亚非季风区夏季降水变率

本文利用比较完整的格点资料,采用Ｇａｍｍａ分布百分位数的降水量指标系统分析了亚非季风区夏季降水变率及其与赤道东太平洋冷水区ＳＳＴ的关系。首先根据ＲＥＯＦ分析,指出亚非季风区里有五个关键地区,分别为萨赫勒地区、日本南部到中国长江流域、中国华南到印度半岛东部、热带非洲地区和东亚地区。然后利用子波分析等方法对这五个中心地区的降水变化进行了较深入的研究     

四川盆地中部降水过程的一种定量描述方法

采用历强函数来描述四川盆地中部较小范围降水过程的历时、面积和深度的关系。发现降水历强函数是便于客观描述盆地中部降水的历时、雨强和雨区面积的有力工具，对降水预报及水文部门具有较好的参考作用和使用价值。     

淮河流域夏季极端降水频次空间分布的客观分类及其形成机理

本文基于1961～2016年淮河流域四省（江苏、安徽、河南、山东）逐日降水观测资料及全球大气再分析资料,利用K均值聚类、旋转经验正交函数分解对淮河流域夏季极端降水频次分布进行了客观分类,利用统计诊断和数值模拟的手段讨论了其相关环流异常和形成机理。结果表明:（1）淮河流域夏季极端降水频次的空间分布可客观分为以极端降水主要发生在淮河流域33°N以南地区的南部型,主要发生在32°～36°N之间的中部型,和主要发生在34°N以北的北部型这三种分布类型;（2）南部型极端降水频次分布与西北太平洋副热带高压异常偏西偏南有关,西北太平洋异常反气旋北侧的异常气旋性环流使得水汽输送停留在淮河流域南部,导致南部极端降水频次偏多。中部型对应淮河流域受鞍型场环流结构控制,导致中部极端降水频次偏多。北部型极端降水频次分布时,淮河流域处于反气旋性环流异常西南侧,偏南风将水汽输送至淮河流域北部,导致北部极端降水频次偏多;（3）南部型和北部型的极端降水频次分布相关环流异常分别受厄尔尼诺和拉尼娜相关海表温度异常所影响,而中部型极端降水频次分布的相关环流异常是巴伦支海/喀拉海海冰异常在欧亚大陆上空激发的自西北向东南传播的准定常罗斯贝波所导致的。     

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。     

东北地区夏季降水极值空间演变特征

利用 1959～2000年东北地区 93个测站逐日降水资料 ,分析了东北地区夏季严重干燥事件、极端连雨事件和暴雨事件等降水极值的空间分布特征。研究结果表明 :近 42a间东北地区夏季年平均发生严重干燥事件为 0.9～ 2.4次 ,严重连雨事件为 0.7～ 3.0次 ,暴雨日数为 0.3～3.0d ;东北地区夏季严重干燥事件、暴雨强度和暴雨量呈现不同程度的增加趋势 ,严重干燥事件和暴雨量的增加趋势更为明显 ;年平均极端连雨事件和暴雨日数全区总体表现为减少的趋势 ,呈现出东北大部分地区暴雨强度增加、暴雨日数减少、降水时段集中 ,干旱发展的演变特征。     

夏季中国中东部不同历时降水时空分布特征

利用1961~2012年台站逐时降水资料,分析了夏季中国中东部不同历时降水的主要气候分布和长期变化特征,为深入认识其时空变化规律和形成机理奠定基础。分析结果表明,降水事件的平均历时由南向北呈"短—长—短"分布型,华南和北方地区以6 h以下的短历时降水为主;而中部地区(28°N~37°N)6 h以上长历时降水占总降水量60%以上。随着降水历时的增加,小雨事件(0.1~1.0 mm/h)的发生概率降低,中雨事件(1.1~10.0 mm/h)的发生概率升高;大雨、暴雨事件(10.0 mm/h)更易出现在35°N以南历时偏短的降水事件中。1961~2012年,中国中东部总降水量呈"南升北降"的趋势分布,夏季南方大部分地区降水强度、时数和事件数均呈上升趋势;而北方地区降水时数和事件数显著减少,不过降水强度呈增强趋势。中东部降水历时总体呈上升趋势,尤其以我国长江与黄河之间的中部地区变化最为显著。同时,该地区短历时(1~6 h)降水无显著的年代际转折,长历时(6 h)降水的年代际增加是20世纪70年代末至20世纪90年代初降水增多的主要原因。20世纪90年代初期以来,南方地区降水的年代际增多则是长、短降水共同作用的结果,但超过6 h降水的影响范围更广,且影响中心较短历时降水偏北。     

