近60年福建省极端降水的时空变化特征

[目的]探究我国东南沿海地区极端降水变化的新特征,对该地区防灾减灾具有重要意义。[方法]以福建省为例,基于1960—2019年67个气象站点逐日降水数据,利用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验等方法,分析了极端降水量(R95P)、极端降水频次(R95D)、极端降水强度(R95I)和极端降水贡献率(R95C)4个极端降水指数的时空变化特征,并阐明了极端降水指数与大气环流指数的相关性。[结果](1)近60年来福建省R95P,R95D,R95I和R95C呈现出增加趋势,变化率分别为24.90 mm/10 a, 0.34 d/10 a, 0.25(mm/d)/10 a和0.84%/10 a。(2) R95P,R95I和R95C均在1994年以后转为偏多(强)期,而R95D的突变点出现在1993年,由降水日数偏少期转变为偏多期。(3)西太平洋副高强度指数、南海副高强度指数和北半球极涡强度指数与极端降水指数之间有显著的相关性(p<0.05),特别是南海副高强度指数对转折后时段的R95D有显著影响。[结论]研究结果对该地区开展极端降水的生态风险评估提供重要参考。     

1961-2013年河南省极端降水事件时空变化特征

以1961—2013年河南省17个站点逐日降水量数据为研究对象,运用Sen’s倾向估计、Mann-Kendall显著性检验和空间插值等方法,分析了河南省11个极端降水指数时间和空间变化特征及其影响因素。结果表明:（1）过去53年,河南省极端降水指数变化趋势不显著。（2）河南省区域内,东南部极端降水量、降水日数、降水强度大于西北部。过去53年,商丘和西华降水量、降水日数和降水强度显著增加,而安阳、新乡、孟津、三门峡等地显著减少。（3）将河南省极端降水指数与其他区域进行了比较表明,极端降水指数存在区域性差异。（4）极端降水指数与纬度因素之间相关性强于经度和海拔因素。（5）除CDD指数外,其余指数与年总降水量均具有较高相关性。其中,极端降水量（R95p）、年降水日数降水量（R10,R20和R25）对年总降水量贡献最大。     

1970—2019年济南市极端降水事件时空变化特征

为了研究济南市极端降水事件时空变化特征,采用线性趋势、Mann-Kendall突变分析、小波分析等方法,基于济南市1970—2019年49个雨量站50 a的逐日降水资料,选用12个极端降水指数进行研究。结果表明:年降水量(PRCRTOT)呈显著增加趋势(p<0.05),增加速率为31.04 mm/10 a; 连续干旱日数(CDD)呈大幅下降趋势(p<0.05),下降速率为16.51 d/10 a,雨日日数(RD)、极端降水日数(R95)、极端降水总量(R95P)呈明显上升趋势(p<0.05),年降水强度呈下降趋势(p<0.05),其余指数呈不显著增加趋势; 研究区雨日日数、极端降水日数、极端降水总量、连续干旱日数及年降水量发生明显突变,其他指数突变不明显; 在周期变化上,多数指数存在22～27 a,17～17 a,7～10 a,4～5 a的主振荡周期; 从空间分布看,极端降水指数的空间差异明显,大雨日数、1日最大降雨量、5日最大降雨量及年降水量高值区基本集中在原济南市中心城区、东南部山区和莱芜附近,低值区集中在北部郊区。总体而言,济南市极端降水事件频发,应重视城市排水,减少内涝风险。     

广东省极端降水事件的变化特征

[目的]分析广东省极端降水事件的分布特点并对其未来的变化趋势进行判断,旨在为该省的气候评估预测、生态环境建设及经济可持续发展方面的研究提供科学依据。[方法]利用广东省1960—2013年的逐日降水数据,根据百分位方法定义了极端降水事件的阈值,通过采用Mann-Kendall法、小波分析、Hurst指数等方法,对该区的极端降水事件频次和强度的变化特征及其变化趋势进行研究。[结果]广东省极端降水事件的发生频次、强度及极端降水量均呈上升的趋势,且极端降水量对总降水量的贡献率在50%以上。在空间上极端降水事件的发生频次呈现出北高南低的规律性,而强度正好相反。在未来的变化预测中,广东省大部分地区极端降水事件的频次和强度与过去变化趋势相一致,呈持续增加的趋势。[结论]极端降水事件的频繁发生给广东省造成了严重的损失,应加强极端气候事件的预防工作,针对不同成因的极端降水事件应采取不同的应对措施。     

