中等排放情景下中国未来不同强度降雨变化及其对总降雨贡献的预估(2006—2100 年)

为探究中国整体和不同区域的不同强度降雨雨量及其对总降雨雨量贡献率的变化趋势,采用ＲCP6. 0 中等排放情景下 2006—2100 年 WＲF 30 km × 30 km 日值降水数据,根据中国气象局颁布的降水强度等级划分标准进行研究。结果表明: ( 1) 在降雨雨量上,中等排放情景下 2006—2100 年中国小雨减少,强降雨增加。在降雨雨量贡献率上,小雨和中雨对总降雨的贡献率呈减少趋势,其他五种强降雨对总降雨的贡献率在增加,说明强降雨增加,降雨朝着极端化方向发展。暴雨对总暴雨的贡献率呈增加趋势,而大暴雨和特大暴雨对总暴雨的贡献率呈减少趋势,总暴雨对总降雨贡献率的增加是由于暴雨的增加起了关键作用。( 2) 在不同分区上,北方、东北和西藏地区不同强度降雨均呈增加趋势; 东南和西南地区除小雨外均呈增加趋势; 西北东部地区仅小雨、大暴雨和特大暴雨呈增加趋势;西北西部地区仅小雨、中雨和总降雨呈增加趋势。在降雨雨量贡献率上,北方和西藏地区除小雨外均呈增加趋势; 东北、东南和西南地区除小雨和中雨外均呈增加趋势; 西北东部地区仅小雨呈增加趋势; 西北西部地区仅小雨和中雨呈增加趋势。( 3) 在不同强度暴雨对总暴雨贡献率上,七大分区中的特大暴雨对总暴雨的贡献率除西北西部变化趋势不显著外,其他分区均呈不同程度的增加趋势。所得成果为类似研究提供参考。     

祁连山北麓牧区植被生长季不同等级降水时空变化特征

以祁连山北麓肃南县牧区为研究区,选取周边7个气象站1961-2016年的日降水资料,采用气候倾向率、Hurst指数、Mann-Kendall检验和反距离加权插值等方法,对肃南县植被生长季降水的时空变化特征进行研究。结果表明:肃南县植被生长季降水量和降水强度距平百分率趋势显著增加,而降水日数增加趋势不显著;植被生长季降水量和降水强度在1998年发生显著突变,而降水日数无显著突变;植被生长季降水以小雨为主,中雨降水变异系数较大,但近年来趋于稳定上升状态;植被生长季降水日数和降水强度在空间上呈东南多西北少,小雨降水分布与其分布类似,而中雨强度呈南少北多的空间分布差异;小雨对肃南县植被生长季降水量贡献较大,但近年来中雨比小雨增加明显,降水时空分布呈不均衡发展趋势。     

北京地区降水结构时空演变特征

利用北京地区42个雨量站1980—2012年的小时降水数据,采用降水发生率和降水贡献率两个指标,分析不同降水历时和不同降水等级的时空演变规律以及北京地区降水日变化特征。利用非参数的Mann-Kendall检验法探讨降水结构的变化趋势,结合地形特征和城市化发展情况,本文将研究区域经验性地划分为6个子区域,评估降水历时和降水等级的空间变化特征。研究结果表明:(1)北京地区各历时降水发生率随降水历时的增加而呈幂指数递减趋势,贡献率则先降低后增加;(2)北京地区各等级降水发生率也随着等级提高而减小,而贡献率则呈现增加趋势;(3)1~3 h超短历时降水发生率在1990年代开始下降,而其他历时降水发生率则呈增加趋势,6 h以内短历时降水贡献率存在增加趋势,特别是4~6 h历时的降水贡献率变化更为显著;(4)小雨发生率存在下降趋势,其他等级降水发生率则呈增加趋势,大雨及以下等级的降水贡献率先降后升,而暴雨和大暴雨的降水贡献率则先升后降;(5)降水历时和降水等级的空间分布受地形特征的影响,短历时降水和暴雨及其以上等级降水贡献率的峰值一般位于平原地区与山区的边缘地带及城市区域。     

近50年陕南地区降水时空变化特征

应用滑动平均、累积距平、线性倾向估计、曼-肯德尔等方法研究陕南地区53 a降水量及降水日数的趋势和特征。结果表明:陕南地区降水年际变化大,年内分布不均匀,整体呈减少趋势;该区域南部及东南部降水呈现增加趋势,其余地区降水呈现减少趋势,特别是西部地区降水减少明显;陕南地区近年的降水量减少主要以春季和秋季的显著减少为主;总降水日数、小雨日数、中雨均呈现减少趋势,大雨日数和暴雨日数变化不明显;大雨以上日数与年均降水量存显著正相关,是影响年均降水量的重要因素。21世纪以来,夏季降水量和大雨以上日数呈增加趋势,应引起相关部门重视。     

