湖南极端干旱气候时段人影作业潜力分析

利用湖南97个气象观测站逐日综合气象干旱指数、逐日降水量和湖南天气气候分区,研究湖南极端干旱特征和极端干旱时段内人工影响天气增雨潜力,结果表明:①湖南极端干旱期有相当的增雨潜力,各个分区的极端干旱频次和大气可降水量年代际变化除70年代外均呈现为北少南多的特点。②极端干旱时段内各分区年均可增雨日数主要表现为月际差异,可增雨日数主要集中在8—10月,各分区区域差异较小,各分区在伏旱期的可增雨日数大约占伏旱期的16%～20%。③湖南极端干旱按照出现的季节分类有11种,频次最高的是夏秋连旱,同时夏秋连旱的可增雨日数最多。     

不同时间尺度下气象旱涝强度评估指数

基于逐日气象干旱指数,构建了可以反映某一时段内气象旱涝强度的标准化阶段气象旱涝强度指数 (staged meteorological drought intensity index, I_SD) 和阶段气象旱涝时间分布状态的标准化阶段气象旱涝空间分布差异指数 (staged meteorological drought discrepancy index, I_SDD)。以构建昆明月尺度的I_SD和I_SDD为例说明了阶段气象旱涝指数的构建方法,通过对不同时段降水距平百分率、I_SD, I_SDD和标准降水指数 (standardized precipitation index, I_SP) 的对比分析,结合降水及逐日气象干旱指数 (multi-scale standardized precipitation index, I_MSP) 的演变,验证了I_SD和I_SDD的有效性。对于任一站点的不同时间尺度,两个指数可以在日尺度到年尺度乃至更大的时间尺度上进行计算,通过Boltzmann函数来构建I_SD和I_SDD的方法具有很好的拓展应用性,其他气象干旱指数也可以采用该方法来构建阶段干旱指数。     

我国西南周边地区夏秋季节降水变化及相应环流特征分析

利用云南省124站观测资料及CRU(Climatic Research Unit)高分辨率降水数据分析了我国西南周边地区的降水时空变化特征, 并进一步对该地区夏、秋季节降水的周期、降水与季风活动的关系以及旱涝时期环流背景做出分析, 以探讨其年代际变化的可能影响机制。结果表明, 我国西南周边地区的降水空间分布随季节演变, 西南地区处于降水量相对小值区, 各季节降水量存在明显的年际变化以及年代际振荡特征。通过周期分析发现, 研究区域夏、季秋季降水均存在明显的年代际尺度周期, 近年来西南地区连续干旱很可能是由夏季和秋季的年代际尺度周期负位相配合造成, 并且降水的减少与夏季风活动偏弱、季风持续时间偏短有关。夏季秋季少雨时期与多雨时期环流场存在显著差异, 表现为少雨时期我国东部低层异常的偏北风, 青藏高原附近高层异常的反气旋型环流, 多雨时期则相反。     

Statistical bias correction for daily precipitation in regional climate models over Europe

We design, apply, and validate a methodology for correcting climate model output to produce internally consistent fields that have the same statistical intensity distribution as the observations. We refer to this as a statistical bias correction. Validation of the methodology is carried out using daily precipitation fields, defined over Europe, from the ENSEMBLES climate model dataset. The bias correction is calculated using data from 1961 to 1970, without distinguishing between seasons, and applied to seasonal data from 1991 to 2000. This choice of time periods is made to maximize the lag between calibration and validation within the ERA40 reanalysis period. Results show that the method performs unexpectedly well. Not only are the mean and other moments of the intensity distribution improved, as expected, but so are a drought and a heavy precipitation index, which depend on the autocorrelation spectra. Given that the corrections were derived without seasonal distinction and are based solely on intensity distributions, a statistical quantity oblivious of temporal correlations, it is encouraging to find that the improvements are present even when seasons and temporal statistics are considered. This encourages the application of this method to multi-decadal climate projections.     

