长江流域极端降水的区域频率及时空特征

以长江流域130个气象站点1965~2014年的日降水量资料为基础，应用线性矩以及各种统计检验和空间分析技术对流域极端降水进行区域频率分析和时空特征描绘。研究表明：（1）应用模糊C均值分类和异质性检验，整个长江流域的年最大1、3、7和10日降水序列均可划分为7个一致性子区域。拟合优度检验表明，广义极值分布（GEV）和广义正态分布（GNO）为大部分区域极端降水序列的最佳分布；（2）使用考虑站间依赖性的Monte Carlo模拟评价极端降水增长曲线和分位数估计值的精确性，与站点绝对独立的情况相比，其均方根误差（RMSE）变大，90%的误差界也变宽；（3）每个一致性区域的区域增长曲线及其90%的误差界表明，当重现期小于100年时分位数估计值具有较高的可靠性，在四川盆地和长江中下游地区发生极端降水事件的可能性比较大，易发生高风险洪涝灾害；（4）重现期为100年的极端降水空间分布格局表明，从长江上游到下游的极端降水量逐渐增加，导致长江中下游流域更容易遭受洪涝灾害，这一结果与其区域增长曲线相一致。     

近52a长江中下游地区极端降水的时空变化特征

长江中下游地区是我国主要农业区,同时也是降水异常,洪涝灾害频繁发生的地区之一,对长江中下游地区极端降水变化的研究,可以为该区农业生产及防洪减灾提供参考依据。利用1961~2012年间的长江中下游地区84个站点的逐日降水观测资料,基于年最大日降水(AM)序列与超门限峰值降水(POT)序列,通过滑动平均、Mann-Kendall检验法、线性倾向估计等方法,分析了该地区极端降水事件的时空变化特征。结果表明:(1)长江中下游地区近52a来极端降水量呈现为较明显的增加趋势,且极端降水量速率为9.3mm/10a,存在较为明显的年代际波动变化特征,1990年以后进入极端降水量偏多的时期;(2)AM与POT序列多年平均值大值主要分布在江西省大部、湖北东南部以及安徽南部;AM与POT序列多年标准差大值主要分布江西东南部与北部,湖北东南部以及湖南西北部;AM序列多年平均值与标准差均高于POT序列,AM序列年际间振幅要明显强于POT序列,极端降水年际变化幅度大于年内变化;(3)长江中下游沿岸地区年最大日降水量主要表现为增加趋势,长江以北的西部地区则主要表现为减少趋势;长江沿岸地区以及中东部地区的极端降水量主要表现为增加趋势,西部地区则主要表现为减少趋势。     

基于Paircopula函数和标准化径流指数的水文干旱频率分析——以南盘江流域为例

选取南盘江流域3个水文站52 a（1961~2012年）的逐月径流资料，联合两个相邻站点，分别计算标准化径流指数（SSFI），运用游程理论识别52 a来不同站点干旱特征，并用Pair copula函数计算不同站点的联合重现期。结果表明：（1）52 a来3个站点干旱特征值的最大值都出现在2011~2012年；从单个站点看，52 a来沾益站的干旱次数、最大干旱历时、最大干旱烈度均大于高谷马站和江边街站，最大干旱峰值出现在江边街站；从联合站点看，中游以上高谷马站和沾益站的干旱特征值均大于中游以下高谷马站和江边街站，3个站点联合识别的干旱特征值大于中下游站点联合识别干旱特征值，小于中上游站点联合识别干旱特征值，上游干旱更严重；（2）Frank Pair copula函数的RMSE、AIC和BIC值最小，拟合程度最高，适合运用于南盘江流域干旱频率分析中；（3）运用Frank Pair copula函数计算得到3个水文站点2009~2012年的连续干旱重现期都在100~200 a，是52 a来最严重的一次干旱     

