全球极端降水事件的时空变化特征

全球极端降水事件的时空变化特征

近年来，极端天气事件引发的自然灾害日益严重，引起了全球各个国家政府和社会的高度关注。本文利用全球4270个测站1971—2010年逐日降水资料，采用百分位阈值法，对近40年来极端降水事件的平均特征、年际变化、时空分布进行分析，结果显示：

近40年来全球全年端降水事件频次的空间分布存在很大差异，总的来说全年总极端降水频次分布与各地区的气候特点有关，频次低值区主要分布在南北纬30°左右，并向南北逐渐增大。极端降水量占总降水量的比值全球分布差异很大，大雨在美国中部、东部部分地区逐渐增加，在地中海沿岸大部也有比较明显的增加趋势，欧洲其他部分地区增减趋势并不明显。在俄罗斯地区，西部部分站点大雨所占比例增加明显，而中部地区减少趋势占主导地位。中国长江流域强降水过程明显趋于增多,发生洪涝灾害的频率也趋于增加。在南半球地区，南美洲南部、南非地区呈增加趋势，澳大利亚西北部和东南部增幅较大。从全球来看，极端降水强度高值区主要在南北纬回归线之间，且向高纬逐渐递减。降水强度变化趋势和极端降水量与总降水量比值的变化趋势有很好的一致性。

关键词：全球；极端降水；时空变化；

第一章前言

1.1 极端降水事件的研究意义

IPCC第四次评估报告错误!未找到引用源。表明，在全球变暖的大背景下，各类极端事件在近年来变得更加频繁和强烈。极端天气事件引发的自然灾害日益严重，引起了政府和社会的高度关注。极端事件的频率和强度变化对自然和人类社会的冲击远大于气候平均所带来的变化。

AR4错误!未找到引用源。中对极端气候的定义给出了较为明确的阐述：即对一特定地点和时间极端天气事件就是从概率分布的角度来看，发生概率极小的事件，通常只占该类天气现象的10%或更低。

全球地形差异较大、气候复杂多样，近些年来环境保护以及社会可持续发展

等受到全球各个国家前所未有的关注。1988年孟加拉国水灾，淹没近2/3国土，3000万人丧失家园，是近百年来全球最严重的一次由极端降水引发的水灾。1991年孟加拉国再遭重创，全国受灾人口占总人口的1/10，死亡13.8万人，损失30亿美元错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。。据统计，中国因洪灾造成的直接经济损失约占全国各类自然灾害损失的62%，相当于同期GDP的1.55%错误!未找到引用源。。但是几十年来，大多数通过观测降水资料的全球长期气候变化的分析都集中在平均值的分析上。极端降水事件作为极端事件之一，其频次和降水强度的变化将导致气候变化的影响更加突出。因此，研究极端事件，特别是极端降水事件的时空变化特征，对于研究气候变化影响，减少洪涝灾害所带来的损失，具有重要意义。

1.2 极端降水事件的研究进展

近年来许多学者在极端降水领域开展了广泛的研究：Trenberh指出错误!未找到引用源。，地面温度升高，会使地表蒸发加剧，大气保持水分的能力增强。地表蒸发加剧，将更易发生干旱，同时大气水分增加，降水也将增加，从而更易发生洪涝。Karl错误!未找到引用源。等利用百分位阈值法对美国极端降水事件做出了研究。Frich等错误!未找到引用源。研究表明，非洲南部和澳大利亚东南部，俄罗斯西部，欧洲部分地区

和美国东部强降水事件显著增加，东亚和西伯利亚部分地区频率在减少。Alexander et al错误!未找到引用源。也证明了相似的观点。

从中国来看，翟盘茂错误!未找到引用源。最先利用百分位阈值法对中国极端降水事件进行了分析和研究。刘学华等错误!未找到引用源。利用百分位阈值法定义气候指数研究1961—2010年中国极端气温和降水，并指出近40a以来我国中等雨日指数、强

降水指数、强降水比率指数以及年降水量总体线性变化呈增加趋势。近50a的研究资料表明，我国极端降水变化有明显的区域性差异，我国华北、西北东部和东北东部降水量有所减少，降水日数也明显减少,干旱化倾向明显而长江流域强降

水过程明显趋于增多,发生洪涝灾害的频率也趋于增加。我国的极端强降水平均

强度和极端强降水值都有增加的趋势,极端强降水事件也趋于增多错误!未找到引用源。-[13]。

目前应用降水资料对极端降水的研究有不少，但大都主要集中某一区域，对于区域性的极端降水事件频次和时空分布研究居多，对于全球范围的极端降水事件研究较少，本文采用1971-2010年40年的全球4270测站逐日降水资料，应用百分位阈值法来定义极端降水事件标准，研究全球极端降水事件的时空变化特征。

第二章数据和方法

2.1数据处理和选站

本文采用全球4270个测站1971年至2010年总计40年的逐日降水资料作为基础数据。首先对数据就行简单的质量控制，将其中缺测时间较长，数据质量较差、有明显迁站的站点予以剔除。

具体方法是：第一步：若某站点某一年降水资料缺测值大于总日数的20%，则该年缺测；第二步：在第一步的基础上，若某测站数据长度不足25年，则该测站剔除。

错误数据排查：在朝鲜1982年以前的降水资料中，有多次数据重复出现，且部分测站全年降水总量不足10mm，与1990-2010年降水资料对比，可认为数据有误，将这些站点全年数据改为缺测。

通过以上方法，最终选取全球4270个测站来研究极端降水事件的时空变化特征。

2.2分析方法

（1）阈值定义方法：

我国一般采用绝对阈值的方法定义极端降水事件，日降水量超过50mm的降水事件定义为暴雨，日降水量超过25mm的降水事件称为大雨。但是在全球范围内，地形差异较大，气候复杂多样，不能用一个简单统一的标准来定义极端降水事件。为了更为准确客观的定义全球极端降水事件，本文采用百分位分析法。具体方法是：

将4270个测站1971-2010年逐年湿日(日降水量>=0.1mm)的降水序列按升序排列，求得第95%分位值，则年平均95%分位值为该测站极端降水阈值。当某测站某日降水量大于该阈值时，则发生极端降水事件。

（2）极端降水频次定义：

本文分别统计4270个站点逐日降水资料，对每个测站，某一年极端降水事