1961～2017年中国不同长历时暴雨与总降雨事件的空间分异特征对比研究

长历时强降雨事件所导致的城市内涝已经成为当前中国城市安全建设和发展的严峻问题,因此,研究不同长历时强降雨事件空间演变特征具有重要的意义。采用1961~2017年中国545个日值气象站点降水数据,从雨量和雨日2个属性,分析不同长历时暴雨和总降雨事件的总量特征、变化趋势和年际变率空间分异格局。结果表明：(1)中国不同长历时暴雨和总降雨事件均呈东南高-西北低的空间分异格局,且随着降雨历时的增加,量级较高的不同长历时暴雨和总降雨事件在空间分布上逐渐向东南沿海地区集聚,且空间高低分异特征逐渐趋于减小。在华西秋雨的影响下,华西地区总降雨雨日相比同纬度其它地区较高。(2)中国不同长历时暴雨雨量和雨日主要在东南地区呈增加趋势,西北地区增减不明显。总降雨雨量变化趋势在东南和西北呈增加趋势,而在两者中间过渡带呈减少趋势,且随着降雨历时增加,减少趋势地带向东南和西北地区扩张。不同长历时总降雨雨日变化趋势则呈南方减少北方增加态势。(3)中国历时2 d的暴雨雨量和雨日年际变率在农牧交错带及其毗邻地区最大,而历时3 d以上的暴雨雨量和雨日年际变率则呈东南大-西北的分异格局。中国不同长历时总降雨雨量和雨日年际变率整体上呈南高-方低的分异格局,且随着降雨历时的增加,年际变率较大的地区向中国南部地区扩张。     

安徽省近49年短历时强降水事件趋势变化特征

为了加强对小时时间尺度的雨强特征及变化分析研究,基于安徽省1961～2009年16个台站1小时降水量资料,针对超过98%分位点的短历时强降水事件,分析其短历时强降水量、降水次数、降水强度、占总降水的比重及日分布的趋势变化特征。结果表明：近49 a来安徽省短历时强降水量总体呈增多趋势,且自东向西增加趋势逐渐显著。由M K突变检验法分析可知,2001年后有明显的向上突变整体增多,2005年后突变显著。主要是短历时强降水次数的增多导致短历时强降水量增多。近49 a来安徽省总降水量增加的78%来源于短历时强降水,且在总降水时间日趋减少的情况下,短历时强降水时间增加,对总降水的贡献越来越大。而在日分布方面,短历时强降水的日分布呈明显的双峰结构,频发时间段分别位于午后到傍晚、后半夜到早晨。但出现在上午的短历时强降水量及次数的增长趋势要明显超过午后到傍晚,因此可推测未来峰值和谷值的差异将减小,双峰的特征将逐渐减弱     

济南市区暴雨特征分析

本文利用济南市区地面气象观测站和区域自动站逐日降水资料,分析了市区暴雨的年际变化、月际变化、日际变化以及区域分布特征。结果表明:1951-1990年济南市区平均暴雨日数随年代变化呈先升后降的趋势,1981-2014年济南市区平均暴雨日数随年代变化同样呈先升后降的趋势,波动周期均为30年;最大日降雨量随年代呈"增-减-增-减"的波动变化;市区暴雨主要出现在盛夏7~8月,最大日雨量出现在7月,其次是8月;春季、夏初和8月的暴雨大多出现在夜间,7月暴雨最多出现在白天,秋季暴雨大多出现在08时前后;市区自动站暴雨随年份呈"先升后降"的变化趋势;市区自动站最大日雨量出现在7月,其次是8月或5月;市区自动站暴雨分布不均,最多出现在交通学院,其次是市政府,最少出现在热电公司。     

上海市降雨变化与灾害性降雨特征分析

降雨是引发城市内涝的关键因素,与公众安全密切相关,分析其特征,能够为内涝防治提供一定参考和依据。上海地区气候条件复杂,深受暴雨、台风等水情灾害影响。依据国家基本气象站-宝山站数据,对上海市近40 a降雨变化和灾害性降雨特征进行了分析。结果表明上海年均降雨量以509 mm/10 a的速率递增。同时,降雨天数的减少较为显著,以3 d/10 a的速率递减。从降雨量和降雨强度的角度,灾害性降雨多为暴雨和短历时强降雨。上海年均暴雨天数为3 d,但雨量可占全年的1/5,大范围暴雨通常由台风引起。近年来,高于排水标准的短历时强降雨出现频次有增多的趋势。汛期作为灾害性降雨的高发期,可作为城市防涝的重点     

