红河流域1960-2007年极端降水事件的时空变化特征

利用中国境内红河流域23个气象站点1960-2007年的逐日降水数据,基于极端降水指数分析流域极端降水事件的时空变化特征。结果表明:极端降水频次和强度表现出从东南向西北递减的特征,高值区分布在江城-绿春-金平-河口一线以南,低值区分布在巍山-南涧-弥渡一线以北及元江中游河谷;极端降水频次峰值出现在7月,汛期极端降水出现频次占全年的91.48%。1960-2007年期间,极端降水指数均表现出上升趋势,其中,极端降水贡献率和平均日降水强度上升趋势较为显著,线性趋势值分别为0.68%·(10 a)^-1和0.17 mm·d^-1·(10 a)^-1。除了平均日降水强度整体上表现出上升的趋势外,其余5个极端降水指数趋势变化具有空间差异性,增加的站点大多分布在李仙江上游、 元江中上游和藤条江流域,减小的站点大多分布在李仙江下游、 元江下游和盘龙河流域。     

1960-2016年中国北方地区极端干湿事件演变特征

基于中国北方地区424个气象站点1960-2016年的日气象数据础,应用FAO Penman-Monteith模型计算潜在蒸散（ET₀）,基于降水量和潜在蒸散计算湿润指数,对湿润指数进行标准化后统计极端干湿事件频率,分析极端干湿事件频率的空间变化趋势、多时间尺度演变特征以及ENSO事件对极端干湿事件变化趋势的影响。结果表明：北方极端干旱和极端湿润事件频率分别呈显著下降和显著上升趋势,年际倾向率分别为-0.10次/10年和0.13次/10年。空间上,极端干旱频率整体呈减少趋势,包括青藏高原、西北和东北地区。西北极端干旱频率减少速率较大,青藏高原中部、新疆北部和东北北部部分站点极端湿润频率增加幅度较大。各年代中,华北极端干旱多发,东北和青藏高原极端湿润多发。季节上,分区极端干旱发生概率均大于极端湿润发生概率,华北极端干旱发生概率最高,青藏高原极端湿润发生概率最高。ENSO与湿润指数存在滞后性的关系。El Niño翌年,气候偏湿润的年份较多;La Nina翌年,气候偏干旱的年份较多。SSTA与翌年湿润指数在年际和夏季两个时间尺度上存在显著的正相关关系。     

1960—2017年黄土高原极端降水的时空演化及其对环流变化的响应

基于1960—2017年黄土高原47个气象站逐日降水量数据,对黄土高原极端降水量、极端降水日数和极端降水强度的时空演化特征进行了分析。结果显示：（1）黄土高原极端降水时空分布存在明显异质性。极端降水事件在全年发生频率不高（13.2%—46.1%）,但对年降水量贡献突出（50.4%—91.4%）。（2）1960—2017年黄土高原极端降水量和降水日数出现下降,但极端降水强度上升。在黄土高原干旱化的同时,极端降水在全年降水中的占比有升高趋势。作为黄土高原土壤侵蚀的主要驱动力,愈发增强的极端降水将会给该地区水土保持和地质灾害防治工作带来严峻挑战。（3）极端降水特征EOF分解第一模态反映了黄土高原极端降水的一致性变化,其空间分布特征可能受到了当地水汽条件及大气层结稳定度等大气动力效应的影响。第二模态反映了黄土高原极端降水的差异性变化,极端降水量和极端降水日数均大致以临夏—太原一线呈反相位变化,这种分布模式可能和地形因素密切相关。（4）黄土高原极端降水特征的年际变化受厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）活动的显著影响,厄尔尼诺年极端降水量偏低、日数偏少,拉尼娜年反之。     

