APHRODITE高分辨率逐日降水资料在中国大陆地区的适用性

通过收集、整理中国历史上各类逐小时降水数据源,建立了中国国家级地面气象台站逐小时降水数据集。质量评估结果显示,绝大部分台站实有率在90%以上,中国东部沿海和贵州、湖南等省份数据实有率偏低。各台站数据正确率普遍较高,正确率低于98%的台站数占总站数的0.7%,正确率在98%~99%区间的台站占总站数的1.8%,其余97.5%的站数据正确率都高于99%。逐小时降水量的日合计量和人工观测日降水量差值在1 mm以内的占92.1%,在0.5~5 mm间的占16.37%,超过5 mm的不到9‰。

     

高分辨率降水资料在西南山地的适用性分析

文章以站点资料为观测场,以多源实况融合及GPM-IMERG降水产品为评估场,计算西南山地范围内降水数据的时间、空间技巧评分,并比较了几套资料在描述降水量及强降水频率方面的适用性。结果表明,在2019年汛期的大部分时段内,实况融合降水产品的空间评分较为稳定。三套资料在盆地西北侧及南部边缘地区时间评分均优于其他地区,但在盆地多云区GPM-IMERG产品的时间技巧评分低于实况快速融合降水数据。从强降水频率的描述上看,实况快速融合降水的空间分布与站点实测资料最为相似,但其反映的强降水频率与实测值相比偏小,GPM-IMERG产品则偏大。从降水量值的描述上看,实况快速融合降水与实况值相比偏小,而GPM-IMERG产品与实况值相比则偏大。     

我国高分辨率降水融合资料的适用性评估

利用国家气象信息中心研制的全国30000多个地面自动站降水与 CMORPH (Climate Prediction Center Morphing technique)卫星反演降水融合而成的融合降水产品,分析了融合降水平均偏差和均方根误差的时空分布特征,探讨了不同降水量级以及站点稀疏区和密集区的融合效果,结果表明：融合降水的平均偏差和均方根误差量值均较卫星反演降水有显著减小,随时间的变化幅度不大且误差的区域性差异减弱;融合降水不同量级降水日数分布接近于地面观测降水,虽高估了雨强小于等于4 mm/d的降水,低估了大于4 mm/d高值降水,但同一量级下的误差比卫星反演降水大幅减小,且随着降水强度的增加改善效果明显;站点密集区的融合降水值主要是取决于地面观测降水;站点稀疏区在没有站点分布时,融合降水值主要取决于卫星反演降水,但随着站点个数增加,地面观测降水在融合降水中所占比重逐渐增大,且超过了卫星反演降水的作用。可见融合降水充分有效利用了地面观测降水和卫星反演降水各自的优势,融合效果明显。     

8套高分辨率降水资料在青藏高原干湿季适用性评估

摘要：本文利用青藏高原86个气象站点观测资料、四套基于观测的全球降水数据集CRU、GPCC、GPCP、CMAP和四套降水再分析数据集ERA5、JRA55、CFSR、MERRA2,从误差分析、泰勒图、空间分布、时空变化趋势、年代际特征等方面入手,综合分析了不同来源降水数据在刻画青藏高原湿季、干季降水变化的适用性。结果表明：（1）从高原年降水量适用性评估来看,GPCP和CMAP的相对误差在2%以内,接近实况;（2）从高原逐月降水量适用性评估来看,8套降水资料均能刻画出青藏高原干湿季分明的典型特征,其中再分析资料对高原湿季降水存在一致高估现象,相反全球观测资料一致低估,均普遍高估干季降水;（3）从高原湿季降水适用性评估来看,GPCP湿季降水和实测降水相对误差最小,空间分布特征最接近实况;就时间变化趋势而言,8套降水资料湿季降水均呈增加趋势,GPCC的趋势特征和实测最接近,显著增加区域和实况几乎重合;从年代际特征来看,GPCC、GPCP和ERA5对高原湿季异常旱涝年的刻画能力较好,整体而言,GPCP、GPCC在雨季适用性最好;（4）从高原干季降水适用性评估来看,8套资料对干季降水量均存在不同程度的一致高估;GPCC空间分布格局同实况最接近,GPCP次之;就时间变化趋势而言,干季降水在高原东北部呈增加趋势,而西南部为减少趋势,多数资料能刻画出这一特征,其中CRU和实测最接近,幅度和范围较为吻合;从年代际特征来看,8套资料均能较好再现干季降水的年代际特征,GPCC、GPCP、ERA5的效果最佳,整体而言,GPCC在干季适用性最好。     

