黄河流域极端气候事件的时空变异特征研究

以黄河流域为例,充分考虑降水要素的空间异质性,将其划分为8个子区域;选定持续干燥指数（CDD）、持续湿润指数（CWD）、强降水日数（R10）和5 d最大降水量（RX5）4个极端降水指标,采用数理统计、一元线性回归等方法对各子区域极端降水特征进行趋势性分析;并采用基于贝叶斯理论的可逆跳跃马尔科夫蒙特卡洛算法（RJMCMC）,识别并量化了各子区域不同极端降水指标的突变位置及其变异程度。结果表明:1）黄河流域暖干化趋势明显,流域北部尤为突出。2）CDD、CWD、R10和RX5指数空间上趋势变化较大,但相邻区域之间存在相似的分布规律。3）不同子区域不同极端气候指数的突变年份不同,但多集中于90年代。研究结果可有效提高极端气候预测的准确性和可靠性。识别并量化气候时空变异特征对防洪、抗旱布控工作的顺利开展具有现实意义。     

气候变化下河套地区1960～2013年极端气温变化特征研究

根据1960~2013年河套地区13个站点的每日气象资料,应用线性拟合及累积距平、Mann-Kendall突变检验法、主成分分析法、Morlet复数小波和R/S分析等方法对WMO发布的10种极端气温指数进行了计算和研究。结果表明:在近54年里,河套地区平均气温、极端最高气温、极端最低气温和热指数(夏日、热夜、暖日和暖夜)均呈现上升趋势,冷指数(冰日、霜日、冷日和冷夜)均显著减少;河套地区极端气温指数的变化具有明显的空间分布特征,并伴有突变现象,突变发生在20世纪80和90年代;暖指数的上升和冬季气温升高是河套地区全年平均气温上升的主要原因;极端高温事件在20世纪90年代后期和21世纪初发生的次数较多,在全年各月中以7月份发生次数最多,尤其是7月中旬;AO与NAO指数对河套地区冬春季(尤其是冬季)极端气温指数具有显著的影响。     

赣江流域近59年极端降水时空特征分析

基于1959—2017年赣江流域13个站点逐日降水量数据,采用线性趋势分析、Morlet小波分析、克里金插值法等方法,分析了赣江流域7个极端降水指数的时间和空间变化特征.结果表明:在时间上,大雨日数(R25)均呈下降趋势,暴雨日数(R50)、日最大降水量(Rx1day)、极端降水量(P95)、极端强降水量(P99)、极端降水强度(I95)、极端降水强度(I99)均呈上升趋势.说明近59年来赣江流域虽然大雨发生的频率逐渐减少,但极端降水的强度逐渐增加;赣江流域极端降水事件含有16年和3年2个主振荡周期,且连续性较强;在空间上,赣江流域自西向东,自南向北,极端降水发生的频率在逐渐增加,但其降水强度逐渐减小.     

1981～2016年渭河流域上中下游极端气温差异研究

基于1981～2016年渭河流域66个气象站点的逐日气温数据,选取与极端气温事件密切相关的12个指数并建立时间序列,运用线性回归法、Mann-Kendall突变检验法、相关分析和R/S分析等方法,分析了渭河流域上、中、下游36 a气温趋势差异、突变情况及未来变化情况。结果表明:过去36 a来渭河流域呈变暖趋势,上游地区变暖趋势最明显,上游极端气温事件的发生频率大于下游。渭河流域极端气温指数过去36 a的突变年份集中在20世纪90年代,1993年和1997年突变尤为明显;暖指标的突变时期略早于冷指标。对渭河流域极端气温变化影响最大的区域为渭河下游流域。冷指标在未来将继续呈下降趋势,暖指标在未来将继续呈上升趋势;上游地区极端气温指数持续性更强,未来变暖的趋势更明显。     

气候变化下河套地区1960～2013年极端气温变化特征研究

根据1960²013年河套地区13个站点的每日气象资料,应用线性拟合及累积距平、Mann-Kendall突变检验法、主成分分析法、Morlet复数小波和R/S分析等方法对WMO发布的10种极端气温指数进行了计算和研究。结果表明:在近54年里,河套地区平均气温、极端最高气温、极端最低气温和热指数(夏日、热夜、暖日和暖夜)均呈现上升趋势,冷指数(冰日、霜日、冷日和冷夜)均显著减少;河套地区极端气温指数的变化具有明显的空间分布特征,并伴有突变现象,突变发生在20世纪80和90年代;暖指数的上升和冬季气温升高是河套地区全年平均气温上升的主要原因;极端高温事件在20世纪90年代后期和21世纪初发生的次数较多,在全年各月中以7月份发生次数最多,尤其是7月中旬;AO与NAO指数对河套地区冬春季(尤其是冬季)极端气温指数具有显著的影响。     

