基于马尔科夫链转移概率极限分布的降水过程持续性研究

各地不同气候条件所具有的天气状态转移概率的极限分布实际上代表了各地天气气候的持续性和转折性特征,同时也表明了它的可预报期限。从马尔科夫链理论出发,初步研究了中国160个代表测站逐日天气状态演变过程的极限分布。结果表明,转移概率的极限分布不但其空间分布有明显差异,而且不同季节的极限分布也有明显差异。例如,有的地区仅有2 d持续期,有的可达4—6 d或更长,充分反映出不同地区因其影响的天气系统差异所造成的逐日天气气候的持续性和转折性特征的差异。其研究意义在于,由此可作为天气气候分型区划的一种理论依据。统计分析结果表明,就全中国平均而言,夏季持续期最短,持续期由北向南、由西向东呈增加趋势,且春季平均降水持续期为5.1 d,夏季平均为5.0 d,秋季平均为6.5d,冬季平均为6.2 d。可见夏半年比冬半年的降水持续期短,这可能是因为春夏季的天气系统比较复杂且中小尺度天气系统较多的缘故。这从另一侧面再次证明,各地逐日降水天气状态演变过程具有一定的天气气候状态自然转折的持续性即自然天气周期的气候状况,从而为短期天气预报提供了气候背景。     

基于统计降尺度模型的江淮流域极端气候的模拟与预估

利用江淮流域29个代表站点1961--2000年逐日最高温度、最低温度和逐日降水资料,以及NCEP逐日大尺度环流场资料,引入基于多元线性回归与随机天气发生器相结合的统计降尺度模型SDSM（statistical downscalingmodel）,通过对每个站点建模,确立SDSM参数,并将该模型应用于SRESA2排放情景下HadCM3和cGcM3模式,得到了江淮流域各代表台站21世纪的逐日最高、最低温度和降水序列以及热浪、霜冻、强降水等极端气候指数。结果表明,当前气候下,统计降尺度方法模拟的极端温度指数与观测值有很好的一致性,能有效纠正耦合模式的“冷偏差”,如SDSM对江淮平均的冬季最高、最低温度的模拟偏差较CGCM3模式分别减少3℃和4．5℃。对于极端降水则能显著纠正耦合模式模拟的降水强度偏低的问题,如CGCM3对江淮流域夏季降水强度的模拟偏差为-60．6％,但降尺度后SDSM—CGCM3的偏差仅为-6％,说明降尺度模型SDSM的确有“增加值”的作用。21世纪末期在未来SRESA2情景下,对于极端温度,无论Had．CM3还是CGCM3模式驱动统计模型,江淮流域所有代表台站,各个季节的最高、最低温度都显著增加,且以夏季最为显著,增幅在2—4℃;与之相应霜冻天数将大幅减少,热浪天数大幅增多,各站点冬季霜冻天数减少幅度为5—25d,夏季热浪天数增加幅度为4～14d;对于极端降水指数,在两个不同耦合模式HadCM3和CGCM3驱动下的变化尤其是变化幅度的一致性比温度差,但大部分站点各个季节极端强降水事件将增多,强度增强,SDSM—HadCM3和SDSM-CGCM3预估的夏季极端降水贡献率将分别增加26％和27％。     

区域风能资源评价分析的动力降尺度研究

不同于以往的统计风能评估方法,本研究将动力降尺度方法应用到江苏省的风能评价分析中。利用NCEP/NCAR再分析资料与江苏省65个地面气象观测站1971～2000年的观测资料,建立了动力降尺度区域气候模式MM5V3的初始场和边界条件,用较高分辨率（水平分辨率为5 km）评估了江苏省60 m高度的风能分布,分析了动力降尺度方法在区域风能资源评估中的有效应用。结果表明,江苏省风能资源由东部沿海向西部内陆递减,以西连岛为代表的东部沿海风能资源最丰富,其次为长江三角洲地区,太湖、洪泽湖及高邮湖地区的风能资源也比较丰富,徐州市与南京市的风能资源最贫乏。分析表明,动力降尺度方法能够用较高分辨率模拟局地环流和地面风的主要分布特征,可以作为区域风能资源评价分析的有效手段。     

东亚地区夏季水汽输送特征

利用1950—2002年NCEP/NCAR再分析逐日平均资料,计算全球格点整层水汽输送通量,分析东亚地区夏季水汽输送在推进过程中逐候的气候特征。研究发现：第25—44候是水汽输送变化最为明显的时段,也是水汽输送的集中期;东亚地区各个经度带的偏南风水汽输送在出现时间、北抬进程速度、北界位置、南撤速度等方面均表现出不同的特征;副高边缘的东南风水汽输送具有迂回西扩和快速东撤的特点,并且在强盛期能够到达青藏高原的东南部。     