中国大陆地区不同降水资料的适用性及其应用潜力

降水资料中的分析和再分析降水数据可以弥补台站观测数据的不足,对于气象学和水文学具有重要的应用价值。利用目前国际上7种具有代表性的分析和再分析格点降水数据与全国621站的降水数据进行了对比分析。结果表明,7种逐月降水资料在不同地区的适用性不同,用格点资料研究西部地区的逐月降水情况会导致较大误差。中国西部部分地区多年平均偏...     

近60年三江源地区降水集中度和季节性降水特征变化分析

三江源作为“中华水塔”,是中国重要的淡水之源和生态系统屏障。降水集中度、季节降水量、降水频率和降水强度的演变是气候变暖背景下水循环的关键过程,对植被生长和水资源管理具有重要意义。本研究利用中国气象局1961-2020年的CN05.1日降水格点数据,计算了三江源的降水集中度指数（Precipitation Concentration Index,PCI）,厘清了三江源降水集中度和降水年内分配的演变规律,研究了季节降水量、降水频率和降水强度的气候态、年际变化、长期趋势以及距平变化。研究结果表明：（1）三江源地区降水集中指数PCI为17.5,降水具有一定集中性;整个区域PCI由东南向西北递增,降水集中度增大;近60年三江源地区PCI以-1.71%·（10a）^-1的变化率减小,降水的年内分配趋于均匀;生长季降水分配的减少将影响该地区农业生产和生态系统的维持。（2）近60年不同季节降水量和降水强度整体呈现显著增加趋势,夏季降水频率减少,其他季节降水频率增加;春夏秋三个季节降水强度的增加主导了降水量的增加,冬季降水频率的增加主导了降水量的增加。冬春季增湿高于夏秋季,春季降水量和降水强度的增长率为8.09%·（10a）^-1和6.94%·（10a）^-1,冬季降雪量和降雪频率的增长率为7.27%·（10a）^-1和4.4%·（10a）^-1;长江源区部分地区的旱涝分布趋于极端化,生态系统的脆弱性加剧。（3）近60年三江源区域平均的降水量、降水频率和降水强度以每年1.36 mm、0.024%和0.0056 mm·d^-1的数值增加;降水量、降水频率和降水强度累积距平整体呈现负距平,突变年份分别为2003年、1989年和2003年;雨季降水频率减小,降水强度增加,旱季降水频率和降水强度均增加,这种变化在近10年尤为剧烈。本研究可以为该地区土壤侵蚀、农业生产、水资源管理以及气候变化相关研究提供参考。     

中国大陆地区小时极端降水阈值的计算与分析

利用广义极值分布和百分位两种阈值确定方法,对我国465个气象站点不同极端程度的小时降水强度阈值进行了分析。广义极值分布结果表明,重现期为2、5、10、50a的降水强度阈值具有一致的空间分布特征：华南沿海阈值最高,长江中下游地区北部、四川盆地西部、华北地区东部次之,云南中西部、华北西部和东北西部阈值相对更低,最小值出现在我国西部地区。百分位法得到的阈值空间分布呈现出与广义极值分布结果较为一致的东南大、西北小的整体特征。考察465站中位数发现,第99．9百分位的强度阈值与二年一遇降水的阈值接近。具体分析各站第99．9百分位降水阈值对应的重现期发现,长江流域及其以南地区重现期大多低于2a;35°N一带重现期长于4a;我国北方和西北部分地区重现期长于8a。     

