三峡库区降水量的空间插值方法及时空分布

三峡库区是一个特殊的地理单元，分析库区降水的时空特征具有重要意义。利用三峡库区及周边46个气象站点资料，分别采用反距离加权法、样条函数法、普通克里金法、协同克里金法等4种空间插值方法，对三峡库区1961~2005年45年间的年平均降水量、月平均降水量进行了空间插值模拟与交叉检验，并对三峡库区降水量的时空分布特征进行了分析。检验结果表明，考虑高程的协同克里金法整体插值效果要优于其他3种插值法。但通过站点误差分析，协同克里金法并非对每一个站点的插值精度都高。研究发现，在剔除其中2个高海拔站点的情况下，可以显著提高协同克里金的空间插值效果。由插值得到的三峡库区降水分布图可知，大部分区域的年平均降水量处于 1000~1200 mm ，而年内降水分配不均匀，夏季降水约占年降水量的45%。     

基于Kriging插值的1961~2005年淮河流域降水时空演变特征分析

利用淮河流域4省170个气象站点1961~2005年的降水观测数据，采用Kriging法对淮河流域各季及年降水量进行了插值，得到了1 km×1 km降水栅格序列。在此基础上，对淮河流域降水的时空格局及其变化特征进行了分析。结果表明：淮河流域降水量的空间分布基本呈南高北低、山区多于平原、近海多于内陆的格局。近45 a来淮河流域降水量的年际波动较为强烈，而变化趋势不显著。流域内汛期和年降水量的年代际变化则具有明显的阶段性，主要表现在20世纪90年代前基本为下降趋势，2000年后明显上升。当前，淮河流域正处于降水的高气候变率时期。45 a来，降水的空间格局发生了一定的变化，表现在淮河中上游和干流沿岸地区的降水量升高，而流域东北部的降水则呈下降趋势     

1959～2008年湖北省暴雨的气候变化特征

利用湖北省17个气象站1959~2008年逐日降水资料，采用克里格插值法、线性趋势、累计距平、滑动平均及Mann Kendall、复Morlet小波函数等方法分析湖北省暴雨的空间分布规律和时间演变特征。结果表明：湖北省存在以鄂东南和鄂东北为两个暴雨高值高频中心、鄂西北为低值低频中心的多中心分布特征，整体呈现出从东南向西北递减的地域分布，且大暴雨高频区、特大暴雨多发区和暴雨极大值区均出现在鄂东地区。时间演变趋势上，近50年来湖北省暴雨日数呈弱的增长趋势，暴雨量经历了偏少 偏少 偏多 偏多 偏少的年代际变化过程，异常暴雨年中暴雨日数偏多年较偏少年出现的频率高，全省暴雨日数和暴雨量在1978年发生突变，且存在9 a和5 a的周期振荡，而各分区暴雨日数均表现出显著地8~10 a的年代际周期特征     

长江流域逐月气温空间插值方法的探讨

长江流域地形地貌特征复杂。为了探索适合长江流域的逐月气温数据空间插值方法，在考虑海拔、经纬度、坡度、坡向对气温影响和没有考虑这些地形因子对气温影响的两种情况下，利用流域151个气象站2007年逐月气温与对应的站点地形因子进行回归分析，并与回归直线截距相加产生栅格化的回归气温值，同时对回归多项式的残差分别运用反距离权重法（IDW）、普通克立格法（OK）和样条函数法（SPLINE）气温进行了空间插值，然后将栅格化的回归气温值与残差的插值结果相加得到空间化的逐月气温数据，并利用交叉检验方法对插值精度进行了评估。结果表明：考虑了地形因子影响的3种插值方法的精度都有比较明显的提高，对于普通克立格法，平均绝对误差（MAE）从103℃降到060℃，均方根误差（RMSE）从238℃降到123℃；对于反距离权重法，MAE从110℃降到065℃，RMSE从248℃降到138℃；对于样条插值法，MAE从124℃降到074℃，RMSE从266℃降到151℃。考虑了地形因子影响的空间插值方法整体上要优于没有考虑地形因子的空间插值方法，其中，基于地形因子的普通克里格插值方法结果相对较好     

