浙江省1901—2017年降水序列构建及变化特征分析

基于通过均一性检验的历史观测资料和GPCC格点降水数据,采用逐步回归方法,构建了可以代表浙江省的1901—2017年年降水序列,并通过Morlet小波分析、MK检验、气候趋势等分析了浙江百年降水变化特征。结果表明：浙江68个台站1951—2017年月降水序列数据质量较好,均通过RHtest均一性检验。交叉检验表明,采用逐步回归方法区别台站资料长度建立的最优拟合方程组,能很好地反演浙江68个台站1901—2013年年降水情况。1901—2017年浙江省年降水量无明显线性变化趋势,但存在56 a和35 a两个变化主周期,在1960年前后全省降水由多雨期向少雨期突变。1901—2017年浙江降水气候倾向率呈东北高西南低的分布特征,各地数值分布在-15.6~19.1 mm/10a之间;平均相对变率呈北低南高的分布特征,各地数值分布在11.1%~20.2%之间。     

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。     

近50年中国降水格点日值数据集精度及评估

利用高质量的2472个气象台站逐日降水资料和薄盘样条法,对1961 2010年中国大陆降水资料进行了空间内插,得到了中国地面降水0.5°×0.5°格点日值数据集。对该数据集的评估结果表明:夏季误差明显大于其他季节,冬、春、夏、秋季分别有96.7%,91.8%,63.2%和94.0%的台站绝对误差在±1 mm·d-1之间;冬、春、夏、秋季分别有53%,68%,72%和70%的台站相对误差在±10%之间。基于台风"碧利斯"等3个强降水事件的分析和插值试验表明,格点化降水可以较好地描述一定范围内的面雨量。对比CP和APHRO两套格点资料表明,APHRO格点资料在刻画长江以南的年降水量气候态空间特征方面与观测值较一致;CP格点资料对青藏高原、天山山脉和塔里木盆地等大地形附近的降水空间特征描述较准确。另外,CP和APHRO格点资料都可以再现江淮梅雨日变化特征。当出现大雨和中雨日时,两套网格化降水资料同等程度地弱化了降水强度,而出现小雨日时,CP格点资料更接近实测降水。     

2019年8月16日沈阳极端降水事件的低空γ中尺度涡旋观测特征和机理分析

2019年8月16日沈阳市区受伴有低空γ中尺度涡旋的强对流系统影响,发生了1951年有观测记录以来的最大小时降水（102 mm）。为了提高对此类涡旋所致强降水天气的认识和预报能力,综合利用多源观测和ERA5再分析资料,对此次过程中低空γ中尺度涡旋的观测特征、形成原因和对强降水的影响机制开展研究。此次过程期间,500 hPa沈阳位于东北冷涡东南侧,850 hPa以下低空位于“利奇马”台风残涡西侧的偏北气流水汽输送带内,16日午后沈阳市区具有低层大气气温廓线接近干绝热递减率、较低抬升凝结高度和逐渐加强的风垂直切变等环境条件特征;风廓线雷达资料显示降水前0—6 km风矢量差最大达17 m/s,有利于较浅薄中尺度涡旋对发生。16时前后,沈阳市区内γ中尺度辐合风场首先触发局地风暴,随后有对流风暴群移入沈阳,在局地风暴具有反气旋式旋转处合并。合并风暴在初期产生强降水后,回波顶降低、降水强度减小,低空出现了生命期约30 min的γ中尺度涡旋对,更是出现罕见的具有辐合特征的反气旋式涡旋加强的现象,伴有低空涡旋的风暴再次加强并导致后期更强的降水。相比中国中气旋统计特征,本次低空浅薄涡旋生命期较短、尺度小...     

