用统计集合方法制作全国汛期降水滚动预测试验

以全国160站汛期(6-8月)降水量为预测量,以最新得到的74项环流特征量指数为因子,尝试制作全国160站汛期降水滚动预测.建立模型时考虑了预测量与环流特征量因子序列的显著线性变化趋势,以及预测量与环流因子之间的相关不稳定性,用"滑动相关-逐步回归-集合分析"预测方法,分别建立了2009年全国160站汛期降水量的物理统计集合分析预测模型,并进行了近10年独立样本预测试验分析.结果显示:(1)用物理统计集合分析预测方法,以最新得到的74项环流特征量指数为因子,实现了全国160站汛期降水逐月滚动预测,2009年以在5月份制作的滚动预测效果最好.(2)近10年预测试验的空间距平相关系数Acc、业务评分PS和异常级评分TS均高于国家气候中心近年汛期预测业务平均水平.经过不断改进思路和优化具体建模方案,该方法具有较高的业务应用潜力.     

新疆喀什西部新一代天气雷达产品的冰雹预警指标研究

2010年以来喀什地区冰雹频繁,严重危害当地农业生产. 通过整理分析2009-2012年喀什新一代天气雷达监测资料,结合我国中东部地区基于雷达监测的冰雹预警指标,经过对喀什西部的18次冰雹天气过程中新一代天气雷达监测预警指标的分析,归纳出了喀什西部新一代雷达产品的冰雹预警指标：（1）组合反射率≥50 dBz;（2）回波顶高≥9 km;（3）云体垂直液态水含量≥20 kg·m^-2. 根据该预警指标对喀什西部2011-2012年冰雹过程进行回报预警,准确率达到84.6%. 以有详细降雹时间记录的14次冰雹过程为例,分析喀什西部基于雷达监测产品的冰雹预警时效,14次个例中冰雹预警时效平均为27 min. 选取2012年5月13日、5月23日和2013年6月18日3次强冰雹过程个例,分析冰雹出现前后喀什新一代天气雷达的连续监测资料表明：3次过程中降雹开始时间对应雷达监测值达到最大（高）值时刻;组合反射率与回波顶高首先达到预警指标,垂直液态含水量达到预警指标的时间滞后11~19 min;3项雷达产品均达到冰雹预警指标的时间比实际发布冰雹预警时间早7~17 min,喀什西部冰雹预警时效潜力可以增加到30 min以上. 在喀什西部,应用新一代天气雷达监测产品开展冰雹实时预警业务是可行的,对提高当地冰雹灾害防御能力提供了有力的技术支持.     

塔里木河干流输水运行对河流生态功效的分析

塔里木河干流在2005年阿拉尔站的年径流量为57.18×108 m3,属丰水年,上、中、下游耗水量分别为31.63×108m3、18.93×108 m3、7.206×108 m3.1960-2004年新渠满站水文断面河床总淤积厚度达120 cm,由于河床淤积,洪水漫溢不断增大,导致上游段耗水量呈不断增加趋势.2005年实施了第七次生态输水,向下游"绿色走廊"输水2.80×108m3.从2000-2005年向塔里木河下游绿色走廊应急输水,共七次累计输水时间900天,前期主要利用开都-孔雀河处在丰水期的有利时机,后期靠塔里木河流域综合治理成果和上游三源流的水量增加.总计从博斯腾湖和干流调水25.06×108m3,自大西海子水库泄洪闸向塔里木河最下游河道输水量达20.40×108m3.2005年水头连续五次到达台特玛湖,不仅使塔里木河下游绿色走廊生态条件得到了改善,而且也使干流两侧胡杨林生态林草得到较快的恢复,并使塔里木河干流全程流水的受损河流生态系统得到了修复.塔里木河干流区域林草面积142.1×104hm2,其中上游段46.8×104hm2,约占干流林草总面积的33.0%,位居第二,中游段81.1×104hm2,占总面积的57.1%,位居第一,而下游段14.1×104hm2,占总面积的9.9%,位居第三.结果显示,塔里木河干流上游、中游的植被面积与水量消耗极不协调.2001-2005年上游消耗水量均超过了塔里木河干流初始水权比例下的分配额度.为了保障塔里木河干流实现永久输水和维护其区域生态功能,建议急需对上游河段采取河道整治和疏浚等工程措施,进一步调整干流上、中、下游区水量泄放比例,才能使得塔里木河的综合治理实现生态河流目标.     