淮海地区降水周期及突变特征分析

利用淮海地区1955—2004年23个气象站点的逐日降水资料,分析了淮海地区降水的主要周期振荡以及突变点,结果表明:该地区降水均有多个时间尺度的周期变化特征,降水周期变化显著,干湿交替现象明显;降水的年代际以及年际尺度的主要周期:年降水为12a、9a、5a,春季降水为14a、6a、3a,夏季为10a、4a,秋季为21a、10a、7a,冬季为18a、5a。年降水减少趋势明显,在1967年发生了突变,由相对多雨期转入相对少雨期;春季、夏季、秋季降水都有不同程度的减少趋势,而冬季降水则表现为增加的趋势。     

干旱指数在山西逐日监测中的适用性研究

综合气象干旱指数(CI)和标准化降水指数(SPI)在逐日监测中往往会出现干旱突然加重的现象,这是由于某时段内每日降水量对当前干旱的发展贡献是等权重的。本文基于线性递减非等权重的方法对CI进行了修正,同时对加权降水量(WAP)进行了标准化(Standard WAP Index,SWI)。以山西为例,通过对比CI修正前后,即CI和CI_new(CI修正后),与SPI和SWI在不连续加重现象(UED)的总体分布、典型事例干旱演变特征以及与土壤湿度相关性等方面的差异,分析了4种干旱指数对山西逐日干旱演变的监测能力。结果表明:1)CI_new出现UED的次数较CI有了明显下降,SWI出现UED的次数也比SPI有了大幅的减少,且SWI在这4种指数中是出现UED次数最少的指数;2)CI_new和SWI较CI和SPI与同期土壤湿度的相关性均有所提高,表明修正后的CI_new和SWI更加符合土壤湿度的变化,更能反映土壤干旱的演变规律。针对干旱发展过程中不连续加重的现象,通过非等权重方法有效地减少了该现象的发生。     

Validation of precipitation events in a regional climate model simulation using methods from complex systems theory

Summary We show that daily precipitation is characterized by a behaviour regulated by power laws. Both for the frequency distribution of both event intensity and drought duration. In this respect, precipitation appears to follow self-organized criticality laws, much as other geophysical phenomena such as avalanches and earthquakes. We use this feature to validate the simulation of daily precipitation events in a multi-decadal regional climate model experiment for the European region. Our focus is on the Italian peninsula and we show that both the model results and the station observations for daily precipitation intensity and drought length follow power laws with comparable values of the relevant parameters. We suggest that complex systems theory can provide useful tools for the validation of precipitation statistics in climate models.     

基于水热条件下干旱实时动态监测研究

从干旱实时监测气象服务的需要出发，研究并提出了考虑近期降水、土壤底墒（前期降水）和气温三种要素，利用实时天气资料来计算干旱指数的方案，即重庆市干旱动态监测指数。该指数考虑了造成干旱的三个主要原因：降水持续偏少、日最高气温高、前期降水少。利用该指数，建立干旱实时监测业务系统，对2004年重庆市盛夏发生的干旱进行了逐日跟踪动态监测，效果良好。     

气候变暖下东北地区春玉米生产潜力变化分析

针对干旱气候变化及其对淮河流域夏玉米的可能影响,基于历史灾损构建的致灾阈值模型,应用第5次耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,CMIP5）中的5个全球气候模式（GCMs）和3种典型浓度路径（RCPs）情景输出的逐日气温和降水量数据,计算不同RCPs情景下致灾阈值以上气象干旱发生频率,结合承灾体的暴露度和脆弱性,构建干旱灾害风险评估模型,开展淮河流域21世纪近期（2020—2039年）、中期（2040—2069年）和远期（2070—2099年）夏玉米抽雄—乳熟期卡脖子旱风险预估。结果表明：不同气候模式对淮河流域的气温和降水量具有较好的模拟能力,气温模拟效果更佳。未来夏玉米抽雄—乳熟期将有所提前,该生育期日数缩短;预估未来淮河流域夏玉米抽雄—乳熟期气象干旱日数年际变幅大,从其线性趋势看,RCP4.5和RCP8.5情景下气象干旱日数线性趋势不明显,而RCP6.0情景下线性增加显著。在致灾因子及承灾体的综合影响下,未来淮河流域夏玉米卡脖子旱风险年际波动大,干旱灾害风险增大,21世纪各时期,其风险远期最高、中期最低;不同情景由低向高排放情景下干旱风险依次增高。预估的干旱风险空间差异明显,总体上该流域北部风险高于南部、西部高于东部。

