1961～2018年河南省暴雨初终日和暴雨日数的时空变化规律分析

利用1961～2018年河南省111个气象站逐日降水资料,采用气候倾向率、相关分析和多元逐步回归等数理统计方法,分析了河南省暴雨初终日和暴雨日数的时空变化规律。结果表明:(1)河南省各站平均暴雨初日为5月19～7月16日,最早暴雨初日为1月28日～5月25日,均由南向北明显推迟,由西向东明显提前,由平原向山区明显推迟。(2)河南省各站平均暴雨终日为8月5日～8月30日,最晚暴雨终日为9月9日～11月29日,均由南向北明显日期提前,由西向东明显推迟,由平原向山区最晚暴雨终日明显提前。(3)河南省各站年平均暴雨日数为0.7～4.3天,由南向北明显减少,由西向东明显增多,由平原向山区明显减少。(4)河南省平均暴雨初日和平均暴雨终日均有提前趋势,气候倾向率分别为1.2和0.2 d·(10 a)~(-1);平均暴雨日数呈阶段性变化,特别是2000年以后呈明显减少趋势;各站暴雨初日、暴雨终日和暴雨日数的气候倾向率分别在-9.3～9.3、-2.4～5.4和-3.0～3.2 d·(10 a)~(-1)之间,但仅有少数站点通过显著性水平检验。     

1900～2018年全球自然灾害时空演变特征与相关性研究

全球紧急灾难数据库EM-DAT(Emergency Events Database,简称EM-DAT)中1900～ 2018年的自然灾害数据,综合趋势检验及突变点检测方法、标准差椭圆空间统计方法,探究灾害的时空分布、演变趋势及不同灾害之间的相关性.结果 表明:(1)洪水、干旱和风暴的危害性较大.其中,洪水发生次数最多,干旱造成的死亡人数最多,风暴造成的经济损失最为惨重;(2)从时间上来看,灾害发生次数先增加后稍有减少,总体呈上升趋势;因灾死亡人数则自1932年后大幅度减少,呈下降趋势;灾害经济损失持续增加,呈上升趋势;(3)从空间上来看,灾害发生次数分布格局呈南北方向扩张、东西方向收缩趋势,整体往东南方向移动;灾害死亡人数空间分布先呈现西北-东南分布格局,后转变成西南-东北格局,且这种格局不断弱化,直到最后重新呈现西北-东南分布格局;灾害经济损失重心东西方向移动距离大于南北方向,经济损失主方向总体向西北方向转移;(4)洪水、风暴、地震、流行病、滑坡5种灾害与所有灾害均呈显著正相关,相关性系数都达到0.57以上,相互作用较强,其中,地震与风暴两种灾害间的相关性系数最高(为0.906).     

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     

长江中下游地区连阴雨变化特征分析

利用长江中下游地区86站1961~2011年逐日降水量资料,采用线性倾向估计法和M-K突变检验法,分析该地区年连阴雨日数、过程次数、总降水量及降水强度的时空变化特征。结果显示:长江中下游地区大部连阴雨日数有70~130 d/a、连阴雨过程次数有7~12次/a、连阴雨总雨量为500~1 300 mm/a、年均连阴雨强度为8~10 mm/d,连阴雨过程持续时间多在8~11 d/次左右。其中连阴雨日数和频次总体呈现出南多北少、连阴雨总雨量呈东南多西北少、雨强呈东强西弱的分布态势;近50 a来,长江中下游地区平均年连阴雨日数、连阴雨过程频次、连阴雨总雨量均呈减少趋势,减少速率分别为3.8 d/10 a、0.3次/10 a、18.5 mm/10 a,其中连阴雨日数、频次减少趋势显著;降水强度呈显著增加趋势,增加速率为0.2 mm/(d·10 a)。空间上,西部连阴雨日数、过程次数均呈显著减少趋势,东部呈微弱的减少趋势;大部地区连阴雨总量均呈显著减少趋势,其中西部尤为突出。突变分析发现,长江中下游连阴雨存在突变年份,各统计因子突变主要集中在1991~2011年,连阴雨日数减少突变发生在2003年,2006年起减少趋势超过显著性水平;连阴雨频次突变发生在2004年,2010年起减少趋势超过显著性水平;连阴雨总雨量突变发生在2006年,但这种突变不显著;连阴雨降水强度于1992~1994年发生突变,2010年起增加趋势超过显著性水平。     

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。     

近几十年三峡库区主要气象灾害变化趋势

利用三峡库区33站1961～2006年逐日降水量、平均气温、最高气温、雾、雷暴资料，分析了库区干旱、洪涝、连阴雨、高温、雾、雷暴主要气象灾害的变化趋势。统计结果表明：近46年来，三峡库区平均年干旱日数呈不明显的增加趋势，春、夏、冬季干旱日数的年际间基本没有变化趋势，但秋季干旱日数年际间有明显的增多趋势，增多速率为41 d/10 a；春、夏季雨涝日数变化趋势不明显，秋季雨涝日数有微弱的减少趋势；三峡库区年平均连阴雨过程次数有微弱的减少趋势，连阴雨日数的减少趋势较明显；近34年三峡库区年雷暴日数呈明显减少趋势，减少速度为29 d/10 a；库区平均年雾日数没有明显变化趋势,但1999年以来减少趋势明显；近46年三峡库区平均年高温日数、危害性高温日数有微弱的减少趋势，平均年极端最高气温均没有明显变化趋势。     

