气候变暖下山东省月尺度极端降水的时空变化特征

doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2023.04.013

摘要/Abstract

摘要：

为揭示气候变暖背景下极端降水多尺度的变化规律,基于山东省国家气象站1961—2020年逐日降水量资料,利用百分位数相对阈值法分析月尺度极端降水事件的时空变化特征。结果表明:山东省极端降水事件主要出现在夏季7、8月,年频率均在40%以上;各地年频次大致自东南向西北递减。大部分地区极端降水年频次和极端降水量增加,除秋季外各季均增加,冬季增加明显。20世纪80年代中期之后,各地极端降水普遍增多增强,年际变化明显增大;夏季和冬季极端降水强度明显增强,其中,鲁中、鲁西南、半岛等地夏季每10 a增加10~20 mm,冬季各月增加20%~50%。可见,在气候变暖背景下,山东降水不稳定性普遍增加,更需加强暴雨洪涝、暴雪等灾害风险预警与防控服务。

关键词: 山东省, 极端降水, 月尺度, 时空分布, 变化特征

Abstract:

To reveal the multiscale variation law of extreme precipitation events under climate warming, based on the daily precipitation data of the National Meteorological Station from 1961 to 2020, the spatiotemporal variation characteristics of extreme precipitation events on the monthly scale in Shandong Province were analyzed using the percentile relative threshold method. The results show that the monthly-scale extreme precipitation events in Shandong Province mainly occurred in July and August with the annual frequency bigger than 40%. The annual frequency showed a decreasing trend as one moves from southeast to northwest regions. The annual frequency and precipitation of extreme precipitation events increased in most areas for all seasons except autumn and considerably increased in winter. After the mid-1980s, extreme precipitation events have generally increased and intensified, and their interannual changes have increased significantly. The intensity of extreme precipitation in summer and winter increased significantly by 10 mm to 20 mm during 10 years in summer in the central, southwestern, and peninsular areas of Shandong and 20% to 50% in winter months in Shandong province. The precipitation instability generally increases under climate warming in Shandong, and it is necessary to strengthen early warning and defense services for disaster risks such as rainstorm, flood, and blizzard.

Key words: Shandong Province, extreme precipitation, monthly scale, spatiotemporal distribution, changing characteristics

中图分类号:

邹瑾, 李君, 高理. 气候变暖下山东省月尺度极端降水的时空变化特征[J]. 山东科学, 2023, 36(4): 104-113.

ZOU Jin, LI Jun, GAO Li. Characteristics of spatiotemporal variation of monthly-scale extreme precipitation in Shandong Province under climate warming[J]. Shandong Science, 2023, 36(4): 104-113.

