极端降水特性分析研究进展

第３５卷第２期　２０１２年６月　

气象与减灾研究　

ＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹ　ＡＮＤ　ＤＩＳＡＳＴＥＲ　ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　Ｖｏｌ－３５　Ｎｏ．２　

Ｊｕｎ．２０１２　

江秀芳，李丽平，周立波．极端降水特性分析研究进展［Ｊ］．气象与减灾研究，２０１２，３５（２）：１－６　

极端降水特性分析研究进展　江秀芳１，２，李丽平　，周立波ｓ　１．南京信息工程大学电子信息工程学院，江苏南京２１００４４　２．福建省气象局，福建福州　３５０００１　３．中国科学院大气物理研究所，北京　１０００２９　

摘　要：极端降水是极端天气气候变化的重要指标，研究其时空分布特征对于正确认识全球气候变暖背景下的　极端天气气候过程具有重要意义。就近年来国内外极端降水的特征及其与大气、海洋异常的关系研究进行简要　的回顾，最好提出了其存在的不足方面。　关键词：极端降水，指数，变化特征，研究回顾。　中图分类号：Ｐ４２６．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—９０３３（２０１２）０２—０００１—０６　

０引　言　自２０世纪９０年代以来，在全球气候变暖背景　下（ＩＰＣＣ，２００１，２００７），中国极端天气气候事件发　生频率加剧，例如１９９８年、２００８年的南方特大洪　涝灾害、２００２东北低温冷害、２００８年南方冻雨、　２０１０年夏季酷暑等事件频发。其中，极端降水事件　是极端天气气候变化的一个重要表现，是衡量极端　天气气候的主要指标之一。因此，人们对极端降水　的时空分布和变化特征等进行了许多研究，文中就　极端降水定义、研究方法和研究进展等几个方面进　行总结回顾。　

１极端降水定义　早期关于极端降水事件的定义主要是按照不　同气候要素来确定，比如把日降水量超过５０　ｍｍ　降水事件称为暴雨，日降水量超过２５　ｍｍ的降水　事件称为大雨等。由此采用大雨或者暴雨这样的标　准作为一个共同的阈值来研究极端降水。然而，极　端降水事件应该因地而异，比如对于干旱的中国西　北［１－２］，部分台站历史上从未出现过暴雨甚至大雨，　而这些区域一场中雨往往会造成山体滑坡等危害。　

从季节上看，我国的强降水也主要集中在夏季。所　以，按照大雨或暴雨的标准来定义阈值去研究极端　降水事件存在很大问题。对于不同地区，极端降水　事件是不能完全用统一固定的日降水量来简单定　义的，而且对于不同的季节，极端降水的阈值也有　所差异。　目前，国际上通常采用百分位定义极端降水阈　值，超过这个阈值被认为是极值，该事件可以认为　是极端降水事件，进而计算通过阈值的降水量或日　数等，对极端降水事件进行分析探讨。这种极端降　水阈值的定义消除了地域和季节因素，使计算出的　降水指数有利于增强少雨地区和多雨地区强降水　事件变化的时间趋势和空间可比性，具有较弱的极　端性、噪声低、显著性强等特点Ｅ３］，可以更好地表征　极端降水事件的区域和季节特征，以便更客观地分　析极端降水的气候特征和变化趋势。　

２极端降水特征研究的方法　２．１极端降水指数　世界气象组织（ｗＭＯ）气候学委员会（ＣＣＬ）及　气候变率和可预报性研究计划（ＣＬＩＶＡＲ）推荐的　５０种极端气候指数中，极端降水相关气候指数有８　

收稿日期：２０１２—０２—１５；修订日期：２０１２—０４—０２．　基金项目：国家科技支撑计划项目（编号：２００７ＢＡＣ２９Ｂ０２）．　作者简介：江秀芳（１９７０一），女，高级工程师，硕士生，研究方向：极端气候研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｘｉｕｆａｎｇｆｚ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ．ｃｎ　２　气象与减灾研究　３５卷　表１极端降水气候指数　

