1965-2010年7-9月影响中国的热带气旋降水变化趋势分析

利用中国气象局逐日台站降水和上海台风研究所最佳台风路径等资料,对1965—2010年夏季(7—9月)影响中国热带气旋降水的变化趋势及影响机制进行了分析。热带气旋降水主要影响中国东部和南部,夏季平均的热带气旋降水由沿海向内陆,由东南向西北递减。自1965年以来,夏季影响中国的热带气旋降水呈现华东及东南沿海增多,华南沿海、海南岛以及西南地区减少的变化趋势。分析发现,一方面夏季西北太平洋副热带高压加强西伸,导致同期中国东部地区上空水汽辐合增强;另一方面热带气旋的引导气流发生变化,使夏季热带气旋盛行路径由南海向东亚沿岸偏移,这两个因子的共同作用致使影响中国的热带气旋降水发生变化。     

中国大陆地区小时极端降水阈值的计算与分析

文章概述了近10 a来关于中国极端小时降水的研究成果,为及时了解和掌握该领域研究进展、开展相关科学研究和进行强降水预报服务提供有价值的科学依据和参考。现有的研究表明：（1）极端小时降水的阈值通常采用百分位和拟合经验函数得到,阈值强度分布在中国的区域差异大,最强阈值位于华南沿海、海南岛、台湾岛和华北平原,次大值位于四川盆地和长江中下游地区。（2）根据中国极端小时降水发生的天气背景特征,主要分为四大类型：热带气旋型、锋面型、低涡或切变线型、弱天气尺度强迫型。每种类型极端小时降水的空间分布、季节变化和日变化特征各不相同。（3）定义“极端小时降水事件”为：站点连续观测到降水大于等于0.1 mm·h^-1的一段时间,其中最多只有1 h的降水间断,且至少发生一次极端小时降水。中国极端小时降水事件维持时间在东南沿海、长江中下游一带较长（超过12 h）,而在中国北方则普遍较短（不到6 h）。极端小时降水事件具有不对称性,即从降水开始到出现雨量峰值较为迅速,而从出现峰值至降水结束则变化较为缓慢,该特征在西部地形复杂地区更为明显。（4）过去50多年,中国极端小时降水的变化趋势呈现正负相间的空间分布特征。观测分析表明,上海和珠三角城市地区极端小时降水在城市化迅速发展的近30 a间具有区别于周围地区的显著增长趋势,而观测和模拟均表明北京城市强热岛效应有利于增强小时降水。

     

青藏高原中东部极端降水的时空变化特征

伴随全球气候变暖,极端降水事件明显增多,造成的灾害损失日益增加。青藏高原作为全球气候变化敏感区域,开展该区域极端降水事件时空变化特征研究有助于提升高原气候预测和防灾减灾能力。利用1961—2017年青藏高原中东部68个气象站逐日降水观测数据,通过百分位阈值法和线性倾向估计法,结合极端降水指数,分析该区域极端降水时空分布及变化趋势,探讨不同等级降水对总降水量的贡献。结果表明：青藏高原中东部地区各极端降水指数总体均由东南向西北递减,东南部是总降水和极端降水高值区,但该区域对整体降水量增加的影响较小。近57 a来,各极端降水指数整体均呈增加趋势,总降水量及其强度、强降水量、1日最大降水量和连续5 d最大降水量增加趋势显著,强降水量气候倾向率大于特强降水量,且强降水量占比明显增大,而特强降水量占比略有减小,表明强降水量增加对总降水量的贡献更大。强降水量和强降水、中雨日数与总降水量及其强度的变化趋势空间分布基本一致,区域东北部为显著增加区,中雨、强降水日数及雨量的增加导致高原中东部总降水量和极端降水量增加。     