江西省气候变化的特征及其对水稻产量的贡献——基于“气候-经济”模型

采用气候倾向率和M-K突变检验,分析1951~2012年江西省气候和温度的变化趋势和突变特征;构建"气候-经济"新模型,研究气候因子对水稻产量的影响,最后借助BP神经网络模型预测未来10a气候因子对水稻产量的贡献。结果表明:过去60多年来气温平均每10a升高0.172℃,而降水的线性倾向不显著;气温突变开始的时间约为1997年,降水的突变趋势不明显;不同阶段气候因素的贡献率及作用方向存在差异,1978~1997年气候因子贡献率为5.97%,其中温度和降水贡献率分别为1.51%、4.46%。1998~2013年气候因子贡献率为8.98%,温度和降水贡献率分别为4.63%、4.35%。物质要素在不同阶段的贡献率均为70%以上,其中播种面积和化肥的影响程度较大;未来10a气温对江西水稻产量的贡献为1.48,降水量对水稻产量的贡献为2.22。     

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。     

淮河流域暴雨灾害时空分布及趋势规律研究

选用1958~2007年淮河流域16个地面测站50 a逐日降水观测资料,利用降水距平百分率和线性趋势法以及Morlet小波分析法,对淮河流域暴雨分布的时空规律和波动演化规律进行了研究。结果显示：（1）淮河流域暴雨日数呈现3个阶段,1958~1964年和1994~2007年为暴雨日数增长期,1965~1993年为暴雨日数减少期,且大多数年份正负距平约1~2 a交替出现,淮河流域暴雨日数在进入21世纪以来明显增加;（2）淮河流域6~8月份暴雨量偏多的年份有13次,从20世纪80年代开始洪涝也较为频繁,尤其2000年以后雨量明显增加;（3）Morlet小波的时频变化规律研究显示,淮河流域显示出一定的周期性时间序列,2、5、15、27 a是重要的周期性时序,淮河南北两部分表现出不同的暴雨发展趋势,淮河南部地区是暴雨中心地带,南强北弱的趋势日趋明显     

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。     

环洱海地区气候变化特征研究

环洱海地区是云南省具有高原湖泊生态脆弱区、民族文化多元融合区和乡村经济发展活跃区等多重叠合特征的典型区域,是全球气候变化影响的敏感区和脆弱区。以环洱海地区1951~2014年6个基本站点的逐年平均气温、极端最高气温、极端最低气温、降水量、最大日降水量和日降水量≥0.1 mm日数资料为基础。采用线性倾向估计、Mann-Kendall趋势检验、Morlet小波分析和R/S分析等方法,研究了环洱海地区气候变化规律。结果发现:自1951年以来,环洱海地区年均气温和极端最低气温呈现出升高的趋势,而极端最高气温则呈现降低的趋势,变化速率分别为0.07℃/10 a、0.03℃/10 a和–0.14℃/10 a,对于年降水量、最大日降水量和降水日数而言,三者均为减少趋势,速率分别为–12.85 mm/10 a、–1.09mm/10 a和–1.73 d/10 a;环洱海地区年均气温、极端最高和极端最低气温均没有发生突变,年降水量和降水日数在2010年发生了一次减少突变,而最大日降水量则没有检测到突变的年份;环洱海地区年平均气温和年降水量在长时间尺度上的周期性变化最为显著,分别存在30 a和33 a左右的周期变化,并贯穿整个研究时段,而短时间尺度上的周期变化局域性特征突出;从未来演变趋势来看,年平均气温和极端最低气温将维持升温趋势,而极端最高气温则将持续降低趋势,年降水量继续减少的趋势未来将会逆转,但最大日降水量和降水日数两者将持续减少的概率更大。     

