1951-2019年黄河流域极端气候事件时空变化规律分析

黄河流域是气候变化敏感区,频发极端气候事件对该区域生态系统和人类生活造成严重影响.准确理解黄河流域极端气候事件时空规律,能够为适应气候变化和流域生态环境保护提供重要的科学依据.基于1951-2019年黄河流域84个气象站的气温和降水数据,采用国际通用的极端气候事件指数,辅以回归分析、Mann-Kendall突变检验和小波分析等方法分析黄河流域极端气候事件时空变化特征.研究结果表明：(1)时序上,黄河流域极端低温事件指数呈下降趋势,高温事件指数、其他指数呈上升趋势;且极端气温指数多以55 a为主周期,而极端降水指数呈微弱上升趋势.(2)空间上,极端气温指数西北部有明显的下降趋势,东部上升趋势明显;极端降水指数东部、东南部呈下降趋势,南部、中部呈上升趋势.(3)黄河流域极端气候事件主要受自然和人为因素的影响,厄尔尼诺事件对其有一定的影响.     

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.     

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44a四川地区极端气候变化趋势及特征分析

利用1971-2014年四川省140个站点逐日气温和降水资料,结合气候变化检测与极端事件指数专家组公布的部分极端气候指数,分析了四川地区近44 a极端气温和极端降水事件的年际变化趋势和空间分布特征,并对部分极端气温指数进行旋转经验正交函数(REOF)分析.结果表明,四川地区的极端暖指数T_(N90)、T_(X90)等分别以0.62和0.7 d/a的变化呈上升趋势,极端冷指数T_(N10)、T_(X10)等分别以-0.56和-0.26 d/a的变化呈下降趋势,表明四川地区变暖趋势明显;日极端气温T_(Xx)(0.04℃/a)、T_(Xn)(0.03℃/a)、T_(Nx)(0.02℃/a)和T_(Nn)(0.03℃/a)均呈微弱上升趋势,表明发生极端气温事件的概率有所增加.四川地区的整体雨量在近44 a略有下降,下降幅度为-0.794 mm/a;从连续干旱日数和连续湿润日数等极端降水指数分析,除川西高原有增湿趋势以外,全川大部分地区有暖干化的趋势;R_(X1d)、R_(X5d)和尼。等指数的下降趋势表明降水的集中程度略微减弱.REOF结果表明大地形对气温变化有显著影响,虽然整体变化趋势一致,但四川西部高原与东部盆地存在明显区别,西部T_(N10)、T_(X90)的变化幅度均弱于盆地地区.     

极端温度事件区域性的分析方法及其结果

根据1961-2002年42年中国站点的日最高、最低温度资料,运用累积频率的阈值统计方法,分析了我国东部地区极端高温、极端低温以及全国的温度日较差极端事件的区域性特征.本研究中的极端温度事件的区域性指的是,当某单站发生极端温度事件的同时,全国其余各站也发生同一种极端温度事件的概率分布,即成片发生极端温度事件的区域尺度.对每个研究站点均可寻找出一个与基准站同时发生极端温度事件的高概率站群,近似地用面积指数来表征站点群的区域大小,以此衡量成片发生极端温度事件的区域大小.结果指出:我国东部地区的极端高温、低温事件的面积指数的大值区分布较为一致,我国华南地区、江淮地区、华北地区和东北地区的面积指数的大值区分别集中在江西省和湖南省的南部,江西省北部和长三角地区,陕西省和山东半岛以及内蒙古东北部和黑龙江南部.即说明,无论是极端高温事件还是低温事件,上述地区的区域敏感性均较高,同时发生极端高温(低温)事件的区域尺度较大.四个区域的区域平均的差异表现为:在极端高温事件中,江淮地区的面积指数最大,华北地区的最小.在极端低温事件中,华南地区的面积指数最大,而江淮和东北地区的最小.同时,对温度日较差的极值事件分析可知,极端高值事件...     

中国东北地区干旱趋势的年代际变化

选用东北地区(包括内蒙东部)26个气象站的温度和降水资料,分析了近50 a来的干旱发展趋势和年代际变化.认为:在向干旱发展的总趋势下还有明显的干湿年代际变化,温度逐年升高在干旱发展的总趋势中起主要作用,而降水的年代际变化在干旱的年代际变化中起重要作用,两者在12和25 a的低频振荡上有惊人的一致性.这种低频振荡与东亚中高纬度地区的区域西风环流指数的年代际变化相联系,它们之间呈很好的反位相关系;降水与区域经向环流指数则有很好的同位相关系.但在近50 a的时间范围内,上述各项变化特征在后半期不如前半期的关系好.这可能与全球增暖在高纬度和低纬度地区的强度不同所导致的东亚季风减弱有关.     

