叶尔羌流域极端气候变化特征及其对径流的影响研究

基于1954—2015年叶尔羌流域的气温、降水和径流数据,采用M-K突变检验、距平、趋势分析、Hill估计方法揭示了影响流域水文过程的气候指标,采用主成分回归分析方法探讨了极端气候与极端水文事件之间的关系。结果表明：（1）叶尔羌河流域年平均气温、降水均呈显著上升趋势;年平均气温突变时间为1998年,年平均降水不存在突变。（2）流域径流量、极端径流量呈上升趋势,其中径流量变化显著,极端径流的阈值为148.3 mm,64年间共计发生18次极端径流事件。（3）流域极端降水对径流以及极端径流的变化影响较大,极端气温影响次之。     

广东省近50年极端降水事件的时空特征及成因分析

利用广东省境内25个测站1961~2010年逐日降水资料,综合运用Mann-Kendall检验、正交分解函数和Morlet小波分析等方法,剖析了广东省极端降水的空间结构分布与时间变化特征,并从水汽辐合的角度解释了极端降水的时空特征。结果表明:全省极端降水事件的总量、频次、强度空间分布差异较大,从北到南,极端降水总量和强度增加,频次减少;全省大部分区域极端降水总量和频次都有增加的趋势;广东省极端降水受大尺度天气系统的影响,存在全区一致的多雨或少雨,但也存在东西、四周、中心以及南北的差异;极端降水空间异常可分为4个气候区(异常型),即粤东北区,粤西区,粤中部区以及粤东沿海区,各降水异常区存在20a左右的长周期、10a左右较长周期的和3~4a的短周期振荡;广东省极端降水与极端水汽辐合对应关系较好,区域内水汽辐合的改变可能是影响广东省极端降水变化的重要气候因子。     

珠江流域降水集中度时空变化特征及成因分析

基于珠江流域内43个常规气象站点1960~2012年的逐日降水资料,计算了流域内各站点长期降水集中度(LCI)和逐年降水集中度(ACI);采用Mann-Kendall趋势检验法和Sen’s坡度检验法检测ACI时间上的变化趋势;同时采用反距离权重插值法(IDW)对LCI的区域特征和ACI的变化趋势进行空间插值以分析降水集中度的时空分布规律;采用随机森林(RF)算法对降水集中度的影响因子进行重要度分析。结果表明:(1)珠江流域逐年降水集中度ACI的年际变化不明显,东南部呈上升趋势,西北部呈下降趋势;(2)珠江流域西北部长期降水集中度LCI值偏小,即降水分布较平均;东南部长期降水集中度LCI值偏大,即降水较集中,表明该地区降水极值情况发生的几率相对较高,该空间分布趋势可能是受距离海洋的远近及海拔的影响;(3)众多气候影响因子中,东亚夏季季风(EASMI)对珠江流域的降水集中度影响最明显。     

乌鞘岭是甘肃气候转型变化的分界线吗?

基于甘肃省及周边地区46个气象站点的气温和降水年值、月值数据,对数据进行均一化检验和订正后,采用气候倾向率法、Mann-Kendall 非参数检验法对甘肃近50a气候变化时空特征进行了分析。结果表明：甘肃省平均气温、平均最低气温、平均最高气温、极端最高气温、极端最低气温均升温明显,其中以最低气温升温最为显著。气温的季节变化空间差异较大,空间上四季最低气温和极端最低气温升温最显著,春、冬季平均最低气温升温最显著;夏、秋季极端最低气温升温最为显著。降水变化的区域差异大,降水气候倾向率最小值达-22.2mm·（10a）^-1,最大值14.1 mm·（10a）^-1,乌鞘岭以东表现为减少趋势,以西增加。河西地区气温突变时间为1986年,早于河东气温突变时间（1993年）。甘肃气候变化时空差异明显,乌鞘岭是近50a甘肃气候转型分异的一条重要分界线。     

