Climatic trends of different intensity heavy precipitation events concentration in China

Based on 740 stations of daily precipitation datasets in China, the precipitationconcentration degree （PCD） and precipitation-concentration period （PCP） of different intensity durative precipitation events were calculated to analyze their statistical characteristics, mainly including spatial and temporal distributions, variations and climatic trends of the two parameters of the durative heavy precipitation events in China. It is proved that these two parameters of heavy rainfall can display the temporal inhomogeneity in the precipitation field. And it is also found that there is a good positive relationship between the precipitation-concentration degree and annual rainfall amount in the Eastern and Central China. This method can be anolied in flood assessment and climate change fields.

秦淮河流域降水汛期分配不均匀性分析

为探究秦淮河流域汛期降水不均匀性,本文以秦淮河流域内16个气象站点1978—2019年汛期逐日降水资料,利用反距离权重插值、气候倾向率、SPSS相关分析等方法对秦淮河流域汛期降水集中度P_(CD)和集中期P_(CP)进行分析。结果表明,1978—2019年,秦淮河流域汛期P_(CD)为0.09~0.57,呈不显著增加趋势,总的分布特征是中游高上下游低;P_(CP)波动范围为18.5~21.5旬,呈不显著延迟趋势,地域差异较小;汛期降水量与P_(CD)在流域内表现出一致正相关,而与P_(CP)基本呈负相关。多水年和少水年P_(CD)和P_(CP)空间分布差异较大。研究结果可为秦淮河流域洪涝灾害防治提供依据。

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。

Combination patterns of precipitation and its concentration degree determining the risk of dengue outbreaks in China

The amount and distribution of precipitation can determine dengue risk by affecting mosquito breeding;however,previous studies failed to incorporate this bivariate characteristic to examine dengue fever transmission.In the present research,nationwide data on daily dengue cases in China between January 2005 and December 2020 were obtained,and the top 12 cities accounting for 78%of total cases were selected for analysis.Precipitation patterns were quantified by weekly precipitation and precipitation concentration degree(PCD).On the basis of the combinations of both parameters,the exposure-response relationships of precipitation with dengue risk were established using generalised additive models,and the high-dengue-risk thresholds of precipitation patterns were further identified.Dengue burden was assessed by calculating attributable dengue cases.For the same amount of precipitation,the dispersed precipitation in the pre-summer rainy season leads to a higher dengue risk in autumn.The weekly precipitation of 100-150 mm and PCD of 0.2-0.4 constitute the highest risk scenario,and the average frequency of precipitation associated with dengue risk in 2013-2020 is 1.6 times higher than that in 2005-2012.A total of 3093 attributable dengue cases are identified.From 2005 to 2020,the amount of dispersed precipitation increased in southern and southwestern China and posed high dengue risks in central China.This study has improved the understanding of the health impacts of irregular rainfall under climate change.Our approach to identifying thresholds provides information for early warning systems and helps reduce the risk of dengue transmission in the long run.

高度城市化地区的降水集中度研究——以长三角城市群为例

在全球变暖和人类活动的背景下,降水在年内分布上发生了比较大的变化,对人民生产生活产生了巨大的影响,这一影响在城市化较高的地区尤为明显。基于多源降水数据(降水产品数据和气象站点数据)和夜间灯光数据,选定中国的长三角城市群作为研究区域,将基尼系数(Gini Index,GI)作为降水集中度的指标,利用Theil-Sen Median斜率估计和Mann-Kendall显著性检验进行趋势分析,最后通过相关性分析探究城市化程度与降水集中度的关系。研究结果表明:(1)CHIRPS(Climate Hazards Group InfraRed Precipitation with Station Data)数据计算得到的GI与站点数据结果的均方根误差为0.036,远小于CMFD数据(0.067)和MSWEP数据(0.083)的结果,表明CHIRPS数据具有最佳的适用性;(2)长三角城市群的降水不均匀性从南向北逐渐增加,并在城市群中部和西部呈现出显著上升的趋势,研究区域内的降水年内分布将会朝着集中分布的方向发展,极端降水事件出现的可能性增加;(3)城市化对降水集中度主要起到促进作用,城市的快速发展使得降水不均匀性增强,并且在城市群内的南京市、无锡市和镇江市等地区更为显著,更有可能发生城市内涝等灾害。研究对于城市的防洪设计、城市道路排水管道的设计和城市防洪应急响应预案的编制具有参考意义。