1980~2019年夏季青藏高原中东部极端日降水分布特征

基于中国气象局国家基准气象观测站逐日观测资料,采用百分位法对1980~2019年夏季青藏高原中东部地区极端日降水进行定义,分析了不同分位极端日降水的气候分布特征。结果表明：（1）青藏高原中东部夏季降水呈东多西少、中间多南北少的反位相分布特征,且存在显著的年际和年代际变化。（2）99%分位降水阈值普遍在24 mm/d以上,95%分位和90%分位降水阈值维持在12~20 mm/d,75%分位降水阈值则进一步下降至7~9 mm/d。（3）从长期变化趋势看,青藏高原中东部99%分位的极端日降水出现频次呈显著的上升趋势,其余几个分位则以下降趋势为主。（4）相较于99%和90%分位而言,95%分位在青藏高原中东部夏季降水中具有更为突出的贡献,且近40 a来99%分位的贡献在不断增加。（5）青藏高原中东部日降水量介于0.1~10.5 mm,但日降水量的频次波峰和总降水量的波峰位置存在差异,2.4~5.1 mm日降水量在青藏高原中东部降水中具有重要作用。     

1959—2012年我国极端降水台风的气候特征分析

利用上海台风研究所整编的1959—2012年台风最佳路径和台风日降水资料,采用百分位法确定单站台风极端降水阈值,针对单个台风影响过程中所造成极端降水的影响范围、降水日数和降水强度异常等指数进行逐个评估,建立了极端降水台风综合指数,依据该指数确定了影响我国的57个极端降水台风,并统计分析了这些台风个数及强度的月际分布特征和路径特点。结果表明：台风极端降水阈值在我国呈由东南沿海向西北内陆减小的分布特征。极端降水台风影响我国的路径大致分为两类,一类穿过台湾或经过台湾北部洋面在我国东南沿海登陆,另一类则于华南沿海登陆或在其近海活动。极端降水台风在20世纪60—70年代及2000年以后相对频发,70年代平均综合指数最高。极端降水台风均出现在5—10月,7—8月频次最多。57个台风中达到台风和强台风级别的最多。     

1979—2019年云贵高原夏季区域性极端日降水事件的异常环流特征

利用中国气象局国家气象信息中心整编的站点观测资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,对云贵高原1979—2019年夏季区域性极端日降水事件的异常环流进行了分析。云贵高原99%分位上的夏季(6—8月)极端日降水事件(以下简称降水事件)降水阈值为20.0 mm/d,在近41年里共发生了35次降水事件,其中7月上旬发生次数最多,7月下旬次之,8月中旬最少;35次降水事件中有4次为热带气旋系统影响,降水中心位于广西西南部及沿海地区,中心值超过75 mm,其余31次的降水中心主要集中在贵州中南部和广西北部,且降水中心强度明显低于热带气旋系统所带来的强度;受欧亚大陆中纬度(30～50°N)地区的纬向扰动波列和低纬地区异常垂直环流圈控制,云贵高原上空对流层中建立了深厚的异常上升运动,配合500 hPa副热带地区的异常反气旋式环流将南海和孟加拉湾的水汽输送至云贵高原并在当地沿地形辐合抬升,为云贵高原极端降水的形成提供有利的动力条件和水汽条件,同时周边地区异常冷却所带来的加热场梯度还进一步加强了云贵高原上空的气流入流,更加有利于强降水的产生和维持。此外,降水事件还与乌拉尔山至我国东北地区的低值系统活动和...     

中国年极端降水事件的时空分布特征

基于中国1955～2004年314个台站逐日降水资料,根据百分位值方法定义了不同台站的极端降水阈值,进而对中国年极端降水事件的时空特征进行了探讨分析.结果表明:江淮北部、湖南、四川西南部及西藏和新疆西部地区与中国其他区域呈反向变化特征,是中国年极端降水事件的主要空间异常模态;中国年极端降水事件的时间变化存在明显的区域性差异,东北、西北东部、华北表现为减少趋势,其中东北和华北发生了突变,而西北西部、长江中下游、华南及青藏高原表现为增加趋势,其中西北西部、长江中下游发生了突变;中国各分区年极端降水事件的周期振荡不完全一致;中国年极端降水事件与年降水量之间存在较好的相关性,从季节来看,夏季极端降水事件与年降水量的相关性最好.     