额尔齐斯河流域上游地区近50 a来气温和降水变化的DFA分析

为查明新疆境内额尔齐斯河流域年及季节性气温和降水变化规律,并对未来的可能变化趋势做出预测,基于去趋势波动分析法（DFA）对流域近50 a来的气温、降水序列的平均值和极端值进行分析. 研究表明,年降水及春、夏的降水序列有较好的长程相关性,在较长时间尺度内均有继续保持原有趋势的可能,即年降水继续增加,春、夏降水维持稳定;秋、冬季降水则呈现弱持续性和强随机性,在短时间尺度上保持现状,长时间尺度上则存在改变的可能. 年均温及夏、秋、冬温也将继续保持升温的趋势,春季长时间尺度上存在改变的可能. 流域内温度和降水都将保持增长的趋势,而且温度的持续上升相对降水具有更高的可能性. 由DFA方法确定的极端阈值及相应极值序列显示：20世纪80年代以来,极端高温和极端降水事件开始增多,且量值增大,准周期变短,但极端高值并没有显著提高;极端低温事件的发生次数减少显著,平均值增大,同时低温极值增高明显,冬季气温对全球变化的响应更为敏感.     

21世纪前中期三江源地区极端气候事件变化趋势分析

利用国家气候中心发布的IPCC SRES A1B温室气体排放情景下水平分辨率为25 km的连续气候变化模拟试验数据, 分析了三江源地区极端气候事件变化趋势.结果显示: 2001-2050年冷暖等级呈显著增高趋势, 其中以夏季变化最为明显, 冬季变化最小; 极端高温事件发生频次呈显著增多趋势, 而极端低温事件总体呈显著减少趋势; 干湿等级呈不显著增高趋势, 四季中只有冬季干湿等级呈减小趋势, 其余三季均呈升高趋势; 干燥和暴雨事件发生频次均呈显著增多趋势.地形尤其是经、 纬度和海拔对极端气候事件的变化趋势有明显的影响.     

青海省近50年极端降水事件时空分布特征

基于线性倾向估计、小波分析、Mann-Kendall检验及空间插值等方法,对1962—2013年28个均匀分布在青海省内的气象站点数据近50 a(1962—2013年)极端降水事件的时空特征进行了分析。结果表明,在长期趋势上青海省极端降水事件呈上升趋势,其强度与频数变化分别具有28 a和15 a±的主周期,并且少数站点在20世纪90年代发生突变;青海省内的极端降水事件在空间上存在明显差异,整体呈自西向东逐渐增强的特征,极端降水事件在南部地区发生频率总体高于北部地区,东南部发生极端降水的频率最高;近50 a青海省内大部分地区极端降水事件的强度与频数均呈上升趋势,其中东北部地区极端降水事件的强度上升趋势较为明显,仅有东南端与西北端呈现下降趋势,极端降水事件频数的上升趋势由东南端及西北端分别向中部加强。     

基于复杂网络的珠江流域片极端降水空间特征及时间规律分析

研究极端降水特征和演变规律对流域防灾减灾具有重要意义。采用长期逐日高分辨率卫星降水数据,结合统计显著性检验构建无向网络和有向网络,分别编码极端降水的连接与传播,以珠江流域片为例,分析极端降水的空间特征与时间规律。结果表明：西江流域有最大的极端降水发散源和汇聚地,红水河、黔浔江、左江交界处度中心性大于0.5,韩江流域和东江上游平均传播距离超过400 km,根据最大5%聚类系数辨识出五大流域极端降水中心;空间上,存在韩江流域、东江流域、珠江三角洲中心,长安-桂林场次中心来自柳江流域中心,海南岛中心对珠江流域片有传入影响;时间上,极端降水主要在5月下旬至6月上旬从珠江流域片向韩江流域、东江流域和珠江三角洲中心传入,在6月上中旬从韩江流域、东江流域、珠江三角洲和柳江流域中心向红水河、柳江、黔浔江及左江交界处传出。     

