極端氣候概念

世界氣象組織規(guī)定，當(dāng)某個（些）氣候要素達(dá)到25年一遇時才稱之為極端氣候。極端氣候包括干旱、洪澇、高溫?zé)崂撕偷蜏乩浜Φ?。隨著污染日漸嚴(yán)重，出現(xiàn)極端氣候的現(xiàn)象將變得頻繁，次數(shù)也將大幅增加。

極端氣候的氣候指標(biāo)有：極端溫度、極端降水及其他指標(biāo)。

極端氣候極端溫度

極端溫度是指一天中觀測到的氣溫最高或最低值超過一定界限的情況。其統(tǒng)計方法如下：

對一年中各月的每日觀測項目中的最高溫度和最低溫度(逐日)，統(tǒng)計其最高和最低溫度的平均值就得到各月平均最高溫度和最低溫度。

從一年的各月逐日觀測項目中的最高溫度和最低溫度中挑出最大值和最小值即得到各月的絕對最高溫度或絕對最低溫度并記下其出現(xiàn)日期即得到絕對最高溫度或絕對最低溫度及其出現(xiàn)日期。因此，絕對最高溫度或絕對最低溫度，是指某一日、一月或一年中所僅僅發(fā)生的最高溫度、最低溫度。

年平均最高溫度和最低溫度，一般是指一年中最熱月或最冷月的平均最高和最低溫度。也有人統(tǒng)計其相應(yīng)的平均溫度。在歷年的各月絕對最高溫度或絕對最低溫度及出現(xiàn)日期中，選出最大和最小值即作為極端最高(低)氣溫與其出現(xiàn)日期(年份日期)以同樣的方法，對于地面溫度也可求得上述相應(yīng)的極端項目。例如，最高地面溫度和最低地面溫度(逐日)；平均最高地面溫度和最低地面溫度；絕對最高地面溫度或絕對最低地面溫度及其出現(xiàn)日期；年平均最高氣溫和最低氣溫；極端最高(低)地溫與其出現(xiàn)日期(年份日期)等。

極端氣候極端降水

極端降水是指日降水強(qiáng)度大，達(dá)到或超過1979/1980--2010/2011冬季日降水序列第90百分位的閾值、持續(xù)時間超過3天或不中斷的大范圍強(qiáng)降水現(xiàn)象。其統(tǒng)計方法如下：

對于某一地點或地區(qū)而言，首先應(yīng)以該地逐日降水量記錄資料為基礎(chǔ)，從中挑選出各個月份的一日最大降水量及其出現(xiàn)日期；各個月份的最長連續(xù)雨日數(shù)；各個月份的最長連續(xù)無雨日數(shù)，也可就此挑選出各季(或年)的上述統(tǒng)計指標(biāo)。這里需要注意的是，最長連續(xù)雨日數(shù)或最長連續(xù)無雨日數(shù)都是對所統(tǒng)計時期而言的“連續(xù)”，不能有“中斷”。為了研究和業(yè)務(wù)需要，有時還要求對一段歷史時期(多年)中的歷年統(tǒng)計其相應(yīng)的極端降水指標(biāo)，比如，30年中的極端最大降水量及其出現(xiàn)日期(年份)；最長連續(xù)雨日數(shù)；最長連續(xù)無雨日數(shù)等。

極端氣候其他指標(biāo)

上述這些極端氣候指標(biāo)，都是從逐日氣候資料記錄中，經(jīng)過極其簡單的統(tǒng)計得到的。其他各種氣候要素如風(fēng)速風(fēng)向、濕度、云量、日照時數(shù)與日照百分率、各種特殊天氣日數(shù)(如沙塵暴、霧、冰雹、雷暴、積雪、霜日及其初終期與間隔日數(shù)等)的極端值也都可作類似的統(tǒng)計。各級氣象部門一般都有現(xiàn)成的整編過的資料為用戶提供。然而，為了研究氣候變化，尤其是為了研究極端氣候事件及其變化的需要，原有的常規(guī)觀測項目中所能簡單獲取的極端氣候指標(biāo)，往往不敷需要。不但要從整體上增加項目的覆蓋面，而且更應(yīng)深刻揭示其內(nèi)涵。

近年來由ETCCDMI所提供的極端氣候指標(biāo)體系的各種指數(shù)，共計27項。在這些指標(biāo)中共有11項與降水有關(guān)，16項與溫度有關(guān)。所有的極端氣候指標(biāo)都從氣候變化的強(qiáng)度，頻率，持續(xù)時間三個方面反映出溫度和降水極端氣候事件。在全部指標(biāo)中只有Rnn可以由用戶根據(jù)各區(qū)域不同而自行定義以外，基本上都可分為下列5大類：

極端氣候百分位指數(shù)