基于格点数据的西北干旱区极端降水事件分析

根据国家气象信息中心发布的0.5°×0.5°中国地面逐日降水格点数据集,选取最大1 日降水量(RX1day)、最大5 日降水量(RX5day)、R95 极端降水量(R95)、湿天降水量(PRCPTOT)、持续干旱日数(CDD)和日降水强度(SDII)等指数,利用Sen 斜率法、相关分析法等方法分析了1961-2011 年中国西北干旱区极端降水特征,并探讨了各极端降水指数与北极涛动的关系,此外还与早期基于气象台站观测数据的相关研究结果进行了对比。结果表明:在时间尺度上,除CDD显著下降(P<0.01)外,其他指数均呈微弱上升趋势。在空间上,RX1day、RX5day、R95、PRCPTOT和SDII 在研究区内主要呈现西部明显增加、东部微弱减小的趋势,但CDD则整体呈现减小趋势。基于NCAR资料的夏季北极涛动指数与西北干旱区的CDD有很好的相关性(P<0.05),表明夏季北极涛动与该区的干旱事件发生之间存在一定联系。与早期站点数据的研究相比,格点数据覆盖度更好,能更为细致地描述空间变化特征,特别是在天山、阿尔泰山等山区的细节刻画上表现出一定的优势。     

1961—2017年青藏高原极端降水特征分析

基于青藏高原78个气象站点的逐日降水数据,采用百分位阈值法确定极端降水阈值,计算极端降水指数并分析其时空分布特征,以期为区域气候变化预测及防灾减灾对策的制定提供参考。结果表明：（1）1961—2017年青藏高原年降水量表现出上升趋势,上升速率为8.06 mm/10 a,多年平均降水量达472.36 mm。78个站点的年降水量倾向率最小值为-25.46 mm/10 a,最大值为43.02 mm/10 a,有15.38%的站点降水在下降,较为集中地分布在高原的东部和南部,其余84.62%的站点降水量在上升。（2）青藏高原各站点极端降水阈值的平均值为23.11 mm,取值范围为7.84~51.90 mm。高值中心出现在横断山区的贡山和木里,低值中心出现在柴达木盆地及昆仑山北翼区。（3）青藏高原各站点的极端降水量、极端降水日数和极端降水贡献率均表现出了明显的上升趋势,极端降水强度虽然也在上升但趋势并不明显,表明青藏高原极端降水量的上升并非是极端降水的强度引起的,而是由极端降水频次的上升引起的。柴达木盆地的极端降水量和极端降水日数虽然并没有表现出高值水平,但该地区的极端降水贡献率却表现出较高水平,表明该区域虽然降水量较少,但是降水往往以极端降水的形式产生。     

1965—2013年渭河流域降水时空变化分析

利用1965—2013年渭河流域及其周边22个气象站点的降水数据,采用线性回归、经验正交函数(EOF)分解和Mann-Kendall突变性检验等方法,分析了渭河流域近50 a降水的时空分布特征。结果表明:1)从时间变化来看,在0.05显著性水平上,除春季降水呈现明显减小趋势外(-6.23 mm/10 a),其他季节和全年降水量的变化均不明显。同时,突变分析表明春季降水存在明显的突变,1991年为其突变点,其他季节和年降水均不存在显著的突变。2)渭河流域降水空间分布不均,总体呈现由东南向西北减小的趋势,从变化趋势空间分布来看,上游的减少趋势大于中游地区。3)EOF分解结果表明,渭河流域全年和四季降水的空间分布存在总体一致型和东南—西北区域反位相型的分布类型。     

1961-2009年黄土高原气象要素的时空变化分析

基于48个气象站点1961-2009年的监测数据,使用反距离权重插值法和Mann-Kendall法,分析了黄土高原气象要素的空间分布和时间变化特征.结果表明,各气象要素在黄土高原都呈梯度分布,沿东南-西北方向降水和平均温度递减而平均风速和日照时数递增,沿南北方向相对湿度降低而参考作物蒸散增加.各气象要素在各站点基本都具有单调趋势,但趋势显著的站点数存在变异.约98%的站点温度的上升趋势显著,约60%的站点日照时数和风速的下降趋势及参考作物蒸散的上升趋势具有显著性,约40%的站点相对湿度的下降趋势显著,约30%的站点的降水具有显著的下降趋势.各气象变量都存在一定的年代际变化,相对湿度在2004年以来显著降低,降水的显著减少、 年均温度和参考作物蒸散的显著上升都在20世纪90年代初以来,而日照时数和平均风速的显著下降都发生在20世纪80年代初以来.黄土高原的气候可能出现了一些新趋势,给未来可持续发展带来了不确定性,需引起足够重视.     

