气候变化背景下陆地极端降水和温度变化区域差异

利用月平均地表气候要素数据集(CRU TS 3.22)和百分位的方法定义极端事件,分析了19012012年气候变化背景下极端降水和温度变化的趋势特征以及在气温相对冷暖时段极端事件发生频率的区域差异,重点关注20世纪70年代中后期至90年代末的加速变暖时段和1998 2012年变暖减缓时段。结果表明,在全球平均气温显著上升的112年中,全球极端强降水事件和极端高温事件均表现出增多的趋势,极端低温事件呈现减少的趋势。夏季极端强降水事件发生频率在加速变暖时段的分布与1956 1976年相近,高值区位于北美中高纬、南美洲和欧亚大陆低纬地区,在变暖减缓时段北美中高纬地区变为低值区,而欧亚大陆中纬度地区频率增大。冬季极端强降水事件发生频率大值区在变暖减缓时段位于南美洲北部、欧亚大陆和大洋洲西部地区,北美洲和非洲南部为明显的低值区。全球极端高温事件发生频率在气温偏暖时段明显增大,欧亚大陆中东部地区在加速变暖时段是冬季极端高温事件发生频率大值区。极端低温事件发生频率的变化与极端高温事件相反,但欧亚大陆中纬度地区在相对较暖的1931 1955年是冬季极端低温事件发生频率高值区,大于最冷的1901 1930年和相对较冷的1956 1976年。与加速变暖时段相比,变暖减缓时段大洋洲西北部夏季与冬季的极端低温事件和欧亚大陆中高纬冬季极端低温事件明显增多。     

全球气候变化背景下贵州草海湿地极端降水特征

利用逐日降水量资料,选取8个降水指数,采用趋势分析、相关性分析等方法,对2000—2016年贵州草海湿地极端降水特征进行分析。结果表明:21世纪以来,草海湿地降水量总体呈上升趋势。雨季、旱季降水量占年降水量比例的均值分别为87.3%和12.7%。四季降水量占年降水量比例的区间,春季为8.5%—29.8%,夏季为8.7%—65.1%,秋季为0.9%—38.7%,冬季为0.9%—4.9%。暴雨日数最大值为5 d,暴雨日降水量接近400 mm,两者变化均呈显著上升趋势;连续有雨日数和连续有雨日数≥10 d发生次数的均值分别为14 d和2次;连续无雨日数和连续无雨日数≥10 d的发生次数均值分别为15 d和3次。日最大降水量、暴雨日降水量和连续有雨日降水量三类极端降水指数均值分别为67.0、109.3和115.0 mm,占年降水量比例的均值为7.9%、11.7%和13.3%,比例区间分别为5.4%—13.3%、0—30.4%和7.2%—23.6%。     

FGOALS-g2模式模拟和预估的全球季风区极端降水及其变化

利用LASG/IAP（中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室）全球耦合模式FGOALS-g2,评估了其对全球季风区极端气候指标的模拟能力,并讨论了RCP8.5排放情景下21世纪季风区极端气候指标的变化特征。总体而言,模式对季风区总降水和极端气候指标1997～2014年气候态和年际变率的空间分布均具有一定的模拟能力。偏差主要表现在模式低估了亚洲季风强降水中心,低估了中雨（10～20 mm d-1）和大雨（20～50 mm d-1）的频率而高估了暴雨（>50 mm d-1）频率。在RCP8.5排放情景下,由于可降水量的增加,模式预估的全球季风区极端降水、降水总量和降水强度将持续增加。到2076～2095年,极端降水和降水强度在北美季风区增加最显著（约22%和17%）,降水总量在澳大利亚增加最显著（约37%）。然而,FGOALS-g2对全球季风区平均的日降水量低于1 mm的连续最大天数（CDD）的预估变化不显著,这是由于预估的CDD在陆地季风区将增加,而在海洋季风区将减少。对各子季风区的分析显示,CDD在南美季风区变长最显著,达到30%,在澳洲季风区变短最显著,达到40%,这与两季风区日降水量低于1 mm的降水事件发生频率变化不同有关。     

