中国夏季和冬季极端干旱年代际变化及成因分析

依据1961～2009年中国区域540个气象站的夏、冬季气温和降水数据,首先采用气候变化趋势转折判别模型（简称PLFIM）分析了中国区域8个分区夏、冬季气温和降水的年代际变化,而后利用PDSI干旱指数研究了夏、冬季极端干旱在年代际尺度上的时空变化特征及其成因。结果表明:1961～2009年中国夏季极端干旱发生率北方大于南方,冬季则为在东部多而在西部少。夏季和冬季极端干旱发生概率在最后一次年代际转折后都呈增加趋势。在区域尺度上,夏季东北、华北和西北地区增加明显,冬季东北、华北、华南、西南地区增加显著。其中,降水在20世纪90年代以前的极端干旱变化中起主导作用,而后由于气候变暖所引起的极端干旱增加趋势逐渐增大,与降水变化的作用相互叠加。     

近55 a中国西北地区夏季降水的时空演变特征

利用1961—2015年中国西北地区274个气象观测站点的日降水数据和再分析大气资料,采用EOF分析及累积距平等方法,研究了近55 a中国西北地区夏季降水的时空演变特征。结果表明：1）1961—2015年中国西北地区夏季降水的演变可分为三个时段,1961—1975年,该区域降水普遍偏少;1976—1996年,西北地区的东部降水偏多,西部降水偏少;1997—2015年,其东部降水偏少,而西部降水偏多。2）1976—1996年,西北地区东部降水偏多,是因为该地区夏季降水强度和降水频次明显增加,而西部降水偏少,则是该区域小雨与中雨的频次减少,降水强度偏弱造成的;1997—2015年,由于有效降水日数减少,降水强度偏弱等原因导致西北地区东部降水偏少,与此同时,西北地区的西部却因降水强度明显增强,持续降水日数和极端降水事件增加使得该区域降水呈现偏多的态势。3）降水区的转移,伴随着北半球对流层中层中纬度波列的演变,同时来自东欧与印度季风的水汽输送也对降水的异常起到了关键作用。     

1961-2020年西北地区夏季降水趋势变化特征

采用1961—2020年我国西北地区364站逐日降水观测数据,从降水量和降水日的角度对比分析我国西北地区夏季降水趋势时空变化特征。结果表明：西北地区夏季降水量占全年总降水量的50%以上。从整体上来看,西北地区降水量呈现显著增多的线性趋势,但并非全区一致性增多。降水量增多（减少）的站数约占区域内总站数的57%(43%),降水日数呈现增多（减少）的站数约占总站数的43%(57%);降水量、降水日数同时增加的站点主要位于南疆盆地、北疆西部及青海中部和北部等地,两者同时减少的站点主要位于甘肃东南部、宁夏、陕西中部偏东等地,而两者反相变化的站点主要位于新疆北疆地区、青海省西南部边缘地区和陕西南部。近60年来,西北地区极端降水量和降水日数呈线性增加趋势。西北地区各个区域降水量和降水日数除年际变化外,还存在年代际变化特征,不同区域变化位相存在一定差异。     

1961-2020年西北地区夏季降水趋势变化特征

采用近60年西北地区364站逐日降水观测数据,从降水量和降水日的角度对比研究了西北地区夏季降水趋势时空变化特征。结果表明：平均而言,西北地区夏季降水量占全年总降水量的50-70%。整体上西北地区降水量呈现显著增多的线性趋势,但并非全区一致性增多。降水量增多（减少）的站数约占区域内总站数的57%（43%）,降水日数呈现增多（减少）的站数约占总站数的43%（57%）。两者同时增加的站点主要位于南疆盆地、北疆西部及青海中部和北部等地,两者同时减少的站点主要位于甘肃东南部、宁夏、陕西中部偏东等地,而两者反相变化的站点主要位于新疆北疆地区、青海省西南部边缘地区和陕西南部。近60年西北地区极端降水量和降水日数也呈现出线性增加的趋势。西北地区各个区域降水量和降水日数除年际变化外,还存在年代际变化特征,但不同区域变化位相存在一定差异。     

黄土高原夏季极端降水及其成因分析

利用1961-2016年夏季黄土高原地区64个气象监测站的逐日降水资料及同期NCEP/NCAR再分析数据,分析了近56年黄土高原夏季极端降水的时空变化特征,并对比了极端降水强弱年以及不同年代黄土高原地区夏季大气环流形势的异同.结果表明,黄土高原夏季极端降水占夏季总降水量的54％左右,总体上呈现出东多西少的空间分布特征....     