1957～2004年中国不同强度级别降水的变化趋势特征

利用1957～2004年我国506个测站的逐日降水观测资料,分析我国8个区域年降水量、年降水频率和平均降水强度的趋势变化,根据百分位的分布,分析不同强度级别降水量和降水频率的趋势变化,以及频率和强度变化分别对降水量趋势的贡献.结果表明,年降水量、降水频率和平均降水强度均存在明显的区域变化特征.针对不同强度级别降水量和降水频率的趋势分析表明,极强降水量的趋势变化最为明显,频率变化在各强度级别均有体现,降水量的趋势变化主要由强降水量的变化引起,降水频率变化对降水量趋势的贡献远大于强度变化,趋势变化主要由频率的趋势产生.     

厄尔尼诺对中国东部季风区夏季不同持续性降水的影响

利用1961—2018年中国地面气象台站常规观测降水数据,探讨了不同分布型厄尔尼诺事件对中国东部地区降水持续性结构的影响,进一步分析了不同区域持续性降水变化的原因。东部型厄尔尼诺事件中北异常雨带（华北、内蒙古和东北南部）主要是由于短持续性降水频率和强度同步增大造成的,短持续性降水对该区域降水异常的贡献率超过80%;南异常雨带（长江流域）形成的原因则是长持续性降水频率和累计降水日数比例同步增多。中部型厄尔尼诺事件中的异常雨带（华北南部、东北南部、黄淮和江淮地区）形成最主要的原因是短持续性降水量异常增大,其贡献占比约为60%,其次是长持续性降水,占比约为24%;短持续性降水的增加主要表现为频率增加和强度增大,而长持续性降水增加主要发生在雨带南部,是频率和累计日数比例同时增大的结果。两类厄尔尼诺事件次年夏季,中国东部地区短持续性降水的变化对总降水量异常变化的贡献最大,在长江流域长持续性降水的增强对总降水量增加也有重要作用;异常雨带形成的最主要原因是短持续性和长持续性降水频率的明显增加。     

格点降水资料在中国东部夏季降水变率研究中的适用性

本文使用1951~2010年PREC、CRU、APHRO和GPCC 4种格点降水资料,通过比较其与中国756站点观测降水资料在中国东部(105°E以东)夏季降水变率中的差异,检验和评估了它们的可靠性和适用性。结果表明:中国东部夏季降水变率的前3个主要模态分别是以江淮流域、长江流域和华北与东北南部为核心的经向多中心分布,有明显的年际和年代际变率特征,且干旱特征较洪涝更明显;长江流域夏季降水异常的主周期为3~7 a和20~50 a,而江淮流域和华北地区夏季降水异常的主周期则为准2 a和准10 a。另外,长江与江淮流域和华南地区分别在1970s末和1990s初发生了显著的年代际转变;4种格点降水资料都能很好地再现中国东部夏季降水的时空变率特征,但由于GPCC格点降水资料是基于更多的基站观测和更精细复杂的质量控制方案得到的,因此它具有更高的可靠性。     

Projection of Future Precipitation Change over China with a High-Resolution Global Atmospheric Model

Projections of future precipitation change over China are studied based on the output of a global AGCM, ECHAM5, with a high resolution of T319 (equivalent to 40 km). Evaluation of the model’s performance in simulating present-day precipitation shows encouraging results. The spatial distributions of both mean and extreme precipitation, especially the locations of main precipitation centers, are reproduced reasonably. The simulated annual cycle of precipitation is close to the observed. The performance of the model over eastern China is generally better than that over western China. A weakness of the model is the overestimation of precipitation over northern and western China. Analyses on the potential change in precipitation projected under the A1B scenario show that both annual mean precipitation intensity and extreme precipitation would increase significantly over southeastern China. The percentage increase in extreme precipitation is larger than that of mean precipitation. Meanwhile, decreases in mean and extreme precipitation are evident over the southern Tibetan Plateau. For precipitation days, extreme precipitation days are projected to increase over all of China. Both consecutive dry days over northern China and consecutive wet days over southern China would decrease.     

