江西省降水空间插值方法适用性分析

文中基于数字高程模型,建立了多元线性回归插值模型(MLR)和PRISM空间插值方法,并与传统的反距离权重法(IDW)和普通克里金插值法(OK)进行比较.结果表明:1)江西省5月、7—10月降水量与海拔高度存在显著的相关性,与坡度、坡向无明显相关.2)从插值精度来看,3—9月PRISM和MLR空间插值精度明显优于IDW和OK,冬半年IDW和OK插值精度略高于MLR和PRISM;4种插值方法的年降水量插值精度排序为PRISM>MLR>OK>IDW;PRISM和MLR在高海拔地区的插值精度远高于IDW和OK.3)从插值效果来看,4种插值方法的降水空间分布具有一致性,MLR和PRISM优于IDW和OK.     

GPM IMERG和ERA5降水数据精度在云南复杂地形区域的评估检验

为评估和对比GPM IMERG、ERA5降水数据在云南的适用性,利用2014年4月至2018年6月的地面气象观测数据、GPM IMERG卫星遥感降水产品和ERA5再分析降水数据,采用定量和分类评分7项指标评估GPM IMERG和ERA5日降水产品在云南的适用性.结果表明:2种数据存在小雨日雨量高估,中雨及以上量级雨日雨...     

CMIP6全球气候模式对中亚极端降水模拟能力的评估

本文基于NOAA再分析逐日降水数据和22个CMIP6模式的降水模拟数据,选取了6个极端降水指数,从气候态和相对变率两个角度对CMIP6模式在中亚地区极端降水方面的模拟能力开展了评估。结果表明,在气候态方面,中亚地区降水的空间分布表现为由西南向东北递增,其东南部山地迎风侧降水偏多;多模式集合对SDII(简单降水强度)和CDD(最大无雨期)模拟的平均误差分别为-5.43%和0.45%,对PRCPTOT(年总降水量)、R1mm(有雨日数)、Rx5day(最大连续五日降水)和CWD(最大雨期)的模拟结果存在明显高估,且在中亚东南部高海拔地区误差偏高。在相对变率方面,多模式集合模拟的中亚极端降水的相对变率偏小,其中对CWD的模拟效果相对较好,平均误差为-4.78%;对R1mm的模拟效果最差,平均误差为-36.16%。模式间进行比较,TaiESM1、EC-Earth3-Veg-LR和GFDL-ESM为22个CMIP6模式中模拟能力最好的前3个模式。     

FGOALS-g2模式模拟和预估的全球季风区极端降水及其变化

利用LASG/IAP（中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室）全球耦合模式FGOALS-g2,评估了其对全球季风区极端气候指标的模拟能力,并讨论了RCP8.5排放情景下21世纪季风区极端气候指标的变化特征。总体而言,模式对季风区总降水和极端气候指标1997～2014年气候态和年际变率的空间分布均具有一定的模拟能力。偏差主要表现在模式低估了亚洲季风强降水中心,低估了中雨（10～20 mm d-1）和大雨（20～50 mm d-1）的频率而高估了暴雨（>50 mm d-1）频率。在RCP8.5排放情景下,由于可降水量的增加,模式预估的全球季风区极端降水、降水总量和降水强度将持续增加。到2076～2095年,极端降水和降水强度在北美季风区增加最显著（约22%和17%）,降水总量在澳大利亚增加最显著（约37%）。然而,FGOALS-g2对全球季风区平均的日降水量低于1 mm的连续最大天数（CDD）的预估变化不显著,这是由于预估的CDD在陆地季风区将增加,而在海洋季风区将减少。对各子季风区的分析显示,CDD在南美季风区变长最显著,达到30%,在澳洲季风区变短最显著,达到40%,这与两季风区日降水量低于1 mm的降水事件发生频率变化不同有关。     

Statistical downscaling for daily precipitation in Korea using combined PRISM,RCM, and quantile mapping: Part 1, methodology and evaluation in historical simulation