东北地区夏季降水极值空间演变特征

利用1959～2000年东北地区93个测站逐日降水资料，分析了东北地区夏季严重干燥事件、极端连雨事件和暴雨事件等降水极值的空间分布特征。研究结果表明：近42a间东北地区夏季年平均发生严重干燥事件为0．9～2．4次．严重连雨事件为0．7～3．0次，暴雨日数为0．3～3．0d；东北地区夏季严重干燥事件、暴雨强度和暴雨量呈现不同程度的增加趋势，严重干燥事件和暴雨量的增加趋势更为明显；年平均极端连雨事件和暴雨日数全区总体表现为减少的趋势．呈现出东北大部分地区暴雨强度增加、暴雨日数减少、降水时段集中．干旱发展的演变特征。     

淮河流域春夏季降水位相变化特征

淮河流域的降水异常容易导致旱涝灾害。本研究从降水位相变化的角度,对淮河流域春夏季降水规律作了分析。在近50 a中,春夏季降水持续偏多的典型事件发生频次较多,强度较大。1960年代初期—1970年代末期和2000年代的两个时期内发生降水位相变化的站次都呈现减少趋势,而在近几年则显著增加。通过S-EOF分解,第1模态代表春、夏季降水持续同位相变化,其时间系数在近年来持续上升;第2模态为春夏季降水反位相变化特征,此模态的时间系数有明显的年代际变化特征。进一步研究发现:前冬和春季,当赤道太平洋持续发生El Ni1o事件,南印度洋偶极子负位相;春季东亚副热带急流偏弱,春夏季中国东部850 hPa均存在南风异常,有利于淮河流域春夏季降水持续正位相变化;持续负位相年则反之。当春季东亚副热带急流偏强(弱),夏季位置偏南(北);中国东部沿海春季海温偏低(高);春夏季间中国东南部850 hPa经向风由北(南)风异常转变为南(北)风异常,可能会导致春季降水负(正)位相—夏季正(负)位相的变化。     

淮河流域夏季极端降水事件的统计预测模型研究

采用年际增量预测方法, 通过考察与淮河流域夏季极端降水事件发生频次(HRF)年际增量相关的环流, 确定了5个预测因子:冬季北太平洋涛动、12月南极涛动、春季3～4月南印度洋气压、春季3～4月白令海气压、春季3～4月印尼—澳洲附近经向风垂直切变;然后利用这5个预测因子, 通过多元线性回归方法建立HRF年际增量的预测模型, 进而预测HRF。交叉检验表明, 在1962～2005年的后报中, 这个预测模型对HRF显示了较高的预测技巧, 预测结果与实测间的相关系数为0.67, 表现出较高的预测潜力, 对淮河流域夏季极端降水事件的预测具有较大的应用价值。     

淮河流域夏季降水异常与北太平洋海温异常的关系

研究淮河流域降水异常与北太平洋海温异常的相关关系,初步探讨北太平洋海温异常对淮河流域降水的可能影响机制。结果表明:淮河流域夏季降水与上年8-10月北太平洋中部关键海区(162．5~177．5°W,36．5~41．5°N)的SSTA存在持续高的正相关关系;淮河流域夏季降水异常对应着一种大范围的海温异常分布型,而关键海区正好位子其相关最显著地区;正是由于北太平洋大范围持续的海温异常引起了次年夏季大气环流的异常,导致了淮河流域夏季降水异常,这也正是海温与降水具有很好相关的内在原因。     