近四十年我国东部盛夏日降水特性变化分析

基于中国地区740台站的日降水资料,细致分析了近40年我国东部盛夏即7、8月份降水长期趋势和年代际变化特征。按小雨、中雨、大雨以及暴雨降水强度分类,探讨了不同强度降水在我国东部降水变化中的贡献。结果表明,中国东部地区盛夏降水变化主要受暴雨强度降水变化的影响,占总降水变化60%以上。近40年来,盛夏长江流域降水量、 降水频率、极端降水频率以及暴雨降水强度均呈增大趋势,在华北地区则呈减小趋势,除降水频率在长江流域的变化趋势绝对值比华北地区小外,另三个指标在长江流域的趋势变化值大约是后者的2倍。降水强度在中国东部表现出一致的增大趋势,但华北地区增大趋势不显著。华北地区降水的减少主要是小雨强度降水频率减小的结果,强降水的频率和强度在该地区也呈微弱的减小趋势,其中小雨强度降水频率减小趋势大值中心值达到-3%/10a,比中雨以上强度降水频率变化趋势值大一个量级;长江流域降水的增多,是各强度降水频率和强度增大共同作用的结果。长江流域和华北地区在区域平均降水频率、降水强度、极端降水频率、最大降水量的时间序列上,彼此均为负相关关系,其中降水频率和极端降水频率序列在两区域的相关系数通过99%的信度检验。Mann-Kendall检验表明,除华北地区降水强度外,其他降水指标均存在显著的年代际跃变。与1970年代末的气候跃变相对应,华北地区降水频率较之长江流域的跃变明显;但长江流域极端降水在1970年代末的跃变较之华北地区更显著,其降水强度、极端降水频率以及最大降水量均于1970年代末期前后发生显著年代际跃变。     

华北汛期日降水特性的变化分析

基于中国740站逐日降水资料, 使用线性倾向估计、 Mann-Kendall突变检验等方法, 分析了华北汛期降水量、 5类汛期降水频率及其贡献率的趋势特征和年代际变化, 揭示出一些比较有意义的新事实, 结果如下: 华北汛期降水量、 5类降水频率及其贡献率都有一定的下降趋势, 华北汛期降水量下降趋势最明显。5类降水频率的下降趋势, 表现出明显的渐变特点, 其中, 小雨频率下降趋势最大, 暴雨频率和大暴雨频率的下降趋势并不显著。5类降水贡献率下降趋势中, 华北暴雨贡献率下降趋势最大。50年来, 华北汛期大雨贡献率最大, 接近于总降水的1/3。华北汛期降水量的多寡主要受其汛期大雨的频率和暴雨的贡献率影响。华北汛期降水量和暴雨贡献率都在1978年前后发生了年代际突变, 华北暴雨贡献率的年代际突变是造成华北汛期降水量发生年代际突变的内在因素。     

1961-2000年西南地区小时降水变化特征

根据西南地区112个站点1961-2000年逐时降水资料,分析了不同季节降水时数、小时雨强、极端强降水时数和极端强降水强度的变化趋势.从降水时数变化来看,夏季西南大部分地区如四川盆地西部、云南、贵州南部等地总降水时数有减少趋势,四川盆地东部和川西高原总降水时数增加;整个区域平均趋势为-0.9%/10a.相应地,极端强降...     

