融合时序特征的湖北省降水空间分布估算

以湖北省2006～2010年的降水量为基础数据源,通过对降水数据的分析,将省内75个站点的时间维降水序列变差函数值作为降水强度的影响因素,引入到降水量空间预测的多元地理统计中,使用时序协同克里格方法构建降水时序特征与降水量之间的数学关系模型,对湖北省月平均降水数据进行空间插值模拟。通过分析不同时间尺度下的交叉检验统计量,选择最优的时间维变差函数计算尺度。结果显示,融合时序特征的协同克里格法对降水量的空间插值较普通克里格法具有更好的插值效果,因而更适合历史资料丰富地区的降水空间分布估算     

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。     

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     

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.     

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.     

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.     

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。     

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     

大别山北坡典型区域降水年内分配不均匀性特征研究——以安徽省六安市为例

研究大别山北坡降水年内分配时空特点,对指导区域内科学防灾减灾及水资源管理、调配具有重要的现实意义。利用六安市6个气象站1956~2010年逐日降水资料,基于降水集中度和集中期,探讨近55 a来六安市年降水集中程度的时空特征。结果表明:六安市年降水集中度变化于012~057,多年平均值037,多年平均降水集中期在37~38候。年降水量空间分布由西南向东北减少,集中度呈由南向北递增,集中期由南向北推迟。年降水总量无明显趋势变化,但集中度和汛期降水量的增加趋势显著,汛期发生洪涝灾害的风险加大。年降水量分别在1972、1990年发生一次增多和减少突变,集中度序列在1970年发生了增多突变。年降水量与集中度呈全区一致的正相关,即年降水量越大,降水越集中,相关系数分布由西南山地区向东北岗地圩畈区增加。对降水集中度与汛期旱涝的分析说明,汛期降水异常偏多,集中度偏大,易发洪涝灾害,反之易发旱灾     

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。     

太湖流域1954~2006年气候变化及其演变趋势

用Mann Kendall统计检验方法对太湖流域6个气象站点1954~2006年降水、气温、相对湿度、日照时数的变化趋势和时空特征进行了分析,结果表明：50余年来太湖流域降水量呈较弱的增加趋势,冬季和夏季降水增加显著;空间变化趋势表现为北部地区降水量呈下降趋势,东南部地区呈上升趋势。年平均相对湿度表现为微弱的下降趋势,M K倾斜度值为 -099%/10 a;春、秋季相对湿度都显著减小,而夏季减小幅度较弱,冬季减小现象不显著。年平均气温呈现明显上升趋势,并表现出最低气温比最高气温增高趋势显著的特点,冬、春季增温显著;空间分布变化趋势为以平湖和溧阳为中心的两个地区上升趋势最小,以上海为中心地区上升幅度较大。年日照时数的下降趋势幅度较大,以溧阳为中心的西部地区最为明显,四个季节日照时数都呈减少的趋势;空间分布变化趋势表现为全流域呈减少趋势,由西向东减少幅度依次减小。气候变暖,降水将进一步增加,必然导致径流也呈增加趋势,在一定程度上加大了太湖流域洪涝灾害发生的可能性。分析成果有助于进一步研究气候变化对太湖流域水资源和防洪安全的影响,也将为太湖流域未来气候变化情景的构建提供科学依据。     

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。     

太湖流域1954~2006年气候变化及其演变趋势

用Mann Kendall统计检验方法对太湖流域6个气象站点1954~2006年降水、气温、相对湿度、日照时数的变化趋势和时空特征进行了分析，结果表明：50余年来太湖流域降水量呈较弱的增加趋势，冬季和夏季降水增加显著；空间变化趋势表现为北部地区降水量呈下降趋势，东南部地区呈上升趋势。年平均相对湿度表现为微弱的下降趋势，M K倾斜度值为 -099%/10 a；春、秋季相对湿度都显著减小，而夏季减小幅度较弱，冬季减小现象不显著。年平均气温呈现明显上升趋势，并表现出最低气温比最高气温增高趋势显著的特点，冬、春季增温显著；空间分布变化趋势为以平湖和溧阳为中心的两个地区上升趋势最小，以上海为中心地区上升幅度较大。年日照时数的下降趋势幅度较大，以溧阳为中心的西部地区最为明显，四个季节日照时数都呈减少的趋势；空间分布变化趋势表现为全流域呈减少趋势，由西向东减少幅度依次减小。气候变暖，降水将进一步增加，必然导致径流也呈增加趋势，在一定程度上加大了太湖流域洪涝灾害发生的可能性。分析成果有助于进一步研究气候变化对太湖流域水资源和防洪安全的影响，也将为太湖流域未来气候变化情景的构建提供科学依据。     