     

锦州地区逐日降水概率分布特征

利用锦州地区的逐日降水量观测资料对逐日降水量的概率分布进行了统计分析,采用最大似然估计法得到Gamma函数分布的形状参数α和尺度参数β,通过Gamma概率分布模拟观测站点逐日降水的概率分布。结果表明：锦州地区逐日降水频率整体趋势先上升后下降,基本呈对称式分布,降水概率有一定的振荡,个别日会出现远超相邻日期的降水频率,7月21日降水频率最高,在不计微量降水的情况下,最低逐日降水概率有多个日期为0。各季降水频率偏低是造成义县地区干旱的原因之一;北镇夏季平均降水频率最低,但其夏季平均降水量却为锦州地区最高,说明北镇可能易出现较大量级降水或易出现极端降水天气。清明期间降水频率在50%以上、高考期间降水频率在80%以上,符合大众日常对特殊日期降水情况的认知;逐日降水频率可以为公众气象服务提供新的思路。凌海、北镇更容易出现极端降水天气;锦州地区日降水出现小雨天气概率最高,暴雨以上降水概率较低,锦州地区各站极少出现大暴雨以上量级降水,对锦州降水量级预报,尤其是暴雨或大暴雨以上降水量级的预报起到一定的指示作用。     

Simulation of extreme precipitation over the Yangtze River Basin using Wakeby distribution

Based on the daily observational precipitation data at 147 stations in the Yangtze River Basin during 1960–2005 and projected daily data of 79 grid cells from the ECHAM5/ MPI-OM model in the 20th and 21st century, time series of precipitation extremes which contain AM (Annual Maximum) and MI (Munger Index) are constructed. The distribution feature of precipitation extremes is analyzed based on the two index series. Three principal results were obtained, as stated in the sequel. (i) In the past half century, the intensity of extreme heavy precipitation and drought events was higher in the mid-lower Yangtze than in the upper Yangtze reaches. Although the ECHAM5 model still can’t capture the precipitation extremes over the Yangtze River Basin satisfactorily, spatial pattern of the observed and the simulated precipitation extremes are much similar to each other. (ii) For quantifying the characteristics of extremely high and extremely low precipitation over the Yangtze River Basin, four probability distributions are used, namely: General Extreme Value (GEV), General Pareto (GPA), General Logistic (GLO), and Wakeby (WAK). It was found that WAK can adequately describe the probability distribution of precipitation extremes calculated from both observational and projected data. (iii) Return period of precipitation extremes show spatially different changes under three greenhouse gas emission scenarios. The 50-year heavy precipitation and drought events from simulated data during 1951–2000 will become more frequent, with return period below 25 years, for the most mid-lower Yangtze region in 2001–2050. The changing character of return periods of precipitation extremes should be taken into account for the hydrological design and future water resources management.     

基于前期降水指数的气象干旱指标及其应用

从气象干旱定义出发,考虑干旱累积效应,借鉴前期降水指数（API）和标准化降水指数（SPI）,建立基于标准化前期降水指数（SAPI）的逐日气象干旱指标,并利用1961-2010年全国632个台站的气象资料分析SAPI的适用性特征。结果表明：逐日SAPI曲线呈典型“锯齿型”特征,在降水持续偏少时段平稳下降,克服了基于“等权累加”建立的综合气象干旱指数由于前期降水移出计算窗口而导致的“不合理旱情加剧”问题,能够精细刻画干旱发生、发展和结束过程。SAPI敏感性分析表明,加剧一个干旱等级需要的无雨日数在降水越少的季节（地区）越多, 减缓一个干旱等级需要的日降水量在降水越少的季节（地区）越少。各等级旱日频率总体上与理论频率一致。降水量较少的季节（地区）,轻旱、中旱及总旱频率略高于降水量较多的季节（地区）,而重旱、特旱频率时空特征相反。1961-2010年全国平均各等级旱日频率均呈下降趋势,其中特旱较为明显,但具有复杂的时空特征：9-11月各等级旱日频率显著增加,其余月份以减少为主;各等级旱日频率总体上呈“西减东增”趋势。     

