湖南省夏季极端降水异常时空特征及其成因分析

利用湖南省88站常规观测资料、NCEP全球再分析资料,采用EOF分解和合成分析方法研究了湖南省1961—2014年极端降水的年际变化异常和时空特征,以及极端降水异常的环流成因。并主要分析了由EOF方法分析得出的第一类极端降水形态(一致偏多或偏少型)与环流异常之间的联系。结果表明,湖南省夏季极端降水分布有较大的空间差异,且湖南省极端降水呈明显增强的趋势。由于极端降水的变化周期与大尺度环流固有的2～4 a周期相同,因此大尺度环流的变化是湖南省极端降水异常的主要成因。大尺度环流的变异引起中国东部经向排列的环流异常分布,使得高度场和风场等气候场产生变异,从而引起湖南省极端降水的异常。从极端降水偏多年与偏少年大气环流的差值场可以看出:湖南省处于显著差异区,湖南省极端降水偏多(偏少)主要是由于北方的偏北风加强(减弱)和经西太平洋—南海进入湖南地区的西南风加强(减弱)并在湖南地区产生辐合(辐散)。当夏季东亚副热带西风急流偏南时,湖南正处在偏南较强西风急流的南侧,较强西风急流所产生的抽吸现象使得上层空气辐散,增加了湖南省极端降水的强度。副热带高压强度偏强、位置偏南、偏西,使得东亚夏季风偏弱,导致气流辐合稳定在湖南省,造成极端降水偏强。前冬中东太平洋海温偏暖(EI Ni1o)/偏冷(La Ni1a),湖南地区的极端降水容易一致偏多/偏少。同时黑潮暖流区也是影响湖南极端降水变化的可能原因。     

印江极端降水和极端强降水日数统计特征

利用印江气象站的逐日降水资料,在对该站点极端降水和极端强降水过程阈值进行科学界定的基础上,对50 a来极端降水和极端强降水过程进行了常规统计。结果表明:印江极端降水和极端强降水过程有弱的增加趋势,极端(强)降水天数与降水量成正相关,20世纪60年代极端降水天数和极端强降水的离散程度最大,21世纪前8 a极端强降水的离散程度最小。极端降水和极端强降水日数变化均达不到气候突变的标准。     

夏季长江中下游流域性极端日降水事件的环流异常特征及其与非极端事件的比较

利用1979—2008年夏季(6—8月)的NCEP/NCAR再分析逐日资料与中国743测站的逐日降水资料,对长江中下游地区流域性极端降水(99百分位,也称为极端强降水)、85～90百分位、75～80百分位降水事件进行合成分析,比较了不同百分位降水事件的环流异常特征。结果表明:长江中下游地区流域性极端日降水量的99百分位阈值为25 mm/d。各类降水事件在梅雨汛期出现频率较高。1990年代以后的极端日降水事件明显偏多。在各百分位降水事件中,在对流层中、低层,长江中下游地区均受气旋性异常环流控制,但对流层高层异常环流特征明显不同。无论在低层还是高层,极端事件的异常环流比非极端事件的异常环流强。不同百分位降水事件的水汽主要来源亦有所不同。极端降水事件中,由孟加拉湾直接辐散至长江流域的水汽较强,而在非极端降水事件中,则是来自南海地区的水汽明显偏强。非绝热加热率、与-的异常分布在各百分位降水事件中的分布较为一致,但强度随降水强度的减小而明显减小。另外,极端日降水事件与85～90百分位的降水事件在太平洋上都存在着北负南正的海温分布,但极端降水事件相应的海温异常明显偏强。而在75～80百分位降水事件中,海温并未出现明显异常。说明极端日降水事件的形成与较强的局地环流异常、与中纬度和热带西太平洋-南海区域的环流异常直接相关,与太平洋海温异常存在可能的密切联系,而非极端事件则主要与局地性异常环流有关。这些结果有利于人们认识和预测极端日降水事件的发生。     

新疆北部夏季大范围极端降水及其环流异常特征

基于1961—2017年夏季新疆北部45个气象站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用百分位法确定夏季极端降水事件阈值,分析新疆北部夏季不同等级极端降水频数的时间变化特征及雨量与夏季最大日降水量、同月降水量的关系,并通过欧式距离法对12个5级大范围极端降水个例进行聚类分析,重点探讨大范围极端降水分布的环流特征...     

