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近50 a华东地区夏季极端降水事件的年代际变化

2012-01-16李明刚管兆勇韩洁金大超

大气科学学报 2012年5期
关键词:华东地区量值日数

李明刚,管兆勇,韩洁,金大超

(南京信息工程大学1.气象灾害省部共建教育部重点实验室;2.大气科学学院,江苏南京210044)

0 引言

极端强降水事件突发性强、预测难,且常引发严重的自然灾害,造成重大财产损失和人员伤亡。极端强降水事件受到国内外气象工作者及政府部门的广泛关注。众多研究(Groisman et al.,1999;Alexander et al.,2006)表明,过去的半个世纪年平均降水在全球范围内很多国家和地区都呈增多的趋势。

Karl and Knight(1998)研究表明,美国极端降水量在年总降水量中所占的比例在增大,降水总量的增加主要归因于极端降水强度和频次的增加。加拿大、日本和中国的研究(Yamamoto and Sakurai,1999;Stone et al.,2000;翟盘茂等,2007)也得出了类似的结论,即降水增多的区域往往表现为总降水日数在减少而极端雨日增加,同时平均降水强度也在增强,从而导致降水变得更为极端化。

中国年总降水主要集中在夏季,且与极端降水量存在很好的相关性(梅伟和杨修群,2005;苏布达等,2006)。同时,我国极端降水的变化存在很明显的季节性地域差异(邹用昌等,2009)。Zhai et al.(2005)和杨金虎等(2008)认为,在过去几十年,我国极端降水事件在长江中下游地区、西北西部地区显著增多,而东北、华北则有减少趋势,即对于中国东部而言,存在一个明显的“南涝北旱”的趋势。

为解释中国东部地区“南涝北旱”趋势,许多学者从不同方面做了细致的研究(黄荣辉等,1999)。不少学者认为,该现象与东亚夏季风的年代际变化存在联系(施能等,1996;陈际龙和黄荣辉,2008)。西太平洋副高作为东亚季风系统的重要成员也受到许多学者的关注,如王黎娟等(2009)认为,夏半年西太平洋副高的型态和位置的短期变化及季节进退对我国南方夏季区域性大暴雨的发展有重要的影响。20世纪70年代中期,东亚季风经历了由强到弱的年代际变化。吕俊梅等(2004)认为,东亚夏季风减弱和副高位置偏南、强度偏强的这种大气环流的年代际变化背景是造成1970年代中期以后我国华北地区干旱少雨而长江中下游地区洪涝多雨的主要原因。

极端降水事件与青藏高原冬春积雪(Zhang et al.,2004)、太平洋海温(杨金虎等,2010)、低频振荡(Jones et al.,2004)和遥相关等相联系。Stone et al.(2000)分析了加拿大日降水强度与NAO和PNA遥相关型之间的联系;张琼和吴国雄(2001)对比分析了南亚高压和赤道太平洋海温两个因子对长江流域降水的影响,认为长江流域降水与南亚高压强度指数有显著的正相关关系,而与赤道太平洋SSTA的相关不显著;张永领和丁裕国(2004)认为,黑潮海域及加利福尼亚海流区春季海表温度与同年我国东部夏季极端降水呈现明显的负相关关系。

尽管已有不少工作探讨了中国东部降水的年际和年代际变化(金大超等,2010),亦有一些研究分析了全中国包括东部地区的极端降水事件发生规律(Zhai et al.,2005;王志福和钱永甫,2009),但针对华东地区极端降水事件的年代际变化的分析并不多。随着时间的推移和资料的积累,弄清华东地区极端降水事件发生的时空变化规律已有可能。本文拟探讨这种可能性。

1 资料和方法

1.1 资料、站点选取

本文使用的资料来自中国气象局整编的743站逐日降水资料集。研究区域为中国华东地区(114~123°E,23~38°N),包括山东、江苏、安徽、江西、浙江、福建、上海共六省一市。资料时段为1960—2009年,夏季定义为6—8月。根据夏季降水的年际变率性质,华东地区可分为黄淮、江淮、长江中下游、江南和闽赣5个子区域(金大超等,2010)。