高精度区域气候模式对淮河流域降水的模拟评估

利用CCLM（COSMO model in Climate Mode）高精度区域气候模式输出的淮河流域逐日降水数据，计算了年降水量、降水强度、大雨日数和强降水量4个降水指数，首先通过与1961～2010年流域内气象站点的降水观测数据进行对比，检验CCLM模式对淮河流域降水的模拟能力。结果表明，CCLM模式能够很好的模拟淮河流域降水的年际变化和空间分布特征，在4个降水指数中，对年降水量的模拟效果最佳。CCLM模式在SRES-A1B（中排放）情景下的降水预估数据显示，2011～2050年淮河流域降水整体将呈增加趋势，增幅在70 mm之内，降水量年际变率较大，波动范围达-40%～60%，很有可能造成未来旱涝灾害的频繁发生。空间分布上，流域南部和中部在未来40年内降水呈增加趋势，增幅不超过67%，其他区域则呈减少趋势，减幅不超过106%     

2007年湖北省梅雨期可降水量的GPS观测和分析

介绍了湖北省2006年建成的GPS(全球定位系统)气象探测网对2007年梅雨期可降水量的探测，指出GPS探测的可降水量(〖WTBX〗PWV)〖WTBZ〗与探空资料所计算的可降水量具有高度的一致性。通过对多站GPS资料时间序列的分析，揭示了在梅雨期过程中〖WTBX〗PWV的3个阶段的变化特征：在梅雨期来临前PWV都有一个急升的过程，PWV的急升时间长短、升幅、量值大小反映了水汽累积情况，它与梅雨期降水过程有较好的对应关系；梅雨过程中PWV急升达到峰值的过程伴随着明显的降水，进入高值波动阶段后，降水继续维持，PWV下降的过程中，降水逐步减小，直至停止，在这一阶段中PWV时间序列的波动和空间分布特征与梅雨期降水的短时变化有较好的对应关系；PWV〖WTBZ〗的变化幅度和平均量值的平稳减小则反映梅雨期即将结束.     

中国夏季极端降水空间格局及其对城市化的响应（1961~2010）

利用1961~2010年6~8月中国544个气象站点的日降水数据，采用滑动空间百分位和滑动空间距平的方法来确定的极端降水阈值，在此基础上，以夏季极端降水的雨量占夏季总降水量的比例来表征极端降水强度，并检测极端降水阈值和强度的区域非均一性。进一步通过引入可以反映城市化水平的DMSP/OLS夜间灯光数据，并将不同气象站点所在区域的城市化水平划分为6个等级，从而分析城市化水平与极端降水强度的关系来定量评估城市化对极端降水强度的影响。结果表明，采用滑动空间百分位法和滑动空间距平能够有效诊断出城市化对极端降水的影响。相比于固定百分位阈值法，基于滑动空间百分位法确定的极端降水阈值和强度的空间分异格局更加对比鲜明，整体来看城市化已在很大程度上影响了中国夏季极端降水的阈值和强度，进而对其空间分异特征产生了显著作用。一方面城市化效应使得中国夏季极端降水阈值提高了1.68%，另一方面夏季极端降水的平均强度与城市化水平有着显著的线性关系，即城市化水平每提高一级，极端降水的平均强度增大0.62%。因此，城市化增大了极端降水的风险。 关键词： 极端降水；滑动空间百分位法；滑动空间距平；DMSP/OLS；城市化；中国     

近50年湖北省降水变化特征分析

在气候变化背景下，区域降水变化波动较大。湖北地处亚热带，位于典型的季风区内，旱涝灾害比较突出，特别是水患，历来是威胁湖北的一大灾害，因此对降水时空变化进行分析研究，有很现实的意义。利用1961年以来全省65站逐日降水观测资料为基础，根据气候特征和行政区划将湖北省进行区域划分，利用多种统计分析方法，以揭示在全球气候变暖背景下湖北省各区域的降水变化事实。结果表明：湖北省平均年降水量鄂西北最少，鄂东南最多，秋季降水量的减少和冬季降水量的增加最为显著；极端降水事件的变化中，鄂西北发生站次最多，江汉平原其次，鄂西南和鄂东南最少。该结论为湖北各区域的旱涝变化趋势预估、为水资源管理和防汛抗旱工作提供科学的参考     