近几十年三峡库区主要气象灾害变化趋势

利用三峡库区33站1961～2006年逐日降水量、平均气温、最高气温、雾、雷暴资料，分析了库区干旱、洪涝、连阴雨、高温、雾、雷暴主要气象灾害的变化趋势。统计结果表明：近46年来，三峡库区平均年干旱日数呈不明显的增加趋势，春、夏、冬季干旱日数的年际间基本没有变化趋势，但秋季干旱日数年际间有明显的增多趋势，增多速率为41 d/10 a；春、夏季雨涝日数变化趋势不明显，秋季雨涝日数有微弱的减少趋势；三峡库区年平均连阴雨过程次数有微弱的减少趋势，连阴雨日数的减少趋势较明显；近34年三峡库区年雷暴日数呈明显减少趋势，减少速度为29 d/10 a；库区平均年雾日数没有明显变化趋势,但1999年以来减少趋势明显；近46年三峡库区平均年高温日数、危害性高温日数有微弱的减少趋势，平均年极端最高气温均没有明显变化趋势。     

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.     

淠河流域不同强度等级降水变化研究

淠河流域降水时空变率大,深入分析不同强度等级降水的特征和变化,对于全面揭示研究区气候变化、合理有效利用水资源、防治洪旱灾害具有十分重要的意义。基于淠河流域12个气象站1958~2012年逐日降水资料,分析年、季不同级别降水量(频次)的变化特点,以及主汛期(5~9月)连续3d最大降水量的概率分布。结果表明,淠河流域小雨量(频次)四季分布比较均匀,级别越高,降水频次越少,分布越集中,夏季暴雨多发。淠河流域年总降水量增加趋势不显著,总降水频次则显著减少。夏季各级别降水量(频次)均呈增加趋势,其中暴雨增加最显著,冬季总降水频次无明显趋势变化,小雨、中雨量增加显著,春、秋季总降水频次和小雨频次的减少趋势极其显著。淠河流域暴雨量、暴雨频次均在1968年发生增多突变,小雨频次在1975年有极显著减少突变,年总降水量有增多突变,总降水频次则有减少突变。自20世纪70年代后期以来,研究区主汛期连续3d极端强降水出现概率加大,不同重现期极值增大,洪涝灾害风险加剧。     

长江流域土壤相对湿度变化及其影响因素

以1992~2012年长江流域196个土壤观测站的旬土壤相对湿度资料为基础,通过线性趋势和Kriging插值等方法分析0~50 cm土层土壤相对湿度年际、年内时空分异和季节变化特征,并从气候和NDVI要素探寻其变化原因。结果表明:(1)长江流域年均土壤相对湿度自1992年以来整体上呈波动增加趋势,年际变化倾向率为0.26%/a。江源地区土壤相对湿度增幅大于其他地区。(2)土壤相对湿度表现为东南和西南部较高,东北和西北部较低的空间分布特点。(3)四季土壤相对湿度增加的强烈程度由大到小依次是秋季、冬季、夏季、春季。(4)土壤相对湿度增加的主要原因是潜在蒸发减少和NDVI增加。     

长江流域不同类型降水量的非均匀性分布特征

基于长江流域1963~2016年131个气象站点逐日降水资料，计算了年降水、强降水（极端降水和暴雨）的集中度（PCD）、集中期（PCP），并结合M-K非参数性趋势检验分析以及相关分析等方法对长江流域降水非均匀性分布特征及其趋势进行了分析，目的在于揭示不同类型降水量在流域内非均匀性分布的特征，加强对强降水在时空分布上的理解。结果表明：流域多年平均年内日降水量集中度（PCDDP）、集中期（PCPDP）均由下游向上游递增，PCDDP变化趋势不显著而PCPDP变化趋势在空间上差异明显，在流域中下游呈增长趋势、上游呈减小趋势；年降水量与PCDDP呈显著正相关的地区主要分布在四川盆地；流域年极端降水量PCDEP、PCPEP的多年平均分布及变化趋势与PCDDP、PCPDP相似。流域多年平均暴雨量（日降水≥50 mm）从下游向上游递减，在四川盆地较四周高，暴雨在流域东部呈增长趋势，在四川盆地呈减小趋势；年暴雨量集中度（PCDRP）、集中期（PCPRP）从流域东南向西北递减，在湖北、贵州以及四川东部PCDRP呈增加趋势，在流域东南部呈减小趋势；PCPRP在江浙、安徽、湖南及贵州地区呈不明显的增加趋势，在四川、云南等地呈减少趋势。     

