河北省主要极端气候指数的时空变化特征

根据河北省142个气象站点1961-2010年逐日平均气温、最高气温、最低气温和降水量等基础资料,采用线性倾向估计法及Kriging插值法,研究河北省极端气温事件的时空变化特征。结果表明:(1)在极端气温指数的空间分布方面,极端最高气温和夏日均呈从南至北逐渐降低的趋势,高值中心分别位于邯郸、邢台、石家庄、衡水和邯郸、邢台、石家庄、衡水、廊坊、沧州等地,而霜日则呈北高南低的空间变化规律,高值中心主要位于张家口北部地区,极端最低气温、暖日指数及持续冷期无明显的空间分布规律;从变化趋势的空间分布特征来看,全省夏日、暖日指数、极端最低气温及大部分地区的极端最高气温呈增加趋势,全省霜日则呈下降趋势,持续冷期的变化不显著。(2)极端降水指数无明显的空间分布规律。日最大降水量、强降水量、暴雨日数、连续干日及连续湿日均呈零星分布,降水强度从东南至西北大体呈降低趋势;从变化趋势的空间分布特征来看,在1961-2010年河北大部分地区的日最大降水量、强降水量、降水强度、连续湿日及暴雨日数均呈下降趋势,而连续干日呈增加趋势。从极端气温及降水指数的变化趋势可以看出,河北省具有干暖化倾向,农业生产上应采取相应的适应对策。     

近50年黄土高原马莲河流域降水变化特征分析

不同等级降水与侵蚀性降水对水土保持有重要意义,为了更好地建设黄土高原生态屏障,亟须对马莲河流域降水特征进行详细分析.收集到马莲河流域1961-2010年西峰国家基准站、环县国家基本站和华池、庆城、合水、宁县、正宁5个国家一般站的日降水观测数据,使用PMF方法,对数据进行均一化检验,确保数据质量.采用基本气象水文统计方法,研究流域降水统计特征.运用气候倾向率、Mann-Kendall检验、滑动T检验、累积距平和Morlet小波变换等方法,分析流域降水趋势、突变点和周期等特征,同时分析侵蚀性降水、不同等级降水日数和降水强度的变化特征.结果表明:1)马莲河流域多年平均降水482 mm,四季降水分别占年降水量的18％、53％、27％和2％,侵蚀性降水占年降水57％,降水变异系数为0.19,流域降水＞400 mm的保证率为72％,＞500 mm的保证率为38％;2)1961-2010年马莲河流域降水与侵蚀性降水均呈减少趋势,春、秋季降水呈减少趋势,冬季降水呈增加趋势;3)降水的突变点不明显,1992年之后,降水呈减少的趋势,年和四季降水有19、11、4和2a左右的主周期;4)中雨和小雨是马莲河流域主要降水形式,1961-2010年,降水减少是中雨和小雨显著减少引起的,降水强度与侵蚀性降水强度呈增强趋势,降水日数的减少对降水强度的增加有重要影响.马莲河流域侵蚀强度并未随雨量的减少而减弱,降水侵蚀风险没有减小,水土保持工作需要持续深入,水土保持与荒漠化治理刻不容缓.     

渠江流域降水时空分布特征

基于1961-2020年渠江流域13个气象站点降水数据,运用累积距平、Mann-Kendall检验、小波分析和Kriging插值等方法研究分析了流域降水量及暴雨事件的时空分布特征。结果表明:渠江流域60年年均降水量1 126.17 mm,年降水量整体呈缓慢上升趋势,降水倾向率为6.9 mm/10 a。年降水量波动剧烈,存在27年、15年的周期性变化。年均降水量呈现由西部向东北部递增的趋势,降水量高值区位于流域东北部万源地区,低值区位于西部巴中地区。年降水量倾向率呈现由西北部向东南部递增的趋势,东部及南部降水倾向率为10~15 mm/10 a。渠江流域降水呈季节性变化,春季、秋季降水量呈下降趋势,夏季、冬季降水量呈上升趋势。5年滑动平均数据表明,夏季降水倾向率为16.9 mm/10 a,秋季降水倾向率为-7.7 mm/10 a。季节降水量波动明显,突变点较多,春、夏、秋季突变点主要集中于1961-1980年和2010-2020年间,冬季突变点集中于1985-2005年间。渠江流域春、夏、秋、冬四季降水倾向率最高值分别位于流域南部、东北部、东南部和西部。渠江流域汛期暴雨年均日数为4.28日,暴雨日数整体呈上升趋势,60年内暴雨日数以0.21 d/10 a的速率增加。汛期暴雨日数年际波动明显,1965年、1983年、1984年呈显著增加趋势。汛期暴雨日数存在14年、21年的周期性变化。渠江流域多年平均暴雨日数呈现由西南部向东北部递增的趋势,流域南部达川地区的上升趋势最快,较流域整体上升趋势高0.15 d/10 a。     

