近50年黄淮海平原极端降水时空变化及其对农业的影响

气候变化下由极端降水引起的农业灾害频发,严重威胁我国的农业生产和粮食安全.以黄淮海平原63个气象站点逐日降水数据为基础,分析了1963-2012年降水事件频次和强度的时空变化、年际变化趋势的时空变化,并采用Pearson相关系数揭示极端降水对农业的影响.结果表明:(1)从空间分布来看,大雨总量、暴雨总量和大雨日数均呈现自东南向西北递减的特点,大雨强度的空间分布相对较均匀;山东省的暴雨雨量分布特征与总体不一致,自西南向东北递减.(2)从时间变化来看,大雨日数、暴雨日数和暴雨强度减少趋势均不显著,大雨强度上升趋势不显著.各指标年际变化趋势空间分布差异较大,呈增加趋势的站点少于呈减少趋势的站点.(3)从对农业的影响来看,河南省农业水灾面积与极端降水指标存在显著的正相关,降水日数的影响程度大于降水强度;冬小麦单位面积产量与全年和生育期内大雨日数和大雨总量均存在显著负相关;冬小麦单位面积产量与5-6月降水总量和降水强度呈显著正相关,与极端降水指标和连阴雨指标均呈显著负相关,不同降水指标对冬小麦产量的负效应表现为大雨>连阴雨>暴雨.     

1987~2016年武汉市极端降水事件特征分析

基于1987~2016年武汉市及附近共5个格点的日降水量资料,选取5个极端降水指数Rx1day(单日最大降水量)、Rx5day(5日最大降水量)、R95p(极端降水量)、R20(大雨日数)、SDII(降水强度),采用百分位阈值法、气候倾向率法、滑动平均法和Mann-Kendall突变检验等方法,对武汉极端降水事件的时空变化进行了分析.结果表明:1987~2016年武汉市极端降水事件的阈值整体上呈中部小、周边大的空间分布特征.极端降水事件发生频次的高值中心位于南部,低值区为北部.频次年际波动大,呈微弱减少趋势,年代际频次则呈明显的逐年代递减的规律.极端降水指数的空间分布中,Rx1day和R95p的空间变化差异较大,而Rx5day, R20和SDII的空间变化差异较小.Rx1day与R95p变化趋势均为北部下降、南部上升;Rx5day则为南部下降、北部上升;所有地区的R20均呈下降趋势;只有位于西南部的SDII呈上升趋势,其他地区均下降.1987~2016年,极端降水指数年际波动剧烈,Rx1day,Rx5day和R95p波动幅度相似,且均呈微弱的上升趋势,R20和SDII波动幅度类似,均呈微弱的下降趋势,总体表明这30 a年间极端降水量随时间变化而增加,但是降水强度在减弱.     

云南省秋季降水强度时空演变特征及其对降水量影响分析

本文选取云南省1979-2016年125个气象台站秋季逐日降水量资料,利用Mann-Kendall趋势分析和突变检验方法,研究了秋季降水量降水强度趋势变化规律,发现年均降水量及小雨、中雨、大雨等级雨强大部分站点呈下降趋势,少数站点呈上升趋势;暴雨等级降水强度差异较大;年均雨强在较多站点存在显著性突变.应用经验正交函数(EOF)分解方法分析了秋季降水时空分布特征,从第一、二模态发现多年平均降水量从南向北逐渐减少,主要特征是大范围区域降水具有一致性,其次为滇中及以东以南与滇西及滇西北地区反向变化空间分布型态,这与云南省过去几十年天气状况及极端降水现象相符合.而后,分析了降水强度和降水日数对降水量的影响程度及其差异性.以雨强贡献大于雨日贡献为正,发现对于多年小雨、中雨、大雨等级,全局为负且具有一致性.年均降水量主要表现为西南、西北、东南地区为正,滇中及东部东北地区为负.至于暴雨,两者贡献值百分比差异明显且幅度较大,东北为负,西南为正,由东北向西南递增.可以认为雨量等级越大,降水强度对降水量影响越大.本研究在云南省降水研究中具有重要的现实意义.     

