近四十年季度天气趋势预报研究与实践的进展

本文总结了作者近４０年在季度天气趋势预报研究与实践的历程和主要进展。六十年代提出并利用中高纬和低纬前期大气环流特征与夏季江淮流域旱涝趋势的隔季遥联制作预报,８０年代补进一步考虑外在因子影响改进为“前期物理成因综合相似法”：１９６８～８７这２０年长江中下游夏季旱涝趋势预报取得较好成绩。随后的预报实践表明,因全球气候异常增长,预报难度有所增大。１９９５年开始建立一种短期气候系统多变因子的物理一统计预报     

综合旱涝季度预报方法及对1991~ 1995年夏季季度与超季度预测试验

本文简要地介绍我们在对旱涝规律与成因研究的基础上所提出的综合旱涝预报方法及其改进,方法是由一个ＩＡＰ二层大气环流数值模式加滤波方案、物理相关分析、环流型、时间序列与回归分析等的综合。经过多年的预报实践,证明它是提高旱涝季度与超季度预报准确率的一种可行方法。利用改进的综合旱涝季度预报方法对１９９１～１９９５年夏季汛期全国旱涝分布进行了预报试验,这５年预报试验结果与实况基本相符,并且对于像１９９１年和１９９４年夏季大范围的严重旱涝基本上没有漏报,表明此方法对于中国汛期旱涝分布有较高的预报能力,受到有关部门的重视     

淮河流域夏季降水前期环流特征的初步分析及其长期預报

一、前言过去天气工作者对于江淮流域夏季旱涝的环流特征做过不少研究,有的也曾分析过其前期的环流特点,对江淮流域夏季发生旱涝的环流特征有一定的认识。但是大都着重于长江流域,并多是个例分析,而对旱涝灾害频繁的淮河流域地区的夏季旱涝问题,特别是对具体制作淮河流域夏季旱涝长期预报进行专门的分析工作,还是很少见的。遵照伟大领袖毛主席“必须提倡思索,学会分析事物的方法,养成分析的习惯”的教导,在过去多年来对淮河流域夏季降水长期预报工作的基础上,利用1951—1970年共20年的500     

北非地区海-陆热力差异与夏季江淮流域旱涝的关系

基于NCEP/NCAR月均再分析资料和中国743站降水资料,根据夏季江淮流域51 a(1954-2004年)区域旱涝指数的年代际变化特征,确定北非地区作为研究的关键区.分析发现,关键区的地表温度异常在冬季具有较好的持续性,冬季北大西洋涛动是导致这种异常持续性的重要原因之一.通过对前冬北非地区地表温度和夏季江淮流域降水的SVD分析发现:当北非大陆地区偏冷,其西北侧的海区偏暖时,江淮流域夏季的降水将整体偏多;反之,江淮流域夏季的降水整体偏少.进一步研究发现,北非地区海陆地表温度异常的对比,要比其中单一海洋或陆地区域的异常对夏季江淮流域的旱涝有更好的指示能力.文中定义了一个海陆热力差异指数来表征这种地表温度异常的对比程度,该指数和夏季江淮流域旱涝指数呈较好的正相关关系,并且对夏季江淮流域极端旱涝年份也有较好的指示,认为该指数可以作为一个指示江淮流域整体旱涝事件的预报因子.     

水文气象研究进展

从面向流域的定量降水估测与预报、流域水文模型、水文气象耦合预报三个方面系统介绍水文气象研究进展。研究指出,融合天气雷达、卫星遥感及实况降水等多源信息是精细化定量降水估测产品的主要发展方向;采用多模式降水预报集成技术是提高定量降水预报精度的重要途径;分布式水文模型是流域水文模型的发展方向;引入定量降水预报的水文气象耦合预报模式可以延长洪水预报预见期,水文集合预报是水文预报方法的有效解决途径,而数值预报模式与水文模型的双向耦合模式是另一重要发展方向。     