黄土高原地区50年降水时空动态与趋势分析

基于黄土高原及周边地区74个气象站1952-2001年降水量数据,计算各站年降水量线性趋势系数,利用ArcGIS地统计模块普通Kriging插值法生成黄土高原地区1952-2001年年降水量和年降水量线性趋势表面,分析年降水量、年降水量线性趋势表面时空分布特征与10年尺度降水量带动态变化.结果表明,黄土高原地区1952-2001年平均年降水量(426.69±67.85)mm.年降水量和年降水量线性趋势存在显著时空分异;年降水量由西向东线性增加,从南到北二次曲线递减.总体上东南西北方向递减;10年尺度平均年降水量减少趋势明显,递减率-10.019 mm/10 a,期间累计减少1 227,33 mm 1200,400,600 mm降水线南移,干旱半干旱区面积不显著扩大,湿润半湿润区显著缩小,气候呈干旱化趋势;年降水量线性趋势系数从-4.10 mm/a到4.46 mm/a,平均-0.98 mm/a,降水量呈增加趋势地区面积16.36万km~2.呈减少趋势地区面积46.27万km~2,分占黄土高原地区总面积26.12%和73.88%.     

基于中国气候变化区划的1951-2010年暴雨统计分析

采用659个气象观测站日值降水数据计算了中国年际和年代际暴雨雨量和暴雨雨日,然后基于中国气候变化区划(1961-2010年)对中国暴雨进行了分区统计.结果表明:在中国气候变化区划降水呈增加和减少的区域,绝大多数的暴雨呈现相应的年际和年代际的增加和减少趋势.但也有在降水趋势减少的I1东北-华北暖干趋势带的小兴安岭-长白山-三江平原气温波动增强、降水量波动减弱区和Ⅲ3西南-华南干暖趋势带的云贵高原南岭西部山地丘陵降水量波动增强、气温波动增强区两个二级气候变化分区,暴雨呈现增加趋势;反之在降水趋势增加的Ⅳ1藏东南-西南湿暖趋势带的藏东南山地-高原降水量波动增强、气温波动增强区,暴雨呈现减少趋势.进一步对暴雨分为短历时的对流型暴雨和长历时的过程型暴雨也有类似的结论.说明现有的一级和二级气候变化区划在一定程度上可以反映暴雨的变化,但仍需要深入采用以极端降水为指标的三级区划对暴雨变化进行研究.     

近30年闽北地区不同等级降水时空分布特征

基于闽北地区1980~2009年17个气象站点逐日降水数据资料,运用线性倾向估计、滑动平均法、MannKendall突变性分析法、反距离加权插值法,分析近30年来闽北地区降水的时空变化特征。结果表明:(1)时间上,闽北地区近30年降水量和降水天数变化呈略微下降趋势,其中2~4月降水量呈现显著的减小趋势,6、8、12月降水量呈现显著的增加趋势。降水量突变发生时间在1988年、2007年。(2)春季小雨、中雨、大雨和夏季小雨、中雨以及秋季小雨等级降水量表现出明显的减少趋势,而夏季暴雨有明显增大趋势。闽北地区四季降水总时间和四季小雨以及春季、夏季中雨等级降水天数均出现明显减小趋势,而夏季暴雨天数呈现明显增加趋势。(3)空间上,闽北地区多年降水量及降水天数空间分布存在明显区域差异。各等级降水量及降水天数高值区位于该地区东北部的七步、寿宁、柘荣、光泽、浦城等地,低值区位于闽北地区东南部的洋中坂等地。     

黄土高原降水计算插值与插值计算结果的对比分析

收集黄土高原及周边地区74个气象站1952—2001年降水数据,用ArcGIS9.3普通克里金（ordinary kriging）插值法采用计算插值（calculate then interpolate,CI）和插值计算（interpolate then calculate,IC）的方法生成黄土高原地区1952—2001年50 a平均年降水量和年降水量线性趋势系数空间分布表面,并对其进行统计分析和地形分析。结果表明：1）从插值结果统计值看,CII、C法生成的黄土高原地区50 a平均年降水量和线性趋势系数空间分布表面平均值分别为421.65、421.56 mm和-0.541 0、-0.423 1 mm/a,相似系数分别为99.78%和95.99%,二者一致性良好;2）从插值结果表面光滑度看,IC法稍优于CI法,借用地形分析对生成表面进行坡度、坡向运算,可作为评价表面光滑度、空间数量变化特征和空间方向变化特征的直观方法;3）黄土高原地区50 a平均年降水量具有东南多西北少、南多北少、东多西少的分布规律,其中服从东南西北、南北和东西方向递减的地带性分布规律区域占黄土高原地区面积的89.34%,非地带性分布规律区域占10.66%;4）CI和IC法计算的黄土高原地区1952—2001年降水线性趋势系数平均-0.541 0和-0.423 1 mm/a,黄土高原地区年降水量有明显减少趋势。     

