一种分离时间尺度的统计降尺度模型的建立和应用——以华北汛期降水为例

针对预报量变化中存在受不同物理因子控制的不同时间尺度变率特征, 本文提出了分离时间尺度的统计降尺度模型。应用滤波方法, 将不同尺度的变率分量分开, 在各自对应的时间尺度上利用不同的大尺度气候因子分别建立降尺度模型。华北汛期 (7～8月) 降水具有年际变率和年代际变率, 本文以华北汛期降水为例利用分离时间尺度的统计降尺度模型进行预测研究。采用的预报因子来自海平面气压场、 500 hPa位势高度场、 850 hPa经向风场和海表温度场以及一些已知的大尺度气候指数。利用基于交叉检验的逐步回归法建立模型。结果表明, 年际尺度上, 华北汛期降水与前期6月赤道中东太平洋海温以及同期中国东部的低层经向风密切相关; 年代际尺度上, 在东印度洋—西太平洋暖池海温的作用下, 华北降水与前期6月西南印度洋海平面气压有同步变化关系。年际模型和年代际模型的结果相加得到对总降水量的降尺度结果。1991～2008年的独立检验中, 模型估计的降水和观测降水的相关系数是0.82, 平均均方根误差是14.8%。结合模式的回报资料, 利用降尺度模型对1991～2001年的华北汛期降水进行回报试验。相比于模式直接预测的降水, 降尺度模型预测的结果有明显改进。改进了模式预测中年际变率过小的问题, 与观测降水的相关系数由0.12提高到0.45。     

1961～2017年雅鲁藏布江河谷地区夏季气候暖干化趋势

基于1961～2017年青藏高原腹地雅鲁藏布江河谷地区4个站（拉萨、日喀则、泽当和江孜）夏季（6～8月）月平均气温、降水和相对湿度等观测资料,分析了该地区夏季气候年际和年代际演变特征,并探讨了气温、降水和相对湿度在年际和年代际时间尺度上的相互关系以及与总云量和地面水汽压的联系。结果表明:（1）1961～2017年该地区夏季气候出现了暖干化趋势。气温（相对湿度）显著升高（下降）,降水趋势变化不明显;本世纪初气温（相对湿度）均发生了显著的突变。（2）该地区夏季气候因子间在年际和年代际时间尺度上存在密切关系:气温与相对湿度和降水均存在明显的负相关,降水与相对湿度为正相关。（3）该地区夏季气候因子间的年际和年代际变化与同期总云量和地面水汽变化有关。1961～2017年总云量持续减少是气温显著升高的主要原因之一,气温的显著升高和降水变化不明显又造成了相对湿度的显著下降。     

大洋间SST遥联与亚太夏季风异常的关系

用奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)方法,给出了四季年代际和年际时间尺度上北大西洋和北太平洋海表温度(Sea Surface Temperature,SST)的显著遥相关.用SVD主模态时间系数构造了海温异常指数Ⅰ,分析了它们与同期亚太夏季风和我国东部夏季降水异常的关系.结果表明:两大洋间的SST遥联在年际、年代际时间尺度上都与亚太夏季风相关,其中,年际尺度的两大洋SST遥联与长江流域的降水存在显著相关.     

佛山降水变化的小波特征

文章利用Morlet连续小波变换分析了佛山市1957－2000年降水的多时间尺度变化特征，结果显示，佛山市44年降水变化的能量主要集中在较小时间尺度的演变上，因此旱年或涝年的形成与较小时间尺度的周期振荡关系密切，自20世纪90年代以来，佛山市降水主要表现为年际尺度的周期变化，而年代际尺度的周期信号不明显，年际尺度周期的小波系数的零点就是突点，而年代际尺度周期不一定存在这种对应关系。     

基于时间尺度分离的中国东部夏季降水预测

基于时间尺度分离,利用NCEP第2代气候预测系统 (CFSv2) 每年4月起报的夏季月平均预测资料, 结合实际观测资料和再分析资料,对江淮流域及华北地区夏季降水距平百分率进行降尺度预测。将预测量和预测因子分为年际分量和年代际分量,在两个时间尺度上分别建立降尺度模型,两个预测分量之和为总预测量。对1982—2008年拟合时段的夏季降水距平百分率的回报结果表明:降尺度预测结果相对于原始模式结果预测技巧显著提高。降尺度预测与实况降水在江淮流域和华北地区的空间相关系数最大值超过0.8,多年平均值也分别提高到0.53和0.51;时间相关在每个站点也显著增强,相关系数为0.38~0.65。对2009—2013年进行独立样本检验,结果表明:降尺度模型能较好地预测出该时段的降水异常空间型态。同时,该模型对2014年夏季降水长江以南偏多、黄淮地区偏少的分布形势也有一定预测能力。     

