全球极端降水事件的时空变化特征
1 全球极端降水事件的时空变化特征
近年来，极端天气事件引发的自然灾害日益严重，引起了全球各个国家政府和社会的高度关注。本文利用全球4270个测站1971—2010年逐日降水资料，采用百分位阈值法，对近40年来极端降水事件的平均特征、年际变化、时空分布进行分析，结果显示：
近40年来全球全年端降水事件频次的空间分布存在很大差异，总的来说全年总极端降水频次分布与各地区的气候特点有关，频次低值区主要分布在南北纬30°左右，并向南北逐渐增大。极端降水量占总降水量的比值全球分布差异很大，大雨在美国中部、东部部分地区逐渐增加，在地中海沿岸大部也有比较明显的增加趋势，欧洲其他部分地区增减趋势并不明显。在俄罗斯地区，西部部分站点大雨所占比例增加明显，而中部地区减少趋势占主导地位。中国长江流域强降水过程明显趋于增多,发生洪涝灾害的频率也趋于增加。在南半球地区，南美洲南部、南非地区呈增加趋势，澳大利亚西北部和东南部增幅较大。从全球来看，极端降水强度高值区主要在南北纬回归线之间，且向高纬逐渐递减。降水强度变化趋势和极端降水量与总降水量比值的变化趋势有很好的一致性。
关键词：全球；极端降水；时空变化；
第一章 前言
1.1 极端降水事件的研究意义
IPCC第四次评估报告错误!未找到引用源。表明，在全球变暖的大背景下，各类极端事件在近年来变得更加频繁和强烈。极端天气事件引发的自然灾害日益严重，引起了政府和社会的高度关注。极端事件的频率和强度变化对自然和人类社会的冲击远大于气候平均所带来的变化。
AR4错误!未找到引用源。中对极端气候的定义给出了较为明确的阐述：即对一特定地点和时间极端天气事件就是从概率分布的角度来看，发生概率极小的事件，通常只占该类天气现象的10%或更低。
全球地形差异较大、气候复杂多样，近些年来环境保护以及社会可持续发展
2 等受到全球各个国家前所未有的关注。1988年孟加拉国水灾，淹没近2/3国土，3000万人丧失家园，是近百年来全球最严重的一次由极端降水引发的水灾。1991年孟加拉国再遭重创，全国受灾人口占总人口的1/10，死亡13.8万人，损失30亿美元错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。。据统计，中国因洪灾造成的直接经济损失约占全国各类自然灾害损失的62%，相当于同期GDP的1.55%错误!未找到引用源。。但是几十年来，大多数通过观测降水资料的全球长期气候变化的分析都集中在平均值的分析上。极端降水事件作为极端事件之一，其频次和降水强度的变化将导致气候变化的影响更加突出。因此，研究极端事件，特别是极端降水事件的时空变化特征，对于研究气候变化影响，减少洪涝灾害所带来的损失，具有重要意义。
1.2 极端降水事件的研究进展
近年来许多学者在极端降水领域开展了广泛的研究：Trenberh指出错误!未找到引用源。，地面温度升高，会使地表蒸发加剧，大气保持水分的能力增强。地表蒸发加剧，将更易发生干旱，同时大气水分增加，降水也将增加，从而更易发生洪涝。Karl错误!未找到引用源。等利用百分位阈值法对美国极端降水事件做出了研究。Frich等错误!未找到引用源。研究表明，非洲南部和澳大利亚东南部，俄罗斯西部，欧洲部分地区和美国东部强降水事件显著增加，东亚和西伯利亚部分地区频率在减少。Alexander et al错误!未找到引用源。也证明了相似的观点。
从中国来看，翟盘茂错误!未找到引用源。最先利用百分位阈值法对中国极端降水事件进行了分析和研究。刘学华等错误!未找到引用源。利用百分位阈值法定义气候指数研究1961—2010年中国极端气温和降水，并指出近40a以来我国中等雨日指数、强降水指数、强降水比率指数以及年降水量总体线性变化呈增加趋势。近50a的研究资料表明，我国极端降水变化有明显的区域性差异，我国华北、西北东部和东北东部降水量有所减少，降水日数也明显减少,干旱化倾向明显而长江流域强降水过程明显趋于增多,发生洪涝灾害的频率也趋于增加。我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错误!未找到引用源。-[13]。
目前应用降水资料对极端降水的研究有不少，但大都主要集中某一区域，对于区域性的极端降水事件频次和时空分布研究居多，对于全球范围的极端降水事件研究较少，本文采用1971-2010年40年的全球4270测站逐日降水资料，应用百分位阈值法来定义极端降水事件标准，研究全球极端降水事件的时空变化特征。
3
第二章 数据和方法
2.1数据处理和选站
本文采用全球4270个测站1971年至2010年总计40年的逐日降水资料作为基础数据。首先对数据就行简单的质量控制，将其中缺测时间较长，数据质量较差、有明显迁站的站点予以剔除。
具体方法是：第一步：若某站点某一年降水资料缺测值大于总日数的20%，则该年缺测；第二步：在第一步的基础上，若某测站数据长度不足25年，则该测站剔除。
错误数据排查：在朝鲜1982年以前的降水资料中，有多次数据重复出现，且部分测站全年降水总量不足10mm，与1990-2010年降水资料对比，可认为数据有误，将这些站点全年数据改为缺测。
