7个IPCC AR4模式对中国地区极端降水指数模拟能力的评估及其未来情景预估

利用中国区域550个站点1961-2000年日降水量资料,考察参与政府间气候变化委员会（IPCC）第四次评估报告的7个新一代全球模式及多模式集合对现代气候情景下（20C3M）5个极端降水指数的模拟能力,同时进行中国区域未来不同排放情形下极端降水事件变化的预估,结果表明：最新全球模式能较好地模拟出极端降水指数气候场的空间分布及其中国区域的线性趋势,且模式集合模拟能力优于大部分单个模式,但在青藏高原东侧、高原南部存在虚假的极端降水高值区,模拟的东部季风区的极端降水强度系统性偏低,区域平均序列年际变率的模拟能力也较低。中国地区21世纪与降水有关的事件都有趋于极端化的趋势,极端降水强度可能增强,干旱也将加重,且变化幅度与排放强度成正比。

1961-2010年西北干旱区极端降水指数的时空变化分析

结合绝对阈值和百分位法定义极端降水事件的优点,提出了一种更灵敏的检测极端降水事件的方法.该方法不仅能检测出常用降水指数无法检测到的降水量稀少地区尤其干旱区的极端降水事件,同时也能过滤掉其检测到的降水量丰富地区的虚假极端降水事件.此方法首次被应用于统计1961年1月至2010年2月西北干旱区72个气象站点的年和季节的极端降水指数(大降水和强降水指数),并分析了极端降水指数的时间变化趋势及其空间分布特征.结果表明:西北干旱区春(3-5月)、秋(9-11月)、冬(12月至次年2月)三季极端降水指数无显著(P>0.05)变化趋势,夏季(6-8月)大降水的频率和降水量以及大降水降水量占总降水量的比重都显著增加;新疆地区极端降水指数为增加趋势的区域基本都分布在海拔较高(约海拔1 000 m以上)的地区;西北干旱区东部极端降水指数变化趋势的空间分布有明显的季节差异,表现为夏、秋季大部分地区为增加趋势,冬、春季大部分地区为减小趋势.

1961-2007年三峡库区极端降水指数R5d的变化规律及其未来情景预估

利用1961-2007年三峡库区17个气象站的日降水资料,研究了近47a来三峡库区极端降水指数——最大连续5d降水(R5d)的变化规律,通过评估用于政府间气候变化委员会第四次评估报告的9个新一代气候系统模式产品对三峡库区最大连续5d降水的模拟能力,筛选出5个模拟较好的模式(GFDL-CM2.1、INM-CM3.0、IPSL-CM4、MIROC3-H和NCAR-PCM1)进行组合,并考虑模式的偏差,预估3种排放情景(高排放SRESA2、中等排放SRESA1B和低排放SRESB1)下21世纪三峡库区最大连续5d降水的可能变化。结果表明,近47a来,三峡库区最大连续5d降水量的线性变化趋势不显著,但有显著的2a和5a左右的年际变化周期;从逐年代变化来看,20世纪60年代和2001-2007年偏少,70年代、80年代和90年代偏多。与目前气候(1980-1999年)相比,21世纪3种不同排放情景下三峡库区最大连续5d降水量均可能增加,尤其是21世纪后期比前、中期增加更显著;21世纪前期,3种情景下将增加0.5～5.4mm,中期将增加9.3～14.8mm,后期将增加12.7～26.4mm,整个21世纪将增加9.5～14.7mm。

1960-2005年长江中下游极端降水指数变化特征分析

本文利用长江中下游流域内的81个气象站,对长江中下游极端降水指数的时空变化特征进行分析。结果发现,在时间尺度上,长江中下游地区近46 a来极端降水指数呈上升趋势,其中降水强度上升趋势最明显,各个极端降水指数在年代际尺度上具有相同的变化特征,均存在着12 a左右的周期振荡,在年际尺度上,各极端降水指数变化周期并不一致。大雨日数与其他指数相比突变时间比较早,发生在1979年,其他几个指数突变时间比较接近,出现在1990年前后。在空间变化上,除极端湿天降水量在全区均为上升趋势外,其他几种极端降水指数在江苏东部地区、湖北西北部都存在着极端降水指数的负变化趋势,高值区主要分布在江西大部、湖北东南部、湖南东北部地区。

