过去500年黄淮海地区极端气候事件变化及其预警意义

Climate extremes are becoming one of the hot topics. Recently, most studies on extreme climate events have been focused mainly on changes in climate extremes and their magnitudes by using instrumental data during the observational periods. However, climate extremes in the historical periods have not been as well understood. In this project, the extreme cold winter events, hot summer events, extreme drought and flood events will be defined as those with occurrence probabilities lower than a certain percentile of the probability density function, based on the modern instrumental observation data and disaster records over the Huang-Huai-Hai region during the instrumental periods. Subsequently, after analyzing the impacts of these extreme events on human life and agriculture, index systems will be reconstructed to identify historical extreme events. Using these indexes, the chronicles of these extreme events, which is homogenous and comparable between the historical and observational periods, will be reconstructed based on records obtained from official histories, local gazettes, and weather diaries during the past 500 years. Changes in the frequencies of extreme events under different time scales will be analyzed using statistical methods. In addition, possible early warnings of changes in regional extreme events for future climate change will be identified by analyzing the climatic background with higher frequency periods or background of typical events. This project will provide scientific basis and valuable references for adapting to future climate change, especially to extreme climate change.

极端气候事件是当前学术界关注的热点之一。目前极端气候事件的研究主要集中于器测时期气候要素极值的变化，缺少辨识历史时期极端事件的指标体系，极端事件与气候变化的关系也存在争议。项目拟以黄淮海地区的现代仪器观测记录和灾情统计资料为基础，采用事件发生概率密度函数小于某一临界阈值的标准确定器测时期的极端冷冬、炎夏和极端旱涝事件；通过分析这些极端气候事件对农业生产和人类生活的影响，构建能够辨识历史时期极端事件的指标体系；根据正史、地方志和历史天气日记中的气候异常及灾害影响记录，采用古今极端事件影响程度对比的方法，建立黄淮海地区过去500年能够衔接历史和器测时期的极端冷冬、炎夏和旱涝事件年表；采用统计方法分析不同时间尺度下极端气候事件的频次变化，并通过分析极端事件多发时段及典型事件的气候背景，诊断区域极端气候事件变化对未来气候变化的预警意义；可为适应未来气候(尤其是极端气候)变化提供参考依据和科学基础。

历史时期极端气候事件变化及其与气候变化的关系是当前气候变化研究的热点领域之一。项目利用最新搜集的历史文献记录和近、现代仪器观测资料，在复原1501-2010年黄河中下游地区温度变化的基础上，以现代气温、降水观测资料为基础，依据“事件发生概率≤10%”的标准，确定了1951-2010年黄淮海地区极端冷冬、干旱和洪涝事件，构建了辨识历史时期极端气候事件的指标体系。然后根据历史事件严重程度与现代同类型事件严重程度的对比，建立了能够与现代器测记录相衔接和对比的极端气候事件年表，并分析了过去510年极端气候事件变化及其对气候变化的响应。结果表明：(1) 1501-2010年黄河中下游地区气候经历了三个相对温暖期和两个相对寒冷期，且出现多次快速升温和降温过程；20世纪后期温暖程度和变化速率均未超过以前水平。(2) 项目共辨识75次极端冷冬事件，其中1651-1700年与1801-1850年极端冷冬事件最多，1701-1750年及1751-1800年极端冷冬事件发生频率最低；黄淮海地区1501年以来共94年发生极端旱涝事件，其中52年大旱，42年大涝。17世纪、19世纪后半叶，及20世纪极端干旱事件多发；17世纪上半叶、18世纪极端雨涝事件发生频率相对较高，16世纪和20世纪上半叶未发生严重雨涝事件。(3) 过去510年黄淮海地区冷暖变化与极端冷冬事件发生频率基本对应：17世纪与19世纪相对较冷，极端冷冬事件相对多发；16世纪、18世纪及20世纪气候相对温暖，极端冷冬事件也相对较少。极端旱涝事件与气候变化的关系较为复杂且阶段差异显著。总体上，除1640-1750年二者呈弱负相关外，极端干旱事件与气候变化呈正相关；1750年之前雨涝事件与气候变化正、负相关并存，1750年之后呈弱负相关。(4) 20世纪后期极端气候事件发生频率、强度以及影响范围均未超出历史时期曾经出现的同类型事件。项目的研究成果有助于辨识当前极端气候事件的历史地位，不仅可为极端气候事件的灾害风险管理提供历史借鉴，还可为人类适应未来气候变化(尤其是极端气候事件变化)提供参考依据和科学基础。