通过以上方法，最终选取全球4270个测站来研究极端降水事件的时空变化特征。
2.2分析方法
（1）阈值定义方法：
我国一般采用绝对阈值的方法定义极端降水事件，日降水量超过50mm的降水事件定义为暴雨，日降水量超过25mm的降水事件称为大雨。但是在全球范围内，地形差异较大，气候复杂多样，不能用一个简单统一的标准来定义极端降水事件。为了更为准确客观的定义全球极端降水事件，本文采用百分位分析法。具体方法是：
将4270个测站1971-2010年逐年湿日(日降水量>=0.1mm)的降水序列按升序排列，求得第95%分位值，则年平均95%分位值为该测站极端降水阈值。当某测站某日降水量大于该阈值时，则发生极端降水事件。
（2）极端降水频次定义：
本文分别统计4270个站点逐日降水资料，对每个测站，某一年极端降水事
4 件出现的次数称为该年极端降水事件的频次，每个季节出现的次数则称为该季节极端降水事件频次。
（3）极端降水强度定义：
极端降水强度是衡量极端降水的另一个主要指标，极端降水强度越大，表示单次极端降水量越高，强度越大也越有可能造成灾害。极端降水强度的定义方法是：对于某一年极端降水强度，定义为该年极端降水量除以对应的极端降水天数，则称为该年极端降水强度[14]。多年极端降水强度的平均值定义为年平均极端降水强度。
（4）极端降水事件的变化趋势：
极端降水的变化趋势采用一次线性方程表示，即：
Y=a0+a1t
式中，Y为气象要素，t为时间；a1为线性趋势项。若a1>0，则表示该气象要素呈上升趋势，若a1<0，则表示该气象要素呈下降趋势。
（5）异常资料点检测和处理：
如果有一个数据明显地偏离了平均值，称它为异常点。异常点有可能是因为观测误差引起。由于异常的偏离了平均值，所以对降水资料趋势的计算结果会产生很大影响。Lau错误!未找到引用源。在研究ENSO与全球降水量关系时，是将大于3σ的异常点全部剔除后来研究。本文在进行极端降水事件线性变化趋势的研究中，也采用同样的方法。
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第三章 全球极端降水事件空间分布特征分析
3.1全球年平均降水量的分布特征
为更好的揭示全球极端降水的时空变化特征，首先分析全球 (1971-2010)年近40年的年平均降水量的分布情况(图3.1)。由图所示，全球年降水量的分布的基本特点是 :
降水量较大的区域主要集中在季风区，全球多年平均降水随纬向分布有着较好的连贯性 ,即热带地区比较湿润，从赤道南北递减，但是在南半球中高纬度降水量还是比较多。降水量最大值的区域主要在赤道西太平洋地区、非洲西海岸和南美北部区域。年降水量最大值超过2000mm。除此之外、我国东南部到日本一带、印度半岛、北美太平洋沿岸、澳大利亚东北部、 墨西哥湾地区到北美东南部、安第斯山地区的降水量也比较大；全球降水较少的的地区有：我国西北部地区、青藏高原、蒙古、中亚大部分地区、非洲撒哈拉沙漠地区、北半球高纬度的大部分区域和澳大利亚中部沙漠地区。年降水量普遍小于400mm，个别地区小于200mm。
图3.1 全球年平均降水量量分布（单位mm）
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3.2极端降水事件阈值的空间分布
依据第95个百分位值统计的全球极端降水事件的阈值分布（图3.2）可以看出：不同地区的极端降水事件阈值有明显差异，阈值总体呈现由赤道向高纬地区递减的趋势，阈值较大区域主要在墨西哥湾、南美洲北部以及东南部、非洲西海岸、印度半岛、东南亚地区、日本一带。在印度半岛西南侧和菲律宾部分测站阈值高于100mm。北美洲地区阈值的分布特点是从墨西哥湾向西北递减，美国东南沿海阈值在40mm以上，西部干旱区则不足10mm。欧洲地区除地中海沿岸阈值较高外，大部分地区阈值都在30mm以下。中国地区极端降水事件的阈值分布空间差异也非常显著。阈值从东南到西北地区由高到低依次递减，阈值最大值出现在中国华南地区，该地区极端降水阈值≥40mm，局部≥50mm，其他地区中，长江中下游地区大体在30-50mm之间分布，西北大部分度阈值大致在10-20mm之间。在南半球地区的澳大利亚地区，阈值呈现由沿海向中部沙漠地区递减趋势。全球阈值较小的地区主要在60°N以北的地区、中纬度内陆地区以及全球主要的干旱半干旱地区。
总的来说极端降水阈值的分布与总降水量的分布有密切的关系。如上所述，中国西北大部分地区属于干旱区或极端干旱区，年降水量在100mm以内，其极端降水事件阈值很低(约为10-20mm)。在印度半岛，降水主要分布印度半岛的西海岸（西南）和东北部，年降水量最大可达到2000mm以上，其阈值可达到80mm以上。实际上降水多的地区一般防洪设施比较完善，防洪能力也较强因此只有相对较大的日降水量才可能出现洪涝灾害，而对于中国西北部分地区，30mm以上的日降水量在当地已经很少发生。如果出现，则很有可能对当地人民的生命财产造成威胁。
7 图3.2 全球极端降水阈值分布（单位：mm）
3.3 全球极端降水事件频次分布
