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。     

内蒙古地区近43年来极端降水事件演变特征

利用全区52个站点1961—2004年的降水资料，通过气候统计诊断分析方法，探讨在全球变暖背景下，内蒙古地区各降水要素的区域分布格局及演变特征，结果表明：中西部地区降水量总趋势为增加态势，东部区为缓慢减少趋势，但从20世纪90年代之后，东部和中郜降水呈减少趋势，西部地区呈明显的增加态势。而极端降水要素如暴雨日数、积雪日数则呈现相反的变化趋势，说明越是年降水量减少的地区，极端气候要素出现的几率越高，该地区极端降水事件发生频率越高。     

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。     

1955—2014年杭州极端气温和降水指数变化特征

根据杭州市1955—2014年降水量、气温逐日资料,采用国际通用的极端天气指数和线性倾向估计、M-K检验等方法,分析了杭州市近60 a极端气温和降水的变化特征。结果表明：1）杭州市近60 a的气温呈一致升高趋势,且变化显著,表现为极端高温阈值和极端低温阈值的升高及极端高温日数的增多;极端冷事件显著减少,暖事件显著增多。2）极端降水指数中只有强降水量的增加较明显,主要贡献为夏季和冬季强降水量的增强。3）冬季平均气温、极端低温阈值、霜冻日数等极端冷事件的突变发生于20世纪80年代初中期,夏季平均气温、极端高温阈值、高温日数等极端暖事件的突变发生于20世纪末21世纪初,与全国范围内的气候增暖进程基本一致。另外,降水强度、极端降水阈值等极端降水指数的突变时间在2008年左右,即2008年后气温升高和降水强度的增加突变期叠加,尤其在夏季和冬季表现更突出,可能诱发更多的异常天气。     

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。     

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。     

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—2019年陕西省极端旱涝事件的时空演变规律

选用陕西省51个地面气象站1961—2019年日降水数据,利用MATLAB2017计算了6个极端降水指数,采用线性趋势分析法、森斜率和改进的非参数Mann-Kendall趋势检验法研究不同时间尺度下极端降水指数的时空演变特征并找出了发生突变的年份。结果表明：各极端降水指数的月际、年际和年代际变化差异较大;夏季（7—9月）容易发生极端湿润事件,而冬季则容易发生极端干旱事件;连续干旱日数（DCD）、连续湿润日数（DCW）、强降水日数（DR10）和最大日降水量（Rd,max）、非常湿润日降水量（R95p）、全年湿润日降水总量（RT）的变化趋势率分别为-014、-013、-020 d/10 a 和108、039、-342 mm/10 a,多年平均值分别为388、58、200 d和607、1678、6443 mm;极端湿润事件发生较频繁的站点主要分布在陕南地区,而陕北地区的站点发生干旱的风险较高;陕北有变湿润的趋势,而关中平原地区的极端降水事件整体有缓解的趋势,陕南地区极端降水事件则表现为区域加剧和缓解并存的趋势。     

三江源地区气候变化特征及其影响评估

利用三江源区1961-2020年逐日气象数据、2006-2020年EOS/MODS监测资料,基于概率密度分布函数、线性趋势分析等方法,分析了气温、降水、极端气候指数变化趋势。结果表明：（1）1961-2020年三江源区气温明显向高温方向漂移,年平均、最高和最低气温升温率分别为0.38℃·（10a）^-1、0.28℃·（10a）^-1和0.45℃·（10a）^-1（P<0.01）,最高和最低气温升温幅度存在不对称现象。同时极端气温暖事件（暖昼日数、暖夜日数）明显增多,极端气温冷事件（冷昼日数、冷夜日数）迅速减少。（2）与前一气候态（1961-1990年）相比,1991-2020年平均、最高和最低气温分别上升了1.28℃、1.12℃和1.60℃,且概率密度分布更加扁平,说明气温离散程度更大,气候不稳定性增强。（3）近60年来,三江源区降水量总体呈增多趋势,增加率为10.3 mm·（10a）^-1,且随着降水量级的增加,降水量变化趋势越来越明显。进入21世纪以来,降水增多趋强表现更加明显。（4）在气温显著升...     

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。     

1961~2010年西北地区极端气候事件变化特征

利用1961~2010年西北地区131个气象站的逐日平均气温、最高和最低气温及逐日降水资料,分析了西北地区极端气候事件的变化趋势及空间分布特征。结果表明:气候变暖背景下,西北地区近50 a来气温整体呈增加趋势,极端高温事件增多,极端低温事件减少;降水量呈微弱的增加趋势,极端降水事件增多;极端高温日数分别在1982年和1996年发生转折,95%、99%极端低温日数均在1980年前后发生突变,95%、99%极端降水日数分别在2000年和1980年出现转折,这与气温和降水的变化趋势一致。极端低温日数减少的幅度大于极端高温日数增加的幅度,表明气温日较差呈减小趋势,存在非对称性增温特征。空间上,增温率大的区域其极端高温日数增加,极端低温日数显著减少;95%、99%极端降水日数增率大的区域多位于降水量倾向率较高的地区。     