Analysis on Change Characteristics of PCD and PCP in Beijiang River Basin

Based on the daily precipitation data between 1965 and 2009 from 18 rainfall stations in Guangdong Beijiang River basin and the definitions of Precipitation Concentration Degree(PCD) and Precipitation Concentration Period(PCP),the inhomogeneous distribution characteristics of interannual precipitation were analyzed by introducing the spatial distribution of annual mean values,variable coefficients,correlation coefficients between annual precipitation,change trends and composite analysis. The results showed that(1) PCD mainly decreased from south to north in spatial distribution; PCP was earlier in most of north-central basin,but relatively later in southern basin.(2) Annual precipitation would increase if PCD decreased in most of river basin,and annual precipitation would decrease as PCP lagged in southern basin,but the change trend was the opposite in northern basin.(3) PCD and PCP mainly showed insignificant upward trend in the entire basin by Mann-Kendall test.

1956—2016年中国年降水量及其年内分配演变特征

为分析中国降水时空演变格局,本文在月尺度上对水利部门与国家基本气象站的降水量监测数据进行融合,针对融合后的4177个站点,使用趋势分析、突变检验和年内分配向量法等方法分析了集中度、集中期和最大4个月累积降水量占全年之比等多个指数的分布格局,分析了1956—2016年中国年降水系列的趋势性和突变性特征,以及降水年内分配过程的时空演变。主要结论如下:①中国降水时空分布不均,自东南到西北,年降水量总体递减,降水年内分布集中度递增;站点年降水量序列的变化趋势呈现较强的地带性,自东南到西北呈“增—减—增”的3个条带;显著增加条带分别位于东南和西部地区,显著减少的条带位于中部,从东北地区向西南绵延至边境;年降水序列的趋势性变化大多伴随着突变,发生在20世纪80年代的站点最多。②沿200 mm和400 mm年降水量等值线,中国北方出现1个“汛期降水减少”条带,但其时间尺度效应较强;在月尺度上,站点汛期降水占比下降,非汛期降水占比增加;而在日尺度上则相反,连续3~7 d累积降水量的波幅加大,表明降水事件的极端程度在增强。③降水序列变化与径流的同步性较好,中国西北和东南地区年降水量呈增加趋势,典型水文站的还原径流量同步增加;年降水量显著减少、且最大4个月累积降水量占比指数减少超过10%的区域集中在北方的辽河、海河与黄河流域等非湿润区,相应水文断面的还原径流量显著减少。

Analysis of Intra-annual Heterogeneous Characteristics of Precipitation in Shaoguan City

Based on the daily precipitation data between 1965 and 2009 from 8 rainfall stations in Shaoguan City,the indexes of precipitation concentration degree（ PCD） and precipitation concentration period（ PCP） were calculated. And then inverse distance weighted（ IDW） interpolation method was used to analyze the heterogeneous distribution characteristics of inter-annual precipitation by introducing the spatial distribution of annual mean values,variable coefficients,correlation coefficients with annual precipitation,change trends and composite analysis. The results showed that PCD was mainly decreasing from southeast to northwest in spatial distribution,long-term average annual values of PCP were distributed in the first ten days of June at most region. Annual precipitation increased as PCD increased in southern region,but the change trend was the opposite in northern region. Annual precipitation increased as PCP lagged in most region. PCD and PCP mainly appeared upward trend. Composite analysis of PCD in more-precipitation years was similar to less-precipitation years in spatial distribution,but the PCD in less-precipitation years was higher.Seen from the mean in the whole region,PCP in more-precipitation years lagged about 20 days behind those in less-precipitation years. The research can provide basis for the production of agriculture and industry as well as disaster prevention and reduction.

