BFAST——一种分析气候极端事件变化的新方法

为了分析北京气候变化对极端事件频次的影响,采用Mann-Kendall突变检验方法对北京站1952-2010年年平均温度数据进行突变分析,在不能成功地检测到北京年平均温度的突变情况时,引入BFAST方法处理月平均温度时间序列,这是由于月平均温度数据与年数据相比更加精细,灾害或极端事件发生的情况在月数据上有更加良好的反映,得到月平均温度的变化趋势和突变点后,进一步探究北京极端高温事件频次的变化。研究结果显示,BFAST监测到的气候变化趋势和突变点与极端高温频次的变化有较好的一致性,它是一个判定气候变化情况和分析气候极端事件的有力工具。     

吉林省夏季极端降水事件特征分析

利用吉林省46个气象站1961-2010年逐日降水资料,采用百分位定义极端事件阈值的方法,对吉林省极端降水事件的时空分布及变化趋势特征进行了分析。结果表明:(1)吉林省极端降水事件主要发生在夏季,其中5%的降水日数贡献了该季度25%～30%的降水量;夏季极端降水强度以通化地区最强、东部山区最弱,极端降水频率东部山区最大、西北部最小;(2)吉林省100mm以上的极端大暴雨天气也时有发生,通化地区南部发生几率最大,约为4～6 a一遇;中部一带约为8～10a一遇;西北平原区和东部山区出现大暴雨概率很小。(3)近50a吉林省夏季极端降水事件稍有增多的趋势,而强度变化趋势不明显,但存在明显的地域差别,西北部表现为频率减少、强度减弱,中部和东南部表现为频率增多、强度增强。(4)极端降水事件存在年代际差异,20世纪70年代极端降水频率最小,90年代极端降水强度最大,60年代初期极端降水强度存在由强转弱的突变。     

基于标准化降水蒸散指数的华南干旱趋势研究

最近几年华南地区干旱频发,为探讨该地区的干旱趋势,用标准化降水蒸散指数(SPEI)和1961-2010年华南地区具有代表性的50个站点的月降水及月平均气温资料,分析了该地区近50年来的干旱趋势、干旱空间分布、极端干旱事件发生频次和干旱持续时间。结果表明,华南地区普遍存在干旱事实,最近10年是干旱最严重的10年,Mann-Kendall检验表明该地区平均SPEI指数从1998年开始突变;干旱化最严重的区域是海南岛、广西南部和西部地区,广东的干旱化趋势最轻。20世纪70年代干旱和极端干旱事件较少,其后明显增多,干旱持续时间也有所延长。由于该地区降水呈现弱增加趋势而温度升高显著,因此推测温度升高导致蒸散增加可能是华南地区干旱化的主要原因。另外,降水频次的减少和集中也是导致近来极端干旱事件增多的原因之一。SPEI指数较好地体现了气候变暖导致的干旱化趋势。     

吉林省夏季极端降水事件特征分析

应用1960-2017年吉林省24个台站日降水量资料,定义4个极端降水指数,采用Mann-Kendall趋势分析、相关性分析、累积距平分析等方法,对吉林省极端降水事件时空分布特征进行了分析。结果表明:吉林省极端降水阈值大值区位于吉林省中部和南部,东部山区站点极端降水阈值相对较小。吉林省夏季极端降水主要集中在7月下旬和8月上旬,吉林省南部和中部的集安、通化、临江、靖宇、梅河口、磐石、桦甸地区,因极端降水量和频数都较大,是灾害应急管理需重点关注的地区;其中,通化、集安地区因4个极端降水指数都很高,是吉林省极端降水灾害性风险最高的地区。吉林省各站点极端降水指数变化M-K趋势检验中,长岭站极端降水事件呈显著减少趋势;二道站呈显著增加趋势;其他站点无显著增减趋势。1960-2017年吉林省极端降水量和强度呈波动变化,但整体平稳,无明显增加和减少趋势。     