内蒙古地区极端降水事件分布特征

基于内蒙古地区94个气象站1961—2007年逐日降水量资料,利用累积频率法,分析了极端降水事件变化特征。结果表明:(1)近50年内蒙古地区极端降水事件和极端强降水事件发生的强度和出现的频次均呈现出增多趋势,尤其在1977年降水发生突变之后,增加趋势更为明显。(2)近50年内蒙古地区最长连续无降水日数和最长连续降水日数持续时间缩短,表明连续性干旱和降水的持续性减弱,尤其是进入本世纪后,最长连续无降水日数陡升和最长连续降水日数陡降,气候湿润程度下降,加之全球气候变暖,使内蒙古地区进入本世纪后暖而干的气候特征更为明显,这对农牧业生产和生态环境保护极为不利。(3)内蒙古地区近50年小雨和暴雨日数的减少,降水强度的加大,使全区降水不稳定性增加,降水有极端化发展趋势,尤其是在1987年气温发生突变之后,降水强度变化更大。     

中国东部极端降水变化特征及其与大气稳定度的关系

利用100°E以东地区通过5%质量控制的392个站逐日降水资料,对近50 a我国东部极端降水变化特征进行分析,并以1948—1976年和1977—2008年为研究子时段,讨论前后两阶段东部地区的大气湿位涡差异及大气稳定度状况。结果表明:我国东部地区极端降水表现出显著的南北差异;北方尤其是华北东部,极端降水量及其所占降水量比例均有下降趋势,而南方尤其是在长江中下游地区二者均呈增加趋势。湿位涡呈"南减北增"的趋势,对流稳定度和斜压稳定度在南方均出现变弱趋势,在北方则增强。大气性质的南北显著变化是我国东部地区极端降水呈"南增北减"分布型的一个重要原因。进一步研究表明,高纬度地区300 hPa层在1976年之后表现为温度负距平场中心,使东部地区高空热力性质产生差异,进而影响了对流稳定度的变化;同时冷中心北侧高层西风分量减小,南侧高层西风风量增大,斜压稳定度相应出现减弱和增强的变化趋势。     

华中地区夏季区域性极端日降水事件变化特征及环流异常

利用1961—2010年夏季(6—8月)华中区域239个中国国家级气象台站逐日降水观测资料及NCEP/NCAR再分析资料集,对华中地区夏季区域性极端日降水事件及环流异常进行了分析,结果表明:华中地区夏季区域性极端日降水量的99百分位阈值为23.585 mm/d,20世纪80年代中期以后的极端日降水事件明显偏多,且6月下旬至7月中旬为华中地区极端降水多发期。极端日降水事件由具有从低层到高层呈斜压结构的异常环流控制,其南侧的水汽通过孟加拉湾与中国南海地区的异常反气旋外围呈阶梯状输送至华中地区。位于青藏高原东北侧的波作用量通量向华中地区的辐合有利于华中地区上空波动扰动的产生和维持,同时极端日降水事件的发生亦与华中地区的大气净加热及华中周边大范围区域中的净冷却形成的加热场梯度有关。这些结果表明华中地区夏季区域性极端日降水事件有显著的年际和年代际变化,且极端事件的发生与华中地区气旋性环流异常、青藏高原东北侧地形强迫、以及华中地区与周边非绝热加热梯度异常关系密切。     

华北夏季降水异常的变化及其与大气环流的联系

利用中国160站1951-2005年的逐月降水资料,以华北17站夏季降水异常为研究对象,在对其时空变化特征进行分析的基础上,探讨了影响其异常的同期因子——该地区上空大尺度环流异常特征.研究结果表明,华北夏季降水在55a里总的趋势是减少的,该地区干旱化的趋势明显,华北夏季降水存在准3a、准6a、准8a的年际周期和17～19a的年代际振荡周期。在华北夏季降水异常的年份,其降水通常与江南和华南的呈现反位相。在低层850hPa,当贝加尔湖地区的东北气流、中南半岛的西南气流及青藏高原北侧的偏西气流较常年偏强时,华北夏季降水较常年偏多;中层500hPa,副热带高压较常年偏弱、偏北、偏西,冷空气偏强,低纬热带季风活跃,南方水汽也供应充沛,从而华北多雨.     

