综合气象干旱指数修正及在西南地区的适用性

以我国西南地区为例,在用加权降水量 (W_AP) 改进标准化降水指数的基础上,对综合气象干旱指数 (I_C) 进行了修正,定义为I_CW。通过对比指数修正前后在干旱频率、年干旱强度和干旱发展过程中的不连续加重、以及与同期土壤湿度相关性的差异,分析了I_CW在修正后的改进效果及在西南地区的适用性。结果表明:修正前后的综合气象干旱指数在多年干旱频率和年干旱强度两方面没有显著差异,但I_CW减少了干旱发展过程中的不连续加重现象,且与同期土壤湿度有更好的相关性,即I_CW比I_C更加接近实际干旱的演变规律,I_CW比I_C更适合在西南地区实时干旱监测业务中使用。然而,由于该研究未对I_C中的相对湿润度指数进行修正,而相对湿润度指数的突变同样可以导致不连续加重的出现,因此,I_CW只是在一定程度上减少了不连续加重的影响。     

近50年我国探空温度序列均一化及变化趋势

利用1958—2005年我国116个站探空温度序列研究了我国高空温度变化趋势。首先通过静力学质量控制和两相回归法对原始序列进行了均一化处理。我国探空温度序列存在明显的间断点, 间断点的订正对于序列的趋势影响较为显著。缺测率是影响我国探空温度序列应用性的重要因子, 也是区域平均趋势统计中台站取舍的指标, 减少台站总数会削弱我国对流层升温和平流层降温的变化趋势。分析表明: 70%作为最小资料有效率标准最为合理。为满足最小资料有效率, 选取92个站统计我国高空温度变化趋势的区域平均值。结果表明: 1958-2005年, 平流层下层和对流层上层降温, 对流层中、低层升温; 高空温度变化趋势与研究时段明显相关, 1958-1978年我国高空大气整层均为降温; 1979—2005年, 对流层中低层升温最为明显, 增暖的幅度随高度增加而减小, 400 hPa以上各层转为降温。对流层的升温始于20世纪80年代, 升温幅度与全球尺度的平均值有所不同。     

基于均一化资料的中国大陆极端温度的长期趋势

近百年来,全球气候变暖。这与暖日和暖夜增加,冷日和冷夜减少相关联。文章研究结果进一步证实了这一发现。本文基于1960-2012年中国大陆542个台站均一化气温资料,通过将中国大陆划分为8个次区域,利用百分位定义法计算了极端温度指数序列,同时,运用时间趋势分析法,对中国大陆各区域极端温度和极端温度指数的时空分布及变化趋势特征进行了分析。结果表明:在全球变暖的背景下,从地理分布而言,中国大陆在过去53年除西南地区外,大部分地区最低和最高温度有显著的升高趋势,其中,东北温度升高最为明显;从季节而言,冬季极端温度升高最为明显,夏季升高最少;最低温度明显升高,最高温度也有所升高,但是最低温度的升高幅度更大。冷夜和冷日出现频率呈减少趋势,暖夜和暖日出现频率呈增加趋势,其中以冷夜指数变化最为突出,均呈现一种区域差异的现象。本文利用更新的资料验证了前人的工作,也进一步分区分析,结果可为更多地区评估以及进一步的相关研究提供参考。     

中国降水序列均一性研究及对比分析

文章采用全国2415个站1951-2009年逐日降水量资料,采用标准正态均一性检验（SNHT）方法对年序列进行均一性检测,得到存在不连续的断点的站点数为114个,占所有检测站点数的4．72％;对其中70个与对比站相关系数在0．7以上断点的逐年、逐月和逐日降水序列进行了订正：分析发现,订正对冬季降水序列的影响比对夏季序列要大。将订正前后资料按不同的条件分为山区、台站稀疏地区等进行了分析比较,发现订正前后降水序列的变差系数各站差别不大,说明订正的结果是可信的;降水距平对比分析结果表明,多数台站订正前后值差异很小,台站稀疏地区亦是如此,山区站降水量订正前后值差异略大;对均一化前后降水序列趋势分析结果表明,序列趋势增减并不大,多数增减值占原值的比例在10％以下,年及绝大多数月份降水序列订正前后趋势的增减符号是一致的,台站稀疏地区亦是如此,山区站趋势增减幅度略大,即山区迁站对降水量趋势影响较大,但总体上并没有影响到趋势的显著性。     

