Contribution of intraseasonal oscillation to long-duration summer precipitation events over southern China

本文重点分析了中国南方地区长持续性(14天以上)夏季降水事件的环流异常背景和相应的前期信号。结果显示,长持续性降水事件主要由中国南方及其相邻的南海地区低层(850-h Pa)气旋性环流异常导致。该气旋性环流异常可以追溯到30天以前新几内亚以北的热带地区,随后它自热带地区逐渐向北略偏西方向移动,最终影响了中国南方地区长持续性降水事件。其北移特征在30–60天滤波后的风场中也有清楚的体现,暗示了30–60天季节内振荡自热带西太平洋地区向北的传播可能对中国南方地区长持续性夏季降水事件具有重要贡献。     

新疆伊犁河谷不同季节降水的日变化特征

利用2012—2019年新疆伊犁河谷10个气象站逐小时降水资料,分析该区域不同季节降水的日变化特征。结果表明:(1)伊犁河谷春季、夏季和冬季的累计降水量日变化呈单峰型,秋季呈双峰型。四季累计降水量日变化的低值都出现在下午(15:00—19:00),高值时段在春季、秋季和冬季的上午(10:00—12:00),夏季高值出现在前半夜(22:00)。(2)同一季节累计降水频次和累计降水量的日变化特征类似,逐时平均降水量和降水频次峰值的空间分布均存在明显区域差异。(3)伊犁河谷四季均以短历时降水事件为主,该类事件在夏季出现比例最高(89%),冬季出现比例最低(70%),且短历时降水事件是夏季总降水量的主要贡献者,而长持续性降水事件是冬季总降水量的主要贡献者。(4)伊犁河谷四季降水的日循环与降水的持续性之间都存在密切关系,其中持续2～8 h和1～4 h的降水事件是春季和夏季降水量日变化峰值的主要贡献者,不同持续时间降水事件对秋季和冬季降水量日变化峰值的贡献大致相等。     

中国地区降水持续性的季节变化特征

本文利用我国588个气象站1969-2008年逐12小时的降水资料,分析了中国地区降水持续性的空间分布特征及其季节演变规律。分析结果表明,35°N以南,西部和东部年平均的降水平均持续时间较长,中部略短;35°N以北,西北和内蒙西部最短,东北地区北部略长。将降水事件按持续时间分类自南向北,东南地区、江淮和黄淮地区、东北和华北北部地区短时降水（持续一个时次,12小时）的降水量和降水频率占全年总降水的比例逐渐增加,持续性降水（持续3个时次及以上）的比例减少。降水平均持续时间随季节的变化基本能反映出江南春雨、江淮梅雨、东北和华北夏季雨季、关中盆地和汉水谷地的秋雨以及青藏高原地区和西南地区夏季雨季。同时,东南地区秋冬季节、江淮和黄淮地区10月上旬和西南地区10月下旬存在降水平均持续时间的峰值,与降水量的变化不一致,是由持续性降水频率的增加和短时降水频率的减少造成的。此外,东部三个区域降水平均持续时间的夏季季节内变化对应了季风雨带的“北跳和南撤”过程。     

气候变暖背景下降水持续性与相态变化的研究综述

持续性降水和固态降水（或近地面气温为0℃左右的降水）都能导致洪涝和低温雨雪冰冻等灾害性的极端事件,对人民群众生命和财产安全以及社会经济发展也会造成严重危害。目前中外围绕降水量、极端降水事件变化等已开展了大量研究,但在降水持续性和相态变化的特征及其影响机理方面的研究仍显不足。因此,围绕降水持续性和相态变化的相关研究,对近20余年来取得的一些重要研究进展进行回顾。研究指出,在气候变暖背景下降水持续性和相态变化的特征在全球范围内表现出了区域上的不一致性。有关降水持续性变化方面,中国南方地区持续性降水过程及其产生的降水量呈现增多趋势,但北方地区呈现减少的趋势,而西南地区长持续性降水呈下降趋势。至于降水相态变化方面,中国南方地区持续性雨雪冰冻事件在气候变暖背景下总体呈减少趋势。这些变化除了与气候变暖有关外,可能还与大气遥相关模态、低频振荡及ENSO事件等引起的大气环流异常有关。今后应该更多开展气候变暖背景下降水持续性和相态变化的特征、可能机理以及其与气候变暖的可能联系方面的研究,以期通过相关研究深入理解中国降水持续性与相态变化的规律、成因及其与旱涝、低温雨雪灾害等的联系,进一步加深对气候变暖背景下中国天气、气候的影响及其机理的认识。      