中国东部地区夏季极端高温的特征分析

利用中国东部地区449个气象站的日最高气温资料,应用趋势分析法等,分析了1960-2012年夏季极端高温日数、持续高温日数的时空变化特征。分析发现:北方地区、华南地区和杭州湾周围地区两个高温指数都呈现增加趋势,长江与黄河之间的中部地区都减小。而在长江下游南部地区极端高温日数显著增加,但持续高温日数却明显减少。从季节特征上看,淮河以北的地区两个高温指数主要集中在6、7月;而以南的区域主要集中在7、8月。各个地区的这两个高温指数与降水日数均呈现显著的负相关,但南北有明显的差异,北方地区负相关的在年际变率以及5 a尺度都很显著,而中部地区则只在年际尺度上显著。杭州湾与华南地区持续高温日数与降水日数的相关体现在5 a尺度上。北方极端高温的显著增加与该地区降水日数与降水量明显减少密切相关。西北太平洋副热带高压显著的西伸,与东南地区的两个高温指数的变化有关。     

500hPa广义位温场与我国西北地区夏季降水的关系

利用1958~2012年JRA55月平均再分析资料和我国西北地区33站降水资料,通过EOF、相关、合成、SVD等统计方法,分析了500 hPa广义位温场与我国西北地区夏季降水的关系。结果表明:夏季500 hPa关键区(40°E~80°E,30°N~60°N)广义位温场与我国西北地区降水关系最为密切,当里海、咸海、贝加尔湖以北地区对流层中层偏暖湿,中亚南部偏冷干时,我国西北地区西部降水偏多,而东部降水偏少。尤其是在新疆南部及甘肃北部降水偏多更为显著,而甘肃南部降水偏少则最为明显;反之亦然。前期2月500 hPa广义位温场自赤道阿拉伯海沿南亚印度北部、中国西北至北亚,呈西南东北向的"+﹣﹢﹣"分布时,随后夏季西北地区降水西部多、东部少。并且,夏季关键区对流层中层广义位温场的异常变化,对应着不同的大气环流场异常,而这种环流形势则进一步影响我国西北地区东西部的降水异常。     

Variability and trends in daily precipitation extremes on the northern and southern slopes of the central Himalaya

This study focuses on the precipitation extremes recorded on the northern and southern slopes of the central Himalaya, especially those documented at higher altitudes. Daily precipitation data recorded over a 35-year period at nine meteorological stations in the region were studied. We used the precipitation extreme indices delineated by the Expert Team on Climate Change Detection and Indices (ETCCDI). The spatial and temporal variations in these precipitation extremes were calculated. When regional patterns were investigated to detect any anomalies, only 1 of the 10 precipitation extreme indices from the southern slopes of the central Himalaya showed a statistically significant trend; none from the northern slopes of the central Himalaya highlighted a statistically significant trend. On the southern slopes, all indices increased, apart from the maximum 1-day precipitation (RX1) and simple daily precipitation intensity (SDII) indices. Indices such as the consecutive dry days (CDDs) and RX1 indices exhibited similar increases on both the northern and southern slopes of the central Himalaya. These results suggest that increases in precipitation have been accompanied by an increasing frequency of extremes over the southern central Himalaya. Nonetheless, no relation could be established between the precipitation extreme indices and circulation indices for higher altitudes.

     

近30 a江苏夏季降水日变化的气候学特征

基于1980—2013年江苏省61站小时降水资料,分析了江苏省夏季降水日变化的特点及小时极端降水、不同级别雨日的日变化特征。结果表明,江苏省夏季降水日变化具有显著的双峰分布特征,然而江苏省北部和南部降水的主峰时段并不一致。从降水频次、累积降水量来看,江苏省北部降水以清晨至早上时段为主峰、午后至傍晚时段为次峰,南部降水与之相反。长持续性降水占夏季降水的2/3左右,且江苏北部占比多于南部,均为清晨至早上的单峰分布;短持续性降水占夏季降水的1/3,在江苏北部呈现出以午后至傍晚为主峰,清晨至早上为次峰的双峰分布,而在江苏南部呈现出以午后至傍晚的单峰分布特点。小时极端降水,阈值分布南低北高,虽然频次较少,但占夏季降水的40%左右。小时极端降水日变化的双峰分布和夏季总体降水分布类似,但主峰大都出现在午后至傍晚。不同级别雨日的日变化分布各有不同,但全省各区无显著差异。累积降水量贡献主要来自于暴雨和大雨。暴雨无论是从降水频次、累积降水量还是降水强度都呈现清晨至早上的单峰分布。     