气候过渡带温度变化与淮河流域夏季降水的关系

淮河流域是我国南北气候的过渡带,气候过渡带位置的南北变动对淮河流域的降水有显著的影响。利用1952～2001年的温度和降水资料,计算了气候过渡带位置的变化和淮河流域降水与旱涝的关系,发现气候分界线位置的南北移动与淮河流域夏季降水呈显著负相关,即气候分界线北移夏季降水减少、气候偏旱;气候分界线南移则夏季降水增加、气候偏涝。气候分界线与淮河流域夏季降水的这一对应关系反映了春季冷空气活动的强度和时间对淮河流域夏季和梅雨降水有重要影响,即春季(特别是3月下旬)冷空气南下活动较强年份的夏季降水可能异常偏多。     

Assessing the Seasonal Predictability of Summer Precipitation over the Huaihe River Basin with Multiple APCC Models

Seasonal rainfall predictability over the Huaihe River basin is evaluated in this paper on the basis of 23-year(1981-2003) retrospective forecasts by 10 climate models from the Asia-Pacific Economic Cooperation(APEC) Climate Center(APCC) multi-model ensemble(MME) prediction system.It is found that the summer rainfall variance in this basin is largely internal,which leads to lower rainfall predictability for most individual climate models.By dividing the 10 models into three categories according to their sea surface temperature(SST) boundary conditions including observed,predicted,and persistent SSTs,the MME deterministic predictive skill of summer rainfall over Huaihe River basin is investigated.It is shown that the MME is effective for increasing the current seasonal forecast skill.Further analysis shows that the MME averaged over predicted SST models has the highest rainfall prediction skill,which is closely related to model’s capability in reproducing the observed dominant modes of the summer rainfall anomalies in Huaihe River basin.This result can be further ascribed to the fact that the predicted SST MME is the most effective model ensemble for capturing the relationship between the summer rainfall anomalies over Huaihe River basin and the SST anomalies(SSTAs) in equatorial oceans.     

2007年淮河流域大洪水的雨情、水情分析

利用淮河流域实测降水资料和水文资料,分析了2007年夏季淮河流域大洪水期间的降水时空分布、气候统计特征以及水情特征,并与历史同期进行了比较.结果表明,2007年淮河流域汛期强降水过程集中在6月29日至7月26日,强降水主要分为四个时段,淮河干流四次洪峰对应着4个强降水阶段,累积降水量越大,相应的流量越大,洪峰水位也越高.2007年汛期淮河流域平均降水量少于1954年,和2003年基本持平,但淮河中上游降水集中,降水强度大,持续时间长,从而导致了淮河流域出现1954年以来最大的洪水.     

东亚经圈环流年代际变化及对海河降水影响

基于NCEP/NCAR和ERA 40两套再分析资料及中国160个站月降水资料,分析了海河流域夏季降水的变化特征及受东亚夏季风的影响,并定义了东亚夏季经圈环流指数,研究了东亚夏季风的年际和年代际气候变化特征及与海河流域夏季降水的关系。结果表明：近30年来,夏季东亚地区对流层低层和高层的西风均呈现反位相的变化特征,同时东亚地区对流层低层南风分量异常减弱,中低纬度的经圈环流也呈现减弱趋势,夏季风的强度随之减弱,不利于夏季雨带向北推进。文中定义的东亚夏季经圈环流指数与海河流域夏季降水存在显著的正相关关系,说明经圈环流指数值越大,东亚经圈环流强度越强,利于夏季东亚季风向北推进,从而使海河流域夏季降水偏多。反之,当东亚夏季风偏弱时,东亚经圈环流也偏弱,不利于海河流域降水偏多。本文结果表明,东亚经圈环流的年代际减弱是海河流域近30年处于少雨期的一个直接原因。     

淮河夏季降水与赤道东太平洋海温对应关系的年代际变化

基于我国台站降水观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA的ERSST资料讨论了淮河夏季降水与赤道东太平洋海表温度对应关系的年代际变化。结果表明:淮河夏季降水在20世纪70年代中期发生了一次明显的突变, 在突变之前, 其降水呈线性减少趋势, 而在其后降水呈线性增加趋势; 同时, 淮河夏季降水与前期ENSO的对应关系在突变前后有明显的差异, 在突变前, 降水与赤道东太平洋的海温为显著的负相关, 而在突变后, 相关值转为弱的正相关。滑动相关结果显示:近20年是整个研究时段中二者对应关系最弱的时期。进一步研究发现:淮河降水与西太平洋副热带高压位置和强度的对应关系也在20世纪70年代中期前后经历了一个年代际变化, 在突变前, 淮河夏季降水与副高强度呈正相关, 突变后则为负相关。其中淮河8月降水在突变前主要受副高脊线位置和副高北界影响, 突变后则主要受副高面积和强度影响。即ENSO对淮河夏季降水预测的参考意义正在减弱, 同时副高对降水的作用方式正在转变。     