近60年来中国主要流域极端降水演变特征

在全球增暖背景下,中国极端降水事件及洪涝、干旱等次生灾害近年来频发,严重影响生态系统、人民的生产生活和社会经济发展。本文基于气候变化检测和指数专家组（ETCCDI）定义的10个降水指数,利用中国台站日降水资料,系统分析了1961～2017年中国及九大流域片降水变化情况,并利用空间场显著性检验考察不同降水指数的显著变化是否与外强迫作用有关。结果表明,各降水指数的变化具有区域性特征。整体而言,全国范围内平均降水、降水强度、极端强降水和连续性强降水呈增强趋势的台站数多于呈减弱趋势的台站数,呈显著增强趋势的台站占比不可能仅由气候系统内部变率引起,还受到外强迫的影响。此外,中国大部分站点连续干旱日数（CDD）减少,观测中CDD呈显著减弱趋势的台站占比也与外强迫作用有关。九大流域片中,内陆河片能够观测到平均降水、降水强度、极端强降水和连续性强降水的增多以及连续干旱日数的减少,有洪涝灾害增多的风险,且上述变化可归因为外强迫的作用。长江流域片、东南诸河片和珠海流域片平均降水、极端强降水和连续性强降水均增强,其中强降水的变化与外强迫作用有关。西南诸河片极端强降水增强,但大部分站点CDD呈增加趋势,有干旱增加的风险。黄河流域片、海河流域片、淮河流域片及松辽河流域片的大部分站点及区域平均结果中,降水指数多无显著变化趋势。增暖背景下,不同流域片呈现出不同的降水变化特征,将面临不同的气候灾害风险。     

1960—2008年淮河流域极端降水演变特征

采用地理空间统计、时间序列分析和趋势诊断等方法,研究1960—2008年淮河流域极端降水时空演变特征:流域大部分地区全年及四季的极端强降水量、降水强度、强降雨日数无明显变化趋势;≥15 d的持续无降水事件发生次数由南向北递增,平均每年2~5次,冬季最多、夏季最少;≥5 d的持续降水事件由东北向西南递增,平均每年1~8次,潢川—正阳—郑州一线的西北部秋季最多,其他地区夏季最多;40%的站点持续无降水事件有明显增多趋势,气候倾向率为0.22~0.60次/a,且大多在1970s发生气候突变;30%的站点持续降水事件有明显减少趋势,气候倾向率为-0.24~-0.70次/a,普遍无气候突变;持续无降水(降水)事件与年降水总量没有明显的联系。     

1960-2005年长江中下游极端降水指数变化特征分析

本文利用长江中下游流域内的81个气象站,对长江中下游极端降水指数的时空变化特征进行分析.结果发现,在时间尺度上,长江中下游地区近46 a来极端降水指数呈上升趋势,其中降水强度上升趋势最明显,各个极端降水指数在年代际尺度上具有相同的变化特征,均存在着12 a左右的周期振荡,在年际尺度上,各极端降水指数变化周期并不一致.大雨日数与其他指数相比突变时间比较早,发生在1979年,其他几个指数突变时间比较接近,出现在1990年前后.在空间变化上,除极端湿天降水量在全区均为上升趋势外,其他几种极端降水指数在江苏东部地区、湖北西北部都存在着极端降水指数的负变化趋势,高值区主要分布在江西大部、湖北东南部、湖南东北部地区.     

Temperature and Precipitation Changes in China During the Holocene

We review here proxy records of temperature and precipitation in China during the Holocene, especially the last two millennia. The quality of proxy data, methodology of reconstruction, and uncertainties in reconstruction were emphasized in comparing different temperature and precipitation reconstruction and clarifying temporal and spatial patterns of temperature and precipitation during the Holocene. The Holocene climate was generally warm and wet. The warmest period occurred in 9.6-6.2 cal ka BP, whereas a period of maximum monsoon precipitation started at about 11.0 cal ka BP and lasted until about 8.0-5.0 cal ka BP. There were a series of millennial-scale cold or dry events superimposed on the general trend of climate changes. During past two millennia, a warming trend in the 20th century was clearly detected, but the warming magnitude was smaller than the maximum level of the Medieval Warm Period and the Middle Holocene. Cold conditions occurred over the whole of China during the Little Ice Age （AD 1400-AD 1900）, but the warming of the Medieval Warm Period （AD 900-AD 1300） was not distinct in China, especially west China. The spatial pattern of precipitation showed significant regional differences in China, especially east China. The modern warm period has lasted 20 years from 1987 to 2006. Bi-decadal oscillation in precipitation variability was apparent over China during the 20th century. Solar activity and volcanic eruptions both were major forcings governing the climate variability during the last millennium.     

