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。

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。

基于复合事件指数的西北地区高温干旱复合事件风险评估

基于标准化降水指数SPI和标准化温度指数STI构建了两个监测高温干旱复合事件指数:标准化复合事件指数SCEI和混合干热事件指数BDHI,并评估了SCEI和BDHI在西北地区高温干旱复合事件中的监测能力。以严重程度、面积覆盖百分比和发生频率分析了高温干旱复合事件的风险变化。结果表明:由于BDHI充分考虑了不同干热条件之间的相关性,其在西北地区监测高温干旱复合事件的能力明显优于SCEI,而SCEI存在将湿热状况误判为高温干旱复合事件的情况。相较于1982—1993年,1994—2022年西北地区发生高温干旱复合事件的严重程度、范围和频率更高;1994—2022年西北地区发生轻度、中度、重度等级以上的高温干旱复合事件的面积占比分别为35%、25%、10%;新疆中部、甘肃北部和东部、青海南部和陕西大部分地区在1982—1993年几乎未发生过重度等级以上的高温干旱复合事件,但上述地区在1994—2022年的发生频率明显增加。

基于标准化指数的中国东北地区复合高温干旱事件时空变化特征分析

干旱和极端高温事件会对人类社会和生态环境造成严重影响,当两种极端事件同时发生时会造成更大的威胁。本文利用1961-2020年网格化的月值降水和气温数据,计算标准化降水蒸散发指数(SPEI)和标准化温度指数(STI),在界定复合事件的基础上分析不同干热阈值下中国东北地区复合高温干旱事件的时空演变特征,探究复合事件的空间相关性。结果表明,中国东北地区复合高温干旱事件发生频率在空间分布表现出东部及东南部低、西部及西北部高的特点;分析复合事件的历史演变发现Mi-Mi以0.02/a速率上升,且在20世纪90年代之后大幅度升高;总体复合事件影响面积呈现显著的上升趋势,幅度为1.02%/a,不同类型复合事件影响面积均显著升高且在20世纪90年代大幅度上升达到峰值;复合事件的高频区聚集在西部和西北部,低频区聚集在东南部及东部。研究成果可为东北地区防灾减灾、农业规划、水资源配置等提供参考。

粤东夏季复合高温干旱事件特征初探

选取1967-2021年5-10月粤东20个国家气象站逐日最高气温和逐日干旱指数(DI),基于滑动窗口计算逐日90(或10)百分位高温(或干旱)阈值,以此判别高温(或干旱)事件和定义粤东复合高温干旱事件,并通过线性分析、滑动t检验、小波分析和EOF分解等统计方法研究粤东夏季复合高温干旱事件时空分布特征。结果表明:(1)粤东夏季复合高温干旱事件呈北多、南少趋势空间分布,趋势变化大值区出现在中部普宁揭阳一带,对应EOF分解的第2和3模态即南北偶极型和南北3极型,而粤东夏季复合高温干旱事件的主要空间分布模态为全区一致偏多或偏少型(第1模态);(2)粤东夏季复合高温干旱事件增长趋势显著,大致呈“升-降-升”的变化趋势,其中在1991年经历了由下降到上升的明显突变。复合高温干旱事件具有10年左右的主周期振荡和3、5年左右的周期变化特征;(3)粤东夏季复合高温干旱事件在20世纪90年代前主要集中在7-8月,之后5和9月增长趋势明显高于其他月份;(4)20世纪90年代前后粤东不同持续时间复合高温干旱事件有显著差异,之前以1 d为主,之后以2 d及持续性(≥3 d以上)的复合高温干旱事件为主,其中持续性复合高温干旱事件是粤东夏季复合高温干旱事件显著增长的主要贡献。

长江与黄河流域复合高温干旱事件时空演变特征

利用1961—2014年月降水与日最高气温数据,定义了3d/90%型和5d/90%型两类复合高温干旱事件,比较分析了长江流域和黄河流域夏季复合高温干旱事件的分布特征与时空变化规律,量化了复合高温干旱事件与单独热浪事件的温度差异。研究结果表明:复合高温干旱事件在长江流域中下游地区发生频率较高,在黄河流域空间差异不大;两流域复合高温干旱事件频率均呈增加趋势,长江流域3 d/90%型和5 d/90%型复合高温干旱事件日数增加趋势分别为每10 a 0.19 d和0.14 d,黄河流域的增加趋势分别为每10 a 0.29 d和0.096 d;长江流域复合高温干旱日数在西北部与南部地区增加较多,下游东北部地区有所减少,黄河流域在中部和西部增加较多;两流域1988—2014年复合高温干旱事件影响范围总体上比1961—1987年增加,黄河流域影响范围占比大于长江流域;相比于单独热浪事件,复合高温干旱事件的平均温度更高,长江流域和黄河流域3 d/90%(5 d/90%)型复合高温干旱事件与单独热浪事件平均气温差值分别为0.65℃和0.64℃(0.54℃和1.21℃)。

