横断山区极端气候变化的时空格局

针对全球气候变化下不同区域极端气候事件显著增加问题,为了揭示横断山区极端气候变化的时空演变规律,基于横断山区129个气象站点1970—2019年的逐日降水和气温数据,分析了横断山区27个极端气候指数的时空变化特征,利用广义极值分布揭示了部分极端指数的频率特征,并对比分析与其他地区极端气候指数变化的规律。研究表明:(1)近50年来横断山区大部分区域的各极端降水指数变化趋势不明显,北部极端降水事件的发生频次和强度低于南部。横断山区南部和西部边缘地区发生极端降水事件的频次和强度较大。(2)横断山区内90%以上站点的极端气温暖指数显著上升,极端气温冷指数显著下降。南北气温差异显著,以青藏高原为界,北部气温日较差大,平均在13.83℃,几乎无热夜日数,南部气温日较差小,平均为11.38℃,南部平均的冰冻日数在1 d左右。极端高温较普遍的发生在南部和东部的干旱河谷中,且发生强度有增加的趋势。(3)随着重现期的增加,持续干燥期(CDD)大于110 d的区域逐渐由西部扩大到金沙江下游流域;在不同重现期下,持续降雨期(CWD)和年降水总量(PRCPTOT)的高值区集中在西部和南部的边缘;北部的日最大降水量(RX1day)在不同重现期下变化不显著,在60 mm以下;最低气温极小值(TNn)和最高气温极大值(TXx)在空间分布上北低南高,40℃以上的高温普遍发生在南部的干旱河谷。     

珠江流域63年极端降水特征分析

为了解珠江流域极端降水时空分布特征及概率分布模型,利用珠江流域67个气象站1951—2013年逐日降水量序列数据,采用广义极值分布、正态分布、Gamma分布对各站点极端降水序列进行概率分布拟合,采用K-S检验拟合优度。分析了珠江流域降水在空间和不同年代的变化特征,各站点采取最优分布模型估算重现期降水极值。研究结果表明:在空间分布上,临近南海地区极端降雨量大,中心降雨量可达500 mm;内陆地区降雨量小,平均降雨量小于300 mm;整体表现为东南大,西北小。不同年代极端降雨量大小无差异,暴雨级范围随年代推移向中上游地区扩大移动。广义极值分布为最适合珠江流域极端日降水量的概率分布。各站点重现期降水极值有20年时间尺度的突变点。重现期小于20年,降水极值增大速率快;重现期大于20年,降水极值增大速率缓慢。研究成果可为珠江流域农业生产活动提供一定的科学依据。     

近53年长三角地区极端降水时空变化分析

近年来,全球气候变暖趋势越来越明显,极端降水加剧了长江流域的旱涝灾害风险。利用长三角地区34个气象站1960—2012年逐日降水资料,以百分位定义极端降水事件阈值,采用趋势分析、Mann-Kendall检验、GIS空间分析等方法,在资料均一性检验和资料质量控制后,对长三角地区近53 a的极端降水的时空演变特征进行了详细分析,结果表明①长三角极端降水阈值分布在30.7~46.7之间且都在大雨范围内,部分站点接近暴雨级别,分布呈现带状分布,苏北、浙西南和浙东南沿海部分站点极端降水阈值较大,而苏南、浙北以及上海一带较小;②极端降水频次和强度存在明显的年代际差异,表现为前期明显下降而后期缓慢上升的趋势,长三角降水变得更为异常,极端降水突变主要发生在1987年;③浙江西南部和东南沿海岛屿的极端降水频次和总量均较高, R_95T大值区主要分布在苏北以及浙江东南沿海;④极端降水频次的四季变化体现了一年中雨带的南北移动,同时也体现了沿海与内陆的降水差异;苏北赣榆站、浙江东部沿海及岛屿站点的降水变得较为极端,未来易发生暴雨和洪涝,而射阳及周围地区发生干旱的几率增大。     

云南省昭通市多尺度极端降水时空特征分析

为分析云南省昭通市多尺度极端降水时空特征,收集整理昭通市19个雨量站1969—2014年分时段逐年降水数据,并计算不同时间尺度(1,6,24 h)的年极端最大降水量,采用反距离加权法(IDW)插值展示其空间分布特性。在此基础上,对3个典型雨量站(鱼洞、新华、牛街)的极端最大降水进行深入分析,采用Mann-Kendall趋势检验及小波变换方法的趋势与周期分析,量化极端降水事件的时间分布特征。结果表明:昭通地区极端降水事件的空间分布规律为从北向南逐渐减少,且南北极端降水量相差较大,空间分布差异明显;3个典型雨量站多尺度极端降水变化趋势不显著(p0.05),其序列变化存在30,15,5~7 a 3个明显变化周期。     

