气象领域破纪录事件预估理论研究

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本文利用中国气象局公布的中国740个常规观测站1960-2005年46年日温度器测资料以及国家气象信息中心资料室提供的中国614个站点1960-2007年48年逐月干旱指数资料,分别对中国近46年来日高/低温破纪录事件的发生强度及频次特征以及近48年来中国干旱破纪录事件的发生规律进行了相关分析研究。根据破纪录事件的相关概率理论,对日温度和月干旱指数序列的概率分布进行统计研究发现二者均近似满足正态高斯分布,基于这一前提本文作了以下探究:将历史资料中已知的温度、干旱破纪录事件作为初始条件,结合高斯分布下的破纪录事件强度、时间的计算公式,经理论推导得到再次发生温度、干旱破纪录事件的强度和时间的期望值,并通过对历史资料中已有的破纪录事件进行回报检验发现,与纯极值理论进行迭代得到的结果相比,前者更符合观测事实,预测效果更好。在此基础上,对中国未来可能发生的温度、干旱破纪录事件的强度、时间趋势进行了预测评估,针对温度破纪录事件提出了破纪录温度饱和值的概念,以此定义并计算中国各区域的高/低温破纪录事件理论上可以达到的极端高温上限和极端低温下限,给出了各区域未来高/低温破纪录事件强度理论上增/降幅空间分布特征,得到以下结论。   近20年我国大部分地区高温破纪录事件数呈现增加的趋势,其区域分布与中国年平均气温的趋势分布具有较好的一致性。南方地区和东北地区破纪录高温事件增加趋势比北方中西部地区小。北方地区破纪录高温概率较大地区是华北,西部地区的中心在塔里木盆地。而低温破纪录事件情况与高温破纪录事件相反,大部分地区呈现减小的趋势,符合平均气温升高的事实。未来极端高温破纪录事件的空间分布最明显的特征是破纪录高温超过40℃的区域范围将会进一步扩大,尤以东北中部和西南、广西一带范围增加最为明显。而破纪录低温的空间分布相对较稳定,相较历史最低温分布并无明显变化,低温降幅最大的区域在西藏南部,其他大部分地区降幅较平缓。未来高温破纪录事件平均发生时间最短的区域为西南部地区以及广东部分地区,该区域在近期内最有可能再次发生高温破纪录事件并且将是破纪录高温发生最为频繁的地区;而在在江浙一带、东北大部以及青藏高原部分地区破纪录高温平均发生时间最长;未来破纪录低温平均发生时间普遍较长,因此未来百年内极有可能仍以极端高温事件为主。各站点破纪录高/低温饱和值及最大理论增/降幅分布显示,高温破纪录事件除了西北地区增幅空间较小外,其它大部分区域都还有着较大的增幅空间,尤以西南地区最为明显;对于低温破纪录事件,中国北方和东南沿海大部分地区极端低温还有较大的降幅空间,而西南以及华中地区降幅空间较小;整体呈现两头大、中间小的降幅分布格局。   对干旱破纪录事件频次和强度变化趋势进行分析发现:干旱破纪录事件对中国湿润、半湿润、半干旱区的影响在增强而对干旱区的影响有所减弱。中国东北地区为干旱破纪录事件影响最为明显的区域,其干旱破纪录事件的强度和频次均有较明显的增强和增多趋势。干旱破纪录事件强度最大值的区域分布中国北方的干旱半干旱地区,最大的重旱区位于华北地区黄河中下游,并且该地区极端干旱事件的频发区,该区域极端干旱事件强度还具有较大的上升空间,近二十年内再次发生干旱破纪录事件可能性较大,区域的干旱化趋势仍将继续。对于南方地区,西南地区的云南北部、四川南部等区域干旱破纪录事件强度较大,并将有可能逐渐形成一个区域干旱的极大值中心,而在长江中下游流域以及华南地区极端干旱事件的发生强度相对较小,其极端干旱事件强度最小值中心位于广东、福建两省交界一带,该区域的极端干旱事件强度在其气候条件下已经达到了较高的水平,在区域气候条件不发生大改变的情况下近几十年内很难再发生干旱破纪录事件。
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