金华地区汛期降水集中度和集中期特征分析

为探究金华地区汛期降水的非均匀分布特征及其变化趋势,本文利用逐日降水资料结合ECMWF再分析资料,运用改进的集中期和集中度算法分析了1971~2020年金华地区汛期降水在时间上的分布特征及演变趋势。结果表明金华地区汛期降水集中期首日在6月13日,与常年入梅时间吻合;金华地区总体上降水时间分布较均匀但年际变化大;降水集中度和集中期均存在准18 a周期。天气形势场上,降水集中年份最明显的异常为西太平洋副热带高压偏强偏西,以及菲律宾地区异常反气旋。菲律宾地区异常反气旋使初夏季节我国东部沿海西南气流水汽输送旺盛,并且造成西北太平洋副热带高压加强西伸,较强的副热带高压与西风槽之间的位势梯度可以增大西南暖湿气流的输送,减慢西风槽脊的移动,以形成较为稳定的环流配置,造成持续降水的出现,而在强的副热带高压继续西伸北抬后,西风带系统南下受阻,大型暖高压的下沉气流则会导致持续高温干旱酷暑天气,从而导致降水的异常集中。海温场上,降水异常集中年份前冬中东太平洋海温异常偏高,随后赤道中东太平洋海温差值逐渐转为显著的负异常,这种特征表明降水异常集中年份可能出现在厄尔尼诺的衰减阶段。

黄土高原近30年降水集中度分析及时空演变特征

选取近30年的黄土高原地区58个气象站点的降水数据,分析了黄土高原年降水以及降水集中度(PCD)和集中期(PCP)的时空变化特征,结果表明:(1)黄土高原地区年均降水量在50~900 mm,空间分布上东南高西北低。降水高值区分布在三门峡站与武功站附近以及五台山站,年均降水量为900 mm;低值区位于临河站附近,年均降水量为50 mm;(2)黄土高原地区的降水集中度分布于0.43~0.76,自东南向西北递增;而降水集中期的变化则不太明显,多集中于夏季的7-8月份。因此在降水集中的7-8月份,水土流失会比较加重,应加强水土流失防治工程,在降水量大的月份做好灾害防护,为工农业生产提供预警,减少工农业生产损失与经济损失。

河南省年季降水集中度研究

河南省地处中原,跨海河、黄河、淮河、长江四大流域,研究其降水时间分布均匀特征对全省水资源动态管理和水旱灾害防御具有重要意义。以河南省为研究对象,基于522个雨量站点的1956-2021年长系列降水量数据,采用降水集中指数PCI、降水集中度Q等指标,辅以Kriging空间插值等方法,分析了全省降水时间均匀特征及变化特点。结果表明:河南省降水时间均匀特征具有地区差异性,北部降水时间分布较为集中,南部降水时间分布较为均匀,集中程度总体上呈现由北向南递减;降水时间均匀特征的多年变化趋势较小,除河南省东北部及省辖淮河流域西北部分区域外,其他区域略呈集中趋势;降水时间均匀特征与降水量、气象干旱程度有一定的正向关联但相关性极弱,因此研究旱涝事件时应将降水时间均匀特征作为一个独立因素加以考虑。

果洛地区降水集中度和降水季节性特征分析

利用久治、玛沁、达日、玛多4个国家气象监测站的1961—2020年降水量数据资料,基于降水集中指数PCI和降水季节性指数PSI,辅以Kriging空间插值等方法,分析了果洛地区降水量时间均匀性的特征及变化特点。结果显示:果洛地区降水集中指数四个季节中秋季最大,说明秋季降水时间最为集中,且相关性较好,夏季降水量的月分配最为均匀,春季、冬季居中;从果洛地区整体来看,在20世纪60年代、70年代、90年代和21世纪最初十年PCI和PSI均为正距平,20世纪90年代和21世纪10年代为负距平,果洛地区降水时间均匀性的特征具有地区差异性,南部降水时间分布较为集中,总体上呈现由北向南递减的特点。