吉林省中部半山区降水相态特征及温度预报指标初探

本文以吉林省辽源站为代表,并选取辽源市2008-2012年降水、高空和地面实况观测资料,分析研究吉林省中部半山区降水相态(指雨或雨夹雪转雪,下同)的影响系统及温度变化特征,结果表明:500h Pa低涡槽(包括低槽)、850h Pa切变或低涡槽、地面气旋(蒙古气旋、华北气旋)等影响系统共同作用是辽源市雨雪相变天气过程的典型形势,但低层系统对降水相态的影响较高层系统更为明显。分析降水相态的温度变化特征得出雨或雨夹雪转雪时的温度阈值和预报指标为:T700≤-5℃;T850≤-1℃;T地面≤1℃。     

西南地区雨季降水的时空分布及预报试验

利用西南三省一市1980—2017年逐日降水资料,采用主成分及旋转主成分分析,对西南雨季降水的空间异常特征进行了研究,并在分区的基础上,探讨了各区降水的时间演变特征,最后运用均生函数建立预测模型,进行预报试验。结果表明:西南地区雨季降水空间差异大,具体可分为6区;各区雨季降水量的时间演变均具有显著年际、年代际变化特征,且近年来西南大部分地区雨季降水量减少、降水异常偏少年出现的频次增多;预报模型对于雨季降水的拟合和预测效果均较好。     

临河站温度资料的均一性分析

利用SNHT和t检验方法对临河站1956—2008年逐年、季平均气温和地面温度序列进行均一化检验,结果表明:站址迁移和周围高大建筑是造成资料非均一性的主要原因。年平均温度的不连续点分别为1980、1995年,与站点迁移和高大建筑的建设时间吻合,表现在季节上为冬、夏季明显,春秋次之。     

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。     

高桥公式在拉萨地区的适用性及其修正

选用1993—1999年拉萨站资料,通过比较多种计算方法得到的潜在蒸散量、高桥浩一郎在1979年提出的基于温度和降水量计算蒸发量的公式所得到的蒸发量以及中日季风试验资料的观测值可知:受温度、水分及相对湿度的影响,潜在蒸散量在5月达到最大值,而蒸发量的最大值则出现在7月。由于青藏高原存在冻土及融冰化雪的特殊现象,水分来源并不完全依靠于降水,所以由高桥浩一郎公式的计算值与观测值之间存在较大差距,温度越高,差值越大;鉴于温度与该差值呈正比关系,可将温度划分为小于0℃,0~5℃,5~10℃,10~15℃,大于15℃共5个等级,在不改变高桥浩一郎公式原有系数的基础上,同时考虑不同的系数对降水量进行修正,修正后的结果明显好于修正前,与观测值更接近。     

卫星降水产品在太行山区的适用性初步评估

以地面雨量站的观测数据作为基准,采用连续统计指标(相关系数R、均方根误差RMSE、偏差率β、变化率γ、综合评价指标KGE')以及分类统计指标(命中率POD、误报率FAR、临界成功指数CSI),在不同时间尺度(1,3,6,12和24 h),基于不同降水强度(小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨)范围,综合评价了3种卫星降水产品(CMORPH CRT,TMPA TRMM 3B42和GPM IMERG)在太行山区的适用性。结果表明:在精度表现上,当降水累积到3 h之后,各产品的精度表现逐渐平稳,KGE'值基本保持不变,但总体精度较低。在降水探测表现上,3种产品的POD随时间积累而升高,波动范围在0. 5～0. 8,CRT和3B42产品的FAR随时间的累积而下降,波动范围在0. 5～0. 75。在不同降水强度范围的进行精度分析,发现卫星观测降水和地面实际降水呈弱相关(R0. 4),RMSE随雨强的增大而增大,POD随雨强的增大而减少,范围大致在0. 4～0. 65,FAR随雨强的增大而升高,范围大致在0. 6～0. 85。IMERG产品在各时间尺度下都低估了0. 1 mm降水事件,而对降水≥0. 1 mm事件的观测则不同程度地偏高。CRT产品在1,3,6和24 h时间尺度上的大雨和暴雨事件存在高估现象,3B42产品在不同时间尺度上都更为接近实际降水情况。     