1965—2019年中国夏季分钟降水空间分布与长期趋势分析

短时强降水可引起洪涝等气象灾害,揭示其气候分布和长期变化特征对于防灾、减灾和气候变化应对等工作非常重要.利用较为完整的中国夏季1965—2004年的自记纸(2225站)以及2005—2019年的自动站(2435站)分钟降水数据,分析了中国大陆分钟降水的空间分布和长期变化特征.结果表明,中国夏季分钟降水频率基本呈现从北到...     

INVESTIGATION OF THE SPATIAL AND TEMPORAL DISTRIBUTION OF EXTREME HIGH TEMPERATURE IN CHINA WITH DETRENDED FLUCTUATION AND PERMUTATION ENTROPY

With temperatures increasing as a result of global warming,extreme high temperatures are becoming more intense and more frequent on larger scale during summer in China.In recent years,a variety of researches have examined the high temperature distribution in China.However,it hardly considers the variation of temperature data and systems when defining the threshold of extreme high temperature.In order to discern the spatio-temporal distribution of extreme heat in China,we examined the daily maximum temperature data of 83 observation stations in China from 1950 to 2008.The objective of this study was to understand the distribution characteristics of extreme high temperature events defined by Detrended Fluctuation Analysis(DFA).The statistical methods of Permutation Entropy(PE)were also used in this study to analyze the temporal distribution.The results showed that the frequency of extreme high temperature events in China presented 3 periods of 7,10—13 and 16—20 years,respectively.The abrupt changes generally happened in the 1960s,the end of 1970s and early 1980s.It was also found that the maximum frequency occurred in the early 1950s,and the frequency decreased sharply until the late 1980s when an evidently increasing trend emerged.Furthermore,the annual averaged frequency of extreme high temperature events reveals a decreasing-increasing-decreasing trend from southwest to northeast China,but an increasing-decreasing trend from southeast to northwest China.And the frequency was higher in southern region than that in northern region.Besides,the maximum and minimum of frequencies were relatively concentrated spatially.Our results also shed light on the reasons for the periods and abrupt changes of the frequency of extreme high temperature events in China.     

Hydroclimatic trends during 1950–2018 over global land

Global hydroclimatic changes from 1950 to 2018 are analyzed using updated data of land precipitation, streamflow, and an improved form of the Palmer Drought Severity Index. The historical changes are then compared with climate model-simulated response to external forcing to determine how much of the recent change is forced response. It is found that precipitation has increased from 1950 to 2018 over mid-high latitude Eurasia, most North America, Southeast South America, and Northwest Australia, while it has decreased over most Africa, eastern Australia, the Mediterranean region, the Middle East, and parts of East Asia, central South America, and the Pacific coasts of Canada. Streamflow records largely confirm these precipitation changes. The wetting trend over Northwest Australia and Southeast South America is most pronounced in austral summer while the drying over Africa and wetting trend over mid-high latitude Eurasia are seen in all seasons. Coupled with the drying caused by rising surface temperatures, these precipitation changes have greatly increased the risk of drought over Africa, southern Europe, East Asia, eastern Australia, Northwest Canada, and southern Brazil. Global land precipitation and continental freshwater discharge show large interannual and inter-decadal variations, with negative anomalies during El Niño and following major volcanic eruptions in 1963, 1982, and 1991; whereas their decadal variations are correlated with the Interdecadal Pacific Oscillation (IPO) with IPO’s warm phase associated with low land precipitation and continental discharge. The IPO and Atlantic multidecadal variability also dominate multidecadal variations in land aridity, accounting for 90 % of the multidecadal variance. CMIP5 multi-model ensemble mean shows decreased precipitation and runoff and increased risk of drought during 1950–2018 over Southwest North America, Central America, northern and central South America (including the Amazon), southern and West Africa, the Mediterranean region, and Southeast Asia; while the northern mid-high latitudes, Southeast South America, and Northwest Australia see increased precipitation and runoff. The consistent spatial patterns between the observed changes and the model-simulated response suggest that many of the observed drying and wetting trends since 1950 may have resulted at least partly from historical external forcing. However, the drying over Southeast Asia and wetting over Northwest Australia are absent in the 21st century projections.