研究极端降水事件另一个重要的物理量是极端降水事件频次，分析极端降水事件频次分布有助于我们研究极端降水事件的强度以及变化趋势。
图3.3 全球极端降水事件年平均频次分布（单位：次/a）
1950—2000年福建暴雨灾害灾情时空分析
1950—2000年福建暴雨灾害灾情时空分析
江清华;高路
【摘 要】近年来极端降水事件的发生频率和强度呈显著增加趋势,基于自然灾害系统理论,选取灾情的主要指标:暴雨灾害频次、 死亡人口和农田淹没面积,探讨了1950—2000年福建省暴雨灾害的灾情时空分布及趋势特征.研究发现:1)从时间变化上看,无论是暴雨灾害频次、死亡人口还是农田淹没面积,受灾最严重的月份均为5月和6月,其分别占全年灾情的68.0％、81.4％和76.2％.5月份的暴雨灾害灾情总体变化趋势均为先增加后减少,而6月份总体趋势均为先增加后减小然后再增加;2)从区域分布来看,年代际死亡人口的重灾区集中于南平市和龙岩市;农田淹没面积灾情最严重的地区为南平市、 尤溪县、 漳浦县、 福州市区和闽侯县,并且有逐年扩大的趋势;3)从变化趋势上看,年代际死亡人口呈上升趋势,年际死亡人口约以6年为一个变化周期,且年际差有增大的趋势;年代际农田淹没面积呈波动上升趋势,年际农田淹没面积呈周期性上升,其周期从9年缩短到6年.随着气候变化(如台风)和人类活动(如快速城镇化)的双重影响下,福建面临越来越大的灾害风险,防灾减灾部门应给予密切关注.
【期刊名称】《亚热带资源与环境学报》
【年(卷),期】2019(014)002
【总页数】8页(P41-48)
【关键词】暴雨;灾害损失;灾害系统;福建
【作 者】江清华;高路 【作者单位】福建师范大学 地理研究所, 福州350007;福建师范大学 地理科学学院, 福州350007;福建师范大学 地理研究所, 福州350007;福建师范大学 地理科学学院, 福州350007;福建省陆地灾害监测评估工程技术研究中心, 福州350007;湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地, 福州350007
【正文语种】中 文
【中图分类】X43
0 引言
IPCC第五次气候变化评估报告指出，自1950年以来，全球地表持续升温，中国正以0.5～0.8 ℃/100a的速度增加，极端降水事件愈发频繁[1-2]。暴雨作为主要的极端天气灾害之一，极易引发洪涝、滑坡、泥石流等次生灾害而造成大量人员伤亡和经济损失，严重影响环境和社会经济的和谐发展[3-5]。由于受到地理位置、气候条件以及地形地貌等多因素的共同影响，暴雨灾害具有很强的区域差异[6]。中国素有“南涝北旱”之说，尤其东南沿海因季风和台风影响更是暴雨灾害频发的地区[7-8]。鉴于极端降水事件在强度和频率上的增加趋势[9-11]，探究暴雨灾害灾情的时空变化特征对进一步提高灾害风险管理能力具有重要的科学指导作用。
环渤海地区1961—2007年极端强降水时空变化特征
第６卷第５期
２０１０年９月 气候变化研究进展 ＡＤＶＡＮＣＥＳ ＩＮ ＣＬＩＭＡＴＥ ＣＨＡＮＧＥ ＲＥＳＥＡＲＣＨ Ｖ０１．６ ＮＯ．５
Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１０
文章编号：１６７３—１７１９（２０１０）０５—０３１９—０６
摘要：２０世纪９０年代以来，环渤海地区降水总量持续偏少，极端强降水和干旱缺水问题十分突出。利用环渤海地区６Ｏ
个台站１９６１—２００７年逐日降水资料，应用百分位方法确定极端强降水阂值，分析了极端强降水量、降水强度和频率的
空间分布及时间变化趋势。结果表明：环渤海地区极端降水强度大、频率高的地区与年降水量高值区相一致，说明极端
降水量的多少影响年降水量；极端降水日数呈减少趋势，特别是京津冀中部地区减少显著；极端降水多发生在７月中旬
到８月中旬，最高频次在７月下旬，近１Ｏ年极端降水季节分配比较分散，很少出现每候２５站次以上的极端强降水；间隔３０ｄ
以上的极端强降水近年来增加明显。
关键词：极端强降水；频数；强度；环渤海地区
中图分类号：Ｐ４２６．６ 文献标识码：Ａ
引言
极端降水事件的变化与降水频率和总降水量的
关系十分密切，极端强降水事件本身对总降水量有
十分重要的贡献。２０世纪９０年代以来，气候变暖背
景下极端天气气候事件的变化引起广泛关注Ｉ Ｉ。
ＩＰＣＣ评估报告指出：在全球变暖背景下，总降水量
增大的区域，极端强降水事件极有可能以更大比例
增加，即使平均总降水量减少的区域，强降水量及
其降水频数亦有可能增加ｌ５１。Ｋｌｅｉｎ．Ｔａｎｋ等［６１研究发
现，１９４６ １９９９年欧洲强降水事件随总降水量的增
加而增多，但降水量减少时并没有降低。空间上，全
球及区域降水极值的变化缺乏一致性ｌ ７ｌ。翟盘茂等『 １
分析了中国降水极值变化趋势，发现２０世纪８０年
代以来，中国长江流域洪水频发，而北方却出现持
久、严重的干旱。近年来，全国总降水量变化趋势 不明显Ｉ９１，但从区域性变化上看，长江流域降水呈
近50a三峡库区汛期极端降水事件的时空变化
Ｌａｋｅ Ｓｃｉ．（湖泊科学），２０１２，２４（２）：２４４－２５１