云南省1958～2013年极端气温时空变化特征分析

利用云南省1958～2013年28个气象站点逐日最高气温、最低气温数据,计算10个极端气温指数.基于Mann-Kendall(M-K)方法分析极端气温指数年代/际、季节变化趋势,并利用反距离权重法探讨极端气温空间分布特征.为进一步明确未来各极端气温指数年/季节可能存在的变化趋势,利用R/S分析方法,估算极端气温指数的Hurst指数.分析结果表明:(1)时间上,极端高温事件发生频率及持续时间均显著大于低温事件,而最低气温增温幅度高于最高气温.且年/季节最高气温与最低气温均在1980年代后呈现更为显著的增温趋势,四季中冬季最高、最低温度增温幅度均最大;(2)空间上,极端高温事件高发地区为滇西南与滇中地区,而极端低温事件高发地区为滇西北及滇东北地区;(3)全省未来最高气温(TMAX)与最低气温均呈增加趋势,且TMIN增加趋势持续性更为明显,增温趋势持续性最强的地区为:昆明、景洪、腾冲、香格里拉及昭通TMIN.     

长江中游城市群生态承载力差异的比较研究

基于生态足迹模型方法，对2008～2017年长江中游城市群生态承载力的差异性进行了比较研究，研究发现：（1）长江中游城市群整体及湖北、湖南、江西省域人均生态足迹呈现“倒U型”特征，在3个省份中，湖北省域人均生态足迹最高，湖南、江西较接近；（2）长江中游城市群整体及湖北省域人均生态承载力呈现逐年上升态势，湖南省域、江西省域总体人均生态承载力呈现微弱下降态势，且江西省域最高、湖北省域次之、湖南省域最低，社会经济发展水平越高的城市，人均生态承载力就越小，生物资源项目比重较高；（3）各省域生态赤字水平均呈现逐渐扩大的趋势，湖北省域最高、湖南省域次之，江西省域最低，且第一梯队的城市主要分布在湖北省域，第四梯队的城市主要分布在湖南省域和江西省域；（4）各省域生态压力指数发展趋势呈现明显的“倒U型”特征，湖北省域最大，湖南省域次之，江西省域最小；（5）各省域生态压力指数发展趋势呈现明显的“U型”特征，江西省域最大，湖南省域次之，湖北省域最小。鉴于此，本文从优化能源消费结构、集约化土地使用结构、差别化使用土地等方面提出相关的对策建议。     

鄱阳湖生态经济区近60年极端温度事件变化特征研究

利用环鄱阳湖生态经济区6站逐日气象数据,建立了该区1952~2011年近60 a极端温度事件演化序列。研究表明：（1） 环鄱阳湖生态经济区极端高、低温事件线性趋势分别为04、-27 d/10 a;冷、热日持续指数线性趋势分别为-04、-24 d/10 a;（2）近60 a间,环鄱阳湖生态经济区内极端温度事件表现出两个明显的高频数（不稳定阶段）和低频数（稳定阶段）。其中极端高温事件和热日持续指数两个阶段分别为：1952~1979年和1980 ~2002年;极端低温事件和冷日持续指数两个阶段分别为：1952~1985年和1986~2007年;（3）近60 a以来,极端高温事件和热日持续指数在1970s晚期至1980s初期发生了较大变化,此前主要表现为叠加在弱准12~13 a周期下的强准7 a周期,之后主要表现为准9 a周期,并有不连续的4~5 a周期;极端低温日数和冷日持续指数周期性在1950s~1990s表现为弱11~12 a周期,1970s晚期至1990s则表现为弱准5 a周期;（4）环鄱阳湖生态经济区内极端低温事件是气候变暖背景下对冬季风强度的敏感响应,极端低温事件的高频数（强烈波动）主要发生在强冬季风背景下,弱冬季风条件下则出现相反情况。而极端高温事件与夏季风强度关系复杂的多,其原因尚待进一步研究     