图/表 8

图1

表1

图2

图3

表2

图4

图5

图6

参考文献 32

[1]	KATZ R W, BROWNB G. Extreme events in a changing climate: Variability is more important than averages[J]. Climatic Change, 1992, 21(3): 289-302. DOI: 10.1007/BF00139728. doi: 10.1007/BF00139728
[2]	PFAHL S, O'GORMAN P A, FISCHER E M. Understanding the regional pattern of projected future changes in extreme precipitation[J]. Nature Climate Change, 2017, 7(6): 423-427. DOI: 10.1038/nclimate3287. doi: 10.1038/nclimate3287
[3]	陈姣, 张耀存. 气候变化背景下陆地极端降水和温度变化区域差异[J]. 高原气象, 2016, 35(4): 955-968. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2015.00075. doi: 10.7522/j.issn.1000-0534.2015.00075
[4]	翟盘茂, 王萃萃, 李威. 极端降水事件变化的观测研究[J]. 气候变化研究进展, 2007, 3(3): 144-148. DOI: 10.3969/j.issn.1673-1719.2007.03.004. doi: 10.3969/j.issn.1673-1719.2007.03.004
[5]	ALEXANDER L V, ZHANG X, PETERSON T C, et al. Global observed changes in daily climate extremes of temperature and precipitation[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2006, 111(D5): D05109. DOI:10.1029/2005JD006290. doi: 10.1029/2005JD006290
[6]	WANGAH, FUJJ. Changes in daily climate extremes of observed temperature and precipitation in China[J]. Atmospheric and Oceanic Science Letters, 2013, 6(5): 312-319. DOI: 10.3878/j.issn.1674-2834.12.0106. doi: 10.3878/j.issn.1674-2834.12.0106
[7]	吴佳, 周波涛, 徐影. 中国平均降水和极端降水对气候变暖的响应: CMIP5模式模拟评估和预估[J]. 地球物理学报, 2015, 58(9): 3048-3060. DOI: 10.6038/cjg20150903. doi: 10.6038/cjg20150903
[8]	顾西辉, 张强, 孔冬冬. 中国极端降水事件时空特征及其对夏季温度响应[J]. 地理学报, 2016, 71(5): 718-730. DOI: 10.11821/dlxb201605002. doi: 10.11821/dlxb201605002
[9]	孙建奇, 敖娟. 中国冬季降水和极端降水对变暖的响应[J]. 科学通报, 2013, 58(8): 674-679. DOI: 10.1360/csb2013-58-8-674. doi: 10.1360/csb2013-58-8-674
[10]	罗燕, 田永丽, 戴敏, 等. 云南近50年极端气温及降水事件变化特征与区域气候变暖的关系[J]. 云南大学学报(自然科学版), 2015, 37(6):870-877. DOI: 10.7540/j.ynu.20140395. doi: 10.7540/j.ynu.20140395
[11]	翟盘茂, 潘晓华. 中国北方近50年温度和降水极端事件变化[J]. 地理学报, 2003, 58(S1): 1-10. DOI: 10.3321/j.issn: 0375-5444.2003.z1.001. doi: 10.3321/j.issn: 0375-5444.2003.z1.001
[12]	陈海山, 范苏丹, 张新华. 中国近50 a极端降水事件变化特征的季节性差异[J]. 大气科学学报, 2009, 32(6): 744-751. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.2009.06.005. doi: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.2009.06.005
[13]	杨金虎, 江志红, 王鹏祥, 等. 中国年极端降水事件的时空分布特征[J]. 气候与环境研究, 2008, 13(1): 75-83.
[14]	王冀, 蒋大凯, 张英娟. 华北地区极端气候事件的时空变化规律分析[J]. 中国农业气象, 2012, 33(2): 166-173. DOI: 10.3969/j.issn.1000-6362.2012.02.002. doi: 10.3969/j.issn.1000-6362.2012.02.002
[15]	蔡敏, 丁裕国, 江志红. 我国东部极端降水时空分布及其概率特征[J]. 高原气象, 2007, 26(2): 309-318. DOI: 10.3321/j.issn:1000-0534.2007.02.013.
[16]	甘露, 刘睿, 冀琴, 等. 四川省极端降水事件时空演变特征[J]. 山地学报, 2021, 39(1): 10-24. DOI: 10.16089/j.cnki.1008-2786.000572. doi: 10.16089/j.cnki.1008-2786.000572
