气候变化背景下京津冀极端高温事件变化特征研究

基于京津冀地区174个气象台站1981—2020年逐日最高气温、最低气温数据资料，统计计算了京津冀地区极端高温事件相关指标(极端最高温TXx、高温日数Htd和闷热日数Swd),利用多种统计方法分析了京津冀地区近40年极端高温事件的时空分布特征，并探究了在气候变化背景下两个典型年代Htd和Swd的空间变化情况。结果表明：(1)近40年年极端最高温(TXx)、高温日数(Htd)和闷热日数(Swd)均呈上升趋势，京津冀地区极端高温事件强度增强、频次增加，并且年代际呈波动变化特征。(2)京津冀地区极端高温事件主要集中发生在6—8月份，其中TXx和Htd主要发生在6、7月份，Swd集中发生在7月份；冀北山区的高温、闷热日集中发生在7月份。(3)京津冀地区高温日和闷热日初(终)日呈提前(显著推迟)趋势，高温和闷热日更早发生且持续时间更长、同步性增强。(4)京津冀地区极端高温事件多发生在南部，TXx和Htd空间分布均呈南高北低的分布特征，Swd呈东南高、西北低的分布特征；极端高温事件显著增加的地区主要集中在经济人口发展较快的北京、天津和石家庄三个大城市。(5)M-K突变分析发现京津冀地区极端高温事件...     

云南极端霜冻气候事件的气候特征及环流背景分析

利用云南124个气象站逐日最低气温和天气现象(霜)资料,计算最低气温低于-5℃的站点数占全省总站数的比例,定义站点比例超出25%的霜冻事件为云南极端霜冻气候事件。分析了云南极端霜冻气候事件的气候特征及环流背景。结果表明,云南极端霜冻事件发生前气温偏低,云量偏多;霜冻发生时夜间晴朗,辐射散热强烈,气温再度下降。这种霜冻属于混合霜冻或称为平流辐射霜冻。极端霜冻气候事件发生的主要原因之一是高空冷平流与底层冷高压控制下夜间晴空辐射冷却降温。发生时空气湿度较发生前小,空气相对干燥。     

石家庄市极端气温指数变化特征及城市化影响

利用石家庄市16个县气象站和石家庄市区气象站(简称石家庄站)1972-2012年的逐日最高、最低气温资料,采用线性趋势、Mann-Kendall突变检验方法分析了石家庄市极端气温指数的时空演变特征及城市化对石家庄站极端气温指数趋势变化的影响。结果表明:石家庄市极端高温事件多发中心位于石家庄站及西南部地区,极端低温事件多发中心位于东北部地区;大部分站点极端低温事件呈减少的变化趋势,而极端高温事件则呈增多的变化趋势。在年代际变化上,石家庄市的冷夜日数和冷昼日数总体上呈减少的趋势,而暖夜日数和暖昼日数则呈明显增多的趋势。除了冷昼日数突变不明显外,其它极端气温指数均在1990年前后发生了突变。城市化使得石家庄站冷夜日数和冷昼日数显著减少,暖夜日数和暖昼日数显著增多,四季中春季的冷昼日数和暖昼日数城市化影响最明显,夏季的暖夜日数城市化影响最明显,而冷夜日数的城市化影响在冬季最明显,且夜间和白天极端气温指数城市化影响程度存在明显差异,这可能与城市热岛效应的非对称性有关。     