In this study, we present the Parameter-elevation Relationships on Independent Slopes Model (PRISM)-based Dynamic downscaling Error correction (PRIDE) model, which is suitable for complex topographies, such as the Korean peninsula. The PRIDE model is constructed by combining the PRISM module, the Regional Climate Model (RCM) anomaly, and quantile mapping (QM) to produce high-resolution (1 km) grid data at a daily time scale. The results show that the systematic bias of the RCM was significantly reduced by simply substituting the climatological observational seasonal cycle at a daily timescale for each grid point obtained from the PRISM. QM was then applied to correct additional systematic bias by constructing the transfer functions under the cumulative density function framework between the model and observation using six types of transfer functions. K-fold cross-validation of the PRIDE model shows that the number of modeled precipitation days is approximately 90~121% of the number of observed precipitation days for the five daily precipitation classes, indicating that the PRIDE model reasonably estimates the observational frequency of daily precipitation under a quantile framework. The relative Mean Absolute Error (MAE) is also discussed in the framework of the intensity of daily precipitation.     

我国逐日降水量格点化方法

国家气象信息中心(NMIC)和美国大气海洋局气候预测中心合作开发了"中国逐日格点降水量实时分析系统(V1.0)",并已在NMIC投入业务试运行。该系统基于我国2419个国家级地面气象站日降水量观测(08:00—08:00,北京时)数据,采用"基于气候背景场"的最优插值方法,实时生成空间分辨率为0.5°×0.5°的格点化日降水量资料。通过对汛期典型区域和单站降水过程的对比分析表明:该格点化产品的精度较高,能准确捕捉并再现每一次降水过程。误差分析表明:约91%的数据绝对误差小于1.0 mm/d。该产品在定量分析天气实况、检验天气气候模式精度、检验卫星产品精度等方面有应用前景。     

Projected change in East Asian summer monsoon precipitation under RCP scenario

Future changes in East Asian summer monsoon precipitation climatology, frequency, and intensity are analyzed using historical climate simulations and future climate simulations under the RCP4.5 scenario using the World Climate Research Programme’s (WCRP) Coupled Model Intercomparison Project 5 (CMIP5) multi-model dataset. The model reproducibility is evaluated, and well performance in the present-day climate simulation can be obtained by most of the studied models. However, underestimation is obvious over the East Asian region for precipitation climatology and precipitation intensity, and overestimation is observed for precipitation frequency. The overestimation of precipitation frequency is mainly due to the large positive bias of the light precipitation (precipitation <10 mm/day) days, and the underestimation of precipitation intensity is mainly caused by the negative bias of the intense precipitation (precipitation >10 mm/day) intensity. For the future climate simulations, simple multi-model ensemble (MME) averages using all of the models show increases in precipitation and its intensity over almost all of East Asia, while the precipitation frequency is projected to decrease over eastern China and around Japan and increase in other regions. When the weighted MME is considered, no large difference can be observed compared with the simple MME. For the MME using the six best models that have good performance in simulating the present-day climate, the future climate changes over East Asia are very similar to those predicted using all of the models. Further analysis shows that the frequency and intensity of intense precipitation events are also projected to significantly increase over East Asia. Increases in precipitation frequency and intensity are the main contributors to increases in precipitation, and the contribution of frequency increases (contributed by 40.8 % in the near future and by 58.9 % by the end of the twenty-first century) is much larger than that of intensity increases (contributed by 29.9 % in the near future and by 30.1 % by the end of the twenty-first century). This finding also implies an increased risk of intense precipitation events over the East Asian region under global warming scenario. These results regarding future climate simulations show much greater reliability than those using CMIP3 simulations.     

Areal differences in diurnal variations in summer precipitation over Beijing metropolitan region

Using hourly rain-gauge measurements for the period 2004?C2007, differences in diurnal variation in summer (June?CAugust) precipitation are investigated in four distinct areas of Beijing: the urban area (UA), suburban area (SA), north mountainous area (NMA), and south mountainous area (SMA), which are distinguished empirically based on underlying surface conditions and verified with a statistical rotated empirical orthogonal function. The diurnal cycles and spatial patterns in seasonal mean precipitation amount, intensity, and frequency in the four areas are compared. Results show that the four areas have distinct diurnal variation patterns in precipitation amounts, with a single peak observed in UA and NMA in the late afternoon, which are 80?% and 121?% higher than their daily average, respectively, and two peaks in SA during the late afternoon and early morning with magnitudes exceeding the daily mean by 76?% and 29?%, respectively. There are also two peaks in SMA: a weaker nocturnal diurnal peak and an afternoon peak. The minimum amounts of rainfall observed in the forenoon in UA, SA, and SMA are 53?%, 47?%, and 57?% lower than the daily mean in each area, respectively, and that observed in the early morning in NMA is 50?% lower than the daily mean. The diurnal variations in precipitation intensities resemble those for precipitation amount in all four areas, but more intense precipitation is observed in SA (2.4?mm/h) than in UA (2.2?mm/h). The lowest frequency for the whole day is observed in UA, whereas the highest frequency occurs in the mountainous areas in the daytime, especially in the late afternoon in SMA. Diurnal variations in surface air temperature and divergence fields in the four areas are further investigated to interpret the physical mechanisms that underlie the spatial and temporal differences in summer diurnal precipitation, and the results indicate the possible dominance of the local circulation arising from mountain?Cvalley wind and the differences in underlying surface heating between the urban, suburban, and mountainous areas of Beijing.     

