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。     

1961～2017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。     

1961~2017年中国不同等级寒冷天气日数时空演变特征

基于气象行业的“寒冷程度等级”,采用1961~2017年中国545个日值最低气温站点数据,从气候态特征、变化趋势和波动特征3个方面分析近57年来中国不同寒冷天气日数时空演变特征。结果表明：（1）1961~2017年中国寒冷天气日数随着寒冷等级降低而逐渐增多。其中极寒和严寒天气日数仅分布在高纬度、高海拔地区。随着寒冷等级降低,寒冷天气日数逐渐向南方发展。（2）1961~2017年中国不同等级寒冷天气日数变化趋势具有各自不同的空间分异特征。高等级寒冷天气日数以减少趋势为主,且主要集中在高纬度、高海拔地区;随着寒冷等级降低,寒冷天气日数呈增加和减少趋势的范围不断增加。1991~2017年的高等级寒冷天气日数变化趋势相比1961~1990年偏小;随着寒冷等级增高,趋势偏大的地区不断增多。（3）1961~2017年中国高等级寒冷天气日数在高纬度、高海拔地区波动较大;随着寒冷等级降低,寒冷天气日数波动较大的地区逐渐向南方发展,且呈现出南方波动大、北方波动小的特征。中低等级寒冷天气日数波动差异特征分别集中在长江流域地区和南方沿海沿边地区。高等级寒冷天气日数波动差异特征则主要集中于高纬度、高海拔地区。     

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。     

近20年来中国农业碳排放强度区域差异、时空格局及动态演化

研究农业碳排放强度的区域差异、时空格局与动态演化规律,对制定合理的农业碳减排政策具有重要的理论及实践意义。采用Theil指数及空间分析相关方法分析1997～2016年中国农业碳排放强度的区域差异、时空格局特征,并利用R/S分析法预测其演化趋势。结果表明:(1)1997～2016年中国及三大粮食功能区的农业碳排放强度均呈下降趋势,不同类型农业碳排放强度省域的空间分布变化均较大,碳排放高强度省域保持稳定,而低强度省域呈扩大态势;(2)农业碳排放强度的区域差异总体呈扩大趋势,其中区域间差异变化较小,区域内差异趋于扩大,粮食平衡区区域内差异趋于上升,主产区区域内差异先升后降,主销区区域内差异趋于收敛;(3)中国农业碳排放强度的空间集聚程度趋于缩小,热点区保持不变,而冷点区呈收缩态势,青-藏保持稳定性热点区,京-津-冀-陕-晋-豫-鲁为稳定性冷点区域;(4)中国、三大功能区及各省域农业碳排放强度具有明显的分形特征,未来碳排放强度值将呈现出继续下降的演化态势,尤其以粮食主销区的下降趋势具有更强的持久性。     

基于相对碳赤字的中国省际碳补偿时空格局研究

为研究揭示中国省际碳补偿时空格局变化特征,文章对基于绝对量碳赤字的碳补偿测算模型进行了改进,构建了相对量碳赤字的碳补偿测算模型。研究结果表明：（1）2007~2017年我国碳补偿总额呈现下降趋势,且呈现出显著的阶段性,主要是受到我国经济发展进入新常态,全国各地的GDP增速不断放缓的影响。（2）从我国各省（市）来看：碳补偿额度平均值排在前列的省(市）主要有上海、辽宁、江苏、天津、山东,浙江、山西、北京,而排名较后的省份主要有内蒙古、新疆、广东、黑龙江。（3）我国碳补偿额度热点区主要分布在东部沿海区域的江苏、浙江、上海;冷点区主要分布在西北区域的甘肃、青海、新疆以及东北区域的黑龙江、吉林。碳补偿额度整体呈现以东部沿海,京津,北部沿海区域为中心向外围递减的空间格局,表现为经济较发达地区向经济欠发达地区进行补偿,且2007~2017年我国碳补偿空间格局变化较小,即碳补偿空间格局具有“惯性”特点。     

