宁省夏季降水量整体呈现下降趋势,但降水强度正逐年增大,1984年、1992年和2010年降水趋势回升明显,夏季降水量的变化存在38a左右的主周期和22a左右的次周期。空间分布表现为由辽东南向辽西北逐渐减少;持续干旱天数呈现出显著的增大趋势,大雨日呈现不明显的减少趋势,暴雨和大暴雨日都有不明显的增大趋势。极端雨量日4项指标周期变化具有一致性特征,都在35~40a的时间尺度上存在明显的周期变化。大雨、暴雨、大暴雨在空间分布上具有一致性特征,极端雨量日4项指标的变化倾向率在东北西南方向都存在不同程度的条带性高低交替变化的特征。     

中国东部沿海地区暴雨对植被活动的影响

构建1982~2015年的长时间序列NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）数据集和收集190 个地面气象站点的降雨数据,运用空间数理统计方法在像元尺度上分析34 a来中国东部沿海地区暴雨灾害发生频率的变化与NDVI变化之间的关系。结果表明：1982~2015年中国东部沿海地区暴雨发生频率在0~13次/a,平均为2次/a。1982~2015年中国东部沿海地区总的暴雨发生次数在逐渐增加,主要集中在夏季。1982~2015年中国东部沿海地区NDVI均值为0.54,植被总体生长状态良好。NDVI分布呈明显的南高北低的空间特征,且总体表现为增加趋势,平均增加0.002/10a。1982~2015年中国东部沿海地区夏季暴雨灾害对NDVI具有明显的抑制作用。总体来看,暴雨灾害发生频率每增加1%,研究区植被NDVI将降低0.01%,但空间上表现为苏北和山东地区显著的抑制性,而河北与广东和广西北部表现为显著的促进作用。     

玉溪市50年来气温变化特征分析

利用玉溪市9个代表站1960～2010年50年的气温观测资料,使用数理统计和空间分析的方法,对玉溪50年来气温变化的基本特征进行了分析。结果表明:玉溪平均气温的变化有3种类型,即:"U型"、后段上升型和波动型。50年来气温变化总体呈上升趋势,而其中又以红塔区升温趋势最为明显。各站点50年年平均气温变化幅度小,气温偏离平均状态的程度不大。年平均气温异常共出现29站次,占记录总站年数的6.4%,出现气温异常的概率较小。     

1960~2013年京津冀地区干旱-暴雨-热浪灾害时空聚类特征

基于京津冀及周边34个气象站点逐日气温、相对湿度和降水数据,辅以Mann-Kendall趋势分析、SatScan时空重排扫描等数理统计方法,对1960~2013年京津冀地区干旱-暴雨-热浪灾害时空聚类特征进行分析。结果表明：① 1960~2013年京津冀地区干旱-暴雨-热浪变化具有阶段性,2000年之前干旱-热浪频次多为负距平,暴雨频次相对较多;2000年后干旱和热浪频次呈上升趋势,暴雨频次呈下降趋势;② 综合考虑多种致灾因子,京津冀地区高致灾因子区集中于东部沿海区和西部太行山地区,低致灾因子区分布于中部平原区;③ 1960~2013年京津冀地区干旱和热浪空间分布具有明显的重叠性,两者空间叠加区主要分布于5个区域：北部沿海区、北部燕山山区、西部太行山区、南部平原区。对于北京、天津、保定等中部平原区的城市而言,其为多灾种叠加的“平静区”,干旱-暴雨-热浪灾害时空群集事件相对较少。     

江苏省梅汛期暴雨特征及其对长江下游水位的影响

利用1961～2009年江苏省逐日降水资料和南京站逐日水文资料,采用模糊聚类、小波分析、相关分析等方法分析了江苏梅汛期暴雨的气候特征及其与长江下游水位的关系。发现,在梅雨期间江苏省大部分区域都会出现暴雨,但也存在明显的地域差异,暴雨量的多寡一定程度上决定了该年梅雨量的丰枯;江苏南、北两个区域梅汛期暴雨均存在多时间尺度特征,但其年际和年代际振荡的周期和强度随时间的变化有不同表现。长江下游南京站6~7月的水位变化与梅雨期暴雨的年际、年代际周期变化和异常年份的发生有一定相似性,江苏南区梅雨期暴雨量与南京水位的相关性通过了0.10的显著性检验,可以认为南京站6~7月水位的高低与梅雨期暴雨具有一定的相关性。     

