淮河流域暖季极端高温干旱复合事件的演变特征及其与气候和植被的关系

使用淮河流域1981年至2020年的149个气象站点的气温和相对湿度数据,分析了流域暖季极端高温干旱复合事件(Compound Drought and Heat Events,CDHEs)的时空演变特征,并通过趋势分析和相关分析法探讨了CDHEs与气候和植被的关系。结果表明:(1)CDHEs的发生日数在年代际尺度上呈现明显的增加趋势,并且范围扩大,频发区逐渐向淮河流域中西部移动;(2)在年际尺度上,CDHEs随时间序列呈显著的波动上升趋势,空间分布上以西北部为中心向四周递减。连续CDHEs事件呈年际变化,最大2至4天的连续事件存在波动,2019年达到高峰,并且在流域内零散或成片出现;(3)在月际尺度上,CDHEs的发生日数在6月最多,其次是5月、7月、9月和8月。淮河流域入汛前的旱情和入汛后的旱涝急转都容易导致CDHEs发生,而且随着月际变化向南移动;(4)CDHEs对水热条件和大气环流具有特别的敏感性。在850hPa反气旋和500hPa显著高压异常的控制下,高温、低湿、高蒸发和降水少的气候背景有利于淮河地区CDHEs的形成,尤其是在淮河中西部地区。因此,CDHEs的发生与气候变化密切相关;(5)CDHEs与植被生长也存在显著关系。CDHEs与GPP呈显著的负相关,而与NDVI呈显著的正相关,显著地区的土地类型以耕地和城乡、工矿、居民用地为主。GPP和NDVI的不同步可能是因为多种因素的非线性相互作用,而不仅仅是单一因素的影响。此外,对于GPP和NDVI来说,土壤含水量至关重要。总之,本文对淮河流域CDHEs的时空分布特征进行了深入研究,并探讨了其与气候和植被的关系。研究结果可以为该地区的气象灾害防御和生态环境保护提供科学依据和参考。

长江中下游平原2022年高温干旱复合型极端事件的影响因子分析

基于ERA5和ERA5-LAND再分析资料,利用水量平衡分解法,将净降水量(降水量减蒸发量,P-E)的变化分解为热动力贡献、热力学贡献和涡动贡献,分析了2022年发生在长江中下游平原的极端干旱事件的机理和演变过程,并将其与2013年同样发生在长江中下游的高温干旱事件进行对比分析。净降水量分析表明,2022年长江中下游平原汛期前期(5—6月)干旱主要由降水量减小导致,水量平衡分解分析显示,湍流涡动与平均环流变化的贡献是早期干旱的主要因子;中期(7—8月)的高温增强了地表蒸散发,尤其是裸土蒸发的增强,加剧了干旱程度,水量平衡分解显示,表征温度升高引起的水汽含量变化的热力贡献对干旱加剧的贡献最大;后期(9—10月)高温进一步引发平均环流变化导致的热动力贡献延长了干旱持续时间。而2013年的高温干旱为高温引发的热力学贡献主导,持续事件短,干旱程度弱。本文对2022年发生在长江中下游平原的高温干旱复合型极端事件的发展和演变过程的剖析,可为湿润区极端高温干旱事件的预测预警提供参考。

中国春季复合极端低温多雨事件的年代际变化及成因分析

利用1961—2020年中国553站逐日最低气温、降水资料和ERA5再分析资料,探讨了我国春季复合极端低温多雨事件的年代际变化特征及可能成因。结果表明,春季复合极端低温多雨事件整体呈现出南多北少的分布型,并且高频次中心在西南和华南地区,年平均超过了5 d。全国绝大部分地区春季复合极端低温多雨事件近60年呈现减少趋势,在1990年代末期出现了由多转少的全国范围的年代际突变,并以我国东南部季风区的减少最为显著。进一步分析发现,我国北方至白令海峡地区的异常气旋性环流和我国东南侧西北太平洋上的异常反气旋性环流是引起年代际突变的两个关键环流系统。

