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1960-2009年中国极端降水时空特征及风险分析

迟潇潇  
【摘要】:在全球变暖背景下,极端降水频繁发生并且发生频次有持续增加的趋势,因其引发的洪涝、泥石流等自然灾害对人们的生活、经济的发展和生态环境的保护等产生了严重的影响。中国等发展中国家由于排水设施不健全、城市化过程快和土地利用不完善等原因受极端降水的影响更为严重。这引起了国内外学者和有关部门的广泛关注,也成为学术界研究的热点问题。本文的研究数据主要为“中国气象科学数据共享服务网”提供的1960-2009年756个气象站点的逐日降水数据、“地球系统科学数据共享平台”提供的2010年1公里网格GDP和人口数据以及美国地质勘探局提供的2009年中国三级土地覆盖类型数据。极端降水阈值的确定是极端降水研究的起点,首先,采用DFA法、百分位法和Pearson-III概率计算法确定了各站点的极端降水阈值,通过对比分析最终选取了DFA法确定的阈值作为中国的极端降水阈值标准,并根据四大自然区划(西北地区、青藏地区、北方地区和南方地区)的实际降水和自然情况给出了各区划的极端降水阈值建议。在已确定的阈值的基础上,分析了极端降水量、极端降水频次和极端降水强度三个极端降水指标的时空变化规律,采用M-K趋势检验对极端降水的变化趋势进行了验证。结合情景模拟法和风险模型对极端降水进行风险研究。选取极端降水量和极端降水频次两个评价指标,并选用5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇、200年一遇6种常见情景,对各重现期下的极端降水危险性进行分析;选用经济和人口两个评价因子,对极端降水的脆弱性进行了分析。最后,采用灾害风险模型,选取极端降水综合危险性和极端降水综合脆弱性,对极端降水进行风险分析,完成不同重现期下的风险等级区划。研究结果表明:(1)第90个百分位法与第95个百分位法确定的极端降水阈值较为接近,远小于第99个百分位法确定的极端降水阈值。Pearson-III概率分析法确定的10年一遇情景下的极端降水阈值约为99th百分位法阈值的两倍。DFA法确定的极端降水阈值远大于百分位法确定的阈值,与2年一遇情景下的极端降水阈值接近。(2)极端降水阈值的空间分布规律与年降水量的空间分布规律相似,均呈现出从东南沿海向西北内陆递减的趋势。DFA法确定的极端降水阈值与重现期两年一遇情景下的极端降水阈值空间分布规律极为相似,与年降水量的空间分布规律更为一致,其高值区域均出现在:四川盆地边缘地区、华南地区和长江中下游流域。(3)通过对比dfa法、百分位法、pearson-iii概率分析法确定极端降水阈值大小和其空间分布规律特征,结合年降水量的空间分布规律,考虑了气候系统的长程相关性,本研究认为:dfa法确定的极端降水阈值可以较好的从全国尺度了解极端降水。(4)综合考虑dfa法确定的极端降水阈值、各地区的实际降水量、降水频次、气候条件、地形和排水能力等因素,本文给出了中国四大自然区划的极端降水阈值建议,分别为:南方地区80mm、北方地区50mm、青藏地区25mm、西北地区20mm。(5)四大区划极端降水的时间变化趋势为:极端降水量自70年代开始在青藏地区、南方地区和全国呈现增加的趋势,在西北地区和北方地区波动变化;极端降水频次自70年代开始在青藏地区和南方地区开始增多,在全国、北方地区和西北地区波动变化;极端降水强度在青藏地区、北方地区、南方地区和全国自80年代开始呈现波动增长的趋势,在西北地区极端降水强度自2000年开始明显减少。(6)经验证,南方地区、青藏地区和西北地区西部大多数站点的极端降水量、极端降水频次和极端降水强度呈现增长趋势,北方地区的极端降水量、极端降水频次和极端降水强度呈现减少趋势。但大多数站点的变化趋势都是不显著的,其中,青藏地区站点的变化最为显著。(7)极端降水量和极端降水强度呈现从东南沿海向西北内陆递减的空间分布规律,高值区域主要位于:华南地区和长江中下游流域,低值区域主要位于:西北地区和青藏地区北部。极端降水频次在全国的空间分布较不规律,高值区域主要出现在黄河上游、长江中下游、四川盆地、海南省、黑龙江和内蒙古交界处,低值区域主要出现在黄河几字形处、西北地区西南部和青藏地区西北部。(8)各重现期下,我国极端降水量危险性等级从东南沿海向西北内陆递减,极端降水频次危险性等级在空间分布上较不规律。华南地区和长江中下游流域的极端降水量危险性最高,南方地区和北方地区极端降水量危险性较高,西北地区和青藏地区北部危险性较低。极端降水频次危险性较高的区域位于北纬43°以北、长江流域和华南部分地区。华南地区和长江中下游流域在各重现期下的极端降水综合危险性均较高。(9)极端降水经济脆弱性、人口脆弱性和综合危险性等级大致呈现出东高西低的趋势。其中,华北平原、长三角地区、沿海地区和省会城市等经济发达、人口密集、城市化水平高的地区,如北京、上海、广州、重庆、武汉等地的各极端降水脆弱性指标等级较高,西北地区西部和青藏地区的极端降水脆弱性低。(10)各重现期下,极端降水风险等级呈现出从东南沿海向西北内陆递减的空间分布规律。极端降水风险等级较高的地区位于:长江中下游流域、华北平原、四川盆地、华南地区和沿海地区,风险等级较低的地区位于西北地区西部和青藏地区西北部。


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