黄河流域近50a极端降水指数的时空变化

根据黄河流域80个气象站1957—2008年的逐日降水资料,利用Rclim Dex软件选用了10个极端降水指数,采用Mann-Kendall趋势检验法和线性回归分析法,研究了极端降水指数在年和季节尺度上的时空变化特征。结果表明:极端降水指数中除了Rx5DAY呈显著下降趋势、SDII呈上升趋势外,其他8个指数均呈非显著下降趋势;从极端气候指数的四季变化来看,Rx1DAY和Rx5DAY在夏、秋季的空间分布相似,且数值大于春、冬季的;黄河流域降水量呈逐年减小趋势,极端降水指数的变化趋势不明显,但存在时空差异。

洞庭湖流域极端降水指数变化特征分析

基于洞庭湖流域17个气象站1961～2009年逐日降水资料,采用Mann-Kendall检验法和滑动t检验法对洞庭湖流域四种极端降水指数进行趋势分析和突变检验。结果表明,四种极端降水指数在洞庭湖流域不同测站表现出不同的变化趋势,但变化均不显著,基本上未通过置信水平检验,非常湿天、极端湿天在西北和东南方向的各测站均表现为上升趋势,雨日数在位于北部的部分测站表现为上升趋势,日最大降水量在大部分测站均表现为上升趋势;各指数突变年主要集中于20世纪后期,2001年后明显减少,表现突变减少年的测站数量明显多于表现突变增加年的测站数量。

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。

河北邯郸地区极端降水指数气候特征及其与降水量、气温的关系

利用1974—2015年河北邯郸地区16个观测站逐日降水与最高、最低气温资料,分析了邯郸地区极端降水指数的时空变化特征,探讨了极端降水对年降水量和气温的响应关系。结果表明:近42 a来,河北邯郸地区极端降水指数中除中雨日数呈轻微上升趋势、大雨日数及连续湿日整体无明显变化趋势外,其他指数均呈下降趋势,其中最大1 d降水量、最大5 d降水量、极强降水量下降趋势显著,且分别于2004、1992、2006年发生显著突变。各极端降水指数的变化幅度区域性差异明显,极值指数以邱县、曲周县减少最显著,绝对指数以峰峰矿区减少最显著,而相对指数则以曲周县减少最显著。除连续干旱日数呈微弱的负相关外,其他极端降水指数与年降水量呈显著正相关;除最低气温与中雨日数、连续湿日呈微弱正相关外,最高、最低气温与极端降水指数均呈负相关,极端降水对最高气温的响应比最低气温更敏感。

遵义市极端降水指数时空变化特征

利用遵义市所辖13个县(区、市)级气象站点资料,选取10个极端降水指数,采用线性倾向估计、相关分析、合成分析分别讨论年极端降水指数时空变化特征、与空间位置的关系以及对两类ENSO的响应。结果表明:①遵义整体区域总降水量(PRCPTOT)、连续干旱日数(CDD)、连续湿天日数(CWD)、中雨日数(R10)、分别以-7.62 mm/10 a、-0.08 d/10 a、-0.42 d/10 a、-0.49 d/10 a的速率减少;大雨日数(R25)、强降水量(R95)、极端强降水量(R99)、降水强度(SDII)、1日最大降水量(Rx1d)、5日最大降水量(Rx5d)分别以0.07 d/10 a、6.36 mm/10 a、3.6 mm/10 a、0.01 mm/(d·10 a)、0.68 mm/10 a、1.19 mm/10 a的速率增加。由于降水量减少而带来的干旱化趋势较西南地区平均水平要快,降水强度、5日历时最大降水量增加速率较西南平均水平要快得多。②遵义绝大多数降水指数(PRCPTOT、R10、R25、Rx1d、Rx5d、R95、SDII)具有由东向西逐渐减小的分布特征。③遵义湿天日数、总降水量、中雨日数、1日最大降水量总体变化趋势由北向南逐渐增大,其余指数空间分布规律性不强。④总降水量、中雨日数、大雨日数在高海拔地区比低海拔地区要少,降水强度在高海拔地区比低海拔地区要弱。气象干旱风险、降水强度东部大于西部;1日最大历时降水量、连续湿天日数减小速率北部较南部要慢。⑤东部型LA年强降水、极端降水偏多,而中部型LA年强降水、极端降水偏少;东部型LA次年总降水量偏少,强降水、极端降水偏少,而中部型LA次年总降水量偏多,强降水、极端降水偏多。

