透视中国小时极端降水强度和频次的时空变化特征(1961～2013年)

极端降水事件具有小概率和高风险的特征,采用高分辨率数据有助于了解极端降水真实情况。采用1961～2013年中国小时降水数据,从极端降水的强度和频次特征出发,采用多种数理统计方法诊断中国小时极端降水的时空变化特征。结果表明:(1)不同重现期下的中国小时极端降水强度具有明显的东南高-西北低的空间分异特征。不同百分位数下的中国小时极端降水阈值也具有东南高-西北低的空间分异特征。(2)不同百分位数下的1961～2013年中国小时极端降水频次变化趋势主要以增加趋势为主,且随着百分位数的增加,增加趋势趋于减小并向长江流域地区集中。中国小时极端降水频次波动特征则呈东南波动小-西北波动大的空间分异格局,且随着百分位数的增加波动大的地区从西北向东部和南部地区扩张,同时西部地区逐渐呈现出波动大小镶嵌的格局。(3)90%和95%分位数下的中国小时极端降水频次EOF分析表明,中国小时极端降水频次具有明显不同的时空变化模态,且前两个模态可以反映中国小时极端降水频次的主要时空变化模态。两种超阈值取样方法均反映了长江流域呈增加趋势的时空模态特征。     

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。     

近百年重庆主城区汛期降水及其集中期的变化特征

利用一种改进的定义汛期降水集中期的方法对重庆主城区近百余年汛期降水集中期进行了划分,并分析了集中期的重心日、雨量及其与汛期降水总量的关系。结果表明：近百余年重庆主城区汛期降水量线性变化趋势不明显,阶段变化显著。百余年来发生过两次突变,分别发生于1914年和1925年,分别突变为增加和减少趋势。3 a左右的周期为汛期降水的主要周期。6月为降水集中期重心日发生最多的月份,8月出现相对较少,4月上半月和10月均没有出现过。近百余年重庆主城区降水集中期雨量及其占汛期降水总量的比例表现为线性增加的趋势,它们的阶段性变化比较一致,尤其是21世纪以来近10 a显著偏多。集中期雨量与汛期降水之间存在很好的相关关系,但是在某些特殊年份上也存在差异。15 d滑动统计方法划分的集中期雨量作为一种极端气候事件,具有较强描述灾害事件的能力,但其极端特殊性可能会表现在某些特殊年份或年际间的变化中,充分认识其规律,能为诊断和预测业务提供更为可靠的参考依据     

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     

近52年江西省汛期极端降水事件的时空变化

利用江西省1960~2011年汛期83个台站逐日降水资料,首先定义了不同台站的极端降水阈值,统计各站近52a逐年汛期极端降水事件的发生频次,进而分析其时空分布特征。结果表明:江西省极端降水量阈值的地域分布呈从西到东、从南到北递增的特征。江西汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态是主体一致性,同时存在北部与中南部反位相变化的差异。江西汛期极端降水事件发生频次具有较大的空间差异,可分为具有不同空间特征的5个主要区域。滑动t检验表明,Ⅰ区代表站玉山的极端降水事件在1976年后和1986年后分别发生了由偏多转为偏少和由偏少转为偏多的突变;Ⅱ区代表站永丰在1974年后和1984年后分别发生了由偏少转为偏多和由偏多到偏少的突变。通过最大熵谱分析表明,各分区以2~6a的年际变化周期最为普遍,其中Ⅴ区还存在13a的年代际变化周期。从气候因子分析看,前期5~6月和冬季赤道东太平洋海温对江西汛期极端降水事件存在显著影响。     

近52年江西省汛期极端降水事件的时空变化

利用江西省1960～2011年汛期83个台站逐日降水资料,首先定义了不同台站的极端降水阈值,统计各站近52a逐年汛期极端降水事件的发生频次,进而分析其时空分布特征。结果表明：江西省极端降水量阈值的地域分布呈从西到东、从南到北递增的特征。江西汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态是主体一致性,同时存在北部与中南部反位相变化的差异。江西汛期极端降水事件发生频次具有较大的空间差异,可分为具有不同空间特征的5个主要区域。滑动t检验表明,Ⅰ区代表站玉山的极端降水事件在1976年后和1986年后分别发生了由偏多转为偏少和由偏少转为偏多的突变;Ⅱ区代表站永丰在1974年后和1984年后分别发生了由偏少转为偏多和由偏多到偏少的突变。通过最大熵谱分析表明,各分区以2～6 a的年际变化周期最为普遍,其中Ⅴ区还存在13 a的年代际变化周期。从气候因子分析看,前期5～6月和冬季赤道东太平洋海温对江西汛期极端降水事件存在显著影响     

