中国区域1961~2010年降水集中指数（PCI）的变化及月分配特征

降水的年内变化（月分配和季节变化）对农作物生长、水资源利用及管理具有重要意义,同时也是增暖背景下水循环发生变化的关键过程之一。降水集中指数（PCI,Precipitation Concentration Index）能较好的表征降水的年内集中程度,被广泛应用于相关研究。本文利用中国583个站点1961~2010年的逐月降水和气温观测资料,对中国及各典型区域的PCI进行了计算分析,研究了PCI的气候特征、变化趋势、降水月分配变化及PCI与气温季节较差的关系。结果表明,我国PCI的气候态呈现出由东南向西北逐渐递增的空间分布格局。湿润区PCI在11~17之间,年内降水较为均匀;半湿润区PCI为17~24;半干旱区PCI在24~27之间;而干旱区PCI则由27至47不等,降水集中程度较高。除华南地区外,1961~2010年间全国大部分地区PCI均呈现显著的下降趋势,并于1980年前后发生跃变,降水集中程度大幅降低,其中西北西部地区PCI下降速率最大,为-2.47（10 a-1）。华南地区PCI的变化则具有明显的阶段性特征,2003年以前呈弱的下降趋势,但2003年PCI发生突变,降水集中程度大幅增加。对典型区域的比较发现,干旱半干旱区和青藏高原降水集中程度的降低主要表现在夏季降水占全年总降水量比例的减小;而湿润区PCI和降水月分配的变化则存在明显的区域性差异,其中西南地区8~12月降水占全年降水的比例减少,而长江中下游及华南地区春秋季降水占全年降水的比例减小,冬夏季降水所占比例增大。

我国西南地区1963年-2012年降水集中指数的变化特征

本文选取1963年-2012年我国西南地区102个站点的日降水资料,计算了各站点50年降水集中指数(Precipitation Concentration Index,PCI),分析了西南地区PCI变化趋势及时空分布特征.结果表明:西南地区的PCI大值分布在西南-东北一线,逐渐向西北、东南递减,川东北和四川盆地降水集中最明显;西南地区西北部的PCI值50年内呈下降趋势,东部和南部呈上升趋势,西南地区PCI大值区的范围在扩大,川东北降水集中趋势最明显;西南地区降水量总体呈减少趋势,在降水集中度增大的同时,旱涝灾害风险也增大,这一变化特征自本世纪以来尤为突出;PCI和PCI距平的空间分布都存在明显的年代际变化特征,西南地区60年代、70年代、80年代和90年代、本世纪初的PCI距平总体呈正-负-正-负的变化.典型站点巴中年降水量和PCI均增大,与近年来洪涝灾害多发相吻合.

松辽流域降水集中指数的时空变化特征

为了科学防控松辽流域旱涝灾害,利用1961—2017年松辽流域196站逐日降水资料,以候为时间尺度计算降水集中指数(PCI),采用趋势分析、合成分析、Mann-Kendall检验等方法分析该流域及各子流域PCI的时空变化特征。结果表明:松辽流域降水集中程度较高,PCI平均为7.1;PCI及其标准差均呈东低西高的空间分布格局,且在多、少雨年PCI差异较大,少雨年降水普遍集中,多雨年则降水相对均匀,表明西北部PCI高值区发生干旱的概率较大,尤其在少雨年表现得更为突出。近57 a来,松辽流域PCI存在明显的年代际变化特征,流域北部和东部PCI整体呈显著下降趋势,且整个流域和额尔古纳河子流域的PCI发生显著突变,突变年份分别为2003年和1991年,且突变后的变差系数有所增大。近年来,尽管松辽流域PCI处于偏低阶段,但突变后变差系数的增大说明降水的不稳定性增强,旱涝发生的概率增大,易出现降水极端集中的年份。

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。

四川盆地降水集中指数年代际突变分析

为探究四川盆地年降水量集中度的变化问题,利用CN05.2降水观测资料,考察1961-2010年四川盆地降水集中指数的时空分布,并通过滑动T检验法分析四川盆地降水集中指数（PCI）的年代际波动特征。结果表明四川盆地PCI值介于12-17,降水具有季节性集中的特征;大值中心位于盆地西北部,盆地西部的PCI值明显大于盆地东部。四川盆地PCI在近50年呈现出并不显著的减小趋势,具有明显的年际和年代际变化特征。四川盆地东部和西部在1961-2010年几乎同时出现了2次年代际突变,分别出现在20世纪70年代末和80年代末。干湿季降水的反位相变化引起了四川盆地PCI的这2次年代际突变,年内降水月分配的变化问题值得引起关注。

