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极端天气气候事件对生态环境、经济发展以及人类健康的影响引起了人们广泛的关注。为了了解我国极端降水事件的变化特征,本文使用1951-2004年我国测站日降水资料,采用国际上常用的27个气候变化指标中的11个降水指标,对我国逐日极端降水事件进行检测,详细分析了不同季节降水指标的气候平均特征、变化趋势、周期、年际和年代际特征以及概率分布型的年代际差异。由于连续多日的极端降水事件容易引起严重的洪涝灾害,文中对我国持续性极端降水事件和持续性极端降水过程的频数和强度的气候特征进行分析。最后用合成分析的方法讨论引起我国夏季极端降水异常的大尺度环流特征,分析了我国夏季极端降水量与海表面温度、海表面气压以及中高层大气温度异常的关系,并用区域气候模式模拟了冬季中高纬地区高低层大气增温不均匀对我国夏季极端降水的影响。我国降水指标的变化趋势
降水指标的变化趋势没有明显的一致性,区域差异非常明显,并且具有显著的季节差异。全年全国平均趋势上降水强度呈现不显著的增强趋势,连续雨日出现了显著的缩短趋势。变化趋势的空间分布上,与湿润程度有关的指标除CWD外,在我国西部地区主要是以上升趋势为主,在我国东部呈现南北相反的分布特征,长江流域以南主要为上升趋势,其北部主要为下降趋势。所有指标的趋势都反映出华北地区和四川盆地东部出现了明显的变干趋势。CDD在我国西部地区为下降趋势而在东部大部分地区则出现上升变化,CWD在东部基本呈现雨期缩短而西部地区雨期有增长趋势。
对雨季平均4个降水指标的分析表明,全国平均降水强度出现了显著增强趋势,这个上升趋势是一种发生在20世纪80年代末的增强突变:连续雨日则出现了显著的下降趋势,且在70年代出现了显著的跃变;总降水量略有减少,但不显著,并在60年代初其平均值出现减少的跃变;连续无雨日的趋势不明显,也检测不出明显的突变特征。
概率密度函数的年代际差异显示,降水指标在1979年前后发生了明显的变化,我国降水在1979年之后存在朝两极发展的趋势,而各区域之间的变化特征差异较大。
我国极端降水的持续性特征
极端降水事件多发于长江中下游和江南地区以及高原东南部,且在这些地区极端降水事件持续时间也较长。季节分布上,主要出现在夏季,以低持续性事件为主。从空间平均上看,持续时间越长的极端降水其强度往往越强,这种特征在我国东部地区最为明显,因此更可能造成洪涝灾害。极端降水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,而在华北和西南地区极端降水频数和强度出现下降的趋势。极端雨量对年降水量贡献趋势显示,北方地区是显著上升最集中的地区,说明总雨量和极端降水量虽然同时出现减少但弱降水事件减少的幅度更大。
使用逐月阈值定义并分析了持续性极端降水过程的频数和强度特征,发现其空间分布特征与持续性极端降水事件相类似。两者的差异主要反映在季节变化上,持续性极端降水事件频数有显著的季节差异但不同月份之间平均强度的差别较小,而持续性极端降水过程频数的季节性差异明显减弱,但平均强度出现更明显的季节差异。
与我国夏季极端降水异常相联系的大尺度环流特征以及热力因子
有利于长江中下游流域极端降水偏多、华南和华北地区偏少的大尺度环流形势为:对流层高层南亚高压强度偏强,位置偏南偏东,同时副热带西风急流位置偏南,欧亚大陆高纬地区气温偏低;中层西太平洋副热带高压强度偏强,位置偏南,脊线西伸,高纬地区气温偏高;低层西南季风强度偏弱。这样的环流背景有利于异常的暖湿西南气流与北方冷空气在长江中下游地区交汇,在该地区形成低层辐合与高层辐散同时增强的配置,产生强烈的上升运动,从而有利于形成强降水,而华南和华北地区则出现低空辐散高空辐合的配置,不利于对流的产生和降水的形成。
前期海表面温度和海平面气压与我国夏季极端降水有密切联系,其中最主要的异常体现为ENSO的影响,其异常信号可从前一年夏季持续到当年春季。夏季极端降水量异常与我国临近海域同期海表温度具有显著正相关关系。
前期3月份高纬度地区高层大气温度偏高,会引起大气环流的改变,并在夏季产生一个遥相关波列,使南亚高压偏强偏东偏南,副热带高压偏强偏南,有利于夏季阻塞高压的产生和维持,使得我国长江中下游地区容易出现极端降水偏多,华南和华北地区极端降水偏少。
全球温度变化具有时间上和空间上的不均匀性,其中近50年来,低层增温高层降温在中高纬地区冬季表现最为突出。使用区域气候模式模拟发现,这种温度变化趋势差异可引起大气稳定性的改变,从而容易造成我国长江以南地区夏季极端降水增多,在西南地区极端降水量变少。