近62 a甘肃极端降水特征及其关键影响因子

doi:10.11755/j.issn.1006-7639-2025-05-0745

干旱气象 ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (5): 745-758.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-05-0745

近62 a甘肃极端降水特征及其关键影响因子

王鑫¹(), 杨金虎²(), 王朋岭³, 黄鹏程¹, 卢国阳¹, 胡婕¹

1.兰州区域气候中心，甘肃兰州 730020
2.中国气象局兰州干旱气象研究所，甘肃兰州 730020
3.国家气候中心，北京 100081

收稿日期:2025-04-22 修回日期:2025-09-11 出版日期:2025-10-31 发布日期:2025-11-09
通讯作者: 杨金虎（1974—），男，甘肃会宁人，研究员，主要从事干旱气候变化及影响研究。E-mail：yjh740701@163.com。
作者简介:王鑫（1992—），男，甘肃和政人，工程师，主要从事干旱气候变化及影响研究。E-mail：wangx_10@lzu.edu.cn。
基金资助:
甘肃省科技重大专项(25ZDFA011);国家自然科学基金面上项目(42375039);中国气象局气候变化专项(QBZZ202510);甘肃省青年科技基金计划项目(21JR7RA709);甘肃省气象局项目(Ms2023-13);甘肃省气象局项目(2425rczx-C-QNYXRC-01);干旱气象科学研究基金项目(IAM202302)

Spatial-temporal variation of extreme precipitation and its key influencing factors in Gansu Province over the past 62 years

WANG Xin¹(), YANG Jinhu²(), WANG Pengling³, HUANG Pengcheng¹, LU Guoyang¹, HU Jie¹

1. Lanzhou Regional Climate Center， Lanzhou 730020， China
2. Lanzhou Institute of Arid Meteorology， China Meteorological Administration， Lanzhou 730020， China
3. National Climate Center， Beijing 100081， China

Received:2025-04-22 Revised:2025-09-11 Online:2025-10-31 Published:2025-11-09

摘要/Abstract

摘要：

全面认识极端降水时空特征、探究其关键影响因子，有助于更好地防御极端降水带来的不利影响。利用1961—2022年甘肃58个国家基本气象站均一化逐日降水数据，选取12个极端降水指数，分析甘肃极端降水时空特征；并运用地理探测器，量化大尺度气候因子对极端降水的贡献率。结果表明：1）近62 a甘肃持续干燥和湿润日数呈减少趋势，其余表征极端降水强度、频次的指数以不显著上升为主，强降水事件频次上升速率最大，达2.38 次·（10 a）^-1；河西地区极端降水呈显著增多增强趋势，并主要在2010年前后突变增多；甘肃强降水事件出现在3—11月，以7月和8月最多最强，强降水呈增多增强趋势的月份居多，且以6月上升速率最大。2）极端降水指数呈上升趋势的站点主要出现在河西地区大部、兰州大部、白银中北部、临夏、陇东地区东南部和陇南南部。3）热带印度洋全区一致海温模态和东部型ENSO指数分别对河西（29%）和河东（33%）地区极端降水贡献率最大；热带印度洋海温增暖有利于河西地区极端降水增多增强，而东部型厄尔尼诺事件不利于河东地区极端降水发生发展；此外，双因子交互作用对极端降水的贡献率明显大于单因子作用。

关键词: 甘肃, 极端降水, 时空特征, 大尺度气候因子

Abstract:

A comprehensive understanding of the spatio-temporal characteristics of extreme precipitation and exploring its key influencing factors can help better defend against the adverse effects of extreme precipitation. Based on the standardized daily precipitation data from 58 national meteorological stations in Gansu Province from 1961 to 2022, the spatio-temporal characteristics of extreme precipitation in Gansu Province were analyzed by using 12 extreme precipitation indices, and the contribution rate of large-scale climate factors to extreme precipitation was quantified using the Geodetector. The results are as follows: 1) In the past 62 years, the consecutive dry days (CDD) and consecutive wet days (CWD) in Gansu Province showed a decreasing trend, while the other indices representing intensity and frequency of extreme precipitation showed mainly insignificant increases. The frequency of extreme precipitation events had the highest increasing rate of 2.38 times·(10 a)^-1. The extreme precipitation presented a significant increasing and intensifying trend, with an abrupt change detected around 2010 in the Hexi region. The extreme precipitation events in Gansu Province occurs from March to November, especially in July and August. The months with an increasing and strengthening trend of extreme precipitation are predominant, and in June the rate of increase is the maximum. 2) The stations where the extreme precipitation indices showed an increasing trend are mainly located in the most of Hexi region and Lanzhou, the central and northern parts of Baiyin, Linxia, the southeastern part of Longdong region, and the southern part of Longnan. 3) The Indian Ocean Basin-Wide Index and Nino Eastern Pacific index contribute the most to extreme precipitations in the Hexi region (29%) and the Hedong region (33%), respectively. The warming of sea surface temperature in the tropical Indian Ocean is conducive to an increase and intensification of extreme precipitation in the Hexi region, while the Eastern Pacific El Niño event is unfavorable for the occurrence and development of extreme precipitation in the Hedong region. Moreover, the contribution rate of two-factor interaction to extreme precipitation is significantly greater than that of single-factor action.

