基于MCI的中国干旱时空分布及灾情变化特征

利用中国825个气象站点1961—2015年逐日降水量、平均气温、最高气温、最低气温和平均风速等资料,根据2017年修订的国家标准《气象干旱等级》,计算得到各站点1961-2015年逐日气象干旱综合指数(meteorological drought composite index,MCI)。基于MCI指数系统分析了中国及东北、华北、西北东部、西南、长江中下游、华南6大区域中旱及以上干旱日数的时空分布及气候变化特征,并结合1951-2015年全国各省(区、市)农业干旱受灾面积和成灾面积,分析了我国不同地区干旱受灾情况以及灾情变化特征。结果表明:华北、黄淮、西北东部、东北西部、华南西部、西南大部以及内蒙古等地是我国干旱多发区,其中华北大部、黄淮东北部及陕西北部、甘肃河东大部、宁夏等地年干旱日数在60天以上,河北南部、宁夏大部、新疆北部和西部、云南中南部、海南南部等地最长连续干旱日数达210天以上;长江中下游、华南东部、西北中部、东北东部等地干旱日数相对较少。东北、华北干旱主要出现在春末和夏、秋季,西北地区东部主要发生在春末夏初,长江中下游地区主要出现在盛夏和秋季,华南地区的干旱主要出现在秋、冬季节,西南地区多出现在冬、春季节。1961—2015年,中国平均年干旱日数总体呈增加趋势,其中甘肃东南部、宁夏、陕西、山西南部、河南西部、湖北西北部、贵州中西部、云南中西部等地增加趋势明显,但西北中西部、东北中东部、江南大部、华南大部及青藏高原中西部、内蒙中西部等地年干旱日数呈减少趋势。1951—2015年,中国农作物因旱受灾和成灾面积总体呈增加趋势,但近年来有减少趋势。     

体现大尺度特征的区域持续性强降水过程定义指标

利用1961—2017年共57年中国地面观测站日降水资料,采用滑动平均、百分位和点面相关分析等方法,根据延伸期预报特点以及监测预报和研究需求,着眼于体现强降水过程的区域性、持续性和致灾性,并兼顾区域气候特征和普适性,建立区域持续性强降水过程定义指标。根据该指标查找判断我国东部四个关键区域（华南、长江、黄淮、华北）的历史降水过程,1961—2017年期间共有557次区域持续性强降水过程,平均每年约10次,其中华南、长江、黄淮、华北分别有267、155、78、49次,平均每年各有4.7次、2.7次、1.4次和0.9次,呈由南向北递减的分布。统计评估结果表明,该指标能客观地判断出持续影响同一区域的相对稳定类型的大尺度持续性强降水过程,适用于延伸期业务服务和研究。      

2021年秋季中国气候异常特征及主要气象灾害

利用1961—2021年中国区域2400余站地面气象常规观测资料,根据2019年中国气象局发布的《区域性重要过程监测和评价业务规定》,对2021年秋季中国气候基本概况及主要气象灾害进行全面分析。结果表明:(1)2021年秋季,中国气候状况总体偏差,平均气温较常年同期偏高,平均降水量较常年同期偏多;由于台风登陆个数偏少,且强降水以及冷空气过程影响区域叠加累积效应显著,导致北方部分省份雨、雪和冰冻灾害影响明显高于南方。(2)2021年秋季,我国气象灾害形势复杂严峻,极端天气气候复合事件多发,以暴雨洪涝、高温干旱、低温冰冻雨雪灾害为主,灾害极端性和区域性特征显著。区域暴雨过程较常年同期偏多4.2次,北方多地发生罕见秋汛,山西、陕西等地洪涝灾害较重;阶段性区域高温天气多发,区域高温过程较常年同期偏多2.4次,导致江南、华南高温干旱复合发展;寒潮过程较常年同期偏多1.2次,过程影响区域叠加累积效应显著,东北三省和内蒙古部分地区雪情较重。     