中国1961—2016年夏季持续和非持续性极端降水的变化特征

基于国家气象信息中心提供的1961—2016年2400多站逐日降水观测资料,根据百分位法确定极端降水,对中国夏季持续（持续2 d及以上）和非持续性（持续1 d）极端降水事件的变化特征进行了研究。结果表明：在气候变暖背景下,以江淮流域为代表,中国大部分地区极端降水量趋于增多,但华北、西南及西部部分地区趋于减少;除内蒙古中部、四川等地以外,中国大部极端降水对总降水的贡献呈增多趋势。进一步对华北、江淮、华南、西南4个代表区域进行分析,发现华北、西南地区的持续和非持续性极端降水量都呈减少趋势,持续性极端降水量的减少更突出,极端降水更多以非持续性形式出现;江淮、华南一带,两类极端降水量都呈增多趋势,持续性极端降水量的增加更明显,极端降水更多以持续性形式出现。     

夏季中国中东部不同历时降水时空分布特征

利用1961~2012年台站逐时降水资料,分析了夏季中国中东部不同历时降水的主要气候分布和长期变化特征,为深入认识其时空变化规律和形成机理奠定基础。分析结果表明,降水事件的平均历时由南向北呈"短—长—短"分布型,华南和北方地区以6 h以下的短历时降水为主;而中部地区(28°N~37°N)6 h以上长历时降水占总降水量60%以上。随着降水历时的增加,小雨事件(0.1~1.0 mm/h)的发生概率降低,中雨事件(1.1~10.0 mm/h)的发生概率升高;大雨、暴雨事件(10.0 mm/h)更易出现在35°N以南历时偏短的降水事件中。1961~2012年,中国中东部总降水量呈"南升北降"的趋势分布,夏季南方大部分地区降水强度、时数和事件数均呈上升趋势;而北方地区降水时数和事件数显著减少,不过降水强度呈增强趋势。中东部降水历时总体呈上升趋势,尤其以我国长江与黄河之间的中部地区变化最为显著。同时,该地区短历时(1~6 h)降水无显著的年代际转折,长历时(6 h)降水的年代际增加是20世纪70年代末至20世纪90年代初降水增多的主要原因。20世纪90年代初期以来,南方地区降水的年代际增多则是长、短降水共同作用的结果,但超过6 h降水的影响范围更广,且影响中心较短历时降水偏北。     

2006年夏季西南地区东部特大干旱及其大气环流异常

利用1959-2006年西南地区东部20个测站的逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及国家气候中心提供的环流特征量资料,分析了2006年夏季西南地区东部特大干旱的时空分布及其同期大气环流的异常特征.结果表明,2006年夏季西南地Ⅸ东部少雨时段从6月中旬初开始一直持续到9月上旬中后期,达80多天,其中7月下旬中期到9月上旬中期降水尤其稀少.西南地区东部区域6、7、8月及整个夏季(6-8月)降水都偏少,降水指数显示2006年是西南地区东部1959年以来夏季降水最少的年份.2006年夏季西南地区特大干旱与大气环流异常有很大的关系,中高纬度环流及西太平洋副热带高压、西风带环流、南亚岛压、低层流场、水汽输送以及垂直运动等都持续异常.西太平洋副高异常偏北且偏西和副高异常偏弱且偏东时,两南地区东部都日,能出现严重干旱,2006年夏季属于副高控制性高温伏旱.西太平洋副高偏强偏北偏西,同时伴随南亚高压偏强偏东,西南地区东部在副高控制下,盛行下沉气流,同时也抑制了向该地的水汽输送,再加上西风带环流以及中高纬环流配置不利于冷空气南下,因而2006夏季西南地区东部少雨干旱.青藏高原热源偏弱,菲律宾附近地区对流非常活跃,是引起2006年夏季西太平洋副商偏强偏北偏西的重要原因.     

1967-2006年中国东南沿海盛夏降水强度变化特征分析

利用中国地面台站逐日和逐时降水资料,对中国东南沿海地区近40年(1967-2006年)盛夏(7-8月)降水强度变化特征进行了分析.逐日降水资料的分析结果表明我国东南沿海盛夏的降水量呈显著增加趋势,且主要是由日降水强度增强所致,日降水频次的贡献不显著.结合逐时降水资料的分析结果发现,东南沿海地区虽然降水日的平均降水时数显著增加,平均逐时降水强度也显著增强.通过按降水持续时数确定的降水事件分类分析发现,短持续降水(≤4h)平均小时强度显著增强,具体表现为弱小时强度降水减少和强降水增多.长持续性降水(≥15h)平均小时强度减弱,但降水频次增加.由于长持续性降水的平均小时降水强度远大于短时降水平均小时强度,对整体小时强度增强是正贡献.总之,我国东南沿海盛夏平均降水强度增强主要来自长持续性降水频次的增多、短时强降水频次的增多和短时弱降水频次的减少.     