Key words: Gansu Province, extreme precipitation, spatial-temporal variation, large-scale climate factors

中图分类号:

P467

王鑫, 杨金虎, 王朋岭, 黄鹏程, 卢国阳, 胡婕. 近62 a甘肃极端降水特征及其关键影响因子[J]. 干旱气象, 2025, 43(5): 745-758.

WANG Xin, YANG Jinhu, WANG Pengling, HUANG Pengcheng, LU Guoyang, HU Jie. Spatial-temporal variation of extreme precipitation and its key influencing factors in Gansu Province over the past 62 years[J]. Journal of Arid Meteorology, 2025, 43(5): 745-758.

图/表 12

图1 气象站点分布

Fig.1 The distribution of meteorological stations

表1 研究选取的大尺度气候因子

Tab.1 Selected large-scale climate factors in the study

因子类型	因子名称	英文名称	英文简称
大气环流指数	西太平洋副高面积指数	Western Pacific Subtropical High Area Index	WPSHA
	西太平洋副高脊线位置指数	Western Pacific Subtropical High Ridge Position Index	WPSHRP
	南海副高面积指数	South China Sea Subtropical High Area Index	SCSSHA
	南海副高脊线位置指数	South China Sea Subtropical High Ridge Position Index	SCSSHRP
	西藏高原-2指数	Tibet Plateau Region-2 Index	TPR-2
	亚洲纬向环流指数	Asian Zonal Circulation Index	AZI
	亚洲经向环流指数	Asian Meridional Circulation Index	AMI
	北极涛动指数	Arctic Oscillation Index	AO
	北大西洋涛动指数	North Atlantic Oscillation Index	NAO
	太平洋—北美遥相关型指数	Pacific/ North American Pattern Index	PNA
海表温度指数	大西洋多年代际振荡指数	Atlantic Multi-decadal Oscillation Index	AMO
	东部型ENSO指数	Nino Eastern Pacific Index	NEP
	中部型ENSO指数	Nino Central Pacific Index	NCP
	热带印度洋全区一致海温模态指数	Indian Ocean Basin-Wide Index	IOBW
	热带印度洋海温偶极子指数	Tropic Indian Ocean Dipole Index	IOD

表2 极端降水指数及其定义

Tab.2 Extreme precipitation indices and their definitions

类型	简称	名称	定义	单位
ETCCDI 指数	CDD	持续干燥指数	日降水量<1 mm的最长连续日数	d
	CWD	持续湿润指数	日降水量≥1 mm的最大持续日数	d
	PRCPTOT	年降水总量	日降水量≥11 mm的年累积降水量	mm
	SDII	日降水强度	降水量≥1 mm的总量与日数之比	mm·d^-1
	Rx1day	最大1 d降水量	年最大日降水量	mm
	Rx5day	最大5 d降水量	年最大连续5 d的降水量	mm
	R10mm	大雨日数	日降水量≥10 mm的总日数	d
	R20mm	极端大雨日数	日降水量≥20 mm的总日数	d
	R95p	强降水总量	日降水量>95%分位值的年累积降水量	mm
补充指数	R95n	强降水频次	日降水量>95%分位值的年累积次数	次
	R95i	强降水强度	R95p与R95n之比	mm·次^-1
	R95c	强降水贡献率	R95p占PRCPTOT的比重	%

图2 1961—2022年甘肃省、河西及河东地区极端降水指数变化趋势（点线为年际变化，虚线为线性变化趋势，粗实线为9 a滑动平均）

Fig.2 Temporal trends of extreme precipitation indices in Gansu Province, Hexi and Hedong regions during 1961-2022 (Dotted lines indicate the interannual variation, dashed lines indicate the linear trend, thick solid lines indicate the 9-year moving average)