非平稳性条件下淮河流域极端气温时空演变特征及遥相关、环流特征分析

在全球升温的背景下,为掌握淮河流域极端气温的时空变化特征及其变化规律,以提高淮河流域对极端气温灾害的应对能力。以淮河流域1961～2016年149个气象站点、太平洋气候因子和NCEP/NCAR再分析数据为基础,利用优化的非平稳性(Transformed-Stationary)极值分析方法、空间Ward-like层次聚类分析方法、M-K趋势分析和经验正交函数分析方法(Empirical orthogonal function)对淮河流域极端气温进行分析。结果发现:(1)年最高气温在1960和2000s为增加趋势,2000s后增加趋势不显著;从1970～1980s,年最高气温呈减小趋势;年最低气温在1960s呈下降趋势,1970s以后年最低气温呈增加趋势;(2)年最高气温重现期对应的温度多数站点表现出非平稳态并显著上升,增幅达1.5℃。年最低气温均呈现上升趋势,在1978年前后出现上升的拐点,在2000年前后暖化现象有所减缓。年最高气温距离海洋越近,上升趋势越显著;年最低气温则相反。(3)不同重现期年最高气温显著增加趋势,主要分布在淮河的东北部和东南部地区,中西部地区呈显著减小趋势,年最低气温的空间分布恰好与其相反。(4)北太平洋海温异常显著的影响着淮河流域的7、8月极端气温的变化,淮河流域的极端气温的非平稳变化有着与西太平洋和北太平洋显著正相关关系,与东太平洋呈显著负相关关系。淮河流域12～1月气温异常与渤海海温异常同步、与厄尔尼诺或拉尼娜同步变化;7～8月温度异常与12～1月的温度异常结果相反。环流特征分析表明,淮河流域冬季暖化现象受到东北地区暖化的影响;7～8月温度的变化主要由青藏高原低压和蒙古低压在逐年减弱而改变环流特征造成,东南区域极端高温增加,西部区域降水增多、极端高温的降低。     

1962～2012年西南地区极端温度事件时空变化特征

基于西南地区88站1962~2012年日气温数据,采用百分位阈值法定义极端温度事件,结合线性倾向率、Mann-Kendall秩次相关法、反距离加权插值法对其时空变化进行了分析。结果表明:极端温度指数存在明显的空间分布差异,暖日指数、暖夜指数、冷夜指数和年内日最低气温整体上均由东南向西北逐渐降低;霜冻天指数则由东南向西北部逐渐升高,西北部梯度变化明显;冷日指数和年内日最高气温呈马鞍状分布,较高值均在西南和东北部;因多数地区高温天数极少,故没有明显的梯度变化。霜冻天指数、冷夜指数和冷日指数减少趋势明显,分别为2.7、4.6和3.5d/10a;暖日指数和暖夜指数、年内日最低气温和最高气温均呈增加趋势,分别为3.6、4.9、0.4和0.1℃/10a;高温天指数变化不显著。整体上来看,西南地区极端高温事件和极端低温事件分别呈上升和下降趋势,但有部分区域呈相反变化趋势,体现出西南地区气候变化的独特性。     

1960~2010年长江流域极端降水的时空演变及未来趋势

本文采用长江流域内分布较均匀、无缺测站点的1960~2010年逐日降水资料，借助趋势和突变分析、R/S分析和水文频率分析等方法，研究该流域极端降水的时空演变特征和未来趋势。结果表明：（1）长江流域区域平均气候平均降水量（PAV）、简单日降水强度（PINT）、强降水贡献率（PQ95）、强降水阈值（PF95）、最大1日-10日降水量（PX1D-PX10D）基本均呈上升趋势，中下游各极端降水指数均大于上游，同时，中下游的各指数年际变化比上游更剧烈。（2）PAV与PF95的空间分布类似，但前者在流域中部地区下降、两侧上升，而后者为中部上升、两侧下降；PINT与PQ95的空间分布相似，均为大部分地区呈上升趋势，仅西北部下降。PX1D-PX10D总体上以上升为主，但随着持续时间的增长，下降的区域有明显的扩大，而上升的区域有明显的缩小。（3）未来长江流域极端降水将以现有趋势继续发展，并将以上升趋势为主，流域洪涝灾害风险加大。（4）遂宁站PX1D、安化站PX10D极端降水的频率分析表明，直接采用整体数据计算设计降水量会使结果偏于不安全，对于较长重现期的设计降水表现更显著，因此对于极端降水量发生显著变化的情况需要深入研究，探讨更好的设计降水估计方法。     