我国极端降水过程频数时空变化的季节差异

利用我国586个气象测站的逐日降水资料,在对每个站点极端降水过程阈值进行科学界定的基础上,揭示了近45年我国年和各季极端降水过程频数的线性变化趋势及其年际、年代际变化特征.结果表明：我国年和季节极端降水过程频数主要为趋势性变化,不同地区不同季节趋势性变化差异显著,极端降水量在降水总量的趋势变化中占主导地位 长江中下游、西北地区北部和西南地区西部年极端降水过程频数呈现趋势性增加,而我国华北等地区呈现趋势性减少,并且主要反映的是夏季的特征 年和季节极端降水过程频数具有明显不同的年际和年代际变化特征 我国各季极端降水过程时空变化异常型明显不同,但与极端日降水的时空变化是一致的.     

近48年贵州暴雨日数及降水总量的变化特征研究

 利用贵州81个台站1963—2010年的逐日降水资料,采用一元线性回归、五年滑动平均、EOF分解、相关分析、Morlet小波变换对贵州48年暴雨日数及降水量进行统计分析,并对二者不同的变化趋势作了对比分析.结果表明：①暴雨日数与年总降水量关系密切,暴雨日数与年降水总量在2—4年上震荡周期明显,二者在此时间尺度上具有很好的凝聚共振关系,降水总量的变化略落后于暴雨日数的变化;②暴雨日数及降水量在空间上均具有由南向北递减的特征,暴雨日数81个测站中有48个站的暴雨日数是增加的,而81个测站中有77个站的年降水总量降水趋势是减少的,二者在黔西南、遵义、毕节及黔南有较一致的减少趋势,而在其余地方二者为相反的变化趋势,且二者的前三模态空间分布上具有较一致的变化特征;③暴雨日数及降水量均具有多尺度变化特征,在月季尺度上,暴雨及降水量主要出现在5—9月,且各月变化幅度较大;在年代际尺度上,近48年贵州暴雨日数呈现一定的增加趋势,但是未通过显著性检验,而降水总量呈明显的下降趋势,通过了0.05的显著性检验.     

1960-2014年河南极端降水特征分析

基于河南1960-2014年17个气象台站日降水实测数据,采用线性趋势与分析方法,根据选取的9个极端降水指数,分析了河南省极端降水的时间演化和空间分布,探讨了影响极端降水的因素.结果表明:(1)河南极端降水指数多年均值的空间分布整体呈现由北向南连续干日数减弱、年总降水量和大雨暴雨日数增多,自西向东平均日降水强度增强的分布规律.(2)该区极端降水指数长期演变趋势存在一定的空间差异.大部分地区降水量减少,但发生干旱和大到暴雨的日数却增加;而河南东部地区的极端降水事件呈现增强趋势,南部地区则表现为减弱趋势.(3)极端降水指数具有明显的年际和年代际时间变化规律,整体表现为20世纪80年代早期偏多、90年代偏少、21世纪后又增多的特点.河南地区极端降水变化符合我国中部和北部地区极端降水整体呈减少趋势的研究结果;引起其变化的重要原因为异常大气环流所致.而由于极端降水事件本身的特殊性和复杂性,区域内极端降水事件的物理成因和机制还需要深入研究.     

广西极端降水时空变化规律研究

为了探讨广西极端降水的时空变化规律,基于广西82个气象台站1961—2016共56年的逐日降水数据,选择强降水量(R95p)、频数和平均强度三个指标,利用EOF、Mann-kendall和R/S分析法等方法,对广西极端降水的时空变化规律进行了分析。结果表明:(1)广西极端降水在2014—2016年之间发生突变,极端降水指数在多时间尺度下的周期变化基本一致,广西极端降水的贡献率较高且呈缓慢增加的趋势,极端降水的Hurst指数均大于0.5,未来变化趋势与过去变化趋势保持一致;(2)广西极端降水阈值和R95p在空间上总体呈现从东南向西北逐渐减小的特点,频数基本呈现由东北向西南递减的趋势,平均强度以桂中区域为中心向外呈递减的趋势,EOF分解得到强降水主要有局部旱(涝)型、东南-西北反向型、全区旱(涝)型和南北反向型这4种分布类型。上述研究成果可为广西防洪减灾提供理论依据,为广西地区的洪水预警和农业生产响应奠定科学基础。     

福州市极端气候变化趋势研究

基于1951-2013年福州市逐日气象数据,通过Morlet小波转换分析和Mann-Kendall趋势法,计算了3个极端气温指数(日最高气温的极高值(TXx)、日最低气温的极低值(TNn)和暖昼日数(TX90))和4个极端降水指数(日降水量≥50 mm天数(R50mm)、日降水强度(SDII)、极端降水量(R95)及最大5日降水量(RX5d))的变化趋势.结果表明:极端气温指数呈显著上升趋势,而极端降水指数增强趋势不明显.TXx和R50mm均表现出强烈的18 a振荡周期,TX90和SDII、R95及RX5d于20世纪80年代后均存在23 a振荡周期;极端气候指数于80年代中后期以来中小周期越来越明显.所有极端气候指数以80年代为转折点,呈现明显的年代际变化;未来福州市极端气温上升趋势仍将继续,应警惕高温风险;极端降水事件增加趋势短期内亦不会减缓,旱涝灾害防范工作不能懈怠.     