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｌａｋｅｓ．ｏｒｇ．Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｌａｋｅｓ＠ｎｉｇｌａｓ．ａｅ．ｃｎ
⑥２０１２ ｂｙ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＬａｋｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
近５０ ａ三峡库区汛期极端降水事件的时空变化
刘晓冉 ，程炳岩 ，杨 茜 ，郭 渠。，张天宇
（１：重庆市气候中心，重庆４０１１４７）
（２：中国科学院大气物理研究所，北京１０００２９）
（３：重庆市气象科学研究所，重庆４０１１４７）
摘要：利用三峡库区３５个台站１９６１—２０１０年汛期（５—９月）的逐１３降水量资料，首先定义不同台站的极端降水量阈
值，统计各站近５０ ａ逐年汛期极端降水事件的发生频次，进而分析其时空变化特征．结果表明：三峡库区汛期极端降水事
件发生频次的最主要空间模态是主体一致性，同时存在东西和南北相反变化的差异．三峡库区汛期极端降水事件发生频
次具有较大的空间差异，可分为具有不同变化特点的５个主要异常区．滑动ｔ检验表明，三峡库区西南部区代表站巴南的
极端降水事件在１９７４年后发生了一次由偏多转为偏少的突变，北部区代表站北碚在１９８１年后和１９９３年后分别发生了
由偏少转为偏多和由偏多到偏少的突变，中部区代表站武隆在１９８４年后发生了一次由偏多转为偏少的突变．结合最大熵
谱和功率谱分析表明，近５０ ａ来各分区汛期极端降水事件发生频次的周期振荡不太一致，三峡库区东北部区代表站宜
昌、北部区代表站北碚和中部区代表站武隆分别存在５、２．４和８．３ ａ的显著周期．
关键词：三峡库区；极端降水事件；时空变化；旋转主成分
Ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｔｒｅｍｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｅｖｅｎｔｓ ｉｎ ｆｌｏｏｄ ｓｅａｓｏｎ ｏｖｅｒ Ｔｈｒｅｅ
Ｇｏｒｇｅｓ Ｒｅｓｅｒｖｏｉ ｒ ａｒｅａ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ５０ ａ
塔里木盆地极端弱降水的时空变化特征
塔里木盆地极端弱降水的时空变化特征 王新萍 。杨青 （１中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆乌鲁木齐８３０００２ ２新疆大学数学与系统科学学院新疆乌鲁木齐８３００４６） 摘要：选用塔里木盆地４Ｏ个气象站１９６１—２００９年 日降水资料，采用４种极端弱降水指标分析该地区极端弱 降水的时空变化特征 利用Ｍ—Ｋ法和Ｆ检验的线性分析 对各站点指标的变化趋势及变化率进行检验和计算，并利 用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ模拟进行区域显著性检验 结果表明：（１） 年内ＣＤＤ集中在８０－１００天．塔里木盆地的年最长连续 无降水日数有明显的减少趋势，极端干旱情况有所缓解。 ０—１０天的Ｄ２５出现频率最高，这种极端弱降水日数有增 加的趋势。（２）Ｐ２５集中在０—１．５ｍｍ．介于２—３ｍｍ的Ｐ２５ 基本上从２０００年之后才开始出现。有超过一半站点的 Ｐ２５上升幅度达到０－０．１６ｍｍ／１０ａ （３）０．１－０．３ ｍｍ／ｄ的 Ｉ２５出现的频率最高．Ｉ２５超过０．４ ｍｍ／ｄ的频率极低 关键词：塔里木盆地：极端弱降水指标：Ｍａｎｎ—Ｋｅｎｄａｌ１ 检验：Ｆ检验：Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ模拟方法 塔里木盆地位于中国西北部的新疆，是中国面积最大的内陆 盆地。盆地处于天山和昆仑山、阿尔金山之间。东西长１５００公里， 南北宽约６００公里，面积达５３万平方公里，海拔高度在 ８００—１３００，地势西高东低。盆地的中部是著名的塔克拉玛干沙漠， 边缘为山麓、戈壁和绿洲。 普宗朝…等研究了近４７年塔克拉玛干沙漠周边地区平均气 温、降水量、年潜在蒸散量和地表干燥度的变化趋势、突变时间和 周期，结果表明前两种气候要素都呈上升和增多趋势，后两种气 候要素有减小的趋势，整个区域出现较明显的湿化趋势。刘晓阳Ｉ２１ 等利用地基ＧＰＳ水汽探测结合静止气象卫星ＦＹ２Ｃ红外分裂窗 水汽反演，得到塔克拉玛干沙漠地区高时空分辨率的水汽分布。 黄俊利口ｌ等研究了塔克拉玛干沙漠南缘极端降水的变化趋势与突 变特征，结果表明沙漠南缘极端降水频率与极端降水量呈较好的 正相关。杨青 等利用塔里木盆地周边站点的降水、水气压资料和 沙漠腹地的观测数据，重建了塔中气象站１９６１—１９９８年逐月水气 压序列，分析了沙漠周边地区大气含水量的时空变化，得出了新 的水汽分布形式。 基于上述对塔里木盆地降水和水汽的研究：Ｉ＝作，特别是考虑 到该地区的极端干旱情况，本文与以往研究工作的不同之处在于 重点研究塔里木盆地的极端弱降水的时空分布情况。