新疆博州地区降水量、降水日的时空变化

根据1961--2005年新疆博州4站逐日降水资料,用气候趋势系数及Monte Carlo检验、t检验研究了降水量与降水日的长期变化趋势与突变时间。结果表明：（1）博州地区年与冬季降水量均在1977年前后突变增加,夏季降水量均在1998年前后增加,大部分地区年与冬夏降水量的长期增加趋势达到0．05以上的显著性水平。（2）年降水量的增加主要是由日降水量≥0．1mm的降水日数增加造成的,其次是不同区域不同季节日降水量≥0．1mm的日平均降水量强度的增加。（3）年与冬季日降水量≥0．1mm的降水日数约在1975年前后突变增加,45a里增加了7～8d。（4）0．0mm的降水日除精河外,其余地区均在1975年前后突变减少,阿拉山口减少最多,约10．5d,其余减少3～5d。其中,秋、冬季大范围在1975年前后突变减少。（5）博河上游地区年与冬夏日平均降水强度均出现了显著的突增现象。（6）夏季日平均降水强度除精河外,其余也均在1998年前后有一次显著的突增。     

Statistically Extrapolated Nowcasting of Summertime Precipitation over the Eastern Alps

This paper presents a new multiple linear regression(MLR) approach to updating the hourly, extrapolated precipitation forecasts generated by the INCA(Integrated Nowcasting through Comprehensive Analysis) system for the Eastern Alps.The generalized form of the model approximates the updated precipitation forecast as a linear response to combinations of predictors selected through a backward elimination algorithm from a pool of predictors. The predictors comprise the raw output of the extrapolated precipitation forecast, the latest radar observations, the convective analysis, and the precipitation analysis. For every MLR model, bias and distribution correction procedures are designed to further correct the systematic regression errors. Applications of the MLR models to a verification dataset containing two months of qualified samples,and to one-month gridded data, are performed and evaluated. Generally, MLR yields slight, but definite, improvements in the intensity accuracy of forecasts during the late evening to morning period, and significantly improves the forecasts for large thresholds. The structure–amplitude–location scores, used to evaluate the performance of the MLR approach,based on its simulation of morphological features, indicate that MLR typically reduces the overestimation of amplitudes and generates similar horizontal structures in precipitation patterns and slightly degraded location forecasts, when compared with the extrapolated nowcasting.     

太行山复杂地形下华北暖季极端降水的时空分布特征

基于2012—2021年5—9月华北五省的逐日降水资料和台站地形高度数据,统计分析了华北全区及各子区域极端降水事件的降水量及其强度和频次的时空分布特征;并运用地理加权回归(GWR)模型分析得到极端降水事件的降水量、强度及频次与海拔高度之间的关系。结果表明:1)华北区域极端降水量的时间变化均呈多波动特征且区域差异性显著,太行山以西高原和以东平原降水频次多、波动明显且强度较弱,太行山南段以南平原降水频次少、变化平缓而强度明显偏强。2)极端降水量的空间分布呈现南北少、中间多的型态分布,降水量大值区分别位于燕山东南侧和太行山南段晋冀豫三省交界处;极端降水高频站点主要聚集在晋东南地区;日最大降水量超过300 mm的站点主要集中在太行山脉和燕山山脉与华北平原的过渡地带。3)华北区域38°N以北,极端降水量、降水频次、强度和日最大降水量均随海拔高度的升高而减小;38°N以南,山西南部临运地区降水量随海拔高度的升高而显著增加。由于降水频次和强度与地形均存在正相关而导致,太行山附近降水量随海拔高度的升高而减小的贡献主要在于降水强度而非降水频次。     

