USCRN气候基准站网布局理论在我国的应用

基于美国气候基准站网 (USCRN,US Climate Reference Network) 的均匀正三角网格布局模式,以站网对我国平均降水量和气温的方差解释量分别能够达到95%和98%为标准,利用我国2416个观测站的降水量和气温数据研究了我国气候观测站网的布局设计,得到能反映我国整体气候特征的站网最少台站数。结果表明:为显著减少全国尺度上的气候不确定性,需要新建边长为3°纬距的正三角均匀网格 (103个站点) 站网,并在全国范围内开展站址考察、总结评估和运行检验工作,才能得到新的气候基准站网;在已有气候观测系统基础上改进完善而不新建系统,则改进的气候基准站网为最接近边长为2°纬距的正三角网格分布 (229个站点),其中199个预期位置或其附近已建有观测站点,没有对应实际站点的30个预期位置主要分布在青藏高原西南大部,这些地区将是未来建站的重点。     

中国区域平均降水量序列构建方法比较研究

由于地面观测台站空间分布不均匀,运用不同区域平均技术方法研究中国降水特征和变化规律的结果存在显著差异,是区域降水变化研究不确定性的重要来源之一。本文以“中国地面与CMORPH（CPC Morphing Technique）融合逐日降水产品”作为参照值,基于中国地面2425 站观测资料,采用5种网格尺寸的经纬度网格面积加权平均方法、省面积加权平均方法、直接平均方法等计算中国区域平均降水量时间序列,比较所得序列统计属性与参照值的偏差,判别方法的优劣。分析表明,1998～2012年,2.5°网格和5.0°网格区域平均方案所得年降水量序列的变化速率和离散程度同参照值最为接近,分别是最优和次优的区域平均方案。省面积加权平均方法对多年平均年降水量的计算准确,但对年降水量变化趋势的估计效果稍差,距平百分率序列很不准确。网格过疏或过密都会使区域平均结果出现较大误差,直接平均方法的误差亦偏大,可靠性较低。     

青藏高原雨季降水凝结潜热的估算研究

利用美国NOAA系列卫星观测的青藏高原区(75°~105°E,25°~40°N)水平分辨率为2.5°×2.5°经纬度网格,共91个网格点的1974年6月—2005年12月的月平均射出长波辐射(简称OLR)资料,青藏高原93个常规气象站的1961—2005年的月降水资料,在研究降水量与OLR关系及其气候分区的基础上,分区、分网格建立了利用OLR估算降水量,进而估算降水凝结潜热的数学模型。利用所得模型计算出青藏高原雨季1961—2005年历年逐月的降水凝结潜热。结果表明,高原东部多年平均降水量为401.5 mm,凝结潜热为18.55×1020J。近45年高原东部的降水凝结潜热有所增大,其递增率为0.218×1020J/10a,相当于每10年增加1.2%。高原总体的降水凝结潜热及其变率略大于高原东部。     

我国冬季气温变化与采暖分析

1　全国及各区域冬季气温序列的建立资料取自国家气象中心整理存档的地面气象记录月报表 .在 695个站点中实际序列长度在 40 a以上的站点占 82 % .考虑到我国地域特征和冬季气温的南北差异 ,在分析讨论时将全国分为 8个区 .全国和区域序列的产生方法如下 :( 1 )求算全国各站冬季气温序列 ,即 1 2、1和 2月气温月平均值 ;( 2 )将全国或某区域按 5.0°× 1 .0°经纬度网格化 ,求算各网格冬季气温序列 ,即网格内各站序列的简单均值 ;( 3)以各网格序列 1 961～ 1 990年的累年值为气候平均值 ,求算出各网格的距平序列 ;( 4 )求算全国和区域序列 :…     