文中首先计 算反映极端弱降水的４种降水指标，利用Ｍ—Ｋ法对各指标的变 化趋势进行检验，同时采用基于Ｆ检验的线性分析法计算各指标 的变化率，并且利用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ模拟方法对研究区的区域显著性 进行检验，以此得出各弱降水指标的时空分布特征。 １数据 利用塔里木盆地４０个气象站１９６１—２００９年的逐日降水资 料，研究了以下４种极端弱降水指标（表１），其中无降水日数指降 水量＜０．１ｍｍ的天数。考虑到在塔里木盆地，如果选取非常极端的 阈值，则会出现无极端降水发生，但干旱灾害严重的情况，因而本 文选取７５％及２５％作为降水指标的计算阈值。 表１极端弱降水指标 降水指标 指标含义 单位
1965-2013年黄土高原地区极端降水事件时空变化特征
1965-2013年黄土高原地区极端降水事件时空变化特征
赵安周;朱秀芳;潘耀忠
【期刊名称】《北京师范大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2017(53)1
【摘 要】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、MannKendall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R10mm降水日数(R10mm)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(RX1day)和5d最大降水量(RX5day)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Ⅰ和区域Ⅱ的北部地区;绝对指标中,R10mm、R20mm降水日数(R20mm)和R25mm降水日数(R25mm)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)、R10mm和R25mm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、R10mm、R20mm和R25mm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. 【总页数】8页(P43-50)
澜沧江流域近51年来极端降水事件的变化趋势和突变特征
第
３０卷第
１１期２
０
１
２年
１
１月水
电
能
源
科
学
Ｗａｔｅｒ
Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ
ａｎｄ
ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０Ｎｏ．１１
Ｎｏｖ．２
０
１
２
文章编号：
１０００
－７７０９（
２０１２）
１１
－０００１
－０５
澜沧江流域近
５１年来极端降水事件
的变化趋势和突变特征
史婉丽
１，
禹雪中
１，
冯
时
１，
廖文根
２
（
１．中国水利水电科学研究院，
北京
１０００３８；
２．水利部水利水电规划设计总院，
北京
１００１２０）
摘要：
基于澜沧江流域
１９６０
～２０１０年
３１个气象站点的逐日降水资料，
采用百分比阈值法定义了不同站点极
端降水事件的阈值，
应用
Ｍａｎｎ
－Ｋｅｎｄａｌｌ检验方法分析了极端降水事件的降水量、
降水频率、
降水强度和严重
干旱频率等的时空变化特征。
结果表明，
澜沧江流域极端降水阈值的空间分布呈西北至东南逐渐增大的分布
趋势；
极端降水事件整体上呈显著上升趋势，
且在空间上存在差异，
各指标均呈西北向东南逐渐增加的趋势，
尤其是德钦站以南的澜沧江中下游地区为干湿事件发生较频繁的区域；
极端降水事件在气候的长期变化过
程中还存在突变现象。
关键词：
澜沧江流域；
极端降水事件；
Ｍａｎｎ
－Ｋｅｎｄａｌｌ检验；
空间分布；
时间变化
中图分类号：
Ｐ４２６．６；
Ｐ９５４文献标志码：
Ａ
收稿日期：
２０１２
－０４
－２４，
修回日期：
２０１２
－０６
－０５
基金项目：
国家科技支撑计划基金资助项目（
２０１１ＢＡＣ０９Ｂ０７
－２）
作者简介：
史婉丽（
１９７９
－），
女，
博士研究生，
研究方向为生态水文，
Ｅ
－ｍａｉｌ：
ｓｈｉｗａｎｌｉ＿
ｓｗｅｅｔ
＠１２６．ｃｏｍ
通讯作者：
廖文根（
１９６２
－），
男，
教授级高工，
研究方向为水环境，
Ｅ
－ｍａｉｌ：
ｌｉａｏｗｅｎ
ｇｅｎ
＠Ｇｉｗ
ｐ．ｏｒ
ｇ．ｃｎ 近年来，
在全球气候变化的背景下，
洪涝、
干
旱、
暴雨及极端温度等极端气候事件的发生频率
和危害程度均有所增加，
尤其是极端降水事件的
变化引起了广泛关注［
１，
２］。
对极端降水的观测研
究发现，
极端降水事件对全球气候变化的响应非
中国极端降水事件的时空变化及趋势预测
中国极端降水事件的时空变化及趋势预测
吉戴婧琪;元媛;韩剑桥
【期刊名称】《中国农村水利水电》
【年(卷),期】2022()10