在使用资料时,进行了资料质量控制,具体做法为:若资料中某年缺测日数达到实际观测日数的5%时,该年视为缺测年,剔除了在研究时段缺测年份大于1 a的站点。对于缺测年份在1 a以内的站点,将缺测值用临近2 a的同日均值代替,最终选取了华东区域90个站点(图2a)进行研究。上海地区两个测站(上海站和龙华站)因资料缺测年份过多而被剔除。需要说明的是,部分站点(8个)在研究时段内的位置变动大于20 km,但基于站点分布尽可能均匀密集和从本文研究工作的针对性考虑,我们将其保留,但在图2a中由空心点给出,以示区别。

1.2 极端降水事件的定义

王志福和钱永甫(2009)将极端降水分为持续1 d、2 d、3 d和4 d以上4类进行了中国极端降水频次和强度的时空特征分析,指出:持续2 d及以下的极端降水多发生在长江中下游和江南地区,而持续3 d及以上的极端降水事件在长江以南、东南沿海地区发生也较多;在我国对洪涝起主要贡献的是持续1 d的极端降水事件,而在东南沿海地区高持续性极端降水的贡献亦不可忽视。为弄清不同地区极端事件的异同特征,本文选取4个极端降水事件指标进行讨论,包括极端日降水事件、极端3 d降水事件、极端强降水过程事件和极端连续降水日数事件。考虑到华东区域内不同地区降水多寡存在一定的差异,因此采用了目前国内外学者广泛采用的排位法分别定义各站的极端降水事件阈值(Plummer et al.,1999;Manton et al.,2001;Zhai et al.,2005;任玉玉和任国玉,2010)。各极端降水事件定义如下:

1)极端日降水事件。对1960—2009年50 a夏季华东地区90站点各站夏季的雨日(降水量≥0.1 mm)的降水量从小到大进行排序,当某日降水量超过序列95%分位的值时,为一次极端日降水事件。

2)极端3 d降水事件。当连续3 d都是雨日时,我们称其为一次连续3 d降水事件,其降水量定义为3 d降水量之和。对1960—2009年50 a 90站点夏季的连续3 d降水量从小到大进行排序,当某连续3 d降水量超过序列95%分位的值时,为一次极端3 d降水事件。

3)极端强降水过程事件。对1960—2009年50 a 90站点夏季的连续降水过程的降水量从小到大进行排序,当某连续降水过程的降水量超过序列95%分位的值时,为一次极端强降水过程事件。对于某站点降水过程的定义,参考了邹用昌等(2009)的做法,即:对于各个站点,以雨日是否连续作为判断降水过程的方法,从雨日出现开始到雨日中断,如果大于等于2 d,就将其定义为一次降水过程。

4)极端连续降水日数事件。当持续雨日大于等于2 d时,我们称其为一次连续降水日数事件。对1960—2009年50 a 90站点夏季的连续降水日数从小到大进行排序,当某连续降水日数超过序列95%分位的值时,为一次极端连续降水日数事件。

1.3 滑动累计

为分析极端日降水事件发生频次的年代际变化特征,采用了滑动累计方法。对样本量为N的序列x,其滑动累计序列表示为N),滑动窗口长度取为n=11。本文资料序列为50 a,因此在计算时,j的取值范围为6~45。经过滑动累计得到的结果能够滤去序列中的年际尺度扰动,而突出年代际变化特征。

2 极端降水事件的年代际变化

2.1 极端日降水事件发生频次滑动累计

为了弄清华东地区极端降水事件发生频次是否具有年代际变化特征,选取116°E、118°E和120°E这3条经线绘制11 a滑动累计极端降水事件频次的纬度—时间剖面。具体做法为:选取华东区域内自低纬到高纬,经度限定在115.5~116.5°E间的所有12个站点、117.5~118.5°E间的所有12个站点和119.5~120.5°E间的所有12个站点,对其极端日降水事件发生频次分别作11 a滑动累计分析。图1a显示了116°E附近由南向北的极端日降水事件发生频次的年代际变化,可以看出10号站(安徽毫州)以北的站点极端事件频次总体上变化不大,12号站处(山东朝阳)呈略微下降趋势,10号和11号站(安徽毫州和砀山)所在位置则呈略微先下降后回增的趋势,而在毫州以南的站点自1980年代后期极端事件明显增多,4—7号站点(均在江西省境内)在1980年代中期极端事件都发生较少而1990年代末期相对较多,1—3号站(江西寻鸟,福建上杭、长汀)有较为明显的极端事件的年代际振荡。在118°E附近(图1b),7号站(安徽屯溪)以南站点都呈现出了极端事件的先减少后增加的年代际变化特征,主要表现为从1960年代到1980年代的持续减少,之后从1980年代中期前后起又开始明显增多,总体来看,该经度上几乎所有站点在1990年代中后期极端事件都呈异常多的特征。在120°E附近(图1c),在9号站(江苏射阳)以南站点,自1980年代中期后,极端事件有增多趋势,在1990年代末最多,而在1980年代之前变化不明显。射阳站以北的站点(均分布山东境内)在整个研究时段内,极端事件呈先减少后增加的年代际变化特征。