1961～2009年中国季风区范围和季风降水变化

东亚季风对中国气候和环境有重要影响, 以往研究多关注于季风环流和人为给定区域内夏季降水的变化, 对于季风区域变化本身及其相伴的季风降水鲜有涉及。本文使用四套降水观测资料, 其中包括基于2416个台站最新资料所得到的中国区域高分辨率降水格点数据, 集中分析了1961～2009年中国季风区范围、季风区西北边界、季风降水及其强度变化。结果表明, 季风区约占中国陆地面积的60%, 研究时段内总体上在缩少;季风降水无趋势性变化而是表现为一定的年际和年代际变率;中国季风降水强度平均为4.46 mm d-1。季风区西北部的东、西边界间区域属于典型的干湿交错带, 季风区西北边界在40°N以南整体上表现为-0.026°/a的西进趋势, 而在其北部则表现为0.041°/a的东退, 这主要是源于区域尺度热力对比、大气环流和水汽通量的变化所致。     

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。     

东亚热带季风与副热带季风降水特征研究的回顾与展望

东亚季风既包含热带季风又包含副热带季风,他们之间存在的相互作用直接影响我国大范围旱涝灾害。东亚热带季风和东亚副热带季风作为两种性质不同的季风,其形成原因及其主要天气系统截然不同,对应的热带季风降水和副热带季风降水在结构、性质上自然也存在很大的差异。简要回顾我国气象学家在东亚热带季风降水及东亚副热带季风降水方面的研究成果,概述最近关于东亚副热带季风研究的热点问题,引证了利用星载测雨雷达对南海地区降水性质的部分研究结果,并对进一步利用星载测雨雷达资料开展季风及其降水研究进行了展望。     

华南锋面和季风降水环流特征及加热结构对比分析

选取华南2017年5月15日两段不同系统影响的典型个例降水,基于ERA Interim分析资料和地面、雷达等观测资料,从两类降水的大尺度环境及中尺度特征方面探讨了两类降水系统的差异,并利用模式潜热廓线订正方案对两类降水个例的潜热进行反演。结果表明,季风降水主要受偏南风影响,边界层内强辐合、高温高湿,中高层(600～150 hPa)较强辐散,而锋面降水受低层锋面系统影响,对流层低层强辐合,800～300 hPa较强辐散,水汽输送深厚,斜压性结构明显,且垂直运动剧烈。除两者的辐合辐散中心、正涡度的中心以及水汽通量辐合中心和垂直运动大值中心所在的层次明显不同外,其强度也差别较明显,就垂直运动而言,锋面降水的最大值达-1.2 hPa/s,远远大于季风降水(-0.2 Pa/s)。两者的中尺度特征和加热结构也存在显著差异,季风降水中尺度雨团沿海岸线自西向东移动发展,潜热加热中心为单峰值,位于5～6 km;锋面降水中尺度雨团在一条西南-东北走向的雨带上不断向东南方向合并发展,潜热加热中心有两个,分别位于1～2 km和6～7 km。     

RCP4.5情景下中国季风区及降水变化预估

本文使用国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)中共46个全球气候模式的数值试验结果,通过对中国区域的年、夏季和冬季降水气候态的模拟能力评估,择优选取了18个气候模式用来预估RCP4.5情景下21世纪中国季风区范围、季风降水及其强度变化。结果表明,相对于1986~2004年参考时段,RCP4.5情景下多数模式和所有模式集合平均在不同时段内均模拟出中国季风区面积、季风降水及其强度的增加趋势,最明显的时段出现在2081~2099年。其中,季风区面积扩张是导致季风降水增加的主要因素。在机制上,热力与动力条件变化均有利于季风降水强度的增加以及更多的水汽进入中国东部,从而引起季风区范围的扩大。     