黑龙江省冬季极端寒冷指数的构建及年代际变化研究

利用1961—2020年黑龙江省冬季逐日气温资料,以连续5 d日平均气温低于一个标准差来判定极端冷事件,进而利用冷事件的持续天数和气温累计距平构建冬季极端寒冷指数(Extreme Cold Index of Winter,ECIW)。在此基础上深入研究了ECIW的年代际变化特征及其环流差异。结果表明：近60 a来黑龙江省ECIW呈显著上升趋势,且在1987年前后发生了年代际突变,突变后冬季冷事件强度显著减小。回归分析表明,突变前的1961—1985年,当ECIW强度偏强时,环流呈现北极涛动负位相和弱的欧亚遥相关型正位相分布特征,西北高东南低的环流配置下东亚中高纬环流经向度加大,影响黑龙江省的冷空气较强。而突变后的1991—2020年,环流呈现典型的欧亚遥相关型正位相分布,东亚温带急流显著偏弱,北高南低的配置下黑龙江上空低值系统活跃。对北极涛动、欧亚遥相关型、西伯利亚高压、东亚冬季风等指数与ECIW的相关和偏相关分析表明,北极涛动和欧亚遥相关型是影响ECIW的重要环流因子,1961—1985年北极涛动是主导因子,1991—2020年欧亚遥相关型是主导因子。     

近50年宁夏极端气温事件的变化研究

随着全球变暖,极端气候事件频繁发生,由此造成气象灾害的数量日益增加。深入研究极端气候的变化特征,能够为预测和预防极端事件灾害提供参考依据。采用线性倾向估计法、反距离加权法和R/S分析法,选取10个极端气温指标研究了宁夏近50年来极端气温事件的时空变化特征,并在此基础上尝试预测了未来该地区极端气温变化的情形。结果发现:全天极端高温天数、白天极端高温天数、夜间极端高温天数、生物生长季和夏季天数分别以0.76、0.48、0.67、0.35和0.29 d/a的趋势明显增加,而全天极端低温天数、白天极端低温天数、夜间极端低温天数和最大连续霜冻天数分别以-0.40、-0.25、-0.66和-0.30 d/a趋势显著减少,极端气温年较差也呈下降趋势(-0.02℃/a),且空间差异明显;除极端气温年较差外,其它各极端气温指标与年平均气温均有很好的相关性;年极端冷指标和极端气温年较差在未来将继续下降,极端暖指标在未来将继续上升;宁夏气象灾害所造成的影响和损失将进一步增大。     

黄土高原极端温度事件的时空变化

极端温度事件对农业生态系统有显著影响,其变化趋势需要进行评估。基于黄土高原50个站点的日序列最高和最低温度数据,经定义极端温度事件及其衡量指标(频率、强度、年极值和日温差)后,评价了黄土高原1961-2007年极端温度事件的空间分布和长期变化趋势。结果表明1,961-2007年黄土高原极端温度事件不同指标的空间分布有显著差异,基本上沿东南—西北方向呈梯度变化。多数站点极端温度事件的变化具有单调趋势,但趋势具有显著意义的站点数有很大差异,96%以上站点极端高(低)温事件的频率显著升高(降低);70%站点的日温差(46%降低和24%升高)和最低温度年极值的升高趋势具有显著性;约50%站点极端低温事件的强度和最高温度年极值的增加趋势显著;其他指标的显著性趋势较少。黄土高原极端温度事件对全球变暖的响应有其特殊性。     

吉林省夏季极端降水事件特征分析

应用1960-2017年吉林省24个台站日降水量资料,定义4个极端降水指数,采用Mann-Kendall趋势分析、相关性分析、累积距平分析等方法,对吉林省极端降水事件时空分布特征进行了分析。结果表明:吉林省极端降水阈值大值区位于吉林省中部和南部,东部山区站点极端降水阈值相对较小。吉林省夏季极端降水主要集中在7月下旬和8月上旬,吉林省南部和中部的集安、通化、临江、靖宇、梅河口、磐石、桦甸地区,因极端降水量和频数都较大,是灾害应急管理需重点关注的地区;其中,通化、集安地区因4个极端降水指数都很高,是吉林省极端降水灾害性风险最高的地区。吉林省各站点极端降水指数变化M-K趋势检验中,长岭站极端降水事件呈显著减少趋势;二道站呈显著增加趋势;其他站点无显著增减趋势。1960-2017年吉林省极端降水量和强度呈波动变化,但整体平稳,无明显增加和减少趋势。     