东亚冬季风异常与江淮流域夏季旱涝的关系

从探讨我国江淮流域夏季旱涝成固和预报方法出发，研究它们前期大尺度环流特别是冬季风特征的差异。在1951～1991年中选取江淮流域旱、涝各10个个例，对它们前冬的西风带环流，低纬大尺度风场，垂直环流特征等进行了对比分析。结果给出了冬、夏环流和天气之间相互联系的有力的证据，同样也为夏季旱涝的长期预报提供有意义的物理基础。     

汉江丹江口流域水文气象预报系统

汉江丹江口流域水文气象预报系统在GIS技术的支持下,以水文气象监测网、定量降水估算、定量降水预报、洪水预报技术为基础,通过雷达估算降水技术、中尺度数值模式预报技术获取高时空分辨率的降水信息输入水文模型来进行水文气象预报。以Web形式为基础的汉江丹江口流域水文气象预报系统平台在2010年7月以及2011年9月汉江丹江口两次洪水过程中及时、准确地显示了流域实况降水、预报降水,准确地预报了洪水入库过程。目前系统已成功移植到三峡区间、清江水布垭、淮河王家坝、漳河水库等流域开展汛期试验与服务,取得了较好的应用效果。     

三种数值预报产品在清江流域面雨量预报中的应用检验

以2003年主汛期(6—8月)清江流域逐日面雨量为预报对象,采用自行开发的“数值预报产品分流域面雨量客观预报应用系统”的运行结果,对T213、MAPS、MM5等几种数值降水预报产品进行了一般性预报、定量误差值及重要降水过程预报的检验。通过这一检验分析,旨在加深对几种数值降水预报产品在清江面雨量应用中的认识,也为日常降水预报提供参考。     

江淮流域夏季低频降水的前期预报信号

基于ERA-Interim逐日4时次再分析资料和753站逐日降水资料,对1980—2013年江淮流域夏季降水特征进行分析,探究江淮流域夏季低频降水的前期预报信号,结果表明:1)江淮流域夏季降水受10～30 d低频振荡影响显著,10～30 d低频分量在江淮流域夏季降水中占较大比重。2)200 hPa上,低频降水过程发生前9～6 d有低频反气旋(低频气旋)自青藏高原东北部向中国东部移动。500 hPa上超前低频降水过程9 d至低频降水过程发生时有西太副高自东向西(自西向东)移动至中国东部沿海地区,热带地区负(正)低频OLR中心不断向北移动,最北端到达江淮流域并达到最强,进而促进(抑制)江淮流域低频降水的发生。3)青藏高原预报信号能够有效补充西太副高及热带OLR信号的不足,将青藏高原信号、西太副高信号及热带OLR信号作为综合预报因子对江淮流域降水进行预报,对仅依赖低纬度地区信号进行降水过程预报的准确率有较好改进作用。     

北京地区沙尘天气监测预报预警业务系统

在北京地区沙尘天气发生、发展的天气学分析研究和沙尘数值模式预报研究以及卫星遥感监测沙尘等方法的应用基础上 ,对相关的研究成果进行应用开发、集成 ,形成一套完整的业务系统。该系统由沙尘天气历史数据库、沙尘天气动态监测、沙尘天气概念模型、沙尘数值预报和沙尘天气预警 5个子模块组成。在近两年的北京市沙尘天气预报服务中 ,本系统得到充分的应用 ,提高了沙尘天气预报服务的效率 ,在实际业务中发挥了重要作用 ,可应用于气象业务部门及相关部门。     

旱涝监测及其图形分析系统

旱涝监测及其图形分析系统在Windows平台上,应用Borland C和Foxpro等语言混合编写而成,采用下拉式和弹出式中文菜单提示,界面友好。系统软件结构合理,操作灵活方便。系统建立了逐旬降水量、气温、旱涝等级等历史资料数据库,实现了旱涝信息的统计、检索、列表显示和图形分析显示等功能,能实时、有效地监测旱涝气候灾害的发生、发展,为有关部门部署抗旱防洪决策提供科学依据。     