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。     

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%。     

漠河极端气温气候特征及其变化

采用相关系数法和对比分析法,分析了1963-2000年38年间中国最北部的漠河极端最低气温和极端最高气温的气候特征及其气候变化.结果表明:漠河是中国最冷的地方,不仅在中国气象史上创下了-52.3℃的极端最低气温最低极值,且每年极端最低气温都在-38℃以下;年极端最高气温为38.0℃;极端气温年较差很大,最小为73.1℃,最大为87.0℃,1980年代后明显变小;极端最低气温总体变化不明显,但1990年代上升显著,10年间平均升高1.6℃;极端最高气温总体变化显著,为升降交替变化,1970年代显著升高,10年问平均升高了1.6℃;1980年代明显下降,10年间平均下降了1.1℃;1990年代上升,10年间平均上升0.7℃;年极端最低气温出现在11月、12月、1月和2月,1月最多,占52%;年极端最高气温出现在5-9月,7月最多,占47%;日极端最低气温多出现在4-7时;日极端最高气温多出现在14-16时;特别值得一提的是:漠河1963-2000年间1-12月的月极端最低气温都曾经出现过零下的记录.     

近45年来河北省极端降水事件的变化研究

利用河北省1961-2005年逐日降水资料,采用通用的极端气候指数,分析了近45年河北省极端降水事件频率变化的时空特征.结果表明,全省平均年最大日降水量呈下降趋势,1980年为由多向少的转折点;强降水日数和暴雨日数变化不大,但南部平原地区一般减少,北部山地区域多有增加,暴雨日数和强度在1990年代中后期显著增加;降水日数有较明显减少,南部和东南部平原减少更显著;降水日数的减少主要是中、小雨(雪)日数减少造成的.这些结果说明,河北省强降水日数和暴雨日数在降水日数中的比重有增大趋势,强降水量和暴雨降水量在总降水量中的比重可能增加了.这种相对增加趋势主要发生在1990年代中期以后.     

夏季南海季风槽与印度季风槽的气候特征之比较

亚洲夏季风槽包括两大重要组成部分,即南海夏季风槽和印度夏季风槽.两个季风槽同属于热带夏季风系统,具有热带辐合带的性质.但由于所处地理位置、海陆分布、受到的影响系统不同等原因,两个季风槽有明显的异同点.利用气候平均资料分析,揭示南海夏季风槽和印度季风槽的结构特征和演变特征的异同点,有利于提高对亚洲夏季风系统的认识.作者首先讨论了结构特征方面的差异,从季风槽的对流特征、环流场配置特征、热力结构特征等方面探讨了两个季风槽的区别,分析结果表明南海夏季风槽和印度夏季风槽在结构特征方面区别不算很大,都具有热带季风辐合带的典型结构,低层辐合,高层辐散,有明显的季风经圈环流,热力结构特征均是低层偏冷,中高层偏暖.相对来说,印度夏季风槽比南海夏季风槽强且深厚.其次对南海夏季风槽和印度夏季风槽的演变的气候特征所进行的分析表明,季风槽建立时间与季风爆发时间是一致的.南海夏季风槽爆发早且突然,撤退缓慢,维持时间长;印度夏季风槽则是渐进式的爆发,撤退迅速,维持时间较短.两个季风槽的温湿演变特征也有所不同.     

Responses of Mean and Extreme Precipitation to Different Climate Forcing Under Radiative-Convective Equilibrium

Understanding the responses of mean and extreme precipitation to climate change is of great importance.Previous studies have mainly focused on the responses to prescribed sea surface warming or warming due to increases of CO2.This study uses a cloud-resolving model under the idealization of radiative-convective equilibrium to examine the responses of mean and extreme precipitation to a variety of climate forcings,including changes in prescribed sea surface temperature,CO2,solar insolation,surface albedo,stratospheric volcanic aerosols,and several tropospheric aerosols.The different responses of mean precipitation are understood by examining the changes in the surface energy budget.It is found that the cancellation between shortwave scattering and longwave radiation leads to a small dependence of the mean precipitation response on forcings.The responses of extreme precipitation are decomposed into three components(thermodynamic,dynamic,and precipitation efficiency).The thermodynamic components for all climate forcings are similar.The dynamic components and the precipitation-efficiency components,which have large spreads among the cases,are negatively correlated,leading to a small dependence of the extreme precipitation response on the forcings.     