中国夏季月际—季节平均降水动力和统计结合实时预测模型

中国夏季降水大幅度月际尺度变化往往造成极端旱涝事件交替或转折,但其月际异常会被季节平均掩盖,影响季节尺度气候预测准确度,因此亟需考虑月际气候预测,提升月际—季节尺度气候预测准确度。本文首先采用年际增量和场信息耦合型预测方法研制中国夏季6～8月月际尺度降水动力和统计结合气候预测模型,之后根据月际尺度降水预测,开展季节平均降水预测。首先,基于前期观测信息和美国第二代气候预测系统（CFSv2）预测结果,选取前期12月观测的南太平洋中高纬关键区海温、1月北极关键区海冰密集度以及CFSv2预测系统2月起报的夏季同期关键区海温作为月际尺度降水预测因子,分别研制以上具有物理意义的单预测因子预测模型,并采用奇异值分解（SVD）误差订正方法对其改进;之后,利用多因子择优集合方案,研制预测效能较高且稳定的中国160站夏季月际尺度降水动力和统计结合预测模型,进而基于月际尺度预测开展夏季季节平均气候预测。1983～2022年夏季（6～8月）中国160站逐月降水预测模型的交叉检验结果表明：逐月回报与观测降水距平百分率的时间相关系数通过90%置信水平的站点占比分别为90%,88%,82%,多年平均的空间相关系数分...     

我国西北地区气候变化与北极涛动的交叉小波分析

运用交叉小波方法分析了近56 a来我国西北地区气候变化与北极涛动指数（AOI）、欧亚纬向环流指数之间的联系,讨论了西北地区冬季气温和夏季降水变化与同期AOI之间的多时间尺度相关。结果表明,AOI、西北地区降水和气温变化都存在着不同尺度的周期振荡,西北地区降水与AOI之间存在准3 a尺度的显著共振周期,而AOI与西北地区气温变化的多时间尺度相关表现为准2a、3-5 a和8-11 a左右的显著相关振荡且以8-11 a共振周期的凝聚性最强;AO对西北地区气温变化的影响比对降水的影响更显著,与其年代际尺度的相互作用有关。当冬季北极涛动处于正相位时,欧亚纬向环流偏强,西北地区冬季气温偏高。夏季西北地区降水变化与前期北极涛动指数异常密切相关,这对于西北地区夏季降水变化预测具有重要的参考意义。     

我国华东地区气候变化与副高指数的小波分析

根据1951～2007年华东地区逐月平均气温和降水资料,在利用连续小波变换对华东地区的降水、气温与副高指数的时频变化特征进行分析的基础上,采用交叉小波变换方法分析了华东地区近57年的气候变化与副高之间的相关关系.结果表明,华东地区气候要素与副高指数距平序列都存在着不同时间尺度的周期分量,并且各周期分量的强度是不同的.其中以2～8年尺度的年际振荡较为明显,10年以上的年代际变化以1980年为突变点.     

青藏高原冬春积雪和地表热源影响亚洲夏季风的研究进展

青藏高原冬春积雪和地表热源的气候效应是青藏高原气候动力学的两个重要内容。大量资料分析和数值试验研究均表明这两个因子对亚洲季风有一定的预测意义,本文对此做了比较系统的回顾和总结,并进一步比较了青藏高原积雪和地表热源影响东亚和南亚夏季降水的异同。结果表明,东亚夏季降水在年际和年代际尺度上均存在"三极型"和"南北反相"型的空间分布特征,高原春季地表热源在年代际和年际尺度上主要影响东亚夏季降水"三极型"模态;在年代际尺度上它是中国东部出现"南涝北旱"格局的重要原因,而高原冬季积雪的作用相反。另一方面,高原冬季积雪在年际和年代际尺度上对印度夏季风降水的预测效果均要优于高原地表热源。无论是空间分布还是时间演变特征,高原冬季积雪与春季地表热源整体上均无统计意义上的显著联系。不断完善高原地面观测网和改进模式在高原地区的模拟性能,将是进一步深入理解高原积雪和地表热源影响亚洲季风物理过程和机制的关键所在。     