Copula-based risk evaluation of droughts across the Pearl River basin, China

Daily precipitation data for the period of 1960–2005 from 42 precipitation gauging stations in the Pearl River basin were analyzed using the Mann–Kendall trend test and copula functions. The standardized precipitation index method was used to define drought episodes. Primary and secondary return periods were also analyzed to evaluate drought risks in the Pearl River basin as a whole. Results indicated that: (1) in general, the drought tendency was not significant at a 95 % confidence level. However, significant drought trends could be found in November, December, and January and significant wetting trends in June and July. The drought severity and drought durations were not significant at most of the precipitation stations across the Pearl River basin; (2) in terms of drought risk, higher drought risk could be observed in the lower Pearl River basin and lower drought risk in the upper Pearl River basin. Higher risk of droughts of longer durations was always corresponding to the higher risk of droughts with higher drought severity, which poses an increasing challenge for drought management and water resources management. When drought episodes with higher drought severity occurred in the Pearl River basin, the regions covered by higher risk of drought events were larger, which may challenge the water supply in the lower Pearl River basin. As for secondary return periods, results of this study indicated that secondary return periods might provide a more robust evaluation of drought risk. This study should be of merit for water resources management in the Pearl River basin, particularly the lower Pearl River basin, and can also act as a case study for determining regional response to drought changes as a result of global climate changes.     

1981—2020年沈阳地区春玉米生长季水热资源时空特征

利用沈阳地区7个气象站点逐日气象数据以及春玉米生育期数据,对1980—2020年春玉米播种期、苗期、拔节期、抽雄期、成熟期和全育期的生长度日(GDD)、高温度日(HDD)、降水量及其气候倾斜率的时空变化特征进行了分析。结果表明：春玉米全育期生长度日呈上升趋势,各生育期生长度日空间分布差异不太显著,总体上呈由北向南递增趋势,高值主要分布在浑南区和苏家屯区,低值分布在康平县和法库县。春玉米全育期高温度日呈递增趋势,除康平县在成熟期高温度日呈减少趋势,其他各地生育期高温度日均呈增加趋势,空间上由西北向东南不断递增。沈阳地区在近40 a春玉米全生育期均呈降低趋势,空间上由东南向西北呈递减趋势,在苗期各地降水均呈增加趋势,其他时期均以减少趋势为主。沈阳地区春玉米全育期热量资源呈增加趋势,但降水量呈减少趋势,此种趋势增大了该地区极端高温和气象干旱风险。     

湖北省不同等级降水特征及与旱涝关系分析

基于湖北省近61年71个国家站逐日降水数据,本文利用降水异常指数Z和线性分析等方法,分析不同地区降水特征及与旱涝关系,得出结论如下：（1）湖北省年均降水自北向南递增,山区冬夏季雨日相当,降水量鄂西山区＞鄂东山区＞江汉平原＞汉江河谷;（2）雨日随等级减小,大等级降水多发生于鄂东南。鄂西北暴雨占比最小,鄂西南各等级降水相当,江汉平原及以东地区中雨及以上量级降水贡献率较大;（3）年均雨日呈衰减趋势,降水量相反,而山地平原夏季雨日贡献率增加。小等级降水比例减小,年代际变化中降水日数呈减少趋势,而降水量“中间偏多,两端偏少”;（4）雨日对降水量的贡献率远高于降水强度。典型涝（旱）年降水距平百分率随降水等级增大,说明暴雨的距平变化可基本反映旱涝年。     