1967—2017年新疆降水分配时空特征研究

利用新疆全域50个站台1967—2017年逐日降水资料,通过对降水集中度与集中期的计算,分析新疆降水年内分配的不均匀性。结果表明,研究时段内北疆多年平均降水日数大于50 d,西部、北部山区可达90 d,南疆仅西部、北部沿天山地区达30~50 d,南疆其余区域及东疆均小于20 d;新疆降水量呈现增加趋势,降水日数及降水强度均有所增加;降水变异系数与多年平均降水量呈负相关,即降水越多的区域,年际差异越小,全疆降水变异系数在0.20~0.65,呈由北向南递增态势;全疆降水集中度在0.17~0.78,自北向南增大,降水分配趋于集中,且研究时段内降水集中度以0.011/10 a速度降低;全疆降水集中期在6月中旬至8月初,自西南向东北推迟,南疆最先进入集中降水期;在典型年中,南北疆的变化以降水强度为主,东疆以降水日数变化为主;新疆降水存在显著周期,现在阶段处于25~32年的降水偏少周期,且处于降水集中度由低向高转变的交替过程中。

长江流域降水集中突变特征及其遥相关因子分析

降水时域集中特征研究对流域抗旱防涝至关重要。基于长江流域1960~2020年气象站点降水数据计算降水集中度(PCD)与集中期(PCP)指数,采用滑动t检验、交叉小波变换与小波相干分析等方法,检测降水集中指数序列突变点,分析突变前后降水集中程度时空变化特征,并揭示降水集中指数对遥相关因子的响应。结果表明:①PCD与PCP突变节点约为1988年,突变前后PCD和PCP空间上皆大致呈由东南向西北递增的趋势,突变后流域年内降水分配趋向于均匀坦化且集中期提前。②PCD、PCP与太平洋年代际振荡(PDO)、北极涛动(AO)、厄尔尼诺(ENSO)、太阳黑子(SS)存在共振周期,其中PDO和ENSO与PCD和PCP共振相互作用更加显著,表明该遥相关因子可能是导致长江流域降水特征突变的重要因素之一。研究成果可为长江流域灾害防治、生态保护、水资源管理等工作提供技术支撑。

1961—2016年果洛天然牧草生长季降水时空变化

为详细突出反映牧草生长季降水时空变化特征,以及降水和天然牧草生长、降水及旱涝之间的关系,采用目前最先进和简便的方法对果洛牧草生长季的侯降水时空分布以及和牧草、旱涝之间的关系进行了研究。结果表明:(1)果洛主要降水时间段分为1961—1969、1970—1979、1980—1991、1992年以后;从空间上看,降水从东南至西北呈减少趋势明显,最多降水量分布在久治,最少分布在玛多,最多降水量是最少降水量的2.3倍,中部地区降水量接近最多降水和最少降水量的平均值;(2)牧草产量与平均气温、降水量之间存在显著的正相关,与日照时数存在显著的负相关;(3)明显高于PCD趋势线的阶段和发生暴雨洪涝高频次时段相吻合,明显高于PCP趋势线的阶段和干旱发生高频次的时段相吻合。