近50 a来新疆区域与天山典型流域极端洪水变化特征及其对气候变化的响应

以年极端洪水超标率来反映区域极端洪水, 分析了新疆区域极端洪水变化; 以年最大洪峰记录分析了天山山区主要河流极端洪水变化规律, 并用14站资料分析了天山山区气候变化特征, 讨论了天山主要河流极端洪水变化对区域气候变化的响应. 结果表明: 受气候变暖影响, 1957-2006年全疆极端洪水呈区域性加重趋势, 尤其南疆区域极端洪水明显加剧, 北疆区域也有加重趋势, 但相对较缓. 全疆及北疆、 南疆在20世纪90年代中期以来都处于洪水高发阶段. 近50 a来, 在新疆区域洪水呈加重趋势的变化背景下, 发源于天山南坡的托什干河和库玛拉克河年最大洪峰流量呈显著增加趋势, 发源于天山北坡的玛纳斯河与乌鲁木齐河年最大洪峰流量虽有增加, 但是变化趋势较缓. 以年最大洪峰流量发生转折年为界, 天山典型流域托什干河、 库玛拉克河、 玛纳斯河和乌鲁木齐河在20世纪90年代(或80年代)以来与前期相比, 呈现出相似的变化特征: 年最大洪峰流量明显增大, 年际间变化更加剧烈, 洪水年更频繁. 以年最大洪峰流量发生转折年份为界, 玛纳斯河、 托什干河和乌鲁木齐河后期的年最大洪峰集中日期较前期推迟2~9 d, 库玛拉克河却提前5 d. 玛纳斯河、 乌鲁木齐河和库玛拉克河后期的集中度较前期增加0.8%~8.3%, 托什干河减小1.1%. 1961-2010年, 新疆天山山区气温明显上升, 升温率为0.34 ℃·(10a)^-1, 1997年以后明显增暖; 天山山区降水显著增加, 增加速率15.6 mm·(10a)^-1, 同时极端降水强度增大、 频数增多. 近50 a来天山主要河流极端洪水变化与区域增温以及天山山区极端降水事件增多等有密切关系.     

和田河夏季流量对区域0℃层高度变化的响应

利用和田市气象站的0℃层高度,和田河上游乌鲁瓦提和同古孜洛克水文站的实测流量资料,以及NCEP/NCAR 500 hPa月平均温度资料,分析了和田河夏季流量的变化、同期流域内0℃层高度情况以及500 hPa温度的特征。结果显示：1961-2004年,和田河夏季流量、和田站0℃层高度均呈不显著的线性下降趋势,在1979年分别出现了由丰到枯、由高到低的突变。和田河夏季流量典型偏丰、偏枯年同期500 hPa温度距平场有显著差异。在年代际和年际尺度上,和田河夏季流量对流域内0℃层高度变化都有明显的响应。     

塔里木河流域2001年四源一干河川径流运行分析

2001年塔里木河流域四条源流出山口天然径流量计266.5×10⁸m³, 比多年平均值多40.70×10⁸m³, 增加1%.源流区在进入塔里木河干流前总耗水量为220.0×10⁸m³, 与多年平均值比较多43.4×10⁸m³, 增加24.6%, 而入塔里木河水量为46.4×10⁸m³, 比多年平均4.12×10⁸m³减少1.64×10⁸m³.塔里木河干流龙头站--阿拉尔站2001年年径流量为45.72×10⁸m³, 接近多年均值46.00×10⁸m³, 属平水年.干流上游区间耗水量24.77×10⁸m³, 占阿拉尔站年径流量的54.2%; 中游区间耗水量1.94×10⁸m³, 占阿拉尔站年径流量的41.4%; 下游区间耗水2.025×10⁸m³(纯塔里木河水), 仅占阿拉尔站年径流量的4.4%. 2001年从开都河-孔雀河的博斯腾湖和塔里木河向下游绿色走廊的应急输水于11月16日水流到台特玛湖, 从而结束了塔里木河下游近30 a干涸的历史, 使下游绿色走廊恶化环境开始恢复.     