1980-2015年贵州省不同等级降雨日数时空变化特征

使用贵州省19个气象站1980-2015年的36年逐日降水观测数据,通过计算气候态、倾向率、雨日概率、线性系数,运用样条函数插值法、Mann-Kendall突变检验等现代统计诊断方法,研究了贵州省不同地貌各等级降雨日数的时空分布特征和不同等级降雨日数的趋势变化。得到以下结论:1980-2015年,贵州省各地降雨日数多年平均值在130～200 d之间,全省年总雨日平均值为171 d,小雨日数占总雨日数的81. 31%,对降雨日数的贡献最高,总雨日时空分布由小雨型决定,空间分布上,总体表现为西多东少,中部多南北少;暴雨和大雨日数在空间上呈带状分布,南多北少;中雨日数出现两个大值中心,一个位于东部,另一个位于西南部的岩溶盆地;暴雨和大雨日整体呈微弱上升趋势,而中雨、小雨、总雨日数呈下降趋势,总雨日下降趋势最显著;岩溶峡谷的雨日数最多,非喀斯特区和岩溶槽谷的雨日数最少。暴雨、大雨、中雨日数高值区在岩溶盆地,低值区在岩溶峡谷;降雨日数冬半年少于夏半年,冬季是全年中降雨日数最少的季节,以南部地区较少;贵州省总雨日年内分布可分为3类:平缓型、单峰型、双峰型,岩溶槽谷、非喀斯特区和岩溶高原地区属于平缓型;峰丛洼地地区为单峰型;岩溶峡谷和岩溶盆地为双峰型;小雨日、总雨日数在1997-1998年发生突变,呈显著的下降趋势,暴雨、大雨、中雨日数没有发生突变。     

1961年－2013年渭河流域降水与径流变化特征

采用滑动平均、累积距平、线性倾向估计法分析陕西渭河流域1961年-2013年降水变化特征;采用滑动t检验、有序聚类、双累积曲线分析法分析径流突变性。结果显示:渭河流域降水量整体呈减少趋势,平均年降水日数为86d;降水季节分配不均,集中在夏、秋两季;春、秋两季降水量呈现明显减小趋势;大雨日数与年平均降水量显著正相关,年平均降水量越大,年平均大雨日数出现频次的越高;流域西部和北部暴雨强度呈现增大趋势,东部和南部暴雨强度呈现微弱减小趋势。渭河华县站径流的突变点出现在20世纪70年代初和90年代初,降水量的变化与径流变化的趋势基本吻合。     

近50年佛坪县降水变化特征分析

应用滑动平均、累积距平、线性倾向估计、滑动t检验,有序聚类等方法分析了佛坪近50年降水趋势及特征。结果表明:佛坪降水年际变化大,年内分布很不均匀;年总降水日数、小雨日数、中雨日数均呈现减少趋势;降水量整体呈现在波动中减少的趋势;年降水量的突变点出现在上世纪90年代初;降水量减少主要是以春季和秋季降水的减少为主;大雨以上日数与年降水量存在显著正相关关系。近年实测数据显示该区域暴雨频发,夏季降水量和大雨以上日数有增多的趋势,应引起相关部门重视。     

1971-2018年汉江流域陕西段降水时空特征分析

基于1971-2018年汉江流域陕西段 27个气象站点的逐日降水数据,选择了年降水量、降水强度、最大日降水量、年降水日数、中雨日数和大雨日数6个降水指数分析其降水时空特征,分析方法包括线性估计法、小波分析法、滑动均值法、IDW 空间插值法及Mann-Kendall检验法。结果表明：在研究时段内,汉江流域陕西段降水强度有缓慢增加趋势,其余5个降水指数均呈缓慢减小趋势,且6个降水指数的变化趋势均不显著;研究区域仅年降水日数无突变点,且在1995年后呈现显著减小趋势,其余降水指数均有突变点;年降水量有7 a的副周期和27 a左右的主周期,主周期有3个循环交替,且丰、枯交替突变点在1983和2000年。汛期降水量与年降水量周期基本一致,而非汛期有4和16 a两个副周期和1个28 a的主周期;年降水量空间分布呈现由北到南逐渐增大的趋势,除了年降水日数的高值中心在宁强县外,其余5个降水指数的高值中心均在镇巴县,而低值中心除了降水强度在太白县外其余的均在商县。在研究时段内各年代际降水指数的比较中,1971-2018年的年降水量、降水强度和年降水日数均仅次于最大值,预计未来极端降水事件可能更加频繁,严重的情况下会影响水生态、水环境、水安全等的健康发展。     