太湖流域降水、气温与径流变化趋势及周期分析

基于太湖流域及周边气象站1957-2009年气象数据,采用Mann-Kendall和小波分析方法,分析其平均气温、极端最高和最低气温、降水量、最大日降水量及径流量的变化趋势和周期特征,并对流域径流量的变化及与降水量的耦合关系等进行分析。结果表明:太湖流域在过去50多年整体呈增温增湿的趋势;靠近大城市的站点气温升温趋势明显高于其他站点;流域夏季的极端高温事件有增强的趋势;流域年降水量呈不显著的增加趋势,而最大日降水量却呈显著的增加趋势,从一定程度上反映出流域内极端降水有增强的趋势;降水量和径流量的变化趋势较为一致,都呈不显著的增加趋势,且两者增加幅度基本相当;流域各要素存在约4 a的显著振荡周期和8 a的不显著振荡周期。     

1961-2012 年西藏极端降水事件的变化

利用18 个气象站点1961-2012 年逐日降水量资料,计算了10 个极端降水指数,采用滑动平均、线性回归、Mann-Kendall 非参数检验和Morlet 小波分析等方法,分析了西藏极端降水事件的变化规律。结果表明：西藏近52 a 连续干旱日数（CDD）呈显著减少趋势,最大5 d 降水量也趋于减少但不显著,大雨日数和强降水量的线性趋势不明显,其他6 个极端降水指数都表现为增加趋势且不显著。与全球、青藏高原及其周边地区比较,西藏CDD和连续湿日的变幅明显偏大,最大1 日降水量、强降水量和极强降水量的变幅明显偏小。除CDD外,极端降水指数的变化趋势与海拔高度呈显著的二次曲线关系,仅有中雨日数的变化趋势与经度呈显著的正相关。在近52 a 的时间尺度上各项极端降水指数都存在3～4 a 显著周期,多数指数也存在12a、15 a 和16 a 的周期。在时间转折上,CDD的突变点时间较早,从1974 年开始;中雨日数、连续湿日和年总降水量的突变点发生在20 世纪80 年代末。从空间分布来看,那曲地区西部是极端降水指数变化最为显著的区域,雅鲁藏布江中游大部的多数极端降水指标趋于下降,而山南地区南部、林芝地区东南部的降水极值和降水强度都在增加。     

三江源地区极端气候事件演变事实及其成因探究

利用三江源地区14个气象台站1962-2005年逐日气温、降水资料分析了该地区冷暖干湿极端气候事件的演变规律，探讨了其变化成因。研究表明：近44a来三江源地区气温等级由冷向暖转变，极端高温事件频繁发生，而极端低温事件则逐年减少，致使气温不断向着更高的均值状态持续增暖；尽管降水量干湿变化不甚显著，但降水的极端状况即严重干旱或暴雨事件均呈减少趋势，降水量的变化趋于稳定，降水变率减小；地形对极端气温、降水事件频次变幅的空间分布均有着较为显著的影响，且对后者的影响更为显著；高原季风、厄尔尼诺事件及高原积雪等因子的年际振荡是三江源地区极端气候事件发生频次波动的主要原因。     

西南喀斯特地区降雨集中度及其变化特征分析-以乌江流域中上游为例

本文采用乌江流域中上游地区1951～2008年的逐日降雨资料,分析26个气象站点年雨量、连续3日、5日、7日无雨日次数、最大日降雨统计特征,以及日降雨集中度指数CI,并利用非参数Mann-Kendall检验分析日降雨集中程度以及降雨统计特征变化趋势。结果表明,近58年以来,虽然该地区年雨量变化趋势不明显,但各站日降水量集中度呈现加大的趋势,且77%站点增加趋势显著。研究也表明,连续3日、5日、7日无雨日次数以及最大日降雨量也呈现增加趋势,日降水量集中度与最大日雨量相关程度高,说明该地区暴雨和干旱发生频率增加趋势明显。     

近50a来珠江流域降水变化趋势分析

全球气候变化和人类活动影响下,近年来珠江流域降水时空分布变化显著。论文利用珠江流域62 个站点1959—2009 年逐日降水序列,选取Mann-Kendall 统计检验方法和有序聚类法,研究了该流域16 个降水特征指数的趋势变化和变异特征,得到如下结论：①流域全年、春季、冬季降水量呈微弱上升趋势,秋季降水量为稳定下降趋势,夏季降水量无明显变化趋势。夏季降水变化趋势对全年降水变化趋势的空间分布影响最大,春秋次之,冬季最小;②流域春、冬两季降水占全年降水比例呈上升趋势,夏、秋两季降水占全年降水比例呈下降趋势;③流域全年降水日数和小雨日数呈显著下降趋势,中雨日数没有明显变化趋势,大雨、暴雨日数和95 百分位值降水日数均呈上升趋势。全年、小雨和暴雨降水日数显著突变时段发生在20 世纪90 年代初;④流域日平均降水量呈稳定上升趋势,降水时段趋于集中化。     