中国西南部区域雨季极端降水指数时空变化特征

基于1971-2013年中国西南部区域7省市477个气象站点的逐日降水观测资料,选取11个极端降水指数,运用线性倾向法、Mann-Kendall突变检验法和滑动t检验法分析了西南部地区雨季极端降水指数的时空分布及变化特征,并探究极端降水指数多年平均以及变化趋势与海拔高度的关系。结果表明:(1)近43a来,西南部地区雨季PRCPTOT、CWD、R1mm、R10mm以及SDII分别以12.6mm·10a^(-1)、0.23d·10a^(-1)、1.57d·10a^(-1)、0.49d·10a^(-1)和0.31mm·d-1·10a^(-1)的速率下降(P<0.05),CDD上升速率为0.37d·10a^(-1)(P<0.05),而Rx1day、Rx5day、R95、R99以及R20mm的变化不显著。(2)雨季CDD、R1mm、Rx1day的突变集中发生在20世纪80年代,而PRCPTOT、R10mm、Rx5day和SDII的突变主要发生在2003年前后;PRCPTOT、CDD、R1mm、R10mm、Rx1day和SDII在突变年份以前表现出一定的稳定性,而在突变年份以后则会发生显著的上升或下降趋势。(3)从变化趋势空间分布的角度看并非所有地区均表现出干旱化趋势,云南、贵州及广西三省交界处雨季干旱化程度较严重,广西东南部地区雨季发生暴雨洪涝灾害的风险较大,而横断山脉地区雨季更加湿润。(4)从贡献率变化的角度,西南部地区雨季降水占比的变化趋势具有很强的区域特征,四川北部和西藏地区雨季指数对全年贡献率逐年下降,而广西东南部地区雨季指数对全年贡献率逐渐上升。(5)综合11个指数与海拔高度的关系来看,一方面,西南高海拔地区R1mm较高,降水以中小雨为主,并且PRCPTOT、R1mm、R10mm以及R20mm的多年平均值均表现出不同程度的上升趋势。因此,43a来西南高海拔地区变得更加湿润。另一方面,低海拔地区R1mm较低,而R95、R99、Rx1day、Rx5day以及SDII均较高,并且在低海拔地区CWD和CDD均呈现上升趋势,因此,雨季低海拔地区面临洪涝及干旱的风险相对较大。

观测记录以来陇东黄土塬区极端降水指数变化特征

基于历史记录资料和国家气象信息中心气象资料重建了1938-2014年陇东黄土塬区日降水序列。通过WMO推荐的11个极端降水指标研究了近77年以来陇东黄土塬区极端降水变化的特征。结果表明:11938-2014年陇东黄土塬区降水微弱增加(0.07mm/10a),经历了明显减少(1938-1955)——微弱减少(1956-1993)——显著增加(1994-2014)3个阶段的变化。25个降水量指数整体呈减少趋势,其中强降水量(R95)减少最显著。3降水日数指数中CWD、R10、R20呈增加趋势,CDD与R50为减少趋势。4降水强度指数呈微弱减少趋势。但不同阶段各指数变化差异较大,对陇东黄土塬区极端降水贡献存在差异。探索极端降水变化对水土流失成因的分析有重要意义。