滇中地区极端降水事件的时空变化特征分析

近年来,极端降水事件频发,对社会经济发展带来一定损失。为探讨云南省滇中地区极端降水事件的变化规律,根据1964~2013年滇中地区49个气象站点逐日的降水数据,采用M-K秩次检验方法,结合线性趋势和5 a滑动平均法,分析滇中地区极端降水事件的时空变化特征。结果表明:(1)在时间尺度上,强降水日数和最多连续雨日天数呈显著减少趋势,普通日降水强度呈弱减少趋势,最多连续无雨日天数呈显著上升趋势,极端降水事件突变多发生在2002~2008年间;(2)在空间尺度上,普通日降水强度整体上表现出中部高,东北和西北部低的趋势;强降水日数和最多连续无雨日天数整体呈现出中西部低,东南和西北部高的趋势,并出现了明显的低值区,而最多连续雨日天数基本呈现出相反的空间分布特征;(3)在空间变化趋势方面,近50 a滇中地区降水呈减少的趋势,中东部地区降水减少趋势最为显著,且普通日降水强度呈显著减少趋势,而西南部最多连续无雨日数则呈现显著上升趋势。由分析结果可知,滇中地区干旱趋势明显加剧,尤其是中东部。     

太湖流域汛期面雨量多模式预报检验评估

基于太湖流域报汛雨量,根据中国国家气象中心T639等4种数值模式预报资料,以2016年汛期(5~9月)为例,评估太湖流域面雨量预报效果。结果表明,各模式预报效果均表现出随降水等级(小雨、中雨、大雨、暴雨)增大而下降的趋势;各模式对小雨、中雨的预报均存在预报范围和等级偏大的现象,而对大雨和暴雨的预报则存在预报范围和等级偏小的现象。欧洲模式对无降水有一定的指示意义,而日本、上海模式对降水有一定的指示意义。中央、欧洲模式对强降水预报技巧较高,而日本、欧洲模式对典型弱降水具有较高的参考价值。     

厦门地区降水特征分析

厦门地处我国东南沿海,降水气候特征既不同华南的雨多充沛,又与华东有所区别。为进一步了解厦门本地的降水特征,该文利用厦门近50年的降水资料进行厦门降水特征分析和趋势预测。分析表明:厦门地区降水经历了从少到多的过程,总体呈增长趋势;在2~4年的时间尺度上,降水经历了偏少→偏多→偏少→…共5个完整交替变化;从不同量级降水日数统计看,小雨降水日数呈逐年下降趋势,中雨和大雨的降水日数变化不大,但暴雨及以上量级的降水日数呈明显的上升趋势。     

赣江上游章水流域极端降水时空变化特征

以赣江上游章水流域内15个雨量站1957-2016年逐日降水资料为基础,获取了12个极端降水指数。分别采用线性趋势、Modified Mann-Kendall非参数检验法、累积距平法、Pettitt突变检验法、小波分析、Hurst指数分析和克里金插值等方法对12个极端降水指数的时空变化特征进行探讨。结果表明:1957-2016年间,暴雨量及日数、强降水量及贡献率和最大湿润日数均呈现上升趋势,极强降水量及贡献率、最大干旱日数、年最大雨量、连续5日最大雨量呈现下降趋势,且其未来趋势均将得到加强;大雨量及日数呈现上升趋势,但未来趋势将可能减弱;所有极端降水指数的过去趋势均不具有显著性,同时未发生显著的突变,并且普遍存在以1988年为中间轴的33～34a主周期;大雨量及日数、暴雨量及日数、强降水量、最大湿润日数、年最大雨量、连续5日最大雨量的高值中心均在流域西南区域的内良站附近,并呈上升趋势,低值区域主要分布在流域的东部区域,并呈现下降趋势,且其整体空间分布大致相同,均为西南向东北递减;而强降水贡献率及极强降水贡献率为东南向西北递减,最大干旱日数是从东向西的递减趋势。未来章水流域极端降水的变化趋势可能还会增强,加强流域极端降水事情的预防对流域水旱灾害防治意义重大。     