1998~2016年中国大气PM2.5污染浓度空间格局演化 ——基于339个城市的实证研究

摘要： 近年来,与PM2.5相关的大气环境质量状况和改善问题一直是社会和公众关注的热点话题。通过选取中国339个地级市为研究对象,采用重心模型和局部空间自相关的研究方法,对中国339个城市大气PM2.5污染浓度空间格局演化进行实证分析。结果显示：（1）从重心分析来看,1998~2016年内的中国大气PM2.5污染浓度几何重心位于渭河平原附近以及中国东部和北方的大气PM2.5污染程度分别相对高于西部和南方地区。（2）从局部空间自相关分析来看,1998~2016年期间“高-高”类型的空间正相关的地区主要集中在华北地区、华中地区、华东地区、长江中下游沿岸城市及四川盆地;“低-低”类型的空间正相关的地区主要集中在西南和西北地区,也零星出现在东北和福建的部分城市中。最后对中国大气PM2.5污染空间格局进行初步成因探析。     

汉江流域1961～2018年多尺度气象干旱时空演变特征

干旱是一种最常见的自然灾害,随着人类活动和气候变化的加剧,干旱事件的发生愈发频繁,对人类的生产生活产生了巨大影响.基于1961～2018年汉江流域0.25°×0.25°格点降水资料,选用标准化降水指数(SPI)定量分析了汉江流域的月尺度、季尺度、年尺度气象干旱的干旱趋势、干旱频率及干旱强度,揭示了汉江流域气象干旱发生的时空演变特征.结果表明:(1)SPI值能较好的反映汉江流域气象干旱变化特征,随着时间尺度的增加,SPI值波动幅度减小,稳定性增强.月、季、年尺度SPI序列的突变年份分别为1980、1988、1994年,季尺度和年尺度SPI序列分别表现出2和4年的显著周期性特征.(2)汉江流域自20世纪90年代以来呈现中部地区干旱化、东部和西部地区湿润化的趋势,干旱发生频率总体呈上升趋势,干旱强度呈现中部高,东西低的特征.其中丹江口水库附近区域和唐白河下游段呈显著干旱化趋势,丹江口以上区域干旱频率最高,干旱强度最大,轻旱、中旱事件频发.(3)各地区的季节性气象干旱特征具有一定差异性.丹江口以下地区秋旱趋势最显著,唐白河地区夏旱发生频率最高,且以轻旱、中旱事件为主,丹江口以上地区秋旱强度最高.     

中国夏季极端降水空间格局及其对城市化的响应（1961~2010）

利用1961~2010年6~8月中国544个气象站点的日降水数据,采用滑动空间百分位和滑动空间距平的方法来确定的极端降水阈值,在此基础上,以夏季极端降水的雨量占夏季总降水量的比例来表征极端降水强度,并检测极端降水阈值和强度的区域非均一性。进一步通过引入可以反映城市化水平的DMSP/OLS夜间灯光数据,并将不同气象站点所在区域的城市化水平划分为6个等级,从而分析城市化水平与极端降水强度的关系来定量评估城市化对极端降水强度的影响。结果表明,采用滑动空间百分位法和滑动空间距平能够有效诊断出城市化对极端降水的影响。相比于固定百分位阈值法,基于滑动空间百分位法确定的极端降水阈值和强度的空间分异格局更加对比鲜明,整体来看城市化已在很大程度上影响了中国夏季极端降水的阈值和强度,进而对其空间分异特征产生了显著作用。一方面城市化效应使得中国夏季极端降水阈值提高了1.68%,另一方面夏季极端降水的平均强度与城市化水平有着显著的线性关系,即城市化水平每提高一级,极端降水的平均强度增大0.62%。因此,城市化增大了极端降水的风险。 关键词： 极端降水;滑动空间百分位法;滑动空间距平;DMSP/OLS;城市化;中国