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《兰州大学》 2012年
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增暖背景下基于概率理论与过程性原理极端天气气候事件的检测及其特征研究

钱忠华  
【摘要】:极端天气气候事件是小概率事件,IPCC评估报告从概率角度对极端天气气候事件做了明确的定义,因此从概率角度定义极端天气气候事件具有较好的理论意义。本文利用Box-Cox变换改善数据的正态性的特性,通过变换后数据呈较好的正态性反演推导获得气象要素的偏态概率密度函数,为极端天气气候事件从概率角度定义、检测提供理论依据;根据概率密度函数定义了具有明确物理含义的最概然温度,以最概然温度的变化反映中国各区域背景场温度的变化趋势;根据概率密度函数定义了极端天气气候事件,分别从强度、频次角度研究中国极端温度事件的空间分布及其时间演化规律,为回答在全球增暖背景下极端天气气候事件是否越来越频繁、是否越来越趋于极端化提供事实依据。在检测出的一系列天气极值事件的基础上,根据共相同步化原理从事件发生的过程性来确定极端事件的过程,致力于提出一种行之有效的客观检测过程性极端事件的新方法,并将其应用于2009年的西南干旱事件的观测资料的检测中,为西南干旱事件的研究提供一个新视角。以下是本文主要结论: (1)偏态概率密度函数较正态分布函数更精确地拟合了温度分布。Box-Cox变换指数λ大小反映了序列分布的偏态情况,即要素分布对正态分布的适合度。以正态分布λ=1为基准,变换指数越大,右偏越明显,越小说明左偏越明显。变换指数的变化也能间接反映中国温度变化的背景、趋势。 (2)由概率密度函数定义的最概然温度具有明确的物理含义,代表了某地区的背景场温度。就年际而言,在20世纪90年代中期之前中国夏季年最概然温度以相对低温为主,随后呈现波动增温趋势,但自2005年增温趋势有所减缓;冬季年最概然温度在1961-1986年这一时段以相对低温为主,1987年到21世纪初显著变暖,但2000年后增温趋势减缓。总体而言,冬季增温幅度较夏季强,且增温时间早于夏季5-10年。定义1961-1990年、1971-2000年和1981-2008年分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ态(下同),不同气候态的研究表明,夏季最概然温度在Ⅲ态增温明显,而冬季在Ⅱ态间增温显著,Ⅲ态增温趋势减弱,尤其值得注意的是,近年来在四川、广东和广西部分地区最概然温度具有下降趋势,是否预示着中国气候态的转型有待深入研究。 (3)基于偏态概率密度函数定义的极端温度事件,分别从频次、强度两个角度研究了不同气候态下日最高温资料中国夏季和冬季极端温度事件的时空变化特征。空间分布上,夏季极端高温的频次、强度在Ⅰ态黄淮、江淮流域显著减小,在Ⅲ态,干旱半干旱以及经济发达的长江沿岸、长江三角洲以及东南沿海地区显著增加;冬季极端高温频次在Ⅱ态中的北方、长江三角洲以及Ⅲ态中的高原、东北东南部、长江三角洲显著降低。冬季极端低温强度整体呈降低趋势,但区域特征不明显。极端温度频次和强度在空间上一致性较好;时间演化上,夏季极端高温频次、强度均在Ⅱ、Ⅲ态显著增加,冬季极端低温频次、强度降低的趋势有所减缓。在当前气候态(Ⅲ态)夏季极端高温在经济发达地区发生比较频繁且极端性在增强;冬季极端低温的发生维持在一个稳定状态且极端性也相对比较稳定。极端温度事件的频次与强度在时间变化趋势上存在较好的一致性。 (4)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ态共同时段内,后一气候态检测出的极端高温频次均比前一气候态少,极端低温频次均比前一气候态多,这与背景温度随气候态逐渐升高是相一致的;后一气候态检测出的极端高温强度均比前一气候态小,极端低温强度均比前一气候态大。在20世纪70年代末80年代初全球气候系统突变前,极端高温频次具有明显的下降趋势,突变后显著上升;极端低温频次在突变前后变化不明显。极端高温强度突变前表现出轻微的下降趋势,在突变后上升趋势明显;极端低温强度在突变前后大致相当,突变后的整体强度稍低于突变前。极端高温事件的逐渐增强以及极端低温事件的逐渐减少在日最低温资料中体现更明显,这从另一方面表明逐渐增暖主要表现在日最低温中。 (5)夏季高温极值的概率分布规律及变化特征表现为:中国高温极值只在一定的区域呈现高斯分布,大部分台站处于左偏分布型,西南东南部左偏尤为明显;而长江中下游以南地区及东南沿海地区呈较明显的右偏;以偏态指数和最概然高温极值作为研究中国夏季高温极值概率分布特征的关键指标,经验表明最概然极端高温是一个比较稳定的量,可将其作为定义极端高温事件阈值的一种可能方法。 (6)在通过概率理论检测获得一系列天气极值事件的基础上,从事件发生、发展、消亡的角度利用共相同步化原理,将具有一定关联的极值天气事件客观地归属为一个具有实际应用意义上的极端气候事件。共相同步化原理数值检验结果表明,聚类质量评估peff、△peff为K均值聚类分析提供了判别最优聚类数目K的极好依据,而相位概念的引入则将系统所处的不同状态分离开来,相位聚类分析运用于事件过程的检测在理论上是可行的。 (7)共相同步化原理应用于西南干旱事件的干旱指数与降水量距平过程性检测结果表明,西南地区干旱指数MSPI过程性检测出了选择观测站自2009年1月开始由干旱指数表征的干旱程度的变化过程,涉及由旱-湿、湿-旱或者一直干旱抑或一直湿润的几个状态过程的转换情况。有别于气象部门利用干旱指数值大小表征干旱的严重程度,过程性检测不仅仅鉴别出干旱抑或湿润的状态,还鉴别出旱转为湿或者湿润趋于干旱的过程,给过程赋予趋势变化的含义,而转变所处的时间段是状态与状态转变的转折阶段,通常为湿润或者干旱的极值处或者是与前后状态相反的过渡状态。 (8)干旱指数时间过程性检测结果表明,自2009年1月开始西南大部分地区以及开始显示一定程度的气象干旱,干旱一直持续至2010年冬与2010年春,之后干旱严重程度开始缓解。若考虑此次事件的前期产生过程,从干旱指数的角度西南干旱自2009年1月就开始趋于干旱,从时间过程性的角度而言,比从观测资料本身大小界定的事件开始时间要早,这从另一个角度验证了关于过程的定义的意义——包含事件的产生过程,因此将极端事件的产生阶段作为预警阶段不失为一个具有实际意义的可能应用。 降水量距平过程性检测结果与干旱指数检测结果不是一一对应的关系,这是由于降水偏少与干旱响应的时间滞后以及干旱形成原因比较复杂造成的,与降水在干旱形成过程中的重要作用并不矛盾。西南干旱事件过程性的检测为再次认识干旱事件提供一个新的视角,而过程的确定给出了气候背景变化的阶段,为干旱事件的气候背景分析提供时间阶段节点。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:P467

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 丁裕国,江志红;中国近50年严冬和冷夏演变趋势与区划[J];应用气象学报;1999年S1期
2 丁裕国;降水量Γ分布模式的普适性研究[J];大气科学;1994年05期
3 龚道溢,韩晖;华北农牧交错带夏季极端气候的趋势分析[J];地理学报;2004年02期
4 施能,黄先香,杨扬;1948~2000年全球陆地年降水量场趋势变化的时、空特征[J];大气科学;2003年06期
5 丁裕国,刘吉峰,张耀存;基于概率加权估计的中国极端气温时空分布模拟试验[J];大气科学;2004年05期
6 任福民,翟盘茂;1951~1990年中国极端气温变化分析[J];大气科学;1998年02期
7 唐红玉;翟盘茂;王振宇;;1951~2002年中国平均最高、最低气温及日较差变化[J];气候与环境研究;2005年04期
8 吴息,丁裕国,周会平;极端气温频率与强度的统计模拟试验[J];气象科学;1995年03期
9 翟盘茂,任福民;中国近四十年最高最低温度变化[J];气象学报;1997年04期
10 廉毅,安刚;东亚季风El Nio与中国松辽平原夏季低温关系初探[J];气象学报;1998年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 潘晓华;近五十年中国极端温度和降水事件变化规律的研究[D];中国气象科学研究院;2002年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 丁斌;顾显跃;缪启龙;;长江流域近50年来的气温变化特征[J];长江流域资源与环境;2006年04期
