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极端天气

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1. 极端天气的数值模式集合预报研究进展
高丽,陈静,郑嘉雯,陈权亮
地球科学进展    2019, 34 (7): 706-716.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2019.07.0706
摘要835)   HTML7)    PDF (702KB)(951)    收藏

在气候变化背景下,极端天气事件(暴雨、高温热浪和低温冷害等)发生频次有不同程度增加的趋势,由极端事件造成的气象灾害也呈现增多趋势,因此开展极端天气的预报研究尤为重要。系统性回顾了极端天气预报的主要方法、数值模式集合天气预报发展现状及其在极端天气预报中的应用情况以及集合概率预报的订正方法研究进展。目前,极端天气的预报以动力数值模式方法为主导,即以集合概率预报信息为主要依据的动力预报方法成为当前国际上极端天气业务预报的主流方法。基于数值模式集合预报的极端天气预报应用和依靠概率预报偏差订正来改进极端预报,是当前该领域研究的重要发展方向。在全面回顾的基础上,围绕如何发展有效方法提升极端事件识别和预报水平,进一步提出未来极端天气集合预报发展的几点建议。

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2. 全球1.5 ℃温升背景下中国极端事件变化的区域模式预估
李东欢, 邹立维, 周天军
地球科学进展    2017, 32 (4): 446-457.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2017.04.0446
摘要907)   HTML10)    PDF (1238KB)(580)    收藏

利用区域海气耦合模式FROALS模拟的区域气候模式降尺度协同试验(CORDEX)的东亚区域的动力降尺度试验数据,分析了全球1.5 ℃温升背景下中国地区极端温度指数、极端降水指数以及民生相关指数的可能变化。结果表明,中国地区的暖事件显著增加,冷事件显著减少。高强度和中等强度极端暖事件发生风险分别为1986—2005年基准期的2.14和1.93倍,高强度和中等强度极端冷事件发生风险分别为基准期的0.58和0.63倍。分区来看,华北的高强度极端暖事件增幅最大(将为基准期的2.94倍),东北高强度极端冷事件减幅最大(将为基准期的0.38倍)。西北、青藏高原以及东北等地区的极端干旱事件发生风险略增加(分别为基准期的1.13,1.04,1.22倍)。全国大部分地区的平均降水显著增加,高强度的极端降水事件在全国普遍增加,并且在华北和东南的发生风险增幅最大(分别为基准期的1.88倍和1.85倍)。闷热日数在东部地区显著增加,并且与单一的极端高温事件相比,极端闷热日数的增加风险更大(将为基准期的5.34倍)。全国取暖度日显著减少,东部以及西北的降温度日显著增加,在人口密度较大的东部地区取暖度日的减幅(-258 ℃·d)大于降温度日的增幅(72 ℃·d),但与基准期相比,降温度日的变化比例(82%)大于取暖度日(-10%)。

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3. 北大西洋涛动—欧洲阻塞及其对极端暴雪影响的研究进展
姚遥, 罗德海
地球科学进展    2016, 31 (6): 581-594.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2016.06.0581.
摘要641)   HTML5)    PDF (14909KB)(244)    收藏

北大西洋涛动(NAO)和阻塞等大气大尺度低频模态对北半球天气气候起着重要的调控作用。首先回顾了NAO年代际变率物理机制的研究进展,并从季节内尺度NAO位相转换的角度讨论了其对NAO年代际变率的影响。介绍了NAO与阻塞时空关系的研究进展,讨论了年代际NAO变率对阻塞时空分布的可能影响。另外,以2次极端暴雪天气事件为例,从观测事实方面讨论了NAO和阻塞对极端暴雪天气的影响机制,同时从理论模型方面部分解释了其可能的物理机制。总结了有关NAO和阻塞理论模式的研究进展,介绍了非线性多尺度相互作用模型的发展过程和应用。最后,基于对以上研究进展的总结,给出了NAO-阻塞—极端暴雪天气的机制示意图,概括部分研究的特点和不同之处,并提出了该领域有待解决的几个问题和未来可能的研究方向,为相关的研究提供参考。

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4. 全球变暖背景下珠江流域极端气温与降水事件时空变化的区域研究
黄强, 陈子燊
地球科学进展    2014, 29 (8): 956-967.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2014.08.0956
摘要807)   HTML2)    PDF (7844KB)(928)    收藏

利用中国气象局最新编制的0.5°×0.5°逐日地面气温、降水网格数据, 统计了16种极端气温与降水指数来定义极端气候事件, 通过改进的MannKendall趋势检验方法对珠江流域极端气温与降水事件的时空变化特征进行了研究, 并从区域的视角检验了变化趋势的显著性和一致性, 最后通过偏MannKendall检验探讨了极端气温和降水事件变化与自然界大尺度气候振荡的潜在联系。研究发现:①在过去半个多世纪里, 珠江流域总体上呈现出极端高温事件增多, 极端低温事件减少, 短时间极端降水增多, 长时间极端降水减少的趋势, 珠江流域面临着高温干旱和暴雨洪涝的威胁;②极端气温事件的变化趋势具有区域尺度上的显著性和一致性, 而极端降水事件在区域层面上的趋势则不明显, 并且区域差异大;③反映了大尺度气候振荡的多变量ENSO指数年际变化对珠江流域极端气温与降水事件的变化趋势没有显著的影响, 在一定程度上说明了极端气温与降水事件的变化趋势并不是自然界大尺度气候振荡导致的必然结果, 而可能是与人类活动共同作用的结果。