东江中上游流域降水及暴雨日的气候变化特征

利用1965—2017年东江中上游8个国家气象站的逐日降水量和暴雨日数资料,运用线性趋势法、相关分析法、Mann-Kendall突变检验、滑动t检验、Morlet小波分析等方法,分析了东江中上游降水量和暴雨日数的时空变化特征。结果表明:东江中上游年、汛期、前汛期降水量和暴雨日数呈不显著减少趋势,年、后汛期降水量和暴雨日数呈不显著增加趋势;年、汛期、前(后)汛期降水量和暴雨日数空间上呈西南多东北少的分布特征;汛期为降水量和暴雨发生的集中时段,且前汛期多、后汛期少;汛期降水在1972年、1986年、2007年发生突变,前汛期降水在1971年、2005年发生突变,后汛期降水未发生突变;汛期暴雨日数在2003年、2008年前后发生突变,前汛期暴雨日数在1972年、2004年前后发生突变,后汛期暴雨日数在2011年前后发生突变;年降水量存在2 a,4～5 a,8～10 a的振荡周期,年暴雨日数存在2～4 a,5～6 a,8～10 a震荡周期,与年降水量周期有很好的对应性。     

近60年来江西省各等级侵蚀性降雨与降雨侵蚀力的关系

基于江西省具有典型代表性的5个气象站点1956-2015年共60 a逐日降雨量资料,研究了各等级侵蚀性降雨和降雨侵蚀力的特征,建立了利用各等级侵蚀性年降雨量估算年降雨侵蚀力的简易算法模型。结果表明:各等级侵蚀性降雨量、降雨日数和降雨侵蚀的时间分布规律不一。年暴雨量、年暴雨量比例、年暴雨日数、年暴雨侵蚀力、年降雨侵蚀力均在时间上呈不同程度的增长趋势,在空间表现为从南到北逐渐上升趋势。各等级侵蚀性年降雨量估算降雨侵蚀力模型的模拟值与精确值具有高度相关性,可用于估算江西地区年降雨侵蚀力。     

气候变化背景下中国北方干湿区降水资源变化特征分析

中国北方地区降水资源空间差异较大且种植结构迥异,细致分析北方不同干湿区降水资源的变化规律和分布特征,可为北方地区合理利用降水资源,调节种植结构,适应气候变化提供科学参考。该文利用中国北方15个省市308个气象站点1961-2010年逐日降水资料,以1981年为时间节点,将过去50 a分为1961-1980年和1981-2010年两个时段,基于干旱区、半干旱区和半湿润区划分标准,明确了与1961-1980年相比,1981年以来北方干旱区、半干旱区和半湿润区空间变化特征;依据中国气象局降水量等级标准及春夏秋冬四季划分标准,系统分析了北方三大区域内小雨、中雨、大雨及暴雨各等级降水量和降水日数在全年降水量和降水日数中的比例,以及降水在一年四季中的分配特征。研究结果表明:气候变化背景下,1981年以来西北地区的干旱区面积减少,东北地区的半湿润区面积减少,而半干旱区面积扩大明显。研究时段内干旱区年降水量呈显著增加趋势,最近30a各等级降水量和降水日数均高于1980年之前的20a,其中小雨、中雨等级增加幅度最大;季节变化中,尤以冬季最明显。半干旱区和半湿润区年降水日数均呈显著下降趋势,最近30 a小雨等级降水量和降水日数均有明显下降;夏季和秋季降水量和降水日数均减少,半干旱区夏季降水减少更明显,半湿润区则以秋季减少最为显著。北方地区年内发生的降水事件95%以上是小雨和中雨,小雨和中雨量总计占全年降水量的75%;研究时段内北方地区的小雨频率有不同程度下降,而中雨频率呈升高趋势,干旱区表现尤其明显,其对作物生长季内降水有效利用影响较小。各季节降水分配的变化中,干旱区和半干旱区春季降水贡献率升高,半湿润区秋季降水贡献率降低;干旱区仅夏季降水频率有下降;半干旱区各季节降水频率指标变动最突出,春冬季节降水频率有增加而夏秋季节降水频率在下降;半湿润区春季和冬季降水频率有所增加,而秋季降水频率下降;研究区域内各降水指标极大值主要集中南北两端;干旱区与半干旱区内北疆地区及内蒙古东北部的强降水量、强降水日数大于区域内青海、甘肃、宁夏的中部和南部。所得结论可为明确中国北方地区不同干湿区降水资源变化及种植结构和作物布局调整提供参考。     