甘肃省极端降水指数时空变化特征

为了明确甘肃省极端降水事件的时空发生规律和变化特征,根据气候变化监测与指数专家组(ETCCDI)推荐的11个极端降水指数,分析了极端降水指数的时间变化特征,基于GIS技术采用空间地统计方法,研究了极端降水指数空间分布特征。结果表明：在时间分布上,持续干期呈显著减弱,变化速率为-2.129(p<0.05),持续湿期微弱下降,变化速率为-0.005(p<0.05),其余10个极端降水指数呈增强趋势(p<0.05),尤其年降水总量增加显著,变化速率为2.56(p<0.05)。总体来看,极端指数变化存在明显周期性,大致可分为2～3个周期;突变多发生在20世纪60年代中后期。在空间分布上,全省极端降水指数的空间变化特征较为明显,包括年降水量在内的10个极端指数由河西走廊向东递增,持续干期与之相反。综上,甘肃省极端降水指数变化具有明显的时间和空间差异。     

1960-2015年秦岭地区极端降水的时空变化特征

极端降水是气候变化的重要研究内容之一。在全球气候变化背景下,探究秦岭地区的极端降水变化,对于明确区域极端气候差异及探究其机理具有重要的意义。基于秦岭地区1960-2015年29个气象站点降水数据以及秦岭25 m×25 m分辨率的DEM数据集,选取6个极端降水指数,运用最小二乘回归法、Man-Kendall突变检验法、5年滑动趋势法和克里金插值法研究了56年来秦岭地区极端降水的时空变化特征。结果表明:（1）秦岭地区极端降水分布存在明显空间差异性,西北部是年均连续无雨日数高值区,中西部为连续降水日数高值区;强降水日数、强降水量、5日最大降水量和降水强度等指数呈"南高北低"的分布格局,位于秦岭最南端的紫阳县是各个极端降水指数极大值区。（2）56年来,秦岭地区极端降水的持续性整体呈减少趋势;强度呈增加趋势。秦岭山地降水时间短、强度大,尤其是在秦岭南部地区,应加强防备,以免引起洪水灾害造成的重大破坏。     

1960-2014年福建省极端气候事件时空特征及变化趋势

为分析福建省极端气温和降水事件的时空特征及变化趋势,基于区域内23个气象站点,1960-2014年逐日降水、最高气温、最低气温和平均气温资料,采用线性倾向估计、最小二乘和Mann-Kendall非参数检验等方法进行研究.结果表明:1)在区域尺度下,冷气温指数呈降低趋势,其中冷持续指数和冷夜指数下降趋势较显著;而暖气温指数(作物生长期、暖夜天数和暖昼天数)均呈显著增加趋势;2)过去55年中,除最大持续降水时间(CWD)外,总降水量和其余极端降水指数均呈增加趋势;3)空间特征上,极端气温指数的上升或下降趋势在全省区域内基本一致,而极端降水指数区域差异明显,上升倾向率较高的站点主要分布在沿海地区.极端冷指数呈下降趋势,极端暖指数呈上升趋势;降水量和极端降水增加而CWD减少,表明强降水在时间上更集中,该区域洪涝和局部干旱的风险加大.研究结果可为区域水资源适应性管理、水土保持及农业管理提供参考依据.     

近60年山西省降雨侵蚀力时空变化特征

[目的]揭示降雨引发区域土壤侵蚀的潜在能力,分析降雨侵蚀力时空变化特征,为区域生态建设和水土流失治理提供科技支撑。[方法]基于近60 a(1960—2020年)山西省气象站点均一化逐日降水数据,采用线性回归及Mann-Kendall非参数检验、Hurst检验和地理信息空间插值等方法对山西省降雨侵蚀力变化趋势和时空分布特征进行分析,探讨了近60年山西省降雨侵蚀力时空变化。[结果]山西省1960—2020年多年平均降雨侵蚀力变化范围为828.29～3 002.21 MJ·mm/(hm²·h),最低值出现在1997年,最高值出现在1964年;各站点的降雨侵蚀力年际变化趋势迥异,其中五台山站呈显著下降趋势,除侯马站外,其他站点均呈下降趋势,且Hurst指数均高于0.5,表明该下降的趋势将长期持续;山西省多年平均降雨侵蚀力空间分布呈现东南高西北低的特征,且与降雨侵蚀力与地形存在一定的正相关关系。[结论]山西省大部分地区降雨侵蚀力呈下降趋势,黄河沿线表现为上升趋势,未来水土保持与生态治理工作依旧艰巨,应进一步加强山西省黄河沿线生态建设与水土流失综合治理。     