导线覆冰极值的概率分布模拟及其应用试验

利用南方地区多个气象站和电力部门观冰站的导线覆冰逐日冰厚资料,将广义极值分布和广义帕雷托分布引入导线覆冰的概率模型研究中,通过超门限覆冰次数的泊松分布拟合检验,结合H ill图解,提出了基于超门限峰值法门限值的确定方法;对两种分布在导线覆冰极值模型拟合的适用性研究表明,广义帕雷托分布对各站覆冰冰厚极值的拟合精度最高;重现期冰厚极值估计随样本长度的变化分析表明,广义帕雷托分布模型极值估计的稳定性比广义极值分布强,一般样本容量达到25 a左右时,广义帕雷托分布重现期冰厚极值的估计趋于稳定,可以作为短序列下估计导线覆冰极值的较好方法。     

江苏省自动站与基础站降水观测资料质量分析

以江苏省2006年夏、秋季自动站降水资料为例,对逐时、逐日自动站降水进行对比和统计分析。为降低资料插值过程中的不确定性,对插值方法进行了修正。由南京、扬州、无锡和常州基础站降水资料与相应自动站降水修正资料的对比可以发现,弱降水事件的发生频率高,且无论对于5mm／hvX内的逐时降水还是10mm／dvX内的逐日降水,自动站与4个基础站均有显著差异,因此对江苏省自动站降水资料进行系统订正具实际意义。另外,对阵性降水和锋面降水的分析发现,无论降水量级大小,基础站降水大于自动站降水的几率高,因此有必要进一步对自动站网的建设进行完善。由于自动站与基础站有一定的差异,建议对自动气象站的资料质量进行系统的评估。     

未来极端降水对气候平均变暖敏感性的蒙特卡罗模拟试验

利用Weibull分布拟合逐日降水的原始分布模式,并基于统计降尺度和蒙特卡罗随机模拟方法,对中国东部区域各站逐日极端降水量在未来气候变暖条件下的响应特征进行统计数值试验.结果表明,在全球变暖背景下,区域平均温度的改变即可导致区域极端降水概率分布特征的变动.从两个典型代表区域的预估结果中可见,长江中下游南部平均降水量对平均温度升高有正响应,模拟得到的区域极端降水概率分布曲线有明显的向右平移,导致大量级的极端降水的再现期缩短即概率增大.山东及渤海湾区域平均降水量对平均温度升高有负响应,模拟得到的区域极端降水概率密度分布尺度参数变小更明显,即方差增大,表现为左右两侧概率密度增加,同样导致大量级的极端降水再现期缩短即概率增大.本文仅考察了气候均值改变条件下,未来区域气候极端值的概率预估的可行性方案.对于未来气候方差的变化并未作试验,但理论上已经证明,未来气候极端值的概率对于气候方差变化的敏感性可能更大.由于目前尚未整卵出考察方差变化的较为完整的实际观测资料,该问题还有待进一步深入研究.     

用Palmer湿润指数作西北地区东部冬小麦旱涝评估

根据Palmer气象干旱指数 (PDSI) 的中间量Palmer湿润指数原理, 计算了西北地区东部冬小麦农气观测站延安、咸阳等多个站点1961—2000年逐月Palmer湿润指数, 对各站点的冬小麦不同发育期的旱涝情况做了初步的验证和应用。Palmer湿润指数与Z指数对比结果表明:Palmer湿润指数对农作物旱情分析更具有客观性, 分析结果更符合实际情况, 因而可以作为我国西北地区东部农作物旱涝的评估工具。     

广义帕雷托分布在重庆暴雨强降水研究中的应用

引进广义帕雷托分布(GPD),借助于现代L-矩估计方法,模拟重庆地区极端降水事件,推算一定重现期的极端降水量分位数。模拟试验表明,基于超门限峰值法(POT)的GPD不但计算简便,而且基本不受原始序列样本量的影响,具有全部取值域的高精度稳定拟合(包括高端厚尾部),与GEV模拟结果相比,GPD具有更高精度和稳定性,更为实用。     

Palmer干旱指数与降水距平在陕西对比应用

利用陕西省96个气象站1971-2005年月平均气温、降水资料,计算各气象站35 a逐月帕默尔干旱指数(PDSI)和降水距平百分率.对比分析表明:PDSI不是采用简单的时段平均,它考虑因子全面,除降水外,还考虑蒸散、气温等综合因素,并引入气候适宜值的概念,因此计算结果与实际基本吻合,能反映出干旱过程,具有更大的时空尺度.在夏季高温蒸发较大的地区,PDSI比降水距平百分率描述干旱强度更准确.