基于区域历史回归法的雷州半岛火箭增雨作业效果检验

利用ERA5再分析资料,区域自动站雨量资料以及双偏振雷达基数据,采用区域历史回归方法,对2020年7月4日雷州半岛火箭人工增雨作业进行物理检验和统计检验。结果表明:作业后作业区域云系云冰含量大幅增加,强回波区面积增大,回波顶高度升高,平均回波强度显著增加。选取1971—2000年作业影响区和对比区逐年7月的平均日降水量资料作为历史样本建立回归公式,结合作业当天区域自动站的雨量资料,计算得出日降水量和作业后3 h累积降水量的绝对增雨量分别为11.07 mm和2.32 mm,相对增雨率分别为51.08%和38.73%,均通过了置信水平为α=0.05显著性检验。因此,雷州半岛开展人工增雨作业对缓解气象干旱,满足水库蓄水等有重要意义。     

东北地区逐日气象要素的空间插值方法应用研究

针对作物生长动力模型区域应用时对高精度格点逐日气象要素输入值的需要，以东北地区为例，选用克立格法 (Kriging)、以经纬度分布方向为权重的距离权重反比法（IDW）及带高度梯度订正的距离权重反比法（GIDW）3种插值方法进行有限气象站点4~10月逐日气象要素空间插值方法研究，并进行插值的统计量分析和估值的交叉验证。结果表明，对温度而言，GIDW方法估值精度较高，插值结果的平滑程度适中，插值结果分布趋势也较为接近实际站点的分布。对降水而言，IDW估值精度高于Kriging, 而且插值结果的平滑程度较小，更适合于日降水量的空间插值。GIDW、IDW估值精度较高的原因是研究中考虑到日最高温度、最低温度和降水量的经向、纬向梯度、海拔高度梯度存在明显的季节性变化，采用了根据气象要素经纬度方向确定权重，以及根据气象要素高度梯度年内变化进行高度订正的结果。     

7个IPCC AR4模式对中国地区极端降水指数模拟能力的评估及其未来情景预估

利用中国区域550个站点1961～2000年日降水量资料, 考察参与政府间气候变化委员会(IPCC)第四次评估报告的7个新一代全球模式及多模式集合对现代气候情景下(20C3M)5个极端降水指数的模拟能力, 同时进行中国区域未来不同排放情形下极端降水事件变化的预估, 结果表明: 最新全球模式能较好地模拟出极端降水指数气候场的空间分布及其中国区域的线性趋势, 且模式集合模拟能力优于大部分单个模式, 但在青藏高原东侧、 高原南部存在虚假的极端降水高值区, 模拟的东部季风区的极端降水强度系统性偏低, 区域平均序列年际变率的模拟能力也较低。中国地区21世纪与降水有关的事件都有趋于极端化的趋势, 极端降水强度可能增强, 干旱也将加重, 且变化幅度与排放强度成正比。     

未来气候变化对西南地区地质灾害的可能影响

本研究利用区域气候模式RegCM4提供的RCP8.5(高排放)和RCP4.5(中排放)情景下的逐日平均气温和降水量,计算并分析了西南地区21世纪不同阶段平均气温、平均降水、连续干旱日数(CDD)、> 20mm的降水日数(R20mm)、连续5天最大降水量(Rx5day)和单日降水强度指数(SDII)相对于参照期(1986～2005年)的变化特征,进而定性地给出未来气候变化对西南地区地质灾害的可能影响。结果表明:未来西南地区因平均气温升高、平均降水量变化、持续干旱变化、强降水变化、降水集中程度变化和单日降水强度变化将导致地质灾害发生的可能性增大,但诱因不同、影响区域有差异;另外温室气体浓度越高,平均气温、平均降水以及相关极端指数相对于基准期变幅基本上都越大,相关地质灾害风险增加的可能性也越大。      