增暖背景下华北平原极端降水事件时空变化特征

利用1961-2010年华北平原53个气象站的逐日降水资料,采用百分位值法定义极端降水事件的阈值,统计极端降水事件的降水量、频次和强度,重点分析华北平原近50 a极端降水事件时空变化特征.结果表明:(1)在气候暖化背景下,近50 a华北平原极端降水事件整体呈现下降趋势;(2)在空间格局上,极端总降水量、发生频率和强度空间格局具有一致性;(3)华北平原极端降水呈现下降趋势的区域主要分布于河北省及山东省东南沿海一带,而河南省大部呈上升趋势;(4)从时间上看各指标均呈波动变化,20世纪60年代表现出明显的减少趋势,且90年代中后期波动变化剧烈,并开始呈现上升趋势.除极端降水强度外,极端总降水量及频次均发生了突变,时间在1965年左右.     

松辽流域1961-2017年极端降水变化特征

为了在气候变暖的背景下有的放矢地防御流域洪涝灾害,根据1961—2017年松辽流域逐日降水资料,采用百分位数、距平累积、Mann-Kendall、变差系数等方法分析了松辽流域极端降水变化特征。结果表明:松辽流域极端降水阈值呈西北小、南部大的分布;松辽流域极端降水量和降水频率都是由西北向东南升高,极端降水强度呈中南部大、其他地方小的分布,极端降水比率则由西北向东南降低;极端降水指数呈西南部低东北部高的趋势。极端降水主要发生在夏季;20世纪60年代初期开始极端降水指数存在由强转弱的突变,80年代中期以后开始增强,目前处于偏强阶段;1961—2017年及突变前极端降水量及频率呈上升的趋势,极端降水强度和比率则呈下降的趋势,气温突变后极端降水指数都呈下降的趋势,变差系数增大。目前松辽流域处于极端降水偏强阶段,极端降水量大,频率高,强度大,且变差系数增大,不稳定增强,极端降水发生的几率增加,因此应引起高度重视,加强相关研究,提高对极端降水灾害的防范和应对能力。     

近50年来山东省极端降水指数变化特征分析

利用山东省117个气象站1961—2013年逐日降水观测数据,根据选取的9个极端降水指数,分析了区域内各极端降水指数的时间变化趋势和空间分布规律,并探讨了各极端降水指数与总降水量之间的关系。结果表明:长时段(1961—2013年)中一日最大降水量(RX1d)、最大连续五日降水量(RX5d)、降水强度(SDⅡ)、最长连续无雨日数(CDD)增大趋势不明显,其他各指数均有减小趋势,短时段(1991—2013年)除RX1d,CDD呈减小趋势,其他各指数均有增大趋势。不同地区两时段各极端降水指数变化趋势并不相同,短时段变幅更大同时变化显著的站点更多。除CDD和总降水量有近三分之一的站点为不显著的负相关外,其他指数和总降水量多为显著正相关。     

近50年来河南省气温和降水时空变化特征分析

在全球变暖大背景下,对河南省近50年来气温和降雨的时空变化与突变特征进行了分析研究。基于河南省17个气象站1965—2014年的日平均气温和逐日降水资料,采用气候倾向率法、累积距平法、Mann-Kendall秩相关检验、Morlet小波分析、Kriging空间插值等方法,分析研究了河南省近50年来的气温和降水量时空变化特征。河南省近50年来平均气温总体呈增暖趋势,气候倾向率为0.19℃/10a(p0.01),春季升温最快,秋冬次之,夏季气温趋势反而略有下降,年均气温在80—90年代有短暂下降,90年代后开始变暖;河南省降水量整体略呈增加趋势,但变化趋势不明显,气候倾向率为2.8mm/10a(p0.05),夏季降水量增加较快,春秋降雨量略有减少。近50a来年降雨量经历了增—减—增—减的变化,60年代到80年代增加,80年代到90年代中旬减少,90年代到21世纪初再次增加,2003年至今持续减少。河南省气温存在27年的强显著周期,此外还有15a的周期变化;而降水量则存在12a的显著周期,此外还有5a和30a的周期。空间分布上,气温有东南高西北低的特点,且中部升温更快;降水量则南多北少,南部有减少趋势,中部、东部有增多趋势。     