Validation of Daily Precipitation from Two High-Resolution Satellite Precipitation Datasets over the Tibetan Plateau and the Regions to Its East

Daily precipitation amounts and frequencies from the CMORPH (Climate Prediction Center Morphing Technique) and TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) 3B42 precipitation products are validated against warm season in-situ precipitation observations from 2003 to 2008 over the Tibetan Plateau and the regions to its east. The results indicate that these two satellite datasets can better detect daily precipitation frequency than daily precipitation amount. The ability of CMORPH and TRMM 3B42 to accurately detect daily precipitation amount is dependent on the underlying terrain. Both datasets are more reliable over the relatively flat terrain of the northeastern Tibetan Plateau, the Sichuan basin, and the mid-lower reaches of the Yangtze River than over the complex terrain of the Tibetan Plateau. Both satellite products are able to detect the occurrence of daily rainfall events; however, their performance is worse in regions of complex topography, such as the Tibetan Plateau. Regional distributions of precipitation amount by precipitation intensity based on TRMM 3B42 are close to those based on rain gauge data. By contrast, similar distributions based on CMORPH differ substantially. CMORPH overestimates the amount of rain associated with the most intense precipitation events over the mid-lower reaches of the Yangtze River while underestimating the amount of rain associated with lighter precipitation events. CMORPH underestimates the amount of intense precipitation and overestimates the amount of lighter precipitation over the other analyzed regions. TRMM 3B42 underestimates the frequency of light precipitation over the Sichuan basin and the mid-lower reaches of the Yangtze River. CMORPH overestimates the frequencies of weak and intense precipitation over the mid-lower reaches of the Yangtze River, and underestimates the frequencies of moderate and heavy precipitation. CMORPH also overestimates the frequency of light precipitation and underestimates the frequency of intense precipitation over the other three regions. The TRMM 3B42 product provides better characterizations of the regional gamma distributions of daily precipitation amount than the CMORPH product, for which the cumulative distribution functions are biased toward lighter precipitation events.     

一套新的30年全球台站逐日降水资料集:质量控制和评估

对来自全球无线通讯系统(GTS) 1980-2009年全球台站逐日降水资料进行质量控制和检验评估.有效地过滤了错误和不可靠的观测记录,构建了一套新的全球台站逐日降水资料集.利用CMAP和GPCP降水产品进行的检验评估表明,新资料集月降水具有良好的频率分布和空间结构一致性.新资料集与CMAP和GPCP降水的全球平均时间相...     

1961—2012年重庆市的降水特征分析

利用重庆市1961—2012年34个气象观测站的逐日降水资料,采用EOF分析、线性回归及相关分析的方法对重庆市的降水量时空特征、降水频数特征及降水强度特征进行诊断分析研究,并进行了相关讨论.结果表明:重庆市的年总降水量呈逐年减少的变化特征,并且年总降水量存在空间一致性与重庆市东北地区和其他地区反相变化的空间分布形式;各类持续性降水过程频数的空间分布差异较大,持续性降水过程频数的变化趋势表明短期降水过程(持续2 d)逐年增加而持续较长时间(持续5 d及以上)的连阴雨天气过程减少趋势明显;降水强度分析中发现一般降水(小雨、中雨、大雨)的年总降水量呈下降趋势,是引起重庆市年总降水量减少的主要原因,小雨、中雨降水强度逐年减弱而大雨的强度有弱的增强,较强降水等级(暴雨与大暴雨)的年总降水量呈较弱的上升趋势,降水强度也表现为弱的增强趋势;持续5 d及以上降水过程频数的减少可能与当地500 hPa位势高度场的上升及赤道太平洋海表温度的升高相关,大雨及以上等级降水的强度变化可能与El Niño Modoki现象有关.     