基于DFA法的江苏省极端降水时空分布特征研究

为进一步掌握江苏省极端降水的时空分布特征,基于该省1961-2010年均一性较好的逐日降水数据,利用去趋势波动分析法确定了全省13个站点的极端降水阈值,并通过Morlet小波及Mann-Kendall法分析了江苏省极端降水频数的振荡周期及其突变。结果表明,江苏省极端降水年频数和夏季极端降水均呈现8～10 a的变化周期,且1998年和2006年分别为其突变增加年,而秋季极端降水主要呈2～3 a与5～7 a的变化周期;极端降水与降水总量的空间分布具有较好的一致性,均呈南部大、北部小的特征。     

气候变化背景下北京市极端降水时序特征研究

基于NEX-GDDP数据集,采用气候倾向率法、Mann-Kendall突变检验和小波分析法对北京市2006—2099年极端降水时序变化特征进行分析。结果表明：在RCP4.5和RCP8.5情景下,本世纪内北京地区极端降水呈现增加趋势,世纪末期有较大幅度增加,RCP8.5情景下极端降水增加程度更大。在RCP4.5情景下,年降水量、大雨日数、SDII等多数极端降水指数在2040年前后发生增加突变,而在RCP8.5情景下极端降水表现出更为稳定的上升趋势。极端降水事件在RCP4.5和RCP8.5情景下的主周期均为56年,在该特征尺度下各指标呈现少→多→少→多→少的循环交替,RCP8.5情景下降水量、降水频率和降水强度震荡更加明显。     

气候变化与极端气象灾害对宁夏农业经济的影响评估

综合气候学与经济学交叉学科理论,定量评估了气候变化与极端气象灾害对宁夏农业经济的影响。结果表明,年平均温度和降水量均非线性影响农业经济,温度对农业经济的影响大于降水,北部引黄灌区对平均温度和降水的变化更加敏感;≥35℃极端高温和重旱显著负面影响农业经济;中南部非灌溉区面临“高温干旱”复合型灾害影响,北部引黄灌溉区面临“旱涝急转”型灾害影响。在宁夏南北部“暖湿”和“暖干”可能进一步分异的背景下,决策者与生产者要抓住有利气候条件,规避极端气象灾害不利影响,促进地区粮食丰收和乡村产业振兴。     

北京市极端降水事件和应对策略分析

随着北京城市化进程的不断发展,极端降水造成的灾害性损失也越来越严重,有针对性的制定极端降水应急管理对策是降低灾害性损失的有效办法。基于1981-2014年北京地区20个常规气象站逐日降水资料,采用百分位法确定20个站点各自极端降水阈值,定义4个极端降水指数,对北京地区极端降水事件进行分析。结果表明:极端降水阈值的分布和极端降水量、极端降水强度、年最大日降水量的分布十分接近,大值区都分布在北京市城区(海淀、朝阳、丰台)和城区东北部(顺义、怀柔、密云、平谷),这些地区因极端降水强度大,面临的灾害性风险最高,是灾害应急管理重点关注的地区;北京市西部(斋堂、霞云岭)和西北部山区(佛爷顶、汤河口)虽然是极端降水日数的大值区,但由于北京地区特殊的地形和人口分布规律,这些地区并没有因为极端降水出现概率高而导致过大的灾害性损失。结合北京市极端降水灾害应急管理现状,提出从提高预报预警能力、加强城市基础设施建设、提高全民应急避险能力几个方面应对极端降水灾害的策略。     

岷江上游泥石流灾害特征分析

岷江上游地区地质条件复杂,新构造运动强烈,地震活跃,地形起伏巨大,降水季节分配不均,对泥石流发育极为有利;而长期不合理的人类经济活动如过度采伐森林、毁林开荒、陡坡耕作、不合理弃渣等则对生态环境造成强烈破坏,加剧了泥石流灾害的发生,使岷江上游成为我国泥石流活动比较强烈及灾害比较严重的地区之一.研究该地区泥石流灾害,掌握其特征是防灾减灾所必需,对促进岷江上游地区社会经济发展和西部大开发具有重要意义.     