基于多重网格策略的NLS-3DVar资料融合方法及其在气温数据融合中的应用

将多重网格策略引入NLS-3DVar(Non-linear Least Squares-based on Three-dimensional Variational Data Assimilation,非线性最小二乘三维变分同化)方法,进而应用于2400多个国家级气象观测站逐时气温数据和NCEP再分析气温数据的融合,得到中国区域空间分辨率1°×1°,时间分辨率为6小时的气温融合产品。分别从单重网格(分辨率1°×1°)和双重网格(分辨率由2°×2°到1°×1°)利用2014年1~12月(4、5月除外)的独立检验数据考察NLS-3DVar气温融合产品质量,验证基于多重网格策略的NLS-3DVar方法的优越性。在单重网格下,与广泛应用于气象行业的Cressman插值产品(均方根误差和相关系数的年平均值分别为1.961°C d~(-1)和0.924)相比,NLS-3DVar产品全年始终具有最小的均方根误差和最大的相关系数,年平均值分别为1.915°C d~(-1)和0.929;站点间误差分析进一步表明,NLS-3DVar产品在大多数检验站点精度更高,在新疆、甘肃、云南、陕西等地区尤为突出;加入双重网格策略的NLS-3DVar产品与单重网格的NLS-3DVar产品误差对比显示,均方根误差年平均值分别为1.649°C d~(-1)和1.711°C d~(-1),相关系数年平均值分别为0.970和0.968,二者在均方根误差和相关系数的表现上都极为相似,即双重网格NLS-3DVar气温产品尽管对观测数据采取了稀疏化处理,但依旧维持了原有的产品精度,并且在计算效率上提高了1倍多。而与同样在双重网格下基于多尺度的STMAS(Space–Time Multiscale Analysis System)算法相比,双重网格的NLS-3DVar产品在产品精度上同样占据优势,在计算效率上单位时次耗时与STMAS算法几乎相当。     

浙江沿海风力MOS预报

本文介绍浙江沿海渔场(舟山渔场,大陈渔场)海面短期风力分级 MOS 预报方法(简称通用型)和舟山渔场冬季(11月～2月)0—48~h 偏北大风分级 MOS 预报方法(简称北大风型)。该方法通过1987年4月以来一年的业务应用,预报正确率已超过1984、1985年的平均成绩。一、资料来源1.1983～1985年逐日日本数值预告产品网格点资料:FSFE02、03,FUFE502、503,FXFE782、783为5×5经纬度[20—40°N,100—130°E],与2.5×2.5经纬度[25—35°N,     

中国区域小时降水量融合产品的质量评估

基于全国自动站观测降水量和CMORPH(CPC MORPHing technique)卫星反演降水资料,采用PDF(probability density function)和OI(optimal interpolation)两步融合方法生成了中国区域1h、0.1°×0.1°分辨率的降水量融合产品.本文分别从产品误差的时空分布特征、不同降水量级和不同累积时间下的产品质量、三种站网密度下的融合效果以及对强降水过程监测能力等方面对比评估了融合降水产品质量.结果表明,融合降水产品有效利用了地面观测和卫星反演降水各自的优势,在降水量值和空间分布上均更为合理;融合产品平均偏差和均方根误差均减小,随时间的变化幅度不大且区域性分布特征减弱;融合产品与融合前的卫星反演降水产品相比在中雨(1.0～2.5 mm/h)、中到大雨(1.0～8.0 mm/h)、暴雨及以上(≥8.0 mm/h)的相对误差分别为-1.675％、小于15.0％、30.0％左右,且随着累积时间的增加,产品质量进一步提高;该产品能准确抓住强降水过程,在定量监测强降水中具有优势.     

雅安雨量站站网布设优化试验

雨量监测的准确性对天气预报、气候变化、服务决策、防灾减灾等有着重要的影响和意义，而雨量站网布设直接影响雨量监测的准确性。选取四川省雅安市作为研究对象，在现有站网布设的基础上，采用相关性分析，提出基于抽站的站网布设优化方法，并对抽站后的站网布设合理性进行评价。结果表明：①雅安雨量站有265站，各站点的控制面积为2.64～510.78 km2，邻近站间距离为0.3～12.28 km，邻近站间降水相关系数为0.62～0.993；②逐次抽站后，雨量站控制面积和邻近站间距离逐渐增大，邻近站点间降水相关系数逐渐减小；③抽站后站网面雨量与原站网面雨量较一致，误差较小，泰森多边形法面雨量变化幅度小于算术平均法；④从降水过程来看，各次抽站后，降水落区和各量级降水范围基本一致，站网对降水极值的捕捉能力较好，误差较小，但随着站点数的减少，对于降水形态刻画的精细程度有所下降。     

1960-2012年陕西降水变化特征及可能成因分析

利用陕西82个气象观测站的降水观测资料、NCEP/NCAR的2.5°×2.5°再分析资料以及MODIS卫星的气溶胶产品,分析了1960-2012年陕西雨季和全年的降水量、降水日数变化特征,并讨论了大气可降水量和气溶胶对降水的可能影响。结果表明,近60年陕西雨季、全年雨量和降雨日数均呈南多北少分布,年总雨量和降雨日数均呈下降趋势,雨季总雨量呈增加趋势,而降雨日数呈降低趋势,雨季雨强增加,降水向雨季集中;陕西全年和雨季小雨雨量和降雨日数均呈现下降趋势,雨季10 mm以上的降水量和降雨日数均呈增加趋势,增加站点占所选站点的75.6%,雨季降水的增加主要是10 mm以上降水量的贡献。陕西全年总雨量的减少可能与整层大气可降水量的减少有关。全年和雨季5 mm以下降水量的减少应该与气溶胶对降水的抑制有关,雨季10 mm以上降水量增加与气溶胶对降水的促进作用有关。分析表明当AOD≥0.4时,雨季气溶胶对降水有一定的促进作用。总之,陕西全年小雨的减少以及雨季10 mm以上降水量增多,雨量向雨季集中应该与近几十年陕西气溶胶增加、气溶胶类型的转变有较大关系。     