1961～2010年华中区域降水变化特征分析

收集1961～2010年华中区域239个气象站点,选择通过均一化检验的233个站点作为研究对象,系统分析了近50a华中区域降水变化特征。结果表明:1961～2010年华中区域年降水量无明显的增减趋势,20世纪60年代降水接近常年,90年代降水偏多,70～80年代、21世纪初降水偏少。降水纬向分布特征比较显著,由南向北逐渐递减,且空间分布不均匀。年降水日数减少趋势显著,减少速率为3.4d/10a。1989年以后区域降水量增加明显,2006年以后降水减少,同时存在2a左右周期振荡;降水日数在1986年以后减少明显。春、秋季降水总体减少,减少速率分别为5.4、12.2mm/10a;夏、冬季降水总体增加,增加速率为15.9、6.3mm/10a。四季降水日数的变化速率分别为-1.4、0.2、-2.1、-0.1d/10a。     

汉江流域降水持续天数分布

以汉江流域13个站点1960~2003年的逐日降水资料为基础,分析了该流域年及各季雨日数和雨日平均雨量分布的时空特征,研究表明汉江流域春季平均雨日数占全年的25%~31%,雨量占全年雨量的21%~31%。夏季平均雨日数占全年雨日数的13%~18%,雨量占全年雨量的50%。秋季平均雨日数占全年雨日数的22%~31%,雨量占全年雨量的21%~29%。冬季平均雨日数占全年雨日数13%~22%,雨量占全年雨量的6%,雨日平均雨量仅为28 mm。建立了流域内不同站点、不同季节的持续性雨日概率分布模式,用Polya概率分布对汉江流域各种持续性雨日发生概率进行拟合,结果表明夏季、冬季、秋季拟合效果较好,卡方检验通过率达到95%,而春季有4个站点无法通过检验。利用Polya概率分布模式可以科学地估算流域各地、各季不同持续时段雨日出现的气候概率,为防洪减灾提供依据,也为南水北调中线工程的顺利实施提供科学依据     

中国不同强度降雨量的多属性时序变化特征及其对ENSO的响应

ENSO是影响全球和区域降雨最显著的海气环流因子之一,且具有明显的周期性发展变化特征。基于1961～2016年中国545个气象观测站的日值降水数据,依据中国气象局中央气象台划定的日降雨强度标准,将降雨分为8种强度类型,诊断其8种不同强度降雨量的多属性时序变化特征,及其在不同时频域上对ENSO的响应。结果表明:(1)1961～2016年中国低强度降雨量以减少趋势为主,高强度降雨量则以增加趋势为主。不同强度降(暴)雨量对总降(暴)雨量的贡献率也有类似变化特征。由低强度降雨向高强度降雨转变过程中,中间强度降雨量及其贡献率呈现出先增后减的现象。说明中国降雨在朝着极端化方向发展。(2)除大雨与总降雨外,其它强度降雨量均存在4年及以内的振荡周期,其与ENSO发生发展周期具有较好的一致性。(3)除小雨外,其它强度降雨量的突变均通过了0.05显著性水平的检验,其中中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨、总暴雨和总降雨量分别在1967、1972、1995、1995、1996、1994和1973年发生了突变。上述突变中,低强度降雨量突变多在拉尼娜年发生,而高强度降雨量则多在厄尔尼诺年发生。(4)除小雨外,其它强度降雨量在1961～2016年与ENSO具有良好的相关性,均通过了0.05显著性水平的检验。在不同时频域上,中国不同强度降雨量与ENSO多在4年及其更短尺度上具有较好的一致性变化特征。尤其在低能量波谱区的高强度降雨和总降雨量与ENSO在长期变化上一致性较高。     

雅砻江流域中上游径流变化归因分析

在全球气候不断变化和人类活动的影响下,开展河川径流变化的归因研究对水资源的合理利用和分配具有现实意义。以雅砻江流域雅江水文站以上区域作为研究区,采用线性分析、Mann-Kendall检验法和累积距平法等方法分析了研究区1961～2015年水文气候要素的变化特征,进而基于Budyko假设水热耦合平衡原理的弹性系数法估算了径流变化对各影响因子的弹性系数,并对研究区的径流变化进行归因分析。结果表明:近55年来,研究区年径流深整体呈上升趋势,上升速率为0.496 mm/a,并在1999年发生了由低到高的显著突变。年降水量和潜在蒸散量分别呈上升和下降趋势,变化率分别为0.994和-0.246 mm/a。降水、潜在蒸散发和下垫面弹性系数分别为1.40、-0.40和-0.83,说明年径流对降水量的变化最为敏感,其次是下垫面变化,对潜在蒸散量变化的敏感度最低。年径流对气候变化的敏感度呈微增强趋势,对下垫面变化的敏感度逐步减弱。气候变化是年径流增加的主要因素,总贡献率为60.66%,其中降水量和潜在蒸散量的贡献率分别占59.21%和1.45%,下垫面变化的贡献率为39.34%,反映下垫面变化的NDVI自1999年后呈下降趋势,是导致径流增加的重要原因。     