淮河流域降水集中度和集中指数年际变化分析

利用定义的年降水集中度和时段集中指数,研究了淮河流域1961—2015年降水年内分布非均匀性的年际变化特征。分析发现,淮河流域年内降水分布不均,且降水季节较为集中;年降水集中度呈增大趋势,自1990年后波动性明显增大。对季节和月份的降水集中指数的变化进行MK趋势检验分析,发现多数平均集中指数为正的月份(5—8月份)仍然呈增大趋势,多数平均集中指数为负的月份(4月份和10月份)仍然呈减小趋势,只有1个月(11月份)变化趋势相反。季节集中指数的变化和月份类似,平均为负的春季和秋季集中指数呈减小趋势,平均为正的夏季集中指数呈明显的增大趋势,冬季集中指数相对稳定。总体而言,淮河流域年内月和季节的降水集中指数变化趋势加剧了降水分布的两极化,表现出"干愈干,湿愈湿"的时相变化特征。

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。

长江流域汛期降水集中程度和洪涝关系研究

运用新定义的降水集中度和集中期分别讨论了我国长江流域不同地段汛期降水在时间和空间上的分布特征和变化规律 .结果表明在对长江流域旱涝灾害研究方面 ,降水集中度和集中期能够定量地表征降水量在时空场上的非均匀性 ,提取出最大降水重心对应的时段 ,因此可以比较理想地分析旱涝灾害发生的基本特征及其形成机制 .

青海省近50年降水集中性的时空变化特征研究

基于青海省28个气象站1963～2012年的逐日降水资料,计算了各站点逐年的月降水异质性指数和降水集中性指数。在此基础上,分别采用Mann-Kendall非参数统计检验法和Sen’s坡度检验法检测了两种降水指数时间上的变化趋势,同时采用反距离权重插值法分析了青海省两种降水指数空间上的分布规律。结果表明,青海省年均月降水异质性指数为15.5～35.4,年内降水分配呈现出较高的不规则性;而年均降水集中性指数为0.58～0.65,低于全国其他区域;大部分站点的月降水异质性指数和降水集中性指数均呈减少趋势,青海省降水分配趋于均匀化,由此验证了青海省正向暖湿转型。

降水集中度的变化特征及影响因素分析——以山西为例

基于山西14个站点1957—2014年逐日降水资料,计算年尺度与多年尺度下的降水集中指数(CI)和极端降水指数(R_(95p)和R_(99p)),利用统计方法,研究了山西降水集中度的时空变化和影响因素。结果表明,CI值与R_(99p)显著正相关,CI值增大则发生极端强降水几率增大。多年尺度CI值体现出明显的纬度地带性和较大的局地空间差异。受温带大陆性季风气候控制,山西省降水CI值介于0.59~0.64,相对亚热带地区较小,且变化范围较小。总体上年尺度CI值呈下降趋势,五台山、右玉、五寨、运城等站点下降趋势显著。盆地区域较高山高原区的CI值更大且下降趋势不显著,更易于发生极端降水事件。较高的高程和较大的变幅可增强高程对CI值的影响。太平洋年代际振荡(PDO)与年尺度CI值显著负相关。PDO冷位相时期,西太平洋副高西进、偏强,CI值偏高,发生极端强降水的可能性增大。本研究揭示了自然地理条件和海-气相互作用对区域尺度降水集中度存在复杂的影响。

1960～2011年中国日降水集中程度的时空变化特征

利用1960~2011年的日降水资料,计算降水集中指数(Concentration Index,CI),分析中国区域降水集中程度的空间分布及时间变化特征,得到以下主要结论:CI指数可有效描述我国日降水集中程度;我国CI指数介于0.575与0.750之间,平均为0.652,总体呈现出东部大、西部小,夏季大、冬季小的特征;44.17%站点的CI指数表现出增加趋势,55.83%的站点表现出减少趋势,其中10.36%站点的变化趋势通过95%信度水平的显著性检验,CI指数显著增大的站点主要分布在西北、华中和西南地区,显著减小的站点主要分布在东北、华北、东南沿海及青藏高原东部等地区;3~5年是各子区域CI指数变化的主要周期,与对应区域降水量的变化周期较一致;1970年左右和2000年左右是显著周期性变化出现较集中的时间段。