百分位指數(shù)標(biāo)志著某一參考時期的變量分布的極值端點。溫度指標(biāo)分別包括冷(暖)夜和冷(暖)日百分位指數(shù)，分別記為TX10p、TX90p和TN90p、TN90p，它們的抽樣正是關(guān)于日最高和最低溫度的最冷和最暖分位數(shù)，從而使我們能估計出極端溫度變化的幅度；而降水指標(biāo)則表示降水量落在第95百分位點(R95p)和第99百分位點(R99p)以上的可能性大小，由此能捕獲一年中最極端的降水事件。

極端氣候絕對指數(shù)

絕對指數(shù)標(biāo)志著某一季節(jié)(或年、月)內(nèi)的極大或極小值。其中，溫度指標(biāo)如日最高溫度的某月極大值；日最高溫度的某月極小值；日最低溫度的某月極大值；日最低溫度的某月極小值。降水指標(biāo)如某一時期的一日或五日降水量的極大值(Rx1day或Rx5day)。

極端氣候門限指數(shù)

門限指數(shù)標(biāo)志著某溫度或降水值落在某一固定的門限值以上或以下的日數(shù)。例如，每年的霜凍日數(shù)（FD），結(jié)冰日數(shù)，夏日數(shù)和熱日數(shù)等。由于這些指標(biāo)以固定門限為依據(jù)，所以其在全球各地并不都完全適用于所有氣候狀況。不過以往的研究已經(jīng)證明，在20世紀(jì)后半葉，北半球中緯度地區(qū)的FD與日最低溫度在零度以下的日數(shù)具有顯著的相關(guān)變化趨勢。而這些指標(biāo)的變化對于社會和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)一般都具有深遠(yuǎn)的影響。

極端氣候持續(xù)時間指數(shù)

這類指標(biāo)定義為超越于某個暖、冷、濕、干或生長季長度、冰凍融解期的時間。這些指標(biāo)大多是全球性的。例如，研究表明，根據(jù)FRICH等的定義，發(fā)現(xiàn)熱浪持續(xù)指數(shù)(HWDI)有一傾向于零值的趨勢(統(tǒng)計上不穩(wěn)健)。這是由于FRICH等利用了5℃以上的門限值計算指標(biāo)。這一門限值對許多地區(qū)來說是太高了。因為例如熱帶地區(qū)逐日溫度變率很小。為了克服這一缺點，ETCCDMI提出了暖期持續(xù)指數(shù)(wSDI)利用基于門限的百分位數(shù)來定義。這一指標(biāo)是以白天最高溫度為依據(jù)而定，同時，我們也選取夜間最低溫度持續(xù)時間作為冷期長度(CSDI)。此外，如CDD指數(shù)代表一年中的最長干期；CWD指數(shù)則代表一年中的最長濕期。在這類指數(shù)中還包括生長季長度(GSL)，不過這里僅代表北半球熱帶外地區(qū)。

極端氣候其他指數(shù)

除上述四類以外的指標(biāo)，同樣對社會有顯著影響。例如，總降水量(PRCP—TOT)，溫度日較差(DTR)，日雨量強(qiáng)度(SDII)等。

極端天氣突顯出我國尚需提高極端天氣應(yīng)對能力。氣象、水利等有關(guān)部門認(rèn)為，加強(qiáng)城市和已發(fā)生災(zāi)害地區(qū)建設(shè)規(guī)劃、建立與健全災(zāi)害信息發(fā)布機(jī)制、提高民眾抗災(zāi)意識，整合政府、社會、民眾三大力量是當(dāng)前應(yīng)對極端天氣的著力點。

(1)建立與健全信息發(fā)布機(jī)制，是應(yīng)對極端天氣的根本性措施。對于極端氣候造成的災(zāi)‘籌，提早預(yù)報消息及早應(yīng)對是“根本之道”。應(yīng)建立完善災(zāi)害信息發(fā)布傳播機(jī)制，完善災(zāi)害信息發(fā)和配套措施，井通過互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)、農(nóng)村大喇叭等設(shè)施，將預(yù)報信息盡量傳遞到最基層的民眾中。

(2)規(guī)劃建設(shè)好城市防御災(zāi)害標(biāo)準(zhǔn)和山區(qū)居民建筑位置，是防御極端天氣的基礎(chǔ)性措施。據(jù)了解，山區(qū)居民房屋多建設(shè)在山腳地勢較平的低洼處，很多就在山腳下。政府需要大力引導(dǎo)山區(qū)居民選擇避災(zāi)能力更強(qiáng)的位置。同時，有針對性地建設(shè)防洪設(shè)施。城市新建建筑需要提高防災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)并盡量更新舊有防災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)培養(yǎng)民眾積極應(yīng)對極端天氣災(zāi)害意識，并理性看待極端天氣造成的災(zāi)害。

