1980～2019年夏季青藏高原中东部极端日降水分布特征

落桑曲加 , 白 玛 , 胡 萍 , 顿玉多吉

（1.西藏自治区山南市气象局，山南 856000；2.西藏自治区气象信息网络中心，拉萨 850000；3.贵州省铜仁市气象局，铜仁 554300；4.西藏自治区气候中心，拉萨 850000）

引言

随着全球变暖逐渐成为气象学界的基本共识，在此背景下极端气候事件的发展趋势愈发受到学者们的重视。IPCC第五次评估报告指出，全球极端降水异常增多，尤其是中纬度高原地区降水强度和频率在发生着明显变化[1-2]。

青藏高原作为“世界第三极”，高原本身的气候变化敏感性强、变化幅度大，加上其对下游东亚地区大气环流和气候格局分布有重要影响[3-7]，当地的气候变化在近年来引起了各国研究机构和学者广泛关注。如近30 a青藏高原增温幅度远高于全国，尽管降水同样存在显著的增长趋势，但此种趋势在青藏高原呈东西反位相的分布，大部地区有由干转湿的发展趋势，但其中夏季降水变化幅度稍小[8-11]。

除此之外，已有不少学者分析了青藏高原地区极端降水规律。You等[12]和韩熠哲等[13]研究发现，青藏高原中东部地区总降水量和强降水量均呈显著的增加趋势，但降水日数呈减少趋势。赵雪燕等[14]研究发现，高原东部强降水主要出现在7月，强降水和降水的频次均自东南向西北递减，并且强降水的相对强度与降水量之间存在明显的反相关。虽然上述研究说明青藏高原的极端降水和总降水呈不断增多的显著特征，但由于高原地区气象观测站点分布密度的差异以及错综复杂的地理环境，使得学者们对高原范围内不同区域降水的长期变化趋势仍存在不同见解[15-17]。

由于青藏高原地形地貌错综复杂，高原上各地对于不同强度极端降水量的承载量并不相同，而前人对于青藏高原极端降水的研究大多采用固有降水阈值，且绝大部分研究时段集中在2010s初期以前，对于近年来青藏高原上不同强度极端降水的最新变化特征研究较少。因此，本文利用百分位法选取不同的降水阈值，对青藏高原地区不同强度的极端降水进行分类，深入分析1980～2019年青藏高原夏季极端降水的时空分布特征，以期为丰富青藏高原极端降水的预报预测理论和科学制定防灾减灾决策提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 资料

由于青藏高原西部观测站点较少且资料时间较短，本文的研究范围选取在青藏高原中东部（87°～101°E，28°～35°N），包括西藏中东部、青海中南部和川西高原（图1a）。区域内大部分地区海拔高度均在3500 m以上，地势西高东低。研究时段为1980～2019年夏季。

观测资料来自中国气象局提供的2400站逐日观测资料集，青藏高原中东部共有118个站点，剔除没有降水观测、在研究时段内存在两年以上夏季缺测以及海拔高度低于2000 m的站点后，共保留58个站点，其位置分布如图1b所示。区域平均与各个站点之间夏季降水的相关分析（图1b）显示，研究范围内大部分站点均为显著的正相关，其中在30°～32°N纬度带的相关系数甚至超过了0.8，表明青藏高原中东部地区夏季降水存在显著的一致性。因此，可将上述研究区域当作一个整体进行分析。

图1 东亚地区地形（a.红框表示青藏高原中东部，填色表示海拔高度，单位：m）及青藏高原中东部区域平均的夏季降水与各站降水的相关分布（b.黑点大小表示通过不同水平的显著性检验）

对于缺测资料的处理，文中采用当日的多年平均气候态日降水值替代部分站点缺测的逐日降水资料。除特别说明外，气候态指1980～2019年夏季（6～8月）的多年平均值。

1.2 极端日降水定义

本文采用翟盘茂等[18]提出的百分位法用于确定极端日降水事件阈值。首先对研究时段中各个站点的日降水量（≥0.1 mm）进行排序，将99%分位上的降水值作为该站点99%分位极端日降水的降水阈值；采用同样方法，可分别获取95%、90%、75%三个百分位上的降水阈值。运用此方法可有效避免以往在针对极端降水阈值的选取上“一刀切”的做法，同时让不同区域的阈值之间有了参照性。

