黄河流域城市气候韧性评估及提升对策研究

增强气候韧性是黄河流域生态保护和高质量发展的应有之义。基于IPCC“灾害—暴露度—脆弱性”的气候风险框架和“工程韧性—生态韧性—演化韧性”的韧性理论框架,系统评估黄河流域气候韧性水平。结果表明:(1)黄河流域气候风险和城市韧性水平具有明显的地域差异性,均呈现上游>中游>下游的空间特征;(2)黄河流域气候风险水平趋于上升,下游地区上升最为显著,是极端降雨和极端高温事件的高发区;(3)黄河流域城市类型以脆弱型和高风险城市为主,且不同城市类型在时间和空间维度发生明显跃迁和转变。为科学有效应对气候变化风险和挑战,应差异化实施气候应对策略,协同推进工程韧性、生态韧性、经济韧性和社会韧性,提升流域气候韧性和可持续发展能力。

中国不同气候区的暴雨危险性分析

暴雨的危险性评价是暴雨风险评价的重要环节,研究暴雨的危险性分布对于我国的暴雨洪涝灾害预测及制定合理的防灾减灾策略等具有重要意义。基于全国1961-2019年2 512个气象站点的日降水数据,计算每年的暴雨日数、雨量及雨强,使用核密度函数得到5、10、20、50 a这4个重现期下的各暴雨要素取值,进而通过ISODATA聚类将全国暴雨分为4个危险性等级。结果表明:随着重现期的增长,3个年暴雨要素不断增加。空间上年暴雨日数和雨量均呈现出由东南沿海向西部内陆减少的趋势,而年暴雨强度呈现出东部大、西部小,且东北部大于东南部的特征。8个气候区在3个重现期(10、20、50 a一遇)的年暴雨日数和雨量均值排序一致,均为华南地区最大,华中地区次之,西部干旱(半干旱)区最小;而8个气候区的年暴雨强度均值在不同重现期下的差异较大。ISODATA聚类分析结果显示华中、华南地区暴雨危险性最高,西部干旱(半干旱)区和青藏高原暴雨危险性最低。

气候变化背景下城市韧性测度——以长三角城市应对雨洪风险为例

选取长三角城市群27个地级及以上城市开展城市韧性测度研究。基于复杂适应系统理论,将城市韧性界定为一般韧性和特指韧性,构建城市应对雨洪风险的“雨洪致灾危险性—城市韧性”指标体系。通过因子分析客观赋权方法,选择“十二五”和“十三五”两个规划期,对长三角中心城市开展雨洪韧性评估。结果表明,长三角城市的雨洪韧性主要受到城市发展因子、社会保障和外来人口因子、灰—蓝基础设施因子、交通设施因子、绿色基础设施因子的影响。通过比较致灾危险性指数与城市雨洪韧性指数的关系,得到4类典型城市:脆弱型城市15个,高风险城市6个,低风险城市6个,韧性城市缺失。城市化进程与社会发展能力的提升是增强城市一般韧性和特指韧性的重要基础,海绵城市建设有助于提升雨洪基础设施等特指韧性,处于不同韧性类别的城市应采取发展型、增量型等不同适应路径。