极端降水事件变化的观测研究

回顾了气候变化背景下的极端降水事件变化观测研究的主要进展,结合全球变化的特点,重点讨论了中国极端降水事件的变化特征。指出：最近50多年,我国降水强度普遍趋于增加,降水日数除西北地区外其他大部分地区显著减少。极端降水与总降水量变化之间的关系很密切,西北西部、长江及长江以南地区极端强降水事件趋于频繁,华北地区虽然极端降水事件频数明显减少,但极端降水量占总降水量的比例仍有所增加。连阴雨产生的年降水量在华北、东北东部和西南东部地区明显减小,在青藏高原东部和一些东南沿海地区则增加。降水日数和微量降水日数减少是近年来我国干旱化趋势发展的一个重要特点。     

Decreasing Trend in Global Land Monsoon Precipitation over the Past 50 Years Simulated by a Coupled Climate Model

The authors examine the effects of external forcing agents such as greenhouse gases (GHGs) and aerosols, as well as solar variability and ozone, on global land monsoon precipitation by using a coupled climate model HadGEM1, which was developed by the Met Office Hadley Centre for Climate Research. The results indicate that HadGEM1 performs well in simulating the observed decreasing trend of global land monsoon precipitation over the past 50 years. This trend mainly occurred in the Northern Hemisphere and is ...     

我国南北方气温和降水气候态变化特征及其对气候检测结果的影响

利用1961-2012年中国区域1353个站的年平均气温和年降水资料,分析南方和北方4种气候态的变化特征,并探索气候态的改变对南方和北方气候检测的影响。结果表明：气候变暖对气候态的影响较为明显,气候态的改变会使得南北方气候分析结果发生改变。北方近52年来年平均气温的升温趋势较明显,南方升温趋势较弱,南北方在I态、II态和III态下的年平均气温均呈现一致的增加趋势,但北方比南方升温更快。南北方年降水量的历年变化差异较大,北方年降水量呈现弱的“降-升-降-升”变化趋势,南方年降水量的历年变化较大,多项式趋势线呈“2峰3谷”。气候态的改变使得北方和南方的气温和降水等级均向着高等级移动,北方气温等级的变化受气候态的影响比南方更明显。     

伊犁河谷气候变化特征分析

用伊宁国家气象观测站1952—2005年的气象资料,分析伊犁河谷54a来的气候变化情况。伊犁河谷气候增暖增湿现象较明显,增温率为0.41℃/10a,特别是冬季气温偏暖明显;降水偏多趋势较明显,增幅为21.2mm/10a。由于气候变暖,伊犁河谷极端天气气候事件发生的频率增加,造成的影响更加严重。     

近40年湖南省极端强降水气候变化趋势与突变特征

利用1961-2004年逐日降水资料,对湖南极端强降水事件气候变化趋势和突变特征进行分析.结果表明:近44年来,极端强降水量和日数呈增加趋势.1993年是显著增加的突变点,年平均极端强降水量与日数1994-2004年比1961-1993年分别增加126.4mm和2.05d.极端强降水年平均强度趋势不明显,无明显突变,但1993年之后一直处于上升趋势,1994-2004年比1961-1993年增加了2.25mm·d-1.间隔1～5d的极端强降水事件除湘西和永州南部外,大部分地区呈增加趋势,洞庭湖区和湘江流域增加显著.极端强降水事件发生时间主要集中在6月中下旬和5月上中旬,1990年代以来,7月中旬也是极端强降水事件频发时段.