基于SPEI指数甘肃省不同气候区域干旱时空变化分析

根据甘肃省6个气候区域划分以及多年降水空间分布,选取了58个气象站点1961～2014年的逐日降水和日均气温资料。采用标准化降水蒸散指数(SPEI)对全球变暖背景下甘肃不同气候区域的干旱时空变化特性进行研究分析。研究发现:甘肃干旱加剧的时间点与气温升高的时间点以及降水回升的时间点相一致,均出现在90年代中期;甘肃全省平均干旱频率为33.6%,其中轻旱9.1%、中旱14.5%、重旱5.5%、特旱4.4%;全省平均SPEI年代趋向率为-0.20/10a,表明甘肃干旱向加剧的方向发展;甘肃降水量自东向西递减,降水量越低的区域受气温升高的影响越大;甘肃东部区域的陇南和天水等地区的气候向暖湿化变化,而西部大部分区域的气候暖干化加剧,戈壁化和沙漠化的情况可能会进一步加重。     

标准化降水指数在新疆极端干旱事件中的应用

利用1961-2008年新疆49个气象观测站逐月降水量计算相应标准化降水指数(SP I),利用RPCA模态分析的方法研究新疆极端干旱的气候特征.结果表明:1961-2008年新疆极端干旱面积率总体处于减小趋势;20世纪80年代以前极端干旱面积率较大,基本在20%以上;80年代后在10%左右;2000年后极端干旱面积率有增加的趋势;M-K突变检验表明,极端干旱突变出现在20世纪70年代中期.新疆北部是极端干旱发生频率最高的区域,利用主成分旋转法可将新疆极端干旱分为3个区域:北疆区(代表站为石河子观测站)、南疆区(代表站为柯坪观测站)和东疆区(代表站为七角井观测站).依据极端干旱年的定义,1961-2008年新疆极端干旱年份分别是1962-1965,1967-1968,1973-1979,1982,1984-1985,1991,1995和1997年,其中强极端干旱年分别是1962,1974-1975和1997年,相应年份极端干旱的站数远远超过该时段平均值.     

斯里兰卡极端降水时空演变特征及趋势预测

斯里兰卡是我国“一带一路”战略的重要节点国家,极端降水对当地社会经济威胁较大,极易引发灾害。本文选取当地10个气象站2008~2020年的逐日降水资料,基于RClimDex模型计算斯里兰卡6个极端降雨指标,利用经验正交函数分析、Morlet小波分析和R/S分析等方法,分析极端降水事件的时空演变特征。结果表明：极端降水指数在时间分布上,除持续干旱指数（CDD）呈减少趋势外,其他各指数均为上升趋势;极端降水指数空间差异表现为北部沿海平原地带的极端降水强度高于南部沿海平原,拉特纳普勒市以西地区为斯里兰卡降雨事件的多发区;极端降水指数周期性明显,绝大多数极端降水指数以6~7年为第一主周期。R/S分析表明当地极端降水事件未来持续可能性较大。研究结果可为斯里兰卡极端气候预测、生态环境保护、防灾减灾工作等提供决策支持。     

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。     

江苏省植被动态演变规律及其与极端气候事件的关系

利用1982—2013年江苏省植被归一化指数(NDVI)和13个气象站的气温和降水数据,采用SPI标准化降水指数以及PDSI干旱指数模型,研究江苏省植被动态的演变规律及其与旱涝的关系。结果发现:①江苏全省平均的NDVI值整体呈缓慢上升趋势,但上升趋势不明显,其中苏北地区植被覆盖增加趋势明显,远高于全省平均水平,而苏南地区植被覆盖有减小趋势; ②江苏地区多年平均NDVI值有明显的季节变化,冬季的NDVI值为全年最低,春季NDVI值不断增加,到8月份达到最高,之后不断下降; ③极端干旱和洪涝对江苏省NDVI值有显著影响,干旱或洪涝年份的NDVI值明显小于正常年份,并且洪涝年份受影响更为明显。春季极端干旱对江苏省NDVI值影响较大,而夏季洪涝事件对江苏省NDVI的影响较大。     

1960-2013年黄淮海平原极端降水时空变化特征

基于黄淮海平原1960-2013年51个气象站逐日降水数据,计算了4个极端降水指数,利用线性回归、小波分析和Mann-Kendall趋势分析等方法,分析了黄淮海平原极端降水的时空变化特征以及其与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的关系.研究结果表明,近54年黄淮海平原极端降水指数呈波动降低趋势,20世纪60年代表现出明显的减少趋势,90年代中后期开始呈上升趋势.除极强降水量(R99p)以外,其他3个指数在近54年的时间尺度上都存在2~3a的显著周期.在空间格局上,极端降水表现为明显减少趋势的站点主要位于河北省和山东省西北部地区,而河南省、安徽省和江苏省北部地区的站点具有增加的趋势.在20世纪80年代到90年代初,ENSO指数与极端降水指数呈显著负相关关系.研究结果可以为解决黄淮海平原水资源短缺等问题提供一定的理论依据.     