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     

四种再分析资料与长江中下游地区降水观测资料的对比研究

为了获得对中国区域降水刻画能力较好的再分析资料，以长江中下游地区为例，将PREC/L、CMAP、GPCP及NCEP2四种再分析降水资料与台站降水观测资料进行了多年和逐年平均的年、季、月降水量距平的时空相关分析和方差分析，比较了再分析资料对该区降水刻画能力的差异。首先对该区域的观测资料、CMAP、GPCP及NCEP2资料进行插值，使所有资料具有相同的空间分辨率，在此基础上比较再分析资料与观测资料年、季、月平均的降水变化特征。结果表明，四种再分析资料与观测资料的距平相关系数（均方根误差）由大到小（由小到大）的变化次序为：PREC/L→CMAP→GPCP→NCEP2，四种再分析资料均能较好地刻画出长江中下游地区降水的时空分布特征，尤以PREC/L资料对该区域降水变化的时空演变规律描述得最好。最后，利用PREC/L资料与观测资料对该区域降水的时空特征进行了相关分析、EOF分析和功率谱分析，结果显示夏季平均降水量具有23和31年的显著周期，EOF分析的前两个模态的时间变化分别具有23和28年的显著周期，这些显著周期都通过了95％的红噪声检验.     

渭河下游洪水灾害的降水危险性评估与区划

大气降水的不规则运动是引发洪水灾害的重要因素.通过对"小洪水、大灾情"特性显著的渭河下游洪泛区的洪水特性、降水规律以及二者的关系进行分析,利用插值计算法进行降水量和降水变率空间分析,评估并区划了研究区汛期洪灾风险的降水危险性.主要结论为:①季节性的强降水过程是引发渭河下游洪水灾害的重要因素,连续暴雨或大范围暴雨往往带来洪水灾害;②汛期降雨量呈现出显著的南多北少特征,且从东南到西北依次递减,咸阳、高陵县、大荔县西北部降水量偏低,而秦岭北麓的华县、华阴及西安市区降水相对丰富;③汛期降水变率虽然呈现出相间分布的特征,但降水量变化较大的区域(西安市区、华县以及潼关县东南部)都集中于南部的秦岭北麓;④根据降水量越大,影响度越高,降水变率越大,降水量越不稳定,洪水危险性越高的原则,进行洪灾的降水危险性评估与区划,结果显示降水危险性较高与较低区域呈环状相间分布,危险性较高的区域更多地分布于渭河干流南岸.     

恩施地区近54年降水量变化特征分析

基于湖北省恩施州的4个气象站点（巴东、绿葱坡、恩施、来凤）以及周边的3个站点（万州、奉节、五峰）近54 a逐年的降水量数据，利用气候倾向率法、ARCGIS空间分析法、小波周期分析法（Wavelet Analysis）和Mann Kendall突变分析法分别对研究区的降水量的时空变化、周期变化、突变进行了分析。研究表明：湖北恩施地区近54 a降水量呈现出波动式的下降趋势，20世纪90年代后尤为明显。从时间变化来看，70年代和90年代的降水量的下降量要比其它年代降水增加量要大；四季变化中除了冬季降水量呈现出较为明显的上升趋势外，其它3个季节降水量呈现较为明显的下降趋势。从空间变化来看，降水量最多的区域主要集中在绿葱坡地区，最少的区域主要集中在东北部的巴东和西北部利川的部分区域，形成了“一高两低”且有东北部向西部逐渐减少的分布态势     