基于Copula函数分析华北地区年高温干旱复合事件发生特征

基于华北地区36个气象站1960-2019年逐日最高气温和降水数据,识别逐年高温强度和干旱强度,利用Copula函数构建高温强度和干旱强度的二维联合累积概率分布函数,分析不同类型高温干旱复合事件的重现期以评估复合事件的发生特征。结果表明,对年高温日数和干旱强度进行边际分布拟合时,GEV函数在更多的站点效果最好;将年高温日数和干旱强度进行二维联合,应用最多的Copula函数为Symmetrised Joe-Clayton函数。相比于高温强度,干旱强度对复合事件联合重现期的影响更大。华北地区西南部更容易发生高温强度高的复合事件,中南部更容易发生干旱强度高的复合事件。华北地区高温干旱复合事件不同区域的主导因素存在差异,需针对不同区域复合事件的特征采取措施以减轻其带来的危害。

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。

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。

2022年夏季高温干旱对四川盆地污染物浓度变化的影响分析

2022年夏季高温干旱严重影响中国长江流域,臭氧(O_(3))等污染物也出现明显异常,为研究高温干旱对污染物的影响,利用2015-2022年夏季逐小时地面空气质量和气象监测数据以及气象再分析资料,分析了夏季高温干旱特征以及对O_(3)和细颗粒物(PM_(2.5))浓度的影响。结果表明:2022年夏季受高原暖高压和西太平洋副热带高压西伸北抬的影响,中国长江流域出现极端高温干旱天气事件,持续时间长,影响范围广,其中四川盆地和长三角地区地面温度明显偏高,相对湿度和降水量偏低,对近地面O_(3)和PM_(2.5)浓度造成了一定的影响。7-8月高温干旱对四川盆地产生的影响尤其严重。异常的高温干旱增强了大气光化学反应能力,对O_(3)和二次气溶胶生成有贡献,且降水对污染物的湿清除作用大大减弱,导致四川盆地O_(3)浓度和超标天数明显增加,PM_(2.5)浓度也有所升高,甚至造成持续十多天的高温热浪和O_(3)污染复合事件,其中对成都平原O_(3)污染的影响最为显著,其次为川南城市群。成都平原和川南城市群O_(3)超标天数分别为22 d和17 d;成都平原高温日数和O_(3)超标天数分别比2021年增加了约250%和120%。除高温热浪的影响外,高原地形阻挡以及风的垂直输送也是四川盆地O_(3)污染形成的重要原因之一。

2022年夏季中国高温干旱气候特征及成因探讨

2022年夏季,中国中东部发生了极端高温干旱气候异常,给经济、农业、人民生活造成了严重影响。本文回顾了此次高温干旱气候异常的时空特征,分析了其主要成因。2022年夏季,中国中东部区域平均的极端高温频次、日最高温度平均值、高温日数等指标均达到了1979年以来的最大值,区域平均降水则达到了1979年以来的最低值。此次气候异常主要是由于夏季中国中东部受强大的高压系统控制,与偏强的西太副高、中纬度的西风带扰动以及热带海温的影响有关。此外,本文探讨了全球增暖趋势对极端高温事件增多的影响,以及未来中国地区高温和干旱事件的可能变化。

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。

湖北省2009年夏季极端高温事件及其影响评价

利用湖北省77个气象站2009年6月1日～9月10日(102 d)逐日气温资料,分析了气温的极端特征及对社会经济的影响.结果表明:1)该年属于高温热夏年,高温过程开始早、结束迟、持续长、范围广,其中6、7、8月全省大部各出现了一段长达半个月以上的高温热浪过程,9月初还出现一段短暂的高温过程;2)高温强盛、极端程度大.日平均气温、最高气温、最低气温的最大值各有5、4、11站创历史同期新高,可见低温更异常;全省有2站极端最高气温创年历史新高,2站平年历史记录.有5站高温日数超过40 d,通山多达47 d,公安的28 d和监利的37 d创历史新高,武汉39d,为1951年以来第5位;3)气温变幅大,高温间歇期间气温多偏低,如盛夏(7月下旬～8月上旬)气温明显偏低,"三伏"不热,8月底出现强降温过程,过程降温12～15℃,多处极端最低气温创8月历史最低记录;4)极端高温对电力、健康、农业影响大.高温期间用电量屡破记录,空调供应断档,武汉市居民中暑及死亡人数同比大幅上升;由于同期降水偏少,8月中下旬出现大范围农业干旱.