     

海表温度的增暖趋势和自然变率对长江中下游夏季极端降水强度的影响

极端降水引起的洪、涝等灾害每年给我国带来极大的人员伤亡和经济损失。全球增暖使极端降水事件发生的频率增加,强度增强。但是针对不同区域极端降水事件,其贡献究竟如何还有待于进一步认识。本文以我国长江中下游地区的极端降水事件为研究对象,通过典型年份夏季区域极端降水过程的水汽收支特征,探讨海表温度（SST）的增暖趋势和自然变率强迫对该区域典型极端降水强度的影响效应。结果表明:（1）极端降水过程及其夏季都伴随着区域整层大气的水汽辐合,且水汽辐合发生在经向方向。西北太平洋异常反气旋式环流,在区域南边界形成了稳定的西南风异常的水汽输送。（2）典型极端降水过程发生的夏季,SST在赤道印度洋和热带大西洋为强正异常,主要为增暖趋势的贡献,赤道中东太平洋SST异常表现为La Ni?a型。（3）SST增暖趋势和自然变率的数值敏感性试验表明,1998、2017和2020年的SST增暖趋势强迫的区域水汽辐合分别是其自然变率强迫的83%、210%和107%,SST增暖趋势比自然变率的影响更为重要。（4）SST增暖趋势和自然变率都是通过强迫西北太平洋异常反气旋式环流,引起长江中下游区域南边界异常的西南水汽输送,是导致极端降水发生的主要过程。     

西北地区春、夏季降水的水汽输送特征

运用1960—1997年内NCEP/NCAR的格点为2.5°×2.5°多个再分析气象要素资料以及西北地区95个加密测站降水资料,通过相关分析、合成分析等诊断方法对影响西北地区春、夏季降水的整层大气的水汽水平输送特征、各层水汽垂直输送特征以及西北地区春、夏季各个边界区域水汽输送特征进行了系列研究,揭示了西北地区季节性降水的水汽源以及水汽源三维输送路径特征;同时阐述了西北地区季节性降水与同期空中水汽含量显著性相关的原因。并用西北地区干、湿年份相关气象要素场对本文的一些分析结果进行了验证。     

超强厄尔尼诺事件对中国东部春夏季极端降水频率的影响

利用中国国家气象信息中心提供的中国地面逐日降水0.5°×0.5°格点数据集,研究了超强厄尔尼诺事件衰减年春、夏季中国东部极端降水发生概率的变化,并通过诊断超强厄尔尼诺自身及其衍生模态各自的水汽输送和垂直运动特征,探讨了超强厄尔尼诺事件对中国东部极端降水的影响机制。结果表明,超强厄尔尼诺事件衰减年春季,整个中国东部尤其是江淮以北地区,极端降水事件发生概率显著增大。同年夏季,长江流域极端降水发生概率比常规年份高出近1倍,而在华南和华北地区则相对减小。诊断分析显示,春季超强厄尔尼诺自身及其与热带太平洋地区年循环相互作用衍生出的组合模态（C-mode）均对降水的环流背景影响显著,热带太平洋西北部低空存在强盛的反气旋性异常环流,导致大量水汽在中国东部汇聚并上升,有利于该地区极端降水事件的发生。夏季,厄尔尼诺事件已经消亡,但与C-mode影响相关联的西北太平洋异常反气旋环流仍然存在,长江流域维持极端降水事件发生的有利条件。此外,研究也显示,超强厄尔尼诺事件衰减年春、夏季中国东部对流层中上层持续有异常经向风活动,频繁的南北冷暖气流交汇可能导致强对流事件发生次数增多,这也为该区域极端降水的频发提供了支持。      