表3 1961—2022年甘肃省、河西及河东地区极端降水指数气候倾向率

Tab.3 Climate tendency rates of extreme precipitation indices in Gansu Province， Hexi and Hedong regions during 1961-2022

区域	CDD/ [d·（10 a）^-1]	CWD/ [d·（10 a）^-1]	PRCPTOT/ [mm·（10 a）^-1]	SDII/ [mm·d^-1·（10 a）^-1]	Rx1day/ [mm·（10 a）^-1]	Rx5day/ [mm·（10 a）^-1]
全省	-0.84	-0.100*	-1.20	0.05	0.43	0.29
河东	-0.72	-0.130	-3.81	0.04	0.25	0.02
河西	-1.16	-0.002	5.09*	0.07	0.84*	0.94*
区域	R10mm/ [d·（10 a）^-1]	R20mm/ [d·（10 a）^-1]	R95p/ [mm·（10 a）^-1]	R95n/ [次·（10 a）^-1]	R95i/ [mm·次^-1·（10 a）^-1]	R95c/ [%·（10 a）^-1]
全省	-0.08	0.03	1.43	2.38	0.04	0.50
河东	-0.19	0.02	1.02	0.86	0.10	0.45
河西	0.19*	0.05*	2.40*	1.52*	0.30*	1.00*

表4 极端降水指数均值突变年份及突变前后均值差值

Tab.4 The abrupt change years of extreme precipitation indices’ mean values and the difference in mean values before and after the abrupt change

极端指数	突变年份			突变后较突变前的均值差值
极端指数	全省	河西	河东	全省	河西	河东
CDD/d	1990	2004	1990	-4.0	-4.9	-3.3
CWD/d	1987		1987	-0.5		-0.7
PRCPTOT/mm		1993			16.3
SDII/（mm·d^-1）	2011	2012	2011	0.4	0.4	0.4
Rx1day/mm	2011	2010		2.9	3.9
Rx5day/mm		1972			4.1
R10mm/d		2008	1972		0.6	-1.7
R20mm/d		2012			0.3
R95p/mm	2011	2012		17.1	11.9
R95n/次		2012			7.4
R95i/（mm·次^-1）		1993			1.0
R95c/%	2004	2012		2.5	5.1

图3 1961—2022年甘肃强降水事件降水总量（a）、频次（b）、强度（c）和贡献率（d）及其突变前后逐月分布特征

Fig.3 Monthly variations of R95p (a), R95n (b), R95i (c) and R95c (d) during 1961-2022 and before and after their abrupt changes in Gansu Province

表5 1961—2022年甘肃省、河西及河东地区各月强降水事件降水总量、频次、强度和贡献率的气候倾向率

Tab.5 The climate tendency rates of monthly R95p， R95n， R95i and R95c in Gansu Province， Hexi and Hedong regions during 1961-2022

月份	R95p/ [mm·（10 a）^-1]			R95n/ [次·（10 a）^-1]			R95i/ [mm·次^-1·（10 a）^-1]			R95c/ [%·（10 a）^-1]
月份	全省	河西	河东	全省	河西	河东	全省	河西	河东	全省	河西	河东
3	-0.02	0.01	-0.04	-0.04	0.01	-0.04	0.41	0.11	0.30	0.05	0.15	0.06
4	0.08	0.12	0.06	0.16	0.09	0.07	1.79	0.87	1.59	0.68	1.04	0.78
5	0.07	-0.18	0.17	0.19	-0.13	0.32	0.39	0.38	0.13	0.19	-0.29	0.13
6	1.29*	0.92*	1.44*	2.00	0.61*	1.39	0.61	1.48	0.66	1.77*	2.79*	1.69*
7	0.45	0.82*	0.30	0.94	0.60 *	0.34	-0.17	0.36	0.08	0.87	2.40*	1.09
8	0.18	0.05	0.24	-0.11	-0.10	-0.01	0.51*	-0.35	0.42	0.65	0.03	1.47
9	-0.98	0.77*	-1.71	-1.20	0.54*	-1.74	-0.84*	1.35*	-0.81*	-0.97	2.96*	-1.09
10	0.40	-0.10*	0.61	0.53	-0.07*	0.60	0.14	-1.31*	1.07	0.90	-1.65 *	1.13
11	-0.04	-0.01	-0.05	-0.09	-0.01	-0.08	-0.78	-0.16	-0.62	-0.28	-0.14	-0.32

图4 1961—2022年甘肃省极端降水指数气候倾向率空间分布（红色和蓝色三角分别表示上升和下降趋势，三角大小代表变化趋势大小，圆圈表示趋势通过0.05显著性检验，右上角数字表示呈某一趋势的站点数占总站点数的百分比）