贵州降雨变化趋势与极值特征分析

利用1961—2004年逐日降雨资料,分析了贵州降雨强度、无雨天数、极值降雨的变化趋势及空间分布特征。利用Mann-Kendall法与反距离权重插值法对贵州近44年降雨时空变化趋势进行了分析。利用Gumbel分布拟合最大日降雨量的概率分布特征,并利用极大似然法进行分布参数估计,推求了极端(50年,百年一遇)降雨情形。结果表明,贵州近44年来汛期有雨日降雨强度、最大日降雨量、连续3日、5日、7日无雨的出现频率呈现明显的上升趋势;最大日降雨总体由南向北减少,连续无雨天气出现频率的增加幅度空间分布总体呈东高西低的趋势。     

近50年来浙江省降雨特性变化分析

基于浙江地区17个气象站的日降水资料,利用统计学方法,分析了近50年来浙江省在汛期、枯季和全年的降雨变化特性。研究结果表明,浙江省东北部的汛期降雨量主要呈现增加趋势,而西南部主要为减少趋势,汛期降雨频率主要表现出不显著的减少趋势,而汛期降雨强度和汛期降雨量在变化趋势上相似;枯季降雨量有较为显著的增强趋势,而枯季降雨频率在浙江东部地区为减少趋势,浙江西、北部、浙江南部有增加趋势;年降雨量在浙江西、北部为增加趋势,且存在明显的11、21年两种不同时间尺度的周期;而浙江南部降雨量在1980年后开始呈现为减少趋势,存在20、8年的明显变化周期;浙江东部年降雨量在1986年前主要为增加趋势,而后为减少趋势,同时也存在11、8、21年3个不同时间尺度的变化周期。     

1958—2009年松花江流域降水时空演变特征

利用松花江流域降水资料,采用克里格(Kriging)法进行插值,用Mann-Kendall秩次相关法分析降水系列的变化趋势,用集中度和集中期分析降水量年内分配特征等,分析了流域降水特征时空变化。结果表明:①1958—2009年52 a来流域年降水呈不显著减少趋势,降水由东部向西部递减,绝大部分地区年降水呈不显著减少趋势;②年内降水不均匀,大多集中在5—9月,6—8月最为集中,汛期(6—9月)降水占全年77.65%,呈不显著减少趋势;③流域年降水集中度很大,多年均值为0.682,呈东南小西北大的特点。年降水集中期为181.90°~187.68°,最大降水一般出现在7月20—26日,集中期地域差异不大,总体呈北高南低的特点,年降水集中度减少趋势不显著,集中期呈显著减少趋势。     

“雅安天漏”降水变化气候特征的分析

论文基于1951—2008年逐日降水资料和1969—2000年逐小时降水资料,应用统计诊断分析方法,研究了青藏高原东侧雅安降水量、降水频率的多时间尺度变化特征。结果表明：与整个四川省的降水变化一致,近58 a“雅安天漏”的年降水总量和年雨日是减少的,并且后者比前者减少得更加显著;降水量在20世纪90年代的显著减少是雨日和雨强变化共同影响的结果;除冬季外,春、夏、秋三季的降水量和雨日均呈减小趋势,其中秋季减少最明显;汛期降水量减少占年降水量减少量的92.7%,汛期雨日的减少比降水量显著,占年雨日减少的62.9%;21世纪初期后,“雅安天漏”强降水月份减少,雨日集中时段缩短;“雅安天漏”夜雨特征突出,夜间降水量和频次远远大于白天,呈单峰单谷结构,降水谷值到峰值增加速率是峰值到谷值衰减速率的2倍,易夜间形成强降水,具有明显持续性。进一步分析发现,雅安不仅夜雨量和发生频次减小,而且降水表现为峰值出现时间提前、向前半夜移动的变化特征。     