近50年来江西省极端天气的变化趋势分析

基于江西省14个气象站点1960-2010年逐日平均气温、日最高气温、日最低气温和降水量观测数据,选取13个极端天气指数,通过线性回归、Mann-Kendall检验法和累积距平等方法,对江西省极端天气事件的时空变化趋势进行分析。研究发现1960-2010年江西省整体呈变暖的趋势,年均气温升高0.176℃/10a;极端高温事件呈增多的趋势、极端低温事件呈减少的趋势,并且在1986-2010年这个子阶段内这个趋势更为显著。从降水来看,1960-2010年间各极端降水指数值均呈升高趋势;同时在年降水总量增加的站点,极端降水指数与降水量是成比例增加的,而对于年总降水量减少的站点,并没有类似的对极端降水事件的明显响应。研究对于掌握气候变化背景下江西省极端天气变化情况具有重要意义。     

1961-2010年新疆极端气温时空演变特征研究

根据1961-2010年新疆50个气象测站逐日均温、日最高温、日最低温资料,选取国际上常用的22个极端气温指数,运用多种统计方法全面、系统地分析新疆地区极端气温事件时空变化特征。研究结果表明:1全疆日均温、年均温1996年后均呈显著上升变化,冬季、夏季最低温上升趋势明显,且变暖幅度冬季大于夏季;2除GTmax、GTavg、DTR及极值指数(TXx、TNx、TXn、TNn)未表现显著变化外,20世纪90年代末期后,冷指数呈下降趋势,暖指数呈上升趋势,总体上,变暖幅度冷指数大于暖指数、低温指数大于高温指数、夜指数大于昼指数,且变暖幅度盆地大于山区;3极端冷指数转折主要发生在80年代中后期,而极端暖指数的趋势变化主要在90年代末期发生转折,无论从平均气温序列的变化,还是极端气温事件的发生来看,新疆变暖趋势明显;4生长季节极端气温指数GTavg、GTmax均表征为上升趋势,日均温上升会导致热浪日数HWDI强度增加以及生长季节长度GSL延长,且新疆生长季节长度变化规律表现为:南疆北疆东疆,盆地山区。     

1961-2008年山东省极端温度事件时空特征分析

利用山东省1961--2008年18个气象站点的日平均温度资料,分析了山东省近48年极端温度事件的时空特征.结果表明,山东省极端温度事件年发生频率的空间差异比较突出,频发区域主要集中于胶东半岛,但高、低值区域发生频率的差值相对较小,大部分区域在15～16d/a之间;无论年还是季节,极端高温和低温事件的发生频率分别呈增加和减少趋势.两者的变化趋势分别在春季和冬季最显著;变化幅度也存在空间差异.相对于西部,胶东半岛极端温度事件年发生频率的变化趋势更为显著:极端高温和低温事件的年发生频率在所有站点(极端高温事件除海阳站)均发生了突变现象.变化趋势均在20世纪90年代以来更加显著;极端温度事件呈波动变化,普遍存在准5年周期.     

新疆南疆地区近50年来极端气候事件分析

为探讨新疆南疆地区近50年来极端气候事件,采用1961-2008年新疆南疆地区22个气象站点的逐日降水量、最高气温和最低气温数据,计算了20个极端气候指标,采用线性拟合方法分析了该地区近50年来极端气候事件的时空变化特征。结果表明:南疆地区极端降水和极端气温事件整体上都呈显著增加趋势。其中简单降水强度指数、年湿期降水总量、月最大1日降水量、月最大5日降水量及强降水量分别以0.79、59.9、4.52、7.56和23.32mm/10a的趋势增加,连续干日以-2.39 d/10a减小;南疆地区北部(天山山脉以南的带状区域)极端降水指数增长最快,南部和东部次之,塔里木盆地也显示出了微弱的上升趋势,西部部分站点则呈现较微弱的下降趋势;日最高温度的月极小值、日最低温度的月极小值、日最高温度的月极大值、日最低温度的月极大值、暖夜指数、暖日指数、夏日数、逐日温度差等都显示出上升趋势,而霜冻日数、结冰日数、冷夜指数、冷日指数和冷期长度指数都呈下降趋势,其中,逐日温度差和冷夜指数都呈波动减小的趋势,冷日指数呈先增大后减小的趋势,暖夜和暖日指数则呈先减小后增大的趋势,冷期长度指数呈先下降再上升达到峰值而后下降的趋势。     