由3个经度剖面分析得知,极端降水事件的发生频数存在年代际变化。为进一步弄清极端降水事件发生的年代际变化特征,将1960—2009年50 a中的每10 a的累计作为一个位相,提取1960年代、1970年代、1980年代、1990年代和2000年代5个位相考察各类极端事件发生频次和年代平均降水量值的空间分布及时间变化。

2.2 极端日降水事件的频次及量值

图1 116°E(a)、118°E(b)、120°E(c)附近自南向北11 a滑动累计的极端日降水事件发生频次的经向时间剖面Fig.1 The time sections of 11-yr running accumulated occurrence frequency of the extreme events of daily precipitation along(a)116°E,(b)118°E,and(c)120°E(from south to north)

基于极端日降水事件的定义,得到华东90站各站的极端日降水事件记录。区域内大部分站点50 a来发生次数为80~120次,长江以北站点发生次数要明显少于长江以南站点,浙江、福建两省站点的发生次数较高,大多超过95次,而江西境内站点多为95次左右。进一步将华东各站点极端日降水记录按年代划分,考察1960、1970、1980、1990和2000年代5个年代极端日降水事件的发生频次的年代际变化特征,再分别将5个年代的各站极端降水总量除以该站极端日降水发生总频数,得到各站5个年代的极端日降水事件的降水强度(极端日降水事件强度和发生频次的空间分布见图2b—f)。

降水频次存在显著的年代际变化。1990年代发生频数最高,各站平均达到23.8次(表1),其次是2000年代,平均为20.9次,最少的是1980年代,平均为16.9次。1960年代(图2b)极端日降水事件多发区在淮河以北、福建和江西南部地区,多数站点都在18次以上,其他地区基本为12~18次。1970年代(图2c),分布较均匀,大部分站点为12~24次,全区域站点平均为17.4次(表1)。1980年代(图2d),极端日降水事件多发在江淮流域,而福建、江西和山东地区发生次数较少。1990年代(图2e),区域内绝大部分站点都超过了18次,长江以南站点发生次数明显高于长江以北站点,江西、浙江北部地区多数站点发生次数超过30次,而福建地区站点也大多超过了24次。2000年代(图2f),安徽地区站点有增多趋势,较之1990年代,长江附近和浙江北部沿海地区站点发生次数很明显减少,而福建地区站点变化不大。这体现了近年来对极端事件研究中所发现的极端事件的群发性特征,极端日降水事件频发区域的年代际变化与杨萍等(2010)研究指出的强降水事件群发高值区的年代际变化特征较一致。

表1 华东地区各类极端降水事件的区域平均发生频次Table 1 Regional averaged occurrence frequency of extreme events of precipitation in East China in each decade

图2 华东区域站点分布(a)及1960年代(b)、1970年代(c)、1980年代(d)、1990年代(e)和2000年代(f)华东地区极端日降水事件的频次(次/(10 a))及量值(等值线表示频次平均的极端降水强度,阴影区为量值高于90 mm的区域,单位:mm)的分布Fig.2 (a)Locations of 90 stations in East China,and spatial distributions of occurrence frequency((10 a)-1)and mean intensity(Contours show the 10-yr mean intensity of extreme daily precipitation with the units of mm,and the shadings denote the magnitude higher than 90 mm)of the extreme events of 1-d precipitation during(b)1960s,(c)1970s,(d)1980s,(e)1990s,and(f)2000s