1961-2015年苏锡常地区极端降水指数变化特征分析

基于苏锡常地区29个代表雨量站1961-2015年逐日降水资料,选取极端降水量、极端降水频次、极端降水强度和极强降水量4个指数,用滑动秩和检验对极端降水量进行突变检验,并分析研究区内各指数变化趋势和空间分布。结果表明:长时段(1961-2015)中,东南部极端降水量、极端降水频次和极端降水强度总体呈增长趋势,短时段(1981-2015)中,只有极端降水强度总体呈增长趋势。4个指数分布特征基本一致,突变时间主要出现在改革开放后的80年代。苏锡常地区极端降水指数的变化与该地区的城市化有关。

长江中下游夏季极端降水指数的变化特征

利用长江中下游地区66个气象站逐日降水资料,通过经验正交函数分解分析中雨以上日数极端降水指数及形成的原因。结果表明:长江中下游中雨以上日数主要表现为全区一致型、南北反向型,且两种分布形势均存在准2 a周期的年际变化和年代际变化;中雨以上日数在1990s开始显著增长,2000s以来,长江以北地区偏多,长江以南地区偏少;2000—2011年,我国东部经向上仍旧存在"反气旋—气旋"水汽输送异常,蒙古高原反气旋型水汽输送加强,引起雨带停滞在长江以北,造成长江以南地区中雨以上日数偏少。

本溪山区极端降水指数的变化特征分析

为了进一步探讨降水及洪涝灾害发生规律,合理开发利用本溪山区水资源,利用本溪草河口气象站1953—2012年逐日降水资料,分析了本溪山区6个极端降水指数的变化趋势。结果表明:本溪山区年降水量年际差异较大,年降水量无显著的变化趋势;四季降水量也无明显的变化趋势。年降水日数呈明显的减少趋势,从1974年本溪山区降水日数开始减少;除春季降水日数变化趋势不明显外,其他各季均呈显著的减少趋势变化;夏季在1976年,秋季在1987年发生突变。降水强度无明显的变化趋势;最大5日降水量趋势变化不明显,但年际间差异较大;年极端降水事件无显著的变化趋势,20世纪50、60、80年代为偏多时期。

1971~2020年藏东南极端降水指数的时空变化特征

基于1971~2020年藏东南4个气象站逐日降水量资料,选取最大1日降水量(RX1day)、最大5日降水量(RX5day)、降水强度(SDII)、中雨日数(R10mm)、大雨日数(R20mm)、连续干燥日数(CDD)、连续湿润日数(CWD)、强降水量(R95pTOT)、极强降水量(R99pTOT)和年总降水量(PRCPTOT)共10个极端降水指数,采用线性趋势、Mann-Kendall非参数检验、R/S趋势分析、Morlet小波等方法,分析了藏东南极端降水指数的时空变化特征及其与大气环流指数、太阳黑子、海温指数之间的关系。结果表明:1971~2020年藏东南各极端降水指数变化幅度不大;RX1day、R20mm、CWD、R95pTOP、PRCPTOP呈下降趋势,尤其是近30 a(1991~2020年)PRCPTOP减幅显著,达-38.43 mm·10a^(-1);其他指数趋于增加,以CDD增幅最大(1.31 d·10a^(-1))。年代际变化尺度上,极端降水指数在20世纪90年代为正距平,21世纪前10年为负距平。极端降水指数的Hurst指数大多表现为较强或强持续性,未来将保持近50 a以来的变化趋势,仅CDD在2002年发生了气候突变。极端降水指数大多存在显著的3~4 a振荡周期。除CDD、CWD外,其他极端降水指数之间具有显著的正相关关系;而各极端降水指数均与年降水量、汛期降水量存在显著的相关性。多个极端降水指数与大气环流指数的相关性不显著,只有RX1day、RX5day、R95pTOT与亚洲极涡面积指数有显著的负相关,RX5day还与西太平洋副高强度指数有显著的正相关。绝大多数极端降水指数与太阳黑子的相关性不显著,仅有CWD与之有显著的正相关。RX5day、PRCPTOT和CDD与赤道太平洋次表层海温指数存在显著的相关关系。RX5day与印度洋暖池面积和强度指数存在显著的正相关,CWD与西太平洋暖池面积指数为显著的负相关。