1961-2018年西南地区夏季干旱变化特征及其与环流异常的联系

利用1961—2018年中国西南地区312站降水观测资料、NCEP/NCAR再分析资料及海表温度资料,采用夏季SPI(Standardized Precipitation Index)指数作为干旱指数,研究了西南地区夏季干旱变化特征及其与环流异常的联系。结果表明:西南地区夏季总体呈现变干趋势,尤其在云南、四川东南部干旱化趋势显著。当西南地区夏季显著干旱时,该地区对流层低层辐散、上层辐合,且向该地区的水汽输送偏少。造成西南地区干旱维持的原因可归结为大气波动活动异常和海温异常强迫。前者通过西风带扰动向下游的能量频散,为西南地区低层辐散、上层辐合的环流异常的形成和维持提供了必要的扰动能量积聚;后者通过热带西北太平洋异常热源对大气的强迫,使得该地区对流层低层(上层)形成异常辐合(辐散),在西南地区和热带西北太平洋形成了斜向垂直环流,使西南地区受下沉气流控制,从而形成了利于降水显著偏少和干旱发生并维持的条件。     

青藏高原冬、春季植被特征及其对西南地区夏季降水的影响

本文利用西南地区96个气象台站1982-2001年夏季(6-8月)月平均降水资料和归一化植被指数(GIMMS NDVI)资料,分析了青藏高原冬、春季植被特征及其对西南地区夏季降水的影响,得到以下几点认识:青藏高原冬、春季植被呈现东南部覆盖较好,逐渐向西北部减少的特征.近20 a来,高原冬、春季植被总体呈增加趋势,其高原中西部、南部、北部增加明显,而南部侧边界和中东部呈减少趋势.相关分析和奇异值分解表明:高原冬、春季植被对西南地区夏季降水有较明显影响,且这种影响也存在一定的区域差异.高原前期植被变化可以作为西南地区夏季降水长期预报综合考虑的一个参考因子.     

东北地区降水日数、强度和持续时间的年代际变化

利用93站1951—2002年逐日降水资料，分析了东北地区不同强度降水事件的时空演变特征及其对旱涝的影响。结果表明:52年来，东北地区小雨事件对年降水量的贡献率呈显著增加趋势，中雨的贡献率略为减少，大雨和暴雨的贡献率变化不大；东北年总雨日减少趋势非常明显，雨日的减少主要体现在小雨日数的减少；年降水强度表现为明显的增强趋势，主要体现为小雨和暴雨强度增强；20世纪80年代中期之前多小雨事件，80年代中期之后多中雨以上强度的降水，特别是90年代中期之后多暴雨事件。在显著变暖的20世纪90年代，降水日数明显减少，但暴雨日数基本不变，强度明显增强。对东北地区降水量、降水变幅、降水事件的变化特征分析表明:该区域降水有向不均衡、极端化发展的趋势，旱涝灾害也有加重趋势。     

中国近54年来夏季极端降水事件特征研究

利用1960~2013年中国6~8月无缺测的571站逐日降水资料,定义7个极端降水指数,研究中国夏季极端降水事件特征。结果表明:(1)极端降水事件空间分布存在明显的区域性差异,长江中下游地区、华南地区、西北地区表现为增加趋势,东北地区、华北地区、西南部分地区表现为减少趋势;时间分布表现出具有显著的年际和年代际变化特征,极端降水事件有增加趋势,在20世纪90年代初期有明显转折。(2)M-K检验表现出极端降水事件在20世纪90年代初发生突变,突变前(后)偏弱(强)。(3)极端降水指数周期振荡不完全一致,准15年周期振荡为主,其次是准7年周期,最强振动出现在1998年。(4)除持续干期指数外,其他极端降水指数间存在较好的相关性。     

Changes in temporal concentration property of summer precipitation in China during 1961–2010 based on a new index

Based on the property of entropy, a new index Q was defined to measure the temporal concentration property of summertime daily rainfall in China, based on daily precipitation data collected at 553 observation stations in China during 1961–2010. Furthermore, changes in the temporal concentration property of summer precipitation in China were investigated. The results indicate that the regions with larger Q values were located in most parts of Northwest China and the north of the Yellow River, where daily precipitation tended to become temporally concentrated during the study period. On the contrary, smaller Q values were found in eastern Tibetan Plateau, southeastern Northwest China, and most parts of Southwest and South China. The most obvious increasing trend of Q index was found in South China and most parts of Southwest China, where precipitation showed a temporal concentration trend. However, a decreasing trend of Q index was found in Northwest China, the Tibetan Plateau, and the north of the Huaihe River. Variations of the Q index and the summer rainfall total during 1961–2010 in China both exhibited an increasing trend, implying larger temporal variability in rainfall attributes. It is illustrated that the summer precipitation in general became more temporally concentrated with more intense rainfall events and wetter days.     