近47a华南前汛期旱涝特征

采用华南61站47a（1958-2004年）前汛期（4-6月）逐日降水资料,利用统计方法对华南前汛期的旱涝特征进行了研究。结果表明：47a来华南有12个涝年和12个旱年发生,较严重的旱涝年主要发生在20世纪50年代末至70年代中期以及90年代以后;前汛期旱涝变化以2～4a的年际尺度周期最为显著;4、5月旱涝的年代际变化特征较为一致,而5月与6月在年代际尺度上具有一定的反位相变化特征;地理分布上,可将华南地区前汛期降水分为5个旱涝异常气候区。近47a来桂南、粤西和东南沿海地区呈现旱—涝—旱的变化特征,而桂北区由旱转涝趋于雨涝的趋势明显,东北部山区由涝转旱趋于干旱的趋势明显。     

郑州市近58a降雨量变化分析

采用水文序列中常用的谱分析、有序聚类分析、Kendall秩次相关检验和Man-Kendall检验等方法,分别对郑州市1951-2008年的年降雨量、汛期和非汛期降雨量序列进行周期性、突变性和趋势性检验分析,结果显示:总体上郑州市年降雨量保持平稳,但各年汛期和非汛期的降雨量分别呈现出增加和减少的趋势,而且非汛期降雨量减少的趋势性较为显著;年降雨量和汛期降雨量有较为显著的近似10 a的周期,而非汛期降雨量表现为不显著的3 a的周期;年降雨量、汛期和非汛期降雨量序列的突变点均在20世纪70年代末和80年代初,但并不显著。     

铜川市月气候预测方法

利用2011年5月1日-31日常规观测资料、Micaps资料及WS重要天气资料,运用天气学原理比较分析了2011年5月8日-10日、19日-21日山西省两次大范围的降水天气过程,给出这两次降水过程的异同点、系统演变特征、物理量诊断分析结果及预报着眼点。     

2018年1月江苏3次致灾暴雪成因对比分析

应用常规天气图资料、FY-2E 云顶亮温(TBB)资料、多普勒雷达观测资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对江苏2018年1月3—4日(简称“01·04”过程)、1月24—25日(简称“01·25”过程)和1月27—28日(简称“01·27”过程)3次暴雪过程进行了对比分析。结果表明：1)3次暴雪过程都是在500 hPa高空槽、中低层切变线、700 hPa西南急流和地面冷空气的共同影响下产生的;暴雪过程中水汽主要来源于中层,降雪期间逆温层结始终存在。2)不同之处是,“01·04”过程中层暖湿气流先形成,水汽条件更好,而后弱冷空气自低层楔入,促使暖湿气流抬升,上升运动发展更为旺盛;“01·25”过程和“01·27”过程低层先形成冷垫,而后中层暖湿气流增强沿冷垫爬升,冷垫更冷,“01·25”过程逆温更强。3)暴雪过程中TBB稳定低值期基本可以反映强降雪时段;“01·04”过程中有弱对流发展,造成降雪强度大。     

近30年西藏地区雷暴变化特征

利用西藏地区38个观测站点1979-2008年雷暴资料,采用旋转EOF分析、合成分析、小波分析及趋势分析等统计方法对西藏地区雷暴的时空变化规律进行了研究.结果表明:两藏地区以午后短时热力性雷暴为主,雷暴平均总次数存在准15年的周期变化,年雷暴平均总次数呈逐年减少趋势,2000年以后这种趋势更为明显.雷暴持续期变短,但也...     