西北太平洋热带气旋残留低压对中国大陆地区降水的影响

西北太平洋热带气旋(TC)是影响中国降水的重要天气系统,其减弱后的残留低压(TCRL)仍然携带大量的水汽和能量,给其经过之处带来强降水。为分析热带气旋残留低压对中国降水的影响,采用客观方法从ERA-40和ERA-Interim再分析资料中识别出热带气旋对应的气旋,从而得到热带气旋残留低压活动资料。将残留低压的活动路径分为东北路径、东南沿海路径和西行路径3类,采用客观天气图分析法(OSAT)得到残留低压影响下的降水分布,对残留低压的活动路径和降水的分析结果表明,文中采用的方法能追踪得到热带气旋的完整生命史,在1958-2014年进入警戒区的718个热带气旋中,追踪得到706个对应的气旋,追踪的气旋中心与热带气旋中心平均距离131 km;共443个热带气旋有对应的残留低压,平均持续时间48.5 h,1 d以上的残留低压共293个,占66.1%,残留低压的持续时间与对应的热带气旋强度没有显著的关系,夏季残留低压持续时间较冬季长;对内陆地区的影响残留低压较热带气旋更为显著,降水影响自东南向西北减少,影响范围较热带气旋西扩,强度更大;东北路径主要进入地区为东北和华东地区,影响中国东部地区的降水;东南沿海路径影响范围最广,影响降水的强度最大;西行路径进入范围仅华南和西南地区,主要影响中国南部地区的降水,降水强度最小。      

中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景

基于中国测站的降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,取第95百分位数作为极端降水阈值,通过经验正交函数分解(EOF)方法将中国东部分为华南、长江中下游、华北和东北三个地区,定义极端降水事件,并对中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景进行研究。结果表明,极端降水事件随日期的变化与中国东部夏季雨带的南北移动相吻合。近54年来,华南极端降水事件频数在1991年左右突增,长江中下游地区有两次突变,1991年左右突增,2000年左右突减。华北和东北地区在1999年左右突减。发生极端降水事件时,低层850 hPa出现局地异常气旋环流,位势高度异常降低,对应低空异常辐合;中层500 hPa,西太副高位置异常偏南有利于华南极端降水的发生,副高西伸有利于长江中下游的极端降水,位置偏北易造成华北和东北极端降水;高层200 hPa,发生极端事件时降水关键区位于西风急流轴右侧,对应异常反气旋环流,这种高层辐散低层辐合的环流配置为极端降水提供动力条件。极端降水的气候平均态水汽主要来源于南半球和西北太平洋。副高的位置异常影响我国东部水汽输送异常,造成不同地区的极端降水。      

未来气候情景下中国东部极端降水和气温的危险性特征

基于BCC-CSM11模式降尺度预估结果,通过构建极端天气气候事件的危险性指数,考察和分析了中国东部极端降水和气温未来气候情景下可能的变化趋势和危险性分布格局。结果表明: 1）在中等排放情景（RCP4.5）下,近期（2021—2050年）极端降水和极端高温危险性呈现增强趋势,危险性指数增幅分别约为2%和10%,而极端低温危险性则呈减弱趋势,危险性指数降幅约为4%。21世纪末期（2070—2099年）,极端降水和气温危险性均基本保持现有水平,未有明显趋势。在高等排放情景（RCP8.5）下,极端降水和极端高温危险性将持续增强,至21世纪末危险性指数增幅分别约为5%和60%;极端低温危险性持续减弱,危险性指数降幅约为5%。2）在未来气候情景下,中国东部极端高温的危险性以全域持续增强为主要特征,特别是西南地区、长江以南地区和东南沿海危险性增强最为显著。至21世纪末,在高排放情景下的危险性指数增幅为30%—60%。极端降水危险性在黄河上游、长江上游和下游以及东北地区中南部等地区呈增强趋势,危险性指数增幅为3%—5%。极端低温危险性全域呈减弱趋势,至21世纪末期高等排放情景下的危险性指数最高降幅为7%—9%。     

近30年影响我国东南沿海的热带气旋降水强度变化特征分析

利用中国地面台站逐日降水资料和中国气象局上海台风研究所整编的热带气旋最佳路径资料研究了1978～2007年影响我国热带气旋降水强度的变化及其对我国东南沿海盛夏降水变化的影响.近30年影响我国东南沿海盛夏的热带气旋降水增加是导致我国东南沿海盛夏降水显著增加的主要原因.仅从热带气旋降水来看,东南沿海和内陆(包括江西、湖南东部和湖北南部)热带气旋降水强度显著增加,而影响热带气旋降水频次略有增加.通过对雨量站与引起降水热带气旋的中心距离的变化分析发现:内陆地区影响热带气旋距离显著下降,近距离热带气旋引起降水的增加,是该区域热带气旋降水强度增加的主要来源;而东南沿海地区近距离热带气旋降水增加不明显,热带气旋降水强度的增加主要由于同距离热带气旋降水强度的增加.热带气旋经过频次的空间的变化结果证实,近30年经过中国沿海的TC个数变化不大,仅福建沿海一带略有增加,而内陆地区则增加明显,且经过该区域时热带气旋移动速度变慢,这均与该区域近距离热带气旋降水的增加一致.     