2015年夏季南疆地区高温冰雪洪水特征

2015年7月中旬开始至8月初,新疆地区受东移的伊朗高压控制,新疆南疆塔里木河流域及其周边区域遭遇历史同期罕见高温天气.南疆地区和天山山区7月平均气温分别为27.9℃、17.8℃,较常年分别偏高2.3℃、2.6℃,偏高幅度均居历史同期第一位;南疆及天山山区共计42站7月平均气温突破同期历史极值,使该地区从高空到地面不同高度气温都同时升高.0℃层高度都高于雪线高度,导致南疆多条河流发生冰雪消融性洪水,造成不同程度的洪水灾害.此次由高温天气产生的多条河流冰雪消融性洪水,由于具有充足的水热因子,致使南疆多条河流超过警戒流量和保证流量.尼雅河出现有实测资料以来第2位的洪水,阿克苏库玛拉克河发生有实测资料以来第3位的洪水;发生洪水的河流范围之广、持续时间之长历史罕见,叶尔羌河、玉龙喀什河、喀拉喀什河超警戒流量持续时间在半个月以上,叶尔羌河达到25 d.通过对历年冰雪消融性洪水资料分析,洪峰流量和日流量（洪量）与高空温度有较好的相关性,由此建立冰雪消融性洪水预报模型,应用在2015年夏季洪水预报中取得明显的效果,对于今后预报此类洪水提供了有益的借鉴.     

因子的持续和转折对我国盛夏降水预测效果的影响

由于影响我国盛夏（7—8月）降水异常的主要因子前期（或从冬季到夏季）不同的月际演变特征对其后降水异常的影响不同,所以针对影响因子的月际“持续异常”和“转折变化”对盛夏降水异常的预测方法也应该是不同的。本文以国家气候中心整理的78项月环流特征量指数和CPC/NOAA的30项指数为因子,设计了能够反映影响因子的月指数特征量“持续异常”和“转折变化”的两套影响因子库,用“滑动相关—逐步回归—集合分析”方法分别建立预测模型,改进预测方案,这样建立的统计预测模型重点考虑了前期影响因子不同的变化特征。用距平符号一致率（PSS）与空间距平相关系数（ACC）为指标,对比分析不同因子处理方案对我国160站盛夏（7—8月）降水预测效果的影响,结果显示：两种因子选择方案均具有一定的预测能力;相比之下,“转折变化”因子选取方案的预测效果更好;用单站交叉建模序列与实测序列的相关系数为指标,挑选其中相关系数更高的因子选取方案结果作为集合方案预测结果,集合方案的预测效果有进一步提高的潜力。     

塔里木河流域干湿变化与大气环流关系

基于塔里木河流域39个气象站1961—2010年逐日观测数据和NCEP/NCAR再分析数据,采用标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI),分析了该流域近50年来干湿时空变化特征及典型干湿月份和突变前后的大气环流特征。对SPEI序列进行的趋势检验和突变分析表明,近50年来,塔里木河流域显著变湿并在1986年发生显著突变,SPEI上升趋势显著的站点较多的月份主要集中在暖季(5~10月)。对突变前后不同等级干湿事件频率变化的统计结果表明,突变后,极端干旱事件发生频率略有增加,但轻度和中度干旱事件发生频率有所减少,而不同等级的湿事件发生频率则一致地表现为增加。对典型干湿月份和突变前后对应的北半球500 hPa位势高度场和风场变化的合成分析表明,暖季典型干湿月份环流系统配置存在明显差异,增加的水汽和弱不稳定大气层结构是该区域1986年后暖季变湿的原因之一。     

新疆气候“湿干转折”的信号和影响探讨

新疆是对全球变化响应最敏感地区之一,分析全球变暖背景下新疆干湿气候变化及其影响,对应对和适应未来气候变化带来的影响具有重要意义。基于气象水文观测资料,对新疆区域干湿气候变化及其影响评估进行了探讨。结果表明：① 20世纪80年代中后期以来新疆气温升高,降水量增加,呈“暖湿化”特征;但1997年之后,干旱变化趋势、干旱频率、干旱发生月份等均有明显增加,导致70%以上的区域变干,新疆气候出现了从“暖湿化”向“暖干化”转折的强烈信号,即发生了“湿干转折”;② 新疆气候转折对区域生态和水资源造成明显的影响,归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）经历了先增后减的变化过程,1982—1997年植被趋于“变绿”,但1997年之后植被长势迟滞,土壤水分明显下降,生态逆转,生态负效应凸显;③ 新疆河流径流变化出现明显的区域差异,对干湿气候转折响应复杂,受冰雪融水对径流补给比例的影响,发源于天山的河流径流对区域干湿变化有正响应,但发源于昆仑山的河流径流响应不明显。研究结果表明气候“湿干转折”和极端气候事件加剧背景下新疆干旱化急剧增加,水循环系统和生态系统不稳定性加剧,相关成果可为区域干旱灾害防灾减灾和风险管理提供有价值的决策参考。