特别有趣的是,各年代极端日降水事件多发区域的位置存在显著差别。1960年代(图2b),华东地区存在两个极端日降水事件频发带,一个主要位于山东地区,称为“黄河下游事件带”,一个包括江西东南部、浙江南部及福建地区,称为“江南事件带”。这两个事件带内的区域极端日降水事件发生频次明显高于其他区域。1970年代(图2c),两个事件带内极端日降水事件发生频次都有所减少,位置变动不大。但在长江南北岸附近地区有几个站点发生频次增多,结合之后3个年代的变化特征,将其称为“江淮事件带”。1980年代(图2d),黄河下游事件带内极端日降水事件比上两个年代偏少,似乎该频发带在1980年代“消失”了。1970年代出现的江淮事件带内站点极端降水事件在1980年代有明显增加,而1960、1970年代内变化不大的江南事件带,不论是极端事件频发的位置还是频数,在1980年代都有明显变化,即位置上缩小至仅包括江西南部和福建西南部地区,且带内站点发生频次也没有上两个年代所呈现的明显高于带外站点的特征。1990年代(图2e),黄河下游事件带内极端事件发生频次又呈回增趋势;江淮事件带和江南事件带之间没有了明显的界限,出现“合二为一”的现象,且带内站点发生频次比之前的年代有显著增加,与事件带外低频次站点的区分也很明显。2000年代(图2f),黄河下游事件带内极端日降水事件发生频次变化不大;江淮、江南事件带又一分为二,江淮事件带北跳,江南事件带南移,二者之间的地区内极端日降水事件发生频次较少。总体而言,黄河下游事件带内的极端日降水事件频次呈先减少后略增加的年代际变化特征,而在后3个年代,江淮和江南事件带呈现了较为明显的分—合—分的年代际变化特征。

与频次变化相比,极端日降水事件的强度分布特征非常不一样。5个年代中,极端日降水事件强度分布型变化很小(图2),大值区位于江西大部分地区及与安徽、浙江交界地区以及江淮地区,这与王冀等(2008)的结论相同;小值区位于山东和浙江东北部、江苏东南部等地区。这种分布与华东地区夏季总降水量的分布(金大超等,2010)相似,表明华东地区极端日降水雨量对总雨量贡献较大。量值的年代际变化(表2)显示,1990年代平均强度最大,而1980年代最小。虽然各年代间的量值差别不大,但仍可发现其与平均频次的年代际变化大体一致,即频次多时,频次平均的降水量亦大。总体而言,不论是频次还是量值,都呈现前3个年代持续减少、1990年代突然增加、2000年代略减的特征。是何原因造成这种极端事件降水强度变化的,仍需进一步研究。

表2 华东地区各类极端降水事件的区域平均量值Table 2 Regional averaged precipitation intensity of extreme events of precipitation in East China in each decade mm

2.3 极端3 d降水事件的频次及量值

翟盘茂等(1999)指出,3 d最大降水量在西北覆盖范围有增加趋势、而在华北有减少的趋势,同极端日降水在这两个区域的变化趋势相同。Qian and Lin(2005)指出,3 d最大降水量在长江以南地区有所增加。另外,鲍名(2007)、王志福和钱永甫(2009)在研究中也涉及到了极端3 d降水。但总的来说,目前有关连续3 d降水极端事件的研究还不多见。然而,极端3 d降水事件反映了以大尺度天气过程为背景的较强的过程性极端降水事件,在部分区域对洪涝的贡献不容忽视,其灾害学意义较大。如前所述,这里分别对1960—2009年华东地区各站点的连续3 d降水量从小到大进行排序,取各站的连续3 d降水中大于95%分位的记录,得到各站的极端3 d降水事件。

由图3f可见:华东地区极端3 d降水发生次数的地区差异较大,但主要集中在20~70次,少于20次的站点有4个,全部位于山东省内,最少的是山东长岛站,50 a来仅发生了14次;大于70次的站点有2个,为福建屏南和九仙山站,其中九仙山站达107次,为华东地区所有站点中极端3 d降水事件发生次数最多的站点。总的来说,长江以北站点发生次数明显少于长江以南站点,这与王志福和钱永甫(2009)的结论一致。长江以北站点除了山东泰山站达44次和安徽霍山站达40次外,其余站点均少于35次。此外发现,海拔较高的站点极端3 d降水事件明显偏多,绝大多数海拔高于60 m的站点在50 a中极端3 d降水事件发生频次超过了40次。总频次中存在的这种差异可能与地形影响有关,也可能与西太平洋副热带高压活动等大尺度环流背景有关。