基于标准化降水蒸散指数的华南干旱趋势研究

最近几年华南地区干旱频发,为探讨该地区的干旱趋势,用标准化降水蒸散指数(SPEI)和1961-2010年华南地区具有代表性的50个站点的月降水及月平均气温资料,分析了该地区近50年来的干旱趋势、干旱空间分布、极端干旱事件发生频次和干旱持续时间。结果表明,华南地区普遍存在干旱事实,最近10年是干旱最严重的10年,Mann-Kendall检验表明该地区平均SPEI指数从1998年开始突变;干旱化最严重的区域是海南岛、广西南部和西部地区,广东的干旱化趋势最轻。20世纪70年代干旱和极端干旱事件较少,其后明显增多,干旱持续时间也有所延长。由于该地区降水呈现弱增加趋势而温度升高显著,因此推测温度升高导致蒸散增加可能是华南地区干旱化的主要原因。另外,降水频次的减少和集中也是导致近来极端干旱事件增多的原因之一。SPEI指数较好地体现了气候变暖导致的干旱化趋势。     

华北农牧交错带极端高温时空分布特征

利用华北农牧交错带及其附近32个气象站点1961-2012年的逐日最高地面气温资料,采用去趋势波动分析法确定了极端高温事件的阈值,分析了华北农牧交错带极端高温日数和极端高温日平均最高气温的时空动态变化特征。结果表明:52a来,华北农牧交错带极端高温主要集中于5-8月,年均极端高温日数为1 d,极端高温日平均最高气温为36.9℃,两者分别从20世纪80和90年代由负距平转为正距平,均存在25~30 a的显著振荡周期;极端高温在空间分布上具有海拔依赖性,极端高温日数有显著的代际变化特征,并以20世纪90年代为界呈现两种不同的分布形态,极端高温日平均最高气温分布相对稳定;21世纪最初的12 a,华北农牧交错带各站点极端高温日数、极端高温日平均最高气温均呈增大的趋势。     

基于BEPS模型模拟地表蒸散的干旱监测技术

为构建有效的干旱监测与评估指标,利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据以及NCEP/NCAR再分析资料并基于遥感过程耦合模型BEPS模拟了地表蒸散(evapotranspiration,ET)。同时,利用通量观测网AmeriFlux的站点观测数据验证该模型在ET模拟研究中的可靠性与适应性,在此基础上,构建BMI指数,分析了2007-2009年研究区域干湿状况的时空分布特征,并与其他干旱指数进行对比分析。结果表明:12个站点通量实测值与模型模拟的ET的相关系数为0.8568(p0.01),表明BEPS模型能够较好的模拟美国陆地生态系统的ET。BMI值的空间分布特征较为明显,与降水量与ET经纬向变化较为一致。而BMI值的时间分布特征表明,其具有较为显著的季节变化。这与地形、气候特征以及植被的分布关系密切。从检验效果来看,受降水量的影响,BMI在月尺度以上干旱监测效果相对较好。BMI与USDM的相关系数表明,本文在BEPS模型模拟ET的基础上构建的指标在干旱监测中是可行的。     

厄尔尼诺事件对中国沿海地区水汽变化周期的影响

厄尔尼诺事件导致极端天气频发,中国沿海城市较多,分布有不同的气候类型。该文开展厄尔尼诺事件对中国沿海地区水汽变化以及变化是否存在空间差异的分析。基于CMONOC中国沿海地区的GNSS水汽时间序列,综合厄尔尼诺事件(I_EP、I_CP)指数,利用快速傅里叶变换和小波变换方法,从频域和时域开展GNSS水汽时序变化分析,分析东部型与中部型厄尔尼诺事件对中国沿海地区水汽变化的影响。研究发现：GNSS水汽异常值的出现与相应时段的厄尔尼诺事件存在对应。东部型厄尔尼诺(I_EP)与大部分GNSS站点水汽的相关性为正相关;中部型指数(I_CP)与GNSS站点水汽的相关性为负相关。厄尔尼诺事件对水汽变化周期的影响,日周期变化较小,在5 d和10 d周期,东部型厄尔尼诺与中部型厄尔尼诺事件影响下的水汽周期小于正常时段的水汽周期。     

东北地区水稻热量指数预测模型

利用1961-2000年的逐月气温资料,计算了东北地区3省和全区水稻的热量指数.通过对热量指数和大气环流资料的统计分析,建立了6个预测水稻热量指数的预测模型和1个集成模型,各模型都能较好地预测东北地区各省及全区的水稻生长发育期间的热量状况.检验结果表明,所有模型的准确率较高,且稳定性较好.7个模型预测辽宁省、黑龙江省、吉林省和全区水稻热量指数的平均准确率都在90%以上,其中辽宁省的准确率最高,都在97%以上,预测效果最好,黑龙江省的平均准确率最小,但也都在91%以上.从不同类型的模型来看,集成模型的预测效果最好,准确率最高.     