1、1951年以來中國大陸地區(qū)極端氣候事件頻率和強(qiáng)度發(fā)生了一定變化，但不同類型和不同區(qū)域極端氣候變化存在明顯差異。從全國范圍看，與異常偏冷相關(guān)的極端事件如寒潮、冷夜和冷晝天數(shù)、霜凍日數(shù)等，顯著減少減弱，偏冷的氣候極值減輕;與異常偏暖相關(guān)的暖夜、暖晝?nèi)諗?shù)明顯增多，暖夜日數(shù)增多尤其明顯，但高溫事件頻數(shù)和偏熱的氣候極值未見顯著長期趨勢;全國平均暴雨和極端強(qiáng)降水事件頻率和強(qiáng)度有所增長，特別是長江中下游和東南地區(qū)、西部特別是西北地區(qū)有較明顯增長，而華北、東北中南部和西南部分地區(qū)減少減弱;多數(shù)地區(qū)小雨頻數(shù)明顯下降，偏輕和偏強(qiáng)降水的強(qiáng)度似有增加;全國遭受氣象干旱的范圍呈較明顯增加趨勢，其中華北和東北地區(qū)增加更為顯著;登陸和影響我國的熱帶氣旋、臺風(fēng)頻數(shù)有所下降，其造成的降水總量有較明顯減少;北方地區(qū)的沙塵暴事件從總體上看有顯著減少減弱趨勢;我國東部部分地區(qū)夏季雷暴發(fā)生頻率也存在較明顯下降趨勢?，F(xiàn)有工作表明，在涉及極端氣候變化研究的資料處理和分析方法方面還有改進(jìn)余地。觀測資料的非均一性，以及觀測環(huán)境改變和城市化對地面氣候要素變化趨勢的影響偏差，需要進(jìn)行深入評價和客觀訂正。此外，對于區(qū)域極端氣候變化的綜合分析還較薄弱，在極端氣候變化機(jī)理的研究方面有待加強(qiáng)。

2、全球氣候變暖導(dǎo)致極端天氣事件頻發(fā)，研究學(xué)者針對西南喀斯特山區(qū)的特殊地理國情(水土流失和石漠化嚴(yán)重)，引入了大尺度景觀格局指數(shù)(香農(nóng)均勻性指數(shù)和蔓延度指數(shù))和極端氣候指數(shù)(極端高溫日數(shù)、極端低溫日數(shù)和極端降雨日數(shù))，構(gòu)建了生態(tài)系統(tǒng)脆弱性遙感評價體系，進(jìn)而分析和探討了該地區(qū)近13年的生態(tài)系統(tǒng)脆弱性時空變化格局和驅(qū)動機(jī)制，研究結(jié)果表明:西南喀斯特山區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)則屬于輕-中度脆弱，其分布格局表現(xiàn)為以川滇黔為核心向周邊減小的趨勢。2000—2013年，西南喀斯特山區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)脆弱性表現(xiàn)為先增加后減小的趨勢。近13年西南喀斯特山區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)脆弱性時空變化格局受人類活動(不同產(chǎn)業(yè)GDP和人口密度)、降水、地形地貌、水土流失、石漠化等因素影響較為顯著。

關(guān)于極端氣候的研究，近十多年來雖然已取得了新的進(jìn)展，但無論在觀測和理論及其模擬方面的研究都還缺乏系統(tǒng)性和深入性。尤其是(1)關(guān)于極端氣候的區(qū)域型態(tài)及長期變率；(2)極端氣候與全球平均氣候變化的關(guān)系；(3)未來極端氣候情景預(yù)測等三個方面的研究還有待深人。根據(jù)以往觀測記錄所顯示的極端氣候指標(biāo)不但具有長期變率，而且其年際、年代際變化也十分明顯；不少學(xué)者已經(jīng)注意到，未來氣候增暖背景下，氣候極值頻率有可能增大。20世紀(jì)中后期，人們將主要研究目標(biāo)集中于全球或區(qū)域平均氣候的變化趨勢檢測，而很少專門關(guān)注于全球或區(qū)域的極端氣候及其長期變化規(guī)律，因此，就世界范圍而言，一方面，尚缺乏關(guān)于氣候極值的高質(zhì)量的長期觀測資料(包括全球及區(qū)域性的)致使人們對各地或不同區(qū)域的ECAE及其長期變率特征還知之甚少；另一方面，從理論上對于極端氣候成因機(jī)制及其模擬試驗和預(yù)測模型的研究都還處于起步階段。雖然20世紀(jì)90年代以來，不少學(xué)者已注意到平均氣候變化與極端氣候的關(guān)系，但其研究還缺乏系統(tǒng)性和深度。