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5. 近50年来中国极端降水趋势与物理成因研究综述
高涛, 谢立安
地球科学进展    2014, 29 (5): 577-589.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2014.05.0577
摘要825)   HTML6)    PDF (1784KB)(1305)    收藏

对中国近50年来极端降水事件的研究表明,在全球变暖背景下极端降水事件的频率和强度均有升高的趋势,但存在明显的区域差异。观测分析表明长江中下游,东南地区和西北的部分区域极端降水有增加趋势,而华北、东北和西南的部分地区有减少趋势。现阶段不同模式模拟的结果还存在差异,但总的预测结论表明中国极端降水有极化的趋势。首先从统计学角度通过分析均值和极值的关系,探讨了极端降水事件概念的界定,然后分析了不同区域极端降水的变化趋势。在综述中国极端降水研究的基础上,以极端降水变化趋势较为复杂的长江流域作为典型气候区,从海—气相互作用角度对影响极端降水的物理机制和过程进行了总结。分析表明能够反映极端降水本质特性的定义和影响极端降水的物理过程还需要进一步研究,并且随着研究深入,新的影响极端降水的因子也会被逐渐发现。

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6. 山区流域高盖度斜坡对极端降雨事件的地下水响应
徐则民,黄润秋
地球科学进展    2011, 26 (6): 598-607.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2011.06.0598
摘要1793)      PDF (1066KB)(1020)    收藏

受到日益加剧的全球变暖趋势的强力驱动,极端降雨及与之相伴的山区流域植被发育斜坡的群发性失稳事件在包括中国在内的多山国家的发生频率越来越高,因此对这一问题的深入研究具有重大的现实意义。到目前为止,降雨—滑坡领域的现有研究成果主要集中在并无成因联系的降雨事件与滑坡事件之间的相互关系及斜坡岩土体水岩相互作用方面,而降雨→滑坡过程链的基础环节——降雨向地下水转化方面的研究成果无论对渗透介质还是渗透过程的刻画精度都还不高。天然斜坡对强降雨的地下水响应大多都是有植物、动物及其生命活动产物共同参与的复杂水文学—水文地质学过程,相关领域的积累还不能覆盖这一过程的核心机理。深入调查山区流域植被发育斜坡对强降雨事件的地下水响应机制不仅可以为斜坡灾害的预报—预警提供更为明晰的理论支撑,而且对于地下水诱发滑坡理论的深化与发展也是重要的。

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7. 东亚区域能量和水分循环对我国极端气候影响研究的一些初步进展
王会军
地球科学进展    2010, 25 (6): 563-570.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2010.06.0563
摘要1724)      PDF (1118KB)(1374)    收藏

介绍了2009年项目“全球变暖背景下东亚能量和水分循环变异及其对我国极端气候的影响”的主要研究目标和内容,着重叙述了项目实施以来的主要科研进展,包括西北敦煌和临泽区陆气交换加强观测试验、我国极端气候的变化分析和模拟研究以及气候预测新方法和新系统的研制等方面。最后概要介绍了项目未来几年的主要研究工作计划。

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8. 21世纪初极端天气气候事件研究进展
胡宜昌,董文杰,何勇
地球科学进展    2007, 22 (10): 1066-1075.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2007.10.1066
摘要2334)      PDF (163KB)(5626)    收藏

由于极端天气气候事件的严重影响,越来越多的研究开始关注其变化情况。从观测分析到模拟研究,几乎都发现极端气温、降水事件发生了显著变化,而且在全球变暖的大背景下,未来有些极端事件可能会发生频数更高或强度更强。当然,研究结论也存在一定程度的不确定性,从模式模拟来看,目前模拟结果仍存在不确定性,不同模式的结果间常常存在较大的差异;而从观测分析来看,研究主要局限于20世纪后半叶,如果对更长时间作分析,结论或许会有所不同。文章从最基本的极端天气气候事件的定义出发,结合观测事实和模拟研究两个主要方面来介绍近几年来极端事件研究取得的主要进展,最后简单地总结了这些进展,并提出了进一步研究的思路。

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9. 白垩纪至早第三纪的极端气候事件
刘志飞,胡修棉
地球科学进展    2003, 18 (5): 681-690.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2003.05.0681
摘要1869)      PDF (178KB)(1419)    收藏

地球科学界正在将预测未来气候变化的研究重点放到地球过去突然发生的气候变暖事件。白垩纪至早第三纪发生的极端气候事件被认为是最接近于现今的地球系统,对其研究有利于理解现今地球系统过程在碳循环快速搅动时的响应。这些气候事件主要包括:古新世-始新世最热事件(PETM,~5 5 MaBP)、早阿普第晚期和森诺曼-土仑界线的大洋缺氧事件(OAE1a,~120 Ma;OAE2,~93.5 MaBP)。PETM事件是中白垩世以来一次突然变暖事件,在10 ka年以内深海温度增加~5 ℃,表层海水温度增加 4~8 ℃,而δ13C至少发生 3.0‰的负偏移。目前普遍认为PETM事件是由于海洋气水化合物(CH4)的巨量释放造成的。大洋缺氧事件(OAEs)记录了海洋环境下有机质的大量埋藏,代表了碳循环和海洋生物系统的重大搅动事件。综合大洋钻探计划(IODP)将极端气候确定为优先研究领域,将采取特定的钻探策略,在世界大洋范围内获取最低限度蚀变的新生代至白垩纪沉积物,研究精度要求达到米兰柯维奇的天文调谐时间尺度,其最终目标是定量描述过去全球气候变化,并为未来气候变化预测提供依据。

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