【摘 要】基于622个站点的逐日降水数据,利用Mann-Kendall检验、Sen’s斜率和R/S分析等方法,探究了中国极端降水事件的时空变化特征及未来变化趋势。结果表明:(1)近60年来,中国极端降水量指数呈不显著增加趋势(p>0.05),最大一日降水量(RX1day)、最大五日降水量(RX5day)、强降水量(R95p)、总降水量(PRCPTOT)的增加速率分别为0.52、0.10、0.64和6.00 mm/10 a。极端降水强度指数(SDII)以0.13(mm/d)/10 a的速率显著增加(p<0.05);而极端降水日数指数呈不显著增加趋势(p>0.05),R20和R50的增加速率分别为0.13和0.06 d/10 a。(2)从分区来看,除持续湿润日数(CWD)外,极端降水事件的其他指数在华南、华中、西北和西南地区存在显著增加趋势(p<0.05),在东北和华北地区呈现显著减少趋势(p<0.05)。其中,RX1day在华南、华中、西北和西南地区的增加速率分别为0.62、0.52、0.21和0.49 mm/10 a,在东北和华北地区的减少速率分别为-0.48和-0.63
mm/10 a。而CWD在华南以外的地区均以低于0.05 d/10 a的速率显著减少(p<0.05)。(3)除R95p和PRCPTOT外,其余极端降水指数未来将延续历史变化趋势(H>0.5)。极端降水量指数和极端降水强度指数总体都将呈现增长趋势,且在华南、华中、西北和西南地区延续显著增加的趋势。而极端降水日数指数总体虽为增长趋势,但CWD仍将在华南以外的地区呈现持续性较强的下降趋势。研究结果可以为我国暴雨灾害预警与区域水资源利用提供参考。
【总页数】7页(P74-80) 【作 者】吉戴婧琪;元媛;韩剑桥
1969—2020年夏季山东极端暴雨事件的时空特征及其影响环流分型
第54卷 第4期 2024年4月中国海洋大学学报
PERIODICALOFOCEANUNIVERSITYOFCHINA54(4):001~012Apr.,2024
1969—2020年夏季山东极端暴雨事件的
时空特征及其影响环流分型❋
曹 倩1,2,黄 菲1,2,3❋❋,欧阳婧怡1,2,曲颖慧4
(1.中国海洋大学海洋与大气学院,山东青岛266100;2.中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室深海多圈层与地球系统前沿科学中心,
山东青岛266100;3.青岛海洋科学与技术试点国家实验室,山东青岛266237;4.象山县气象局,浙江宁波315712)
摘 要: 利用山东省84个气象台站的逐日降水资料、美国国家环境预测中心和国家大气研究中心(NationalCentersfor
EnvironmentalPredictionandNationalCenterforAtmosphericResearch,NCEP/NCAR)逐日再分析资料以及中国气象局
(CMA)热带气旋资料中心的CMA最佳路径数据集,对1969—2020年夏季(6—8月)发生在山东的857例极端暴雨事件(Extremerainstormevents,EREs)的时空分布特征及影响环流分型进行了分析。结果表明:山东夏季EREs主要集中在7和8
月,8月极端暴雨降水量占当月总降水量的比值最大,可达53.5%。山东夏季极端暴雨降水量以及极端暴雨发生日数呈现不
显著的增加趋势,8月的增加趋势最明显。使用经验正交函数分解对影响山东夏季EREs的大气环流系统进行分型,发现影
响山东夏季出现EREs的环流系统主要有4类,其中,影响ERE最多的环流系统是北方气旋型,约占事件总频次的33.1%;其
次是高空急流型,占比约11.3%;南方气旋型和热带气旋型的环流型影响相当,出现的概率分别为9.7%和9.4%。
关键词: 极端暴雨事件;环流型;南方气旋;北方气旋;高空急流
中图法分类号: P426.61 文献标志码: A 文章编号: 1672-5174(2024)04-001-12
-山东极端降水的气候变化
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The Best Literature----------------------------------The Best Literature2008年 01月 China Water Transport January 2008
