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50年鄱阳湖五大流域降水变化特征研究

基于鄱阳湖流域在江西省内部分对应的79县市气象站1960～2006年逐日降水观测资料,采用线性回归的方法分别研究五大流域的年降水量、降水日数、暴雨日数等3要素的变化趋势,并用Mann法进行了变化趋势的显著性检验,用距平与均方差之比达到15和20作为气候异常检验指标,对各流域的各时间序列进行了异常检验,采用了Mann Kendall法对各时间序列进行突变检测。结果表明：（1）各流域的年降水量变化趋势基本一致,年降水量与年暴雨日数密切相关;饶河流域强降水事件较多,降水强度大,赣江中游流域降水时间分布相对较均匀,强降水事件较少;（2）各流域年降水量、暴雨日数总体呈波动上升趋势,20世纪90年代以来暴雨日数异常偏多的概率最大;（3）年降水日数以20世纪80年代中期为界,之前呈波动上升趋势,之后呈波动下降趋势,2002年至今各流域降雨日数明显偏少;（4）各流域的年降水量、降水日数、暴雨日数均未出现趋势性的突变;（5）近50年来鄱阳湖流域降水时间分布不均的情况加剧,旱涝灾害风险增加。     

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。     

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。     

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47年中国夏季日降水变化特征分析

以中国596个气象台站1961~2007年的夏季逐日降水资料为基础,分析了近47 a中国夏季降水长期趋势和年代际变化特征。采用面积加权平均法得到夏季全国和8个区的降水量、降水频率、降水强度序列。按小雨、中雨、大雨及暴雨降水强度分类,探讨了不同强度降水在我国降水变化中的贡献。结果表明：中国总体夏季除降水频率呈减小趋势外,降水总量、降水强度都呈增加趋势;西北西部在8个区域中的变化相对显著。降水量的增加是小雨级别降水频率和中雨以上级别降水强度增加共同作用的结果;东北、华北、西北东部降水减少主要是小雨降水频率减少的结果;长江中下游和华南降水量增加主要是大雨、暴雨降水频率和暴雨降水强度增加共同作用的结果;西南降水减少主要是小雨降水频率减少的结果。各区及全国夏季降水量、降水频率和降水强度大多在90年代有所增大,在2000年后又有所减小。与1970年代末的气候跃变相对应,各区及全国降水频率、降水强度的跃变均发生在1970年代末或1980年代初。〖     

嘉陵江流域极端降水变化及其对水文过程影响的初步研究

以嘉陵江流域为研究区,利用流域1961~2010年实测逐日降水数据和北碚水文站逐日流量数据,对流域典型极端降水指标和水文指标进行了时空演变分析,并探讨了流域不同空间区域的降水与水文过程的相关关系。研究表明,嘉陵江流域北碚水文站流量与流域不同区域降水具有良好的相关性,典型极端水文指标与极端降水指标的变化趋势基本一致。1961~2010年,在嘉陵江流域年降水量和北碚水文站年平均流量均呈现减少的背景下,流域内表征暴雨事件的极端降水指标和表征洪水过程的极端水文指标以减少趋势为主,而表征干旱事件及低水过程的极端降水与水文指标则呈一定的增加趋势,特别是年内无雨日数显著增加。     

1961～2010年金沙江流域降水时空演变特征

基于金沙江流域1961~2010年逐日降水资料,对流域长时间尺度降水要素和多个典型降水日数进行分析,研究金沙江流域降水的时空演变特征。结果表明:1961~2010年,金沙江流域年降水量呈一定的增加趋势,但未通过显著性检验,汛期雨量变化趋势不明显,逐月降水除9月和12月外其他月份均呈微弱增加趋势。小雨等级和中雨等级的降水日数空间变化趋势相似,呈中上游地区微弱增加、下游地区微弱减少趋势,大雨及以上等级的降水日数则以微弱增加为主,仅在源区、德格一带呈不明显减少趋势。年无雨日数和年连续无雨日数呈比较明显的中上游地区减少、下游增加趋势,特别是年无雨日数在昭觉、昭通、会泽等区域增加趋势显著,年连续有雨日数则呈全流域减少,在下游小部分地区显著减少。研究还表明金沙江流域下游地区无雨日数及连续无雨日数特别在2000s偏多,而年连续有雨日数则在2000s明显偏少,表明近年来流域下游地区发生干旱事件的可能性增加。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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     

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。     

两类ENSO事件对中国东部地区极端降水的影响

利用1979~2010年中国地区降水数据和IRESST全球海温数据,对比研究了东部型和中部型El Nio/La Nia事件成熟期至衰退期(冬季至次年夏季)对中国东部地区极端降水和一般降水的影响,进而揭示在两类ENSO事件影响中国东部地区降水时,极端降水和一般降水各自所占的比重。结果表明:极端降水在冬、春和夏季均占总降水量的1/2以上,其中冬季所占比重最高,夏季最低,而且长江以北比长江以南高。当两类ENSO事件发生时,中国东部地区极端降水异常空间分布特征与该地区总降水基本一致,而该地区一般降水异常分布特征则与总降水和极端降水显示出较大差别,表明两类ENSO事件均是主要通过影响极端降水异常来影响到我国东部地区的总降水异常分布。从两类ENSO事件对比来看,东部型ENSO对中国东部地区极端降水的影响要显著强于中部型ENSO,而且在各季节,两类ENSO事件影响下极端降水的空间分布特征也有所不同。在此基础上,分析了1979~2010年4次最强ENSO事件对于中国东部地区极端降水的影响,结果发现,最强ENSO事件对极端降水的影响也是远强于一般降水,而且极端降水异常分布特征与总降水异常基本一致,但是当最强ENSO事件发生时,中国东部地区极端降水和总降水的异常变化较一般ENSO事件更剧烈。     

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     

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