基于集中度与集中期的弥苴河流域径流年内分配研究

为研究弥苴河流域径流年内变化特征,依据弥苴河炼城站1954—2022年的径流资料,采用集中度、连续最大4个月径流占比、不均匀系数、变差系数等方法分析径流年内分配规律,并分析径流在全年的集中期,结果表明:①弥苴河年径流总体呈显著减少趋势;②弥苴河径流年内分配不均,呈单峰型;③弥苴河径流集中度总体呈波动先降后升趋势,近年来弥苴河年径流偏少且径流年内分配不均匀性较为突出;④弥苴河1990年后径流集中期有提前趋势且集中期更短,从过去8个旬跨度压缩至5个旬内;⑤弥苴河径流集中度与连续最大4个月径流占比、不均匀系数、变差系数相关关系较好,相关系数均在0.94以上;⑥从年代看,2000s径流年内分配的不均匀程度最小,属于相对均匀期,2010s径流年内分配不均匀程度在增加,基本到20世纪80年代、90年代的平均水平。

1960~2021年塔城地区汛期降水集中度和集中期变化特征

利用近62年(1960~2021年)塔城地区7个气象观测站汛期(5~9月)逐日、逐候降水量资料,分别讨论了集中度(PCD)和集中期(PCP)的时空分布特征、变化规律及其影响因子,结果表明:1) 塔城地区汛期PCD波动幅度介于0.26~0.41,平均为0.21;汛期PCP波动幅度介于39~41候,平均为36候。2) 塔城地区汛期PCD年际变化较平缓,呈逐年微弱的增加趋势,线性拟合递增率为0.01/10a,表明年内降水分配趋于均匀化;汛期PCP年际变化大,线性倾向率为−1.05候/10a,呈逐年显著推迟趋势(通过了0.05的显著性水平检验),表明候最大降水量出现时间逐年推迟。3) 塔城地区汛期PCD年代际变化经历了“降低–升高–降低–降低–升高–降低”的交替演变,其中1970年代为最高值,1990年代为最低值;PCP经历了“升高–降低–升高–升高–降低–升高”的交替演变,其中1990年代为最高值,1970年代为最低值。4) 塔城地区汛期PCD序列在1970年代初期、1990年代中期、21世纪中期发生过明显的由多到少和由少到多的突变,2019年为突变点;汛期PCP序列在1970年代初期、1980年代中期、2000年代中期发生过明显的由多到少和由少到多的突变,1990年为突变点。5) 塔城地区多雨年的PCD比少雨年大(或少雨年的PCD较多雨年偏小),多雨年的集中期比少雨年晚(或少雨年的PCP比多雨年早),各站空间分布差异较大。6) 塔城地区PCD和PCP与汛期降水、降水距平、距平百分率均呈正相关,但相关系数较小;比较而言,PCP与汛期降水、降水距平、距平百分率降水量的正相关程度更高,表明当塔城地区汛期降水偏多时,最大候降水出现日期越晚(推迟)。

广西暴雨集中度智能气候预测方法研究

利用1961—2023年广西79个气象观测站逐日降水和国家气候中心大气环流、海温指数资料,构建广西暴雨集中度计算方法,基于逐步回归方法、粒子群-神经网络、随机森林算法,建立暴雨集中度气候预测模型。结果表明,广西存在以桂林和柳州两市北部为中心的桂东北地区、以“东兰、巴马、凤山”为中心的桂西山区和沿海地区三个暴雨集中度高值区,暴雨集中度异常大小基本反映发生洪涝和干旱灾害的严重程度。经过2020—2023年气候预测试验,粒子群-神经网络算法预测效果最好,其次为随机森林算法,第三是逐步回归方法。

宁夏降水集中度和降水集中期的时空变化特征分析

基于1971—2020年宁夏12个气象站点的逐日降水数据,采用克里金空间插值法、经验正交函数(EOF)分解法及线性趋势法等方法分析了降水集中度(PCD)和降水集中期(PCP)的时空变化特征。结果表明:在空间分布上,PCD值由北向南逐渐减小,PCP则由北向南有提前的趋势,但变化不大;PCD和PCP在宁夏全区范围内的主要变化趋势一致,但存在北部和中南部变化趋势不一致的情况,北部的变化程度要大于中南部;在时间分布上,50 a来PCD没有明显的变化趋势,PCP则略有推迟趋势。