中国极端降水事件的频数和强度特征

使用1951-2004年中国738个测站逐日降水资料,采用百分位的方法定义极端降水事件的阈值,分析了不同持续时间的极端降水事件的时空分布及变化趋势特征。结果表明,极端降水事件多发于35°N以南,特别是在长江中下游和江南地区以及高原东南部,且在这些地区极端降水事件持续时间也较长。季节分布上,主要出现在夏季,以低持续性事件为主。在中国东部地区,持续时间越长的极端降水其强度往往越强。趋势分析表明,全国持续1d极端事件的相对频数具有上升趋势而平均强度具有下降趋势,其空间上均表现为全国大部分上升、华北和西南等地下降的趋势。持续2d以上极端事件在长江中下游流域、江南地区和高原东部等地区有显著增多和增强的趋势,而在华北和西南地区有减少和减弱趋势,但全国平均的趋势不显著。     

珠江流域降水干湿时空特征及气候因子影响研究

利用模糊C-均值聚类算法、皮尔逊相关和滑动相关分析等方法,对珠江流域做了气候一致性分析,在此基础上,研究了珠江流域不同分区年降水和干湿季降水变化的时空特征,分析了区域干湿变化与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、北大西洋涛动(NAO)、印度洋偶极子(IOD)和太平洋10年涛动(PDO)等主要气候因子的遥相关关系,探讨了珠江流域干湿变化的气候成因。在此基础上,进一步研究上述气候指标对不同时间尺度干湿变化影响的平稳性与差异性。除此之外,还研究了气候指标的冷暖期对基于6个月SPI值的珠江流域干湿状态的影响。研究表明:(1)IOD、NAO和ENSO分别是导致珠江流域年降水、湿季降水和干季降水发生变化的主要影响因素,且对当年及下一年降水的影响是相反的。(2)珠江流域不同时间尺度的降水与对其有显著影响的气候指标(年降水与IOD,湿季降水与NAO,干季降水与ENSO),两者之间不同时期的滑动相关往往具有较强的相关性和前后相关一致性。(3)各气候指标对珠江流域不同时间尺度降水的影响在空间分布上不太均匀。(4)不同位相下气候指标对珠江流域干湿状态的影响存在较大差异。总体而言,当处于各气候指标暖期时珠江流域出现湿润期的概率较冷期时更大且在空间分布上更均匀。     

1961-2012年辽宁省极端气温事件气候变化特征

利用辽宁省52个气象台站逐日平均气温、 最高气温和最低气温数据, 使用国际通用的10种极端气候指数, 研究了1961-2012年辽宁省极端气温事件的气候变化特征. 结果表明: 年平均极端气温事件空间分布存在明显的地区差异. 时间尺度上, 1961-2012年辽宁省年及四季极端暖事件(暖昼日数、 暖夜日数、 夏季日数、 热带夜数和热浪持续指数)呈增加趋势, 极端冷事件(冷昼日数、 冷夜日数、 结冰日数、 霜冻日数和寒潮持续指数)呈减少趋势; 极端暖事件在20世纪90年代中期开始明显增加, 极端冷事件在20世纪80年代末期开始显著减少; 极端暖事件的变化速率要小于极端冷事件. 辽宁省气温日较差有增大的趋势, 极端暖(冷)事件的增加(减少)在秋季(冬季)最为显著. 空间变化上, 极端气温事件在全省基本都呈一致的增加或减少的分布. 多数极端气温事件均存在8 a左右的周期, 检测到的突变的时间大致在20世纪80年代中期到90年代末期. 20世纪80年代末期辽宁省气候变暖后, 极端暖事件和冷事件均有明显的增加和减少.     

气候变化对山东降水及极端天气气候事件的影响分析

根据新中国成立以来山东省气温资料进行分析,从温度变化来反映山东气候变暖的趋势;在此基础上根据山东省近60年的水文资料分析气候变化对山东降水及极端天气气候事件的影响。结果表明,60年来山东气候呈变暖趋势,随着气候的变化,山东省年降水量呈减少的趋势,并导致极端天气气候事件出现频率及强度呈增大趋势。     

天山地区夏季极端降水特征及气候变化

基于1961—2007年天山地区32站的逐日降水资料,分析了夏季天山地区极端降水事件的气候分布和时间变化特征.结果表明:夏季天山地区的极端降水量、极端降水日和极端降水比分布存在明显的区域差异.局地极端降水频繁,平均3～4d就有1次发生,大范围极端降水较少发生.连续性极端降水以1d为主.极端降水量在天山南北坡均随地形增加而增多,地形高度对降水的影响,北坡要大于南坡.在相同高度范围内,北坡极端降水量基本均大于南坡.天山地区的极端降水事件呈增多趋势,在1970年代中后期至1980年代中前期,极端降水事件为低值期,而1990年代是高值期.     