Fig.4 Spatial distribution of extreme precipitation indices’ climate tendency rates in Gansu Province during 1961-2022 (The red and the blue triangles indicate the increasing and decreasing trend, respectively; the size of the triangle indicates the magnitude of the trend, the circles indicate the trends passing the significance test at 0.05; the number on the upper right corner indicates the percentage of sites with a certain trend among the total number of sites)

图5 1961—2022年河西（a）和河东（b）地区极端降水指数与大尺度气候因子之间的相关系数热图（**和*分别表示相关性通过0.01、0.05的显著性检验）

Fig.5 Heat maps of correlation coefficients between the extreme precipitation indices and large-scale climate factors in Hexi （a） and Hedong （b） regions during 1961-2022 （**and * indicate the correlation passing the significance test at 0.01 and 0.05，respectively）

图6 单个大尺度气候因子对河西（a、b、c）和河东（d、e、f）地区不同极端降水指数的贡献率

Fig.6 Contribution of single large-scale climate factor to different extreme precipitation indices in Hexi (a, b, c) and Hedong (d, e, f) regions

表6 两个大尺度气候因子交互作用对河西和河东地区不同极端降水指数的最大贡献率

Tab.6 Maximum contribution rate of the interaction of two large-scale climate factors to different extreme precipitation indices in Hexi and Hedong regions

极端降水指数	河西		河东
极端降水指数	双因子交互组合	贡献率/%	双因子交互组合	贡献率/%
CDD	$N C P ⋂ A M O$	71	$I O D ⋂ P N A$	76
CWD	$W P S H R P ⋂ A M O$	73	$N A O ⋂ I O B W$	72
PRCPTOT	$W P S H R P ⋂ P N A$	79	$I O D ⋂ I O B W$	80
SDII	$I O B W ⋂ N C P$	68	$S C S S H R P ⋂ N E P$	76
Rx1day	$W P S H R P ⋂ A M O$	82	$S C S S H R P ⋂ P N A$	78
Rx5day	$W P S H R P ⋂ A M O$	80	TPR-2 $⋂$ AO	82
R10mm	$W P S H R P ⋂ P N A$	71	TPR-2 $⋂$ PNA	78
R20mm	$I O B W ⋂ A M O$	66	$S C S S H R P ⋂ N E P$	77
R95p	$W P S H R P ⋂ A M O$	72	$S C S S H R P ⋂ N A O$	70
R95n	$N C P ⋂ S C S S H A$	72	$S C S S H R P ⋂ N A O$	72
R95i	$N C P ⋂ P N A$	70	$A M O ⋂ I O B W$	71
R95c	$N C P ⋂ W P S H A$	68	$S C S S H R P ⋂ A M O$	80

表6 两个大尺度气候因子交互作用对河西和河东地区不同极端降水指数的最大贡献率

Tab.6 Maximum contribution rate of the interaction of two large-scale climate factors to different extreme precipitation indices in Hexi and Hedong regions

极端降水指数	河西		河东
极端降水指数	双因子交互组合	贡献率/%	双因子交互组合	贡献率/%
CDD	$N C P ⋂ A M O$	71	$I O D ⋂ P N A$	76
CWD	$W P S H R P ⋂ A M O$	73	$N A O ⋂ I O B W$	72
PRCPTOT	$W P S H R P ⋂ P N A$	79	$I O D ⋂ I O B W$	80
SDII	$I O B W ⋂ N C P$	68	$S C S S H R P ⋂ N E P$	76
Rx1day	$W P S H R P ⋂ A M O$	82	$S C S S H R P ⋂ P N A$	78
Rx5day	$W P S H R P ⋂ A M O$	80	TPR-2 $⋂$ AO	82
R10mm	$W P S H R P ⋂ P N A$	71	TPR-2 $⋂$ PNA	78
R20mm	$I O B W ⋂ A M O$	66	$S C S S H R P ⋂ N E P$	77
R95p	$W P S H R P ⋂ A M O$	72	$S C S S H R P ⋂ N A O$	70
R95n	$N C P ⋂ S C S S H A$	72	$S C S S H R P ⋂ N A O$	72
R95i	$N C P ⋂ P N A$	70	$A M O ⋂ I O B W$	71
R95c	$N C P ⋂ W P S H A$	68	$S C S S H R P ⋂ A M O$	80

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近62 a甘肃极端降水特征及其关键影响因子

Spatial-temporal variation of extreme precipitation and its key influencing factors in Gansu Province over the past 62 years

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