中国区域性极端降水事件及人口经济暴露度研究

This paper tests the idea of substituting the atmospheric observations with atmospheric reanalysis when setting up a coupled data assimilation system.The paper focuses on the quantification of the effects on the oceanic analysis resulted from this substitution and designs four different assimilation schemes for such a substitution.A coupled Lorenz96 system is constructed and an ensemble Kalman filter is adopted.The atmospheric reanalysis and oceanic observations are assimilated into the system and the analysis quality is compared to a benchmark experiment where both atmospheric and oceanic observations are assimilated.Four schemes are designed for assimilating the reanalysis and they differ in the generation of the perturbed observation ensemble and the representation of the error covariance matrix.The results show that when the reanalysis is assimilated directly as independent observations,the root-mean-square error increase of oceanic analysis relative to the benchmark is less than 16%in the perfect model framework;in the biased model case,the increase is less than 22%.This result is robust with sufficient ensemble size and reasonable atmospheric observation quality(e.g.,frequency,noisiness,and density).If the observation is overly noisy,infrequent,sparse,or the ensemble size is insufficiently small,the analysis deterioration caused by the substitution is less severe since the analysis quality of the benchmark also deteriorates significantly due to worse observations and undersampling.The results from different assimilation schemes highlight the importance of two factors:accurate representation of the error covariance of the reanalysis and the temporal coherence along each ensemble member,which are crucial for the analysis quality of the substitution experiment.     

中国区域性极端降水事件及人口经济暴露度研究

基于中国1960-2014年771个气象站的逐日降水资料,选取有效降水序列95百分位数作为极端降水阈值,将既定持续时间尺度和连续面积上超过阈值的降水事件定义为区域性极端降水事件。采用强度-面积-持续时间（Intensity-Area-Duration,IAD）法,根据极端降水事件空间和时间上的连续性特征,对不同持续时间的区域性极端降水事件演变趋势及暴露于极端降水事件下的人口和国内生产总值进行研究。结果表明:（1）相对强度最大的区域性极端降水事件主要集中在1960-1968、1991-1999和2006-2013年3个时段;（2）区域性极端降水事件最强中心主要分布在长江以南和东北地区,发生在北方的多为单日极端降水,南方多为持续多日的极端降水;（3）1960-2014年区域性极端降水事件影响面积有所增大,相对强度变化不明显;（4）暴露于极端降水事件影响区域内的人口和国内生产总值均呈显著增大趋势,暴露人口最多的年份在1983年,达到2408万人/d,暴露国内生产总值最多的年份在1998年,达到20亿元/d。      

北京1841年以来均一化最高和最低气温日值序列的构建

长期连续的日值观测资料是研究百年来极端气候事件及其变化特征的重要基础支撑.目前中外由于缺乏可靠的逐日百年尺度气候资料,使得20世纪50年代以前的极端气候变化规律仍然没有得到很好的认识.基于国家气象信息中心收集整理的日最高和最低气温观测资料,构建北京1841—2019年气温日值序列.首先,通过数据质量控制剔除原始基础资料...     