2000年許多學(xué)者發(fā)出了“關(guān)于加強(qiáng)極端天氣氣候事件長期觀測變率及其未來變率預(yù)測的研究”的聯(lián)合呼吁。正在執(zhí)行中的CLIVAR的主要任務(wù)之一就是確定氣候變率的區(qū)域型態(tài)，而在一定的統(tǒng)計分布型條件下，極端氣候異常事件的許多統(tǒng)計特征量(如頻率，強(qiáng)度等)與平均氣候及其變率的非線性關(guān)系已經(jīng)有了相當(dāng)多的理論基礎(chǔ)(如極值分布理論，統(tǒng)計分布函數(shù)的熵理論，平穩(wěn)過程的交叉理論等)，各種氣候數(shù)值模式模擬的最新結(jié)果也表明，模擬的平均氣候場及變率有相當(dāng)?shù)目煽啃?，在給定的初邊值條件下作第二類氣候預(yù)報(氣候強(qiáng)迫敏感性試驗)與觀測結(jié)果已相當(dāng)一致。因而，借助于優(yōu)良的氣候數(shù)值模式輸出結(jié)果，預(yù)測各種條件期望氣候情景下，出現(xiàn)降水、氣溫ECAE災(zāi)害的風(fēng)險(概率)及其區(qū)域型態(tài)已具備必要的理論基礎(chǔ)。 2100433B

極端氣候災(zāi)害舉例

1.1430年歐洲進(jìn)入小冰期（冰期即拉尼娜現(xiàn)象）。2.1703年英國有記錄以來最嚴(yán)重的一次暴風(fēng)雨“大風(fēng)暴”毀壞了許多城鎮(zhèn)，造成陸地上123人死亡，另外8000人在海水中淹死。3.1815年有史記錄以來最大的一次火山噴發(fā)——印度尼西亞塔姆波拉噴發(fā)，導(dǎo)致1816年整年都沒有夏季4.1974年澳大利亞北部的達(dá)爾文鎮(zhèn)幾乎被熱帶風(fēng)暴特蕾西徹底摧毀。5.2005年卡特里娜颶風(fēng)襲擊了新奧爾良市。

極端天氣氣候事件是指天氣（氣候）的狀態(tài)嚴(yán)重偏離其平均態(tài)， 在統(tǒng)計意義上屬于不易發(fā)生的事件。通俗地講，極端天氣氣候事件指的是50年一遇或100年一遇的小概率事件。隨著全球氣候變暖，極端天氣氣候事件的出現(xiàn)頻率發(fā)生變化，呈現(xiàn)出增多增強(qiáng)的趨勢。 2007年聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）公布的最新評估報告表明，過去50年中，極端天氣事件特別是強(qiáng)降雨、高溫?zé)崂说葮O端事件呈現(xiàn)不斷增多增強(qiáng)的趨勢，預(yù)計今后這種極端事件的出現(xiàn)將更加頻繁。世界氣象組織對極端事件發(fā)表聲明，不僅全球各地的極端事件明顯增多，而且分布范圍很廣，包括東南亞地區(qū)的強(qiáng)降雨、6月份海灣地區(qū)發(fā)生的前所未有的強(qiáng)熱帶風(fēng)暴和中國南部地區(qū)發(fā)生的強(qiáng)降雨及洪水、5至7月在英國發(fā)生的洪水、東南歐和俄羅斯的熱浪、南非和南美一些地區(qū)非同尋常的降雪等。

極端溫度絕對閾值與相對閾值

氣候的定義從其本質(zhì)上看是與某種天氣事件的概率分布有關(guān)，當(dāng)天氣的狀態(tài)嚴(yán)重偏離其平均態(tài)時可認(rèn)為是不易發(fā)生的事件, 在統(tǒng)計意義上可稱為極端事件。極端事件并無統(tǒng)一定義，氣候極值變化研究多采用閾值法， 超過閾值的被認(rèn)為是極值，該事件可認(rèn)為是極端氣候事件。一般將閾值分為絕對閾值和百分比閾值兩種，絕對閾值是指選取某一固定值作為極端事件中極值的閾值，氣象上通常將日最高溫度在35e 以上的日數(shù)稱為高溫日數(shù)，將日最低溫度低于0e的日數(shù)作為霜凍日數(shù)。百分比閾值方法則是從概率統(tǒng)計的角度來定義極端事件，該方法所定義的極端事件即為統(tǒng)計意義上的小概率事件，其極端程度一般對應(yīng)于90%或10% 的累積頻率 。

極端溫度極端溫度指數(shù)分類

極端溫度指數(shù)可分為極端冷指數(shù)和極端暖指數(shù)兩類，有學(xué)者推薦使用6個極端溫度指數(shù)，其中包括絕對閾值定義下的霜凍天指數(shù)和高溫天指數(shù)以及百分比閾值定義下的暖日指數(shù)、暖夜指數(shù)、冷日指數(shù)、冷夜指數(shù)4 個極端溫度指數(shù)。