华南地区极端气温事件时空变化及其因子分析

选用1959—2016年华南地区72个地面气象站点逐日气温数据,计算了研究区16种极端气温指数,分析了1959—2016年研究区极端气温事件的时空变化特征和影响研究区极端气温指数的因子,及其与年平均气温、地理位置和大尺度大气环流的关系,并预测了未来研究区域极端气温事件变化趋势.结果表明:1959年以来,研究区气温日较差(DTR)和极端冷事件(FD、ID、TN10p、TX10p、CSDI)呈下降趋势;生物生长季(GSL)、极端热事件(SU、TR、TN90p、TX90p、WSDI)和气温极值指数(TXx、TNx、TXn、TNn)呈明显增加趋势.从年代际尺度来看,1960s(19世纪60年代,以下以此类推)以来,研究区极端气温事件与其年际变化趋势基本一致.从空间尺度来看,气温日较差(DTR)和极端冷事件(FD、ID、TN10p、TX10p、CSDI)气候倾向率小于0的站点比例分别为85％、99％、100％、99％、90％、93％,仅有个别站点存在下降趋势,零星分布在沿海地区.生物生长季(GSL)增加的站点共有55个,但其显著性水平较低;极端热事件(SU、TR、TN90p、TX90p、WSDI)气候倾向率大于0且通过显著性检验站点分别为20、58、68、48、29个,增加趋势明显.气温极值指数(TXx、TNx、TXn、TNn)也呈增加趋势,仅沿海地区个别站点呈下降趋势.利用因子分析法提取了5个公共因子,其累计方差贡献率为82.49％,其中公共因子1方差贡献率为44.72％,反映了极端气温事件与极端热事件的相关性很强.相关分析表明,极端热事件(SU、TR、TN90p、TX90p、WSDI)能很好地指示年平均气温的变化情况,并且其他极端气温指数之间也存在很好的相关关系;极端气温指数变化趋势表现出明显的地理位置依赖性.此外,大尺度环流分析表明,ENSO异常变化与华南地区极端气温关系密切,南海副高强度指数(SCSSHII)和西太平洋副高强度指数(WPSHII)对研究区极端气温事件具有明显贡献.R/S分析法表明,研究区极端气温事件表现为强持续性,未来变化趋势与过去的变化趋势相同.     

1961～2006年江淮流域极端降水事件变化特征

利用1961~2006年江淮流域降水资料,计算了6种极端降水指数,分析了江淮流域极端降水的时空变化特征。极端降水指数除了大于10 mm天数呈微弱下降趋势外,其他极端降水指数均为上升趋势,其中非常湿天降水量和极端湿天降水量上升趋势最明显。在年代际变化方面,极端降水出现了气候变得更加湿润的特点,但是这种增加趋势并不明显。在极端降水指数空间分布方面,极端降水指数在不同地区的变化情况并不相同,日最大降水日量和连续5 d最大降水量在江淮流域中部和西南部为增加趋势,在江浙的沿海和西北地区为减少趋势。降水日数在江淮流域的北部和西部地区均为减少趋势,而在长江中下游及以南地区为增加趋势。非常湿天降水量和极端湿天降水量则除了在河南和陕西部分地区是减少趋势外,其他地区呈一致的上升趋势。     

1981-2014年南四湖流域极端降水阈值及极端降水日数变化特征*

为研究南四湖流域的极端降水特征,本研究利用1981—2014年南四湖流域9个气象站的逐日降水资料,研究分析了该流域降水阈值、极端降水日数等变化特征.结果表明:(1)对于第90、95和99百分位的极端降水事件,平均降水阈值分别为24.7、40.0、80.2 mm;(2)南四湖地区北部降水阈值较南部偏大,东部较西部偏大,极端强降水阈值的空间分布与年降水量的分布相似;(3)南四湖地区年平均极端降水量东北部以及北部较强,南部和西南部较小,这种分布和南四湖流域的降水气候平均态分布较为类似,反映了极端降水对于降水的贡献非常大;(4)南四湖地区极端降水日数平均为每年3.08~3.56天,表现出极端降水阀值大的站点,其极端降水日数较少,其相关系数达-0.893;(5)南四湖地区极端降水量对总降水量的贡献为34.2%~37.7%,且多年平均年极端降水强度分布与极端降水阈值分布相似,说明阈值大的地方,其降水强度也大,形成灾害的风险也大;(6)南四湖地区极端降水多年平均日数为23.5天,且以4.5 d/10 a的速率上升;(7)南四湖地区20世纪80年代中后期年总极端降水日数发生突变,且存在2年和16年左右的振荡周期.     