湖北省不同等级降水特征及与旱涝关系分析

基于湖北省1961—2020年71个国家站逐日降水数据,利用降水异常指数Z和线性分析等方法,分析不同地区降水特征及与旱涝关系,结果表明：（1）湖北省年均降水自北向南递增,山区冬夏季雨日相当,降水量鄂西山区>鄂东山区>江汉平原>汉江河谷;（2）雨日随等级减小,大等级降水多发生于鄂东南。鄂西北暴雨占比最小,鄂西南各等级降水相当,江汉平原及以东地区中雨及以上量级降水贡献率较大;（3）年均雨日呈衰减趋势,降水量相反,而山地平原夏季雨日贡献率增加。小等级降水比例减小,年代际变化中降水日数呈减少趋势,而降水量“中间偏多,两端偏少”;（4）雨日对降水量的贡献率远高于降水强度。暴雨的距平变化可基本反映旱涝年。     

2022年夏秋季鄱阳湖流域气象要素异常特征及干旱演变

2022年夏秋季鄱阳湖流域发生了历史罕见的气象干旱事件,科学分析此次干旱过程气象要素特征和干旱发展演变对开展干旱预报预警以及防旱抗旱具有重要意义。利用鄱阳湖流域内87个国家站1961—2022年的逐日降水量、气温和蒸发资料,应用本地化的综合气象干旱指数,分析此次干旱过程的主要气象要素异常特征和气象干旱发展演变。结果表明：2022年夏秋季,鄱阳湖流域及其五大支流平均降水量为1961年以来同期最少;平均气温和高温日数为同期新高或次高,多站极端最高气温创新高;各流域蒸发量远远大于降水量,且秋季降水蒸发差大于夏季;流域各地出现了夏秋连旱,且秋旱重于伏旱,其中9—10月全流域出现重旱或特旱。     

临沂市汛期暴雨与旱涝

根据临沂市１９６１－１９９７年逐日降水资料,计算了汛期暴雨日数,相当蚶日 与旱涝级别和汛期总降水量的关系。得出：汛期暴雨多少对汛期降水多少具有决定性作用。在某种意义上讲,汛期旱涝预测主要是汛期暴雨预测。     

多时间尺度下黑龙江省1980—2014年干湿演变特征及主导因子分析

利用黑龙江省1980—2014年28个气象台站常规观测资料,计算得到全省的相对湿润度指数。运用ArcGIS反距离权重空间插值法、趋势系数及相关分析法对全省作物生长季及各个季节干旱分布、干湿发展趋势及主要影响因素进行具体分析。结果表明:就相对湿润度指数年际分布而言,生长季干旱主要集中在2000—2010年,夏季和秋季干旱主要集中在1995年之后,春季干旱则在全时段均有发生,其中重旱和特旱居多;就相对湿润度指数变化趋势而言,春季全省整体呈微湿润化的趋势,冬季呈显著地湿润化发展趋势,其余时段则呈现干旱化发展,但不同时段空间差异显著;分析降雨量、潜在蒸散量与相对湿润度指数的相关系数发现,降雨量始终是黑龙江省生长季及各个季节相对湿润度指数变化的主导因子,但夏季潜在蒸散量的影响有所增加。     

基于SPEI的河南省冬小麦生育期干旱时空特征分析

利用河南省24个地面气象站1961-2009年逐日降水和气温资料计算SPEI(标准化降水蒸散指数),并按照SPEI的标准界值将干旱强度划分为轻度干旱、中度干旱和极端干旱.根据河南省冬小麦的生长特点将小麦生育期划分为生育前期、分蘖期和返青-抽穗-成熟期.采用Meteoinfo软件、Morlet小波分析方法、线性回归研究不同生育期干旱变化趋势、覆盖范围、发生频率、周期及空间分布,结果表明,冬小麦各个生育阶段均出现过不同程度的干旱,只是不同地区、不同年份发生的频率和强度不同,但各阶段均存在着轻度干旱发生的概率最大,而极端干旱发生的概率最小的特点.驻马店地区在各阶段发生干旱的概率都较大.对河南省冬小麦全生育期的SPEI分析表明,全生育期干旱出现概率的极值中心有显著的10 a左右的周期变化特征,近年来干旱指数呈逐渐增大的趋势.