1961—2019年长江中下游区域性干旱过程及其变化

客观识别区域性干旱过程，评估其强度是开展精准监测、评估干旱影响业务的基础。基于长江中下游地区502个国家级气象站1961—2019年逐日气温、降水资料以及1971—2019年干旱受灾面积，运用气象干旱综合指数（MCI）及区域性干旱过程识别方法，识别出长江中下游地区126次区域性干旱过程，干旱过程的次数随着持续天数增多呈明显减少趋势，决定系数达0.89。1961—2019年长江中下游地区共发生6次特强区域性干旱过程、19次强区域性干旱过程、38次较强区域性干旱过程，其余63次为一般区域性干旱过程，区域性干旱过程的持续天数、平均强度、平均影响面积以及综合强度指数的变化趋势形态各异。长江中下游地区年干旱日数总体呈现“北部多于南部、平原多于山区”的分布特征，且总体呈现“西北部增多、东南部减少”的变化趋势，干旱日数与干旱受灾面积变化趋势较为一致，相关系数达0.66。由典型区域性干旱过程监测评估可知，干旱综合强度指数与干旱站数存在明显的正相关，干旱综合强度指数越强，各等级干旱站数越多；各地干旱日数的多少与干旱受灾面积的大小也较为一致，干旱日数越多的地区，干旱受灾面积越大。总体来看，区域性干旱过程识别方法及评估结果与干旱灾情较为吻合，能较好地识别出区域性干旱过程，并可从持续天数、平均强度、平均影响面积以及干旱综合强度等多角度对干旱过程进行监测评估。      

1961—2010年我国夏季高温热浪的时空变化特征

利用全国753个站1961—2010年夏季逐日最高气温资料和基于死亡率明显增加而制定的高温热浪指标的已有研究成果,统计分析了我国高温热浪频次、日数和强度的时空分布特征。结果表明:我国的高温热浪频次、日数、强度高值区基本相同,均在江淮、江南大部和四川盆地东部等地,其中江西北部、浙江北部高温热浪频次最高,高温日数最多;浙江北部高温强度尤为突出。近50年来我国夏季高温热浪的频次、日数和强度总体呈增多、增强趋势,但也呈现明显的阶段性变化特征,20世纪60—80年代前期高温热浪频次和强度呈减少(弱)趋势,80年代后期以来,高温热浪频次和强度呈增多(强)趋势。区域变化特征明显,华北北部和西部、西北中北部、华南中部、长江三角洲及四川盆地南部呈显著增多(强)趋势;而黄淮西部、江汉地区呈显著减少趋势。自20世纪90年代以来,我国高温热浪的范围明显增大。     

1961~2018年华南全年和四季暴雨的时空特征分析北大核心CSCD

利用中国2400余个国家级气象台站观测数据插值得到的1961~2018年逐日网格降水资料,综合运用回归分析和Morlet小波变换等方法,分析了华南多年暴雨和区域性暴雨的时空变化特征,揭示了华南暴雨的变化规律。结果表明:1961~2018年,华南全年暴雨日数和暴雨雨量大值区域分布在广东、广西、福建沿海一带及海南省和广西北部,夏季暴雨日数和暴雨雨量最大,其次是春季。在广西北部至广西、湖南、广东三省交界处、广东南部、福建和海南省,全年暴雨日数、雨量和强度的增加趋势最显著,夏季的区域平均值增长速率最大,其次是秋季。华南区域性暴雨日数和过程数呈单峰型分布,一年中均可出现,最大值出现在6月。区域性暴雨日数和过程数多年平均值为28 d a^(-1)和16.5 a^(-1),上升速率分别为0.15 d a^(-1)和0.097 a^(-1),四季中夏季的上升速率最快,最慢的是秋季。平均单次过程持续日数和最大单次过程持续日数在冬季均以0.015 d a^(-1)的速率显著上升,在春季却呈现下降的趋势。华南暴雨和区域性暴雨各要素在全年和四季的波动变化中不同程度地表现出准3 a、准14 a和准18 a的周期变化,2000年后,全年暴雨和区域性暴雨各要素准18 a的长周期和准3 a的短周期振荡非常显著。     

中国东部夏季极端高温的空间分布特征及其环流型

利用1961-2008年中国751个地面观测站气温资料插值而成的CN05格点资料,首先分析了中国东部夏季极端高温日数变化特征。结果表明,中国东部整体夏季极端高温日数有显著增多趋势,以东北、内蒙古中东部和东南沿海增多趋势最明显,而江淮黄淮地区增多趋势最不明显甚至出现减少趋势。极端高温日数年际波动周期以2.5~3.0年为主,江淮地区以5年为主。对极端高温日数进行EOF分解的结果表明,第1典型场主要表现了极端高温日数的线性变化趋势,第2、3典型场分别表现为江淮和东北、华南和华北极端高温日数的两种南北"偶极型"分布特征。合成分析表明,第2典型场正"偶极型"对应江淮地区500 hPa位势高度正异常和东北高度负异常以及西太平洋副热带高压(简称副高)偏北偏强,负"偶极型"则相反;第3典型场正"偶极型"对应华南500 hPa位势高度正异常和华北高度负异常以及西太平洋副高偏南偏强,负"偶极型"则相反。偏相关分析表明,鄂霍次克海阻高与东北和东南沿海极端高温日数正相关显著,与黄淮部分地区呈显著负相关;副高脊线与华北和东北极端高温日数呈显著正相关;副高强度与东南沿海呈显著正相关。     