A Simple Temporal and Spatial Analysis of Flow in Complex Terrain in the Context of Wind Energy Modelling

A simple temporal and spatial analysisis done on wind speed and direction data from a number ofmeteorological towers separated by distances between roughly 1 and 100 kilometres. The analysis is done in the context of expected model error in wind energy calculations. The study first uses single point statistics to show the evolution of mean values with time. It is shown that strong seasonal signals are present and that stable means are achieved only after averaging periods of a year or more. The study then uses discrete Fourier transforms to show that significant amounts of spectral energy reside in modes with periods of a few days to less than a day. Frequency dependent cross correlation values are then derived and used to show how correlation between towers diminishes with increasing frequency. The mechanism responsible for this diminished correlation is shown through the comparison of cross-correlation phase as a function of frequency and its relationship to distance between towers. Error in wind energy estimates are shown to be strongly related to correlation and therefore distance over which the prediction is made. In summary, much of the inaccuracy in modelling flow in the context of wind energy calculations is due to a lack of scale separation between the deterministic part of the flow, which is well modelled, and that part of the flow that is stochastic at the length and time scales modelled.     

南京市大气能见度的变化趋势及特征

利用南京国家气候基准站1980—2008年能见度、相对湿度和天气现象等气象要素资料,剔除气象因素对能见度影响,采用百分位分析法、等级分析法和Ridit分析法,分析了由于空气污染造成南京地区大气能见度的变化趋势。结果表明,近30 a来,南京市年平均和四季大气能见度整体显著下降,但其中“较差”和“一般”能见度出现频率显著上升,“较好”能见度则明显下降;四季能见度及其分布均呈现春、夏季节变化不同,秋、冬季节变化显著的特点;能见度呈逐年代降低但降幅减缓;能见度季节差异也呈逐年代减小趋势;此外,冬季能见度早在1987年起变差;并且本世纪以来,冬季能见度以“较差”和“一般”为主,其余三季均是以“一般”为主。     

西安市夏季空气颗粒物污染特征及来源分析

大气颗粒物一直是西安市的主要污染物,多年监测的TSP日均浓度值均超过国家二级标准限值150 μg/m3。1996年夏季在西安市南郊陕西省委党校设立监测点,使用步进式时间序列自动采样仪对当地空气颗粒物进行了4天24小时连续采样,使用PIXE对采到的32个样品进行元素分析,每个样品分析出14～16种元素。各种元素浓度随时间变化趋势基本一致,主要受气象条件的影响,降雨对空气颗粒物各元素浓度有明显抑制作用。富集因子分析表明,西安市空气颗粒物不仅受地壳物质的影响,还受到一定程度人为污染的影响。元素浓度的因子分析表明,西安市夏季颗粒物主要有4种来源：地壳物质、有色治炼、燃煤排放源和化工制药业。     

通辽地区雷暴特征的分析

文章利用通辽地区10个站点1971—2007年37a逐日雷暴统计资料,建立雷暴日数及雷暴次数的时间序列。通过趋势分析、小波分析等统计方法对通辽地区的雷暴特征进行分析,得出了通辽地区雷暴的地理分布特征、年代际及年际变化特征、月际变化特征、日变化特征、初雷和终雷日及持续期变化特征、震荡周期性等结果。     

近51 a安阳市降水特征分析

采用小波分析和滑动t检验等方法,对安阳市1961-2011年的降水资料进行分析研究,结果表明：1）安阳各站降水量变化趋势基本一致。夏季降水量和年降水量具有相同的变化趋势和位相,全市暴雨总日数变化与夏季降水量变化较一致,月降水量相对变率与月降水量百分比率在年内分布位相相反,最长连续有降水日数与最长连续无降水日数的年际变化基本上处于反相。2）安阳市降水日变化呈双峰双谷型,月降水量以7-8月为中心呈正态分布。3）春、秋、冬三季有效降水日数与降水量相关性较好,夏季降水量与暴雨日相关密切,暴雨对夏季降水量贡献显著。4）降水突变不明显。5）季、年降水量和降水日数存在多时间尺度特征,大尺度的周期变化嵌套着小民度的周期变化,不同的时间尺度对应的降水结构或日数增减不同。安阳市年降水量第1主周期为26a,年平均有效降水日数主周期为21a,暴雨日数主周期是19a,最长连续有（无）降水日数主周期是21a。     

长江中下游沿江地区夏季旱涝分型及预测

对1961-2000年长江中下游沿江地区8个站夏季（6-8月）累积降水距平进行EOF分析，根据有三个特和下向量将长江中下游沿江地区旱涝趋势异常分成4种主要空间型：旱型、涝型、东旱西涝型、东涝西旱型。并在此基础上，分析了它们与500hPa高度场异常的同时，时滞关系，得到一些对长江中下游沿江地区汛期旱涝异常预测有意义的结果。