阈值选择对高温时空变化特征的影响

在全球变暖的大环境下,极端高温事件的发生频率正在不断增加。尽管国内外已经有许多关于高温发生频率与时空分布特征的研究,但目前学界对于高温仍没有一个统一的定义。为了分析不同阈值检测出的高温事件的差异,基于中国国家级地面气象站均一化气温日值数据集(V1.0)中的1979―2019年的日最高温和日最低温数据,使用绝对阈值和相对阈值2种方法来定义高温,在此基础上计算绝对阈值高温日数、绝对阈值高温积温和相对阈值高温日数3个高温指标,使用Mann-Kendall检验、Sen's slope、Hurst指数和经验正交函数(EOF),对比分析不同阈值条件下计算的高温指标的变化趋势和时空分布的差异。结果显示:①全国大部分地区的高温呈现增加的趋势,但使用不同阈值的高温指标变化趋势以及持续性存在不同程度的差异。相对阈值法得到的高温日数呈显著增加的站点相比绝对阈值法的更多。绝对阈值法显示高温日数在新疆、华南地区和黄淮海地区的持续性较强,而相对阈值法显示高温日数在东南沿海和西南地区持续性较高。②不同阈值的高温指标的EOF反映的高温指标的时空分布模式同样存在明显不同,绝对阈值高温指标的第二模态反映的是华东地区南部和华南大部分地区与其他地区的反向分布模式,相对阈值高温指标的第二模态反应的是南北地区的反向分布模式。研究者需根据自己的研究目的和研究问题选择合适的高温阈值。

WRF参数化方案与初始场对闽江流域 暴雨模拟的敏感性研究

数值模式作为目前最主要的天气预报手段之一,已经广泛应用于极端降雨等强天气过程的预警和预测。在实际预报业务中,数值模式受初始场、边界条件、参数化方案等影响,难以进行长时间精准预报。基于新一代中尺度数值天气预报模式WRF(The Weather Research and Forecasting Model),交叉组合16套微物理过程和积云对流参数化方案,对闽江流域2021年5月17—24日的一场连续性暴雨过程进行敏感性对比模拟。结果表明,WRF模式基本可以再现本次降雨过程的时空分布特征,但明显高估了暴雨中心的强度和范围,EXP9(Lin-NT组合)整体表现较优。对于初始场质量敏感性试验,基于最优参数化方案组合的模拟结果表明,ERA5(The Fifth-generation Atmospheric Reanalysis of the European Center for Medium-Range Weather Forecasts)对各个量级降雨模拟效果均相对较好,与观测数据的时空特征最吻合,其次为GDAS/FNL(Global Data Assimilation System/Final Operational Global Analysis),而CFS(Climate Forecast System Operational Analysis)表现最差。可为提高极端降雨模拟和预报精度提供方法借鉴。

2016年全球重大天气气候事件及其成因

2016年全球主要温室气体浓度持续上升,地表温度相比工业化时代之前水平偏高1.1℃,成为有气象记录以来的最热年。受全球变暖影响,北极海冰全年处于较低水平,格陵兰冰盖和南极海冰的消融程度明显增强;海洋温度升高致使全球海平面上升和海洋环境变化。在超强厄尔尼诺事件背景下,受大气环流异常影响,全球降水空间分布不均,年初多地旱情持续发展,造成粮食和水资源危机;年内暴雨洪涝、高温热浪、寒流暴雪和热带气旋等各类极端天气气候事件频繁发生,在世界各地造成了严重人口伤亡和社会经济损失。本文总结了2016年全球重大天气气候事件及其影响,并重点分析了中国长江流域降水异常偏多及美国高温热浪天气两个典型事件的形成原因。分析表明,夏季西太平洋副热带高压偏西偏强,致使西南低空急流作为水汽通道将低纬暖湿气流向长江流域输送,配合同期亚洲东北部的高空槽引导高纬冷空气南下,冷暖气团的共同作用导致了中国长江流域强降水事件频发、汛情严重;北美副热带高压在美国境内一段时期内的稳定停滞以及低纬水汽输送条件偏差,是7月美国中东部地区高温热浪天气事件发生的主要原因。