近40年气候变化及其空间分异的多尺度研究——以内蒙古自治区为例

利用小波变换对内蒙古27个气象台站40年(1956~1995)的年平均气温和降水数据进行多尺度分析,结果表明,1956~1958是40年中最冷的年份,20世纪60年代初和90年代初是两个主要的气温升高和降水增加时期。在大时间尺度上,气温和降水基本处于相对高值,气温有逐渐增加趋势,部分气象台站的降水有减少趋势;中小尺度上气温和降水变化具有更多的表现形式,体现在气温冷暖变化和降水多少变化的频率和强度上。内蒙古气温变化的空间分布格局具有明显的沿纬度分布的特征,降水变化基本上体现了一种沿经度分布的空间格局。对内蒙古3~5月气候干湿状况研究表明,20世纪50年代末和80年代初是两个相对湿润时期,1994年后气候最为干燥,大时间尺度存在非常明显的气候由湿润到干燥的变化趋势;中小尺度上干湿状况变化较频繁。     

庐山旅游区气候变化特征及其影响因素分析

采用Mann-Kendall方法,对1955~2008年庐山旅游区气候要素进行变化趋势分析和突变检验,结果表明,近54 a来气温和降水都出现了不同程度的差异性升高和增加趋势。庐山旅游区年平均气温上升趋势较显著,20世纪90年代以来年平均气温明显偏高,并在1996年左右发生了突变。极端最高气温升高幅度微弱,但极端最低气温上升趋势显著,且升高幅度较大。年降水量呈微弱的增加趋势,20世纪70年代频繁波动突变,且20世纪70年代以来年降水量都较以前偏高,其中20世纪90年代最高。近年来,最大日暴雨量和年暴雨日数都呈增加趋势,20世纪90年代是最大日暴雨量和暴雨日数的最高时期。夏秋季节暴雨频繁,暴雨6月最多,大暴雨8月最多,且年降水量增加趋势的贡献可能是夏秋季节极端降水事件增加的结果。     

红河州暴雨时空分布特征分析

基于云南省红河州13个气象观测站1961~2010年逐日降水资料,使用Morlet小波分析等方法分析了红河州暴雨时空分布特征以及暴雨与降雨极值、降水量等的关系。结果表明:红河州暴雨日数和年暴雨雨量自北向南增多,单点暴雨最多,占69%,主要出现在南部地区;红河州大部分站点20世纪80年代后期暴雨日数、站次数和暴雨量都有增多的趋势;红河州全年均有暴雨发生,1月、2月最少,6月、7月最多;年暴雨雨量存在着3~7 a、5~11 a、8~17 a的周期变化规律,各县市以3年左右的小周期最具有普遍性;暴雨极值大多出现在5~9月份,年暴雨量与年雨量的丰-枯变化趋势一致。     

滇西北高原降水量时空变化特征

利用滇西北高原1961-2009年逐月降水量资料,采用多种统计分析方法,研究滇西北高原降水量的时空变化特征。结果表明:滇西北高原冬季、夏季和年平均降水量空间分布的主要特征是一致多雨或少雨型,且均具有经向分布特征,其次为"西北部-东南部"或者"西部-东部"反位相振荡型。冬季、夏季和年平均降水量的两种主要空间分布型所对应的时间系数均以年际变化为主,周期变化主要集中在4年以下的高频振荡时域内,其次是周期为12年的年代际变化。近48年来,滇西北高原冬季和年平均降水量随时间变化总体上均以增加趋势为主,增加趋势不明显,夏季降水量变化则呈减少趋势,其中香格里拉县夏季降水量减少趋势明显。     

1980～2013年滇西北地区降雨侵蚀力变化特征

利用多种统计方法,分析了1980~2013年间滇西北地区中雨、大雨、暴雨和侵蚀性降雨及其对应的日数、产生的降雨侵蚀力时空变化特征、突变时间和未来趋势。结果表明:各量级降雨侵蚀力空间分布差异较大,且表现为随降雨量级的减小而变小;大雨侵蚀力占年降雨侵蚀力的45%,起主导作用;降雨侵蚀力表现出降雨量级越大,集中程度越高的年内分布特征;不同量级降雨产生的降雨侵蚀力、降雨日数和降雨量在时间变化趋势上有增有减,未来表现为持续性;各量级降雨侵蚀力相对趋势在少部地区表现一致,大部地区存在明显差异;各量级降雨侵蚀力在1983年发生显著性突变,2002~2006年后,增长趋势不再明显。     