2 郭志梅,缪启龙,李雄;中国北方地区近50年来气温变化特征的研究[J];地理科学;2005年04期
3 刘晶淼,王纪军,丁裕国;计算非均匀地表通量的一种简化PDF及其应用[J];高原气象;2002年06期
4 王纪军,刘晶淼,丁裕国;用于非均匀地表通量估计的一种积分算子[J];高原气象;2004年05期
5 程炳岩,顾万龙,李云,丁裕国;中国日降水量与其占有面积的函数关系[J];高原气象;2005年03期
6 吴息,王晓云,曾宪宁,许力;城市化效应对北京市短历时降水特征的影响[J];南京气象学院学报;2000年01期
7 李云,丁裕国,刘晶淼;降水量水平空间分布非均匀性的普适分布律探讨[J];南京气象学院学报;2003年02期
8 谢志清,姜爱军,杜银,丁裕国;长江三角洲强降水过程年极值分布特征研究[J];南京气象学院学报;2005年02期
9 刘晶淼,丁裕国,周秀骥,李云;基于降水气候强迫的一种地表径流估计方法[J];气象学报;2004年03期
10 张学文;降水统计力学研究的进展(下)[J];新疆气象;1999年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李春;何洪林;李俊杰;于贵瑞;齐华;;干旱条件下WGEN天气发生器降水模拟的修订和验证[A];中国气象学会2006年年会“首届研究生年会”分会场论文集[C];2006年
2 黄丹青;钱永甫;;我国极端温度事件的时空特征[A];第四届长三角科技论坛论文集(上册)[C];2007年
3 黄丹青;钱永甫;;极端温度事件连续性和间隔性问题[A];中国气象学会2007年年会气候变化分会场论文集[C];2007年
4 刘学华;王立静;吴洪宝;;中国近40年日平均气温的概率分布特征及年代际差异[A];中国气象学会2007年年会气候变化分会场论文集[C];2007年
5 胡宜昌;董文杰;何勇;;21世纪初极端天气气候事件研究进展[A];中国气象学会2007年年会气候学分会场论文集[C];2007年
6 黄丹青;钱永甫;;极端温度事件连续性和间隔性问题[A];中国气象学会2007年年会气候学分会场论文集[C];2007年
7 邹旭恺;张强;叶殿秀;;长江三峡库区连阴雨的气候特征分析[A];三峡库区强降水诱发地质灾害研究[C];2005年
8 张岩;朱清科;;土壤侵蚀过程模型中的天气生成器研究述评[A];《中国水土保持科学》第1届4次编委会会议论文集[C];2006年
9 邹瑾;高凤娇;冯晓云;;济南夏季极端最高气温异常气候变化特征分析[A];山东气象学会2005年学术交流会优秀论文集[C];2005年
10 田武文;黄祖英;胡春娟;;西安市气候变暖与城市热岛效应问题研究[A];陕西省气象学会2005年学术交流会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 秦淑莲;前期海温和ENSO指标与棉铃虫发生的遥相关及长期灾变预警[D];南京农业大学;2003年
2 赵雪花;河川径流演变规律的挖掘与识别技术[D];西安理工大学;2005年
3 赵瑞霞;中国长江、黄河流域的水分收支与水分循环[D];中国科学院研究生院(大气物理研究所);2004年
4 袁飞;考虑植被影响的水文过程模拟研究[D];河海大学;2006年
5 王遵娅;中国夏季降水的气候变率及其可能机制研究[D];中国科学院研究生院;2007年
6 李鸣骥;西北干旱区内陆河流域城镇化过程与区域生态环境响应关系研究[D];西北师范大学;2007年
7 于成龙;基于GIS和RS森林火险预测的研究[D];东北林业大学;2007年
8 孙福宝;基于Budyko水热耦合平衡假设的流域蒸散发研究[D];清华大学;2007年
9 曾刚;海表温度异常对东亚夏季风年代际变化影响的数值模拟研究[D];南京信息工程大学;2008年
10 王鹏祥;西北地区干湿演变及其成因分析[D];南京信息工程大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李琴;乌鲁木齐近50年的气候变化分析[D];新疆大学;2006年
2 李云;大气降水非均匀性及其分布模式对陆面过程参数化的影响研究[D];南京气象学院;2003年
3 黄艳;利用淮河资料作为径流模式的试验方案[D];南京信息工程大学;2006年
4 张键;ENSO事件对中国气候的影响研究[D];首都师范大学;2001年