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。     

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     

长江中下游地区汛期暴雨频次的时空分布特征

利用长江中下游地区六省一市1960~2003年81个台站汛期（5~9月）逐日降水资料，统计出了不同台站近44年逐年汛期暴雨事件的发生频次，并进行了时空分布特征分析。结果表明：汛期暴雨事件最频发的区域在皖南到赣北一带，而北部的鄂北和皖北是最少发的区域；一致性异常特征是长江中下游地区汛期暴雨事件发生频次的最主要空间模态；汛期暴雨事件发生频次可分为以下5个主要的空间分型：两湖平原型、北方型、长江沿江型、南方型、沿海型；从长期变化趋势来看，两湖平原型、长江沿江型和沿海型暴雨事件发生频次表现为较明显的增加趋势，南方型基本没有长期变化趋势，但有先降后升的特点，而北方型表现为弱的减少趋势；近44年来暴雨事件发生频次各分区的周期振荡不太一致。     

Projecting Spatial Patterns of Flood Hazard: Recent Climate and Future Changes over Yangtze River Basin

Projection of hazard changes in climate extremes is critical to assessing the potential impacts of climate change on human and natural systems. Using simulations of providing regional climates for impacts studies, five indicators (rainstorm days, maximum 3-day precipitation, elevation, gradient and distance from river or lake) were selected to project the spatial patterns of flood hazard over Yangtze River Basin for the baseline period (1961– 1990) and future (2011–2100) under SRES B2 scenario. The results ...     

长江流域月降水的EEMD多时间尺度遥相关分析

基于长江流域138个气象站1961~2016年的逐月降水观测资料，应用集合经验模态分解（EEMD）方法，分别对各站点的月降水序列进行EEMD分解，然后，运用时滞相关分析和逐步变量选择的方法，以识别长江流域月降水周期振荡和长期趋势的显著影响因子，并构建多元线性回归模型对长江流域月降水进行预测。结果表明：（1）近50多年来，长江流域各站点的月降水呈现出显著的季节、年际和年代际尺度振荡特征。（2）流域内各站点月降水的长期变化趋势存在着较大的空间差异性，表现为金沙江、雅砻江、大渡河以及鄱阳湖流域是月降水长期趋势显著增加的集中区，而岷江中游以及洞庭湖流域的南部是月降水长期趋势显著减少的集中区。（3）厄尔尼诺1+2区的平均海表温度（NINO1+2）的过去模式是影响长江流域月降水周期振荡的主要气候因子，而全球平均气温距平（GlobalT）是影响长江流域月降水长期趋势的主要气候因子。（4）基于已识别的影响因子构建的月降水量预测模型在旱季的预报性能高于雨季，并在长江上游地区的预报性能高于其中下游地区。     

长江流域中上游植被NDVI时空变化及其地形分异效应

研究植被NDVI的时空演变及其地形分异效应,对于深入理解植被与人类活动的关系,揭示区域环境变迁,指导区域生态环境科学治理具有重要意义。以长江流域中上游作为研究区,基于1998～2015年SPOT-VEGETATION NDVI年度数据、DEM数据和基础地理信息数据,运用RS、GIS和数理统计分析等方法,探究了植被NDVI的时空演变特征及其地形分异效应,并对其影响原因进行了探讨。结果表明:(1)1998～2015年长江流域中上游地区生态环境得到极大改善,植被年均NDVI在时间上由1998年0.67增长至2015年0.75,年均增长率为0.57%。(2)植被NDVI在空间上的改善区域(48.58%)明显大于退化区域(11.1%),改善区域主要集中分布在研究区中东部地区。(3)植被NDVI在海拔500～1 000、1 000～1 500 m及坡度8°～15°、15°～25°区域改善趋势最大,在5 000 m和坡度0°～5°区域退化趋势最大;坡向对植被NDVI变化影响不显著。(4)18年间长江流域中上游地区植被NDVI变化可能是受天然林保护、退耕还林(草)等生态工程实施和人类社会经济活动共同作用的结果。该文能为长江流域中上游地区脆弱生态环境的治理和改善提供科学依据,进而筑牢长江中上游重要生态屏障,推进长江经济带绿色发展。     

1998～2016年长江经济带PM2.5时空演化的多尺度分析

基于全球大气PM_(2.5)年均浓度栅格数据集,采用重力模型、变异系数和探索性空间数据分析等方法,从区域、省域、市域、县域和栅格等多个尺度,对长江经济带PM_(2.5)时空演化特征进行系统分析。结果发现:(1)1998～2016年,长江经济带PM_(2.5)年均浓度均高于全国平均水平,且大体呈"倒U型"变化趋势,2005年是长江经济带PM_(2.5)年均浓度变化的重要拐点;(2)长江经济带PM_(2.5)的时空演化表现出显著的空间尺度效应,在不同空间尺度上,PM_(2.5)年均浓度的空间分异特征具有明显差别,但其空间差异均呈扩大态势;(3)长江经济带PM_(2.5)年均浓度存在显著的空间正相关性,且主要表现为高值集聚特征。