巢湖流域极端降水事件的时空变化趋势分析

采用国家气候中心发布的1961—2010年气象台站观测资料插值格点化数据集(CN05.1),选取巢湖流域及其周边的29个格点站降水量资料,运用Mann-Kendall以及反距离加权插值法,分析研究巢湖流域极端降水事件的频率、降水量、强度、年最大日降水量和严重干旱事件的频率等多个指标的时间变化和空间分布特征。结果表明:①巢湖流域极端降水频率与极端降水量的变化趋势一致,变化幅度相当,在空间分布上两者呈现出由西南向东北方向的增加趋势;②极端降水事件的频率、降水量、强度、年最大日降水量都趋于波动性升高,唯独严重干旱事件的次数明显减少;③极端降水强度和严重干旱事件的空间分布变化相当明显,很有可能与所处的特殊地形、地貌、气象条件、土地利用方式和全球变暖等有关;④近50 a巢湖流域极端降水事件的增加、严重干旱事件的显著减少以及空间分布差异性和巢湖流域本身易受侵蚀的地质构造条件,导致巢湖流域洪涝灾害事件发生的可能性非常大。     

洞庭湖区极端降水统计分布模型分析与特征重现

以洞庭湖区汉寿、临湘、湘阴3个城市1990年至2012年逐日降水资料为基础,选取3参数广义极值(GEV)分布和2参数耿贝尔(Gumbel)分布两种统计分布,采用极大似然法估计模型参数,阐述了两统计分布对极端日降水拟合过程,使用χ2拟合优度检验法和均方根误差(RMSE)评判拟合效果,确定洞庭湖区极端日降水统计分布模型,并分析极端日降水重现特征。研究结果表明:洞庭湖最大日降水统计分布为GEV分布,洞庭湖区最大日降水重现水平差异很明显,为当地排水工程设计提供了科学依据。     

1951—2013年山东省极端降水特征分析

基于山东省24个气象站点1951—2013年逐日降水资料,分析了极端最大日降水量、极端最大日降水量阈值、极端最大过程降水量和年代际最大过程降水量4个极端降水指标的时空变化特征。利用广义极值分布、对数正态分布、Gamma分布、逆高斯分布对极大日降水量进行了概率分布拟合,在采用Kolmogorov Smirnov方法检验拟合优度的基础上,利用各站点最适概率分布模型估算了极端最大日重现期降水量。结果表明:在空间分布上,4个极端降水指标的变化趋势一致,不同年代极端最大过程降水量差异明显;极端最大日降水量重现值与重现期呈非线性关系。     

洞庭湖流域极端降水变化特征分析

随着极端降水事件变率增强,洞庭湖流域频繁的极端洪旱事件严重威胁了地区人水和谐。基于洞庭湖流域28个国家气象站1961-2015年的逐日降水资料,采用RClim Dex模型定义阈值来识别极端降水事件,利用线性倾向估计法和集合经验模态分解(EEMD)组合的方法进一步分析了洞庭湖流域极端降水变化特征,由EEMD方法分解得到的各类极端降水指数的3个固有模态函数分量分别表现出3~6a、8~15a和21~27a的准周期。结果表明:洞庭湖流域极端降水频次峰值出现在6月,4-10月份极端降水频次之和占全年的82.7%,南岳和安化为极端降水高发带。洞庭湖流域除持续湿润日数CWD略有减小外,各项极端降水指数均表现出小幅上升趋势。在空间分布上,该流域东南部受山区地形地貌的影响,极端降水呈明显上升趋势。洞庭湖流域极端降水时空格局变化特征分析对流域水资源开发利用和水安全预警具有重要参考价值。     

基于SPI和SPEI的淮河中上游流域气象干旱时空分布特征对比研究

基于淮河流域1960-2017年逐月降水、气温资料,采用SPI、SPEI等干旱指数和线性趋势法、Mann-Kendall、小波分析等数学统计方法对年和四季气象干旱的趋势性、周期性及干旱频次进行时空分布特征的对比研究。结果表明:流域年、夏冬两季两种干旱指数呈微弱增加趋势,SPEI较SPI上升幅度略大,春秋两季均呈微弱减少趋势,SPEI较SPI下降幅度略大;研究时段内同一区域的两种干旱指数反映的干湿变化周期性基本一致;年尺度淮河以北SPEI显示中旱频次较多而SPI显示轻旱频次较多,其他时间尺度南北区域接近一致;两种干旱指数的空间变化趋势除夏季较为一致外,年、春秋两季在同一区域上SPEI显示的干旱化趋势较SPI略强,冬季SPI显示绝大部分区域呈湿润化趋势而SPEI呈干旱化趋势;两种指数在空间分布上存在一定程度的差异性,四季SPEI显示的干旱频次普遍比SPI统计的干旱频次高。研究结果对于干旱客观性评估和水旱灾害防治管理具有重要参考价值。     