GPM-IMERG日降水数据在内蒙古地区的适用性分析

利用2015—2017年GPM-IMERG逐日降水产品与内蒙古119个气象站点降水数据进行对比,分析GPM-IMERG的适用性,为其在内蒙古地区的应用研究提供科学依据。分析表明:(1) GPM-IMERG捕捉降水日的准确度为74.3%,忽略非降水日的准确度为85.5%,对晴雨判别的总体误差随纬度增加而增加。(2) GPM-IMERG在内蒙古地区平均误差为正和为负的站点数量大体相当,平均绝对误差为4.1 mm,空间上呈现出自东南向西北递减分布。(3) GPM-IMERG在少量降水时存在对降水量的高估,而在较大量级降水时存在对降水量的低估。当降水量大于等于25 mm时,GPM-IMERG比气象站点降水平均偏少30%以上。(4)各盟市GPM-IMERG与站点降水的相关系数均能通过0.01的显著性水平检验,其中赤峰市的相关系数最高、乌海市最低。不同季节中,夏季的相关系数最高而春季的相关系数最低。对于不同植被类型来说,高植被覆盖区的GPM-IMERG与站点降水的斜率更加接近1,且相关系数也更高。     

GPM卫星降水数据在广东的适用性分析

为评估全球降水观测(GPM)卫星降水数据在广东地区的适用性,利用广东省86个国家地面站点实测降水数据,选用5个评价指标从降水误差、季节平均降水量等方面进行精度验证。结果表明：(1)GPM卫星降水数据与站点实测数据相关性随时间尺度增加呈递增趋势,探测能力在月尺度上表现较好。(2)GPM卫星降水数据在季节尺度上对平均降水量有一定的表征能力,但季节间有明显差异,在夏季表现较差。(3) GPM降水数据受气候、地理位置和地形等因素影响较大,降水精度易受影响。     

标准化降水指数在黑河地区的适用性研究

对黑河地区6个气象站1967-2015年的逐月降水数据资料计算标准化降水指数,分析了SPI指数的时间序列特征,探讨了SPI指数的适用性。结果表明:(1)SPI指数在不同时间尺度下,对降水量的敏感性各有不同,较长时间序列指数能够更好的表现阶段性的干旱与雨涝持续时间。(2)在适用性方面,SPI在评价过程中比pa指数更加敏感,评价等级相对较高,而SPI指数和土壤墒情指数结合使用对判断旱涝分布评价效果会更好。     

国家级降水融合产品在长江流域的适用性评估

挑选2018年发生在长江流域的8次大范围降水过程,对国家信息中心二源降水融合产品和多源降水融合产品进行适用性评估。结果表明:(1)降水融合产品对长江流域降水的估算结果平均较实况数值偏小,降水量级越大估算误差也越大,多源降水融合产品与二源降水融合产品相比,估算误差绝对值平均偏小2～3 mm。(2)与二源降水融合产品相比,多源降水融合产品对5 mm以下量级降水的估算准确率提高最显著,其次对40～49.9 mm量级降水估算准确率提高较大。(3)降水融合产品对嘉陵江、岷沱江、长江中游干流区域的估测降水误差相对较小。     

西南地区东部旱涝转换及降水预测方法研究

在分析西南地区东部旱涝转换特点基础上,利用北半球５００ｈＰａ候平均高度场和ＥＣＭＷＦ数值预报场资料,经过不同尺度的相似过滤和集成,得到未来若干候的降水分布,推断出旱涝转换开始期,试验结果令人满意。     

西南地区东部旱涝转换及降水预测方法研究

在分析西南地区东部旱涝转换特点基础上,利用北半球500hPa 候平均高度场和ECMWF数值预报场资料,经过不同尺度的相似过滤和集成,得到未来若干候的降水分布,推断出旱涝转换开始期.试验结果令人满意.     