“菲特”(1323)台风降水的极端性分析

基于1981—2013年间的热带气旋降水资料,使用百分比法研究了台风"菲特"所带来降水的极端特性,并进行了降水重现期特征分析。结果表明:台风"菲特"期间的日降水量、小时雨强、过程降水量超过"单站热带气旋极端降水阈值"和"中国热带气旋极端降水阈值"的站点几乎覆盖了整个上海以及浙江北部地区,并且日降水量和过程降水量达百年一遇标准的也占相当大的比例,甚至有的站点创历史极值,此次过程在这些地区是很罕见的。相比较而言,"菲特"影响期间,极端日降水和极端过程降水的分布范围以及极端性都大于小时雨强,极端过程降水较极端日降水分布范围小,但极端性更强。     

全国热带气旋降水量的初步气候分析

利用1949—2009年热带气旋降水资料分析了全国热带气旋降水的时空分布特征。结果表明,全国各地区热带气旋降水的空间分布很不均匀,大致呈现东南—西北向的梯度分布,东南沿海地区降水量最大,西北内陆地区最小。另外,地形对降水的空间分布也有影响,例如东南沿海和山脉迎风坡的地形作用尤为显著。此外,比较不同年份的热带气旋降水的空间分布特征,有很多相似之处,如随经纬度的变化趋势,降水最大中心位置等。热带气旋降水具有比较明显的年代变化和显著的年际震荡。年代变化表现为20世纪50—60年代为大幅增加的过程,60—80年代降水总量基本维持,80年代后期降水呈现明显的震荡趋势。     

1959—2012年我国极端降水台风的气候特征分析

利用上海台风研究所整编的1959—2012年台风最佳路径和台风日降水资料,采用百分位法确定单站台风极端降水阈值,针对单个台风影响过程中所造成极端降水的影响范围、降水日数和降水强度异常等指数进行逐个评估,建立了极端降水台风综合指数,依据该指数确定了影响我国的57个极端降水台风,并统计分析了这些台风个数及强度的月际分布特征和路径特点。结果表明：台风极端降水阈值在我国呈由东南沿海向西北内陆减小的分布特征。极端降水台风影响我国的路径大致分为两类,一类穿过台湾或经过台湾北部洋面在我国东南沿海登陆,另一类则于华南沿海登陆或在其近海活动。极端降水台风在20世纪60—70年代及2000年以后相对频发,70年代平均综合指数最高。极端降水台风均出现在5—10月,7—8月频次最多。57个台风中达到台风和强台风级别的最多。     

两广地区热带气旋极端降水特征及成因初探

基于1960—2014年中国广东、广西地区（简称两广地区）184个台站的逐日降水资料、热带气旋（TC）最佳路径集以及ERA-Interim、ERA-40再分析资料,利用TC降水天气图客观识别法、TC路径相似面积指数、动态合成法,从TC过程最大日降水的角度,分析了两广地区TC极端降水的时空特征, 并针对主要特征进行成因诊断。结果表明:50年来,两广地区TC过程的最大日降水≥50、100 mm的频数分别呈-0.66和-0.44次/(10年)的下降趋势,而最大日降水≥250 mm频数则表现出0.16次/(10年)的上升趋势;TC最大日降水频数和强度的大值区主要分布在沿海,并由沿海向内陆递减;大值区相对集中于粤东沿海（东部分区）、珠江三角洲西侧沿海（中部分区）和雷州半岛至广西沿海（西部分区）三个分区,且西部分区在TC最大日降水的平均强度及各级别频次上均为三分区之最大。对比分析发现,造成西部分区极端降水的TC路径规律性较强,主要为TC西行路径,且其登陆点集中在西部分区;对TC极端降水成因分析表明,TC移动速度慢和南海夏季风强度增强均有利于极端降水产生。      