四川省地面雨量站站网现状分析

气象台站站网布局质量直接影响观测资料的使用效益。通过水平站间距、垂直层分布、坡度、流域、风险区划、站点控制范围以及网格覆盖率等多个角度对四川省现有地面雨量站站网进行分析，以期为后续增减站点、站网布局优化提供科学依据。分析结果表明：①四川省雨量站平均水平站间距为9.04 km，完全满足世界气象组织OSCAR对气候监测领域的需求，满足全球数值天气预报的“突破”需求，但距理想的“目标”还有一定差距；②四川省80%以上的雨量站布设在低海拔和中海拔区域，92.38%的雨量站布设在平坡地、较平坡地、缓坡地和较缓坡地；③四川省较高和高风险区面积占比不足40%，站数占比达50%以上，且站网密度随着风险区从低到高逐渐增大；④站点控制面积<100 km2的区域主要分布在四川盆地内，川西高原站点控制面积普遍在100 km2以上，个别站点控制面积在1000 km2以上；⑤不同分辨率网格覆盖率，四川盆地内最高，攀西地区次之，川西高原相对较低。     

气候变化对汉江上游径流的影响

 根据汉江上游安康以上流域1961-2005年历年逐月气温和降水量资料,统计分析了近45 a流域气候变化的基本特点。同时,通过对各站气温、降水量与安康站径流量的相关计算,建立了天然径流量气候模型,并分析了径流量对气候变化响应的敏感性。结果表明：1) 近45 a来汉江上游安康以上流域的年平均气温呈上升趋势;降水量呈递减趋势,90年代以后减少更为显著。2) 在过去45 a中,汉江上游径流量总体呈下降趋势;1961年以来,汉江上游径流量大体经历了两个丰水段和两个枯水段;1985年发生跃变,以前呈微弱的上升趋势,以后呈下降趋势。3) 径流量与区域年平均气温呈负相关,而与年降水量呈较显著的正相关,年径流量对降水变化的响应较其对气温变化的响应更为敏感。     

气候变化对汉江上游径流的影响

根据汉江上游安康以上流域1961-2005年历年逐月气温和降水量资料,统计分析了近45 a流域气候变化的基本特点。同时,通过对各站气温、降水量与安康站径流量的相关计算,建立了天然径流量气候模型,并分析了径流量对气候变化响应的敏感性。结果表明：1) 近45 a来汉江上游安康以上流域的年平均气温呈上升趋势;降水量呈递减趋势,90年代以后减少更为显著。2) 在过去45 a中,汉江上游径流量总体呈下降趋势;1961年以来,汉江上游径流量大体经历了两个丰水段和两个枯水段;1985年发生跃变,以前呈微弱的上升趋势,以后呈下降趋势。3) 径流量与区域年平均气温呈负相关,而与年降水量呈较显著的正相关,年径流量对降水变化的响应较其对气温变化的响应更为敏感。     

中国气候变化预估数据在河北地区的检验分析

应用观测资料对中国地区预估数据集进行检验分析。结果表明:1)7月降水量,区域模式在张家口南部桑洋河盆地和北部坝上地区的模拟值偏大,而在北京东边兴隆高山区和东南沿海地区的模拟值明显偏小。2)7月最高气温,在北京东边兴隆高山区和东部平原的模拟值明显偏高,而在张家口南部桑洋河盆地和太行山东侧的模拟值偏低。3)1月最低气温,在北京东边兴隆高山区、太行山北段高山区和东部平原地区的模拟值偏高,而在张家口南部桑洋河盆地和太行山东侧的模拟值偏低。4)无论是对降水还是气温,由于全球模式的空间分辨率偏低、很难描述河北地区的地形特征,所以模拟结果很差。由于区域气候模式的分辨率提高、对河北地区地形特征的描述有了改进,所以模拟效果有明显改善;但受分辨率所限,它对局部地形如兴隆高山、桑洋河盆地、太行山北部高山等地形特征的描述不是很好,造成模拟结果在这些地区出现系统性偏差,因此应用这些数据时需加以订正。     