IMERG卫星降水产品在我国梅雨极端降水期的适用性评估

为考察GPM卫星降水产品IMERG在梅雨极端降水期的适用性,以中国自动气象站观测数据与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集资料作为参考,采用均方根误差RMSE和平均绝对误差MAE统计指标,对IMERG卫星降水产品在长江中下游地区2020年梅雨极端降水期的适用性进行评估。结果表明:IMERG卫星降水产品整体上与实测结果趋势一致,对于12 h和24 h累计降水,在强降水区域易出现高估。反演的3 h累计降水与实际降水一致性较好,累计降水量大于20、50、80、100 mm四种情况下的RMSE和MAE平均值均为10 mm左右。     

CLDAS气温和降水产品在内蒙古地区适用性分析

中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）提供了高时空分辨率的陆面融合数据集,为精细化气象服务提供了重要的数据支撑,而数据的适用性评估是开展数据应用的重要基础。基于国家气象信息中心CN05.1格点观测数据和内蒙古119个国家级气象站观测资料,对CLDAS的2 m平均气温和降水产品在内蒙古地区的适用性进行检验评估,并与欧洲中期天气预报中心的ERA5(The Fifth Generation European Centre for Medium-range Weather Forecasts Re-Analysis)和英国的CRU TS(Climatic Research Unit gridded Time Series)再分析资料进行对比分析。结果表明：三种数据集均能很好地反映内蒙古年降水量和年平均气温空间分布特征,但对内蒙古大部地区降水量存在低估、平均气温存在高估现象,且CLDAS数据集还能够反映地形变化对气温和降水的影响。CLDAS和CRU TS的降水变率空间分布优于ERA5;CRU TS和ERA5的气温线性趋势与CN...     

多种降水再分析数据在长江流域的适用性对比

栅格格式降水产品相对于地面气象站观测资料有更好的空间监测能力,但是不同产品性能存在显著差异。本文评估了9种月尺度格栅降水产品TRMM、GPM、CMORPH、CHIRPS、ERA5、ERA5-Land、PERSIANN、PERSIANN-CDR、PERSIANN-CCS在中国的精度,从中择优选取5种较好的降水产品,利用XGBoost、随机森林和多元线性回归3种机器学习算法分别进行数据融合。研究发现,TRMM、GPM、CMORPH、CHIRPS、PERSIANN-CDR 5种产品具有相对较好的精度;在高海拔与干旱区域,降水产品的误差均明显增大。经过机器学习算法融合后,最优的XGBoost算法模型产品相关系数明显提升,均方根误差和偏差明显降低。3种算法各月均表现较高精度,其中XGBoost算法模型产品在夏季表现较好,而随机森林算法模型产品在冬季表现较好,且3种算法模型产品在不同区域均表现较高精度。和融合之前的5种原始产品比较,3种算法模型产品的精度均有提升。经过XGBoost算法融合后的产品在空间上相比较最优的原始GPM产品与气象站点插值产品具有更多的变化和局部降水细节信息。

     

卫星反演降水资料在青藏高原地区的适用性分析

利用2000—2012年青藏高原附近地区251个台站的降水观测资料评估了CMOR.PH、PERSI—ANN、TRMM3B41RT、TRMM3B42RT和TRMM3B42V7等5种卫星反演降水资料在青藏高原地区的差异性和一致性。结果表明,5种卫星反演降水资料均能较好地表征降水量在青藏高原地区从东南向西北递减和夏季降水多、冬季降水少的特征。通过分析相对误差和空间相关系数表明,5种卫星资料在夏季的反演效果最好、冬季最差,白天好于夜间。相对于其他4种资料,TRMM3B42V7资料与观测值之间的差异最小,除了冬季一段较短时间内空间相关系数较低外,一年之中大部分时段空间相关系数都在0.5以上。CMORPH仅次于TRMM3B42V7,在青藏高原地区的适用性也较好;对不同等级降水频数的反演效果表明,CMORPH和TRMM3B42V7反演的小雨降水频数与台站观测值基本一致,高估了大雨和暴雨的降水频数,而TRMM3B42V7对中雨降水频数的反演较为合理。