淮河流域极端降水空间分布及概率特征

利用淮河流域110个气象站点1959年1月1日至2008年12月31日的日尺度降水数据,建立了AM及POT极端降水序列,通过4大类33种概率分布函数对其进行了拟合,以建立最优概率分布模型,并利用其参数分析淮河流域极端降水的空间分布及概率特征。研究发现:(1)淮河流域1959-2008年日极端降水的空间分布为东西两端高并逐渐向流域中心降低,且有淮河上游地区及沂沭泗流域东部两处强降水中心;(2)经K-S法检验,Wakeby函数是AM及POT序列的最优概率分布函数。50a一遇的日极端降水预估值与1959-2008年实际最大日极端降水值的误差率随着实际降水量的增加而增大,且大多数站点的误差率在20%以下;(3)通过对最优概率分布模型参数的分析,得出河南省驻马店地区、安徽省阜南和淮南地区以及皖鲁苏交界地区的极端降水发生概率较大,淮河中上游干流周边地区及下游地区的极端降水变化不稳定;(4)以最优概率分布模型的形状、尺度参数为指标,绘制了淮河流域极端降水风险图,为极端降水风险管理与预警工作提供参考。     

云南近46年降水与气温变化趋势的特征分析

利用云南1961-2007年降水与气温资料进行线性趋势分析和突变检验。结果表明,近46年来云南年均降水量是趋于减少的,其中夏季降水量减少较为明显,减少率为4.5 mm/10a,且夏季降水在1971年前后发生了由多到少的突变。从降水的季节变化特征及异常值统计结果来看,云南雨季平均降水量是趋于减少的,而干季平均降水量趋于增加;从降水的地域分布来看,滇南地区降水呈缓慢减少趋势;滇中降水呈缓慢减少后略升状态;滇西北降水呈略升趋势;滇东北降水为明显下降趋势。近46年云南年平均气温是升高的,从全省气温变化的季节特征及异常值统计结果来看,春夏秋冬四季增温都明显,但冬季气温增加最为显著,增加率为0.27℃/10a,冬季平均气温在1995年出现了一次由冷到暖的突变。滇中及以东地区的气温变化增暖趋势明显,滇西地区气温也为增暖的变化趋势。     

南京极端降水变化对低影响开发设施设计雨量的影响

增多趋强的极端降水事件给城市内涝防控带来巨大挑战。本文利用南京站（站号：58238）1951-2020年完整的、长序列日降水资料,计算了强降水量、暴雨日数、降水集中度等指标,研究极端降水事件的变化趋势、波动性、突变性、贡献率,分析其对低影响开发设施设计雨量的影响程度。结果表明：近70年来,南京极端降水事件呈波动上升趋势,强降水量增加趋势为19.6 mm/10 a;降水集中度指数无明显变化趋势。极端降水事件的年际波动明显,20世纪90年代后强降水事件逐渐增多,多个极端降水指数在2000年前后发生气候突变。受极端降水事件增多趋强的影响,低影响开发设施的设计雨量增大,85%年径流总量控制率对应设计雨量在34.1～40.3 mm之间波动上升,增加趋势为1.04mm/10 a。     

石家庄市极端气温指数变化特征及城市化影响

利用石家庄市16个县气象站和石家庄市区气象站(简称石家庄站)1972-2012年的逐日最高、最低气温资料,采用线性趋势、Mann-Kendall突变检验方法分析了石家庄市极端气温指数的时空演变特征及城市化对石家庄站极端气温指数趋势变化的影响。结果表明:石家庄市极端高温事件多发中心位于石家庄站及西南部地区,极端低温事件多发中心位于东北部地区;大部分站点极端低温事件呈减少的变化趋势,而极端高温事件则呈增多的变化趋势。在年代际变化上,石家庄市的冷夜日数和冷昼日数总体上呈减少的趋势,而暖夜日数和暖昼日数则呈明显增多的趋势。除了冷昼日数突变不明显外,其它极端气温指数均在1990年前后发生了突变。城市化使得石家庄站冷夜日数和冷昼日数显著减少,暖夜日数和暖昼日数显著增多,四季中春季的冷昼日数和暖昼日数城市化影响最明显,夏季的暖夜日数城市化影响最明显,而冷夜日数的城市化影响在冬季最明显,且夜间和白天极端气温指数城市化影响程度存在明显差异,这可能与城市热岛效应的非对称性有关。     