小时和日值降水数据对河南省暴雨日数和暴雨日变化特征的影响北大核心

利用1961—2018年河南省111个气象站逐日和逐小时降水数据,分析了暴雨日数的时空变化规律及暴雨日变化特征,并通过统计对比分析,评估了小时和日值降水数据对暴雨日数及暴雨日变化的影响。结果表明:(1)1961—2018年,河南省年平均暴雨日数变化呈显著上升趋势,速率为0.34 d·(10 a)^(-1);94.6%的气象站点年平均暴雨日数的气候倾向率为正,显著增加的站点数占总站数的73.0%;年平均暴雨日数为1.4 d,以7月最多,平均值为0.52 d,占年平均暴雨日数的37.1%。(2)1961—2018年,河南省暴雨总降水的日变化呈现单峰结构,主峰值出现在05时,为4.5 mm;暴雨日变化峰值呈波动下降趋势,速率为0.16 mm·(10 a)^(-1);日变化峰值大部分出现在00—08时,共42个年份,占79.3%;从空间分布看,各气象站点的暴雨日变化峰值大都出现在00—06时,占总站数的73.5%。(3)2014—2018年,河南省小时和日值降水数据吻合度为100%;吻合暴雨总降水的日变化的主峰值和次峰值出现在04时和17时,分别为4.3 mm和3.4 mm;日变化峰值出现在13—18时的气象站点最多,占总站数的33.9%。(4)小时和日值数据对暴雨日数及暴雨日变化造成了影响,主要表现在年平均暴雨日数及其变化趋势不一致和暴雨日变化的差异。     

基于ETCCDI指数2017年中国极端温度和降水特征分析

利用中国1961—2017年2419站均一化逐日气候数据,计算了气候变化检测和指数联合专家组定义的26个极端气候指数,分析2017年中国极端温度和降水特征。结果表明：2017年中国区域平均的所有极端高温指数均高于1961—1990年30年平均,所有极端低温指数均低于1961—1990年30年平均。中国区域平均的多个极端温度指数达到或者接近历史极值,其中年最小日最高气温(TXn)和年最小日最低气温(TNn)均达到历史最高值,冷夜(TN10p)、冷昼(TX10p)和持续冷日日数(CSDI)达到历史最低值。年最大日最高气温(TXx)、年最大日最低气温(TNx)、暖夜(TN90p)、霜冻(FD)、冰冻(ID)、热夜(TR)、生长期长度(GSL)排在1961年以来的第2或第3位,其余极端温度指数全部排在了1961年以来前10位。2017年中国区域平均的10个极端降水指数中,有7个指数值处于1961—2017年1个标准差范围内,指示2017年的极端降水接近正常年。     

非齐次隐马尔可夫降尺度方法对江淮流域夏季逐日降水的模拟及其评估

引入非齐次隐马尔可夫模型(Nonhomogeneous hidden Markov model,NHMM)统计降尺度方法,利用1961—2002年江淮流域夏季逐日降水资料、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA-40再分析资料建立模型,检验其对东部季风区(以江淮流域为代表)夏季日降水的模拟能力,并对比BCC-CSM1.1(m)模式NHMM降尺度前后的模拟效果。结果表明,NHMM降尺度方法通过建立降水概率分布态间转移参数与大尺度环流变量的联系,对江淮流域逐日降水量具有较好的降尺度效果。模拟的各站日降水量概率分布函数(PDF)曲线与观测非常接近,布赖尔评分(Brier Score,S_B)均小于0.11%,显著性评分(Significance Score,Ss)均大于0.84;夏季总降水量、降水日数、中雨日数、降水强度和95%分位降水量指数的多年平均场偏差百分率绝对值低于10%,前3个指数的空间相关系数高于0.9;该方法对各降水指数的年际变率也有一定的模拟能力,模拟得到的各指数的区域平均年际序列与观测序列的相关系数为0.62—0.87。对BCC-CSM1.1(m)模式的模拟结果进行降尺度后,SB较降尺度前平均减小0.57%,Ss平均增大0.23,皆表明降尺度后的概率分布函数曲线更接近于观测;各降水指数在多数台站的偏差百分率绝对值由大于40%降至10%以内,空间相关系数普遍提高至0.8以上。NHMM降尺度方法能够有效提高BCC-CSM1.1(m)模式对江淮流域夏季日降水的模拟能力,相对气候模式具有显著的"增值",未来可进一步利用该方法进行气候变暖背景下的日降水变化预估。     

A daily temperature dataset over China and its application in validating a RCM simulation

This paper describes the construction of a 0.5°×0.5°daily temperature dataset for the period of 1961- 2005 over mainland China for the purpose of climate model validation. The dataset is based on the in- terpolation from 751 observing stations in China and comprises 3 variables: daily mean,minimum,and maximum temperature.The"anomaly approach"is applied in the interpolation.The gridded climatology of 1971-2000 is first calculated and then a gridded daily anomaly for 1961-2005 is added to the climatologY to o...