基于Delaunay三角网和地理加权回归的降水空间异常探测方法研究

针对目前已有的降水资料质量控制方法适应性差,降水数据难以模拟局地降水规律的问题。以湖南省为实验区域,利用1985~2014年夏季降水观测数据,定义局部地理空间内降水量发生显著偏离的气象站点为异常,发展了一种结合Delaunay三角网和地理加权回归的降水空间异常探测方法。该方法通过构建不规则三角网来获取各个区域之间稳定合理的地理邻近关系,根据空间邻近关系获取自适应回归带宽,并纳入地理加权回归模型进行计算,最后根据回归残差项的统计分布性质开展空间异常度量与分析。实验表明该方法能有效检测出降水空间异常,可应用于降水数据二次处理时的质量控制阶段,有助于进一步探索局部地理空间内的降水规律。     

全球升温1.5℃与2.0℃情景下长江中下游地区极端降水的变化特征

基于长江中下游地区1961~2100年区域气候模式COSMO-CLM(CCLM)模拟与1961~2005年气象站观测的逐日降水数据,通过统计计算年降水量、强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率4个极端降水指数,研究全球升温1.5℃与2.0℃情景下,长江中下游地区极端降水的时空变化特征。结果表明:(1)全球升温1.5℃情景下,年降水量相对于1986~2005年减少5%,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率分别增加7%、33%和4%;概率密度曲线表明,年降水量均值下降,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率均值上升,极端降水方差增大;年降水量、强降水量和暴雨日数在空间上表现为南部增加北部减少,极端降水贡献率则相反。(2)全球升温2.0℃情景下,年降水量下降3%,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率分别上升15%、46%和15%;年降水量均值稍有减少且方差稍有上升,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率均值和方差明显增加;年降水量减少区域位于长江主干以北,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率表现为绝大部分地区增加的空间变化特征。(3)全球升温由1.5℃至2.0℃时,年降水量、强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率分别增加3%、7%、10%和11%;随升温幅度的增加极端降水均值和方差上升;极端降水呈增加态势的范围扩大。因此,努力将升温控制在1.5℃对降低极端降水的影响具有重要意义。     

我国南方地区50 a冬季降水和相对湿度特征分析

根据中国地面气候日值数据集资料，利用气候趋势系数、气候倾向率等方法，研究了我国南方地区冬季50 a降水和湿度的时空变化特征，并运用基尼系数对降水均匀性的空间分布进行了分析。结果表明：降水和相对湿度分布皆自西北向东南递增，最大中心位于长江以南附近内陆区域，最小值基本位于高原。降水强度整体呈现增加趋势，在沿长江附近区域以及云南部分地区增强明显，最大气候倾向率为1.0 mm/d/10 a左右，有明显的突变时间，为1979年；降水量呈微弱的增加趋势，其中云贵和川渝局部区域降水量呈减少趋势，为-3 mm/10 a左右，没有明显的突变时间；降水日数在长江以南局部区域及云贵区域显著减少，其中云南的西南地区为最小气候倾向率-10 d/10 a，明显突变时间为1980年；相对湿度表现出一定的局地增减趋势，长江以北（南）主要呈微弱增加（减少）趋势，云南南部减小趋势显著；相对湿度和降水呈明显的正相关，其中与降水量和降水日数相关系数高达0.784、0.753。降水量基尼系数的空间分布与降水分布相似，只是降水分布的大（小）值中心为基尼系数小（大）值中心，不同年代及冬季不同月份的降水量基尼系数大（小）值区域范围有所增减。总的来看，我国南方冬季中部和东部大部分区域为降水均匀区，西南高原区域为不均匀区。 关键词： 南方地区；冬季；降水；相对湿度     

四种再分析资与长江中下游地区降水观测资科的对比研究

为了获得对中国区域降水刻画能力较好的再分析资料,以长江中下游地区为例,将PREC/L、CMAP、GPCP及NCEP2四种再分析降水资料与台站降水观测资料进行了多年和逐年平均的年、季、月降水量距平的时空相关分析和方差分析,比较了再分析资料对该区降水刻画能力的差异.首先对该区域的观测资料、CMAP、GPCP及NCEP2资料进行插值,使所有资料具有相同的空间分辨率,在此基础上比较再分析资料与观测资料年、季、月平均的降水变化特征.结果表明,四种再分析资料与观测资料的距平相关系数(均方根误差)由大到小(由小到大)的变化次序为:PREC/L→CMAP→GPCP→NCEP2,四种再分析资料均能较好地刻画出长江中下游地区降水的时空分布特征,尤以PREC/L资料对该区域降水变化的时空演变规律描述得最好.最后,利用PREC/L资料与观测资料对该区域降水的时空特征进行了相关分析、EOF分析和功率谱分析,结果显示夏季平均降水量具有2.3和3.1年的显著周期,EOF分析的前两个模态的时间变化分别具有2.3和2.8年的显著周期,这些显著周期都通过了95%的红噪声检验.     