再分析资料在三峡库区气候效应研究中的应用

收集CRU、ERA-Interim和JRA-55这3种再分析资料,根据三峡库区33个气象站点1991～2016年的气温和降水观测资料,通过时序分析、相关分析、偏差百分比等多种方法对再分析资料在三峡库区的准确性、适用性进行评估,并根据评估结果选取再分析资料,以趋势分析、集合经验模态分解等方法对三峡水库蓄水前后的气候变化特征进行研究。结果表明:无论是时间序列还是空间分布,3种再分析资料对于气温的再现均好于降水,但对各季节的气温都有所低估,冬季与站点观测相差最大; ERA-Interim极大高估了三峡库区的整体降水,同时ERA-Interim和JRA-55对冬季降水有较大低估,偏差百分比在-40%左右;综合来看,CRU再分析资料在三峡库区的可靠性最高。蓄水后三峡库区的整体气温变化均由蓄水前的显著上升趋势转变为略微下降,年降水及春季、夏季降水无明显变化,秋季降水则在蓄水后呈明显的上升趋势,冬季降水在蓄水后有明显下降;蓄水后库尾长江以北的重庆、北碚等地升温幅度要高于邻近地区,蓄水前后降水的空间变化则具有明显的季节性和局地性; EEMD结果表明三峡库区气温和降水均存在2～3a、5a和7～8a左右的准周期变化,且三峡库区近年的年平均气温变化较为平缓,未来降水可能出现增多趋势。     

洞庭湖流域近54 a来冬季降水及其异常环流特征分析

基于洞庭湖流域96个气象站点1961~2015年逐月降水数据和美国NCEP/NCAR再分析数据,对洞庭湖流域近54 a来冬季降水的时空变化特征和典型冬涝、冬旱年的大气环流及水汽输送形势进行分析,并讨论逐年冬季降水与同期欧亚环流指数(EUCI)、可降水量和水汽通量散度的关系。结果表明:近54 a,流域冬季降水存在明显的年际和年代际变化特征,具体表现为20世纪60年代和70年代降水偏少,80年代降水开始增多,其后期至90年代中后期降水偏多明显,进入21世纪以来降水又呈波动减少的趋势。此外,流域冬季平均降水量和冬季降水标准差均呈现由南向北、由东向西递减的空间分布特征。从大气环流和水汽输送形势来看,典型冬涝年和冬旱年的空间分布大致相反,表明流域冬季异常降水是与大尺度环流形势的异常密切关联的。计算发现,逐年冬季可降水量、水汽通量散度和欧亚环流指数与流域冬季降水均具有较好的关系,相关系数分别达到0.43、-0.68、-0.53,通过0.01的信度检验。     

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。     

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     

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。     

长江流域近51a来日降水时空变异的多尺度特征

基于长江流域115个雨量站1963~2013年的日降水数据,应用小波多分辨分析结合信息论的方法,揭示长江流域近51 a来日降水时空变异的多尺度特征。结果表明:空间上,流域日降水序列的变异性具有明显的局部聚集性;并沿纬向呈现出显著的非均质性,而沿经向呈现出拟均匀性;并于103°E附近存在一条明显的分界线,界线以西的日降水变异程度显著高于界限以东的;且日降水变异性与高程之间存在较强的线性相关性,而与年降水量和年降水天数之间则存在较弱的相关性。时间上,流域各站点日降水子序列对原始序列总变异的相对贡献的大小于103°E附近也存在一条明显的分界线,界线以西,各时间尺度下子序列的贡献均大于界线以东;且这种相对贡献的谱图于256 d处呈现出突变现象。此外,流域降水变异的时间尺度可分为3个不同的区间:短期的(2~16 d)、年内的(16~256 d)和年际的(大于256 d)。