如何定义极端事件

翟盘茂关于极端天气气候指数定义的一些思考问题•为什么要定义极端事件指数？•如何定义极端事件？•如何衡量气候是否更加极端化了？•极端事件与气象灾害有什么差异？•极端事件指数研究的未来思考？为什么定义极端指数？1、气候变化研究需要•气候变化信号检测•极端事件变化成因研究•与模式结果比较•预估2、事件监测、预警与影响（灾害）评估如何定义极端事件？当某地的气候状态严重偏离其平均态时，就可以认为是不易发生的事件。在统计意义上，不容易发生的（值）事件就可以称为极端（值）事件。最低的5%最高的5%按照当地的某种观测资料的边缘分布来确定极端事件ExtremeEvent•Extremeeventisgenerallydefinedastheoccurrenceofavalueofaweatherorclimatevariableabove(orbelow)athresholdvalueneartheupper(orlower)ends(“tails”)oftherangeofobservedvaluesofthevariable”.(SREX)基于逐日资料的极端降水与温度的定义绝对（Tmax≧35C，日降水量≧50mm）•Absolutethresholdscanalsobeusedtoidentifyextremeevents(e.g.,specificcriticaltemperaturesforhealthimpacts).TemperatureExtremeIndicesIndexDescriptionHotdayNo.ofdayswithTmaxabove35℃FrostdayNo.ofdayswithTminbelow0℃WarmdayNo.ofdayswithTmaxabove1961-1990mean95thpercentileofthesamedayCooldayNo.ofdayswithTmaxbelowthe1961-1990mean5thpercentileofthesamedayWarmnightNo.ofdayswithTminabovethe1961-1990mean95thpercentileofthesamedayCoolnightNo.ofdayswithTminbelowthe1961-1990mean5thpercentileofthesameday极端温度指数的定义相对（Tmax≧95thpercentile，Tmin≧95thpercentile）TemperatureExtremeIndicesIndexDescriptionHotdayNo.ofdayswithTmaxabove35℃FrostdayNo.ofdayswithTminbelow0℃WarmdayNo.ofdayswithTmaxabove1961-1990mean95thpercentileofthesamedayCooldayNo.ofdayswithTmaxbelowthe1961-1990mean5thpercentileofthesamedayWarmnightNo.ofdayswithTminabovethe1961-1990mean95thpercentileofthesamedayCoolnightNo.ofdayswithTminbelowthe1961-1990mean5thpercentileofthesameday相对阈值•无参数方法估计•参数化方法估计无参数方法•简单的排序方法实用易于理解不受错误资料影响极端温度的影响作用示意图（a）平均温度升高引起更多的酷热天气（b）变率增大引发更多的酷热天气（c）平均温度升高且方差增大导致更多的酷热天气。长春-0.010.040.090.140.190.240.290.340.390.44020406080100样本频率概率密度北京-0.010.040.090.140.190.240.290.340.39020406080100样本频率概率密度上海-0.010.040.090.140.190.240.290306090120150样本频率概率密度广州-0.010.040.090.140.190.240.290.340306090120150样本频率概率密度兰州-0.010.040.090.140.190.240.290.340.390.44020406080100样本频率概率密度成都-0.010.040.090.140.190.240.290.340.390.440306090120150样本频率概率密度乌鲁木齐-0.010.040.090.140.190.240.290.340.390.440.49020406080100样本频率概率密度代表台站的雨日降水量的样本频率曲线与Γ分布函数拟合的概率密度曲线比较均为偏态，随着降水量的增加其频率降低。Γ分布函数拟合的极端降水量阈值日极端降水量阈最大值位于华南沿海和长江下游部分地区，达到40mm以上。最小值在西北地区，10mm以下。（年）单位：mm•Definitionsofthresholdsvary,butvalueswithlessthana10%,5%or1%orevenlowerchanceofoccurrenceduringaspecifiedreferenceperiod(generally1961-1990)areoftenused.•相对阈值的百分位数取决于研究需要，一般来说，对气候变化需要的极端值不宜取得太极端！