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。     

长江流域极端降水过程事件的年内分布特征

使用长江流域142个站1960～2009年逐日降水量资料，通过定义度量极端降水过程时空聚集程度的参数--极端降水过程事件聚集度和聚集期，并采用主成分分析、Morlet小波分析方法，研究了长江流域极端降水过程事件的年内分布特征。结果表明：长江流域上游极端降水过程事件主要聚集在7月上旬，出现相对比较集中，且聚集度和聚集期年际变化小；中下游则主要聚集在5月中旬至6月下旬，出现比较分散，聚集度和聚集期年际变化相对较大。极端降水过程事件聚集度和聚集期的主要空间异常模态分别表现为东南与西北反向和南北反向的变化特征；其区域平均序列分别呈上升和下降趋势，并分别在13 a和10 a尺度上周期震荡明显，表明长江流域极端降水过程事件的发生有趋于集中和提早趋势     

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。     

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。     

1961～2020年三峡库区极端降水的变化特征研究

极端降水对于三峡水利工程的调度蓄水和防洪调控具有重要的作用,在气候变化背景下三峡库区极端降水的变化特征值得研究。基于三峡库区1961～2020年33个气象台站的降水观测资料,分析了该地区小时、日和连续降水量极端降水的时空变化特征。结果表明,三峡库区小时降水量、日降水量和连续降水量极大值的空间分布均呈东南部大、西南部和东北部小的特征,但历年最大值的变化趋势空间分布存在差异。三峡库区小时、日和连续降水量极端事件的阈值均呈“东大西小”的分布特征,其中湖北鹤峰的日降水量和连续降水量极端事件阈值均为各站点中最大。在气候增暖背景下,三峡库区日降水量极端事件在夏季尤其是6～7月发生频次增多,连续降水量极端事件更集中发生在夏季,小时和日降水量极端事件年频次自2001年以后呈增加趋势,这可能会加重三峡库区的暴雨洪涝灾害风险。     

1961~2010年大渡河流域极端降水事件变化特征

基于大渡河流域1961~2010年逐日降水数据资料,运用Mann-Kendall非参数检验、Morlet小波分析法,分析了近50a来大渡河流域极端降水事件的时空变化特征。结果表明,大渡河流域的极端降水指数均呈现出相对稳定的波动增加;多年平均值均呈现出由西北向东南方向逐渐增多的分布特征,变化趋势的空间分布存在着区域差异:除强降水日数外,其他极端降水指数均呈现下游增加,上游减小的变化趋势,大渡河流域极端降水与年降水量变化趋势密切相关。大渡河流域各指数突变特征不一致,1d、5d最大降水量突变年集中在1974~1976年前后;强降水日数、极端降水量及极端强降水日数发生突变的年份分别为1984年、1979年及1977年,且突变后呈现明显的增大趋势。大渡河流域极端降水指数周期特征较复杂,但普遍存在5~10a的年际振荡周期和20~25a的年代际振荡周期,且25a是最强的主周期。     

近60年中国持续极端降水时空变化特征及其环流因素分析

极端降水具有较强的持续时间不确定性，持续多天的极端降水事件往往具有较大的致灾性，但目前从极端降水持续性角度进行极端降水变化及其环流因素的研究还非常缺乏。利用1961~2018年中国逐日降水格点数据集以及大气环流指数数据，定义持续了2天及以上的极端降水为持续极端降水事件，研究其在中国不同区域发生频次、持续日数以及持续极端降水总量、持续极端降水最大降水量的时空变化和影响因素。结果表明：（1）近60年来，中国持续极端降水事件在较为干旱的地区(蒙新地区、青藏地区)高发且持续时间长，但在较湿润的地区（东部地区）持续极端降水事件强度更高。（2）中国持续极端降水事件的频率和强度均呈现出增加的趋势，但在区域尺度上，东部地区没有明显的变化趋势，越干旱的地区增加趋势越大。各个指数变化趋势的空间分布格局相似。（3）持续极端降水事件对总降水的贡献率呈现出缓慢的增长趋势，东部地区增长趋势不明显。（4）西太平洋副高、南海副高、西太平洋暖池、亚洲区极涡、北半球极涡和中国持续极端降水事件有着显著的相关关系。区域尺度上，西太平洋副高对蒙新地区和青藏地区的影响最大，东部地区则受到西太平洋副高和西太平洋暖池的较大影响。总体上西太平洋副高对于中国持续极端降水事件影响最大，西太平洋副高强度的加强往往会引起中国持续极端降水增多。     