华北中部近45a极端降水事件变化特征

利用华北中部41个气象台站1961—2005年逐日降水资料,采用通用的极端气候指数,分析了近45a来华北中部极端降水事件频率变化的时空特征。结果表明：华北中部平均年最大日降水量呈下降趋势,南部平原地区一般减少,北部山地区域多有增加,降水日数有较明显减少,强降水日数和暴雨日数变化趋势不明显,降水日数的减少主要是中、小雨（雪）日数减少造成的。暴雨日数和强度在20世纪90年代中后期显著增加。华北中部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也增加了。这种相对增加趋势主要发生在20世纪90年代中期以后。     

2017年我国区域性高温过程特征及异常大气环流成因分析

基于区域性高温过程综合强度指数,利用1961年1月—2017年8月全国2452个气象站的日最高气温和2017年NCEP/NCAR再分析资料,分析2017年我国区域性高温过程的特征,并探讨2017年夏季我国第2次区域性高温事件的形成机理。2017年我国区域性高温过程呈现强度强、日数长、覆盖范围大的特点。在气候变暖的背景下,我国单次区域性高温过程最大影响范围呈极明显扩大趋势。2017年7月上中旬,强大的大陆高压控制我国北方地区,进而造成了这次影响范围广、持续时间长的高温事件。7月下旬,我国广大南方地区处于副热带高压脊的控制下,强大的下沉气流和反气旋环流,使得大气层更加稳定,最终导致高温天气的形成。     

1961—2021年四川省区域性暴雨过程时空变化特征

利用四川省156个国家气象观测站1961—2021年逐日降水资料,运用暴雨过程综合识别方法及评价指标,探讨四川省区域性暴雨过程时空变化特征。研究表明：1961—2021年四川省共出现875次区域性暴雨过程,过程次数逐年变化整体呈弱增长趋势,综合强度在20世纪90年代到21世纪初持续偏弱,21世纪以后呈现较明显增强趋势。四川区域性暴雨过程主要发生在6月下旬到9月上旬,大多持续1～2 d,区域性暴雨日数大值中心主要分布在盆地西部和东北部,阿坝州中部和东部、甘孜州东南部及攀西地区东北部,6—8月区域性暴雨日数大值中心从盆地东部逐渐向西部变化,9月则在盆地北部;盆地各月平均过程雨量以西部和东北部最强,攀西地区6、9月区域性暴雨日数偏少,但中部和东北部过程雨量强度未明显减弱。     

1981-2015年中国95°E以东区域性暴雨过程时、空分布特征

基于1981-2015年中国逐日降水量加密观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用主、客观相结合的方法,以天气过程为单元建立了中国95°E以东地区及其6个子区的区域性暴雨过程个例谱,进一步使用小波功率谱、9点二项式平滑及离差平方和聚类等方法剖析了中国95°E以东区域性暴雨过程的时、空分布统计特征。结果表明:（1）中国95°E以东区域性暴雨过程平均年总次数接近30次;其中,江淮流域是出现区域性暴雨过程最多的子区,平均为19次/a;其次为华南和西南地区东部,平均为10.5和5.8次/a;东北地区、华北和西北地区东部平均仅为1-3次/a。（2）中国95°E以东及各子区区域性暴雨过程次数的年及年代际变化主要表现为波动特征,各子区中江淮流域与中国95°E以东地区的年及年代际波动变化最为一致;华南与西南地区、东北地区与华北的波动变化互为显著的正相关。中国95°E以东及各子区区域性暴雨过程年总次数都表现出2-4 a的周期变化,此外,江淮流域、华南和西北地区东部还表现出6-10 a的周期变化,华北表现出13-17 a的周期变化。（3）中国95°E以东区域性暴雨过程总体呈夏季最多、冬季最少、春季多于秋季的分布特征,其中以7月出现次数最多。各子区中,江淮流域和西南地区东部区域性暴雨过程以6、7月最多,华南以5、6月最多;东北地区、华北、西北地区东部集中出现在7、8月。（4）中国95°E以东地区的极端区域性暴雨过程可划分为7种分布类型。第Ⅰ-Ⅳ型强降雨区从江南南部和华南呈阶梯状逐步北抬至黄淮和四川盆地东部一带,第Ⅴ-Ⅶ型除在东南沿海均有强降雨区外,第Ⅴ型在华南东部至江淮、第Ⅵ型在黄淮北部至东北地区中南部、第Ⅶ型在黄淮西部和华北中南部还分布有强降雨区。      