西藏自治区植被与气候变化的关系

气候变化下植被的时空响应是近年来的研究热点。高海拔西藏地区气候独特多变,研究该区域植被与气候变化的关系具有重要意义。西藏地区的气象站少,利用站点观测资料插值分析误差相对较大,难以准确获得空间连续的数据。本文采用2001~2013年MODIS卫星16天时间序列数据和同期的降雨卫星TRMM数据,利用线性回归和相关性分析法研究西藏地区植被、地表温度和降雨量的时空特征及相关性。研究表明:在2001~2013年间,西藏地区植被与地表温度、降雨量在时间波动和空间分布上具有一致性。植被NDVI逐年增大,植被状况逐渐改善,地表温度总体呈上升趋势,降雨量整体无明显变化,三者年际变化率主要集中在-0.005~0.005/a,-0.05℃~0.15℃/a,-30~40 mm/a。近13年来植被NDVI、地表温度和降雨量的变化区域差异性较大,在西藏中部和东部变化明显。植被NDVI的变化与气候变化(尤其是地表温度上升)密切相关,受降雨明显影响的区域分布在西藏中部,受地表温度明显影响的区域分布在西藏东部和西部。     

东南沿海西溪流域暴雨洪水的时空变化特征

为了进一步揭示我国南方地区暴雨洪水的时空变化特征,以东南沿海晋江西溪流域为例,基于1956-2011年历年最大一次洪水及其相应暴雨实测资料,以及东南沿海台风资料,将暴雨洪水区分为台风和非台风暴雨洪水两类,分别统计分析反映暴雨时空变化特征的一系列指标;应用多元线性回归模型,建立洪水洪峰流量与暴雨特征要素的多元相关关系。结果表明,西溪流域的非台风暴雨洪水主要发生在前汛期,其中81%分布在4-6月;台风暴雨洪水主要发生在后汛期,70%集中发生在7-9月份,其数量为非台风暴雨的两倍之多。暴雨类型的不同,其前期降水、次降雨量、降雨强度、暴雨中心位置、暴雨的空间分布和时程分配特点也相应变化,非台风暴雨通常降雨强度小,历时长,降雨时间上分布不均,暴雨前期流域下垫面含水量大;而台风暴雨降雨量较大,降雨强度明显较高,具有明显的降雨中心,空间分布较不均匀导致台风和非台风暴雨洪水时空变化特征差异明显。     

不同登陆地点影响福建的台风灾害时空特征分析

根据福建省灾害性气象年鉴和福建省气候影响评价资料,建立以县域为单元的福建省台风灾害数据库(按登陆地点建立分库),运用Excel软件和Mapinfo技术,重建了1980~2005年不同登陆地点影响福建省的台风灾害时空格局。研究表明:不同登陆地点影响福建省的台风灾害年际变化总体都呈波动上升趋势,年内明显集中在7~9月份、群发性强;空间上分布差异较大,登陆福建沿海的台风灾害Tzc高值中心集中分布在闽中北沿海,登陆广东影响福建的台风灾害Tzc高值中心集中分布在闽南沿海和闽西的龙岩、漳平和永定,登陆台湾影响福建的台风灾害Tzc高值中心主要分布在厦门市和闽中北沿海地区,登陆浙江影响福建的台风灾害Tzc高值中心主要分布在闽东北沿海和闽西北局部。     

贺兰山东麓暴雨气候特征及灾害防御对策

利用贺兰山东麓9个常规站及287个自动气象站汛期(5—9月)逐小时降水量资料,应用线性趋势系数、克里金插值及Morlet小波变换等方法,分析了该地区的暴雨时空特征和振荡周期。结果表明:(1)贺兰山东麓暴雨日数20世纪60年代最多,暴雨强度20世纪70年代最强,暴雨贡献率2011—2019年最大。(2)1961—2019年年平均暴雨日数为2.1 d,暴雨强度为46.6 mm·d-1。(3)1961—2019年暴雨日数有2.1 d·(10a)-1的下降趋势,暴雨强度变化不大,暴雨贡献率有1%·(10a)-1的弱上升趋势。(4)暴雨主要出现在7月和8月,集中出现在7月中旬至8月中旬。(5)贺兰山东麓各站不同时间段共出现短时强降水810次,主要出现在夜间21:00—22:00和白天16:00,其中夜间暴雨占57.8%。(6)暴雨日数存在2～6 a、7～15 a的周期性变化,变化的第一主周期为3 a,暴雨强度存在2～4 a、5～16 a的周期变化,变化的第一主周期为9 a。(7)暴雨出现日数最多、强度最强、量级最大的区域主要分布在贺兰山银川至石嘴山段的沿山区域。(8)洪涝灾害具有发生频率高、涉及范围广,季节性明显、区域集中,破坏性强、造成损失大等特点。     