1961~2022年长江流域高温干旱复合极端事件变化特征

2022年长江流域高温干旱复合特征显著,给水资源、生态系统、经济社会等带来重大影响。基于1961~2022年长江流域逐日气象观测数据和气象干旱综合指数(Meteorological Drought Composite Index,MCI),分析了长江流域极端高温、干旱以及高温干旱复合事件的长期趋势和相互关系,给出了基于频次、强度、持续时间和影响面积的综合危险性指数评估结果。研究表明:(1)四川盆地东部和长江中下游干流沿线及以南地区是2022年高温干旱复合事件相对影响最大的地区,同时上述地区也是高温干旱复合风险增加趋势显著的地区。(2)在局地复合事件持续时间增加以及上游复合事件风险增大的叠加作用影响下,长江中下游干流周边水文干旱风险可能增加。(3)气候变暖背景下,高温、复合极端事件将变得更为极端,特别在四川盆地东部和长江流域东南部最为显著;高温事件增加是复合事件增加的原因,越来越多的干旱事件与高温关联;长江上、中游在20世纪90年代末以后高温事件强度对复合事件强度起主要贡献的年份明显增多。(4)从综合危险性来看,长江全流域强高温事件并发的年份较多,而严重干旱常在上、中、下游中的两个区域内发展演变;21世纪以来,6~10月发生高危险性高温干旱复合事件且影响范围覆盖长江全流域的有2006,2013,2019年和2022年。研究成果可为认识长江流域高温干旱复合极端事件规律提供支撑。

1961-2020年中国洪水-热浪复合极端事件时空变化特征

全球变暖增加了极端气候事件的发生概率,复合极端事件比单个极端事件对社会经济与环境造成的影响更严重。基于中国639个气象站点1961-2020年逐日降水和最高气温数据,采用加权平均降水指数(WAP)和相对阈值法识别出洪水和热浪事件,分析中国7日内洪水-热浪复合极端事件总频次及发生概率等时空变化特征,对比不同时段单个极端事件与复合事件两者之间变化差异,并探讨了洪水-热浪中热浪最长持续时间和平均强度变化,为我国防洪减灾方案提供参考。研究结果表明:(1)近60年几乎所有站点都发生过洪水-热浪复合极端事件,并表现出明显空间差异,出现频次较高的区域主要分布在长江流域、东南诸河流域、珠江流域及内陆河流域;(2)1961-2020年洪水-热浪事件总频次及中国区域平均发生概率均呈显著上升趋势(P<0.01),且不同年代以来上升速率越来越大;不同年份复合事件出现的频次和概率差异较大,2016年频次、概率最高(261次、17.4%),1985年频次、概率最低(8次、0.5%),发生概率与频次呈现出高度一致性;(3)与单个发生的极端事件相比,洪水-热浪复合事件发生频次增幅更大,1981-2000年、2001-2020年洪水-热浪事件总次数与1961-1980年的比值由1.26增加至2.96,且在长江流域东部、珠江流域东南部及东南诸河流域表现最为突出;(4)与热浪前没有洪水的热浪事件相比,洪水-热浪事件中热浪的最长持续时间相对较短、平均强度相对较小,不同流域空间差异表现不明显。

1981-2015年中国区域极端气候事件的时空分布特征

[目的]阐明中国区域连续时空范围内极端气候事件的高发区域和时段,增强对我国极端气候事件发生规律的认知,进而为人类社会减缓和适应气候变化提供重要科学依据。[方法]基于CRUNCEP的温度和降水量数据,在1.5倍标准差极端值判别法的基础上结合连续时空极端事件分析方法,分析了1981—2015年中国区域不同类型极端气候事件的变化规律特征。[结果](1)全国极端降水和温度事件出现年份的极端气候事件具有明显的区域差异性。1983年、1998年、2012年为全国极端强降水年,极端强降水事件的主要发生区域分别位于长江中下游、长江上游和内蒙古东部,以及长江中下游和内蒙古地区。对于全国极端干旱年、1986年全国大部分区域均较常年偏干,而2011年干旱区域集中出现在亚热带—热带季风气候区。全国极端高温和极端低温年分别出现在1998年、2012年,其中1998年全国大部分地区温度偏高,而2012年极端低温事件主要发生于温带大陆性气候区。(2)1981—2015年,46%的极端强降水事件发生在2001—2015年;13%的极端干旱事件发生在2001—2015年的亚热带-热带季风气候区;极端高温事件频发于1991—2000年(42%)和2001—2015年(43%);21%的极端低温事件发生在2001—2015年的温带大陆性气候区。(3)复合极端气候事件出现比例存在逐年代际递增的趋势,其中极端低温强降水事件出现比例最高(34%),并且主要集中在2001—2015年(23%)。[结论]单因子极端气候和复合极端气候事件在中国四大气候区具有较强的差异性,未来应加强分析中国区域日、月等短时间尺度上极端气候事件的时空分布特征。

极端气温和极端降水复合事件的气候特征

基于1961—2014年的中国台站资料,侧重探讨极端气温和极端降水复合事件的气候特征。结果表明,基于客观方法检测出四类极端复合事件:暖湿、暖干、冷湿和冷干。四类事件的频发区分别位于东北地区、华南地区、西藏及华南地区和长江以南及云贵高原一带。全国暖湿、暖干事件频数呈增加趋势,春夏季频发;冷湿事件频数在西藏东北一带呈增加趋势,而在长江流域呈减少趋势,夏秋冬季频发;冷干事件频数呈减少趋势,秋冬季频发。四类极端复合事件经验正交分解的时间序列主模态均表现为年代际信号。进一步分析四类复合事件与能源消费量的联系表明,极端湿事件与能源消费量呈正相关,而极端干事件则相反。