2017年全球重大天气气候事件及其成因

2017年全球主要温室气体浓度继续攀升,地表温度相比工业化前水平高出1.1℃,位列2016年之后,为有气象观测记录以来的历史第二高值,也是有记录以来最暖的非厄尔尼诺年份。全球冰冻圈持续萎缩,冬季北极最大海冰范围创历史新低,南极海冰范围全年处于历史低位。全球海表面温度显著高于常年,海平面持续上升,海洋热含量创历史新高,海洋酸化的影响持续加剧。世界各地发生了许多重大天气气候事件,包括异常活跃的北大西洋飓风、印度次大陆的季风洪水、东非部分地区的持续干旱,以及全球多地的暴雨洪涝、高温热浪、低温寒流和强对流天气,2017年成为有记录以来气象灾害造成经济损失最大的年份。本文总结了2017年全球重大天气气候事件及其影响,并重点分析了大西洋飓风季异常活跃和美国西海岸高温热浪天气两个典型事件的形成原因。分析表明,8月底至10月初,加勒比海和热带西大西洋海温偏高,对流活动旺盛,风速垂直切变偏小,为飓风的发展加强提供了有利的背景条件,加之北美副热带高压出现阶段性减弱,导致4个强飓风接连登陆美国和加勒比海地区;7月上旬,受副热带西风急流加强东伸,东北太平洋切断低压维持影响,北美副热带高压持续控制美国西南部地区,是当地高温热浪事件发生的主要原因。

2018年全球重大天气气候事件及其成因

2018年全球主要温室气体浓度继续攀升,地表温度相比工业化前水平偏高0. 99℃,为有观测记录以来的历史第四高值。全球冰川总量连续31年减少,南北极海冰范围全年处于历史低位。全球海洋表面温度较常年显著偏高,海平面继续加速上升,海洋热含量创历史新高,海洋酸化的影响日益加剧。年内,世界各地发生了许多重大天气气候事件,包括北半球异常活跃的热带气旋季、欧洲夏季持续性高温干燥天气、印度西南部的特大洪灾、澳洲东部严重旱情、欧美多地的低温暴雪以及全球多地的森林大火和强对流天气,造成了严重的人口伤亡和社会经济损失。本文系统性总结了2018年全球重大天气气候事件及其影响,并重点分析了印度近百年来最严重洪灾和美国东海岸爆发性低温雨雪冰冻两个典型气候事件的形成原因。分析表明,夏季南亚季风强度偏强、控制时间偏长,8月在南亚季风槽西部位置偏北、索马里越赤道急流偏强的共同作用下,南印度洋及阿拉伯海上空的水汽大量向印度地区输送,持续性的强降水天气引发了该地区近百年以来最严重的洪灾;1月上旬,在耦合的急流结构、强烈的海洋温度梯度以及气旋外围气温偏高的共同作用下,冬季风暴格雷森在短时间内爆发性加强,造成美国东海岸出现气温骤降、强风暴雪等剧烈天气现象。

2010年渤海海冰灾害特征分析

2010年中国遭遇到近30年来最严重的海冰冰情,因灾直接经济损失高达63.18亿元,占全年海洋灾害总经济损失的47.6%——海冰成为中国2010年海洋灾害中的主要灾种之一。基于区域灾害系统论,运用气象数据、MODIS图像和社会经济统计等资料,对2010年渤海海冰灾害的特征进行了初步分析。结果显示,以莱州湾结冰范围扩大为代表的渤海海冰分布变化是致灾因子区域危险性增大的主要特征,环渤海地区海水养殖面积和产量的增加是承灾体暴露性增大的主要特征,而总体灾情严重则是二者的综合结果。

渤海和黄海北部地区海冰灾害风险评估

海冰灾害是中国海洋灾害的主要灾种之一。渤海和黄海北部地区由于受冬季风带来的寒潮天气影响成为中国最主要的结冰海域。基于灾害风险理论,将研究区海岸带上17个地级市的71个县区作为评价单元,对海冰灾害风险进行评估。选取冰期天数和最大冰厚2个指标,计算致灾因子危险度指数;选取涉海人口密度、海洋经济密度、海洋一产比重等3个指标,计算承灾体脆弱性指数;综合危险度指数与脆弱性指数计算各县区的海冰灾害风险指数,并绘制风险等级图。该风险等级图揭示了海冰灾害风险在渤海和黄海北部地区海岸带上的分布状况,为中国制定海冰灾害风险防范策略提供参考。