1961～2009年四川强降水变化的时空特征

利用四川143个气象站1961～2009年逐日降水资料,采用气候倾向率、Mann-Kendall检验、Morlet小波分析等方法,分析了四川极端降水事件的变化趋势、突变特征和周期性特点,结果表明,近50年来,四川区域性暴雨次数、暴雨日数和极端降水日数呈略微减少趋势,气候倾向率分别为-0.36次/10a、-0.06d/10a、-0.1d/10a,极端降水强度、极端降水量占年降水量的比例呈微弱增加趋势,但极不显著,与我国极端降水趋多趋强的变化特征不一致。5个指数均有明显的25年左右的年代际振荡周期,年际振荡周期5～8年,5个指数都表明当前正处于极端降水事件的多发期。从空间格局看,四川极端降水事件从西向东呈＂增-减-增＂的分布特征,即四川盆地东部和川西南山地及川西北高原呈增多增强趋势,四川盆地西部、北部和南部则呈减少减弱趋势。大部分站点极端降水指数未发生突变,少数发生突变的站点其突变时间均发生在60年代初。     

1961—2015年洪渡河流域极端气温事件变化趋势

利用洪渡河流域务川县国家一般气象站1961—2015年逐日最高和最低气温资料,利用RClimDex模型计算出了该流域12项极端气温指数,采用一元线性回归、10年滑动平均等方法对其变化规律进行分析。结果表明,月最低气温极大值、暖夜日数、暖昼日数、热夜日数和夏日日数分别以0.230、12.50、5.00、3.20、1.24 d/10年的趋势显著上升,其中暖夜日数、热夜日数、月最低气温极大值变化最显著;月最高气温极小值和极端最低气温均上升,冷昼日数、冷夜日数、结冰日数和霜冻日数均减少,其中冷夜日数的减少趋势最显著。这些充分表明了洪渡河流域气候变暖的趋势。     

马莲河流域干燥度变化特征

[目的]研究马莲河流域干燥度变化特征。[方法]利用马莲河流域7个气象站1961—2015年地面观测资料,根据Holdridge生命地带模型对近55年来马莲河流域的干燥度变化特征进行了分析。[结果]近55年来马莲河流域内可能蒸散率(PER)以0.01~0.07/10 a的趋势上升,地区差异明显。马莲河流域PER 20世纪90年代出现了最大值,比20世纪60年代平均增大了0.36,为干旱最频繁发生时段。马莲河流域降水量呈减少趋势,减幅为1.3~13.9 mm/10 a,其中上中游降水量减少最为明显;年生物温度升高,增加趋势为0.13~0.29℃/10 a,下游地区年生物温度升高最为明显。[结论]马莲河流域出现了明显的暖干化趋势,对农业生产、经济社会发展的不利影响将更加显著。     

极端气候变化及其对水稻气候产量影响的实证分析——以湖北省为例

为考察湖北极端天气事件的时空变化,采用1980—2014年逐日气候数据,并利用实证分析法研究了极端气候对水稻气候产量的影响。研究表明:1)湖北极端降水量和降水天数均呈下降趋势,极端降水事件由东向西、由南向北递减。2)极端高温呈上升趋势,表现为极端高温天数和强度增加。鄂北、鄂西易发生极端高温事件。3)极端气候类因素对水稻气候产量具有负向影响,其中,最低气温的极小值每增加1%将会使水稻的气候产量降低0.197%。白天极端高温天数对水稻气候产量也具有抑制作用,其每增加1%将会使水稻气候产量降低0.046%。因此,应加强湖北省极端天气事件易发区在水稻生长期内的气候监测和防范。     

基于 Mann-kendall法的嘉陵江流域降水量时空分布规律

选取嘉陵江流域11个气象站点经过处理的1961-2015年月降水量数据资料,以Mann-kendall非参数检验方法为主,分析嘉陵江流域降水量时空分布特征,为其水资源检测、评估和防治提供一定理论依据和基础.结果表明:(1)嘉陵江流域近55年年均降水量为977.7mm,整体上呈现出下降的趋势(Z=-0.56),且存在多个突变点;(2)降水量在春季和秋季均呈减小幅度,秋季最为明显(Z=-1.35),且主要集中在夏季,约占全年降水量的48.3%;(3)年均降水量空间分布总体表现为自东南向西北地区逐渐减少.遂宁地区降水量春季减小幅度最大(Z=-1.86),夏季上升最为明显(Z=2.49),秋季除武都地区增加(Z=0.21),其余地区均呈减小趋势,冬季巴中地区降水量上升幅度最大(Z=1.00).研究降水量的变化,预测和防治流域内旱涝和泥石流等气象灾害的发生,并在一定程度上预测未来气候变化趋势具有重要的意义.     