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。     

西南地区极端降水的时空变化特征

西南地区是我国山地灾害最为严重的区域之一,而短时极端降水则是山地灾害成灾演化的关键控制因素。以西南地区1960~2011年110个气象站的逐日降水量资料为基础,通过建立起超门限峰值序列(POT),结合GIS空间分析技术与线性倾向估计、Mann Kendall趋势检验、Morlet小波分析等方法,研究了西南地区极端降水事件的时空变化规律。结果发现：20世纪60年代以来,西南地区极端降水频数有增加趋势,速率为0017/10 a,极端降水量在总降水量中所占的比重不断增加,增幅为0.638%/10a;西南地区极端降水频数的变化在年代际间存在显著的区域增减差异,增加的区域主要呈现出斑块状分布,而减少的区域则呈现出较明显的条带状分布;云南西南部、贵州大部和四川盆地中部3个区域是极端降水频发区,而川滇交界处的元谋-会理一带和四川盆地北部山区则较少发生极端降水;季风期极端降水频数呈现出明显的增加趋势,速率为0031次/10 a,非季风期极端降水频数则呈现出减少的趋势,速率为-0014次/10 a;季风期和年极端降水频数均没有明显的突变年份,非季风期存在3个突变点,分别是1969、1983和1994年;季风期与年极端降水存在27、15和7 a时间尺度上的周期性振荡,非季风期的周期性振荡则主要集中在27和12 a时间尺度上     

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。     

面向事件过程的长江流域极端降水时空变化特征

基于1961～2019年逐日降水格点数据,对长江流域偏前型、偏后型、均衡型和单日型极端降水时空变化特征进行分析。结果表明：(1)在变化过程上,1961～2019年,长江流域偏前型极端降水先增加后下降,偏后型、均衡型极端降水变化以平稳波动为主,单日型极端降水持续上升;(2)在空间格局上,长江流域偏前型、偏后型极端降水量呈现“东南高—西北低”的分布格局,均衡型极端降水高值区分布于金沙江、鄱阳湖流域,单日型极端降水空间特征表现为“中间高、两侧低”;(3)在影响因素上,长江流域及其子流域不同类型极端降水与两类厄尔尼诺(东部型-Ni1o 1+2区和中部型-Ni1o 3.4区)正相关占比为79.2%,且与Ni1o 1+2区的相关性高于Ni1o 3.4区;(4)1998年长江流域极端降水以偏前型为主导,7月20～26日偏前型极端降水事件为1998年夏季洪涝灾害的核心致灾因子。     

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。     

长江三峡库区和上游气候变化特点及其影响

利用1961～2010年逐日气温、降水等气象观测资料分析三峡库区和长江流域等地区气象要素的气候长期变化趋势,并利用监测资料和数值模拟试验初步分析了水库蓄水后对三峡库区附近局地的天气气候的可能影响。结果表明:近50 a来三峡库区平均气温呈现上升趋势,降水量具有年代际变化特征,21世纪以来库区降水转为少雨期;气温和降水的变化都与长江上游乃至整个长江流域的变化趋势基本一致。水库蓄水后对库区附近气温产生调节作用,夏季降温和冬季增温效应明显;蓄水后库区年降水量没有明显变化。总体上,三峡水库对附近气候影响范围一般不超过20 km     

鲁中地区极端降水变化特征

基于鲁中地区8个气象站1980—2014年逐日降水数据,统计极端降水阈值,并利用线性倾向率、Morlet小波分析和经验正交分解(EOF)等方法分析极端降水的时空变化规律。结果表明:鲁中地区日极端降水阈值为33.2—40.4mm,东北部平原最低,山区最高,日最大降水量由中部地区向南北两侧递增;鲁中地区极端降水日数随时间呈非显著性增加趋势,2002年为突变发生年份,有2年的主要变化周期,主要空间变化规律一致,但在第二特征向量上呈现山区和平原变化的不一致性;年极端降水强度随时间呈增加趋势,1992年为突变年份,年极端降水日数占年降水总日数的5%,贡献了32%的年降雨量;鲁中地区极端降水最早出现在4月,最晚平原地区出现在10月,山区出现在11月,最多出现在7—8月,月际变化的地域差异不大。     

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     

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。     

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。     

近50年长江流域降水日数的演变趋势

通过分析不同强度降水量（大于75百分位和大于95百分位降水,下同）对应降水日数,研究了长江流域1951~2000年逐年和年代际降水日数变化趋势。大于75百分位的降水日数在上游以及中游的北岸增加趋势最显著,四川盆地是唯一显示减少趋势的地区。同样,大于95百分位的降水日数在中游和下游也表现出十分明显的增加趋势,呈现减少趋势的仍然是四川盆地,并略向其北方延伸。详细分析每10年的平均降水日数的距平发现,大于75百分位降水日数最大的正距平集中在中游的1980s、1990s和下游的1980s。最大的负距平也是在中游地区,发生在1950~1979年。因此,中游的降水日数增加的幅度最大。对于大于95百分位降水日数,长江流域中游和下游的变化趋势也是一致的,在1960s 和1970s的负距平后,都出现较大的正距平。上游降水日数的年际变化要小于中下游。比较不同百分位降水日数的变化趋势,可将长江流域1950~2000年降水日数的变化趋势分为3种类型：（1）在大于75百分位降水日数增加的同时,大于95百分位降水日数却有所减少;（2）大于75和大于95百分位降水日数同时呈减少的趋势;（3）大于75和大于95百分位降水日数同时呈增加趋势。     

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。     

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。