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。     

1961~2010年中国大尺度区域暴雨时空分布特征研究

长时间大范围的区域暴雨作为一种极端天气气候事件,是人民生产生活的一大威胁,已成为社会和学界的关注焦点之一,亟需研究中国长时间序列区域暴雨的时空演变特征。通过定义的区域暴雨事件,选取持续天数、影响站点数、最大日降雨量和最大累积降雨量4项指标,统计分析了1961~2010年中国区域暴雨的时空变化格局。结果表明：在空间格局上,1961~2010年中国区域暴雨主要分布在黑龙江漠河至云南腾冲一线以东的东部沿海季风区,而西北内陆则无区域暴雨发生;在省际分布上,多集中发生在以广东为首的东部沿海省市;在时间序列上,中国区域暴雨存在准10a（6.5a和13a）的周期振荡,以1997年前后年份发生次数较多,年内多集中在5~9月,且4项指标均在6月份达到最高。     

太湖西苕溪流域径流变化归因分析

气候变化与剧烈的人类活动正深刻地影响着全球水循环系统,河川径流作为水循环系统中的重要组成部分,也因此发生了显著的变化。为此,以太湖上游西苕溪流域为典型,应用累积距平、线性趋势分析及流量历时曲线等方法,分析1972~2015年流域内的水文气象变化趋势;基于累积量斜率变化分析方法与气候弹性模型,定量揭示降水与人类活动对流域径流变化的贡献率。研究结果显示:(1)1972~2015年间流域年径流量呈减小趋势,并且在1999年发生突变,以此将时间序列划分为基准期与变异期两个阶段。变异期流域年均径流量减少约11.76%,减少幅度较大。(2)流域降水量年际变化趋势并不显著,与基准期相比,变异期年均降水减少约1.43%,减少幅度较小,但流域径流对降水变化敏感。汛期降水量占年降水量比重减少,降水的年内分配逐渐坦化,一定程度上使得产流减少。(3)根据累积量斜率变化率分析方法,降水与人类活动对西苕溪流域径流减少的贡献率分别为26.45%和73.55%,由气候弹性模型计算得出二者的贡献率分别为23.52%与76.48%。两种计算方法结果较为接近,均表明人类活动是导致西苕溪流域径流减少的主要因素。     

汉江流域1956~2016年汛期降水时空演变格局

基于汉江流域96个雨量站点1956~2016年长系列降水数据，采用数理统计法诊断了汉江流域汛期降水时空演变特征。研究发现汉江流域汛期面平均降水历年总体变化趋势不显著，但在1989年存在较强跳跃性，并伴随有22 a、8 a和3 a主周期震荡；受流域气候及地形影响，流域汛期降水空间分布不均。流域上游西南区和汉江下游等地常成降水中心，易形成“辐射型”、“南北型”和“东北-西南型”3种空间分布模态，方差贡献率分别为41.1%、12.4%和7.6%；近年来流域西南部汉中、安康、神农架地区及汉江下游天门、仙桃一带局地降水显著上升，流域东北部商州、凤镇一带及唐白河流域局地降水显著下降，汛期降水“东北-西南型”分布模态日渐走强。流域降水时空分布及演变特性直接关系到流域水资源合理开发与利用，进一步加深了对汉江流域降水要素变化规律的认识，研究成果对流域洪涝灾害应对、雨洪资源利用及水资源优化配置具有参考借鉴价值。     

近38年安徽省夏季降水日数和强度的分布与变化特征

选用1971～2008年安徽省78个地面气象站的观测资料,分析夏季降水和暴雨的气候变化规律。从结果来看安徽省夏季降水主要受到地理位置、地形地貌和风、温、湿等气象因素的影响。根据主要影响因子的不同,按照降水特性以及行政边界将安徽省划分成了10个区,不同区域内降水特征和分布结构各有差异。在时间变化上,雨日出现概率有下降的趋势,但暴雨日比重和降水量均有升高的变化特征。综合而言,安徽省的降水朝着具有局地性、突发性的强降水过程方面发展,从而导致部分区域内突发性暴雨过程频发