21世纪中国温湿复合型热事件及其人口暴露度预估

本研究采用湿黑球温度这一反映温度-湿度协同效应的指标,以区域气候模式预估试验和人口预估数据集为基础,对21世纪典型气候-社会经济情景下中国各等级温湿复合型热事件及其人口暴露度的变化进行了高分辨率预估。结果表明在SSP3-8.5(区域竞争路径)情景下全国总人口数量变化不大,但极端热事件的人口暴露度将大幅增加至基准时段的约3~5倍;在SSP1-2.6(可持续发展路径)情景下全国总人口数量明显下降,各等级高温日数在21世纪末期的增幅仅为SSP3-8.5情景下的约1/5,但极端热事件的人口暴露度仍将有所增加。人口暴露度的变化由气候变化因素主导,而人口变化相关的因素贡献较小。华南沿海地区是全国极端热事件增加最突出的区域。

2022年夏季长江流域复合高温干旱事件的影响及应对

基于ERA5月尺度数据,分别计算干旱指标(SPI)和高温指标(STI),从复合型极端事件的角度分析了长江流域2022年夏季复合高温干旱事件及影响。研究结果表明:该事件是长江流域1979年以来覆盖范围最广的复合高温干旱事件,导致水资源供给减少,影响农业生产及民众健康,同时导致电力供需失衡,增加森林火灾风险;未来应在复合高温干旱事件的发生机制、联合监测和预测、影响评估、联合调度及适应性措施等方面加强研究。

中国南方春季土壤湿度对夏季干热少雨复合事件的影响

针对中国南方极端气候事件成因,本研究综合考虑高温、少雨和干燥三种极端事件,将其异常同时超出1959—2022年间1倍年际标准差定义为干热少雨复合事件,通过合成分析和相似环流-动力调整方法,研究了春季土壤湿度对夏季干热少雨复合事件的影响及物理机制,进一步对2022年夏季南方极端干热少雨复合事件开展深入分析。结果表明:1)中国南方地区春季土壤湿度与夏季气候局地耦合的热点与2022年夏季气温、降水和相对湿度的变率高值区基本吻合;2)春季长江流域及黄淮地区土壤偏干,且东南地区偏湿时,夏季出现干热少雨复合极端事件概率加大;3)春季土壤湿度通过调节局地蒸散和净辐射能量的分配影响夏季气候变率。本研究对改善干热少雨复合事件的预测具有重要参考价值。

关于复合型极端事件的新认识和启示

近年来,极端天气气候事件频繁发生,且常常表现为多种事件交织形成的复合型极端事件。为了更好地认识复合型极端事件,IPCC AR6基于现有的新证据评估了复合型极端事件的最新研究成果,并取得一些新认识:扩展了有关复合型极端事件的定义,重点围绕高温干旱复合型极端事件、复合洪水和野火,评估了复合型极端事件的变化特征,探讨了复合型极端事件多因子之间的依赖性,对人类活动的影响进行了归因分析并给出了未来可能的变化。这些评估结果丰富了对复合型极端事件的基本认识。但根据现有的评估可以发现,目前在复合型极端事件发生发展机理认识方面还存在不足;同时,未来仍需进一步完善跨学科跨部门跨区域研究,加强对复合型极端事件形成机理、预估及其对生态系统,经济社会影响风险的评估,提高对区域气候变化的适应能力。

地球系统视角下的多圈层复合极端事件研究进展与展望

复合极端事件对社会、经济和生态所造成的影响相较于各事件独立发生时更为严重,这类事件已成为近10年来地球科学领域的研究热点之一.气候变化背景下许多复合极端事件频发、强发,极端事件间的组合形式也呈现出新特点,对科学研究和防灾应对提出了更高的要求和更严峻的挑战.本文在地球系统多圈层相互作用的视角下系统梳理了多类高影响复合极端事件的定义、机理、变化、归因、预估等方面的研究现状;探讨了复合极端事件研究在数据需求、机理分析、模型模拟、归因预估、风险评估和适应应对等方面的挑战及可能的解决方案;进一步展望了该领域未来可能的发展趋势和急需多学科、多部门联合攻关的重点研究内容.在气候变化重塑极端事件类型的背景下,科学研究、防灾减灾和应对气候变化工作均需从传统单一极端事件视角向复合极端事件视角转变,对研究对象、思路和方法进行全方位的革新.本文对复合极端事件研究领域的发展和多学科领域的交叉合作将起到一定的促进作用.