近53 a来长江流域极端降水指数特征

利用1963~2015年长江流域115个气象站点逐日降水数据，分析了不同极端降水指标的空间变化特点和时间变化趋势。结果表明，近53 a来，长江流域多年平均年极端降水量与年降水量从下游到上游逐渐递减，两者变化趋势大致呈现“增-减-增”的空间分布格局。年极端降水量对年降水量贡献（PEP）存在明显的空间分布差异，但贡献比例在流域内普遍呈现增加的趋势。持续1 d的极端降水事件的降水量分布及其变化趋势与年极端降水量的分布特征类似，其对年极端降水量的贡献比例高达65%以上，说明长江流域极端降水以持续1 d的极端降水事件为主。持续2 d及以上的极端降水事件主要集在中皖苏赣局部地区和四川中部地区，但其降水量对年极端降水量的贡献比例较小。从上游到下游，年最大日降水量（MDP）逐渐增大。其中，上游源头地区的沱沱河、曲麻莱和玉树3个站点MDP主要集中在0~25 mm之间，其他站点均以25~50 mm量级为主；长江流域中部地区的MDP大部分以50~100 mm的量级为主，处于100~150 mm之间的次之；长江流域东部地区主要以100~150 mm量级的MDP为主。 关键词： 极端降水；降水贡献；不同历时；长江流域     

鄱阳湖流域1960～2018年极端气温变化及其与大气环流的关系

为进一步揭示鄱阳湖流域极端气温事件变化及其影响因素,基于鄱阳湖流域24个气象站点连续59年观测资料,选取8个极端气温指数,分析鄱阳湖流域极端气温动态变化,并探讨了大气环流与极端气温变化的联系.结果表明:(1)鄱阳湖流域极端气温暖指数(暖昼天数、暖夜天数和夏日天数)及极值指数(日最低气温最小值和日最高气温最大值)均呈增加趋势;冷指数(冷昼天数、冷夜天数和霜冻天数)均呈逐渐减少趋势.(2)从空间分布来看,极端气温空间变化趋势与年际变化一致,极端气温暖指数和极值指数呈增加趋势,冷指数均呈减少趋势,但在不同地区变化趋势存在差异.流域各站点霜冻天数和冷昼天数均呈显著下降趋势,但在赣北地区下降趋势最显著.大部分站点(23/24)暖夜天数、夏日天数和日最低气温最小值均呈显著增加趋势;(3)鄱阳湖流域极端气温指数的变化与大气环流的变化存在相关性,其中西太平洋副高强度指数、夏季东亚季风指数、亚洲区极涡强度指数和北极涛动指数对极端气温事件影响显著.研究结果可为极端气候风险评估、灾害预警提供参考.     

基于超阈值取样的中国不同重现期降雨强度空间分异特征及强降雨变化模态(1961～2016年)

不同重现期下的降雨强度对于城市防洪减灾具有重要科学和现实意义。利用中国1961~2016年的535个日值降水站点数据，采用日降雨量的90%、95%和99%分位数阈值，对比分析不同超阈值取样下的中国不同重现期降雨强度空间分异特征和强降雨变化模态。结果表明：（1）3种分位数降雨阈值均呈东高-西低的空间分异特征。相比绝对阈值，日降雨量的95%和99%分位数阈值用于研究大雨和暴雨是相对合理的。（2）3种超阈值样本下的中国不同年遇型降雨强度受区域气候环境和地形条件影响，其空间演变特征具有相似性，均呈现出从东部沿海向西和向北扩张的趋势，但相同年遇型下的降雨强度空间格局在3种超阈值取样方法下差异较大。（3）EOF分析即经验正交函数分解表明在绝对阈值和相对阈值取样下的中国强降雨变化模态具有一致性，前三模态方差解释率可以达到54%以上，且第一、二和三模态的方差解释率均超过10%，分别达到约30%、14%和11%，均表征了中国年际强降雨量的不同变化规律特征，具有明显的气候物理意义。     

近60a长三角地区极端高温事件变化特征及其对城市化的响应

基于长三角地区1951~2014年56个国家级气象站点逐日气温记录资料,通过计算极端高温事件相关指标(极端最高温TXx,极端最低温TNn,高温日数Htd和低温日数Ltd),利用GIS空间分析技术和Mann-Kendall时间趋势分析方法分析了长三角地区近60 a极端高温事件的空间分异特征和时间变化趋势,并探讨了城市化发展对区域极端高温事件时空变异的影响。结果表明:(1)长三角地区极端高温事件指标均表现为一定的上升趋势,极端低温指标(TNn和Ltd)线性变化趋势比极端高温指标(TXx和Htd)更为显著,变化趋势最显著的地区集中在经济和城市化水平较高的城市及周边地区(如上海、杭州等)。(2)极端高温指标(TXx和Htd)多年平均总体表现为南高北低,西高东低的趋势,而极端低温指标中TNn多年平均为由中部向南北两侧降低,Ltd多年平均呈现自中部向南北南侧增多的趋势。(3)从1990~2000到2000~2010年,城市化对极端高温事件的影响增强,快速城市化对北部城市极端高温事件的影响高于南部城市。     