2018年夏季登陆中国台风的主要特点及影响评估

2018年夏季,西北太平洋共有18个台风生成,其中8个在中国登陆,较常年同期明显偏多,台风活动非常活跃。本文利用国家气候中心提供的台风监测资料和各省市上报灾情资料,从台风移动路径、主要特点、风雨分布等方面分析了2018年夏季登陆中国台风的主要特征,为国家科学防台减灾提供参考。

我国极端天气气候事件发生规律、特点及影响

在全球气候变化的大背景下,气候系统愈加不稳定。今年以来,我国多地发生了极端天气气候事件,江苏强对流天气的电闪雷鸣、武汉龙卷风的狂风暴雨,都给人们的生产生活造成了影响。我国极端天气气候事件的发生有一定规律,本文将举例分析各类极端天气气候事件的特点及影响。

中国沿海地区社会脆弱性评价

将美国社会脆弱性指数(SoVI)方法用于中国沿海地区,并基于中国国情进行改进,以探索中国沿海地区社会脆弱性的空间分布及其社会经济文化驱动因素.基于SoVI方法,选取31个指标对我国沿海的300个研究单元进行评价,采用主成分分析法得到社会脆弱性的6个主要影响因子:城镇化水平,经济条件,年龄与性别,民族与特需人群,居住条件与文盲,医疗水平.对这些因子按照对社会脆弱性的正向或负向作用进行加和,得到最终的社会脆弱性指数.结果显示,最高的社会脆弱性集中在海南省及北部湾沿岸,江苏北岸和辽宁省北岸社会脆弱性也较高.

2019年中国气候主要特征及主要天气气候事件

2019年我国气候总体呈现暖湿特征。全国年平均气温较常年同期偏高0.79℃,为1951年以来连续第五暖年,四季气温均偏高,春、秋季明显偏暖;年降水量为645.5 mm,较常年同期偏多2.5%,冬、春、夏季降水偏多,秋季偏少。华南前汛期开始早、结束晚,为1961年以来最长前汛期,雨量为1961年以来次多;西南雨季开始和结束均偏晚,雨量偏少;入梅晚、出梅早,梅雨量偏少;华北雨季开始晚,结束与常年一致,雨量偏少;东北雨季开始早、结束晚,雨量偏多;华西秋雨开始早、结束晚,雨量偏多。2019年,台风生成多,登陆强度总体偏弱,仅台风利奇马灾损重;暴雨洪涝、干旱、强对流、低温冷冻害和雪灾、沙尘暴等气象灾害均偏轻。

气候工程对中国极端降雨强度的影响(2010-2099)

针对气候工程方法中争论最多的太阳辐射管理(Solar Radiation Management),基于BNU-ESM模式的气候工程(G4实验)和非气候工程(RCP4.5)两种情景,以2010-2099年日值降雨量数据的95%和99%分位数值作为强降雨和极端降雨事件的阈值。对超阈值取样(POT)的数据采用韦伯分布(Weibull)进行拟合,诊断10、20、50和100年一遇的强降雨和极端强降雨。结果表明:在两种情景下,强降雨和极端强降雨的强度随年遇型的增加而增强,并表现出东南高-西北低空间分异特征。气候工程整体上有助于中国地区强降雨和极端强降雨的增多,同时具有空间异质性,即表现出抑制部分地区的强降雨和极端强降雨的发生。

2019年全球重大天气气候事件及其成因

2019年全球主要温室气体浓度继续保持上升趋势,全球平均温度比工业化前水平高1.1(±0.1)℃,为有气象记录以来第二暖年。海洋热容量及海平面高度创新高,海冰面积偏小。年内,全球各地发生了许多重大天气气候事件,包括多地遭遇暴雨洪涝侵袭,澳大利亚以及亚洲和欧洲多国受干旱影响,全球极端热带气旋频发,欧洲及澳大利亚等地遭遇异常高温热浪天气,北美和欧洲遭受寒流和暴风雪袭击,多地出现强对流天气。分析表明,印度洋偶极子(IOD)处于正位相、赤道中太平洋地区海温持续偏暖以及副热带高压系统控制是澳大利亚高温少雨的主要原因,最终引发严重的森林山火;前期异常偏强的IOD正位相叠加持续时间异常偏长的热带低压,促进了2019年印度7—8月强暴雨事件的发生发展。