收稿日期：2007-11-2 作者简介：郭元喜 女（1983—） 西南大学地理科学学院 硕士研究生 （400715） 研究方向：GIS在气候变化中的应用 山东极端降水的气候变化 郭元喜 王建力 摘 要：基于山东境内1951～2004年24个有效测站的逐日降水资料计算出五个极端降水指标，采用线性趋势法对其时间序列进行趋势检验，得到时间变化趋势，采用通用克里金法对趋势值进行空间内插，得到空间变化趋势。结果表明：极端降水事件在山东境内趋于减少；各项指标在半岛和鲁东南地区减少幅度最大。 关键词：极端降水 线性趋势 山东 GIS 中图分类号：P467 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2008）01-0175-02 IPCC第三次评估报告结果显示，近百年来全球平均地面气温上升了0.6±0.2℃。预估到21世纪末在各种排放情景下，全球平均地面气温将达到1.4～5.8℃[1]。平均温度上升的同时将伴随着极端降水事件频率和强度的显著变化。国内外已有很多学者从不同的时间和空间角度对极端降水事件的变化进行研究[2-6]。目前得到的较为一致的结论是全球范围内极端降水事件的变化具有很强的局地特征，但整个20世纪总体上都是朝着更湿的方向发展。 极端气候事件的变化对自然和社会的冲击远远大于气候平均变化带来的影响。在山东省，对降水事件的变化研究主要集中在降水量方面，极端降水方面的文章尚未出现。本文的研究目的在于，通过对年极端降水量、年极端降水频率，年极端降水强度、大雨日数、暴雨日数五个指标的计算分析，从极端降水的角度出发对山东省降水的变化特征及演变趋势进行探讨，为该区水资源有效利用和社会经济可持续发展提供科学依据。 一、资料与方法 1．资料 资料来源于国家气象中心气候资料室整编的31个测站的逐日降水资料集，时段为1951～2004年。全部测站为：德州、陵县、惠民县、羊角沟、长岛、龙口、福山、烟台、威海、成山头、朝阳、济南、淄川、泰山、泰安、淄博、沂源、潍坊、莱阳、青岛、海阳、千里岩、石岛、菏泽、定陶、兖州、费县、莒县、临沂、日照、朝连岛。 图1 气象测站空间分布 Fig.1 Spatial distribution of meteorological stations 2．方法 降水量、降水强度及降水频率的极值变化趋势研究需要完整的高分辨率资料。把与时间有关的资料缺测假设为零时，会在降水变化趋势研究中引起误差[7]。为此，本研究中，当一年内缺测超过20天时，该年的统计量被设为缺测；当54年序列中缺测总量超过6年时，该测站被排除使用。最终选取的山东省有效测站共有24个，其分布情况见图1。 我国通常把日降水量超过50mm的降水事件称为暴雨，把日降水量超过25mm的降水事件称为大雨。事实上，对于不同的地区来说，极端强降水事件是不能完全用全国统一固定的日降水量简单定义的。本文根据每一个测站的日降水量定义了不同地区极端降水事件的阈值。其具体方法是：把1971-2000年逐年日降水量序列的第99个百分位值的30年平均值定义为极端降水事件的阈值，当某站某日降水量超过了极端降水事件的阈值时，就称该日出现了极端降水事件。 年极端降水量、强度和频率的变化趋势采用线性趋势法，把气候要素写成时间t的线性函数y=at+b，其中a、b为经验常数。用最小二乘法通过实际资料计算出a和b，其中a表示线性函数的斜率，也就是气候要素的线性趋势。a为正表示增加趋势，零表示无变化趋势，负表示减少趋势。采用F检验对线性趋势的统计信度进行95%的检验，通过显著性检验说明变化趋势显著，否则认为变化趋势为正常的气候波动。 空间插值的实质是通过已知样点的数据来估算未知点的数据。长期以来，国内外学者对空间离散数据的空间插值进行了大量研究，并提出多种插值方法，它们各有利弊，应根据不同研究区域的自然地理特征选择最优的空间插值方法[8-10]。本文选用通用克里金法（Universal Kriging，UK）对各气象要素趋势值进行空间内插。 文中所用的编程软件为Delphi7.0，数据库软件为SQL Server 2000。所有计算和制图均在ArcGIS9.0下进行，相176 中 国 水 运 第08卷 关分析和回归分析在MATLAB6.5下进行。栅格数据的分辨率均为1000m。 二、极端降水事件的时空变化 1．年极端降水量 年极端降水量的时空变化特征见图2（细曲线为逐年统计值，粗曲线为二项式十一点滤波，细虚线为平均值，粗虚线为线性拟合）。 图2 1951-2004年山东年极端降水量的时空变化 Fig.2 Spatial and temporal variability of annual amount of extreme rainfall in Shandong during 1951 to 2004 整个山东平均来看，54年来年极端降水量在减少，趋势值为-9.6mm/10a，但在统计上不具有显著意义（R2=0.041）。年代际变化特征为：20世纪60年代中期以前显著增加，之后减少，1990年达到最小值353mm，之后又呈递增趋势。 从地域分布看，除荷泽市曹县境内最南端的极少数地区出现正趋势（趋势值为0～1.4mm/10a），其余地方均呈现负趋势（趋势值为-30mm/10a～0）。半岛地区减少趋势最为明显，趋势值可达-30mm/10a～-12mm/10a。 2．年极端降水频率 年极端降水频率的时空变化特征见图3（细曲线为逐年统计值，粗曲线为二项式十一点滤波，细虚线为平均值，粗虚线为线性拟合）。 根据本文的定义，山东省极端降水事件在正常情况下平均每年发生3.6天。从整个山东平均来看，极端降水事件的发生频率略有减少，趋势值为-0.1天/10a，未通过95%信度水平的F检验。年极端降水日数呈现出与年极端降水量相似的. 