安徽省旱涝灾害及其对农作物产量影响

通过对建国以来安徽省多种农业气象资料分析，采用Z指数方法建立安徽省旱涝灾害气候判别指标，分析安徽省旱涝灾害发生规律。结果表明:1961—2000年安徽省有13年偏涝、13年偏旱；分区域看，淮北旱多于涝，沿淮、江淮、江南旱涝相当，沿江、大别山区涝多于旱。通过水稻（一季稻）、小麦典型旱涝年灾损率与发育期间气象条件、旱涝程度的对比统计分析，建立了分区水稻、小麦旱涝灾害损失评估模型和指标。春季涝渍灾害是影响安徽省冬小麦产量的主要灾害，其对冬小麦产量的危害程度远大于干旱，尤以4—5月发生的涝渍影响最严重，极重涝渍灾害的减产损失可达4成以上。同时重点研究了春季渍害对冬小麦产量的影响，提出改进的涝渍强度指标Qw，并进一步综合分析作物的敏感性和区域脆弱性对灾损率的影响。对1961—2000年冬小麦灾损率进行的敏感性和脆弱性订正表明，订正后拟合误差平均值和差异变率都明显降低，灾损评估精度得到提高。     

近10年来中国主要农业气象灾害监测预警与评估技术研究进展

频繁发生的农业气象灾害制约着我国农业生产的快速、健康发展。农业气象灾害一直是广大气象科技工作者开展的主要研究课题之一。在国家科技攻关等计划的支持下,近10年来农业气象灾害研究取得了许多成果。完善农业气象灾害监测业务和预报服务,构建农业气象灾害风险评估、防御体系是农业气象灾害研究的重点。基于3S技术和地面监测相结合,构建了农业气象灾害动态监测系统,从宏观和微观角度来全面监测农业气象灾害的发生发展;建立和完善了卫星遥感监测系统,开展干旱、洪涝、冷害等灾害的动态监测,逐步建立集3S于一体的高空时空分辨率的灾害监测预警系统。农业气象灾害预警研究主要包括:数理统计预报方法进一步发展,农业气象模式与气候模式结合的初步尝试,GIS和网络等高技术在农业气象灾害预警中的应用,省级农业气象灾害预测系统的研制。我国农业气象灾害风险(影响)评估的研究,大致可以2001年为界分为二个阶段。第一阶段,以灾害风险分析技术方法探索研究为主的起步阶段,第二阶段,以灾害影响平度的风险化、数量化技术方法为主的研究发展阶段,构建灾害风险分析、跟踪评估、灾后评估、应变对策的技术体系;具体研究包括农业气象灾害风险分析、风险评估、风险区划和基于遥感监测信息的农业干旱评估。近年来我国农业气象灾害防御研究主要是将高效利用农业气候资源的主动防御技术和开发防灾制剂的被动防御技术相结合,在防御农业干旱和低温冷害方面取得了良好效果。     

农业旱涝指标及在江淮地区监测预警中的应用

该文提出了一个可业务应用的农业旱涝监测预警气象指标———累积湿润指数。该指标以相对湿润度指数为基础, 用作物需水量取代参考作物蒸散量, 并考虑前期旱涝程度对当前旱涝状况的累积影响, 具有农业意义。为方便农业气象业务应用, 采用FAO Penman-Monteith模型的简化方法计算参考作物蒸散量, 用气温资料对简化式进行校准, 将误差减小到可满足应用要求; 通过求算不同区域农田作物系数的加权平均值, 得到宏观农田作物需水量, 并确定了该指标分区域的旬旱涝等级标准。该指标用于旱涝监测, 与土壤墒情的定性符合率为80%~90%, 定量符合率为60%~70%, 在旬时间尺度比土壤墒情指标更符合旱涝实况; 用于下一旬旱涝预警, 尽管受到中期降水量预报准确度影响, 但由于含有前期旱涝实况信息, 预警趋势大体正确, 提高了旱涝预警的准确度。     