北京城市热岛效应对气温和降水量的影响

借助非参数MannK-endall统计检验方法,对北京市20个气象站44年(1961-2004年)的逐月平均气温和降水资料进行了较为详细的分析。结果表明:①时间上,44年来北京市气温呈持续上升趋势,20世纪80年代为跃变点,跃变后增温趋势更加显著,而降水量呈下降趋势;通过分析5年滑动平均演变图发现,对气温而言,市区增温趋势明显高于郊区,市区和郊区44年来分别以0.44℃/10a和0.01℃/10a的趋势递增,降水量从总体上来说44年来城、郊差异不大,市区和郊区44年来分别以1.82mma/和1.49mma/的趋势递减。②空间上,对年平均气温而言,市区内存在一个明显的上升中心,且等值线较为密集,海淀站Kendall倾斜度高达0.776℃/10a,由于城市热岛效应的存在,1、4、7、10月在市区均存在一个闭合的暖中心,市区内增温幅度大于郊区;对降水量而言,1、4、7、10月在市区和佛爷顶一带均存在着上升中心,降水量呈现上升的趋势,这可能与城市热岛效应的影响有关。     

黄河流域水循环要素变化趋势分析

根据月降水、径流资料进行水循环要素分解,并应用Mann-Kendall方法分析了7个主要的水循环要素的变化趋势。分析表明:对于兰州控制断面而言,地表径流有明显的减少趋势,而其它水循环要素变化的趋势并不十分明显。但是,对于花园口控制断面而言,天然径流、地表径流和地下径流减少的趋势十分明显,而降水、蒸散发、壤中流和土壤水分通量也都呈减少趋势,但变化并不突出。进一步的研究表明了用水量的增加、降水减少以及径流系数减小与黄河流域水循环变化的关系。水循环是水资源科学评价与合理开发利用基本依据,黄河流域地处半干旱地区水循环具有垂向运动的特征,蒸发旺盛。因此,对黄河流域来说,应从其水循环的特征,考虑用水结构的调整。     

中国西北地区城市经济发展对降水趋势的影响

利用西北地区136 个气象站1961-2012 年的降水量、降水日数、降水强度、日最大降水量、城市与经济发展等数据,研究了西北地区降水各要素的趋势变化特征及人为活动影响。结果表明,西北降水量在1980 年以后呈增加趋势,但东西部趋势相反,中西部地区增加,而东部地区减少。经济快速期(1979-2012 年)与慢速期(1961-1978 年)降水量的趋势差表明,人为活动密集的东部地区降水下降趋势明显减缓;而中西部区域的化工区、城市及其下风区的降水量、降水日数、降水强度和日最大降水量都有明显增加。省会城市和化工城市对降水各指标的正贡献总体在10%~60%之间,其中化工城市对降水的影响最为显著。多元回归表明,社会固定资产投资、工业产值和服务业产值对西北降水有显著影响。     

CLIGEN生成干旱半干旱地区降水相关参数的验证

选用黄河上中游地区无定河流域为中心的15个气象站1959~1999年的降水日值资料,对随机天气发生器CLIGEN在干旱半干旱地区再现降水的能力进行了验证。结果表明:CLIGEN模型较好地模拟了该区域的降水发生概率;很好地再现了年、月、日降水总量平均值,平均相对偏差分别为2.4%、2.4%和2.1%;CLIGEN再现了96.4%的日降水变率、95.9%的月降水变率和84.1%的年降水变率。对年降水变率估计稍差,表明CLIGEN在模拟降水变率方面还有改进的必要。从降水极值看,年降水最大值的平均相对偏差为11.1%,偏差最大的是干旱区的临河站（39.1%）;年降水最小值的平均相对偏差为20.5%,偏差最大的是临河站（-30.7%）;月最大降水量除两站稍低外,其它站平均偏高20.2%;日降水最大值除临河站偏低3.4%外,其余各站平均偏高43.2%。总体上讲,CLIGEN在干旱地区的模拟能力比在半干旱区稍差。鉴于CLI-GEN模拟的极大值绝大部分都偏高,因此利用CLIGEN模型生成的降水资料运行径流和土壤侵蚀模型有高估径流量和土壤侵蚀量的可能,需要进一步利用自计雨量计的资料对CLIGEN生成次降水的参数进行验证,以确保径流和土壤侵蚀预测的精度。