1951—2012年中国降水集中度和集中期的时空格局

以1978年为分界点,对1978年前后的以周为单位的降水集中度和集中期的时空格局和变化趋势进行研究.结果表明：1）中国的降水集中度首先具有明显南北分异规律,其次在中国北部具有明显东西差异;最后,中国整体降水集中度波动呈现减小趋势,且1978年之前波动较大,1978年之后趋于平稳.2）中国的降水集中期主要集中在一年中的第26—30周左右,并在1978年前后有1~3周不同幅度的滞后和提前,且南方以推迟为主,北方以提前为主;中国整体降水集中期波动呈现微弱减少趋势,且1978年前显著减少,但1978年后显著增加.

宁夏近50a降水集中度和集中期特征分析

利用宁夏气象台站1961-2010年逐侯降水量序列资料,研究了表征降水量时间分配特征的降水集中度(PCD)和集中期(PCP)的空间分布与年际变化特征。结果表明:宁夏降水PCP与PCD空间分布特征明显,中北部PCP比南部山区偏早1候,PCD自北向南逐渐减小,北部1年中最大降水出现的时间变率较大,且出现极端降水的可能性比中南部大;1961-2010年全区PCD与PCP呈微弱的下降趋势,但近20 a PCD明显增大,PCP显著推迟;PCD与PCP显著正相关,PCP出现得越晚,PCD集中度越高;各地的PCD与年降水量、汛期降水量以及年日最大降水量都有非常好的正相关性,正相关中心区位于北部的惠农、陶乐、中卫,中部的盐池、麻黄山和南部山区的大部,上述地区降水越集中,年降水量、汛期降水量以及年日最大降水量越大,导致洪涝灾害发生的可能性将越大;宁夏汛期降水多雨年各地降水更集中,且大降水中北部大部易出现得早,南部出现得晚;中高纬的北极涛动和低纬的南海季风对宁夏降水集中度有着显著的影响,北极涛动偏弱的年份,南海季风爆发偏早的年份,宁夏各地年降水比较集中。

宁夏春、夏、秋季干旱与降水集中期及集中度的关系

应用宁夏气象台站1961-2010年逐候降水量序列资料,计算了春、夏、秋季3个季降水的集中期、集中度和干旱Z指数,运用趋势分析、相关分析、合成分析讨论了3季的集中期、集中度与旱涝程度的时空变化特征及其相互关系.结果表明:50a来宁夏春夏秋干旱等级均呈加剧趋势,秋季加剧更明显,3季中中部干旱带加剧最严重,南部山区次之,北部最小.春季集中期无明显变化趋势,但集中度有上升趋势,夏季集中期、集中度缓慢下降,秋季集中期、集中度变化不明显;近10a来3季集中度明显增大,春夏两季集中期推迟.春季降水集中度对干旱没有显著影响,但首场透雨出现早晚对干旱影响显著,透雨出现偏早,干旱等级低,反之亦然;夏季集中期对干旱影响不显著,但集中度显著影响干旱,集中度高,雨涝发生概率越大,集中度低,干旱发生概率大;秋季集中期、集中度对干旱都有影响,集中度高,集中期早,雨涝发生概率大,反之干旱出现概率大.

东北降水过程年集中度和集中期的时空变化特征

利用1959—2004年东北81个气象站逐日降水资料分析了东北年降水量、年集中度和年集中期时空分布特征和变化规律。结果表明,东北地区年集中度很大,多年平均值为0.66;年集中期出现的较晚,多年平均值为全年的第40候。东北地区年降水量与年集中度在空间上表现出非常好的正相关性,年降水量越大,降水量越集中,直接导致洪涝灾害发生的可能性将越大,尤其是在相关显著区域。从长期趋势上看,东北地区年降水量、年集中度和年集中期都表现为减少趋势,但3者的趋势在空间分布上表现出较大的地域差异。Mann-Kendall突变检验结果表明,东北地区年降水量与年集中度的年代际变化趋势比较一致,而与年集中期的年代际变化趋势则不太相同。