南水北调西线工程水源区降水时空特征

利用南水北调西线水源区内78个站点1956～2001年降水资料,运用Mann-Kendall秩次相关检验法、相关分析等方法,分析了降水的时空变化特征.结果显示:水源区多年平均降水在空间分布特征与大地形相关,青藏高原东部降水少,都在 1 000 以下;四川盆地西部降水一般在 1 000 以上,个别站点多年平均降水近 2 000 ;云贵高原西北部降水多在 1 000 附近.降水年际变化总体不显著.降水年内分配一致性较好,大部分站点以夏秋季为主要降水时间,夏秋两季降水占年降水量的76%～91%.78个站点中,年降水量增加的有55个,减少的有23个,通过帷糤TBZ =0.01显著水平检验的站点占总数的27%,总体上,降水变化趋势不明显.从大范围看,降水随海拔升高而减少;但从局地地形变化剧烈的山区看,降水量随海拔高度增加而增加的现象十分明显.     

近47年云贵高原汛期强降水和极端降水变化特征

利用云贵高原159个常规气象站1961～2007年汛期（5～10月）逐日降水量，用百分位法定义站点强降水和极端降水阈值，对强降水和极端降水事件进行了分析研究。结果表明：云贵高原汛期强降水和极端降水阈值地理分布差异较大，与汛期降水量关系不大，而与站点海拔高度显著负相关；1961～2007年汛期降水量变化趋势不明显，但降水日数显著减少，降水有集中的趋势；强降水量和极端降水量具有与汛期降水量相似的年际波动特征，极端降水与汛期降水的相关高于强降水；以强降水量和极端降水量与汛期降水量的比重表征事件的强度，两者均呈显著增加的变化趋势，并在1990年代初期发生了显著增加的突变；强降水和极端降水与夏季季风强弱变化显著负相关。     

三峡库区汛期极端降水非均匀性特征

利用极端降水量集中度和集中期讨论三峡库区汛期极端降水量的非均匀性分布特征。结果表明: 三峡库区极端降水量空间分布表现为西南部和东北部地区相对较少，中部、东南部相对较多。库区汛期极端降水集中度和集中期的空间差异不大，集中程度总体较差，东北部和西部地区极端降水相对集中，中部相对分散。库区极端降水主要集中在6月底和7月上中旬，东北部和西部偏西地区集中期相对较晚，中部地区集中期相对较早。库区汛期极端降水量的分配状况与同期极端降水量存在较好的关系，即极端降水量越少，则极端降水量越集中、集中期越早；反之极端降水量越多，则极端降水量越分散、集中期越晚，尤其是在库区东北部地区最为显著。三峡库区蓄水后极端降水集中程度在空间上一致性较好，表现为蓄水后更为分散；极端降水量和集中期则在空间上差异显著，大致表现为蓄水后东北部极端降水增加并延迟；西南部极端降水减少并提前     

降水量时间序列变化的小波特征

利用小波变换对降水量时间序列的多时间尺度变化及突变特征进行了探讨。小波变换不仅能将降水量时间序列的频率特征在时间域上展现出来，清晰地给出各种时间尺度的强弱和分布情况以及早涝变化趋势和突变点，而且还能分析出其主要周期。以新安江流域黄山地区主汛期(5—7月)和年降水量为例，计算表明，其年际及年代际时间尺度在时域中分布不均匀，具有明显的局部化特征；同时分析出主汛期降水具有8年、19年左右的周期，年降水存在6年、19年左右的周期；研究还表明，主汛期降水与年降水的时间尺度变化比较接近。