淮河流域不同量级降雨时空分布特征及其影响因素

采用淮河流域1965—2016年67个气象站点52 a的逐日降水资料,应用Mann-Kendall趋势检验法、反距离权重插值法和Morlet小波分析法,研究了不同量级降雨时空分布特征及其影响因素。结果表明:（1）淮河流域各量级降雨的年降水量均呈增大趋势,其中暴雨的年降水量年际变化波动相对较大。（2）整个淮河流域的降雨以中、大和暴雨为主,且比较集中。（3）淮河流域小雨和中雨的年降水量由南向北的递减较为平均,各级雨量带呈条带状分布,而大雨和暴雨的各级雨量带无条带状分布的规律。此外,不同量级降雨的降水日数和降水量空间分布一致,均具有“由南向北,依次递减”的特点。（4）1965—2016年,太阳黑子出现极值的年份与淮河流域各量级降雨的降水量极值年份并不完全对应。淮河流域暴雨的年降水量和太阳黑子数都在15 a左右尺度上震荡明显,虽然尺度上不能完全对应,但有交叉,说明暴雨的年降水量和太阳黑子数存在相似的振荡周期变化。     

1959-2007年安徽省降水时空变化特征分析

利用安徽省1959-2007年的逐日降水资料,采用线性回归法、Mann-Kendall法、累积距平法和Morlet小波分析方法,分析了近49a降水变化趋势及变化特征。结果表明,安徽地区夏季和冬季降水有显著的增加趋势(P<0.05),春、秋季和年降水量的变化趋势不显著。全区年降雨日总数有极显著的减小趋势(P<0.01),但暴雨日数却有所增加。雨日总数自南向北递减,但暴雨日数的气候倾向率却有自南向北增加的趋势。全省年降水量和四季降水量大致存在两个主周期的变化,2～4a周期震荡趋势逐渐明显。安徽地区雨日减少,强降水增加,降水有集中化趋势。20世纪90年代中期以后,降水宽幅震荡趋势凸显,不确定性增加,导致旱涝灾害发生可能性增加,会对当地农业生产带来不利影响。     

黔东南地区近49年的气候变化特征

利用黔东南地区16个气象观测站1961-2009年的逐日气象观测资料,采用常规统计方法和墨西哥帽小波变换方法,分析了黔东南地区近49a气温、降水、相对湿度和日照的地理分布及气候特征、年际变化趋势等。结果表明：黔东南地区近49a来年平均气温、平均最高气温的变化趋势不显著,而平均最低气温呈显著的上升趋势,其上升速率为0.146℃.10a-1;且具有3a、17a和36a的振荡周期特征,同时年平均气温具有从东南向西北递减、东部的等值线呈经向分布的特征。年平均降水量的线性变化趋势不显著但暴雨日数有显著增加趋势;年降水量具有3a和18a的准周期变化特征,同时呈由东向南、由西向北递减的趋势。年平均相对湿度的线性变化趋势也不显著,但具有3a、8a和11a的振荡周期变化特征。年平均日照时数呈显著的下降趋势,其下降速率为25.835h.10a^-1,且具有4a、10a和20a的振荡周期变化特征。黔东南地区近49a来总体上气候向暧干方向发展,同时还具有气温偏高时,降水量就偏少;气温偏低时,降水量就偏多的气候特征。     