珠江流域旱涝急转事件识别指数优选研究

针对现有旱涝急转事件识别方法有效性未得到验证与充分讨论的问题,以珠江流域为例,基于1961-2020年的日气象与土壤墒情资料,结合游程理论,探讨旱涝识别指数SPI（标准化降水指数）、SPEI（标准化降水蒸散发指数）和SWAP（标准化加权平均降水指数）等3种指数在识别珠江流域短周期旱涝急转事件的适用性,结论如下：根据水资源二级区将珠江流域划分为10个子流域,同一子流域内气象与土壤条件相近,子流域之间降水变化趋势具有明显差异,降水空间分布异质性强;结合流域产汇流特点,前期降水影响日数为14 d时,急转发生时期降水集中性与土壤墒情同步变化最明显,可作为旱涝急转事件识别的前期降水影响因子;3种旱涝识别指数中,基于SWAP的识别方法具有识别结果有效性高、对识别结果归纳准确度最优且归纳能力强的优势,可作为结合游程理论的最优旱涝急转事件识别指数。     

1981-2000年水稻生长季相对极端高温事件及其气候风险的变化

在全球气候变化背景下,研究作物生长期发生的相对极端温度的时空变化格局和气候风险的变化是非常必要的.从近20年的逐日温度观测资料中提取水稻开花期的相对极端高温事件信号,进而对这些相对极端高温事件发生的频率和强度进行了分析.结果表明:20世纪90年代和80年代相比,长江以北单季稻开花期高温频率增大,其强度减小,这一区域受高温胁迫造成的减产年份增多,单季稻气候风险增大.长江流域以南早稻大部分站点生长关键期高温频率和强度呈增大趋势,双季早稻气候风险增大;四川平原大部分站点无明显变化;华南早稻大部分站点生长关键期高温频率和强度的减小的幅度相对比较大,这一区域受高温胁迫造成减产的年份减少,双季早稻气候风险减小.     

我国主要流域降水过程时空分布特征分析

应用改进的中国区域降水过程综合强度评估方法,提取了1961—2016年珠江、长江中下游、太湖、淮河、黄河、海河、松辽等七个主要流域的降水过程。统计各流域降水过程次数的时空演变特征以及降水过程强度等级的年变化和月变化规律,研究发现:珠江流域、长江中下游和太湖流域年平均降水过程次数较其他流域明显偏多;珠江流域、长江中下游和松辽流域过程平均持续时间较其他流域明显偏长;珠江流域极端和特强降水过程出现概率最高,太湖流域和松辽流域次之;1961年以来各流域降水过程强度明显增强,特强和强降水过程均明显增多;珠江流域、长江中下游降水过程次数高峰期在4-5月,太湖流域、淮河流域、黄河流域、海河流域在7-8月,松辽流域在6-8月;珠江流域、长江中下游、太湖流域极端和特强降水过程峰值出现在6月;淮河流域、黄河流域、海河流域和松辽流域峰值出现在7月。此外,文中还将流域性大洪水与同期出现的降水过程匹配、比对和分析,总结出引起流域性洪水的降水过程特征。上述研究成果可直接应用于气象预报与气象服务业务,为我国流域性洪水灾害的提前预警评估和防御提供重要决策依据。     

西安市汛期降水变化特征及驱动机制研究

变化环境下城市内涝灾害事件频发,已严重威胁城市居民生命财产安全,汛期降水强度大、持续时间长、影响范围广,是城市内涝主要致灾因子,通过分析城市汛期降水变化特征并进一步揭示其驱动机制,可为城市防洪减灾与水资源管理提供参考。本文采用Mann-Kendall检验、累积距平和连续小波变化等方法分析西安市1951-2017年汛期降水变化特征,采用交叉小波和小波相干揭示太阳黑子、大气环流异常指数北极涛动(AO)、南方涛动指数(SOI)、厄尔尼诺(ENSO)、太平洋年代际振荡(PDO)、北大西洋振荡(NAO)对西安市汛期降水变化驱动机制。结果表明:西安市汛期降水量主要集中在中雨和大雨。汛期降水总量、小雨和暴雨降水量均呈减少趋势,日降水量、中雨和大雨降水量呈增加趋势。汛期降水总强度、日降水强度、月降水强度和不同等级降水的强度均呈增加趋势。汛期降水集中度Q指数呈增加趋势,降水日数减少,汛期降水有更为集中的趋势。汛期降水量存在1958和2002年两个突变点,并且有7-9年的显著周期。AO和太阳黑子对汛期降水的影响最为显著,其次为SOI、NAO和ENSO,PDO的影响相对较弱。AO、SOI、PDO和NAO对汛期降水主要存在正向驱动,ENSO对汛期降水主要为负向驱动。1975年之前太阳黑子对汛期降水有正向驱动,1975年之后则为负向驱动。     