近60年西安市极端气温事件变化特征分析

分析西安市近60年极端温度事件的变化特征以及极端温度指数与气温的关系。选取1951—2010年西安市逐日平均气温、日最高气温以及日最低气温资料,采用世界气象组织(WMO)公布的极端温度指数,利用Mann-Kendall(M-K)方法进行极端气温事件分析。认为近60年来,西安年平均气温、年平均最低气温、年平均最高气温呈上升趋势,20世纪90年代增温尤为明显;3种气温的变化趋势除夏季平均最高气温呈下降趋势外,各季节均为上升趋势;年平均气温与极端气温指数之间存在明显的相关性;暖夜日数和暖昼日数呈上升趋势,而霜冻日数、冷夜指数和冷昼日数呈下降趋势,冷夜指数减小、暖夜指数增大的幅度远大于冷昼日数减少的幅度,夜间气温的上升对增暖的贡献更大;极端气温指数的变化存在明显的年际变化特征,并伴有突变发生,西安市气温升高主要发生在20世纪90年代初期。     

怒江流域下游地区气象与水文干旱特征研究

以怒江下游勐波罗河流域为例, 利用周边气象站点年的月降水量、月气温和流域出口水文站月径流数据, 计算气象干旱指标标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)和径流干旱指数(SDI), 分析该地区1966—2013年间不同参考期(12个月、6个月和3个月)的气象和水文干旱变化过程, 揭示流域水文干旱与气象干旱发生的关联。研究结果表明, 自21世纪初期以来, 流域各参考期干旱指数呈现减少趋势(干旱增加),尤其是SPEI-6M (参考期为6个月的 SPEI)和SPEI-3M (参考期为3个月的SPEI)。研究区气象与径流干旱均具有多尺度周期性特征: 在20世纪90年代中期之后, 25~30年大尺度周期的等值线中心逐渐下移, 时间尺度缩短为10~15年。进入21世纪以来, 径流干旱在25年以上的大尺度上演变为减弱的干旱期, 在10~15年中尺度上则处于由干旱向微湿润变化的过渡期。径流干旱与气象干旱关系密切, 通过气象干旱指数SPEI-6M, 可以较好地预测年径流干旱变化程度。     

三江源区多尺度水文干旱特征及植被的响应

采用标准化降水指数SPI和遥感植被指数(NDVI、EVI)量化1961—2018年三江源区的生长季植被和水文干旱的演化特性,基于Mann-Kendall趋势检验法分析了三江源区1961—2018年干旱与植被的时空演变趋势,并基于斯皮尔曼等级相关系数进行了不同干旱变量与植被指数的相关性分析。结果表明： 三江源区季度干旱事件发生于1963年、1966年、1984年、1992年、2000年和2017年;春季有显著湿润化现象（平均趋势特征值Z=228）,秋季澜沧江源和长江源中部有不显著干旱威胁;5月黄河源以北地区有显著植被增加趋势,9月长江源中部与澜沧江源有不显著植被退化趋势,2000—2018年植被变化趋势是北部强于南部、西部强于东部;21世纪以来,干旱事件与植被有一定的响应关系,SPI3与植被指数显著正相关。     

深圳市降水特征时空演变规律分析

采用中国区域地面气象要素数据集中的降水数据,基于Mann-Kendall检验法、Sen's坡度法、Morlet复小波分析法并结合极端降水指标,对深圳市1979—2015年降水量的时空演变规律进行了分析.结果表明:1)1979—2015年深圳市年平均降水量为1 841.28mm,最大主周期为10a,呈现不显著减小趋势.年降水量表现出西多东少、南多北少的空间分布特征.2)西部城区夏季降水和东部郊区相近,春、秋、冬季降水多于东部郊区,且汛期和非汛期降水量都多于东部郊区.3)极端降水时间和雨量南部多于北部、中西部地区多于东部,且极端降水整体呈现降水历时变短、场次降水强度变大的趋势,西部城区表现更为显著.4)西部城区年降水量、汛期降水量和极端降水指标都呈现不显著增加趋势,而东部郊区呈现不显著减小趋势,表现出一定的雨岛效应.