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。     

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。     

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。     

基于超阈值取样的中国不同重现期降雨强度空间分异特征及强降雨变化模态(1961～2016年)

不同重现期下的降雨强度对于城市防洪减灾具有重要科学和现实意义。利用中国1961~2016年的535个日值降水站点数据,采用日降雨量的90%、95%和99%分位数阈值,对比分析不同超阈值取样下的中国不同重现期降雨强度空间分异特征和强降雨变化模态。结果表明：（1）3种分位数降雨阈值均呈东高-西低的空间分异特征。相比绝对阈值,日降雨量的95%和99%分位数阈值用于研究大雨和暴雨是相对合理的。（2）3种超阈值样本下的中国不同年遇型降雨强度受区域气候环境和地形条件影响,其空间演变特征具有相似性,均呈现出从东部沿海向西和向北扩张的趋势,但相同年遇型下的降雨强度空间格局在3种超阈值取样方法下差异较大。（3）EOF分析即经验正交函数分解表明在绝对阈值和相对阈值取样下的中国强降雨变化模态具有一致性,前三模态方差解释率可以达到54%以上,且第一、二和三模态的方差解释率均超过10%,分别达到约30%、14%和11%,均表征了中国年际强降雨量的不同变化规律特征,具有明显的气候物理意义。     

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     

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。     

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。     

近56 a来中国东部地区雨涝事件时空演变特征

采用1961~2016年1 638站的雨涝次数和雨涝日数年值数据,利用多种数理统计方法,诊断中国东部地区雨涝事件时空演变规律。结果表明：（1）在时间上,1961~2016年中国东部地区的年总雨涝次数和雨涝日数均在波动中呈现出增加趋势。在年代际变化上,1990s的雨涝次数和雨涝日数最多,而1960s~1980s,中国东部地区的雨涝次数和雨涝日数均呈减少趋势。中国东部地区年雨涝次数和雨涝日数存在6 a和30 a的周期振荡特征,并在1991年发生突变。（2）在空间上,1961~2016年中国东部地区气候态和各年代的雨涝次数和雨涝日数主要集中分布在华南、云南西部和南部、江西北部、浙江南部、福建北部、湖南和重庆交界地区、四川北部和辽宁东部地区。（3）在变化趋势和波动特征空间分布上,1961~2016年中国东部地区雨涝次数和雨涝日数在东南沿海地区呈明显增加趋势,而1961~2016年中国东部雨涝次数和雨涝日数波动特征则呈东南低-西北高的空间分异格局。     

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。     

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。     

1961~2017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。     

中国灾害性对流天气日数的时空变化特征

采用1961~2016年中国2 481站的冰雹、大风、雷暴和闪电日数数据,利用多种数理统计方法,分析了中国4种灾害性对流天气日数时空分布特征、周期变化规律和气候突变特征。结果表明：（1）在时间上,中国4种灾害性对流天气日数呈减少趋势,且冰雹和雷暴日数具有“先增 后减”的分段变化特征。中国冰雹、大风、雷暴和闪电日数分别具有3~5 a、2~3 a、1~2 a和1~4 a左右的振荡周期,且冰雹和雷暴日数分别于2002和1992年发生突变。（2）在空间上,青藏高原 四川西部地区是冰雹、大风和雷暴日数的高值分布区。同时长江以南地区也是雷暴日数的高值分布区。华南及其同纬度的西南地区是闪电日数的高值分布区。（3）在趋势上,中国冰雹日数主要在青藏高原地区呈减少趋势。大风日数变化趋势呈东部减少 中部不变 西部增减镶嵌的空间格局。雷暴日数在西藏、华北、重庆、浙江和黑龙江西北部呈增加趋势。中国闪电日数变化趋势在长江以南地区减少明显。（4）在波动上,中国冰雹日数在东南地区波动较大,大风日数在胡焕庸线以东波动较大。中国雷暴日数波动特征呈西北高 东南低的空间格局,闪电日数除在新疆北部和华南地区波动动较小外,其它地区波动相对较大。     

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。     

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。     

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。     

江南地区两类区域性极端降水的特征对比分析

基于中国气象局1961~2018年地面降水日值格点（0.5°×0.5°）数据集(V2.0)及位势高度、风速、比湿等NCEP/NCAR逐日再分析资料，采用百分位阈值法确认江南区域性极端降水事件，并对其天气图进行综合分析提取锋面型和气旋型极端降水，并对两类极端降水的时空分布及环流演变特征进行了对比。结果表明：（1）锋面型极端降水事件主要分布在春季，而气旋型主要分布在夏季，并且锋面型极端降水事件发生频率约为气旋型的3倍；（2）锋面型极端降水主要分布于武夷山脉、南岭等地势较高地区，而气旋型则位于东南沿岸地区，福建等地受两类极端降水影响都较大；（3）锋面型和气旋型极端降水发生前两天至当天，气流垂直上升速度均增大，副高西移，锋面型极端降水的最大水汽辐合中心由江南地区850 hPa等压面降至地表，而气旋型的水汽辐合中心位于地表由南向北移至江南地区；（4）锋面型极端降水形成所需的水汽主要来源于西太平洋、印度洋和孟加拉湾，汇合于江南地区，而气旋型水汽主要来源于印度洋，并呈涡旋型随时间西移。