中国降水极值变化趋势检测

利用中国２９６个分布均匀的测站的逐日降水资料,研究了中国过去４５ａ中降水量、降水频率、降水强度等方面的极值变化趋势。结果表明,总体上讲,中国年降水量、１日和３日最大降水量以及不同级别的强降水总量没有发现明显的极端化倾向,但伴随着降水日数极端偏多的区域范围越来越小的变化趋势,平均降水强度极端偏高的区域范围表现为扩大的趋势。中国降水极值变化还反映出明显的区域性特点。在中国东部,平均降水强度极值出现的范围趋于扩大。如华北地区在年降水量明显趋于减少的同时,年降水量极端偏多的范围减少,１日和３日最大降水量、日降水≥５０ｍｍ和１００ｍｍ的暴雨日数极端偏多的情况也趋于减少,而平均降水强度极值显著增加。在年降水明显趋于增多的西北西部地区,降水日数的极值变化趋势不明显,但年降水量、１日和３日最大降水量以及日降水≥１０ｍｍ的降水总量极端偏多的区域范围均反映出趋于增加的变化趋势。     

基于Copula函数的绕阳河流域降水事件危险性评估

利用1961—2021年绕阳河流域周边8个气象站的逐日降水资料,以降水持续时间和降水强度作为判断降水事件的两个要素,运用Copula函数确定降水事件的联合概率和重现期,并构建危险性评估模型,分析绕阳河流域降水事件危险性空间特征。结果表明：绕阳河流域周边不同地区降水事件的持续时间和降水强度的最大值存在显著差异。Lognormal和Logistic函数对两个降水要素的拟合效果较好,Clayton函数适合反映两要素联合下降水发生的概率。随着降水持续时间和降水强度的增加,极端降水事件的危险性快速升高;不同地区降水事件的概率和重现期存在着显著差异,阜新站降水持续7 d,强度达到60 mm的事件每10 a出现一次,而盘锦站和北镇站发生持续6 d以上的降水事件较少,多为20 a一遇;降水事件危险性高值区处于绕阳河流域南部,主要位于盘锦、辽中和北镇。     

GPCP和TRMM PR热带月平均降水的差异分析

文中利用GPCP(Global Precipitation Climatology Project)和TRMM(Tropical Rainfall Measuring Missio) PR(Precipitation Radar)资料,分析了1998～2002年热带地区月平均降水的差异及其主要原因.结果表明,GPCP和TRMM PR资料能一致地反映热带降水的主要分布特征,但降水的强度和范围存在着差异;两种资料的差异与雨强有密切关系;平均而言,洋面上的降水差异(0.5 mm/d)大于陆地上的差异(0.1 mm/d).微波发射信号(SSM/I E)的反演结果对洋面降水的高估和地面雨量计的缺乏,是造成两种资料间差异的主要原因.分析结果还表明,洋面上GPCP降水相对于PR降水的最大概率差异随雨强增大呈线性增大;陆地上这种差异则呈非线性关系.文中最后还利用最大概率函数对1979～1997年GPCP气候平均降水的误差进行了分析.     

近40a中国不同量级降水对年降水量变化的影响性分析

采用1968-2007年全国595个气象台站的日降水资料,将降水量分为0．1～9．9mm、10～24．9mm、25～49．9mm和≥50mm共4个不同量级降水,通过趋势系数等统计诊断方法,分析了年雨日与年降水量相关性、年雨日与日平均降水强度的变化趋势、不同量级降水的日数和强度的变化趋势以及它们分别对年降水量变化的影响。...     

GPM/IMERG产品在鲁南地区的精度评估

为了评估GPM/IMERG产品在鲁南地区的精度,利用2016年1—12月鲁南地区35个国家气象站的降水观测数据,采用定量和分类评分指标的方法,从时间、空间和降雨强度等方面对GPM/IMERG产品在鲁南地区的适用性进行评估。结果表明:IMERG数据在鲁南地区具有较高的精度,IMERG与站点观测数据相关系数为0.8,均方根误差为5.47mm/d,相对偏差为2.27%;从时间上来看,IMERG与站点观测区域平均日降水和月降水总体变化趋势是一致的,夏季的估算精度高于其他季节;从空间上来看,年降水量偏多的台站,IMERG数据会低估,年降水量偏少的台站,IMERG数据会高估,IMERG对中纬度山地和丘陵的估测精度优于平原;IMERG产品的估计精度与降雨强度有关,当降水量级为微量降水(小于1mm/d)时,卫星估测能力较弱,当降水强度为小雨及以上量级时,卫星估测降水产品与实际观测概率密度差异较小;IMERG估算稳定性降水的能力较强,在降水较多月份,IMERG的探测准确率较高、空报率较低、临界成功指数较好。