一个表征江南春雨的环流指数及其天气学特征

利用东亚和西太平洋对流层低层850 hPa纬向风的经向差异,定义了一个可以表征江南春雨变化特征的环流指数,通过诊断分析探讨该指数与降水和大气环流的关系。结果表明:该指数可以较好地反映江南春雨的年际和逐日变化特征。在年际时间尺度上,高指数年江南春雨偏多,而低指数年江南春雨偏少。该指数的逐日变化与江南地区同期逐日降水变化呈显著正相关。在高指数日,我国江南地区的低压系统和西北太平洋地区的副热带高压偏强,江南地区对流层高层辐散增强,低层辐合和高层辐散的增强为春雨发生提供动力抬升条件,有利于春季江南地区降水的产生;低指数日,西北太平洋副热带高压位置偏南,江南至华南地区对流层低层存在弱辐散,这种形势配合下不利于江南春雨的产生。     

2011年中国气候概况

2011年,我国气候总体呈现暖干特征。全国年平均气温较常年偏高0．5℃,为1997年以来连续第15个暖年;年降水量556．8mm,较常年偏少9％,为1951年以来最少。年内,我国未出现大范围持续性严重干旱和流域性洪涝灾害,低温冰冻和雪灾、局地强对流、热带气旋灾害较轻。但区域性、阶段性气象灾害频发。华北、黄淮出现近41年来最重秋冬连旱;长江中下游出现近60年来最重冬春连旱,6月旱涝急转,发生暴雨洪涝灾害;西南出现近60年来最重夏秋旱;华西和黄淮秋汛明显;华南南部10月发生较重暴雨灾害;强降水造成北京等大城市发生内涝;夏季南方大部持续高温,多地高温破历史纪录;台风纳沙、梅花影响范围广、致灾程度较重。2011年中国气象灾害为正常偏轻年份,直接经济损失偏多,死亡人数和受灾面积均为1990年以来最少。     

Identifying Regional Prolonged Low Temperature Events in China

This study examined regional prolonged low temperature (PLT) events in China from the observational station data for the period 1960–2008 using the new criteria. The new definition of a site PLT event is that the daily minimum temperature does not exceed the 10th percentile threshold of the local daily minimum temperature climatology for at least 5 days at a station. The regional PLT event is defined as at least five adjacent stations exhibiting site PLT simultaneously for >5 d. Under the new definition, 552 regional PLT events were identified, and three indices: duration, extent, and intensity, as well as a comprehensive index (CI) were used to quantify the event severity. In addition, geographical patterns and temporal variations of regional PLT events were investigated using three event categories: strong, moderate, and weak. Spatially, strong events were mainly located in the north of Xinjiang and along the Yangtze River to the south of the Yangtze River; moderate events occurred in Xinjiang and south of the Yangtze River; and weak events occurred south of the Yellow River. The variation for the annual frequency of regional PLT events in China in the last 49 years showed a significant decreasing trend with a rate of-1.99 times per decade, and the significant transition decade was the 1980s.     

Ranking Regional Drought Events in China for 1960--2009

The spatiotemporal variations of the site and regional droughts in China during 1960–2009 were analyzed by applying a daily composite-drought index (CDI) to 722 stations in mainland China. Droughts frequently happened in a zone extended from Southwest China to the Yellow River, North China, and the southwestern part of Northeast China, with two centers of high frequency in North China and Southwest China. In Southwest and South China, droughts tend to happen during the winter. In North China and along the Yellow River, droughts mainly occur during the winter and during May–June. During the past 50 years, the geographical distribution of site drought events showed high frequencies (0.9–1.3 times per year) in the upper Yellow River basin and North China, comparing with moderate frequencies (0.6–0.9 times per year) in Southwest China and the southwestern part of Northeast China and with lower frequencies over the middle and lower Yangtze River basin. And the frequencies increased over mainland China except for the upper reaches of the Yangtze River. A regional drought (RD) event is a widespread and persistent event that covers at least five adjacent sites and lasts for at least 10 days. There were 252 RD events in the past 50 years—five times per year. Most RD events lasted for <100 days and covered <100 stations, but the longest and largest RD event lasted for 307 days from 6 September 1998 to 9 July 1999 and covered 327 stations from North to Southwest China.     