5 张永领;我国东部夏季降水极值的时空特征及其遥相关研究[D];南京气象学院;2003年
6 高庆九;20世纪70年代中期北太平洋海温场年代际变化对气候的影响[D];南京气象学院;2003年
7 唐晓晖;东海北部温盐年际—年代际变化及其成因初探[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2003年
8 李兰;东北夏季(6—8月)气温异常的多尺度时空特征分析[D];南京气象学院;2003年
9 王遵娅;近50年中国气候变化的特征与中国夏季降水的气候学[D];南京气象学院;2004年
10 林振敏;1948—2001年全球陆地旱涝气候变化的若干问题研究[D];南京气象学院;2004年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张耀存,丁裕国;降水量概率分布的一种Γ型通用模式[J];气象学报;1991年01期
2 林学椿;超长波的多年振动[J];应用气象学报;1986年01期
3 郭其蕴;东亚夏季风强度指数及其变化的分析[J];地理学报;1983年03期
4 王志伟,翟盘茂;中国北方近50年干旱变化特征[J];地理学报;2003年S1期
5 唐红玉,翟盘茂;1951~2002年中国东、西部地区地面气温变化对比[J];地球物理学报;2005年03期
6 章名立,符淙斌,王铭如,彭小峡,郭家林,董洪年,于通江,张碧月;七十年代全球地面气温的初步研究(三)——我国东北冷、暖夏年全球温度场的分布[J];大气科学;1983年01期
7 张庆云,杨鉴初,林学椿;大气活动中心长期变化的阶段性[J];大气科学;1983年04期
8 丁裕国,金莲姬,刘晶淼;诊断天气气候时间序列极值特征的一种新方法[J];大气科学;2002年03期
9 陈文,黄荣辉;北半球冬季准定常行星波的三维传播及其年际变化[J];大气科学;2005年01期
10 丁裕国,梁建茵,刘吉峰;EOF/PCA诊断气象变量场问题的新探讨[J];大气科学;2005年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王奉安;;全球气候变化的影响及后果:阈值突变和极端天气气候事件——访中国工程院院士、国家气候中心研究员丁一汇[J];环境保护与循环经济;2010年11期
2 ;2010年青海省十大天气气候事件[J];青海气象;2011年01期
3 ;频繁的极端气候[J];绿叶;2007年08期
4 潘启雯;;莫道“天”不语 寒暑总关情[J];中国减灾;2010年21期
5 ;2006——重灾之年 2007—年景偏差[J];现代营销(经营版);2007年02期
6 ;2010年新疆十大天气气候事件[J];沙漠与绿洲气象;2011年01期
7 江远安;张太西;;2006年新疆十大天气气候事件[J];沙漠与绿洲气象;2007年01期
8 江远安;;2007年新疆十大天气气候事件[J];沙漠与绿洲气象;2008年01期
9 ;2008年新疆十大天气气候事件[J];沙漠与绿洲气象;2009年01期
10 ;2009年新疆十大天气气候事件[J];沙漠与绿洲气象;2010年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李国民;宋中华;饶新平;宋敏;;应对重大天气气候事件的几点想法[A];第27届中国气象学会年会重大天气气候事件与应急气象服务分会场论文集[C];2010年
2 周须文;;城市发展对石家庄气温增暖的贡献分析[A];第28届中国气象学会年会——S14气候环境变化与人体健康[C];2011年
3 刘雅星;;2010年河南省主要极端天气气候事件的变化特征分析[A];第28届中国气象学会年会——S4应对气候变化,发展低碳经济[C];2011年
4 张胜平;张鑫;王海军;向征;杜子龙;;气候变化对山东降水及极端天气气候事件的影响分析[A];中国水利学会2010学术年会论文集(上册)[C];2010年
5 王皘;刘秦玉;;海面通量交换对南海SST增暖的可能贡献[A];第28届中国气象学会年会——S4应对气候变化,发展低碳经济[C];2011年
6 高凤姣;陈德英;王凤兰;邹玉玲;;大型火电厂热排放对邹城市气温增暖的贡献检测[A];第27届中国气象学会年会应对气候变化分会场——人类发展的永恒主题论文集[C];2010年