双季稻主要气象灾害研究进展

热害、洪涝、干旱和冷害是影响我国双季稻安全生产的主要气象灾害。气候变化背景下,双季稻遭受的极端气候事件增加,应对气象灾害的任务更加紧迫。我国双季稻主要气象灾害的时空分布特征不同:热害、洪涝和干旱发生频率整体呈增加趋势,西部南部较高;冷害弱减轻,北高南低,不同生育期存在差异。文中对双季稻生产的影响、监测预警技术（站点监测、遥感监测、指标预警、数理统计和动态机理模型）以及防御气象灾害的减灾保产技术进行了阐述。针对当前气候资源的时空分布特点以及关于双季稻气象灾害研究存在的不足,提出了双季稻气象灾害在未来研究中需要重点关注的科学问题,即双季稻气象灾变过程及其动态监测指标体系、气候变暖背景下双季稻气象灾害遥感监测技术及其气象灾损动态评估技术、星-地耦合的双季稻气象灾变过程数值模式研发、双季稻种植制度对气候变化的适应性及其抗灾减灾新技术与示范研究,为双季稻有效防御气象灾害和稳产高产提供依据和技术支撑。     

2010年我国天灾预测结果的回顾

2010年是我国的一个重灾年,利用天灾(旱、涝、震)预测方法,对2010年4月14日玉树强震、西南地区2009-2010年秋、冬、春季连续大旱、汛期长江中下游和青海省多雨、2010年8月7日晚暴雨引发的舟曲泥石流等天灾的预测过程进行了分析。结果表明,洪涝、干旱和强震等天灾均可与地球外核的对流活动(Benard对流)相联系,外核对流上升体对壳幔层的顶托是地震形成的原因。由于上升体中心与附近下沉体中心连线的中点是垂直速度的水平切变最强点,很可能就是震中位置所在。两个对流上升体在其中点因共振而形成的"拍频"效应是暴雨形成的原因;而强震后地壳复原(拉伸)效应则是干旱形成的原因。为了与岩石圈中渗流体的"浅地下系统"相区别,把这些活动统称为"深地下系统演变"。     

IAP短期气候距平预测系统的定量评估及订正技术的改进研究

采用一套多指标的评估方法, 对中国科学院大气物理所研制的短期气候距平数值预测系统（ＩＡＰＰＳＳＣＡ） 方案１ 的预测性能进行了定量的、系统的评估。评估表明： ＩＡＰＰＳＳＣＡ 对中国汛期大尺度的、重大的降水异常预报较好; 在不同区域,ＩＡＰＰＳＳＣＡ 的预测能力不同, 对中国东南区域显示出较高的预报准确度和可信度; 与单个预报相比, 集合预测水平稳定, 能提高总体预测水平。另外, 还对订正技术进行了改进研究, 距平百分率订正较距平订正效果为佳。     

江淮流域的旱涝研究

在江淮流域，梅雨等降水异常引发的旱涝经常发生。作者对江淮流域的灾害背景、气候特征及其影响因子等作了分析，发现在近50年中，降水有明显的年际和年代际异常，20世纪80年代以后，该区的降水有显著增加的趋势。典型旱涝年降水异常的时空分布表明，引起降水异常的因子非常复杂，即使在同一年中，不同月份的异常型也可能有差别。对于不同年份，降水异常型更为不同。影响江淮流域降水异常的因子的作用，可通过数值模拟进行“分离性” 研究，但由于模式的系统性误差，模拟结果也只有参考意义。因此，发展具有不同动力框架和热力过程的多种模式，仍是当前的重要任务。     

山东区域汛期旱涝预测概论

对1951－2000年期间汛期（6－8月）山东区域旱涝与全国主要多雨带的8个分布类型的逐年对应关系进行了具体的对比和论述。并对烟台、青岛、潍坊、济南、临沂、菏泽等6个地区汛期旱涝的天文、海洋、大气环流和气象要素等方面的预报物理因子进行了全面的普查、筛选、精选和综合分析，并分别建立了汛期降水量预报物理方程。并以青岛地区为例，对汛期降水理的多种交叉学科的预报物理因子进行了最优集成，为青岛地区和水量和旱涝建立了分多级的可操作的预报物理模型。该文优选出来的汛期降水的多学科物理因子对短期气候预测有重要的学术意义，其中所建立的预报物理方程和预报物理模型对山东省各区汛期旱涝的季度和年度预报有重要的应用价值。     

双线性模型在江淮旱涝序列预测中的应用

提出了一套用双线性模型预测旱涝序列的简便方案。实例的计算结果说明了该方案的实用性和通用性,在各种自然灾害序列预测中具有重要的理论意义和广泛的应用价值。