1982~1999年中国地区叶面积指数变化及其与气候变化的关系

利用1982～1999年AVHRR Pathfinder卫星遥感观测的植被叶面积指数（leaf area index,LAI）资料和中国730个气象台站的温度、降水观测资料,研究了中国不同地区（东北地区、华北地区、长江流域、华南地区和西南地区）LAI的季节、生长季和年变化,及其与气候变化（温度、降水）的关系。结果表明,在中国大部分地区,年平均LAI和生长季平均LAI均是增加的。由于区域和季节气候的差异,LAI变化趋势具有明显的空间和季节非均一性。从区域平均的角度来看,不同地区年和生长季平均LAI都有增加趋势,并且在华南地区增加最快。因而,在全球变化背景下,华南地区可能是潜在的碳汇。在季节尺度上,各地区区域平均LAI基本上都是增加的,并且都在春季增加最快。温度变化是LAI变化的主要原因。但是人类活动如农业活动、城市化等对华北平原、长江三角洲和珠江三角洲等地区LAI变化的作用不容忽视。     

1961—2016年我国区域性暴雨过程的客观识别及其气候特征

利用全国2287个气象观测站1961—2016年逐日降水资料,基于对暴雨区进行连续追踪的思路,采用暴雨相邻站点数和暴雨区中心距离确定了中国区域性暴雨过程的客观识别方法;根据区域性暴雨过程的平均强度、持续时间和平均范围构建了区域性暴雨过程的综合强度评估模型。利用该客观方法对1961—2016年中国的区域性暴雨过程进行识别,并分析其气候和气候变化特征。结果显示：我国区域性暴雨过程年均38.5次;区域性暴雨过程一年各月均可出现,但主要出现在4—9月,其中7、8月发生最为频繁,6月区域性暴雨过程持续时间长、范围广、综合强度强,这与长江中下游地区梅雨现象有关。一年中,区域性暴雨过程首次出现日期平均为3月6日,末次出现日期平均为11月14日;1961—2016年,我国年区域性暴雨过程首次出现日期呈明显提前、末次日期呈显著推后、暴雨期呈显著延长的变化趋势;年发生总频次呈微弱增多,较强区域性暴雨过程次数呈明显增加趋势;区域性暴雨过程的覆盖范围和综合强度均呈显著增大趋势。南方型区域暴雨过程变化趋势与全国的基本一致;北方型首次日期呈提前、末次日期呈推后趋势,发生频次有微弱减少趋势,覆盖范围、持续时间、综合强度均无明显变化趋势。     

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。     

中国地气温差时空分布及变化趋势

利用中国825个气象站点1961—2016年的逐日地表温度和气温观测资料,系统分析了中国地区地气温差（地表温度减气温）的时空分布以及变化趋势。结果表明,中国多年平均的年地气温差西部大部地区及华南部分地区在2.5℃以上,而中东部大部地区在2.5℃以下。其中春、夏季全国各地地气温差均为正值,且总体呈经向型分布,西高东低;秋、冬季中国各地地气温差总体呈纬向型分布,南高北低,尤其是冬季北方部分地区为负值。年内,中国区域平均各月地气温差均为正值,其中1月份和12月份相对较小,6—8月份（夏季）相对较大。不同地区地气温差的年内分布特征有所不同,西藏地区地气温差年平均值为全国最大,最大值出现在雨季来临前的5月份;东北、华北、黄淮、西北及内蒙古地区最大值均出现在雨季来临前的6月份;江淮、江汉、江南、华南地区地气温差最大值均出现在雨季过后的7月份或8月份;西南地区年内各月地气温差变化相对较小,在雨季之前的5月和雨季之后的8月出现2次峰值,呈双峰型分布。1961—2016年,中国区域平均地气温差4月和4—10月上升趋势较明显,而7月和10月变化趋势不明显或略有上升趋势。空间分布上,东北、西北及内蒙古、西藏西部等地平均地气温差有增加趋势,而中东部地区有减小趋势。