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利用1960-2004年我国586个气象测站的逐日降水观测资料,对每一季节和每个站点,按照日降水量不小于1.0mm作为雨日界定标准,分别将雨日的日降水量和降水过程降水量升序排列的第90个百分位值定义为极端日降水阈值和极端降水过程阈值,重点揭示了近45年我国年和各季极端降水的线性变化趋势及其年际、年代际变异特征,以及我国各季极端降水与海温异常的关系和与这种关系相联系的大气环流异常型,本文最后还就CO2浓度加倍对我国极端降水的变化影响进行了数值试验评估。主要结论如下:
(1)我国年和各季节极端日降水不仅具有不同的长期趋势性变化特征,还具有明显不同的年际和年代际变化特征,极端日降水与总降水的时空变化具有一致性,我国各季极端日降水的异常型明显不同。
我国年、各季节的极端雨日数和极端日降水量的变化是一致的;我国极端日降水时空变化主要为趋势性变化,极端日降水对降水总量的变化趋势作出了主要贡献;我国长江流域及江南地区极端日降水在冬季和夏季呈显著增加趋势,华北地区极端日降水在冬季显著增加、而在夏季显著减少,华南地区极端日降水在春季显著增加,东北地区极端日降水在冬季和春季显著增加,而西北地区极端日降水各季均显著增加;长江中下游地区夏季极端日降水在总体增加的趋势上,也具有年代际变化,1960到1970年代趋势变化不显著,主要为年际振荡,1980到20世纪末增长趋势加剧,进入21世纪反而呈减少趋势;华北地区夏季极端日降水在总体下降的趋势上,也表现年际和年代际变化特征;我国各季极端日降水去除线性趋势后的异常型明显不同,春、秋季表现为长江以南与以北地区反位相的“偶极型”变化,夏季表现为我国长江流域与华南、华北地区反位相的“三极型”变化,冬季表现为全国大部分地区同位相的“单极型”变化。
(2)我国极端降水过程具有与极端日降水较为相似的气候特征,但也存在不同之处。
我国极端降水过程与极端日降水在气候特征方面的不同之处主要表现在:我国春季极端降水过程的变化趋势与春季极端日降水的变化趋势在华南地区和长江下游地区不一致;不仅我国年极端降水过程的降水阈值普遍大于极端日降水阈值,其相对变率也普遍大于极端日降水的相对变率;我国华北地区年降水量的减少主要是年极端降水过程降水的减少所致,但其年极端日降水总体减少不明显,只有华北东部年极端日降水的减少幅度与其年降水总量的减少幅度比较接近;我国年极端降水过程数和极端降水过程降水量异常空间分布不完全相似。
(3)我国各季极端降水异常与太平洋—印度洋海表温度异常的关系主要表现为与ENSO
的关系,并且ENSO事件的不同发展阶段我国季节极端降水异常型明显不同,ENSO影响我国极端降水异常是通过改变大气环流来实现的。
在El Nino建立阶段的夏季,我国极端降水异常不明显:在El Nino年发展和成熟阶段的秋季和冬季,我国长江以南的华南地区极端降水显著增加,而长江以北部分地区极端降水趋于减少;在El Nino衰亡阶段的次年春季,我国华北地区及东北和西北部分地区极端降水显著增加,而西南地区极端降水显著减少;在El Nino衰亡阶段的次年夏季,我国长江中游地区、东北和西北北部地区极端降水显著增加。La Nina情况,则上述形势完全相反。
在El Nino发展阶段,500hPa高度场的异常结构表现出东亚东部为显著负异常中心,并且这个负异常中心与北太平洋中东部的负异常中心相联系,而在贝加尔湖和巴尔喀什湖之间为弱的正异常中心,孟加拉湾以东的低层西风异常与东亚东部北风异常共同作用,使得我国西南和华南南部地区容易造成多雨和极端降水事件发生;在El Nino成熟阶段,500hPa高度异常在太平洋北美地区呈显著的PNA型,PNA型中北太平洋的负异常中心偏向于北太平洋西北部,并与东亚大陆贝加尔湖以北的负高度异常中心相连,东亚大槽变浅,菲律宾附近的强反气旋异常风场形成华南沿海西南风异常,导致我国华南地区多雨和极端降水增加;在El Nino衰亡阶段,东亚地区500hPa高度正异常比成熟阶段减弱偏南,在巴尔喀什湖北部以及西伯利亚地区还有两个高度正异常中心,菲律宾海附近低层反气旋风场异常趋于加强,导致低层西太平洋副高偏南,我国东南部出现西南风异常,它与长江以北的北风异常交汇在长江流域,造成长江流域极端降水增多。
(4)CO2浓度加倍对我国极端降水的分布、相对变率变化、时空变化等方面都存在着影响,我国极端降水的变化与人类活动有着一定的关系。
CO2浓度加倍导致我国东部地区年极端降水显著增多,除华北地区南部外我国东部其它地区年极端降水频次显著增加。CO2浓度加倍对我国各季极端降水的分布都存在着影响,其中对春夏季的影响较大,它导致我国东部绝大多数地区春季和夏季极端降水增多。CO2浓度加倍导致我国年极端降水显著增多,并不意味着CO2浓度加倍导致我国年降水也显著增多,我国华北地区南部和长江中下游地区年降水是减少的,减少的主要原因是上述地区春夏季雨日减少以及小雨和中雨强度降水减少所致。CO2浓度加倍导致我国各地年极端降水阈值增大,从而导致我国年极端降水强度增强,以我国长江中下游地区最为显著。CO2浓度加倍对我国各季极端降水阈值的变化影响也主要表现出阈值增大的特征,但各季极端降水阈值增大最显著的区域不同。CO2浓度加倍导致我国东部大部分地区年极端降水相对变率增大,这些地区出现旱涝的可能性增大,极端降水事件增多。CO2浓度加倍对我国夏季、秋季和冬季的异常空间型影响较明显,对年极端降水和春季极端降水的异常空间型影响不明显,它对年和季节极端降水异常随时间的演变影响较大。