珠江流域极端降雨时空演变特征分析

基于珠江流域1960-2005年42个雨量站的日降雨资料,定义了3个极端降雨的指标(最大连续降雨量(MCP)、最大连续降雨天数(MCD)以及最大连续降雨强度(MCI))及通过将三者叠加得到的综合指数Z,运用线性回归模型以及Mann-Kendall法分析了珠江流域极端降雨的时空分布特征。研究结果表明:①珠江流域的MCP、MCD、MCI和Z值在总空间分布上呈东大西小的局势,全年和夏季MCP、MCD、MCI等Z值的高值出现在珠江三角洲、桂林市、百色市等地区,表明上述区域是极端降雨的高发区;②珠江流域近46年的极端降雨事件没有出现显著变异,未发现显著突变;③极端降雨事件的空间分布特征与地形有密切联系,流域内极端降水事件的多发区周围往往有山脉或高大地形环绕,由于山区或者丘陵区地势较高,因而易发生山洪等灾害。     

黑龙江省冬季异常暖气候事件判定及其与环流指数的关系

利用1961-2018年黑龙江省61个站冬季逐日平均气温资料,以连续5 d日平均气温正距平超过1倍标准差为标准,对黑龙江省冬季异常暖事件进行了判断,并按照0.3个标准差将其分为一级、二级、三级异常暖气候事件。分析表明黑龙江省在58年间冬季共发生35次异常暖气候事件,累计天数270 d。异常暖气候事件发生有较明显的周期性变化,1961-1986年和2009-2018年为低发期、1987-2008年为高发期。71.4%的异常暖事件发生在1986年后,说明异常暖事件的频繁发生对1980年代中后期该省冬季气温显著升高有直接贡献。1961-2018年该省冬季发生一级、二级、三级异常暖气候事件分别为9次、10次、16次。研究月尺度同期环流指数异常与黑龙江省异常暖气候事件的关系,发现北半球极涡面积异常偏小、极涡强度异常偏强、东亚槽强度异常偏弱和北极涛动异常正位相与异常暖气候事件发生有较好的对应关系,为今后黑龙江省冬季异常暖气候事件的预测提供了可靠参考。     

基于多指标综合降水指数的安徽省暴雨灾害的时空演变

基于安徽省77个气象站点1973—2017年件暴雨事件的雨量、频次、强度、贡献率、持续性等特征,通过与实际灾情比对构建了的多指标综合降水指数,以此探求了研究区暴雨灾害的时空演变。主要结果表明：鉴于大暴雨累积量、暴雨最长持续日数、最大过程降水量与实际雨涝灾情统计数据的线性关联最好,由其构建了适用于研究区风险评估的暴雨灾害指数(RDI);基于RDI空间分布的年代际变化,安徽省暴雨灾害的高风险区域主要分布在江淮之间的大别山地区、长江以南的皖南地区、沿淮地区的西部;安徽省暴雨灾害呈现出一定的增强趋势,特别是呈现显著增加趋势的站点主要集中在沿淮地区;暴雨灾害等级与环流指数呈现出显著的时滞相关性,特别是前冬期西半球暖池指数的数值偏高表征着来年汛期安徽省高危害的暴雨灾害。     

极端气温对城市人群死亡的影响评估

利用北京心肺血管疾病研究所提供的1994-2000年北京城近郊区的七个监测点的以25-74岁人群为监测对象的25余万居民中全死因死亡事件监测数据、同期北京观象台的逐日气温观测数据、月平均气候资料，对极端气温对城市人群死亡的影响进行分析，得出对城市人群死亡影响的极端气温阈值及其长序列的时间线形变率，采用最优子集回归方法建立预测评估模型，根据气候模式对未来气候变化的预测结果，对未来北京城市人群死亡的影响进行定量评估。     