极端降水事件变化的观测研究

利用湖北1961—2014年站点逐日降水资料及人口和人口城乡构成数据,通过平均值分离、最小二乘法拟合、趋势系数和气候倾向率分析、M-K检验和累积距平检验等方法,从时空分布、趋势变化、局地特征等方面,分析了近54 a湖北极端降水的变化特征及其与城市化的关系,结果表明：(1)对于第95百分位的极端降水事件,湖北极端降水阈值的范围为43.5~85.1 mm,大部分站的阈值在暴雨雨量范围,高阈值区位于江汉平原和鄂东,低阈值区位于鄂西北,最高阈值出现在武汉站,最低阈值出现在竹山站和房县站。(2)近54 a来湖北多年平均的极端降水日(D_ep)、极端降水量(P_ep)、极端降水强度(I_ep)、最大5 d降水(R_{5 d})和雨量比均存在明显的区域特征,但I_ep、R_{5 d}的地域差异不如D_ep、P_ep明显。鄂西南南部以及鄂东南东部和南部是极端降水事件的高发区,鄂西北北部是极端降水事件的低发区。(3)极端降水指数(R)能反映极端降水的强弱,其大尺度存在明显的年际差异,而长期变化趋势不显著,P_ep、I_ep和雨量比呈弱增加趋势,R_{5 d}和极端降水频数呈弱减少趋势。(4)城市化发展速度会改变R及其局地距平百分比DR_ij、趋势系数和气候倾向率的空间分布。随着城市化发展速度加快,湖北城市“雨岛效应”的格局发生了变化,D_ep、P_ep、I_ep、R_{5 d}及其DR_ij从南北差异明显变为东西差异明显,江汉平原和鄂东的D_ep、P_ep、I_ep、R_{5 d}增加,而鄂西南的减少,且四者趋势系数通过显著性水平检验的站点数更多,气候倾向率绝对值也普遍增大,但大部分站点的变化趋势为负值。(5)湖北极端降水具有明显的城市效应,城市化发展速度较快的大城市代表站的极端降水阈值大于配对的小城市代表站,两种代表站平均的D_ep、P_ep、I_ep、R_{5 d}的年际变化较一致,但大城市代表站的I_ep、R_{5 d}普遍较大,极端降水的变化趋势更明显。

     

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。     

华西秋雨区域性极端降水的环流特征

利用1961—2010年中国743个测站的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用百分位方法挑选出了发生在华西秋雨期(8月9日—10月12日)的161次区域性极端降水事件,将其分为两类分别讨论了同期和前期的异常环流特征,并与一般性降水进行了对比。结果表明,对于第一(二)类极端降水,华西地区气旋性距平环流(气旋性风切变)形成低层风场辐合,同时高层为辐散,由此产生强烈的上升运动,来自热带海洋的水汽输送偏强(偏弱),在华西秋雨区形成水汽辐合,副热带高压位置偏西、偏北使得华西地区西南暖湿气流偏强,巴尔喀什湖以北地区为正(负)高度异常,形成一槽一脊(二槽一脊)环流型,西北气流由此加强,冷暖空气交汇于华西地区从而形成极端降水。两类极端降水均与一般性降水具有相似的异常环流特征,只是造成极端降水的异常环流强度均比一般性降水更强。两类极端降水的上述异常环流型在极端降水发生前一天就已经存在,可以作为华西秋雨极端降水短期预测的强信号。      

黑龙江省夏季极端降水和暴雨变化规律的分析

基于全省82个监测站1961—2010年夏季6—8月逐日降水资料,取第95百分位作为极端降水事件的阈值。极端降水阈值的空间分布,可分为大、中、小值区。大值区≥34mm,小值区≤30mm,它们之间为中值区。按极端降水总次数多少可划分3个区域,即偏多、正常、偏少区域。以总次数≥120次相当于2-4次,a。定为偏多区域,总次数≤100次相当于2．0次／a定为偏少区域,100〈总次数〈120为正常区域。最大区主要分布在伊春和尚志。暴雨以总次数335次相当于0．7次,a定为偏多区域．总次数≤25次相当于0．5次／a定为偏少区域,25〈总次数〈35为正常区域。暴雨偏多区域主要分布在伊春、铁力、尚志和五常。极端降水与暴雨均有同步变化特征：上世纪60、70年代均趋于偏少．80年代出现最高值,而后90年代和本世纪初10a又开始呈下降趋势,但总的趋势呈现出略微的增长的趋势,而极端降水增长略高于暴雨的次数。全省夏季降水、极端降水、暴雨年际变化特征分析表明。50a来降水总的变化趋势呈略微下降趋势,平均下降2．5mm／10a。极端降水、暴雨呈略上升趋势．分别平均上升5．2次／10a和1．2次／10a。夏季降水、极端降水、暴雨互相关表明,极端降水日数对降水量相关系数达0．92,远大于暴雨的相关,表明极端降水事件对降水量贡献远大于暴雨的贡献。     

