基于降水分类的极端降水与气温关系及其未来变化研究

How extreme precipitation changes under global warming is one of focuses in the climate field. The CC equation indicates that extreme precipitation exponentially increases with temperature at the rate of 7% per degree. However, historical observations show that the increasing rate greatly varies with precipitation type, location, climate regime, and season. Furthermore, extreme precipitation decreases with the increase of temperature over a certain threshold. The mechanisms behind the phenomenon remains controversial, and has not been understood well so far. This proposed project will present a new method to classify precipitation and investigate the relationship between extreme precipitation and temperature based on in-situ and satellite observations. Moreover, the proposed project will project the future change of the relationship between extreme precipitation and temperature by using the pseudo global warming method and the CMIP5 results. The broader impact of this project is high. The results from this project will help us better understand the mechanisms responsible for relationship between extreme precipitation, and provide the scientific foundation to address the flood prevention under global warming.

全球变暖背景下的极端降水变化是气候变化研究的焦点。CC关系表明，温度每升高一摄氏度，极端降水强度就会增加7%左右。然而，历史观测显示，极端降水随温度变率的变化范围非常大，随地区和季节变化剧烈；而且，温度高于一定阈值时，极端降水强度将随温度升高而下降。目前，对这些现象背后的解释还没有广泛认同的理论，极端降水-温度关系的未来变化研究刚刚起步。本项目利用中国地区暖季地面和卫星观测，提出基于基尼指数的降水空间集中度概念，并以此对降水事件进行分类，分析对流雨和层状雨条件下极端降水与温度的关系，揭示极端降水随温度变化的机理。基于当今和未来气候条件下的CMIP5模式模拟结果，利用虚拟全球变暖方法，并结合高分辨率的WRF模式，对极端降水-温度关系的未来变化进行模拟，预估中国地区极端降水变化趋势。本项目的研究成果将为理解温度影响极端降水的机理提供理论基础，并为应对全球变暖造成的极端洪涝灾害提供理论支撑。

全球变暖背景下的极端降水变化是气候变化研究的焦点。CC关系表明，温度每升高一摄氏度，极端降水强度就会增加7%左右。然而，历史观测显示，极端降水随温度变率的变化范围非常大，随地区和季节变化剧烈；而且，温度高于一定阈值时，极端降水强度将随温度升高而下降。目前，对这些现象背后的解释还没有广泛认同的理论。本项目创造性地提出一种基于基尼系数思想的降水时间集中度和空间集中度指标。这两种指标的定义都是在降水事件尺度，采用了同样的概念和同样的框架。研究表明，不管在时间维度还是在空间维度，降水都会随着温度升高而更加集中。这种增强作用不会随降水强度大小和降水持续时间长短而改变。温度对降水时间集中度的影响与对空间集中度的影响有所不同：时间集中度随升温而增强，至24℃时达到最大，继续升温并不能进一步增强降水的时间集中度；空间集中度会随着升温持续增强。降水时间集中度和温度的关系与极端降水和温度的关系有非常一致的地方：都是在24℃附近达到峰值。研究给我们解释极端降水和温度的峰值关系提供了新的视角。项目的研究成果将为理解在全球变暖背景下极端降水的变化规律提供理论基础，并为应对未来不断增强极端洪涝灾害提供理论支撑。