1960—2018年辽河流域日降水集中程度分析

基于1960─2018年的日降水资料,计算辽河流域降水集中指数(CI),分析日降水集中程度的时空特征。结果表明:降水集中指数CI可以有效描述辽河流域降水集中程度,辽河流域年CI指数平均为0.67,降水集中程度总体呈现出东部和西部低、南部和北部高的鞍型空间分布特征;夏季降水集中程度最高,各站点季平均CI指数为0.65,空间分布与年分布较一致,冬季平均CI指数最低,为0.60,由东南向西北递减;研究时段内年CI指数表现为不显著的减小趋势,其中东部区域减小的趋势最大;各子区域年CI指数平均变化周期为3 a左右,其中1985年以前,变化周期较短,在2 a左右,1985年以后,变化周期超过3 a。

1961-2015年海东市降水集中度的变化及月分配特征

降水的年内变化(月分配和季节变化)对农作物生长、水资源利用及管理具有重要意义,同时也是增暖背景下水循环发生变化的关键过程之一。降水集中指数(PCI,Precipitation Concentration Index)能较好的表征降水的年内集中程度。本文利用海东市5个气象站点1961-2015年的逐月降水观测资料,对海东市的PCI进行了计算分析,研究了PCI的气候特征、变化趋势和降水月分配变化。结果表明,海东市PCI的气候态呈从东南向西北方向逐渐减小,变化趋势自东向西逐渐增加的分布格局;近55年来海东市PCI整体表现为减小趋势,减小速率为0.07/10a;海东市降水集中度的降低主要源于4、7~8、10~11月份MPAP的减少而其他月份MPAP的增加,且其各月降水量变化的线性趋势与MPAP一致,为该地区春末夏初干旱的缓解提供了有利背景但却加大了春初、夏秋季中到末期干旱和夏初涝的可能性。

1961—2014年江苏省降水集中度的非均匀性特征

基于江苏省66个站点逐日降水观测资料,利用降水集中度指数PCD和Q,分析了1961—2014年江苏省降水集中度的非均匀性特征。结果表明:1)江苏省降水集中度指数PCD和Q的历年平均值分别为0.416和0.353,PCD年际变化较大,多年呈减小的趋势,而Q的年际变化较小,呈增大趋势,但PCD和Q的多年变化趋势均较小。2)全省从北部到南部降水集中程度逐渐减小,即江苏省北部地区降水比南部地区集中,但前者的降水集中时段较后者略晚。3)多水年的降水集中度指数PCD比少水年大,即多水年降水比少水年更集中,而Q值在多水年和少水年差别不大,甚至少水年降水更集中。4)降水集中度指数PCD和Q在多水年和少水年的空间分布均呈现"北高南低"特征,无论多水年还是少水年,江苏省北部地区降水均比南部更为集中。

河南省集中降水时段中期天气分析

2003年8～9月、2004年7～8月河南省降水异常偏多.利用1985～2004年7～9月历史候图格点资料,对2003、2004年7～9月逐候500hPa图和同期历史平均图进行对比分析,同时对影响2003、2004年7～9月集中降水时段的500hPa图上中高纬度形势场、西太平洋副热带高压活动、西风环流指数、强集中时段的暴雨出现的环流特征等进行分析.结果表明:河南省集中降水时段出现在长波调整期;极涡中心从东欧北部东移或从北美洲北部西退预示着河南省降水时段开始,且极涡中心在中西伯利亚高原北部稳定,使降水时段维持;副高脊线的进、退和脊线稳定在28°N附近是降水稳定维持的条件;亚洲中纬度西风偏弱、东风偏强是产生强降水的条件;集中降水时段出现在低环流指数的波动期.