西南地区极端降水时空变化特征及其与强ENSO事件的关系

西南地区因紧邻青藏高原,地形地貌复杂,由于受南亚季风、东亚季风和高原季风的共同影响,其气候呈现出独特性,是我国气候变化的敏感区和脆弱区,也是极端天气气候事件发生最为频繁的地区之一。本文利用1969-2020年93个气象站的逐日气温和降水数据,通过选取11个极端降水指数,采用线性回归分析、M-K突变检验、EOF分析等方法,不仅对西南地区52年极端降水的时空变化特征进行了分析,而且通过计算复合比率对其与强ENSO事件的关系进行了探讨。研究表明：（1）西南地区在1969-2020年整体呈现降水频率和强度增大,极端降水增多的趋势,按地形划分的四个区域也呈现出不同程度的降水特征;（2）在52年各站点空间平均变化率分布上,西南地区各站点的整体连续干旱日增多,连续降水日减少,降水量呈现由西北向东南递减的趋势,但极端降水事件增多,其中横断山脉地区的极端降水事件增加幅度最为明显;（3）极端降水指数的突变年代主要分布在20世纪80年代中期和21世纪前期,EOF分析表明,极强降水量R99p的增长趋势是由西向东减少,5日最大降水量RX5的增长趋势呈现中间减少、两边增多的分布型式;（4）西南地区的极端降水指数与...     

近50年黄河上游流域年均降水与极端降水变化分析

利用1970-2017年45个气象台站逐日降水资料分析了黄河上游流域降水空间分布规律以及年均降水和极端降水的变化趋势,将黄河上游流域按照地形地势、海拔、气候带分布等多种因素划分成源头区、产流区、出口区,并结合极端降水指数采用Mann-Kendall法、小波分析法分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点,研究极端降水时空变化。结果表明,黄河上游流域年均降水从东南向西北扇形递减,源头区和产流区是年降水量的主要贡献区域;年均降水和极端降水均存在明显的周期振荡特征,其中源头区和产流区在22年左右,出口区在18年和8年左右;整个上游区域,极端降水和年均降水的变化趋势较为一致,但年降水量近年来呈现增长趋势,而极端降水事件的发生频率则有所降低。     

中国和日本气候极端降水研究

采用气候极端降水分析方法,把降水时空分布特征结合起来进行研究,揭示了近４０年中国和日本不同量级降水特征及变化趋势。同时分析了阶段性气候极端降和强的差异,并分析比较了我国华北降水不同变化阶段日雨量的变化特征,指出两者的主要差别在极端 水的量值上。     

全球变暖背景下陕西省夏季极端降水及其大尺度环流特征

基于陕西省99个国家站1979-2021年夏季逐日降水资料和ERA5再分析数据,研究了陕西省夏季极端降水的时空变化以及相应的大尺度环流特征,并对全省典型地区进行水汽追踪分析。结果表明,陕西省夏季极端降水总体呈现出南多北少的空间分布,陕北中部、关中中东部极端降水为增加的趋势,通过REOF分析并计算得到陕北、关中极端降水变化趋势分别为0.36 mm·a^-1, 0.35 mm·a^-1,陕南极端降水变化趋势最小为0.11 mm·a^-1。夏季影响陕西省的水汽来源主要有三支路径,北支水汽来自欧亚中高纬地区,东支水汽主要来自内陆的江河流域,南支水汽主要来自南海和孟加拉湾。此外,陕西省夏季极端降水在2005年后增多是大气高、中、低层大气环流共同作用的结果,大气高层辐散增强有利于上升运动,大气中层西太平洋副热带高压(以下简称,西太副高)西伸北抬造成外围水汽更容易进入内陆,蒙古反气旋南侧的异常东风和低层的异常东南风更有利于水汽进一步向西北地区输送。     