1971-2020年昌吉绿洲主汛期极端降水变化特征

选用昌吉州境内7个县、市气象观测站1971—2020年主汛期（6—8月）逐日降水量资料,将日雨量分为6个等级,运用线性回归、气候倾向率方法,分析各站雨日数、降水量及极端降水的变化规律。结果表明：（1）昌吉绿洲50 a主汛期雨日数最多的是木垒站,年平均24.26 d,玛纳斯次之,为20.64 d,雨日数最少的是呼图壁站,仅19.28 d。雨日数空间分布呈现出较为明显的北少南多、北部低海拔地区少于南部高海拔地区的特点,时间分布上呈单峰型,7月最多。（2）除吉木萨尔增加外,各站雨日数均呈现减少趋势;从各个量级雨日数所占比率来看,从小雨到大暴雨,随着降水量级别的增加,占比呈减少趋势;除木垒外,小雨对雨量影响最大,在6个降水量级中所占比率超过30%。（3）昌吉绿洲主汛期微雨及小雨次数贡献率为81.8%,降水量贡献率为33.9%,而大雨以上级别的降水次数贡献率仅为7.3%,降水量贡献率却达到40.4%,因此将极端降水事件的标准确定为1 d降水量≧12.1 mm。（4）昌吉绿洲50 a主汛期极端降水平均强度为20.1 mm,年平均频次为1.5次。降水频次呈增加趋势,20世纪90年代至今处于高发时段。极端降水和暴雨事件主要集中在7月中旬,其次为6月中旬,8月上旬发生次数最少。     

近56年中国极端降水事件的时空变化格局

基于中国693个地面观测站1961-2016年的逐日降水资料,全面分析了全国和各分区极端降水事件、连续性极端降水事件及其起止时间的时空分布和变化特征。结果表明,近56年,全国极端降水事件明显增多,极端降水量和极端降水日数呈增加趋势的站点占总站数的68%,且主要集中在东南沿海和西部地区。华东地区是全国极端降水量增长幅度最大的地区,增速达18. 2 mm·(10a)~(-1),西北地区的极端降水日数增速最快,每10年增加0. 37天。全国平均的连续性极端降水事件表现为不显著的增加趋势,其中仅西北地区的连续性极端降水量和降水频次的增加趋势达到0. 01显著性水平,华北和西南地区的连续性极端降水事件表现为不显著的下降趋势。全国平均的极端降水事件的开始时间和结束时间分别呈现出明显的提前和推迟趋势,西北、青藏和东北地区极端降水事件的开始时间显著提前,西北地区的结束时间显著推迟,受其影响,西北地区的极端降水事件持续期增长幅度最大达到10. 4 d·(10a)~(-1)。     

青藏高原东部和西南地区低温冰冻雨雪事件的时空变化特征

利用国家气象信息中心1961-2020年青藏高原东部和我国西南地区157个站点逐日最低气温和降水量数据,定义了一个低温冰冻雨雪事件的标准,采用Mann-Kendall突变检验、滑动t检验和EOF等方法分析了两个地区低温冰冻雨雪事件的气候特征和时空变化特征。结果表明：（1）青藏高原东部和西南地区低温冰冻雨雪发生的频次及其降水量的年变化的气候特征有明显的不同。青藏高原呈现出明显的双周期年变化,初春3月达最大值,秋季10月达第二峰值;西南地区则是U型的单周期年变化,在冬季1月最多。（2）高原上发生频次最多的区域在青海三江源和藏北怒江源地区,西南地区发生频次最多的区域在贵州的西部。（3）EOF分解得到的前3个模态表明不同季节低温冰冻雨雪频次的时空间变化有明显的不同。青藏高原春季和秋季第一空间分布模态呈全区一致变化,时间系数具有明显年代际振荡特征,春季在20世纪70年代末到2000年发生的频次较多,经历了“偏少-偏多-偏少”的演变过程;秋季在20世纪60～70年代低温冰冻雨雪频次偏多,在1981年前后发生年代际突变,之后发生的频次偏少;冬季第一空间分布模态以西南地区冬季变化为主,表明西南地区冬季...     