1960—2019年关中平原极端降水时空变化及非平稳性分析

【目的】为探究极端降水的时空变化及其非平稳性特征,【方法】选取位于关中平原范围内1960—2019年长时间降水序列,利用极点对称模态分解(ESMD)方法分析了区域极端降水的时间变化特征,并采用Sen斜率估计+Mann-Kendall(Sen+MK)方法对5d最大降水量(Rx5)进行空间分析,最后利用广义可加模型(GAMLSS)对极端降水序列的非平稳性特征进行分析。【结果】研究发现：在时间变化趋势上,持续湿润指数(CWD)、年降雨量(PRCPTOT)、5 d最大降水量(Rx5)呈现出先下降后上升的趋势,整体为下降趋势,极强降水量(R99P)和降水强度(SDII)呈上升趋势;大雨日数(R25)呈现出下降趋势;在空间分布上,其中春、秋两季下降明显,降雨主要集中在夏季,趋势系数最高达到0.17 a^-1,冬季降雨有一定程度的增加;关中平原极端降水指数基本为平稳序列,个别站点非平稳性较为明显。【结论】关中平原极端降水量和不确定性变化较为稳定,未来突发性强降水事件出现概率较低,但是个别区域会遭到较为严重的灾害风险,研究结果可为将来关中平原相关洪涝预防措施提供一定指导。     

近50年来淮河流域降水时空变化特征分析

以淮河流域及周边地区48个气象站点1961年-2010年共50年逐日降水过程为基础资料,以地理信息系统技术为数据处理平台,结合Mann-Kendall秩次相关检验、Morlet小波变换和集对分析法(SPA)等,分析淮河流域年降水量时间序列趋势性、周期性以及降水集中度、集中期、降水质心、旱涝发生频率、旱涝交替在空间上的分布特征。结果表明:①近50年来,年降水量整体呈略微减少趋势,南部地区降水增加,北部地区降水减少;②年际变化上存在27年的主周期,年内分配集中在夏季,且北部地区降水更为集中;③干旱易发区分布面积较广,洪涝易发区分布相对较集中,上游和中游部分地区为旱涝交替易发区。     

黄河流域极端降水特征分析

利用黄河流域1965-2012年252个观测站日降水资料,分析了黄河流域年极端降水、汛期日极端降水的时空分布特征。研究结果表明:黄河流域年极端降水在空间分布上呈现出从东南向西北递减的特点,不同区域的年极端降水强度有显著空间差异,下游大汶河年极端降水强度最大,内蒙杭锦后旗临河一带年极端降水强度最小。极端降水站数偏多的年份,该年黄河流域总降水量也趋于偏多。汛期日极端降水强度从黄河上游到下游逐渐增强,主要发生在7-8月。     

金沙江流域近55a降水时空分布特征及变化趋势

利用金沙江流域内44个气象站点的逐月降水数据资料,采用5 a滑动平均法、Mann-Kendall法、克里金插值法以及空间分布格局法,研究了该流域近55 a降水时空分布特征及变化趋势。结果表明:流域年降水量和非汛期降水量均呈不显著的增加趋势,汛期则呈不显著的减少趋势;流域年内降水分布不均匀,主要集中在汛期5~10月,降水量约占全年的89%;流域降水空间分布特征主要表现为由上游向下游呈逐渐增加的趋势;流域降水的空间格局具有较大差异,主要呈现出流域河源及其中游地区降水量增加,下游地区降水量减少的变化特征。     