新疆极端水文事件的时空分布特征

利用1901-2010年的资料,采用传统统计方法及通过衡量极端水文事件的集中度、集中指数,分析了新疆极端水文事件的空间分布特征和时间变化规律。结果表明:新疆极端水文事件在空间分布上主要集中在伊犁和阿克苏地区,吐鲁番、和田为少灾区;时间上主要发生在夏半年,而冬半年相对较少,但北疆的阿勒泰地区冬半年较多;吐鲁番地区年内分布非常集中,乌鲁木齐、奎屯-石河子、阿克苏地区次之,阿勒泰地区集中度最小。     

黑龙江省冬季异常冷气候事件判定及其与环流指数的关系

以连续5 d日平均气温负距平超过1倍标准差为标准，对黑龙江省冬季异常冷气候事件进行了判断。经普查，黑龙江省1961-2018年冬季共发生52次异常冷气候事件,累计天数427 d。1961-1986年为高发期，平均年发生1.35次，次均天数为8.7 d；1987-2008年为低发期，平均年发生0.32次，次均天数为9d；2009-2018年为较高发生期，平均年发生1次，次均天数为5.9 d。在异常冷气候事件低发期，发生次数较少，但每次事件持续时间更长。最近10年异常冷气候事件发生较多，但每次持续时间较短。以0.3个标准差作为等级划分标准，1961-2018年该省冬季发生一级、二级、三级异常冷气候事件分别为13次、17次、22次，其中一级多发生在1986年前。为了揭示异常冷气候事件发生的天气气候机制，分析了该事件与月尺度同期环流指数异常的对应关系。北半球极涡面积异常偏大、极涡强度异常偏强、东亚槽位置异常偏西和AO异常负位相与异常冷气候事件发生有较好的对应关系，尤其是12月、1月的北半球极涡面积，12月东亚槽位置，1、2月东亚槽强度和2月AO，为研究该省异常冷气候事件的形成机理和预测提供了参考。     

北京市极端降水事件和应对策略分析

随着北京城市化进程的不断发展,极端降水造成的灾害性损失也越来越严重,有针对性的制定极端降水应急管理对策是降低灾害性损失的有效办法。基于1981-2014年北京地区20个常规气象站逐日降水资料,采用百分位法确定20个站点各自极端降水阈值,定义4个极端降水指数,对北京地区极端降水事件进行分析。结果表明:极端降水阈值的分布和极端降水量、极端降水强度、年最大日降水量的分布十分接近,大值区都分布在北京市城区(海淀、朝阳、丰台)和城区东北部(顺义、怀柔、密云、平谷),这些地区因极端降水强度大,面临的灾害性风险最高,是灾害应急管理重点关注的地区;北京市西部(斋堂、霞云岭)和西北部山区(佛爷顶、汤河口)虽然是极端降水日数的大值区,但由于北京地区特殊的地形和人口分布规律,这些地区并没有因为极端降水出现概率高而导致过大的灾害性损失。结合北京市极端降水灾害应急管理现状,提出从提高预报预警能力、加强城市基础设施建设、提高全民应急避险能力几个方面应对极端降水灾害的策略。     

近50年江苏省夏季高温热浪的时空分布特征分析

根据江苏省1955-2007年7-9月逐日最高气温资料,分别以日最高气温≥35℃的高温天数、持续3d、5d的高温过程、平均最高气温为指标,建立了各站点的高温日数、高温强度的时间序列。分析发现,该省20世纪90年代中后期以来处于一个偏热期,苏州等城市近几年高温次数明显增加,而西南区域南京等城市夏季的最高气温则有下降趋势;同时,运用小波分析方法对该省高温时空分布的周期性进行了分析,结果表明,江苏省年平均最高温度变化中5～6a的周期振荡在各地区中反映得比较明显。