金华地区气候态变化特征及极端气候敏感区域分析

使用金华市气象台整理的1968—2020年逐年气温、日照时数、降水量和降水日数数据,采用常规气象统计方法,对金华地区气候态变化特征及极端气候敏感区域进行分析,结果表明：（1）不同气候态下金华地区平均气温、降水量均主要呈增加趋势,且分别在III态、IV态最明显,而日照时数、降水日数则主要呈减少趋势,且分别在II态、IV态下最明显;但随着II—IV态的转变,平均气温的增温效应、日照时数和降水日数的减少现象则均在减弱,降水量的增加趋势则先增强再减弱。（2）金华地区平均气温主要呈永康兰溪暖、浦江冷的格局,日照时数表现为金华义乌多、兰溪永康少的特征,降水量呈现出武义浦江多、义乌东阳少的分布,降水日数具有南多北少的特征。随着气候态变化,四者整体呈明显增高、减少、增多、减少趋势。（3）气候态的变化使得金华地区平均气温等级由低向高移动,日照时数等级由高向低移动,降水量等级由4级向3级来回移动,降水日数等级无明显变化。（4）随着气候态转变,除兰溪外整个金华地区均是极端气温的敏感区,兰溪、义乌是极端日照时数的敏感区,极端降水、降水日数基本无敏感区域。     

金华地区气候态变化特征及极端气候敏感区域分析

使用金华市气象台整理的1968—2020年逐年气温、日照时数、降水量和降水日数数据,采用常规气象统计方法,对金华地区气候态变化特征及极端气候敏感区域进行分析,结果表明：（1）不同气候态下金华地区平均气温、降水量均主要呈增加趋势,且分别在III态、IV态最明显,而日照时数、降水日数则主要呈减少趋势,且分别在II态、IV态下最明显;但随着II—IV态的转变,平均气温的增温效应、日照时数和降水日数的减少现象则均在减弱,降水量的增加趋势则先增强再减弱。（2）金华地区平均气温主要呈永康兰溪暖、浦江冷的格局,日照时数表现为金华义乌多、兰溪永康少的特征,降水量呈现出武义浦江多、义乌东阳少的分布,降水日数具有南多北少的特征。随着气候态变化,四者整体呈明显增高、减少、增多、减少趋势。（3）气候态的变化使得金华地区平均气温等级由低向高移动,日照时数等级由高向低移动,降水量等级由4级向3级来回移动,降水日数等级无明显变化。（4）随着气候态转变,除兰溪外整个金华地区均是极端气温的敏感区,兰溪、义乌是极端日照时数的敏感区,极端降水、降水日数基本无敏感区域。     

山西近40年极端降水特征分析

利用山西108个国家级地面气象观测站1979—2018年日降水量资料,采用百分位法定义极端降水事件,应用气候趋势系数、Mann-Kendall (M-K)检验等方法,研究山西极端降水特征及其变化规律。结果表明:(1)山西极端降水出现在3—10月之间,发生频次呈现“山区多、盆地少”的特点,平均强度表现为“北中部小、南部大”的空间分布特征。(2)山西极端降水持续时间以1 d为主,局地性特征明显,发生大范围极端降水事件的概率较低。(3)近40年,山西极端降水事件呈明显增多趋势,影响范围不断扩大,强度略有增强,没有突变发生。各区域极端降水的长期变化差异较大;北部强度显著增强,范围明显扩大且在1986年发生突变;中部极端降水日数和强度显著增多增强,并分别在2001、1992年发生突变;南部极端降水变化趋势微弱。     

1960—2020年宜春地区极端强降水变化特征

基于1960—2020年宜春市10个气象站点的逐日降水资料,计算世界气象组织（WMO）“气候变化检测和指标”推荐使用的9个极端降水指数,应用线性趋势、M-K和滑动t检验、主成分分析、反距离加权方法,分析该区域极端降水的时空变化和突变特征。结果表明：1） 日最大降水量、极强降水量、大雨日数和日降水强度指数均呈显著上升趋势,5 d最大降水量、极强降水量和雨日降水总量指数增加趋势不显著。2） 区域整体呈“湿化”趋势发展。极端降水指数的气候变化率呈东部大于西部、南部大于北部的特征。3） 连续干日、5 d最大降水量和雨日降水总量指数未发生突变,其他指数基本在1990年前后发生突变。4） 连续干日指数与其他指数均表现为显著负相关,雨日降水总量指数与大部分指数表现为显著正相关。     

1971—2020年金华地区极端降水变化特征

利用浙江省7个国家气象站逐日降水数据和8个极端降水气候指数,应用线性拟合、Mann Kendall检验、小波分析和反距离权重插值等方法,分析1971—2020年金华地区极端降水指数时空分布特征。结果表明：金华地区除了持续干期（CDD）呈下降趋势外,年降水量（PRCPTOT）、平均日降水强度（ISDII）、强降水量（R95p）、极强降水量（R99p）、最大1 d降水量（Rx1day）、暴雨日数（R50）和持续湿期（CWD）均呈逐渐增大趋势。金华地区极端降水指数具有一定的周期性和突变特征,PRCPTOT、ISDII、R50、Rx1day、R95p和R99p第一主周期为23—25 a;CDD和CWD周期较短,第一主周期分别为2 a和4 a。PRCPTOT、ISDII、R95p和R50突变主要出现在21世纪初,Rx1day和R99p主要出现在20世纪80年代和21世纪初,均是由相对偏少期突变为相对偏多期。ISDII和CDD空间分布表现为东北部大于西南部外,除此之外的6个指数总体表现为西部大于东部。     

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%。