长江流域2022年高温干旱事件演变及历史对比

本文基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)第五代大气再分析数据集ERA5,定义了两类复合高温干旱事件(即气象干旱或农业干旱与高温同时发生的事件),对长江流域2022年春夏复合高温干旱事件演变过程进行了分析,评估了其持续时间及覆盖面积等特征及变化规律。研究结果表明,长江流域2022年复合高温干旱事件时间上自6月开始,8月最严重,9月有所缓解,空间上由中下游开始,然后扩大到全流域,9月又缩小至中下游地区;与流域历史典型事件相比,2022年夏季复合高温干旱事件的各特征值均为最大;1979—2022年期间,两类复合高温干旱事件7—8月份的特征值呈现显著增加趋势。本文结果可加深对流域复合高温干旱事件的认识,对于应对气候变暖背景下的极端事件具有重要意义。

复合极端事件及其危险性评估研究进展

近年来频发的极端天气气候事件引起了广泛关注,其灾害过程往往源自多个因素的相互作用,给区域安全和风险防范带来诸多挑战。论文结合文献计量,在系统梳理复合极端事件相关研究的基础上,重点阐述了复合极端事件的概念内涵、类型特征和主要驱动因素,并归纳了复合事件时空关联分析和危险性评估的主要方法。结果表明:(1)近年来研究的事件类型丰富多样,不同时空关联、不同要素组合类型事件的研究不断涌现;(2)研究内容体系日益完善,概念特征、关联关系、成因机制和危险性评估的研究持续推进;(3)研究技术手段不断发展,以Copula为核心的联合概率统计建模实现由二维向多维、由静态向动态发展,以耦合水文水动力学模型和海洋模式为代表的数值模拟精细度不断提高。但在部分重难点问题方面仍需进一步深入研究,包括时间继发型和空间异地型复合事件复杂时空关联结构的诊断建模,天气系统、大尺度环流因子和人类活动多因素对复合事件综合影响的研究,复合事件危险性情景及多维联合概率分析等。此外,未来亟需探究气候变化下复合事件边缘分布和关联结构的非平稳变化及其对复合事件风险的影响。

Role of land-atmosphere coupling in persistent extreme climate events in eastern China in summer 2022

2022年暖季,中国东部地区遭受持续性高温,少雨和土壤干旱的复合极端事件.特征分析指出,在研究时段内,中国东部地区的气温,降水和土壤湿度呈现明显的季节内变化和南北差异。由1940-2022年的气候态可知,长江流域和东南地区的土壤含水充足,蒸散主要受限于陆面有效能量.然而,潜在机制研究指出,2022年土壤湿度对蒸散的限制作用在上述区域异常偏强,土壤湿度与气候要素之间的强反馈可能在2022年复合极端事件的演变和持续中发挥了关键作用。

气候变化背景下复合极端事件研究进展

复合极端事件是导致社会或环境风险的多种驱动因子和/或致灾因子的组合,对人类社会和生态系统造成的影响往往比单个极端事件更严重、更具破坏性。首先简要论述了复合极端事件的定义和内涵,包括先决条件事件、多变量事件、时间复合事件以及空间复合事件;然后详细综述了复合极端事件的时空演变特征、复合极端事件变化的影响因素和未来复合极端事件情景预估3个方面的研究进展;最后针对目前研究中面临的问题,提出今后研究关注的重点,包括复合极端事件的变量/指标选取及阈值确定、复合极端事件因子间依赖关系及相互作用、复合极端事件模拟性能评估和未来情景预估以及复合极端事件影响的动态过程及致灾机制。

植被物候对极端气候响应及机制

人类活动引起的气候变化导致极端气候事件频发,改变植物的生理过程,影响陆地生态系统碳、水循环和能量平衡。植被物候是气候变化最敏感的生物学指示指标,近年来植被物候对气候变化的响应研究主要关注气候平均态,植被物候如何响应极端气候事件研究相对较少,响应机制仍不清楚。本文梳理了植被春季和秋季物候对各类极端气候事件的响应及其机制,发现北半球中高纬度地区,季前极端低温与极端降水直接导致植被返青期推迟、枯黄期提前,而极端高温和极端干旱导致植物气孔关闭,抑制光合和蒸腾作用,间接导致枯黄期提前。目前植被物候响应极端气候事件研究缺乏对复合极端气候事件的关注,而且植被物候对极端气候响应的滞后效应以及极端气候事件发生后植被的恢复过程研究较少。未来气候变化情景下,需构建考虑极端气候事件影响的植被物候模型,并与动态植被模型耦合,以提高陆地生态系统碳循环的模拟精度。