极端3 d降水事件发生频次的年代分布与极端日降水事件情况类似。1990年代发生次数最高,90站平均为10.3次/站,2000年代次之,为8.1次/站,最少的是1980年代,仅为5.5次/站(表1)。总体而言,极端3 d降水事件发生次数在山东和江苏地区变化不明显,在安徽地区略有增加。在江西和安徽两省交界的区域,5个年代呈现出了少—多—少—多—少的年代际变化特征。福建地区极端3 d降水事件发生频次在1970(图3b)和1980(图3c)年代明显少于其他3个年代;长江流域附近站点及浙江地区站点发生频次在1990年代(图3d)明显高于其他4个年代。

特别注意到,极端3 d降水频次较多的站点具有相邻且群发特征,而极端3 d降水事件频发区域存在显著的年代际南北向变动。1960年代在福建和江西东南部地区为多发区(图3a),1970年代在江西北部地区为多发区(图3b),1980年代全区域总体减少(图3c),1990年代在沿江及长江以南,尤其是江南地区几乎所有站点极端3 d降水事件发生频次均显著增加(图3d),而在之后的10 a,在江南地区的绝大多数站点又同步地显著减少(图3e)。

图3 1960年代(a)、1970年代(b)、1980年代(c)、1990年代(d)和2000年代(e)华东地区极端3 d降水事件的频次(次/(10 a))和量值分布,以及1960—2009年50 a发生总频次(次/(50 a))和50 a平均量值分布(f)(等值线表示频次平均的极端降水强度,阴影区为量值大于180 mm的区域,单位:mm)Fig.3 Spatial distributions of occurrence frequency((10 a)-1)and mean intensity of the extreme events of 3-d precipitation in East China during(a)1960s,(b)1970s,(c)1980s,(d)1990s,(e)2000s,and(f)spatial distribution of occurrence frequency((50 a)-1)and mean intensity of the extreme events of 3-d precipitation in East China during 1960—2009(Contours show the mean intensity of extreme 3-d precipitation with the units of mm,and the shadings denote the magnitude greater than 180 mm)

频次平均的极端3 d降水事件强度分布表明,尽管各年代的分布与50 a的平均状况(图3f)大致相同,但降水量值却存在显著的年代际变化,1970年代(图3b)和1980年代(图3c)明显少于其他3个年代。与极端日降水事件一样,极端3 d降水事件的发生频次和年代平均量值也体现出了同步的年代际变化特征,即前3个年代逐步减少、1990年代异常增多(图3d)、2000年代又略减(图3e)。

2.4 极端强降水过程事件的频次及量值

对1960—2009年华东各站降水过程的降水量从小到大进行排序,将大于95%分位值的记录定义为各站的过去50 a的极端强降水过程事件。结果表明:50 a间各站平均总次数为23.3次,其中最大次数的站点是山东泰山站,达27次;福建平潭和崇武两站均为17次。与极端3 d降水事件频次分布很不均匀的特点相比,华东地区各站极端强降水过程次数相对较均匀,绝大多数站点都在23次左右。

与极端日降水事件和极端3d降水事件年代分布情况类似的是,1980年代区域站点平均发生次数最少,仅为3.7次,而1990年代最大,为5.7次(表1)。1960年代(图4a),极端强降水过程事件多发于江西南部和福建地区且多在5次以上,安徽北部和山东地区多数站点也大都为5~8次,其他区域都少于5次,浙江地区大部分站点少于3次,全华东区域站点平均为5.2次(表1)。1970年代(图4b),全区域分布较均匀,平均为4.3次(表1),其中,江西南部和福建地区明显减少,山东地区变化不大,而江西北部地区有所增加。1980年代(图4c),除长江流域、浙江沿海地区外,华东地区大部分站点都少于3次。山东和福建地区从1960年到1990年持续减少,此情况与极端3 d降水事件变化类似。与之前相比,1990年代(图4d),江淮和江南地区呈增多趋势,山东地区呈回增趋势。2000年代(图4e),除安徽北部和江西偏南地区略有增加、山东地区无明显变化外,其他地区较之前的10 a均有所减少。