近43年安阳市雾日和霾日时空特征分析

采用气候倾向率、气候趋势系数、Mann-Kendall检验和Morlet小波等研究方法,对安阳市5个站点1971—2013年的雾霾资料进行分析研究,结果表明:11971—2013年安阳全区年均雾日数和霾日数地域分布相似,均呈由西南向东北递减的特点.年平均轻雾日数以汤阴为中心,向周围递减,东部多与西部,平原多于山区.2雾日和霾日均呈现秋、冬季较多,春夏季少.3安阳全区雾日整体呈波动减少趋势,气候倾向率-1.4 d/10a.轻雾日呈波动增加趋势,气候倾向率6.1 d/10a.全区霾日数1986年前为减少趋势,1986年后呈增多趋势,其中2006年后增幅趋缓.4安阳市平均年雾日数在2008年发生突变减少;全市平均年轻雾日在1993年发生突变减少,2001年发生突变增多;安阳站的年霾日数在2005年发生突变增多.5安阳市雾日数第1主周期为22年,轻雾日数主周期为24年,霾日数主周期18年.     

澜沧江流域近55年来极端气温时空变化特征

基于澜沧江流域33个气象站点1960-2014年的日最高气温、日最低气温、日平均气温资料,选用极端冷指标、极端暖指标等9个极端气温指数,对澜沧江流域近55年来极端气温的时空变化特征进行分析.结果表明:(1)极端冷指标在空间上存在差异性,受地形地势影响,各项指标的空间分布整体呈现明显的纬向分布特征,其中,年平均最低气温、冷日阈值、冷夜阈值整体呈现北低南高,冰冻日数、霜冻日数与之相对应,呈现相反的北高南低的分布趋势;(2)极端暖指标的空间分布也具有明显的纬向分布特征.暖日阈值、暖夜阈值的空间分布与年平均最高气温的空间分布相一致,整体呈现北低南高;(3)澜沧江流域的冷夜阈值、冷日阈值和年平均最低气温均呈上升趋势,霜冻日数、冰冻日数呈下降趋势;而极端暖指标均呈上升趋势,说明近55年来澜沧江流域的高温事件正在增加,而霜冻与冰冻等低温事件正在逐年减少.     

细河流域不同等级降水量及降水强度变化特征

根据细河流域内雨量站1966—2015年的日降水量数据,采用趋势系数法和气候倾向率法计算细河流域近50a的不同等级降水量与降水强度的变化趋势,通过MannKendall突变检验法检验突变,利用反距离权重空间插值法研究了空间分布特征.结果表明:细河流域近50a年降水量呈逐年增加的变化趋势,增加速率为0.432mm/a;年降水强度呈逐年降低的变化趋势,降低速率为0.162(mm·d-1)/a.各等级降水中小雨降水量及小雨降水强度均呈减少趋势,且小雨降水强度减少趋势较为明显.2003年中雨降水量发生增加突变,1983年小雨降水强度发生了减小突变.在空间分布上,小雨和中雨降水量由东北向西南呈逐渐递减至逐渐增加的变化趋势,暴雨及大暴雨降水量由东南向西北呈逐渐递减至逐渐增加的变化趋势.     

山西夏季极端降水日数变化规律

利用1960—2017年山西省资料序列完整的站点6—8月逐日降水资料,分析山西省夏季极端降水日数变化规律。结果表明:山西省夏季极端降水阈值空间分布不均,存在自西北向东南增长的趋势。同纬度上盆地极端降水阈值整体偏低,山脉西侧迎风坡阈值快速增长,甚至会出现西侧大于东侧的情况。从气候趋势上来看,夏季极端降水日数线性趋势线较均值线呈微弱下降;6月份上升趋势明显,且通过显著性0.05的检验;7月和8月份呈下降趋势,但显著性未通过0.05检验。山西夏季极端降水日数突变,整体表现为1960—1983年上升,1983—2017年下降,突变特征不显著;6月份极突变特征明显,突变点在1979年,1980年之后呈上升趋势,2014—2017年通过0.05显著性检验。7月和8月突变特征不明显。     