近50年来西藏极端降水时空变化特征

利用1961~2010年西藏地区9个气象站点逐日降水资料,结合百分位方法定义的极端降水阈值,分析了该地区极端雨日及其平均降水强度、不同持续时间的极端降水事件、气候变化对极端降水的时空变化特征的影响。结果表明:(1)92°E以西的地区,极端雨日平均降水强度呈现出增加的趋势,而在92°E以东的地区,呈现出减小的趋势;(2)极端降水事件以持续1 d为主,其频率一般在4.3次/年以上,强度一般在20 mm/d以上,林芝站和波密站为频率和强度高值区;(3)气候变化背景下,极端降水的频率、强度表现出西移的态势。     

鄱阳湖流域降水集中指标的时空变化特征

研究降水在年内的集中程度,对干旱、洪涝及水资源管理具有重要意义。本文基于1957—2012年鄱阳湖流域的月降水资料,并利用两种降水集中度(PCI和PCD)指标、一种降水集中期(PCP)指标,研究了降水集中指标在鄱阳湖流域的适用性及其时空变化特征。结果表明采用的这些降水集中指标在鄱阳湖流域有较好的适用性。两种降水集中度指标均呈现出由西南向东北逐渐增加的趋势,其时空分布特征十分相似。降水集中期变化范围为4月上旬至6月中旬,呈由西向东逐渐减少的趋势。通过对月降水集中几种指标的变化进行MMK趋势检验,发现流域内大部分站点的降水集中度指标呈不显著的减小趋势,降水集中期呈不显著的延后趋势。     

山美水库流域极端降水时空变化及非平稳性特征

为探究极端降水的时空变化及其非平稳性特征,基于1972—2010年山美水库流域8个降水站点逐日降水数据,选取9个极端降水指数,利用Pre-Whitening Mann-Kendall（P-WM-K）方法分析流域极端降水的时空变化特征,并采用广义可加模型（generalized additive models for location,scale and shape,GAMLSS）检测极端降水的非平稳性特征。结果表明：在时间变化趋势上,极端降水频率指数中雨日数R10mm和大雨日数R25mm呈下降趋势,暴雨日数R5mm呈上升趋势,且上升趋势达到005显著性水平;除降水总量PRCPTOT外,其余强度指数呈上升趋势,且均达到 0.05显著性水平,其中极端降水量R95线性倾向率达到 30.5 mm/（10 a）;在空间差异上,R50mm和极端降水强度指数在流域东南部呈现上升趋势,且上升趋势显著,西北部PRCPTOT下降较明显;R10mm和R25mm呈平稳特征,R50mm全流域约50%的站点呈现非平稳特征,且以均值非平稳为主,除PRCPTOT外,其余强度指数均以非平稳特征为主,且主要表现为均值非平稳。未来山美水库流域极端降水量和不确定性增加,灾害风险增大。     

陕北黄土高原地区降水时空变化特征

以位于陕北黄土高原地区的6个气象站点1959-2011年逐日降水数据为基础,选择降水量、降水强度、日最大降水、有降水日数、中雨日数和大雨日数6个降水指数,利用线性趋势法、Mann-Kendall突变检验法及IDW空间插值方法,分析了陕北黄土高原地区近53 a降水时空变化特征。结果表明:1陕北黄土高原地区有降水日数减少趋势显著,降水强度增加趋势显著,其它指数均呈不显著的减少趋势。1960-1969年为陕北黄土高原地区降水多发期,而1990-1999年为匮乏期。2陕北黄土高原地区降水强度于1984年发生增加突变,有降水日数于1980年发生减少突变。3陕北黄土高原地区降水强度以延安地区为高值中心,吴起为低值中心;其它指数均以洛川为高值中心,横山为低值中心,呈自南而北的递减规律,表现出对季风气候过程的响应。有降水日数持续减少和降水强度持续增加将会导致陕北黄土高原地区土壤侵蚀加剧,应予以重视。     

鄱阳湖流域1961—2010年极端降水变化分析

基于鄱阳湖流域14个国家气象站1961—2010年的日降水量数据,采用百分位法定义阈值,识别极端降水事件;采用线性回归方法进行趋势检验,进而对鄱阳湖流域1961—2010年极端降水的时空变化特征进行分析。结果表明,相比年降水,流域极端降水的变化趋势更为明显;1961—2010年鄱阳湖流域极端强降水强度呈显著增大趋势而极端强降水天数显著减小;极端降水强度增大的区域主要分布在赣江流域和抚河流域。1961—2010年鄱阳湖流域大部分站点极端降水不存在突变,降水在时间上有分布更加集中的趋势。鄱阳湖流域极端降水的上述变化,对流域水资源管理提出了更加严峻的挑战。     