东北雨季降水集中度和集中期的变化特征

利用203个测站1961～2005年4～10月逐候降水量资料，分析了东北地区雨季降水集中度和集中期时空分布特征及其变化规律。结果表明，东北雨季东部降水较西部更为集中，与年暴雨日数有很好的相关关系，降雨集中期在7月中旬到8月上旬；东北4个区雨季降水在20世纪60年代有不集中的趋势，而后呈集中趋势，到20世纪90年代后期以来变化趋势不明显，这种变化趋势可能与大气系统的强弱变化有关。东北地区的中部区、南部区、西北区雨季降水集中期均经历了趋晚、趋早、趋晚、趋势不明显4个阶段，东部区经历了平稳阶段、趋早、趋晚、趋早4个阶段。各个区转折时间不尽相同。

新疆阿勒泰地区汛期降水集中度和集中期的时空变化特征

利用新疆阿勒泰地区7个台站1961-2007年5-9月(第25-54候)逐侯降水资料,分别讨论全区和各站汛期降水集中度和集中期在时间和空间上的分布特征和变化规律。结果表明:降水集中度(PCD)和集中期(PCP)能够定量表征降水量在时空场上的非均一性。阿勒泰全区汛期降水平均集中度为0.205,平均集中期为第38.12侯。平均集中度空间分布不均匀,东部比西部大;平均集中期基本一致,阿勒泰、福海站比其它站略偏晚。利用Morlet小波变换求出阿勒泰全区及各站PCD和PCP的变化周期,周期在空间分布上表现出较大的地域差异。通过降水距平与集中度和集中期的相关合成分析表明,大部分站的集中度和集中期与汛期降水距平呈负相关;多水年的集中度比少水年小,多水年的集中期比少水年早,但空间分布存在相同和不同之处。

1960—2017年滦河流域降水集中度与集中期时空变化特征

基于滦河流域1960—2017年逐日降水数据,运用Mann-Kendall非参数检验法、Pettitt法、经验正交分解(EOF)等方法,分析了滦河流域降水集中度(PCD)和降水集中期(PCP)的时空变化特征.结果表明:近60a来,滦河流域PCD平均值为0.71,呈显著的下降趋势.PCP平均值为203.3,年内降水多集中在7月22—23日左右,呈现出微弱的下降趋势.PCD在1996年前后发生突变,而PCP的突变特征不明显.近60a来,PCD和PCP变化趋势的空间分布存在明显区域差异.乐亭、唐山、青龙和承德地区PCD的降幅较大且达到了显著性水平,PCP在中游的青龙地区下降幅度较大.EOF分析结果表明:滦河流域PCD和PCP以全区一致型的空间分布为主,流域上游与中下游反向的分布格局次之.滦河流域年降水量与PCP相关性较差,而与PCD具有较好的相关性,其中青龙、乐亭、秦皇岛和唐山等中下游地区都表现出显著正相关,说明滦河流域中下游地区年降水越集中,年降水量和日最大降水量也相应越大,使得当地发生洪涝灾害的概率增大.位于流域上游的多伦和围场地区PCD、PCP与年降水量相关性都不显著,这对于当地的水土保持是相对有利的.

呼伦贝尔不同生态区生长季降水集中度和集中期时空变化特征

基于呼伦贝尔地区16个气象站1961—2016年生长季逐候降水资料,统计分析了呼伦贝尔不同生态区降水集中度(PCD)和集中期(PCP)的时空变化特征及其与干旱发生的关系。结果表明:(1)呼伦贝尔地区PCD与PCP空间分布特征明显,PCD总体表现为由东北向西南递增,PCP总体由西北向东南递减;(2)1961年以来,呼伦贝尔大部分地区PCD和PCP均表现为下降趋势,即整体上降水趋于均匀、最大降水出现时间趋于提前;(3)PCD无明显突变现象,PCP在1978年发生突变;(4)PCD、PCP与干旱灾情发生一致率为牧区>林区>农区,其中牧区PCD、PCP与干旱的一致率均达80%以上,说明牧区干旱发生与降水集中程度关系最为密切。