辽宁东南部山区极端降水指数时空变化特征及其与大气环流的相关性分析

文章结合辽宁东南部山区35个降水站点1955—2018年降水数据,对区域近10项极端降水指数时空变化特征进行分析,并定量分析其与大气环流指数相关性。结果表明,在空间上,除干湿变化特征外,其余8项极端降水指数呈现由南到北逐步递减变化规律;在时间上,最大1日、5日、雨强及极强降水4项指数呈现显著上升趋势,其余各指数呈现递减变化;各指数均与北极涛动(AO)相关程度最高,北大西洋涛动(NAO)是持续湿期影响的主要大气环流因子。研究成果对于辽宁东南部水灾害治理规划具有重要参考。

朝阳地区极端降水指数变化趋势及其与大气环流的相关性分析

对朝阳地区1956—2017年的极端降水指数进行趋势分析,并分析其与大气环流的相关性。结果表明:最大1 d、雨强及极强降水3项指数呈现递增变化,其余7项指数均呈现递减变化。各指数均与北极涛动(AO)相关程度最高,北大西洋涛动(NAO)是朝阳地区持续干期影响的主要大气环流因子。

IPCC AR5模式对中国地区极端降水指数模拟能力的评估

在全球变暖的背景下,对极端降水事件的模拟一直是全球的热点问题。该文利用中国区域550个站点的1961—2000年逐日降水量资料,考察了参与政府间气候变化委员会第五次评估报告(IPCC AR5)的新一代全球模式UKMO-Had CM3在现代气候情景下(20C3M)对中国区域4个极端降水指数的模拟能力。结果表明:最新的UKMO-Had CM3全球模式能较好地模拟出极端降水指数气候平均场的空间分布特征,但在青藏高原东部、南部依然存在虚假的极端降水高值区。

1991-2015年宁波机场极端降水指数变化特征

利用浙江宁波栎社机场1991-2015年的逐日降水资料计算出极端降水阈值、年极端降水量、年极端降水频率、年极端降水强度,以及大雨日数和暴雨日数等极端降水指标,统计分析极端降水的变化特征。宁波地处沿海地区,易受极端降水事件所造成的灾害影响,因而研究极端降水变化对宁波机场的安全运行具有重要意义。研究结果表明,从1991-2015年,宁波机场的年极端降水量、极端降水频率、极端降水强度、大雨暴雨事件发生次数均表现出略微增加趋势;年极端降水量、极端降水频率、大雨及暴雨日数具有较一致的年代际变化特征,1991-1993年呈增加趋势,之后直至2001年略有减少趋势,2002年之后又呈增加趋势。极端降水强度的年代际变化特征为2002年之前呈先增加再减少的趋势,2002年之后也呈先增加再减少的趋势。

辽宁中部地区近63年极端降水指数变化特征及其与大气环流相关度分析

采用10项极端降水指数对辽宁中部地区1954-2018年极端降水变化其及与大气环流的相关度进行分析。结果表明辽中部地区近63a以来降水强度、最大1日极端降水指数呈现显著递增变化,大雨日数指数有所增加,但趋势不明显。辽宁中部极端降水变化的主因为西南暖湿环流影响,降水强度、最大1日极端降水指与不同大气环流因子均呈现显著相关,是其变化的主要成因。研究成果对于指导辽中地区防洪治涝规划具有重要参考意义。