中国近50a极端降水事件变化特征的季节性差异

利用中国419个测站1958-2007年逐日降水资料集,分析了近50a中国不同区域年和季节极端降水事件的基本变化特征。结果表明,多年平均极端降水事件的空间分布具有明显的纬向分布特征,并表现出显著的季节性差异。长江以南地区是春、冬季极端降水事件发生频次较高的区域;而年、夏季以及秋季极端降水事件发生频次在西南地区较高,在西北东部较低。年极端降水事件频次的长期变化趋势与夏季相似,华北和东北有增加趋势,其他地区为弱的减少趋势;其他季节的长期变化趋势存在明显的区域和季节性差异。年和季节极端降水事件的发生频次具有显著的年际和年代际变化特征。年极端降水事件时间序列的多项式拟合曲线的变化情况与夏季基本一致;而其他季节的变化则存在较大差异,表现出显著的季节性差异。     

西南地区极端降水变化趋势

利用西南地区90个气象台站1970-2010年逐日降水量资料,依据世界气象组织(WMO)定义的连续5d最大降水量、总降水量、强降水比等6种极端降水指数,采用F检验、11a滑动平均等统计方法,研究了西南地区极端强降水变化趋势的时空变化特征。在时间上,西南地区近41年来冬、春、夏季连续5d最大降水量缓慢波动上升,秋季连续5d最大降水量呈下降趋势;强降水、降水强度及强降水比呈上升趋势,但总降水量和最长持续无降水日数呈减少趋势;另外,各极端降水指数还存在明显的年际、年代际变化。在空间上,西南地区极端降水变化趋势具有显著的地域差异,呈东西或西北东南向梯度变化特征。其中冬季连续5d最大降水量、降水强度、强降水比及最长持续无降水日数,在西南大部分地区呈增加趋势。秋季连续5d最大降水量与总降水量在西南大部分地区呈减少趋势。而春、夏季连续5d最大降水量和强降水的增减区域大致相当。     

Trends in graded precipitation in China from 1961 to 2000

Daily precipitation rates observed at 576 stations in China from 1961 to 2000 were classified into six grades of intensity, including trace （no amount）, slight （≤ 1 mm d^-1）, small, large, heavy, and very heavy. The last four grades together constitute the so called effective precipitation （〉 1 mm d^-1）. The spatial distribution and temporal trend of the graded precipitation days are examined. A decreasing trend in trace precipitation days is observed for the whole of China, except at several sites in the south of the middle section of the Yangtze River, while a decreasing trend in slight precipitation days only appears in eastern China. The decreasing trend and interannual variability of trace precipitation days is consistent with the warming trend and corresponding temperature variability in China for the same period, indicating a possible role played by increased surface air temperature in cloud formation processes. For the effective precipitation days, a decreasing trend is observed along the Yellow River valley and for the middle reaches of the Yangtze River and Southwest China, while an increasing trend is found for Xinjiang, the eastern Tibetan Plateau, Northeast China and Southeast China. The decreasing trend of effective precipitation days for the middle- lower Yellow River valley and the increasing trend for the lower Yangtze River valley are most likely linked to anomalous monsoon circulation in East China. The most important contributor to the trend in effective precipitation depends upon the region concerned.     

1980-2020年山西省极端降水的研究

基于1980-2020年山西省109个气象观测站点的逐日降水资料,选取10个极端降水指数,采用气候倾向率、相关分析、因子分析、R/S预测方法等方法,对山西省极端降水进行了时空分布的研究,以期为山西省的气候变化、生态环境保护、防灾减灾、气象服务工作提供参考依据,结果表明：(1)从时间尺度来看,1980-2020年期间,山西省极端降水的强度和极值都有明显增加,连续干旱日数和连续湿日日数呈下降趋势,其余均表现出不同程度的增加,其中年总降水量增加幅度最明显;从空间尺度来看,年总降水量、降水强度、降水频率、极值均为从西北向东南逐渐增多,空间差异较明显;从各站点的空间分布来看,北部和中部地区的极端事件增加最显著,北部地区的干旱日数仍以增加趋势为主,连续湿日日数气候倾向率的空间差异较大,中部地区站点显著增加,南北部以减少趋势为主;(2)基于相关分析方法表明各极端降水指数(除干旱日数外)与年总降水量都有很好的相关关系,强降水量和极强降水量对年总降水量的贡献值呈现出增加趋势;采用因子分析方法提取了3个公共因子,方差贡献率累计达到了87％,可以看出极端降水强度和降水量指数在对极端降水方面影响较大;利用R/S分析法可以得到年总降水量、中雨日数、大雨日数、最大5日降水量这几个指数未来呈现弱减少趋势,而干旱日数仍为减少趋势,连续湿日日数为持续弱增加趋势。总体看来,山西省极端降水近年来呈现出增加趋势,在空间分布有明显差异。     