江西省近40年夏季高温日数变化特征

根据江西省1971-2010年81个国家气象站逐日温度资料,采用线性分析、小波分析、Mann-Kendall检验等方法,探讨了近40年来江西省夏季高温日数的时间、空间变化特征及其周期性。结果表明,近40年高温日数在21世纪初明显增多,高温日数增加最明显的是赣州。全省有3个高温多发区,主要分布在赣东北、抚州、吉安等地,以横峰为中心的赣东北最为严重。高温(≥35℃)及强高温(≥37℃)日数具有12-13年和22年左右2个显著年代际振荡周期,极端高温(≥40℃)日数周期不明显。Mann-Kendall检验表明江西省夏季高温日数呈现"减少-增加"趋势,强高温日数呈现"增加-减少-增加"趋势,而极端高温日数无明显变化趋势,各级高温的突变年份没有明显的界限。     

近40年贵州省夏季基于Z指数的干旱特征分析

基于贵州省1979—2018年近40年的降水量计算了降水Z指数并利用实况资料进行了比对分析,降水Z指数能很好反映贵州省夏旱,利用降水Z指数场作REOF分区,并分别对各区域降水Z指数序列作线性趋势分析,Mann-Kendall分析和morlet小波分析。结果表明:近40年来贵州的西部夏季旱情略有加重,东部夏旱减缓,尤其是近些年来旱涝更替频繁,四个区域年际差别都较大;西北区域长期呈现下降的趋势,西南区域长期呈现上升的趋势,但是近些年来突变特征较为复杂,省东部呈现下降-上升-下降-上升的趋势,旱涝交替;夏季干旱具有多时间尺度振荡的特点,在20世纪90年代周期特征都比较明显,存在2～4年的周期,2010年以来东北和西南区域2年周期比较显著。     

气候变暖下山东省月尺度极端降水的时空变化特征

为揭示气候变暖背景下极端降水多尺度的变化规律，基于山东省国家气象站1961—2020年逐日降水量资料，利用百分位数相对阈值法分析月尺度极端降水事件的时空变化特征。结果表明：山东省极端降水事件主要出现在夏季7、8月，年频率均在40%以上；各地年频次大致自东南向西北递减。大部分地区极端降水年频次和极端降水量增加，除秋季外各季均增加，冬季增加明显。20世纪80年代中期之后，各地极端降水普遍增多增强，年际变化明显增大；夏季和冬季极端降水强度明显增强，其中，鲁中、鲁西南、半岛等地夏季每10 a增加10～20 mm,冬季各月增加20%～50%。可见，在气候变暖背景下，山东降水不稳定性普遍增加，更需加强暴雨洪涝、暴雪等灾害风险预警与防控服务。     

近59 a河南省汛期降水集中度与集中期时空特征分析

基于河南省15个气象站点1960-2018年的逐日降水资料,采用合成分析、Morlet小波分析及GIS等方法,对59 a来河南省汛期降水集中度(PCD)和集中期(PCP)的时空演变特征进行了分析.结果表明:(1)1960-2018年河南省汛期降水以7.79 mm/(10 a)的倾向率呈波动上升趋势,空间上呈东南向西北逐渐递减趋势,河南省南部地区汛期降水量大,变异系数大,发生洪涝灾害的可能性较大.59 a年来汛期降水存在28 a左右的主周期变化.(2)河南省汛期PCD变化范围为0.16～0.56,PCP在36～44候之间,河南省汛期最大降水出现在6月下旬至8月上旬之间,PCD和PCP分别以-0.02/(10 a)和-0.133候/(10 a)的倾向率呈波动下降趋势,表明河南省汛期降水趋向均匀分布,降水集中期趋于推迟.从空间分布来看,河南省东北部比西南部地区汛期降水更为集中,汛期降水集中期大致由西南向东北逐渐推迟.PCD和PCP均具有27～28 a左右的主周期变化.(3)河南省多水年和少水年汛期PCD和PCP差异明显,多水年由北到南在安阳—新乡—郑州—许昌—驻马店一线汛期降水较周边地区更为集中,而少水年豫东地区相对更为集中.多水年汛期最大降水由南向北逐渐推迟,少水年汛期最大降水则由中部地区向南北两侧提前.     