JointCCl/CLIVAR/JCOMMExpertTeam(ET)onClimateChangeDetectionandIndices(ETCCDI)•27Coreindices•Formoderateextremes极端气候指数分类（一）、与降水有关类类别指数意义总量、频率和强度PRCPTOT年总降水量SDII雨强指数RX1day日最大降水量绝对阈值R01雨日数（≥1mm降水日数）R10mm中雨日数（≥10.0mm降水日数）R20mm大于20mm降水日数（≥20.0mm降水日数）R25大雨日数（≥25.0mm降水日数）R50暴雨日数（≥50.0mm降水日数）R100大暴雨日数（≥100.0mm降水日数）相对阈值R95p气候标准期内第95%位的日降水量R99p气候标准期内第99%位的日降水量R95pTOT日降水量大于R95p的年累计降水量R99pTOT日降水量大于R99p的年累计降水量持续性（无）降水RX5day连续5日最大降水量CDD最长持续干旱时间（日降水量小于1mm的最大持续日数）CWD最长持续降水日数（日降水量大于1mm的最大持续日数）（二）、与温度有关类类别指数意义相对阈值极端高低温（日数）TN10p10%位最低气温日数百分率TN50p50%位最低气温日数百分率TN90p90%位最低气温日数百分率TX10p10%位最高气温日数百分率TX50p50%位最高气温日数百分率TX90p90%位最高气温日数百分率持续性高低温事件WSDI异常暖持续指数CSDI异常冷持续指数FD霜冻天数（一年中最低气温小于0℃的天数）GSL生长期：北半球从1月1日（南半球为7月1日）开始，连续6天日平均气温大于5℃的日期为初日，7月1日（南半球1月1日）以后连续6天日平均气温小于5℃的日期为终日，初日和终日之间的日数为生长期。）ID冰封日数（一年中最高气温小于0℃的天数）日年较差DTR月平均日较差•manymoreforsnow,drought,etc.•returnvaluesformorerareextremes(basedonGEVanalysisforconsecutive20yrperiods)•factsheetsforsignificantweathereventsfromthepast(impactingenergy,health,disasters,water,etc.)（三）、其它类别指数意义其它类Hd冰雹日数Wd大风日数DSd沙尘暴日数TYd热带气旋个数Fd雾日数LSd雷电日数CW寒潮次数•基于单要素的极端事件•基于多要素的综合性的极端事件•基于高影响的极端事件例如，1998年夏季我国南方各地盛夏高温酷暑天气显著，以温州为代表站进行分析。051015202530354045123456789101112月度最高温度气候平均值第5个百分位值第95个百分位值暖昼、冷昼以处于1975年的华南寒潮影响区的汕头为例来分析在此次寒潮过程中汕头站的最低气温分布情况051015202530123456789101112月度最低温度气候平均值第5个百分位值第95个百分位值暖夜、冷夜按照相对于当地日降水最强的5%事件进行强降水定义，其分布见下图。这样避免了以50mm/d定义对西部地区应用的不足。30mm/day极端降水事件在我国南方地区和西部地区明显增多！MoreExtremeevents综合性极端事件•SomeExtremesmaynotnecessarilybeinducedbyextremesinmeteorologicalvariables(precipitation,temperature)butmaybetheresultofanaccumulationofmoderateweatherorclimateevents.•干旱，低温雨雪冰冻式中:α、γ、β为权重系数，分别取0.4、0.8、0.4。当近10天降水量大于近5天可能蒸散量时，认为干旱缓解，即Ci=0.5*Ci；当某地常年年降水量小于200毫米时，该地区为常年干旱,不做实时干旱监测，认为干旱等级正常，即Ci=0.湿润度:气象干旱综合指数CI标准化降水指数：Z3(30天)、Z9(90天）EEPM3933ZMZCiPalmer指数•Palmer，•基于土壤水平衡原理，物理意义清晰NENENESSWTibetENWWNW809010011012013020304050Palmer干旱指数反应出干旱范围在华北、东北和西北东部地区显著扩大！逐日资料：平均气温最高气温最低气温降水量相对湿度平均风速日照时数•如何衡量气候是否更加极端化了？CEI（综合极端事件指数）•月平均最高气温•月平均最低气温•1日极端强降水•无雨日数•干旱指数•5个指标合成(Karl,etal,1996)•不同极端事件不能简单相加！任国玉等（2010）极端天气气候指数定义变化趋势寒潮指来自高纬度地区的寒冷空气，造成沿途地区剧烈降温、大风和雨雪天气。寒潮次数减少霜冻因最低气温降到0℃或0℃以下而使植物受害的灾害天气霜冻日数减少高温热浪连续5天≥35℃高温≥35℃的日数略趋增多，高温热浪年代际变化明显极端强降水日降水量超过当地有雨日第90%分位值得界限长江及以南趋强趋多；华北强度减弱，频数减少；西北西部趋于频繁连阴雨指初春或深秋时节连续几天甚至经月阴雨连绵、寡照的寒冷天气东部显著减少，西部略有增加干旱指某时段内降水偏少、天气干燥、蒸发量增大导致作物生长困难的现象中国北方干旱加剧热带气旋发生在热带或副热带洋面上，具有有组织的对流和确定气旋性环流低层风速≥10.8m/s的非锋面性涡旋生成和登陆的热带气旋呈减少趋势沙尘暴强风将地面大量沙尘吹起，使大气浑浊,水平能见度小于1000m日数呈减少趋势冰雹出现降雹天气日数趋于减少大风风速≥17m/s风大风日数趋于减少雾近地面的空气层中悬浮着大量微小水滴(或冰晶),使水平能见度降到1km以下的天气雾日减少霾近地面的空气中悬浮着大量颗粒，空气的能见度下降到10km以下的天气现象霾日增多雷电出现闪电天气雷电日数减少•其他极端事件如何考虑？•时空问题如何考虑？•。。。。。•极端天气气候事件≠气象灾害•气象灾害指气象原因引起和社会经济损失和人员伤亡.•灾害还受到有其社会因素的影响•需要建立高影响的极端事件指数•Theidentificationanddefinitionofextremeeventsthatarerelevantfro