图3 1951-2004年山东年极端降水频率的时空变化 Fig.3 Spatial and temporal variability of annual count of extreme rainfall in Shandong during 1951 to 2004 年代际变化：20世纪60年代中后期以前显著增加，之后减少，1989年达到最小值2.1天，之后又呈递增趋势。 从地域分布来看，山东各地极端降水频率大都呈现减少趋势（趋势值为-0.338天/10a～0），仅在荷泽市单县境内的极少数地区表现出正趋势（趋势值为0～0.005 天/10a）。极端降水日数的空间变化规律为：半岛地区减少趋势最为显著（趋势值为-0.34天/10a～-0.14天/10a），鲁中、鲁西北次之（趋势值为-0.14天/10a～-0.07天/10a），鲁西南部分地区及鲁西北极少数地区减少最不明显（趋势值为-0.07天/10a～0）。 3．年极端降水强度 图4 1951-2004年山东年极端降水强度的时空变化 Fig.4 Spatial and temporal variability of intensity of extreme rainfall in Shandong during 1951 to 2004 年极端降水强度的时空变化特征见图4（细曲线为逐年统计值，粗曲线为二项式十一点滤波，细虚线为平均值，粗虚线为线性拟合）。 就时间尺度而言，54年平均的年极端降水强度为67.8mm/天。整个山东平均来看，年极端降水强度呈现弱的减少趋势，趋势值为-0.4mm/天/10a，未通过95% 信度水平的显著性检验。年代际变化特征为：20世纪80年代以前变化平稳，在均值附近波动，80年代到90年代初减小，之后增大。 地域分布上，年极端降水强度在半岛地区、鲁东南及鲁西南均呈减小趋势，趋势值为-2.5mm/天/10a～0，鲁西北、鲁中呈现增加趋势，趋势值为0～0.8mm/天/10a。 4．大雨日数 图5 1951-2004年山东大雨日数的时空变化 Fig.5 Spatial and temporal variability of annual count of heavy rain in Shandong during 1951 to 2004 大雨日数的时空变化特征见图5（细曲线为逐年统计值，粗曲线为二项式十一点滤波，细虚线为平均值，粗虚线为线性拟合）。 从整个山东平均来看，大雨出现日数为7.6天/年。在54年的时间序列中，呈现减少趋势，趋势值为-0.2天/10a，但在统计上不具有显著意义（R2=0.0297）。大雨日数的变化表现出较为明显的年代际变化特征：20世纪60年代中期以前略有增多趋势，60年代中期到90年代初呈现减少趋势，之后在平缓中略显增多。 从地域分布看，大雨日数在山东境内表征为减少趋势，趋势值为-0.70天/10a～-0.05天/10a。负的趋势越往半岛90190290390195019601970198019902000时间/年份年极端降水量（mm）
极端事件检测、评价方法及中国近40年极端温度和降水事件时空变化研究
极端事件检测、评价方法及中国近40年极端温度和降水事件时空变化研究
近年来，气候变化引发了全球范围内的关注。极端气候事件的增多和强度的增强给人们的生活和经济带来了巨大的影响。因此，研究极端事件的检测、评价方法以及中国近40年极端温度和降水事件的时空变化，对于了解气候变化趋势以及制定有效的应对措施具有重要意义。
首先，我们需要了解什么是极端事件。极端事件指的是在特定时间和空间尺度下，气象要素出现的极端的现象。常见的极端事件包括极端温度和降水事件。温度极端事件通常被定义为空气温度超过某个阈值的事件，例如，气温超过30摄氏度或低于零摄氏度。降水极端事件则是指降水量超过某个阈值的事件，例如，降水量大于50毫米的暴雨事件。
为了检测和评价极端事件，科学家们提出了不同的方法和指标。其中，最常用的方法是使用百分位数。通过计算特定气象要素值的百分位数，可以确定是否出现了极端事件。例如，当一天的气温超过了90%的历史纪录值，就可以被认为是一个温度极端事件。另外，一些评价指标，如极端事件频率和强度指数，也可以用来衡量极端事件的发生情况和程度。
在研究中国近40年极端温度和降水事件的时空变化时，科学家们使用了大量的观测数据和气候模型。他们发现，中国的极端温度事件呈现出明显的增多趋势。尤其是在北方地区，夏季高温事件的频率和强度都有所增加。同时，冬季的极端低温事件也有所增多。这些极端温度事件对人们的生活、农业和生态系统都产生了重大影响。 在降水方面，中国的极端降水事件也呈现出不同的变化趋势。一些地区的暴雨事件频率和强度有所增加，导致水灾和洪涝的发生。而一些地区的降水量则呈现下降趋势，导致旱灾和水资源的短缺。这些极端降水事件对农业、水资源管理和自然生态系统的可持续发展都造成了严重的影响。
值得注意的是，气候模型的预测显示，未来极端事件的发生和强度可能进一步上升。因此，为了应对气候变化带来的挑战，我们需要采取积极的措施。首先，加强气象观测系统，提高数据的质量和时空分辨率。其次，改进气候模型，提高对极端事件的预测能力。此外，制定适应气候变化的政策和措施，加强风险管理和减缓气候变化的影响也是非常重要的。