变化中的参考作物蒸散量及其对气候的响应

作为重要的水文气象参数，参考作物蒸散量（ET0）在全球生态系统中发挥重要作用。为深化认识湿润气候区ET0变化，基于湖南省87个气象站1960~2015年逐月气候资料，应用Penman Monteith（P M）模型估算ET0，利用线性趋势、Mann Kendall检验、反距离加权插值等分析了ET0及主要气候因子的时空变化，采取逐〖JP〗步回归函数来确定P M方程所涉及的气候因子对ET0变化的贡献。研究表明：年均ET0降幅为-3346 mm/10 a，〖JP+1〗日照时数和风速下降是ET0减少的主要原因，而相对湿度下降提高了ET0。春、夏、秋、冬四季ET0变化幅度分别为2966、-5451、-0922、-0207 mm/10 a，春季ET0增加是由相对湿度下降和最高气温上升引起的，夏、秋、冬三季ET0减少主要与日照时数和风速下降有关。风速、相对湿度、日照时数呈下降趋势，而气温、降水、湿润指数呈上升趋势，后者表明气候暖湿化趋势。气候变化背景下ET0显示出不同时间尺度（年、季）空间分布的多样性     

丹江口水库入库洪水变化特征及对未来气候情景的响应分析

选取汉江中上游流域作为研究区域,根据丹江口水库1969～2008年日入库流量资料和IPCC第4次评估报告多模式数据结果,分别采用广义极值分布（GEV）模型和广义帕累托分布（GPD）模型拟合流域1 d最大洪量和3 d最大洪量系列,遴选出描述流域1 d最大洪量和3 d最大洪量分布规律的最优概率模型,推算了其重现期对应的设计值,并分析了该流域极端洪水事件对未来气候变化情景下的响应情况。结果显示：汉江中上游流域1 d最大洪量和3 d最大洪量系列符合广义极值分布和广义帕累托分布,相同重现期下广义极值分布预估的极值比广义帕累托分布预估值略有偏大;未来气候变化各情景下,用广义帕累托分布所拟合的汉江中上游流域1 d最大洪量和3 d最大洪量结果要优于广义极值分布,不同重现期的洪量比历史资料估算的重现水平偏小,说明了气候变化对洪量极值的变化有着直接影响     

1.5℃温控目标下气候工程对中国极端高温强度影响的空间差异研究

全球变暖背景下极端高温热浪频发,已成为严重影响人类健康和社会可持续发展的气象灾害之一。基于BNU-ESM模式的气候工程(G4试验)和非气候工程(RCP4.5)情景下的2020～2099年日值最高气温数据和平均气温数据,采用韦伯分布理论,对比分析了气候工程实施中(2020～2069年)和实施结束后(2070～2099年)的中国极端高温强度区域差异特征。结果表明:(1)两种情景下的对比表明,气候工程并未从根本上改变中国不同重现期的极端高温强度空间高低分异特征。两种情景下的极端高温强度在两个时段均呈青藏高原低,东部和西北高的空间分异特征。(2)两种情景下的对比表明,气候工程在两个研究时段均有助于中国不同重现期极端高温强度的缓解,且实施期间的缓解作用明显高于结束后。(3)气候工程情景下2020～2069年与2070～2099年的对比结果表明,气候工程实施结束后并未引起极端高温的强烈反弹,且气候工程实施期间对极端高温强度的缓解作用明显高于结束后。(4)对比气候工程实施前后中国平均气温变化,结果表明气候工程使得中国平均气温至少降低了1.25℃,有效缓解了全球气候变暖,有利于《巴黎协定》1.5℃温控目标的实现。在当前1.5℃温控目标下,平均气温的降低有助于减少和缓解更多极端高温事件的频次与强度,深化气候工程对极端高温事件影响的认识。