1961-2010年西北干旱区极端降水指数的时空变化分析

结合绝对阈值和百分位法定义极端降水事件的优点,提出了一种更灵敏的检测极端降水事件的方法. 该方法不仅能检测出常用降水指数无法检测到的降水量稀少地区尤其干旱区的极端降水事件,同时也能过滤掉其检测到的降水量丰富地区的虚假极端降水事件. 此方法首次被应用于统计1961年1月至2010年2月西北干旱区72个气象站点的年和季节的极端降水指数（大降水和强降水指数）,并分析了极端降水指数的时间变化趋势及其空间分布特征. 结果表明：西北干旱区春（3-5月）、秋（9-11月）、冬（12月至次年2月）三季极端降水指数无显著（P>0.05）变化趋势,夏季（6-8月）大降水的频率和降水量以及大降水降水量占总降水量的比重都显著增加;新疆地区极端降水指数为增加趋势的区域基本都分布在海拔较高（约海拔1 000 m以上）的地区;西北干旱区东部极端降水指数变化趋势的空间分布有明显的季节差异,表现为夏、秋季大部分地区为增加趋势,冬、春季大部分地区为减小趋势.     

阿拉善高原近60年的气候变化

阿拉善高原处于季风边缘区,生态环境极其脆弱,对气候干湿变化的响应极为敏感。利用近60a的逐月气温和降水量资料,采用非参数Mann-Kendall和Mann-whitney阶段性转换检验方法,分析了其变化趋势。结果表明,研究区气温在1988年前后发生突变,在该跃点后的19882010年的平均气温比19551987年要高1℃以上,有明显的增温趋势。而年降水量则无明显的增加趋势,尽管部分站点在1991年前后有微弱的增加迹象,但是区域尺度的降水突变还不存在,气候仍以暖干化为主,暂不能得出气候向暖湿转变的结论。     

近40年中国平均气候与极值气候变化的概述

随着中国气象局对近50年来逐日气象观测资料的释放,人们从不同的角度对中国平均气候和极端气候的分布特征有了更多的了解.从目前研究的结果来看,这些认识需要有一个集成,即需要有一个总体的归纳和解释.通过中国近40年来的温度极值和降水极值事件的分析认识到全球增暖和区域环流异常决定着气候极值事件的分布格局.与全球增暖相联系的是:我国微量降水在空间上表现为一致的减少趋势,我国北方寒潮事件显著减少,冷夜和冷日的减少与暖夜和暖日的增多并存,以及极端强降水有增多的趋势.与东亚季风气流和西风带气流异常对应的我国有效降水在区域分布上发生了显著变化,东部季风区中的"北涝南旱"从1970年代末转型为"南涝北旱",与华南的偏干一起形成了东部季风区降水从华南、长江到华北的"-、 、-"异常分布型,但华南在1991年出现了转湿的突变;东北和西北先后从1983年和1987年前后转为暖湿气候.极端温度和极端降水趋势的空间分布与平均温度和平均降水趋势的空间分布一致.     

无定河湿地保护区气候变化特征研究

为揭示近40 a来无定河湿地保护区气候变化规律,本文采用气候倾向率、Mann-Kendall检验和滑动t检验法,研究了1981-2019年无定河湿地保护区气温、降水量、相对湿度和风速的变化趋势。结果表明:近40 a无定河湿地保护区气候呈现“暖湿化”趋势,总体呈现气温上升、降水增加和湿度增大的趋势。气温发生突变上升于1996和2012年,年际变化较大,容易出现温度异常;降水量发生突变于2010年;相对湿度发生突变减小于1994年,突变增大的年份较多。气温、降水量与风速在年内呈单峰型分布;雨热同期现象明显,夏季7、8月降水多以暴雨的形式出现;日照时数与相对湿度的年内变化趋势相反。该研究成果为无定河湿地保护区水资源管理和生态环境治理提供科学依据。     