基于气象台站的澜沧江上游极端气温与极端降水变化特性研究

基于流域内的3个气象站点1960-2020年逐日最高气温、最低气温和降水量等基础资料,采用线性倾向回归分析法、Mann-Kendall突变检验法和小波分析等方法进行研究,分析和揭示了澜沧江上游流域在时间尺度上的变化。研究结果表明：(1)在1960-2020年,澜沧江上游流域的极端气温暖昼日数(TX90P)和暖夜日数(TN90P)呈显著上升趋势,速率分别为1.6d/10a和2.7d/10a;冷昼日数(TX10P)和冷夜日数(TN10P)呈显著下降趋势,速率分别为1.2d/10a和2.7d/10a,而极端降水变化只有持续湿润指数(CWD)的变化趋势不显著,其余三个降水指标降水总量(PRCPTOT)、1日最大降水量(RX1day)、5日最大降水量(RX5day)都呈显著上升趋势,速率分别为18.8mm/10a、0.5mm/10a和0.8mm/10a。(2)澜沧江上游流域极端气温指数冷昼日数(TX10P)在1992年出现突变点,冷夜日数(TN10P)在1978-1993年间出先了连续突变现象,极端气温指数降水总量(PRCPTOT)在2000年以后发生突变,这也说明了在时间尺度上的变化明显。(3)在1960-2020年,澜沧江上游流域的极端气温和极端降水周期特征变化显著,均存在多时间尺度的特征,第一主周期主要在10-15a、15-20a和25-30a三个时间尺度范围内。     

塔克拉玛干沙漠南缘极端降水变化趋势与突变特征

利用1966-2009年塔克拉玛干沙漠南缘16个站逐日的降水资料,运用累积频率的方法确定了塔克拉玛干沙漠南缘各站极端降水量的阈值。通过Mann-Kendall法和滑动t检验方法进行比较分析,得出极端降水指数的突变特征。结果表明：塔克拉玛干沙漠南缘极端降水量、频率、强度、年最大日降水量均呈增加趋势。极端降水量和频率的突变点分别是1998、 1997年附近,极端降水频率与极端降水量呈较好的正相关。极端降水的强度和年最大日降水量的突变点分别为1985和1981、1985年。极端降水量的增加可能是由极端降水日数的增加和极端降水强度的增强共同引起的。     

1961—2014年中国东部地区夏季极端降水事件时空变化特征

基于我国东部地区438站1961—2014年逐日降水资料,选取世界气象组织定义的最大1日降水量RX1day、最大5日降水量RX5day、持续降水日数CWD和日降水强度SDII 4个极端降水指标,采用面积加权法对中国东部地区的极端降水事件进行了季节尺度的时空变化特征的研究。结果表明：夏季极端降水指数的长期变化趋势显示,除CWD整体呈减少趋势外,RX1day,RX5day和SDII在我国黄河以南均呈现增加的趋势,而在北部以减少趋势为主。夏季极端降水指数随时间的变化表明,RX1day,RX5day和SDII整体呈现出增长的趋势,CWD则表现为减小的趋势。     

1981～2010年北京地区极端降水变化特征

采用北京地区20个常规气象站1981~2010年逐日降水数据,对北京地区极端降水的空间分布特征进行了分析。得到以下主要结论:1981~2010年,北京地区极端降水百分位数(第90、95和99个百分位数)阈值表现出较一致的空间分布特征,以第95个百分位数阈值计算的极端降水日数与降水阈值和降水量的分布有较大差异,极端降水量对总降水量的贡献可达30%~37%,极端降水强度分布与极端降水阈值分布相似。近30年,北京地区多数站点的极端降水量、降水日数和降水强度呈下降趋势,极端降水量以上甸子、怀柔、平谷和观象台下降较为明显,可达到40 mm(10 a)–1以上,极端降水强度以顺义、海淀、观象台、大兴和上甸子等站下降较为显著,每10 a降水强度减小趋势可达4 mm d–1,极端降水日数变化分布与极端降水量变化分布类似,极端降水强度变化与降水量和降水日数变化的分布有明显不同。