气候变暖背景下西南四省市暴雨洪涝灾害风险变化

为了对西南地区气候变暖前后四省市相对灾情指数变化、暴雨洪涝相对灾情概率分布和暴雨洪涝灾害致灾因子危险性风险进行评价,采用西南地区四省市83个气象站点的逐日降水和气温资料、以及灾情数据等,首先利用突变检验确定气候变化突变年,然后借助灰色关联法、信息分配法以及熵权法等进行分析。结果表明:西南地区四省市年平均气温于1998年发生突变,总体以0.26℃/10年的速率呈显著性上升趋势;四个省市1978-2018年间的相对灾情指数主要集中在0.65~0.85之间,其中以小灾、中灾居多,变暖后较变暖前大灾发生频次增加显著;暴雨洪涝致灾因子危险性评估中指数变化主要呈西南-东北走向,两边为危险性增加区域、中间地区增幅较少或有所减小,川渝地区在变暖前后暴雨洪涝灾害危险性均高于云贵地区。     

宋元时期豫西山地丘陵区洪涝灾害时空分布特征

通过对历史文献资料的整理分析,提取了北宋和元代豫西山地丘陵区的洪涝灾害信息,对比分析了两个时期洪涝灾害发生的时空分布特征。结果表明:(1)宋元时期豫西山地丘陵区洪涝灾害频发,北宋平均3.29 a发生1次,元代2.74 a发生1次,均以轻中度灾害为主,分别占全部灾害的76.5%和63.2%;受灾类型均以雨灾型为主,其次为河溢型和河决型,北宋3种类型的频次比分别为56.9%,29.4%和13.7%,元代则分别为60.5%,26.3%和13.2%,当地降水是这一地区洪涝灾害发生的根本驱动力。(2)北宋前60 a洪涝灾害频发,之后趋于减少,元代则前期少中后期多,季节变化上两个时期均集中于夏秋季节。(3)宋元时期洪涝灾害均主要集中于伊洛河流域中下游地区及黄河干流沿线,但北宋空间不均衡性突出,由西南向东北增多,元代空间差异性则显著减小。(4)极端降水、持续性降水及地理环境因素是造成宋元时期洪涝灾害空间分布差异的重要因素。(5)宋元时期洪涝灾害具有共同的3.2a,7~8a和25~27a的周期,且与现代气候条件下的汛期降水等因素存在不同尺度的响应关系。     

近52年山西暴雨气候变化特征分析

根据山西17个气象站1961-2012年的降水资料,应用线性趋势系数、Mann-Kendall突变检验法、Morlet小波变换等常用方法,分析了山西近52 a来的暴雨气候的变化特征。结果表明:山西暴雨具有"南多北少"的特点,主要发生在主汛期,频次下降趋势为1.26 d/10a;暴雨频次占90%以上;局地暴雨过程占69.6%,区域性暴雨过程占30.4%,大部分暴雨过程的持续时间不超过1d;阶段性变化特征明显,在1968年发生突变,突变后暴雨频次减少。年平均暴雨强度为96.15 mm/d,减少速度为2.85 mm/10a。大暴雨及特大暴雨主要分布在7,8月份,具"七下八上"的特点,暴雨频次的旬际变化以7月下旬为对称轴,在时间上对称分布。暴雨发生频次普遍具有10~15 a的年代际变化周期,另外还存在25~30 a的低频振荡周期。