广东北江流域降水集中度和集中期的时空变化特征

基于广东北江流域分布较均匀的18雨量站1965年-2009年日降水资料,统计出各站各年份降水集中度(PCD)和集中期(PCP)指标,然后基于该指标分析流域降水集中度和集中期多年均值、变化趋势、与年降水量相关性、丰水年枯水年合成分析的空间分布情况,以期研究流域降水年内非均匀分布的时空变化特征。结果表明:(1)降水集中度总体表现为从南向北递减;降水集中期主要表现为中北部的大部分区域较为提前,南部区域较为滞后。(2)大部分区域表现为年降水量随着降水集中度的下降而增加;南部区域年降水量随着降水集中期的滞后而减少,北部区域反之。(3)MK趋势检验表明,流域降水集中度、集中期均主要表现为上升,但不显著。(4)降水集中度空间分布上,丰水年与枯水年比较一致,但枯水年降水集中度更高;丰水年降水集中期差别较大,从流域平均来看,丰水年集中期较枯水年约滞后20天。

桂林市汛期降水集中度和集中期与旱涝关系的研究

利用桂林13站近50a的逐日降水资料,采用近年来气象学者提出的降水集中度和集中期的定义,计算桂林汛期降水集中度和集中期,对其统计特征进行分析,结果表明:降水集中度最大值为0.59,最小值为0.12,平均值为0.33,年际变化大,有10a的变化周期;降水集中期出现在汛期第5旬到第8旬之间的年份占76%。对集中度大值年和小值年进行对比分析,得出汛期降水量偏多时,集中度偏大容易造成洪涝灾害,集中度偏小则降水较均匀,不利于洪涝的形成。多水年和少水年降水集中度的空间分布明显不同,多水年的集中期明显比少水年偏迟。

19612019年大渡河流域降水集中度、集中期特征及径流响应研究

基于大渡河流域19612019年逐日降水资料及19612010年大渡河出口铜街子河段径流资料,计算流域内降水集中期、集中度和径流系数,运用经验正交函数(EOF)、交叉小波变换等方法分析了集中期、集中度与径流的时空变化特征及相关关系。结果表明:(1)大渡河流域19612019年年均降水集中期和集中度的空间分布总体呈现上游向下游递增的变化趋势。(2)降水集中度在19761990年有明显增多趋势,1990年后增多趋势减缓;下游区域降水集中度标准差数值高,降水集中期在1990年以前存在显著的“上游早下游晚”的时间差异,但1990年以后时间差异逐渐缩小。(3)19612010年大渡河年径流系数呈弱递增趋势,降水集中期、集中度与径流量均有较好的时滞关系。

河北省汛期降水集中度和集中期时空特征分析

基于河北省1965—2015年25个典型气象站汛期(6—9月)逐日降水资料,利用小波分析、Mann-Kendall法和合成分析法对降水集中度(PCD)和集中期(PCP)时空变化特征进行分析。结果表明:(1)PCD值为0.18~0.56,PCP值为47.26°~194.70°,汛期最大降水集中在7月上旬和中旬;PCD和PCP均存在35 a左右的主周期和20 a左右的次周期;近50年,PCD和PCP均不存在突变年份。(2)PCD由东南向西北方向递减;河北南部PCP由东北向西南逐渐推迟,河北北部PCP由承德地区向东西两个方向逐渐推迟。(3)多水年和少水年PCD的空间分布均由东南向西北递减,但多水年的PCD高值区多于少水年;多水年和少水年PCP空间分布较一致,河北南部PCP由中部地区向南北两侧逐渐推迟,河北北部PCP由丰宁和围场向东西两侧逐渐推迟,但少水年比多水年PCP时间范围更长,空间差异更大。(4)从相关分析来看,汛期降水量与全省PCD具有较好的正相关性,仅与承德、涉县、清河和馆陶的PCP存在较好的负相关性。