两种干旱指数在重庆极端干旱事件中的应用

利用重庆34个国家站1981-2015年地表湿润度和MCI_GB干旱过程指数序列对比分析重庆极端干旱事件的气候特征,并采用五类格点日数据诊断了重庆近年来极端干旱年旱情集中发生时段的环流特征.结果表明:上世纪60年代以来,地表湿润度所表征的旱情在除重庆西部和主城部分地区变湿外,其余大部地区都为变干趋势,其时间序列存在2～8年的显著周期.而上世纪80年代以来,两种不同干旱指数表征的重庆持续和极端干旱事件分别都存在显著的2～4年和2～8年周期. 1981-2015年期间, MCI_GB极端累计旱情呈"东北部偏重"分布型,地表湿润度则为"长江沿线偏重"分布型,两种干旱标准化指数在重庆东北、西南和东南部地区的累计强度有一些差异;对照重庆干旱地方标准,地表湿润度与其分型更类似,强度也更为接近. 2001年、 2006年和2011年极端干旱特定时段大气环流所表现的前兆信号为:7月开始至结束期间, 500 hPa欧亚中高纬由"负—正—负"转为"负—正"型变压场分布,在中亚中纬度地区均为"南高北低"型气压场分布,均不利于西北路径冷空气南下影响我国西南地区;综合整月OLR场、 Walker环流和水汽场来看,重庆地区对流活动偏弱,仅为-15～0 w/m~2,垂直高低层以700 hPa为界,水平南北方向上以长江为界,气流升降运动呈反向分布,加之水汽输送不充分、整层水汽辐合较弱,这都不利于降水的持续发生,易造成干旱事件的集中发生和后续维持.     

福建省极端温度事件对气候变暖的响应

为探究福建省极端温度事件的变化特征及其未来发展趋势,利用1960—2013年福建省17个气象台站的日平均气温、日最高气温及最低气温等资料,采用趋势分析法、反距离空间插值法、Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析、Pearson相关分析以及Hurst指数等方法,分析了福建省1960—2013年极端温度事件的时空演变规律及其未来发展趋势。结果表明:1)近54年福建省极端高温(低温)事件发生日数呈上升(下降)趋势,而极端温度事件的强度和年极值均呈上升趋势。2)在空间分布上,极端高温(低温)事件各指标值均表现为自东南沿海向西北内陆逐渐递增(递减)的规律,此外,海拔越高极端温度事件各指标值越小。3)年极端温度事件和年平均气温有很好的相关性,其中与极端温度事件发生日数的相关性最高。4)Hurst指数表明,未来极端高温日数、强度、年最高温度、年极端低温强度和年最低温度仍呈增加趋势,而极端低温日数呈现减少趋势,暖冬的趋势将逐渐明显。     

基于综合气象干旱指数的石羊河流域近50年气象干旱特征分析

借助数理统计理论和GIS空间分析技术,利用综合气象干旱指数(composite index,CI),根据石羊河流域5个气象站1961-2010年实测气象资料,对石羊河流域近50a的干旱在时空上的变化特征进行分析.首先计算了各站历年逐日的CI指数,统计近50 a各站点出现的干旱过程、各时段的干旱事件,在此基础上分析了石羊河流域干旱发生的频率、覆盖范围和强度和不同等级干旱发生的多年平均日数.分析结果表明:(1)石羊河流域四季干旱发生频率均呈现北高南低的空间分布规律;在四季中,夏季干旱发生频率最高,冬季频率最低;极小值都在乌鞘岭,极大值略有不同:春、夏、冬季干旱发生频率极大值在民勤,秋季极大值在武威.(2)石羊河流域有大范围干旱发生的年份夏季和秋季较多分别有22 a、11a,冬季最少只有4a.(3)石羊河流域不同等级干旱日数总体上呈现夏季多冬季少、北部多南部少的规律,和降水量的空间分布有较好的负相关性.(4)干旱发生成因除了主要受东亚季风和西南季风的影响外,还应考虑到径流的影响.研究结果与实际情况相符,可为相关部门根据本地区干旱特征制定相应抗旱对策提供理论依据.     

气候变化下气象因子顺逆变对生态环境影响评估

气候变化的事实及其影响越来越显著,对自然系统和人类经济社会可持续发展构成现实性威胁。由气候变化导致的突发性、极端天气气候事件呈增加趋势。笔者通过对温度上升、降水变率大且时空分布极不均匀等贡献分析,评估得出主要气象因子的顺逆变对锦州生态环境的影响呈明显态势。