2022年西南地区极端高温干旱特征及其主要影响

利用1961—2022年夏季(6—8月)西南地区441个国家地面气象站逐日基本气象要素观测资料,对2022年夏季西南地区的基本气候概况、高温干旱灾害的特征及其产生的主要影响进行分析。结果表明:此次极端高温干旱事件的严重程度实属历史罕见。2022年夏季西南地区平均气温历史同期最高,降水量历史同期最少,高温日数历史同期最多,极端最高气温历史同期最高。西南地区东部并发严重的气象干旱,特旱站数高达105站,主要发生在西藏中部、四川大部、重庆大部、贵州北部以及云南中部局部地区。受此极端持续的复合型高温干旱事件影响,西南地区东部部分农作物减产、甚至绝收;江河来水量出现“汛期返枯”的罕见现象;电网负荷创历史新高,加之水电发电量锐减,造成能源供应保障短缺;四川盆地东部、重庆西部发生多起森林火灾。本文力图从科学角度认识这次极端高温干旱事件,助力气象灾害风险评估业务发展,为提升防灾减灾和应对气候变化的能力提供支撑。

基于Copula的2022年长江流域极端干旱重现期研究

2022年夏季,长江流域遭遇了史上罕见的高温干旱事件,给农业、生态和社会经济带来严重影响。利用1961~2022年的气象数据资料,分析了2022年长江流域夏季高温少雨的时空分布特征;在此基础上,采用基于Copula函数的多变量风险评估方法,对此次高温复合型干旱事件的重现期进行了分析。结果表明:长江流域2022年夏季高温日数较常年同期偏多147.5%,为1961年以来历史第一位,且高温发展严重区域与降雨量偏少区域高度重合。基于Copula函数联合重现期的分析显示2022年夏季长江流域干旱超过100a一遇,为有完整气象观测记录以来最极端的干旱;而只考虑降水或者高温的单变量重现期分析将此次干旱事件定义为30a或者60a一遇,难以合理描述此类复合型灾害的发生风险。从空间看,2022年夏季长江流域干旱在上、中、下游的联合重现期分别为100,75,55a一遇。针对日益频发的复合型极端事件,未来风险评估需考虑两个或多个变量极端状况的同期叠加效应,这对于科学把握灾害的极端性及其风险影响、及时制定抗旱减灾措施具有重要的科学指导意义。

青藏高原复合干热事件及其对植被的影响

基于Copula函数联合标准化降水指数(SPI)和标准化地表温度指数(SLTI),构建了复合干热事件指数(CDHI)用于评价青藏高原复合干热事件,分析了2000—2019年夏季干旱和高温的时空变化特征,探究了降水和地表温度对复合干热事件的相对贡献度及不同植被对复合干热事件的响应程度。结果表明:SPI与SLTI拟合效果最好的函数为Gaussian Copula函数,CDHI与标准化增强型植被指数(SEVI)拟合效果最好的函数也为Gaussian Copula函数;青藏高原夏季干热情况有轻微加重的趋势,4种植被类型中草地和林地的干热情况加重,干热情况在空间上呈现北部减缓、南部加重的趋势;SLTI持续增大是复合干热事件严重程度加重的主要原因,农田的SPI、SLTI对CDHI变化的相对贡献度差值最大,分别为0.71和0.29;东北部的植被生长易受复合干热事件影响,农田对复合干热事件最为敏感。

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。

气候变化背景下湖北省高温干旱复合灾害变化特征

全球气候变化造成的极端气候事件频发已成为科学界和人类社会共同面临的挑战。气候变化驱动因素多样,时空过程复杂,全球不同区域存在显著差异。基于1961—2022年湖北省76个国家气象站逐日降水、气温等观测数据,根据区域性高温过程监测指标和区域性干旱过程监测评估方法,对湖北省1961年以来的区域性高温和干旱事件进行识别,在此基础上分析事件发生频率、持续时间、强度及其影响的变化特征。结果表明:区域性高温事件趋多增强且有连年发生的趋势;区域性干旱事件频次变化趋势不显著,但呈现群发、连发和重发特征;高温干旱复合事件有显著增加、间隔缩短的趋势。2022年夏季高温过程综合强度为1961年以来最强,与长江流域性干旱叠加,产生了从气象干旱到水文干旱、农业干旱和社会经济干旱的链式复杂影响。在全球变暖背景下,湖北省极端高温和干旱及其复合事件频发可能成为气候新常态,亟需加强极端事件的成因及其灾害风险评估研究,提高应对极端和复合型灾害的能力。

中国夏季复合高温干旱分布及变异趋势

利用1961—2014年中国月降水和月气温观测资料,选择常用的标准化降水指数(SPI)及标准化温度指数(STI)识别复合高温干旱事件,通过计算其发生频率和空间发生面积,分析了近54 a中国及七个子区域夏季复合高温干旱事件的时空分布特征及变化趋势。结果表明:除青藏高原及新疆部分地区以外的中国大部分区域为复合高温干旱事件的高发区。在趋势变化上,1988—2014年间中国大部分地区复合高温干旱事件的发生频率趋于增加(与1961—1987年相比),尤其是华北地区增幅较大(282.79%~682.48%);华中、华东以及西北部分地区趋于减少,其中华中地区减少相对明显。此外,1961—2014年全国复合高温干旱事件的空间面积显著增加,增长速率为(0.02~0.03)/10 a,且20世纪90年代以后增加趋势更为明显;区域上,华北、东北、华南、西南及西北等地区呈增加趋势,而华中和华东地区变化趋势不明显。