珠江流域非平稳性降雨极值时空变化特征及其成因

受全球气候变化和人类活动影响,珠江流域极端降雨事件发生的频次和强度均发生变化,变化环境导致极端降雨样本存在非平稳性。本文以珠江流域43个站点1960—2012年的日降雨数据为基础资料,通过分析广义帕累托分布(GPD)的参数时变特性及其空间分布规律,探索珠江流域非平稳性极端降雨的时空变化特征及其成因。结果表明:珠江流域极端降雨序列的极值指数呈从东到西逐渐减小特点,表征强降雨之间的相关性由东向西减弱;极端降雨变化程度大的区域其变化程度呈减弱趋势,而变化程度小的区域其变化程度呈加强趋势;珠江三角洲和东江流域南部、柳江流域东北部地区50/100年一遇的日降雨量级较大,而南盘江西部地区则较小。7个影响因子中,厄尔尼诺指标(SMEI)对流域的极端降雨影响最明显。非平稳时变超定量(POT)模型与平稳POT模型的结果比较表明,本文提出的时变POT模型较好地处理了珠江流域部分区域降雨存在的非平稳性特征。     

黄淮海地区 2003- 2014 年 GRACE 水储量时空变化

利用2003-2014年GRACE时变重力场数据反演黄淮海地区水储量变化,并与同期降水数据比较,分析其年际与年内变化特征,结果表明:时间上,2003-2014年黄淮海地区水储量呈现下降趋势,下降速率约0.42mm/月,其子流域海河和淮河流域下降速率分别为0.52mm/月和0.28mm/月;年内仅2月、9月和12月水储量盈余,9月水储量最大,为9.86mm,6月水储量达到最大盈亏量,约56.65mm;空间上,水储量变化整体上由南往北递减,海河流域水储量较淮河流域亏损严重,但随季节变化水储量亏损状态由南向北得到缓解,到冬季水储量呈现盈余;水储量空间变化主要受降雨影响,同时还受区域农业布局和作物灌溉影响。GRACE数据可为黄淮海地区水储量变化研究带来便利,为区域水资源的科学管理和规划提供依据。     

1960年-2010年淮河流域降水量时空变化特征

采用淮河流域25个代表性站点降水量资料,运用线性回归法、累计距平法以及Mann-Kendall趋势检验与突变检验的方法综合分析了该流域降水量在时间上与空间上的变化特征。结果表明:在时间尺度上,淮河流域多年降水量总体上呈现微弱的上升趋势,但中间多年都保持下降的趋势,突变起始年为1965年;在空间尺度上,淮河流域降水量由南向北逐渐减少,上游、中游多呈现上升趋势,下游多呈现下降趋势。对淮河流域时空上的降水量的趋势特征和突变特征分析,可以为淮河流域的洪涝灾害防治提供参考依据。     

长江流域极端降雨事件时空分布特征

近年来,许多学者对中国的极端降水进行了研究,但对长江流域极端降水的研究多集中在日时间尺度强降水事件,从不同子流域极端降水事件入手的研究较少。利用1961～2017年长江流域各子流域面雨量资料,根据面雨量的分布曲线确定长江流域各子流域极端降雨事件判断的阈值,得到各子流域极端降雨年份,分析极端降雨事件的时间变化特征,以及不同子流域间极端事件的相关关系。研究表明:①20世纪60年代长江上游极端多雨事件频发,70年代以全流域极端少雨为主,80年代极端多雨事件中心转移至长江中下游,90年代长江上游变为极端少雨事件中心,2000年以来,长江流域处在由少雨向多雨转变的年代际背景中。②当子流域发生极端少雨事件时,流域其他流域大部也是以降雨偏少为主,空间的一致性较好。但是子流域发生极端多雨事件时,存在大部分地区少雨的情况,会出现旱涝并存的情况。     

1976-2010年榆林市降水时空变化趋势分析

利用榆林市及其周边的109个雨量站1976-2010年逐月降水资料,运用Mann-Kendall、经验正交函数(EOF)、小波分析,并结合Arcgis10.1的空间分析工具,分析了榆林市降水量35年来的时间变化趋势和空间演变特征。结果表明:榆林市年降水主要呈东南向西北递减的趋势;各站点35年的年、汛期、枯季降水量趋势变化增减不一,年降水量表现出减小的趋势。榆林市大致存在两种主要降水型:总体一致型和东北-西南走向型,其中,东北-西南降水型是榆林市的典型降水类型,这主要是由地形条件和气候因子决定的。时间系数表征了该空间型的时间变化特征,从时间系数的波动来看,年、汛期、枯季降水量年际震荡比较显著。通过小波分析揭示了降水空间结构的周期变化特征,结果显示年降水、汛期降水的周期变化显著,不仅存在6~7a的短周期高频变化,还存在20a以上的长周期低频变化特征,枯季降水则只存在一种周期变化。这种周期变化特征可能与东亚季风的周期变化规律有关,也符合大尺度天气系统的周期变化规律。