中国东南地区热带气旋降水特征的统计研究

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我国东南地区在夏季多受热带气旋影响,导致暴雨和洪涝灾害频发。目前的研究大多采用数值模拟和云降水物理分析的方法,通过降水个例分析热带气旋降水发生过程的特征和规律。本文基于中国东南地区1980-2019年夏季热带气旋降水的相关数据,将现代统计方法引入热带气旋降水时间序列数据的研究,分析均值的时空分布特征和分量分解,研究极值的概率分布,通过回归系数的空间分布探讨热带气旋降水的影响机制,具有深远的理论意义和实用价值。研究包括以下四个方面:(1)利用日降水观测数据和热带气旋最佳路径数据,分析热带气旋均值和极值降水的分布特征。中国东南地区热带气旋均值降水量占夏季总降水量的10%-40%;在空间上,热带气旋均值降水和极端降水都主要集中在沿海地区。经统计,除了江苏、安徽和江西的部分站点,热带气旋极端降水中超过60mm的降水均出现在沿海地区。(2)针对热带气旋均值降水时间序列,利用Butter Worth滤波方法分析年代际特征,发现东南地区的热带气旋降水量显著增多,而西北太平洋的热带气旋数量显著下降,故本文提出将热带气旋降水分解成强度项、频率项和非线性项。利用Bayesian变点分析计算突变的后验概率,最大概率0.183发生在1998年,对比研究不同分解项在1998年前后对降水贡献的分布特征。(3)针对热带气旋极端降水时间序列,选取不同因子作为协变量,分别建立平稳和非平稳GEV模型。根据最佳极值模型,研究协变量与极端降水之间的非线性关系。结果显示,约77%的站点的最佳极值模型为平稳模型。在非平稳模型中,受Ni?o-3海温异常现象显著影响的站点主要分布在福建、江西和安徽,受太平洋年代际振荡显著影响的站点主要在江苏。(4)中国东南地区热带气旋降水与Ni?o-3海温异常存在显著的负相关性。研究不同因子对海温异常的回归系数空间分布特征,从而探讨这些因子对东南地区热带气旋降水的影响机制。结果表明,冬季热带东太平洋的海温正异常通过海气相互作用,引发来年夏季西北太平洋上空低层辐散风、中层向下垂直风、高层辐合风以及大气低层涡度和中层湿度的负异常,不利于西北太平洋中的热带气旋活动,阻碍东南地区的热带气旋降水发生。通过影响因子的差异分析,1998年后更多的海温负异常事件促进西北太平洋热带气旋ACE加强,引起上空低层涡度、中层湿度的正异常和向上的垂直风,有利于东南地区热带气旋降水增加。
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