2021年全球重大天气气候事件及其成因

2021年全球平均气温较工业化前偏高1.11℃(±0.13℃),为有气象记录以来的第七暖年。全球海洋持续升温,海洋热容量和全球平均海平面高度均创历史新高,南北极海冰覆盖范围较常年偏小。年内,全球各地重大天气气候事件频发,欧亚多地遭受严重暴雨洪涝灾害,北美和亚洲等地发生严重干旱,北大西洋和北印度洋热带气旋异常活跃,欧洲和北美等地遭受高温热浪和山火,欧美及亚洲多地遭受寒流和暴风雪侵袭。成因分析表明,7月中旬中欧地区持续受切断低压控制,大西洋和地中海的水汽持续不断输送至欧洲中西部,给该地区带来了极端强降水事件并引发洪水;2月中旬对流层极涡从北极向南偏移至北美中部形成稳定的低压槽,在低压槽、有利的低层水汽输送、前期平流层爆发性增温的共同作用下,北美大部地区遭受极端低温和强暴风雪天气侵袭。

中国不同气候区的高温危险性分析

高温危险性评价是高温灾害风险评价的重要组成部分和基础工作。基于过去60年(1961—2020年)的日最高温度数据,选择高温日数、最高温度、高温强度三个指标,逐站点使用核密度函数估算三个高温指标的概率密度函数,计算了四个重现期(即五年一遇、十年一遇、二十年一遇和五十年一遇)下的三个指标的取值,进而通过K-means非监督聚类得到各指标下的高温危险性等级分布图,然后将各指标叠加,对我国不同气候区的综合高温危险性进行了评估。研究表明:(1)从高温日数来看,发生高温可能性最大的地区位于我国西北干旱(半干旱)区和华中、华南地区的交界部分;(2)从最高温度来看,发生高温可能性最大的区域是西北干旱(半干旱)区和华北地区,华中地区的最高温度在不同重现期下的增强最显著;(3)从高温强度来看,发生高温可能性最大的区域是西北干旱(半干旱)区,西南地区和青藏高原地区内不同区域的高温强度差异较大,需局部防范高温灾害;(4)随着重现期年限的增长,不同高温指标值均明显增长,高值区域面积逐渐增加。全国高温综合高危险性等级地区主要位于西北干旱(半干旱)地区、华北地区南部、华中地区、华南地区和西南地区北部,其余气候区少量分布。较高危险性等级地区则主要分布在华北地区北部、东部地区局部、西北干旱(半干旱)地区局部和西南地区的少部分区域。中危险性等级地区则主要分布在东部地区西部。这些地区需加强防范高温灾害。

我国北方暴雨洪涝灾害风险演变:历史规律、影响因素及应对措施

近60年来,我国北方地区的总降雨量虽没有显著上升,但暴雨强度及其影响范围明显增大,迫切需要我们采取新的策略来减轻灾害风险。面对极端降水事件多发频发的趋势,笔者对当前现状及原因进行介绍分析,并提出强化监测预警、完善政策法规、制定应急预案、建立跨部门协调机制、组织防灾减灾培训和实践活动等建议。

参加2019年日本地球科学协会年会总结

1概况日本地球科学协会(JpGU)是一个涵盖地球和行星科学学科及相关领域的学术联盟,自2005年起组织年度学术会议,并与美国地球物理联盟(AGU)、欧洲地球科学联盟(EGU)和亚洲大洋洲地球科学学会(AOGS)开展不定期的联席会议,以主题报告、墙报展示等形式为地球科学相关领域学者提供广泛的交流机会。