“黑格比”台风浙沪交界极端降水及物理量特征分析

利用全国综合气象信息共享平台(CIMISS)地面站点降水资料、欧洲中期天气预报中心逐小时再分析资料,分析“黑格比”台风登陆后在浙江嘉兴、上海金山交界地区(简称“关注区”)产生的极端降水及相关物理量特征,结果表明：(1)此次降水过程的小时雨强、日降水和过程降水均具有很强的极端性,部分测站达十年一遇甚至是百年一遇标准,杭州湾北岸强降水的极端性比南岸更显著;(2)关注区对流层低层充足的水汽,以及高低层冷、暖平流的叠加,为极端降水发生发展提供了有利的水汽条件和不稳定条件;(3)根据物理量的逐小时演变,呈现出低层辐散、高层辐合的环流增强,以及低层强烈的涡旋运动,关注区强降水也随之发生;(4)此次极端暴雨过程850 hPa第二类热成风螺旋度极值和地面散度经极值排序后呈现较高的百分位置,在相似台风中均具有显著的极端性,对类似路径、小体积台风极端降水的发生具有较好的指示意义。     

NUMERICAL SIMULATIONS OF EXTREME PRECIPITATION IN EASTERN CHINA UNDER A1B SCENARIO

The regional climate model （RegCM3）, developed by the Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics and nested in one-way mode within the latest version of Community Climate System Model from the National Center for Atmospheric Research, is used to conduct a set of experiments to examine its capability of climate simulation for the past 50 years and to explore possible changes in extreme precipitation （EP） in the next 100 years under the A1B scenario. Compared with the observation from the Climate Research Unit at the University of East Anglia and CPC Merged Analysis of Precipitation, RegCM3 reasonably reproduces the spatiotemporal distributions of precipitation and EP in eastern China. Based on the present-day analysis, this study examines the changes in monsoonal precipitation over eastern China in mid- and late-21st century relative to the reference period of 1970-1999. It is found that the precipitation will increase over the middle and lower reaches of the Yangtze River and areas to its north, and decrease over coastal areas to its south, especially in late-21st century. The various indices reflecting extreme events showed that the EP will enhance 10%-15% over the middle and lower reaches of the Yangtze River and areas to its north, and weaken over the areas to its south. The summer monsoon will strengthen and shift northwards under SERS A1B, bringing more water vapor and energy from the Indian Ocean and South China Sea for precipitation and eventually more precipitation over northern China.     

未来全球气候变暖情景下华东地区极端降水变化的数值模拟研究

将公用气候系统模式与区域气候模式单向嵌套(CCSM3-RegCM3),分别对1950—1999年和2000—2099年进行大气温室气体中等排放情景(A1B)下中国区域高分辨率连续数值模拟试验,以分析其对我国华东降水量时空变化的模拟能力,探讨未来华东地区极端降水的可能变化。与CRU、CMAP实际降水观测及NCEP再分析资料驱动的RegCM3模拟结果的对比显示,模式系统较好地重现了我国华东降水水平分布、日变化以及极端降水指数变化特征。在此基础上,分析了A1B情景下21世纪中期和后期降水以及东亚夏季风的可能变化。(1)未来中国长江中下游及其以北地区降水普遍增加,以南沿海地区降水相对变化不明显甚至减少,21世纪末期相对21世纪中期更为明显;(2)极端降水指数显示未来长江中下游及其以北地区极端降水增加10%～15%,干旱程度减弱,而南部沿海地区小范围极端降水减少,最大持续无雨期天数增加最大可达30%;(3)未来东亚夏季风偏强,尤其是西南气流加强,致使夏季风明显北推,这是导致长江中下游及其以北地区降水显著增加的主要原因。     

1961-2000年西南地区小时降水变化特征

根据西南地区112个站点1961-2000年逐时降水资料,分析了不同季节降水时数、小时雨强、极端强降水时数和极端强降水强度的变化趋势.从降水时数变化来看,夏季西南大部分地区如四川盆地西部、云南、贵州南部等地总降水时数有减少趋势,四川盆地东部和川西高原总降水时数增加;整个区域平均趋势为-0.9%/10a.相应地,极端强降...     