信阳市人体舒适度指数变化及未来趋势分析

利用信阳气象站1961-2013年的观测资料计算逐日人体舒适度指数(CIHB),运用线性倾向估计、滑动平均和滑动标准差,分析了信阳CIHB的变化趋势,以及舒适日数变化趋势。在此基础上,运用R/S分析法对CIHB及舒适日数变化趋势进行了预测。结果表明:1)信阳的年均CIHB呈显著上升趋势,线性趋势为0.016/a。春、冬季的平均CIHB呈显著上升趋势,且趋势强度相当。秋季平均CIHB虽呈上升趋势,但趋势不显著。夏季平均CIHB呈显著下降趋势。冬季CIHB标准差总体上没有明显的增大或减小趋势,夏季CIHB标准差不断减小,表明信阳出现极端天气气候事件的概率没有增加。2)信阳舒适日数呈显著增加趋势,达0.359天/a,冷、热日数呈减少趋势,趋势强度冷日数的大于热日数的。3)通过R/S分析,年、季平均CIHB具有长期相关的特征,未来的年及春、秋、冬季平均CIHB将继续上升,夏季平均CIHB将继续下降。年舒适日数具有长期相关的特征,未来年舒适日数仍将增加,年冷、热日数继续减少。     

西南地区东部大官山山地降水梯度变化特征分析

基于2019年1月~2020年12月西南地区东部大官山降水观测数据,分析了降水随海拔高度的变化特征。结果表明:2019~2020年,大官山降水量总体随海拔升高而增大,多年平均梯度变化率为1.32%/100 m,最大降水高度在海拔1900 m左右。各季降水梯度变化率中,夏、秋季高,冬、春季低,夏季为3.31 mm/100 m,秋季为1.39 mm/100 m,冬季为0.50 mm/100 m,春季为0.67 mm/100 m。各月降水梯度变化率中,7月最高,达5.06 mm/100 m,1月和11月最低,分别为0.23 mm/100 m和0.29 mm/100 m。降水日数和小雨日数随高度的线性变化趋势较明显,平均上升率分别为2.86 d/100 m和2.56 d/100 m。大雨日数在海拔1900 m左右最大,暴雨日数在海拔2500 m左右最大。降水日变化表现出多峰值特征,降水量和降水强度均在06~09时达到最大,降水频率也随海拔高度升高而增大,其中,高海拔降水频率在15时左右达到最大。降水随海拔高度的变化与天气过程密切相关,持续阴雨天气过程降水量的梯度变化较为平缓,暴雨天气过程降水量随海拔的升高而升高,局地阵雨中单次过程降水量与海拔高度相关性不明显。      

全球气候变暖背景下水城县近30a气温与降水变化的新特征

该文基于水城县国家气象观测站1986—2015年的逐日观测资料,利用线性回归、Morlet小波分析等方法,对水城县近30 a气温和降水的气候特征进行分析。结果表明：①水城县年平均气温在近30 a来呈现显著的上升趋势,其中春、夏、秋三季的平均温度对年平均气温的增加起到了重要贡献,且冬季在近15 a来更容易发生极端暖冬与冷冬事件;②水城县年平均降水量在近30 a来存在一定的减少趋势,但与气温不同,夏、秋两季的降水占到了全年的75%以上,从而与全年降水量的变化特征息息相关,并且在气候变暖的背景之下,水城县夏、秋季的降水在2000年以来年际变率显著变大,从而导致当地更容易出现极端的旱涝事件;③过去30 a水城县的年极端最高气温出现在春季和初夏的次数最多,3—6月共有25次,占比高达80.6%,年极端最低温所出现的月份则主要集中在冬季（12月—翌年1月）;④水城县平均气温的增加与极端降水的变化之间存在密切联系,水城县年均暴雨日数主要集中在6—8月,在全年暴雨日数中占比达到79%（51 d）,而水城县近30 a的年暴雨日数在气温升高、总降水量减少的背景之下仍出现了显著的增加趋势。