2 夏季降水时空分布特征

由图2可见，青藏高原中东部夏季降水普遍介于250～400 mm，总体呈东多西少、中间多南北少的分布特征；由于青藏高原中东部地形复杂且站点分布密度较低，降水空间分布具有较明显的不均匀性；在西藏中部及川西高原附近存在两个降水大值中心，中心值分别超过380 mm和450 mm；在藏东和青海中南部存在多个降水低值区，中心值普遍低于250 mm。降水量标准差分布与降水值分布形势基本一致，降水较大地区的年际变率较大，降水低值区的年际变率相对较小。总体来说，青藏高原中东部夏季降水年际变率分布较降水量更为均匀，大部地区介于60～90 mm，高低值中心之间的差异并不明显。

从时间变化（图2b）看，青藏高原中东部夏季降水具有十分明显的年际和年代际变化特征。除21世纪初期前后，其时间序列在相隔的两年中几乎均存在正负位相之间的转换，表明在年际时间尺度上青藏高原中东部夏季旱涝转换较为频繁。在年代际变化中，1980s～1990s后期为青藏高原中东部夏季降水偏少时期，而1990s末～2000s中后期为降水偏多时段，尤其是1998年的偏多幅度明显大于其余年份，2010s初期以来仍处于降水偏多时期，这与已有的研究结论[19]一致。

图2 青藏高原中东部夏季降水气候态（a.填色表示夏季降水，等值线表示标准差，即年际变率，单位：mm）及其时间序列（b.实线表示标准化距平，虚线表示9 a滑动平均）

3 不同分位极端日降水气候特征

按照极端日降水的定义，图3给出了青藏高原中东部夏季不同分位极端日降水阈值的空间分布。可以看出，99%分位极端日降水阈值除青海中南部外，其余普遍在24 mm/d以上，尤其是川西高原和藏中地区超过了32 mm/d。对于95%分位来说，其分布形势与99%分位相似，但其阈值大幅下降至16～20 mm/d，尤其是降水高值中心的川西高原，两个分位之间的阈值差异超过12 mm/d。相比之下，90%分位阈值的下降幅度则明显减小，大部分地区仍维持在12～16 mm/d。对于75%分位来说，其降水阈值则进一步大幅下降至7～9 mm/d，且不同区域之间的阈值差异在4个百分位的极端日降水中最小。

图3 青藏高原中东部夏季不同分位极端日降水阈值空间分布（a.99%分位，b.95%分位，c.90%分位，d.75%分位）

由上述分析可知，与标准降水量级的定义明显不同，青藏高原中东部地区夏季99%分位极端日降水阈值也仅仅是处于大雨量级（≥25.0 mm）范围之内，尤其是75%分位降水阈值在大部分地区仅为小雨（≤10.0 mm）量级，但对于地形错综复杂的高原而言，上述量级的降水带来的影响远远超过盆地和丘陵地区。

图4给出了不同分位极端日降水年均频次及其变化趋势的空间分布。如图4a所示，青藏高原中东部夏季99%分位极端日降水在大部分地区的年均频次低于0.5次，即是大多2 a左右才发生一次99%分位极端日降水；频次大值区位于藏中地区，年均频次超过0.68次；其长期变化趋势显示，绝大部分地区夏季99%分位极端日降水为增多趋势，尤其是藏中和川西高原，年均频次的气候倾向率甚至超过了1.5次/10 a。如图4b、c所示，与降水阈值的分布特征相类似，95%和90%分位极端日降水的年均频次均上升至2次以上，两个分位之间的差距同样较小，且大值中心同样位于藏中地区，分别超过了2.7次和3.5次；但二者的长期趋势分布却与99%分位近乎相反，藏中东地区的年均频次呈显著的减少趋势，其中95%分位的年均频次气候倾向率为-4次/10 a。如图4d所示，75%分位极端日降水的年均频次超过了6～8次，藏中地区甚至超过10次；从长期趋势来看，近40 a来同样以减少的趋势为主，但趋势变化的低值中心位于青海和西藏交界的附近地区；值得注意是，在降水量和降水阈值普遍较低的藏西地区，其变化趋势却呈显著的增多趋势，中心值甚至超过了6次/10 a，表明藏西地区75%分位极端日降水的发生频次在不断增多。