[17]	韦志刚, 李娴茹, 刘雨佳, 等. 1961—2018年华南年和各季极端降水变化特征的比较分析[J]. 高原气象, 2021, 40(6):1513-1530. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2021.zk001. doi: 10.7522/j.issn.1000-0534.2021.zk001
[18]	李绅东. 云南省昭通市多尺度极端降水时空特征分析[J]. 长江科学院院报, 2016, 33(11):127-132. DOI: 10.11988/ckyyb.20160686. doi: 10.11988/ckyyb.20160686
[19]	李春兰. 蒙古高原多时空尺度极端气候变化特征及其影响研究[D]. 上海: 华东师范大学, 2019.
[20]	汪成博, 李双双, 延军平, 等. 1970—2015年汉江流域多尺度极端降水时空变化特征[J]. 自然资源学报, 2019, 34(6):1209-1222. DOI: 10.31497/zrzyxb.20190607. doi: 10.31497/zrzyxb.20190607
[21]	吴伟杰, 郑伟鹏, 郑秀云, 等. 1980—2017年厦门地区小时尺度极端降水特征分析[J]. 气候与环境研究, 2019, 24(3):359-368. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2019.18139. doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2019.18139
[22]	杜予罡, 徐昕, 王元. 1990—2010年中国极端温度和降水事件的月变化特征[J]. 气象与减灾研究, 2016, 39(1):9-15. DOI: 10.12013/qxyjzyj2016-002. doi: 10.12013/qxyjzyj2016-002
[23]	卢珊, 胡泽勇, 王百朋, 等. 近56年中国极端降水事件的时空变化格局[J]. 高原气象, 2020, 39(4): 683-693. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00058. doi: 10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00058
[24]	姜德娟, 李志, 王昆. 1961—2008年山东省极端降水事件的变化趋势分析[J]. 地理科学, 2011, 31(9): 1118-1124. DOI: 10.13249/j.cnki.sgs.2011.09.016. doi: 10.13249/j.cnki.sgs.2011.09.016
[25]	张胜平, 张鑫, 王海军, 等. 气候变化对山东降水及极端天气气候事件的影响分析[J]. 水文, 2011, 31(4):62-65. DOI: 10.3969/j.issn.1000-0852.2011.04.013. doi: 10.3969/j.issn.1000-0852.2011.04.013
[26]	郭元喜, 王建力. 山东极端降水的气候变化[J]. 中国水运(学术版), 2008(1): 175-177.
[27]	苏敏, 岳大鹏, 赵景波, 等. 山东省近55年来极端降水的时空变化与灾害效应研究[J]. 江西农业学报, 2020, 32(7): 90-98. DOI: 10.19386/j.cnki.jxnyxb.2020.07.16. doi: 10.19386/j.cnki.jxnyxb.2020.07.16
[28]	董旭光, 顾伟宗, 孟祥新, 等. 山东省近50年来降水事件变化特征[J]. 地理学报, 2014, 69(5): 661-671. DOI: 10.11821/dlxb201405009. doi: 10.11821/dlxb201405009
[29]	李胜利, 巩在武, 石振彬. 近50年来山东省极端降水指数变化特征分析[J]. 水土保持研究, 2016, 23(4): 120-127. DOI: 10.13869/j.cnki.rswc.20160513.013. doi: 10.13869/j.cnki.rswc.20160513.013
[30]	范苏丹, 盛春岩. 1966—2010年山东夏季极端降水事件特征分析[J]. 气象与环境科学, 2018, 41(1): 86-93. DOI: 10.16765/j.cnki.1673-7148.2018.01.011. doi: 10.16765/j.cnki.1673-7148.2018.01.011
[31]	施能, 陈家其, 屠其璞. 中国近100年来4个年代际的气候变化特征[J]. 气象学报, 1995, 53(4): 431-439.
[32]	夏军, 欧春平, HUANG G H, 等. 基于GIS和差异信息测度的海河流域水文气象要素时空变异性分析[J]. 自然资源学报, 2007, 22(3):409-414. DOI: 10.3321/j.issn:1000-3037.2007.03.010. doi: 10.3321/j.issn:1000-3037.2007.03.010

项目	1月	2月	3月	4月	5月	6月	7月	8月	9月	10月	11月	12月	春季	夏季	秋季	冬季	全年
出现频次	1.81	2.28^*	3.03^*	0.47^*	1.19	0.73	0.72	1.95^*	0.95	1.12	3.63^*	0.58	0.97	0.82	1.73	1.67	1.37
极端降水量	1.26	2.24^*	3.84^*	0.46^*	1.06	0.61	0.61	2.24^*	1.19	1.57	2.91^*	0.75	0.87	0.87	1.37	1.65	1.11
极端降水量占比	0.88	2.28^*	1.30	0.97	1.02	1.60	1.26	2.59^*	1.20	1.13	1.78	1.63	0.97	1.74	1.69	1.19	2.29^*
极端降水强度	0.71	0.95	1.56	2.71^*	0.65	3.28^*	2.40^*	2.52^*	1.14	1.24	1.25	0.70	0.92	2.81^*	2.23^*	0.22^*	1.39