总体而言,在江西北部地区,有着与极端3 d降水事件存在的类似的少—多—少—多—少的年代际变化特征。在最近的3个年代,极端强降水过程事件的年代际分布也出现了长江南北两条极端事件频发带的振荡,即呈分—合—分的特征。

区域平均量值与频次的年代际变化一致,5个年代中量值的分布型较稳定。不论哪个年代,在福建、安徽和江西3省交界地区都有较大的极端降水中心,但1970和1980年代的量值小于其他3个年代,这与极端日降水事件和3 d降水事件的情况较一致。同时可见,1960和1990年代闽赣地区,不但极端事件多发,而且强度也较大。各站极端强降水过程的持续雨日分布(图4f)表明,全区域多为8~9 d,福建地区大部分站点超过10 d;结合平均强度的分析可以看出,福建地区存在较多强度大、持续久的降水过程。

王志福和钱永甫(2009)指出,在中国东部地区,持续时间越长的极端降水,其强度往往越强。由图4a—e及图4f可得大体一致的结论。

2.5 极端连续降水日数事件

按照极端连续降水日数事件的定义,对1960—2009年华东各站点的连续降水日数从小到大进行排序,取各站大于95%分位值的记录作为该站过去50 a中极端连续降水日数事件。全区域站点平均发生次数最多的是1960年代(表1),达到6次,最少的是在2000年代,为3.2次。1960年代(图5a),极端连续降水日数事件多发在山东、福建、江西东南部和浙江南部地区;与1960年代相比,江西中北部和浙江北部地区在1970年代极端连续降水日数事件都有增多,而福建地区略有减少,山东地区变化不大。1980年代(图5c),长江流域地区站点极端连续降水日数事件大都为5~8次,而其他区域大都少于3次,较之前的10 a有明显减少。1990年代(图5d),江西、浙江又有所增加,其他区域变化很小。2000年代(图5e),安徽北部有明显增多,江南地区明显减少,其他区域没有大的变化。

极端连续降水日数事件的年代分布也显示出了极端事件频发带的南北摆动特征。1960年代(图5a),南、北事件带的位置分别位于福建、江西南部区域和山东地区。1970年代(图5b),北部事件带位置大致不变,而南部事件带则向北移动,事件带内站点发生极端降水事件的频次略微减少,范围有所增大。1980年代(图5c),山东区域内站点频次明显减少,全区域只有位于长江中下游地区的事件频发带。1990年代(图5d)事件带南移,位于江南地区,2000年代(图5e)北跳至江淮地区。

降水量值显示,1990年代极端连续降水日数事件的平均量值明显高过其他年代(表2),达188.88 mm。2000年代前,大值区基本位于福建西北部与江西东北部两省交界的区域,而2000年代,福建省存在较大量值的中心。总的看来,1970、1980和2000年代频次平均值较小,约为160 mm,其他2个年代较大,均大于180 mm(表2)。

图6为5个年代各站点极端连续降水日数事件的平均降水日数的空间分布。总体而言,福建地区极端连续降水日数事件的持续时间较长,江淮地区较短。1960年代(图6a)极端连续降水日数事件持续天数较长。1970年代(图6b)与1990年代(图6d)分布类似。1960年代(图6a),福建地区大部分站点连续降水日数超过13 d,甚至超过15 d,明显多于华东其他区域。

5个年代平均的极端连续降水日数事件的降水强度(169.26 mm)低于极端强降水过程事件(246.86 mm;表2),极端强降水过程事件持续降水日数多在9 d以下,而极端连续降水日数事件基本在9 d以上。这一结果符合极端降水过程事件和极端连续降水日数事件的定义,即极端降水过程事件的降水强度较大,持续时间相对较短,而极端连续降水日数事件降水强度相对较小,持续时间相对较长。

图4 1960年代(a)、1970年代(b)、1980年代(c)、1990年代(d)和2000年代(e)华东地区极端强降水过程事件的频次(次/(10 a))及量值分布(等值线表示频次平均的极端降水强度,阴影区为量值高于300 mm的区域;单位:mm)以及华东区域各站极端强降水过程事件平均连续降水日数分布(f;单位:d)Fig.4 Spatial distributions of occurrence frequency((10 a)-1)and mean intensity of the extreme events of precipitation process in East China during(a)1960s,(b)1970s,(c)1980s,(d)1990s,and(e)2000s(Contours show the 10-yr mean intensity of extreme events of precipitation process with the units of mm,and the shadings denote the magnitude bigger than 300 mm),and(f)spatial distribution of mean rainy days(units:d)of extreme events of precipitation process in East China