信江流域洪涝指数及其预报

采用逐日资料，把定性的降雨集中期在时间上和雨量上进行了量化，形成普遍适用的算式，并提出了雨量集中期的集中度的算式，进而建立了把雨量集中期、集中度与洪涝程度密切联系在一起的单站洪涝指数。在此基础上确定了流域雨量集中期、集中度及信江流域洪涝指数。最后，对信江流域洪涝指数作了预报试验。

内蒙古地区近53a降水格局的时空变化特征

利用我国内蒙古地区1960-2012 年46 个气象站点的逐日降水数据,分析了该地区降水格局的分布特征,并采用Mann - Kendall 趋势检验法探求了降水格局年际变化趋势的显著性.结果表明：①研究区降水集中性指数为20. 8 ～38. 6,全区年内降水分配极不规则,大部分站点的降水集中性指数呈减小趋势;②10 mm 以下的降水是研究区最主要的日降水类型,中等强度降水呈增加趋势,而强降水呈减少趋势;③历时1 ～ 2 d 的降水是研究区最主要的连续降水类型,中长期连续降水呈减少趋势;④历时1 ～10 d 的无雨期是研究区最主要的连续无雨期,但近50% 的无雨日集中在30 d 以上的连续无雨期,较长持续日数的连续无雨期呈减少趋势.

近50年江苏省月降水分配格局的时空变化特征

利用江苏省52个气象站1961~2012年逐月降水数据,计算了降水集中性指数(PCI)和各月份降水贡献率,探讨了研究区月降水分配格局的时空变化特征。结果表明:(1)江苏省年内降水分配呈现出较强的不均匀性,年降水量主要集中于夏季的7月份,其中苏北地区的降水集中性要明显高于苏南。(2)基于K-means聚类分析,研究区可以划分为苏西北、苏中北、苏南这3个具有不同PCI演化特征的子区域,其中苏西北地区PCI的减少趋势最为显著,而苏南地区PCI的2~6 a周期性振荡最为显著。(3)近50 a研究区不同月份降水贡献率呈现出明显的季节性差异,突出体现在冬季降水贡献率的显著增加和秋季降水贡献率的显著减少。

湖南紫鹊界梯田自流灌溉系统降水条件

为了全面认识湖南紫鹊界梯田系统的水循环机制,从降水条件的视角出发,基于紫鹊界地区及周边共11个气象站的1986—2015年降水序列数据,运用集中度、标准化降水指数等方法从降水量、降水年内分配、干旱频率等方面开展对比分析,以揭示紫鹊界地区梯田稻作自流灌溉系统所拥有的独特的天然降水条件.结果表明:紫鹊界地区3个气象站多年平均降水量达1638.7 mm,比外围8个站平均高出177.4mm,其中夏季(6—8月)平均降水量为675.1mm,比外围8个站平均高出122.4mm;紫鹊界3个站旬降水序列的平均集中度为0.373,明显高于外围8个站的平均值0.354,夏季是紫鹊界地区降雨的主要优势时段,多年平均降雨高峰为6月中旬,晚于外围8个站的6月上旬或5月下旬;紫鹊界地区5—8月的3个月时间尺度干旱频率有“先小后大”的特征,其中5月和6月的3个月时间尺度干旱频率明显要小于全区平均值,7月和8月要大于平均值;6月上旬—8月中旬是紫鹊界梯田灌溉的主要时期,紫鹊界地区降水年内分配、多年平均干旱频率分布特征等与紫鹊界梯田的水稻生长期形成良好的匹配关系,降水是紫鹊界梯田自流灌溉系统的重要自然支撑条件.

ECMWF高分辨率模式降水预报能力评估与误差分析

利用2015—2017年6—8月ECMWF高分辨率模式(ECMWF-Hi)的加工产品,结合我国2400多个国家级气象站逐小时降水观测资料,对ECMWF-Hi产品24h降水预报的准确度、集中度和相关性进行了评估,并与ECMWF集合预报模式(ECMWF-EPS)24h降水预报产品进行比较。为更好地描述预报的集中度,避免单纯用标准差比或平均值比刻画预报集中度的缺陷,建立一个综合标准差和平均值的R指数,用之定量描述模式预报的集中度。结果表明:(1)ECMWF-Hi在均方根误差的检验方面并未表现出优势;而分辨率较低的ECMWF-EPS集合平均预报误差最小。(2)ECMWF-Hi对研究区域降水预报的集中度的整体描述较为准确,离散度与观测较为相似,预报期望也与观测降水的期望最接近,ECMWF-Hi比ECMWF-EPS的集合控制预报与集合平均对观测降水集中度的刻画较为准确。(3)研究区域内各站点R指数分布表明,ECMWF-Hi与ECMWF-EPS控制预报、平均预报相比,对平均值预报不足的站点较多,且这些站点的预报集中度普遍大于观测,ECMWF-Hi的降水预报更接近观测降水。(4)评估应用结果表明,R指数不仅能定性评估模式的集中度,也可定量描述集中度大小。