青藏高原中东部夏季极端降水年代际变化特征

基于中国国家级地面气象站基本气象要素日值数据集得到的均一化降水序列,计算了夏季极端降水指数,分析青藏高原中东部1961—2014年夏季极端降水年代际变化趋势。结果表明:青藏高原中东部地区夏季降水量占全年总降水的50%以上,且夏季降水的变化趋势存在区域性差异,北部站点主要为增加趋势,南部增加和减少趋势的站点相当。夏季极端降水除西藏东部主要为减少趋势外,其他地区主要为增加趋势,且极强降水量的年代际变化趋势显著。大部分夏季极端降水指数的变化趋势在1970s发生转折,在此之前表现为减少的趋势,之后为增加趋势。通过Mann-Kendall趋势检验,在2000年之后强降水量和极强降水量出现突变。     

2023年夏季我国气候异常特征及成因分析

2023年夏季,我国气候特征整体表现为“温高雨少”,区域性、阶段性高温、旱涝等气象灾害明显。降水的空间分布差异显著,主要多雨区位于我国北方,松花江、海河流域出现严重汛情。生成和登陆台风频数均较常年同期偏少,但北上台风却对京津冀等地造成极其严重的雨涝灾害。2023年夏季我国气温为1961年以来历史次高,北方地区暖异常明显,华北、西北等地区阶段性高温热浪尤为突出。华北、东北地区降水偏多是由不同环流系统造成的。其中,华北南部降水异常偏多主要由7月底至8月初一次极为罕见的天气尺度持续性极端降水过程所致,台风杜苏芮和卡努外围环流与异常偏西、偏北的西太平洋副热带高压相配合,再加上太行山东麓的地形效应是其主要原因。盛夏东北东部异常偏南风引导的水汽输送在整个对流层都异常偏强,造成东北北部和东部降水明显偏多,这一异常环流与初夏巴伦支海海冰密集度减小及盛夏西北太平洋海温异常偏暖均有一定关联。     

西北地区东部夏季极端降水量非均匀性特征

利用极端降水量集中度和集中期讨论西北地区东部夏季极端降水量的非均匀性分布特征。结果表明:西北地区东部夏季极端降水量集中度与集中期的空间差异并不大; 西北地区东部夏季极端降水量的季节内分配状况同夏季极端降水量存在较好的相关性, 极端降水量越集中、集中期越早, 则极端降水量越少, 反之亦然; 东亚夏季风同西北地区东部夏季极端降水量、极端降水量集中期存在负相关, 与极端降水量集中度存在正相关。     

Variability of extreme summer precipitation over Circum-Bohai-Sea region during 1961�C2008

The variability of extreme summer precipitation over Circum-Bohai-Sea region during 1961?C2008 was investigated based on the daily precipitation data of 63 meteorological stations using the linear regression method, the non-parametric Mann?CKendall test, and the continuous wavelet transform method. The results showed that there were large spatial differences in the trends of extreme summer precipitation indices. Decreasing trends were found in summer total precipitation, extreme precipitation frequency, intensity and proportion, the maximum consecutive wet days (CWD), and the maximum 1- and 5-day precipitation, and the largest decrease was observed in the central coast area (except CWD), although the trends were not statistically significant at the 5% level at most places. Inversely, the maximum consecutive dry days exhibited non-significant increasing trends. Additionally, the significant 2?C4-year periods were detected for eight indices, showing the significant interannual variability of extreme summer precipitation. Overall, the results of this study indicated that in the last 48?years, there was severe water stress over Circum-Bohai-Sea region, especially in the central coast area, which exerted negative effects on economic development and natural ecosystems.     

全球变暖形势下中国陆表水分的变化

利用政府间气候变化委员会第四次评估报告（IPCCAR4）中的10个耦合模式CO：加倍试验和控制试验的模拟结果,分析了全球变暖背景下中国水分的变化。结果表明,随着全球变暖,东亚夏季风增强,冬季风减弱,使得冬夏季向中国区域输送的水汽都增强;中国区域降水,夏季除长江流域外基本都增加,冬季除华南外都增加。夏季降水蒸发差（P—E）除了在东北和南方增加外,从长江流域一直到西北有一带状减小带;冬季几乎所有模式的P—E表现为北方增加、南方减小。在全球变暖背景下,降水、蒸发和径流的综合结果以及积雪的作用使得土壤湿度在干旱区增加,且冬季干旱区土壤变湿的强度和范围大于夏季,然而在其他区域土壤湿度减少。上述结论是基于多模式集合平均结果,对未来气候的预估具有一定的参考价值,然而模式间存在较强差异性,仍具有较大不确定性。