西北各省季节降水变化及其贡献的差异分析

利用中国西北地区124个气象台站1951?2015年逐日降水资料,通过计算各季节降水量及降水日数贡献率,解析西北五省（区）不同季节各等级降水量及降水日数贡献率差异,明确不同季节降水量和降水日数变化对年降水量和降水日数变化,以及同季节内不同等级降水量和降水日数变化对当季降水量和降水日数变化的作用,以探究西北地区降水的时空变化特征。结果表明：（1）1951-2015年,西北地区年降水日数以0.1d·10a-1（P＜0.01）的速率极显著减少,各站点年平均降水日数及线性变化趋势差异较大;（2）1951-2015年,西北地区年平均降水量以3.9mm·10a-1（P＜0.01）的速率极显著增加,变化显著区域主要分布在新疆及青海地区;（3）研究区域降水季节分布不均,主要集中在夏季,其中各省（区）夏季降水量贡献率在50%～63%,降水日数贡献率在35%～48%,春秋两季降水接近,冬季降水最少;各季节降水均以小雨和中雨为主,各省（区）两者降水日数累计贡献率均在90%以上,暴雨仅发生在夏季且降水日数贡献率低于1%,秋季各等级降水分布与春季基本一致;（4）夏、秋季节降水量和降水日数变化是年降水和降水日数变化的主要原因,小雨至中雨降水量和日数变化是导致季节总降水量和降水日数变化的最主要原因,而春、冬季降水在年降水、大雨至暴雨在当季（年）降水中不占优势,故其作用不明显。     

1960—2019年河南省降水结构时空变化特征

为了研究河南省降水结构变化特征,基于1960—2019年河南省17个气象站点逐日降水数据,运用数理统计、GIS及Mann-Kendall等方法对河南省不同降水历时和降水等级时空变化特征及其变化趋势进行了分析。结果表明:(1)河南省降水发生率随降水历时的增加呈减少趋势,短历时(1～2 d)降水发生率达74.03%,居主导地位。≥5 d降水贡献率最大(26.73%),其次为2 d(26.20%),3 d(18.68%),4 d(14.43%)和1 d(13.96%); 降水发生率随降水等级增加而降低,各等级降水贡献率为23.36%～28.20%,分布较为均衡;(2)降水结构空间差异显著,短历时降水发生率和贡献率呈由南往北逐渐增加趋势,3 d以上历时降水由南向北减少; 小雨发生率和贡献率由东南向西北递增,暴雨发生率和贡献率由东南向西北递减;(3)Mann-Kendall趋势分析表明,各历时降水发生率和贡献率变化趋势基本一致,表现为中短历时(1～3 d)降水上升,长历时降水下降; 各等级降水变化趋势方面,小雨发生率、贡献率呈下降趋势,大雨、暴雨发生率和贡献率呈上升趋势。近60 a来河南省降水结构有向极端强降水转移的态势。     

1952—2017年出山店水库上游降水时空变化

为了探究出山店水库上游流域近65 a来降水的时空变化特征,基于出山店水库上游流域13个雨量站1952—2017年的逐日降水资料,运用气候倾向率法、Mann-Kendall趋势检验、Morlet小波分析和反距离权重IDW插值法等多种方法,研究了降水的年际变化、周期性与空间分布特征。结果表明:(1)流域1952—2017年多年平均降水量为1 028.3 mm,年降水量的气候倾向率为-20 mm/10 a(p<0.05),呈显著下降趋势,从季节上看,春、夏、冬降水随时间变化呈现减少趋势,秋季的降水呈现增加趋势;(2)年降水量呈现南高北低的空间分布,而年降水量的气候倾向率的变化趋势则与之相反;(3)流域降水量变化呈现20 a左右的第一主周期,同时流域的周期性变化也存在一定的空间分布特征。近65 a来,出山店水库上游年降水量变化趋势为先增加后减少,在整个时间域上有显著的下降趋势,并呈现20 a左右的周期性变化。     

黑龙江省降雨侵蚀力的变化规律

 利用黑龙江省16个气象站1960—2000年日降雨量资料,采用日降雨量侵蚀力模型计算降雨侵蚀力,对黑龙江省降雨侵蚀力变化规律及其与降雨量的关系进行分析。结果表明:1)黑龙江省1960—2000年年降雨侵蚀力、年降雨量、侵蚀性降雨量都呈升高的趋势,年降雨侵蚀力、年降雨量和侵蚀性降雨量变化速率分别为1.47MJ.mm/(hm2.h.a)、0.29 mm/a和0.35mm/a;2)黑龙江省16个气象站中有11个气象站降雨侵蚀力倾向率为正值,牡丹江降雨侵蚀力升高幅度最大,为15.6MJ.mm/(hm2.h.a),有5个气象站的倾向率为负值,其中齐齐哈尔降雨侵蚀力降低幅度最大,为-16.8MJ.mm/(hm2.h.a);3)16个气象站除哈尔滨、克山、呼玛、通河外,侵蚀性降雨时间变化对侵蚀性降雨量变化的作用大于侵蚀性降雨强度变化对侵蚀性降雨量变化的作用,显示大部分站点侵蚀性降雨量变化主要由侵蚀性降雨时间变化引起的。研究结果可为土壤侵蚀预报以及水土保持规划与决策提供依据。