大渡河流域降水时空分布特征

利用1961～2010年大渡河流域14个地面气象观测站逐日降水资料,运用气候倾向率、Mann-Kendall非参数检验法、小波变换法,对大渡河流域降水时空分布特征进行了研究。结果表明:①流域平均年降水量介于596～1 748 mm,9个站点集中在650～850 mm,最大值出现在峨眉山,最小值在丹巴,下游年降水量多于上游和中游;峨眉山和峨边年降水量呈减少趋势,气候倾向率分别为-84.7 mm/10 a和-20.1 mm/10 a,小金、丹巴、康定、泸定、甘洛呈增加趋势,气候倾向率区间为12.6～39.5 mm/10 a;小金、甘洛突变发生在1976年,峨眉山发生在1991年,多数站点存在4～6 a和10～14 a变化周期。②峨眉山是各等级降雨日数的大值区,"丹巴—小金"一带为小值区;小雨、中雨、年降雨日数在中游地区偏少,中雨、大雨、年降雨日数在下游地区偏多。③小雨日数和年降雨日数通过检验的站点均为减少趋势,峨眉山最为显著,倾向率分别为-7.7 d/10 a和-9.9 d/10 a;中雨日数仅康定、泸定、峨眉山变化趋势显著,气候倾向率分别为1.0 d/10 a,0.6 d/10 a,-1.4 d/10 a;大雨日数在壤塘、马尔康减少趋势为-0.3 d/10 a左右,小金、康定、甘洛增加趋势超过0.3 d/10 a。小雨日数和年降雨日数突变集中在1987～1993年,中雨日数和大雨日数在1962～1973年。④整个流域小雨、中雨、大雨、年降雨日数既存在4～8a的共有短周期,又分别存在10～14,9～13,10～11,10～15 a的中长周期。     

鄱阳湖区分级雨日及雨量变化特征分析

为了分析鄱阳湖区降雨量的变化特征,按照相关标准对年降雨日数和降雨量进行分级,深入研究各级雨日(量)的年际变化特征和年内分配规律。利用鄱阳湖区都昌站1953—2012年逐日降雨资料,采用趋势突变检验、Hurst指数、集中度和集中期等方法对鄱阳湖区年和季节分级雨日(量)的变化特征进行分析。研究结果表明:①鄱阳湖区年平均降雨日数为134 d,其中,小雨日数、中雨日数、大雨日数和暴雨日数所占雨日的比例分别为70.9%,18.66%,8.2%,2.98%;过去几十年,年总雨日数、小雨日数和暴雨日数均呈现显著减少的趋势并可能持续减少,年总雨日数在1978年发生突变,突变后雨日数减少了14 d;季节性降雨中,春、夏2季以大雨暴雨为主,秋、冬2季以小雨、中雨为主。②鄱阳湖区年平均降雨量为1 335.66 mm,小雨、中雨、大雨和暴雨占年降雨的比例分别为20.74%,29.50%,27.35%,22.41%;过去几十年,年降雨量呈显著减少趋势并可能继续减少,并在1976年发生突变,突变后年平均降雨量减少了301.26 mm。③鄱阳湖区降雨集中度平均为0.4,但受降雨年内分配的影响,降雨集中度年际差异较大;降雨集中期主要集中在3月中旬—6月中旬,其中,4月中旬—5月中旬占了71.43%。鄱阳湖区降雨日数的减少主要是由小雨日数减少引起的,降雨量的减少是各级雨量共同减少造成的;降雨集中度的大小与大雨和暴雨量所占年降雨量的比例密切相关,且与降雨不均匀系数显著正相关。研究结果可为进一步认识鄱阳湖湿地水文情势变化特征提供依据。     

湘江流域 TRMM 降水数据精度检验

数据精度检验是卫星遥感降水数据应用中的关键问题之一。目前对TRMM数据精度检验多以偏差和相关性分析等方法为主,对不同雨量等级的估计检验比较缺乏。针对湘江流域,引入模糊综合评分方法以解决不同雨量等级降水估计的检验,同时利用泰森多边形法、模糊综合评分方法、相关系数法和散点斜率法,以研究区内14个气象站点实测降水数据为"真值",对TRMM 3B42降水数据在日、月尺度分别进行了定性和定量精度检验。结果表明:研究区TRMM 3B42降水数据在月、日尺度上相关系数分别达到了0.93、0.48,前者偏差值Bias比后者低84%,精度更优;在不同降水量级的预测中,精度由好到差依次为小雨、暴雨、大雨、中雨,其中小雨预报精度最好,达到良好水平,其他雨量级预报精度为中等水平。