河西走廊东部极端降水的时空分布及影响因子分析

利用线性回归分析、Mann-Kendall检验法和和小波分析法,统计分析了河西走廊东部1961-2012年近52 a来暴雨日数的变化规律。结果表明：河西走廊东部年平均暴雨日数为1.2 d·a-1,多为局地暴雨,暴雨日数时空分布差异大,从南向北、从东向西暴雨日数迅速递减,暴雨最多的地方出现在祁连山北坡迎风坡的古浪县。然而,年暴雨日数变化总体呈上升趋势,其线性倾向率为0.24次·（10 a）-1,年暴雨日数最多年代出现在21世纪00年代,出现15场次;最少的年代出现在20世纪80年代,仅为6场次;区域性暴雨出现最多年代、最少年代与区域性暴雨强度呈相反态势。暴雨日数受季风变化影响显著,出现时段集中在6～8月,占全年暴雨日数的90.3%。其中8月暴雨日数最多,占总次数的48.4%;一日中暴雨主要出现在白天。采用Mann-Kendall检验法进行检验,河西走廊东部年暴雨日数增加从1963年开始,1985-2012年为显著增加,气候变暖使区域内极端降水出现次数增多。小波分析发现暴雨日数存在9 a和6 a周期。区域内年降水量与暴雨日的变化趋势相同,说明区域内极端降水日数增多导致了年降水量的增加。利用1983-2012年近32 a的NCEP再分析资料,将暴雨出现的高空环流形势归纳为副高西部西南气流型、河套阻塞高压型,大量级暴雨产生在高空河套阻塞高压型中;根据暴雨产生的物理机制,归纳总结出河西走廊东部暴雨产生的物理要素阈值。     

天山山区近40年秋季气候变化特征与南、北疆比较

利用新疆1959~1998年的秋季温度降水资料,分析天山山区近40年来秋季气候变化的基本特征,所得结果如下: (1) 天山山区秋季温度在冷暖变化阶段上与北疆的相似性强于南疆,但其秋季降水在干湿变化阶段上与南、北疆不同。 (2) 秋季温度空间分布的同步变化性以北疆为最好,南疆最差,天山山区居中。秋季降水空间分布的同步变化性以南疆最好,天山山区最差,北疆居中。 (3) 20世纪60~90年代,天山山区表现为波动升温,而南疆和北疆表现为持续增温,均以90年代温度最高,80年代是三大区域秋季降水最多的年代。60,70及90年代,三大区域的秋季降水均低于30年均值。     

1960-2010年中国西南地区0 ℃层高度变化特征

使用西南地区1960-2010 年14 探空站高空气象资料和对应的14 个地面观测站的5 个气温要素和2 个降水要素资料,通过Mann-Kendall 检验,线性趋势法、相关分析法及R/S 分析方法,分析了西南地区0 ℃层高度的时间变化特征和空间分布情况以及0 ℃层高度与气温、降水、海拔的相关性分析,并预测了0 ℃层高度未来变化趋势及持续性强度。结果表明:(1) 西南地区0 ℃层高度年代际变化表现为自20 世纪70 年代后突然降低之后逐渐升高的趋势,各季节年代际变化也不尽相同;(2) 西南地区0 ℃层高度在年际变化方面,在全年、秋季和冬季处于上升趋势,以冬季变化趋势最为明显且通过了显著性检验,春季和夏季处于不明显的下降趋势;(3) 西南地区0 ℃层高度的空间分布表现为由南向北逐渐降低的趋势,夏季较为均匀,从年际变化空间分布来看,年、季节变化空间差异也比较明显;(4) 西南地区各气温和降水要素表现出非常明显的空间差异,与降水各要素相比较,气温各要素与0 ℃层高度相关性更显著;从0 ℃层高度与海拔高度相关性来看,夏季0 ℃层高度与海拔高度相关性最好,而与其他季节及年的相关性不明显。(5) 未来趋势预测表明,西南地区年、季节0 ℃层高度变化趋势与过去一致,并且大部分站点保持较强的持续性。