索马里越赤道气流与淮河流域夏季降水关系的年代际增强

基于1961~2016年淮河流域172个测站逐日降水资料,分析了淮河夏季降水的多时间尺度变率,发现其具有显著的准两年周期,1990年代以来亦呈现出明显的年代际变化。EOF分析结果显示,淮河夏季降水的异常主要表现为全流域一致偏多或偏少型（第一模态）,其方差贡献高达37%。相比于长江中下游地区,淮河夏季降水与东亚500 hPa位势高度场上的EAP遥相关型关系很弱,但和对流层低层西南水汽输送有更好的对应关系,表现为从索马里半岛至淮河流域的多个正负交替的相关波列。这一波列表明当索马里越赤道气流加强时,通过热带印度洋西风的纽带作用加强了进入淮河流域的西南暖湿气流,并在淮河上空低层形成水汽辐合,造成淮河多雨,反之当索马里越赤道气流强度弱时,淮河夏季降水偏少。索马里越赤道气流和中国台站降水的空间相关同样显示出最显著的相关区位于淮河流域。进一步的分析发现,研究时段内二者关系并非稳定维持,而是表现出显著的年代际变化,近二十年来索马里越赤道气流对淮河流域夏季降水的影响明显增强,且在季节预测上的指示意义也在增强。这一增强的可能原因是索马里越赤道气流与流域南侧的经向水汽输送和西侧的纬向水汽输送的关系均发生了年代际反转,并且这两条水汽输送带对流域夏季降水的影响发生了年代际增强。     

Nino3区海温的变化对黄河流域夏季降水的影响

利用1961—2011年NCEP/NCAR再分析资料和黄河流域45站降水资料,定义了4月和上年10月的Nino3区海温差（ΔISST3）指数,分析ΔISST3指数与夏季海温的关系以及大气环流和夏季黄河流域降水与ΔISST3指数的相关情况,得到如下结果：(1)ΔISST3升高（降低）时,夏季赤道中东太平洋海温易偏暖（冷）,而我国南海到菲律宾半岛海区易偏冷（暖）。（2）500 hPa高度场上,ΔISST3与100°E~80°W范围的热带和副热带地区高度呈显著的负相关关系;ΔISST3正负异常差值场显示,ΔISST3升高（降低）时,夏季热带和太平洋副热带地区的500 hPa高度偏低（高）,赤道北侧850 hPa西风（东风）距平异常,西太平洋副热带高压明显偏弱（强）,我国东部沿海大陆盛行偏北（南）气流,暖湿气流不活跃（活跃）,季风偏弱（强）,而中高纬度上,蒙古北部气旋（反气旋）发展,致使河套地区处在反气旋性（气旋性）环流中。（3）ΔISST3指数与黄河流域夏季降水呈显著的负相关关系,相关系数为-0.51,当ΔISST3正异常时,黄河流域夏季降水易偏少;ΔISST3负异常时,黄河流域夏季降水易偏多,且负异常对黄河流域夏季降水的影响更显著。     

基于时空统计降尺度的淮河流域夏季分月降水概率预测

针对淮河流域水资源短缺、洪涝、干旱并存的问题,基于国家气候中心第二代季节气候模式的集合回报数据集(1991—2014年),建立时空相结合的统计降尺度模型,提前1—3个月预测该流域夏季分月降水,应用ROC(relative operating characteristics)评分评估比较了不同集合预测方案的预测技巧。交叉检验结果表明,样本数取18、20、22、28时,集合预测方案对3、4、5月三个起报时次预测的夏季各月降水技巧预测均高于模式预测技巧。2015—2017年的独立样本检验进一步表明该统计降尺度模型能够明显降低3月、5月起报的6月和8月的降水预测偏差。认为可尝试将该降尺度方法应用于淮河流域夏季降水预测及进一步的流域水文预测。