7 许春艳;朱海笑;袁晶;;城市发展对南通地区温度变化的影响[A];第七届长三角气象科技论坛论文集[C];2010年
8 司鹏;李庆祥;李伟;殷红;;城市化对深圳气温变化的贡献[A];第27届中国气象学会年会城市气象,让生活更美好分会场论文集[C];2010年
9 钱维宏;;自然气候变化中的社会与环境问题[A];北京论坛(2010)文明的和谐与共同繁荣——为了我们共同的家园:责任与行动:“全球环境问题:政策与行动”环境分论坛论文或摘要集[C];2010年
10 钟建生;黄东;封国林;曹鸿兴;;90年代我国气温的突变研究[A];数学·力学·物理学·高新技术研究进展——2002(9)卷——中国数学力学物理学高新技术交叉研究会第9届学术研讨会论文集[C];2002年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 田宜龙 通讯员 王建忠;年度十大天气气候事件[N];河南日报;2004年
2 李晔 郭战峰;去年我国十大天气气候事件回放[N];中国气象报;2004年
3 本报记者 李冬明 实习生 彭仁湘;2009,天公“表情”很丰富[N];江西日报;2010年
4 记者 赵永平;我国全面进入汛期[N];人民日报;2006年
5 记者 田宜龙通讯员 郭庆;省气象局发布’07十大天气气候事件[N];河南日报;2007年
6 张涛实习生 单遥 通讯员 潘娅英;分享阳光 分担风雨[N];丽水日报;2008年
7 本报记者 杨梅菊;风霜雨雪入“网”来[N];中国气象报;2009年
8 司勇;去年本市气象“最”字多[N];太原日报;2010年
9 记者 刘俊礼 通讯员 张鹏;我省十大天气气候事件公布[N];郑州日报;2010年
10 胡亚;气候变暖导致极端天气气候事件增多增强[N];中国气象报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 钱忠华;增暖背景下基于概率理论与过程性原理极端天气气候事件的检测及其特征研究[D];兰州大学;2012年
2 俞亚勋;东亚夏季风雨带进退与西太副高活动、降水年代际变化及江苏气候若干问题[D];兰州大学;2011年
3 程军;B(?)lling-Aller(?)d增暖事件期间温盐环流“过冲”现象的研究[D];南京信息工程大学;2011年
4 陈长霖;全球海平面长期趋势变化及气候情景预测研究[D];中国海洋大学;2010年
5 孙双文;印度洋偶极子东西极演变机制及联系[D];中国海洋大学;2010年
6 郑小童;热带印度洋海表温度主模态的长周期变化及对温室气体增加的响应[D];中国海洋大学;2010年
7 张丽萍;全球变暖背景下水循环变化对海洋环流及气候的影响[D];中国海洋大学;2012年
8 方长芳;全球变暖对北太平洋年代际变化的影响及可能机制研究[D];中国海洋大学;2010年
9 陈威霖;基于多模式和降尺度结合的中国区域未来气候变化预估研究[D];南京信息工程大学;2012年
10 马永锋;Polar WRF对南极地区天气过程的模拟试验研究[D];中国气象科学研究院;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴凯;城市化对中国东部地面增暖的影响[D];南京大学;2013年
2 王晓君;中国东部陆架海增暖对大气环流的影响[D];中国海洋大学;2012年
3 李伟;中国东南部地区城市热岛效应对气温增暖的影响分析[D];南京信息工程大学;2006年
4 程守长;印度洋海盆增暖及ENSO对西北太平洋热带气旋活动的影响[D];南京信息工程大学;2012年
5 汪烨;实时逐时MTSAT-1R海表面温度反演研究[D];南京大学;2013年
6 张叶;大规模城市化影响东亚季风和中国气候的敏感性试验[D];南京信息工程大学;2012年
7 贺欣欣;近百年温带大陆性和海洋性季风气候区的极端温度变化对比研究[D];东北师范大学;2012年
8 陈晶;黑龙江省气温时空变化特征分析[D];东北农业大学;2013年
9 卞韬;石家庄地区气候变化特征的研究[D];兰州大学;2010年
10 聂安祺;我国三大城市群城市化气候效应的检测与对比[D];南京大学;2012年
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