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。

1981—2022年福建省降雨集中度和集中期时空变化特征分析

为研究福建省降雨集中度和集中期时空分布特征和变化规律,利用福建省内25个气象站点1981—2022年的逐日降雨量资料,根据降雨集中度和集中期模型,采用克里金插值法和Mann-Kendall非参数检验法和小波分析等方法研究福建省降雨集中度和集中期的时空分布规律。结果表明:福建省降雨集中度空间分布呈现由西北向东南递减特征,降雨集中期空间分布由东北向西南递减,集中期较早,长期趋势上看集中度表现为上升趋势,集中期表现为下降趋势,集中度和集中期在20世纪90年代末发生突变,集中度和集中期都存在26年左右的显著周期,在1995—2010年存在10年左右的相同周期。1981—2022年福建省降雨集中度缓慢增加,集中期提前,预计未来福建省降雨有趋于集中的态势,应重点防范夏季降雨造成的洪涝灾害。

中国强降水过程时空集中度气候趋势

基于日降水资料序列提出一种度量不同强度降水过程时空集中程度的指标,根据中国740个气象站逐日降水资料研究分析了我国强降水过程集中度和集中期及其相关统计特征,结果表明暴雨过程年内集中度与年降水量正相关区与中国降水空间分布有很好的一致性;在对大范围洪涝灾害研究方面,暴雨过程年内集中度和集中期在定量地表征降水量在时空场上的非均匀性时有更高分辨力;暴雨过程年内集中度比较清晰地反映出长江流域、江淮地区洪涝增加的趋势及黄河中下游、华北强降水减少的趋势。该方法可直接应用到评估水旱灾害及其气候影响等领域。

东北地区降水年内分配的不均匀性

利用东北地区93个台站1961-2005年的逐日降水资料,通过降水集中度和降水集中期,讨论了该地区降水的年内分配不均匀分布特征。结果表明,东北地区的降水集中度自东南向西北逐渐递减;集中期具有南北高中间低的变化特点。从长期趋势上看,降水集中度的减小趋势显著,在该地区的东北部和西北部各有一个趋势明显的区域(通过0.05的显著性检验),但集中期的减小趋势不显著,只有2个台站通过显著性检验。年降水量与降水集中度和降水集中期的相关系数表明:东北地区年降水量与降水集中度呈显著的正相关,即年降水量越多(少)的地区,年内降水越集中(均匀);年降水量与降水集中期的关系并不显著。

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.

华北雨季降水集中度和集中期的时空变化特征

运用新定义的降水集中度和集中期,讨论了我国华北地区雨季降水在时间上和空间上的分布特征和变化规律。结果表明,华北东部地区的降水较西部更为集中;集中期较晚,华北地区雨季降水集中期空间分布有较好的整体一致性;从长期趋势上看,集中度、集中期和雨季降水量都呈显著的下降趋势,但三者在空间上则表现出较大的区域差异,发生突变的时间都集中在20世纪70年代末至80年代初。集中度和集中期周期振荡不一致,但二者和雨季降水量在一定时间内存在相同周期;华北地区的降水量与集中度和集中期存在一致的正相关性,采用合成分析方法,华北地区多水年和少水年降水集中度的空间分布有明显的不同。青藏高原北部到蒙古高原的低压可能是影响华北降水集中度的最重要因子。华北地区雨季集中期和雨季降水量与东亚夏季风具有较好的正相关关系,华北北部地区为集中期与东亚夏季风的显著相关区。

近46年辽宁省降水集中程度研究

利用辽宁省25个台站1960—2005年逐候的降水资料,运用降水集中度和集中期分别讨论了辽宁省降水时空分布特征和变化规律,同时对多水年和少水年的集中度进行了比较。结果表明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一性,降水集中度平均为0.655,最大为0.749,最小为0.509;集中期平均为40.953候,最大值为45.221候,最小值为37.697候。年降水集中度和汛期降水集中度均呈减小趋势,汛期降水集中度减小的趋势明显。降水集中度的EOF分析显示取前3个特征值对应的特征向量可解释70%以上的方差。第一特征向量表现为全省一致性,而第二特征向量表征为东南与西北地区的反相,第三特征向量表征为东部山区与西部和沿海地区的反相。多水年的降水集中度明显比少水年的偏大且多水年的降水集中度分布较少水年复杂。

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。

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。