图4 同图3，但为年均频次（阴影，单位：次）及其长期变化趋势（等值线，单位：次/10 a，网格区表示通过95%信度的显著性检验）

图5给出了不同分位极端日降水的年均累计降水量空间分布。如图5a所示，青藏高原中东部夏季99%分位所产生的降水量约为20 mm，其中藏西和青海中南部地区的低值中心降水量在15 mm以下，超过27 mm的高值中心位于藏中地区，川西地区还存在25 mm左右的次高值中心；而从该分位极端日降水带来的降水量在夏季降水中的占比来看，尽管各个区域的降水量有所差异，但其占比均为6%，仅藏中附近能达到8%。对于95%分位极端日降水（图5b）来说，大部地区的累计降水量可达36 mm，藏中和川西高原地区可超过72 mm，在夏季降水中占比可达到15%～18%。如图5c所示，90%分位极端日降水所产生的降水量介于30～60 mm，其在夏季降水中占比为14%～15%，均低于95%分位，表明95%分位比99%和90%分位具有更为突出的贡献。但结合前文的长期趋势分析可知，尽管目前99%分位的贡献不如95%分位，但近40 a来99%分位所产生的贡献在不断增加，而95%和90%分位在不断降低。如图5d所示，75%分位极端日降水所产生的降水量大幅增加至100 mm以上，其在夏季降水中的占比也骤升至30%左右。由此可见，尽管这4个分位的降水频次只占夏季总频次的25%左右，但其在夏季总降水量中的贡献可达到70%。

图5 同图3，但为年均累计降水量（阴影，单位：mm）及其在夏季中的占比（等值线，单位：%）

4 日降水量分布及其对夏季降水的贡献

为进一步分析青藏高原中东部日降水值的分布及其对夏季降水的贡献，图6给出了青藏高原中东部区域平均的日降水量及其所带来的总降水量。据统计，近40 a来青藏高原中东部共出现3675个降水日（区域平均日降水量≥0.1 mm），有94个日降水值介于0.1～10.5 mm，共带来11578.8 mm的夏季降水。由图6可见，无论是不同日降水值所出现的频次还是其所带来的总降水量，均呈明显的单峰型分布。对于单值来说，3.1 mm的日降水量共出现了106次，其带来的总降水量达328 mm，二者均为各自的极大值。从滑动平均来看，日降水量的频次波峰介于2～3 mm，而总降水量的波峰位置更加偏向于3～4 mm。此外，当日降水量低于3.5 mm时，总降水量随着各个日降水值的增大而增加，之后开始缓慢减少，而在超过8 mm后趋于平缓。除3.1 mm外，4.0 mm日降水量同样给青藏高原中东部带来了超过300 mm的累计降水，而2.4～5.1 mm这一范围内的日降水带来的降水总量达到6834.1 mm，占夏季总降水量的59%，在青藏高原中东部夏季降水中具有关键作用。

图6 1980～2019年青藏高原中东部夏季日降水值分布及其带来的总降水量变化曲线（细线表示单个降水量形成的总量，粗线表示11点滑动平均，空心柱表示每个日降水量值所出现的频次）

5 结论

本文采用百分位法对近40 a青藏高原中东部地区夏季极端日降水进行分类，分析了不同分位极端日降水的气候分布特征，得到以下主要结论：

（1）青藏高原中东部夏季降水及其年际变率呈东多西少、中间多南北少的反位相分布特征，西藏中部及川西高原为两个降水大值中心，存在明显的年际和年代际变化。

（2）青藏高原中东部不同分位极端日降水阈值空间分布与夏季降水分布相似。99%分位极端日降水阈值普遍在24 mm/d以上，而95%和90%两个分位的阈值差异较小，大部地区维持在12～20 mm/d，75%分位极端日降水阈值大幅下降至7～9 mm/d。青藏高原中东部99%分位极端日降水的出现频次呈显著的上升趋势，其余几个分位以下降趋势为主。

（3）相较于99%和90%分位，95%分位极端日降水在青藏高原中东部夏季降水中具有更为突出的贡献。近40 a来99%分位极端日降水的贡献在不断增加，而95%和90%分位的贡献在不断降低。此外，4个分位的极端日降水在夏季降水量中的贡献可达到70%。

（4）近40 a来，青藏高原中东部共出现3675个降水日，有94个日降水量值介于0.1～10.5 mm，日降水量的频次波峰介于2.0～3.0 mm，总降水量的波峰位置更加偏向于3.0～4.0 mm。3.1 mm和4.0 mm日降水量均为青藏高原中东部带来了超过300 mm的夏季降水，而2.4～5.1 mm日降水量所带来的降水占到了夏季总降水量的59%，在青藏高原中东部夏季降水中具有重要贡献。