我国近40年各类降水事件的变化趋势

 利用全国542站1960-2003年逐日降水资料,分析我国降水事件的变化趋势,研究结果表明：降水总量的增加主要是由极端降水量的增加引起,降水日数的减少主要是由小雨日数的减少造成。在降水日数呈现出大范围减少趋势的同时,有很多地区的极端降水事件仍为增加趋势,降水总日数的减少并不减小发生极端事件的可能性。各种类型降水日数趋势变化最明显的是小雨日数,四季的小雨趋势以减少为主。四季西部地区的极端事件基本均呈现出显著的增加趋势;江淮华南地区的减少趋势主要出现在秋季,其它三季以增加趋势为主;华北、东北地区在冬季基本均为增加趋势,其它季节增减参半。极端降水量与降水总量的比值表现为全国普遍增加的趋势,说明我国四季降水量均有向极端化方向发展的趋势。     

陕甘宁三河源区1971-2017年极端降水时空变化分析

为了揭示陕甘宁三河源区极端降水时空分布及其变化规律,利用1971—2017年逐日降水、气温数据,辅以气候趋势系数、小波相干分析等方法分析三河源地区极端降水时空变化特征,并探究极端降水指数与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的关联关系。结果表明:1971—2017年,陕甘宁三河源地区极端降水有明显增多的趋势;在空间分布上受地理位置和地形的影响,总体呈现“南高北低”的分布格局,空间差异显著。研究区内极端降水指数变化增减不一,大部地区极端降水量增多,弱降水日数减少,强降水日数增多,降水强度增大,降水趋于极端化。极端降水指数与多元ENSO指数(MEI)呈显著负相关关系,存在3~5 a及9~12 a时间尺度的显著共振周期。     

三门峡市近50年气候变化及对农作物的影响

利用三门峡市1960—2009年逐月气温、积温、降水、日照时数、蒸发量、无霜期等气象资料,采用线性方程、累积距平法、气候倾向率等方法,分析了该市近50年的气候变化特征.结果表明:50年来,三门峡市气温在波动中呈现上升的趋势;极端最高气温下降,高温日数减少,极端最低气温的强度减弱,持续时间缩短,冬暖夏凉趋势明显;年降水量在波动中减少,年际波动较大;年日照时数和年蒸发量总体呈减少趋势;无霜期日数变化较大.根据气候变化情况,简单分析了当地气候变化对主要农作物的影响.     

1965-2013年黄土高原地区极端降水事件时空变化特征

基于黄土高原地区52个气象站点1965-2013年逐日降水数据,辅以一元线性趋势分析、相关分析、Mann-Kendall检验及反距离加权插值(IDW)等方法,本文分析了黄土高原地区极端降水事件时空变化特征.结果表明:1)时间上,持续性指标和强度指标中除降水强度(SDⅡ)外均呈现减小的趋势;绝对指标和相对指标中除R10 mm降水日数(R10 mm)外,其他指数均呈现增加的趋势,但均未通过0.05显著性水平检验.2)空间上,就持续性指标来看,连续无雨日数(CDD)增加趋势最大的位于区域Ⅲ,连续降水日数(CWD)和年降水总量(PRCPTOT)在区域Ⅱ的北部的增幅最大;强度指标中,1d最大降水量(RX1 day)和5d最大降水量(RX5 day)在区域Ⅱ的中部和北部增幅最大,SDⅡ增幅最大的地区主要集中在区域工和区域Ⅱ的北部地区;绝对指标中,R10 mm、R20 mm降水日数(R20 mm)和R25 mm降水日数(R25 mm)的趋势变化呈由南向北增加的趋势;相对指标中,异常降水日数(R95p)和极端降水日数(R99p)增幅最大的地区主要集中在区域Ⅱ.3)CDD与经度、纬度呈显著的负相关,年降水总量(PRCPTOT)、R10 mm和R25 mm与纬度呈显著正相关,其他极端降水指数与经纬度和海拔高度的相关性不显著.4)主成分分析的结果表明2类极端降水指数的总贡献率达到80.73％,除CDD外,其他极端降水指数与PRCPTOT均具有良好的相关性,且均通过了0.01显著性水平检验.5)Hurst指数结果表明黄土高原地区CDD、SDⅡ、R10 mm、R20 mm和R25 mm极端降水指数变化均呈反向变化特征,其他极端降水指数呈同向变化特征.