气候变化影响下极端水文事件的多变量统计模型研究

以黄河流域太原气象站和淮河流域鲁台子水文站为研究对象,利用Copula函数构建气候要素（降水）同极端水文事件（干旱和洪水）之间的多元统计模型,分析不同降水条件下不同等级干旱和洪水的发生概率变化。结果表明,Gumbel Copula能够较好地描述太原站7月份的前期累加降水量和帕默尔干旱指数（PDSI）的相关结构。随着降水量的增加,极端干旱的发生概率逐渐减小,重旱、中旱和轻旱的发生概率则先增加后减小。Clayton Copula能够较好地描述鲁台子水文站前期累加降水量和洪峰流量之间的相关结构。当前期累加降水量大于等于某一定值时,随着年最大洪峰x的增大,发生洪峰≥x的极端洪水事件的概率逐渐减小。在同一个极端洪水发生概率下,前期累加降水量越大,洪峰流量出现大值的可能性越大。     

近46年青藏高原干湿气候区动态变化研究

利用青藏高原62个气象站1961～2006年逐日气象资料, 用世界粮农组织 (FAO) 在1998年推荐的、并唯一承认的Penman-Menteith模式计算潜在蒸散量; 比较了降水量、积温降水比、气温降水比、蒸散降水比和降水蒸散比5种湿润度指标在青藏高原的适用性, 用常规统计方法和墨西哥帽小波变换分析青藏高原各气候区干湿状况及其界线的动态变化。结果表明: 5种指标中, 用降水蒸散比得到的青藏高原湿润、半湿润、半干旱、干旱和极端干旱气候区的分区结果比较合理; 近46年来青藏高原大部分地区湿润度和每个气候区的平均湿润度均呈增加趋势, 半干旱和半湿润气候区的界线呈向西北推进趋势, 气候在向暖湿方向发展。     

夏季长白山天池站降水量年际变化特征及其对应的环流异常

长白山地处吉林省东南部,作为国家级重点生态功能区,其降水变化特征对该地森林生态系统和水资源结构变化有重要影响。本文基于1979～2016年吉林省47个台站逐月降水资料,探究了长白山天池站夏季降水的气候特征及其相关的环流异常,并与吉林省降水进行对比。分析结果表明天池夏季降水量以及年际变率高出吉林省其它站点一倍左右。此外,天池降水年际变化对应的环流异常与吉林省降水一致,即6月东北亚气旋式异常和东亚高空急流的增强,以及7、8月西太平洋副热带高压增强和东亚高空西风急流偏北,均可引起吉林省和天池降水偏多。另一方面,天池降水变异还表现出其独特的环流异常,与吉林省降水对应的环流异常显著不同或者甚至近乎相反,究其原因为长白山地形所致。本文的结果说明山地的气候和大气环流的关系复杂、多变。     

青藏高原近期气候变化研究进展

本文对近期关于青藏高原地区气候变化的研究进行了回顾。结果表明,在过去的几十年间,青藏高原地区的气候发生了明显的变化。主要表现为:1)温度呈上升趋势;降水和积雪呈增加趋势,多年冻土呈退化状态;温度和降水的变化不仅有季节性的差异,还存在区域性的差异。2)区域气候模式RegCM对青藏高原地区温度和降水有一定的模拟能力,但存在系统性的误差。文中还对在青藏高原气候变化方面的研究不足进行了讨论。      

气候和气候变化领域的研究进展

该文回顾了过去几十年来中国气象科学研究院在气候和气候变化研究方面的成果, 主要包括对我国历史气候资料的恢复、重建和整理, 气候区划, 对我国气温和降水的研究, 对青藏高原温度和降水、近地层与边界层地-气过程, 大气热源特征和臭氧变化的研究, 古气候模拟, 对气候变化的预测理论和方法以及气候和气候变化对我国社会、经济的影响等方面的研究。近50年中国气象科学研究院收集大量气候资料并整理出版了《中国近五百年旱涝分布图集》; 对风能等资源进行了气候区划; 明确了近几十年中国地区在20世纪40年代和90年代出现了两个暖期, 20世纪50—60年代出现了相对冷期; 在全球变暖的背景下, 以四川为中心的西南地区自20世纪50年代到80年代一直在变冷; 20世纪80年代以后, 多雨带由华北南移到长江中下游地区; 提出青藏高原近地层与边界层地-气过程的综合物理图像; 发现青藏高原夏季臭氧低值中心; 模拟出青藏高原隆起过程中中国气候变化特征; 揭示出东亚季风环流系统及其成员; 设计了多种预报方法; 还将气候和气候变化研究成果向国家经济转化。