近48年来湘江流域极端降水事件特征分析

基于湘江流域44个气象站1960~2007年的逐日降水资料，将第95个百分位值定义为各台站极端降水事件的阈值。同时，采用线性回归、突变分析和相似系数等方法，分析了该流域极端降水事件的变化特征，研究了不同强度降水事件的时空分布特征。结果表明：湘江流域近48 a来极端降水事件的各指标（降水量、降水日、降水强度、降水指数、日最大降水量）均呈增加趋势。但在不同时期，极端降水事件表现了不同的变化趋势。1970s以前多大雨事件，1970s~1980s各类极端降水事件相对偏少，进入1990s开始明显增加，尤其是暴雨和大暴雨事件显著增多。此外，极端降水事件的分布还表现出明显的区域性特点：湘江上游多暴雨事件，中游多大雨事件，下游多大暴雨事件。
     

河南省汛期极端降水事件分析

利用河南1961～2006年50个气象站台站汛期（6～8月份）逐日降水量资料，定义95%降水分位数为极端降水事件的阈值，建立不同站近46年汛期极端降水事件发生频次的时间序列。在此基础上采用趋势分析、最大熵谱分析等统计技术方法，对河南降水事件发生频次的空间分布及年际变化特点进行了分析。结果表明：空间变化上总体具有北多南少的特点，而且汛期降水量的比重与极端降水事件发生频次的高低存在着很好的一致性；空间分布上主要有全省一致型、西北 东南型、南阳盆地型和中部分布型等4种类型，其中全省一致分布型为最主要的空间模态；年际变化趋势各地有所不同，豫西、豫南区为减少趋势，而豫中、豫北、豫东和豫西南区表现为增加趋势，而且在振荡形态上各有同异，以2~8年和10年左右的年代际变化最为普遍。     

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。     

金沙江中下游流域面雨量特征分析

利用2000~2012年金沙江中下游流域56个国家气象观测站逐日08~08时降水资料，采用算术平均法计算得到金沙江中下游5个子流域逐日面雨量，对金沙江中下游及5个子流域面雨量的时空分布特征进行了分析，重点分析了强降水日面雨量的季节分布、频次分布、等级分布、极值分布等统计特征。结果表明:金沙江中下游降水的时空变化特征明显，年平均面雨量为812 mm，夏季降水最多，秋季次之，冬季最少，且秋雨多于春雨；5~10月为降雨集中期，降水总量占年平均降水的91%；5个子流域平均每年出现日面雨量≥20 mm的强降水29.5次，且夏季最多，秋季次之；华弹 屏山段出现强降水的频次最高，横江流域次之，雅砻江下游最少，但横江流域最易出现强降水极大值；华弹 屏山和横江流域同时发生强降水的频率最高，占流域性强降水总次数的521%，在开展金沙江中下游流域面雨量预报时要特别加以关注     

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。     

近50 a长江流域暴雨日数时空变化分析

利用1961~2010年长江流域逐日降水资料和DEM数据,结合Mann-Kendall趋势法、变差系数法以及GIS空间分析等方法,分析了近50 a长江流域年均暴雨日数时空变化特征。结果表明:长江流域年均暴雨日数基本呈自东向西递减的规律,且随着海拔升高,年均暴雨日数逐渐减少,两者呈显著负相关关系;长江流域上游高原气候影响区年均暴雨日数小于1 d;而中上游中亚热带湿润气候影响区大于2 d;随着纬度的增加,暴雨开始时间推迟,结束时间提前,持续时间减少;年暴雨日数的变差系数与年均暴雨日数满足幂指数关系,相关系数达0.97,为显著相关。表现为年均暴雨日数大(小)的地方,变差系数小(大);除长江中下游中部和四川盆地及其周边地区年暴雨日数为减少趋势外,其它地方均表现为不同程度的增加趋势。鄱阳湖水系、四川(雅安市、峨眉山市、万源市)、湖南(安化县、南岳区)、湖北(洪湖市、英山县)年暴雨日数多且变差系数小,洪水、泥石流等灾害压力巨大;为有关部门了解长江流域洪水等灾害的发生机制、提高灾害预测预报能力、制定防灾减灾政策等提供科学依据。     

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。