Changes in Typhoon Regional Heavy Precipitation Events over China from 1960 to 2018

In earlier studies,objective techniques have been used to determine the contribution of tropical cyclones to precipitation(TCP)in a region,where the Tropical cyclone Precipitation Event(TPE)and the Regional Heavy Precipitation Events(RHPEs)are defined and investigated.In this study,TPE and RHPEs are combined to determine the Typhoon Regional Heavy Precipitation Events(TRHPEs),which is employed to evaluate the contribution of tropical cyclones to regional extreme precipitation events.Based on the Objective Identification Technique for Regional Extreme Events(OITREE)and the Objective Synoptic Analysis Technique(OSAT)to define TPE,temporal and spatial overlap indices are developed to identify the combined events as TRHPE.With daily precipitation data and TC best-track data over the western North Pacific from 1960 to 2018,86 TRHPEs have been identified.TRHPEs contribute as much as 20%of the RHPEs,but100%of events with extreme individual precipitation intensities.The major TRHPEs continued for approximately a week after tropical cyclone landfall,indicating a role of post landfall precipitation.The frequency and extreme intensity of TRHPEs display increasing trends,consistent with an observed positive trend in the mean intensity of TPEs as measured by the number of daily station precipitation observations exceeding 100 mm and 250 mm.More frequent landfalling Southeast and South China TCs induced more serious impacts in coastal areas in the Southeast and the South during 1990-2018 than1960-89.The roles of cyclone translation speed and"shifts"in cyclone tracks are examined as possible explanations for the temporal trends.     

我国南方冬季气候变暖前后极端降水事件分析

利用我国南方逐日降水资料及逐月温度资料,采用Mann-Kendall突变检验方法,并计算极端降水的GPD(Generalized Pareto Distribution)重现值,讨论了气候变暖前后我国南方冬季极端降水事件的变化。结果表明,我国南方冬季气候变暖的突变发生在1991年前后,且气候变暖后我国南方冬季的极端降水强度普遍有所增加。利用NCEP/NCAR再分析资料进一步分析气候变暖前后的环流场特征,发现东亚热带冬季风异常与我国华南、江南地区降水异常有显著的相关关系。东亚热带冬季风偏强(弱),华南、江南地区降水偏少(多)。气候变暖后中高纬度环流经向度加大,有利于北方的冷空气向南输送。此外,气候变暖后我国南方地面气温升高,海陆热力差异减小,东亚热带冬季风减弱,有利于西太平洋的暖湿气流向我国大陆东南部输送,并在东南部形成异常的水汽通量辐合,有利于形成强降水。气候变暖后,中高纬度与中低纬度异常环流系统的相互作用是我国东南部降水强度增加的主要原因。     

东亚夏季经向水汽输送的变异及其对极端降水的影响

东亚夏季降水的异常与水汽输送的变异密切相关。基于1958—2016年资料,研究了夏季东亚季风区经向水汽输送的主要变异特征及其对东亚夏季极端降水的影响。经向水汽输送的第一主变异模态表现出中国东部和西北太平洋上的水汽经向输送呈现反向异常,以年际变化为主。当中国东部向北输送的水汽增强(减弱)而西北太平洋向北输送减弱(增强),则中国东部大范围的极端降水量及频次增加(减少)。该模态与西太(西太平洋)副高西伸(东撤)有关,并主要受到热带中东印度洋海温的影响。第二变异模态以年代际变化为主兼有年际变化,表现在1980年后中国东部及邻近海域上空的经向水汽输送减弱,使得环渤海地区和华南沿海的极端降水量及频次减少而长江上、下游和贵州的极端降水量及频次增加。该模态与西太副高的减弱有关,并受到热带西太海温年代际增温的影响。第三变异模态以年际变化为主兼有年代际变化,反映中国长江以北地区和日本南部及附近区域的经向水汽输送的反相变化结构。长江以北水汽输送减弱(增强),可导致华北、东北的极端降水量及频次减少(增加)和长江下游及江南地区的极端降水量及频次的减少(增加)。该模态主要受欧亚大陆上空中高纬度纬向遥相关波列和热带印太（印度洋太平洋）海温异常的影响。