个（表１）…。在极端降水特征研究中，常常直接使　用上述指数或是以上述指数为基础有针对性的进　行分析。　２．２气候统计分析　利用气候统计的诊断方法对极端降水特征进　行分析是现阶段常用的研究方法。使用的气候统计　方法很多，常采用极端降水相关指标进行时间序列　的年际变化及线性趋势分析。如，李威等　利用Ｇ　分布函数对中国１９５１—２００４年地面台站逐日降水　观测资料进行日降水量概率分布拟合，在此基础上，　对极端降水日数与ＥＮＳＯ的关系进行分析研究。杨　金虎等　运用ＳＶＤ、合成分析等方法，研究了太平　洋ＳＳＴＡ同中国东部夏季极端降水事件之间的相　互关系。在突变检验上比较常用的有Ｍａｎｎ—Ｋｅｎｄａｌｌ　非参数检验方法进行时问序列的突变检验　］，以　及无分布双样本的Ｌｅ　Ｐａｇｅ非参数检验方法［９　等。　另外，分析中还常常采用滑动平均等方法。　２．３数值模拟分析　国内外，利用数值模拟方法对极端降水进行分　析也是研究方法的一种，但结果各异。例如，Ｂｕｏｎｏｍｏ　等Ｉｏ］利用区域气候模式（ＲＣＭ）模拟研究了欧洲地　区极端降水，结果表明，ＲＣＭ模式可以很好地模拟　时间尺度１—３０天的极端降水。而张莉等　“　利用　中国地面观测逐日降水资料，初步分析１８个全球　海气耦合模式对中国２Ｏ世纪极端强降水的模拟能　力，结果发现，除某些模式对特定地区有较好的模　拟外，大部分模式的模拟效果不好。其中，值得关注　的是半数左右的模式模拟出了西北西部极端降水　呈增加趋势，个别模式趋势系数的大小与观测相　当。另外，大部分模式模拟的极端强降水Ｅｔ数标准　差与观测结果比较接近，但这可能主要是由于对观　测和各模式使用了同样的判定极端强降水发生的　方法　