纵观前述各类极端事件发生频次的年代际变化发现,极端日降水事件、极端3 d降水事件和极端强降水过程事件的变化较为同步。1960、1970、1980年代极端降水事件的发生频次逐渐减少,而1990年代突然增多,2000年代又有所减少。1960—2009年50 a间,前20 a极端事件明显少于后20 a,其中极端日降水事件和极端3 d降水事件在最近2个年代的值大于前3个年代的值(表1)。极端连续降水日数事件的年代际分布与其他极端降水事件变化相比,则略有不同,该事件在1960年代最多发,而在2000年代最少发。由表1和表2不难看出,1990年代是极端事件多发且强度较强的年代,极端事件的发生频次和降水强度在1990年之前的30 a均有递减趋势。

图5 1960年代(a)、1970年代(b)、1980年代(c)、1990年代(d)和2000年代(e)华东地区极端连续降水日数事件的年代频次(次/(10 a))及量值分布(等值线表示频次平均的极端降水强度,阴影区为量值大于200 mm的区域;单位:mm)Fig.5 Spatial distributions of occurrence frequency((10 a)-1)and mean intensity of the extreme events of continuous rainy days in East China in(a)1960s,(b)1970s,(c)1980s,(d)1990s,and(e)2000s(Contours show the 10-yr mean intensity of precipitation for the extreme events with the units of mm,and the shadings denote the value greater than 200 mm)

3 结论与讨论

1)近20 a来华东地区极端降水事件变化明显,不论是平均降水强度还是发生次数都要明显高于前30 a。1990年代是极端事件多发且强度最强的年代。华东地区极端日降水事件、极端3 d降水事件和极端降水过程事件发生频次的年代际变化较为同步,即1960年代、1970年代和1980年代逐渐减少,1980年代发生次数最少,1990年代最多。极端连续降水日数事件在前2个年代年平均发生次数高于后3个年代,2000年代最少,50 a来总体呈减少趋势。在前3个年代,4类极端事件的降水强度与频次的变化很同步,也有1960年代、1970年代和1980年代逐渐减少,1990年代突然增多的特征。

图6 1960年代(a)、1970年代(b)、1980年代(c)、1990年代(d)和2000年代(e)华东地区极端连续降水日数事件的事件平均连续降水日数分布(单位:d)Fig.6 Distributions of mean rainy days of the extreme events of continuous rainy days in East China in(a)1960s,(b)1970s,(c)1980s,(d)1990s,and(e)2000s(units:d)

2)华东区域极端强降水过程事件连续降水日多在9 d以下,而极端连续降水日数事件基本在9 d以上。福建地区存在更多的强度大、持续久的降水过程。华东地区最大极端降水量出现在江西北部与安徽南部的交界区域。

3)极端降水事件频发带存在南北摆动,这在极端日降水事件和极端强降水过程事件上表现得更明显。极端事件频发带分别位于江南、江北,在后3个年代,这两个频发带出现分—合—分的年代际变化。

需要说明的是,本文在使用原始资料时,只做了缺测和迁站处理,而任国玉等(2010)研究指出,在我国台站观测中,诸如观测手段不足与变化、观测环境变化、城市化等因素,可能已导致对降水量的记录产生误差或导致资料产生非均一性,这在分析极端降水变化时可能会产生影响,如果对原始资料进行客观订正,可能会得到更加客观的结果。本文对极端日降水事件、3 d极端降水事件、极端强降水过程事件和极端连续降水日数事件的年代际变化特征进行了分析,对其过去50 a的变化总体趋势、区域特征和变化规律有了一定的认识。然而,对于这些极端事件发生的年代际变化表象后面的驱动因子还不甚了解。如何进一步解释极端事件发生的原因,则需分析有利于极端事件发生的大气环流背景、气候因子等,这些工作有待未来进行。

致谢:中国气象局信息中心以及地球科学部南京信息工程大学资料服务中心提供逐日降水资料,本文插图采用了GrADS(Grid Analysis and Display System)软件绘制。谨致谢忱!

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