长江中下游地区雨涝指数构建及其应用

为客观识别区域暴雨洪涝过程、定量评估区域暴雨过程强度,基于极端事件中持续时间和强度关系理论,采用近5 d最大降水强度作为降水相当强度指标,构建雨涝指数和区域雨涝过程强度的算法,利用1961-2019年长江中下游地区逐日降水资料,分析长江中下游地区的区域雨涝过程次数、强度以及雨涝趋势变化特征。结果表明:① 1961-2019年长江中下游地区区域雨涝过程次数整体呈增加趋势,21世纪以来区域雨涝过程发生次数明显增多,持续5~9 d的区域雨涝过程占全部雨涝过程的2/3以上;②区域内雨涝日数总体呈现南多北少分布,雨涝日数变化趋势表现为西北部减少、东南部增多;③年降水量和雨涝趋势的时空变化使得长江中下游地区的旱涝差异进一步增大,降水多的东南部更涝,降水少的北部和西部愈加干旱。     

大尺度驱动因子对新疆极端冷事件的单一与耦合影响

全球变暖背景下,偶发极端冷事件产生的重大灾害损失不容忽视。探究区域极端冷事件的大尺度驱动因子的耦合影响,对预估和应对气候变化产生的极端灾害具有重要意义。本文基于新疆1961—2016年53个气象站点的逐日气温资料,通过反距离加权等方法对极端冷事件的时空演变特征进行分析;利用交叉小波变换对6个极端冷指数与大尺度驱动因子——北极涛动（AO）、北大西洋涛动（NAO）和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）进行多尺度分析;使用参数假设检验对大尺度驱动因子单一/耦合模态下的冷指数变化进行统计学显著性检验,随后对大尺度环流机制进行距平合成分析。结果表明：年均冷指数在时间尺度上均有显著性变化,新疆气温有明显的变暖趋势;空间尺度上冷指数在北疆、东疆和伊犁河谷地区的变化幅度远大于其他区域,存在空间差异性。AO、NAO与冷指数的相关性较强,ENSO与冷指数相关关系最弱但存在明显的时滞效应,大尺度驱动因子对极端冷指数的总体影响程度为AO>NAO>ENSO。单一模态下,极端冷事件在AO负位相、NAO负位相和La Ni?a事件期间易发生。耦合模态下,EI Ni?o-AO正位相和EI Ni?o-NAO正位相配置下冷日日数偏多;EI Ni?o-NAO负位相配置时极端低温值更小;La Ni?a-AO负位相和La Ni?a-NAO正位相时极端冷事件发生的可能性更大。EI Ni?o（La Ni?a）事件对AO（NAO）有一定的调制作用。新疆极端冷事件更易出现在La Ni?a-AO负位相、La Ni?a-NAO正位相时期,成因与亚欧大陆中高纬度位势异常导致冷空气路径偏西、乌拉尔阻塞加强与偏北气流影响新疆有关。     

里下河地区极端降水时空变化及未来趋势分析

随着全球变暖,极端天气事件逐渐增加,影响着社会经济发展,揭示区域极端降水时空变化对防洪减灾具有重要意义。基于1960—2019年的逐日降水,通过MK趋势检验、小波分析、重标极差以及克里金插值方法,从强度、频率和持续性三方面分析里下河地区的极端降水指数,并进一步探究其未来趋势变化。结果表明：（1）里下河地区多年平均降水为1017.25 mm,呈不显著增加趋势;空间分布差异明显,总体呈自西北向东南逐渐增加的分布。（2）研究区内各站点极端降水指数变化不同,总体而言,极端降水强度、频率均呈现增加趋势,持续性呈减少趋势。（3）极端降水指数变化过程中存在3类尺度的周期性变化,在整个时间尺度上存在3个偏多中心和2个偏少中心。（4）除R10mm和R20mm未来变化趋势与过去趋势相反且呈弱持续性,其他极端降水指数未来变化趋势与过去相一致,且过去总体趋势对未来趋势的影响时间长度在9~16年左右。研究结果为里下河地区科学合理应对气象灾害、合理配置水资源提供依据。