An Overview of the Second Generation Adjusted Daily Precipitation Dataset for Trend Analysis in Canada

A second generation adjusted precipitation daily dataset has been prepared for trend analysis in Canada. Daily rainfall and snowfall amounts have been adjusted for 464 stations for known measurement issues such as wind undercatch, evaporation and wetting losses for each type of rain-gauge, snow water equivalent from ruler measurements, trace observations and accumulated amounts from several days. Observations from nearby stations were sometimes combined to create time series that are longer; hence, making them more useful for trend studies. In this new version, daily adjustments are an improvement over the previous version because they are derived from an extended dataset and enhanced metadata knowledge. Datasets were updated to cover recent years, including 2009. The impact of the adjustments on rainfall and snowfall total amounts and trends was examined in detail. As a result of adjustments, total rainfall amounts have increased by 5 to 10% in southern Canada and by more than 20% in the Canadian Arctic, compared to the original observations, while the effect of the adjustments on snowfall were larger and more variable throughout the country. The slope of the rain trend lines decreased as a result of the larger correction applied to the older rain-gauges while the slope of the snow trend lines increased, mainly along the west coast and in the Arctic. Finally, annual and seasonal rainfall and snowfall trends based on the adjusted series were computed for 1950–2009 and 1900–2009. Overall, rainfall has increased across the country while a mix of non-significant increasing and decreasing trends was found during the summer in the Canadian Prairies. Snowfall has increased mainly in the north while a significant decrease was observed in the southwestern part of the country for 1950–2009.

     

基于RegCM4模式的中国区域日尺度降水模拟误差订正

气候模式模拟得到的各气候变量与观测相比,总会存在一定的偏差,所得到的气候变化预估结果难以在影响评估模型中直接应用。本文尝试对一个区域气候模式（RegCM4.4）所模拟的中国区域逐日降水,基于概率分布（分位数映射）方法进行统计误差订正。在订正过程中,以模拟时段1991~2010年中的前半段（1991~2000年）作为参照时段,建立传递函数,对后一时段（2001~2010年）进行订正并检验其效果。首先对使用参数和非参数所建立的6种不同传递函数方法进行对比,发现6种方法均可明显减少降水模拟的误差,其中利用非参数转换建立传递函数的RQUANT方法效果更好。随后进一步分析了采用该方法对模式模拟降水所做订正的效果,结果表明,该方法可以明显改善对平均降水,以及降水年际变率和极端事件的模拟结果。     

Progress in Studies of the Precipitation Diurnal Variation over Contiguous China

This paper summarizes the recent progress in studies of the diurnal variation of precipitation over con- tiguous China. The main results are as follows. （1） The rainfall diurnal variation over contiguous China presents distinct regional features. In summer, precipitation peaks in the late afternoon over the south- ern inland China and northeastern China, while it peaks around midnight over southwestern China. In the upper and middle reaches of Yangtze River valley, precipitation occurs mostly in the early morning. Summer precipitation over the central eastern China （most regions of the Tibetan Plateau） has two diurnal peaks, i.e., one in the early morning （midnight） and the other in the late afternoon. （2） The rainfall diurnal variation experiences obvious seasonal and sub-seasonal evolutions. In cold seasons, the regional contrast of rainfall diurnal peaks decreases, with an early morning maximum over most of the southern China. Over the central eastern China, diurnal monsoon rainfall shows sub-seasonal variations with the movement of summer monsoon systems. The rainfall peak mainly occurs in the early morning （late afternoon） during the active （break） monsoon period. （3） Cloud properties and occurrence time of rainfall diurnal peaks are different for long- and short-duration rainfall events. Long-duration rainfall events are dominated by strat- iform precipitation, with the maximum surface rain rate and the highest profile occurring in the late night to early morning, while short-duration rainfall events are more related to convective precipitation, with the maximum surface rain rate and the highest profile occurring between the late afternoon and early night. （4） The rainfall diurnal variation is influenced by multi-scale mountain-valley and land-sea breezes as well as large-scale atmospheric circulation, and involves complicated formation and evolution of cloud and rainfall systems. The diurnal cycle of winds in the lower troposphere also contributes to the regional differences