基于标准化降水指数的山东省近45年旱涝演变特征

为探究山东省旱涝的演变特征,使用山东省25个国家气象观测站近45年的逐月降水资料,计算了月、季节和年尺度标准化降水指数(SPI),用旱涝频率、旱涝站次比、旱涝强度等指标分析了山东省旱涝的时空特征。结果表明:(1)山东省多年平均雨涝频率高于干旱频率,但不同地区、不同等级的旱涝频率差异较大,旱涝事件呈常态化发展趋势。(2)山东省旱涝影响范围大致相当。20世纪70年代的秋季旱涝状态以正常为主,其他时段各季节旱涝状态以交替出现为主。各季节多年平均雨涝频率均高于干旱频率,但多年和各季节的平均干旱强度均高于平均雨涝强度。(3)山东省受干旱的影响总体上大于雨涝,但20世纪70年代雨涝的强度和范围均明显大于干旱。20世纪80年代的秋季干旱影响范围最大,20世纪80年代的冬季雨涝影响范围最大。山东省旱涝的时空差异较大,全省受干旱的影响总体上大于雨涝,旱涝事件为常态化事件。     

近50年来华北平原极端干旱事件的时空变化特征

根据华北平原35个气象站点1962-2011年的气象资料,利用线性倾向估计法、反距离加权插值法、Mann-Kendall突变检验等方法对华北平原年际、年代际极端干旱变化特征及影响其变化的气候因子进行了分析。研究结果表明,华北平原近50a来极端干旱发生频率以0.013 5次/a的速率下降,春、夏季与年极端干旱发生频率的变化趋势相一致,而秋、冬季则与其相反;研究区内,年极端干旱发生频率呈增加趋势的区域零星分布。1962-1969年和20世纪80年代,华北平原极端干旱发生频率为正距平,其他年代均为负距平;空间分布上,1962-1989年极端干旱的高发区逐年代扩大,20世纪90年代以来,极端干旱的高发区明显缩小,低发区显著扩大,2000年以后,低发区几乎覆盖了整个华北平原。近50a来,华北平原的年极端干旱频率在2003年发生突变,春、夏、秋、冬各季分别在1993,1998,1987和2002年发生突变;极端干旱发生频率与日照时数、平均风速、潜在蒸散量、平均气温呈正相关性,与降水量、相对湿度之间存在明显的负相关关系。     

渭河流域极端降水特性指标分析

为研究渭河流域极端降水特性指标及极端降水事件发生频率,基于渭河流域1961—2016年41个气象台站的逐日降水数据和流域历史洪水资料,选定极端降水量(R95P)、极端降水频数(RD95)、极端降水强度(RI95)和极端降水贡献率(RC95)4个极端降水特性指标,采用线性趋势法、相关分析法、Mann-Kendall突变检验法、普通克里金插值等方法,对各指标时空变化特征以及不同子流域极端降水事件的发生频率进行了分析。结果表明:(1)渭河流域极端降水阈值介于16.40～26.29 mm,流域中17%以上的气象台站极端降水阈值超过25 mm。(2)空间分布上,R95P介于127.81～201.41 mm,随纬度升高而减少; RD95干流和泾河流域较高。RI95介于24.37～39.81 mm/d,与R95P空间分布相关性较好,干流东部和下游较高,综上,渭河流域极端降水量越大的区域极端降水强度越高,未来应考虑多区域极端降水对干流及下游河道的叠加作用,降低灾害风险。(3)年际变化上,R95P和RD95变化不显著,RI95和RC95呈轻微增加趋势,2000年后增加显著。(4)渭河流域几次大洪灾均伴随着极端降水,渭河下游极端降水事件发生频率最高,主要发生于20世纪80年代初期和21世纪初期。     

基于空间插值逐日降水格点数据的福建省降水时空变化分析

构建可靠的高时空分辨率降水数据集,揭示全球变暖背景下的降水时空变化特征,对于水资源管理与水土流失预防与治理至关重要。利用组合空间插值方法,以福建省1979—2018年400余个站点观测逐日降水数据为原始数据源,得到研究区0.05°×0.05°高空间分辨率逐日降水格点数据集。以此数据集为基础,计算8个极端降水指数和3个降水集中程度指标,分析福建省降水时空变化特征。结果表明：提出的组合空间插值方法可以有效提高逐日降水插值精度,并且数据精度高于目前常用的再分析与卫星遥感降水数据产品;福建沿海地区、闽江下游1日最大降水量、5日最大降水量、强降水量、降水总量、降水强度5个极端降水指标有大面积显著上升趋势;全区域降水集中期以鹫峰山脉-闽江下游-戴云山脉一线为界,西北地区早于6月11日,东南地区则晚于6月11日,与福建省前后汛期时段基本相符;西北地区前汛期雨季有后推趋势,东南地区后汛期雨量有增多趋势。