３极端降水特征研究　３．１　国外极端降水特征研究　由于极端降水事件与人类生活密切相关，近年　来国外科学家对全球各地极端降水的趋势和极值　等变化进行了大量研究［１２－１６］。例如，Ｋａｒｌ等　’　研究　发现，美国日降水量超过５０．８　ｍｍ的极端天气从　２０世纪初的９％增加到了８０—９０年代的１１％。　Ｋａｒｌ等　进一步指出２０世纪初美国降水增加的　８％来自于日极端降水事件。Ｋｕｎｋｅｌ等　同样指出　了１—７天短期极端降水对于美国降水长期变化的　重要性。在澳大利亚大部分地区，强降水事件有增　加趋势［２０－２１］。Ｎｅｗ等　分析了月平均雨量观测数　据，结果表明，全球陆地（不包括南极大陆）降水　２００年内增加了约９　ｍｍ，其中１３最大降水有很大　贡献。Ｒｏｙ等　发现，１９１０－－２０００年印度极端降水　频率存在明显增加的趋势。全球陆地观测数据显　示，在过去的５０—１００年内中纬度地区强降水频率　普遍增力Ⅱ　］。　大量的研究表明，极端降水趋势存在很大的地　域差异。例如，Ｒｕｓｓｏ等　指出，全球大部分地区在　未来降水最大值将会增加，湿润的地区会更加湿　润，干燥的地区会更加干燥。也就是说，尽管许多地　区极端降水事件有增加趋势，但也有很多地区降水　增加不明显甚至有减少的趋势。Ｚｈａｎｇ等　指出，　２０世纪加拿大的极端降水强度和频率都没有明显　的长期变化趋势。Ｋａｒａｇｉａｎｎｉｄｉｓ等　利用欧洲２８０　个站的资料分析了该地区极端降水的气候特性，结　果表明，欧洲大部分地区极端降水事件存在减弱趋　势。Ｋｏｎｉｎｇ等［ｚｓ】分析指出，荷兰的日降水最大值没　有显著变化。Ｚｈａｎｇ等ｌ２９＿研究了中东地区的降水指　数，包括降水日数、平均降水强度和最大降水事件，　２期　江秀芳等：极端降水特性分析研究进展　３　结果表明该降水指数变化很小。Ｋｌｅｉｎ　Ｔａｎｋ等　指　出，中亚和南亚地区的区域极端降水指数在１９６ｌ一　２０００年变化很小。Ｎｅｗ等　¨也指出，南非地区在　１９６１－－２０００年日极端降水变化趋势很小。极端降　水减少的地区包括尼日利亚地区【３２］，澳大利亚的西　南和西部地区　，东南亚地区和中太平洋的部分　地区［３３－３４］，新西兰的东部和北部地区Ｅ　，波兰　和　印度的部分地区Ｅ　。　３．２中国极端降水特征研究　３．２．１年极端降水　中国年极端降水事件的趋势变化也存在明显　的区域性差异。下面对增多趋势和减少趋势分别进　行总结。翟盘茂　分析指出，最近５０多年中国的　极端强降水平均强度和极端强降水值都有增加的　趋势，极端强降水事件也趋于增多。杨金虎等喁　的　分析结果表明，极端降水事件在西北西部、长江中　下游、华南及青藏高原表现为增加趋势。王冀等　］　也指出，长江中下游地区近４６年来极端降水指数　呈上升趋势，其中降水强度上升趋势最明显。罗伯　良等＿３８　的分析结果表明，近４４年来湖南省极端降　水量和Ｅｔ数呈增加趋势。值得关注的是，１９９３年是　湖南省极端降水显著增加的突变点，年平均极端降　水量与日数１９９４－－２００４年比１９６１—１９９３年分别　增加１２６．４　ｍｍ和２．０５　ｄ。极端强降水年平均强度　趋势不明显，但１９９３年之后一直处于上升趋势，　１９９４－－２００４年比１９６１－－１９９３年增加了２．２５　ｍｍ／ｄ。　王志福等３９　对中国极端降水事件的频数和强度特　征进行了分析，指出全国持续１天极端事件的相对　频数具有上升趋势，其空间上均表现为全国大部分　上升。持续２天以上极端事件在长江中下游流域、　江南地区和高原东部等地区有显著增多和增强的　趋势。蔡敏等　研究表明，广东和广西两个地区沿　海和海南岛、福建及江西中部、四川及贵州东部极　端降水变率有所增加。　极端降水事件趋势减少主要出现在东北、西北　东部、华北　。张爱英等　］也同样指出，自２０世纪　６０年代初以来，华北中部极端降水平均年最大日　降水量、降水日数和总降水量变化趋势均表现出显　著下降趋势。王志福等［＝Ｉ９］的研究也表明，不管是持　续ｌ天还是持续２天以上极端事件在华北和西南　等地都有下降的趋势。蔡敏等［４ｏ１对东部极端降水　时空分布研究结果表明，近５０年来北方极端降水　变率主要以减小为主，如乌苏里江及辽东半岛等地　有显著的减小趋势。　另外，杨金虎等隅　还发现，中国各分区年极端　降水事件的周期振荡不完全一致；中国年极端降水　事件与年降水量之问存在较好的相关性。闵岫等ｍ　分析了中国极端降水事件的区域性和持续性，发现　滇西、藏东一带极端降水的持续性较好，但该地区　极端降水的区域性较差；除新疆以外，东北、华北以　及西北等大部分北方地区极端降水的持续性和区　域性均较差。　ｒ　３．２．２分季节极端降水　不同季节下极端降水趋势以及其他特征的变　化情况也得到关注。闵岫等　研究发现，长江以南　地区夏季极端降水的区域性与持续性均较好，容易　导致区域Ｉ生洪涝灾害的发生；东南沿海冬季极端降　水的区域性与持续性均较好，易形成成片且持续时　间为３天或以上的极端（较强）降水事件；黄河中下　游秋季极端降水的区域性与持续性均较好，该地区　秋季发生洪涝的可能性较大。杨金虎等隅　指出，从季　节来看，夏季极端降水事件与年降水量的相关性最　好。罗伯良等ｌ３８　的研究提到了湖南极端强降水事　件发生时间主要集中在６月中、下旬和５月上、中　旬，１９９０年以来７月中旬也是极端强降水事件频　发时段。张天宇等　指出，长江中下游汛期极端强　降水事件发生频次的多寡很大程度上影响着汛期　的总降水量多少。降水集中期或汛期的极端降水的　研究还有些使用暴雨等标准来定义固定阈值的。如　李丽平等　和陆虹等　研究表明，２０世纪９０年代　以来华南前汛期总降水量、强降水量、强降水频率　以及暴雨日数呈显著增加趋势，且极端强降水量异　常程度明显增强。