滁河流域汛期多模式集成面雨量预报检验评估

对2013—2016年汛期ECMWF、JMA及中尺度WRF模式的预报结果进行检验,基于合理的时间尺度,制作了动态权重集成面雨量预报(DWI)、分步集成面雨量预报(SI)和等权重集成面雨量预报(EWI)产品,并对2017—2020年汛期降水期间多种集成面雨量预报产品和ECMWF、JMA、WRF的单个模式面雨量预报产品进行对比评估.结果表明:3种集成面雨量预报效果整体上优于单一数值预报模式,尤其是预报致灾严重的暴雨等级降水优势明显;DWI和WRF对强降水的面雨量预报正确率最高,其他2种集成面雨量预报结果次之,ECMWF及JMA较差;模式集成预报弱降水过程的优势不明显.     

CWRF模式极端降水模拟误差订正

基于1980—2015年6—8月CWRF模式（Climate-Weather Research and Forecasting model）14种方案的模拟结果和全国逐日降水观测资料,对比了Q-lin,Q-tri,RQ-lin,RQ-tri,SSP-lin和CDFt 6种误差订正方法对CWRF模式控制化方案（C1）模拟中国东部夏季日极端降水的订正效果,以CWRF模式14种方案日极端降水的模拟效果排名为基础,对比了模拟效果较好的4种方案集合、模拟较差的4种方案集合以及14种方案集合的订正效果,选出相对较好的订正方案进一步评估其成员集合后订正和成员分别订正后再集合的订正效果,结果表明:采用6种误差订正方法均可明显减少日极端降水模拟误差,其中RQ-lin方法订正效果最佳。CWRF模式对中国东部的极端降水指数均表现出较好的模拟能力,不同参数化集合方案得到14种方案成员先订正再集合与观测日极端降水平均值最为接近,研究结果对于改进模拟结果、提高其预测能力有重要应用价值。     

CWRF模式在中国夏季极端降水模拟的误差订正

利用1980—2015年6—8月我国逐日降水观测数据评估CWRF模式（Climate-Weather Research and Forecasting model）多种参数化方案对我国夏季日降水的模拟能力,并考察累积概率变换偏差订正法（CDFt）的订正效果。通过将广义帕累托分布（GPD）引入到偏差订正模型中,提出针对极端降水的累积概率变换偏差订正法（XCDFt）,检验和评估其对极端降水订正的适用性。结果显示:CWRF模式微物理过程选用Morrison-aerosol参数化方案组合对我国降水场的模拟较好,CDFt订正效果良好;XCDFt偏差订正模型能够较好地提取模式建模与验证时期变化信号,订正后相比订正前与观测极端降水的概率分布更为接近;经过XCDFt订正后华南、华中和华北地区20年一遇的极端降水重现水平较模拟值更接近观测值,可为CWRF模式提高极端降水的业务预测水平提供参考。     

多种细网格模式对湖南水库流域面雨量的预报检验

选取2016年5—12月欧洲ECMWF、日本JMA、T639、德国GERMAN、湖南本地细网格HNGRIB的高分辨率降水预报产品,从预报时效、流域区域、面雨量量级、影响系统和预报偏差五个方面,检验分析了各模式对湖南水库流域面雨量的预报效果。结果表明:各细网格模式对流域面雨量的预报能力随预报时效的增加而下降,但ECMWF和JMA的预报效果相对较好且稳定,T639最差;各模式在非汛期10—12月的流域面雨量预报效果要优于汛期5—9月;随着面雨量量级增大,各模式的预报能力均下降,特别是对30mm以上的面雨量预报能力非常低;各模式对高空槽降水的预报能力最好,对西南低涡降水的预报能力最差;ECMWF、JMA、HNGRIB在各个时效上存在面雨量预报偏小的情况,而GERMAN、T639随着时效的增加,面雨量预报偏大的情况增多。     

CWRF降尺度提高BCC_CSM1.1m对中国夏季降水跨季度动力预测能力

利用CWRF模式(Climate-Weather Research and Forecasting model)对国家气候中心BCC＿CSM1.1m业务预测模式短期气候预测结果进行中国区域降尺度,并使用1991—2010年3—8月逐日气温降水观测数据评估预测能力。结果表明：CWRF预测地面2 m气温、降水气候平均态的空间分布比BCC＿CSM1.1m更接近观测,分布误差更小;在保持总体技巧不低于BCC＿CSM1.1m的同时,CWRF对我国华东和华中地区的降水年际变化预测准确率更高;对不同强度的降水预测CWRF表现均优于BCC＿CSM1.1 m模式,尤其在极端降水预测准确率上更优。总之,得益于更高的空间分辨率和优化的低空物理过程模拟,CWRF降尺度可以提高中国夏季跨季度降水预测能力。     

基于Flood Area模型的邢台市小马河流域暴雨洪涝灾害风险分布特征

利用邢台市小马河流域26个区域站2014—2019年及周边7个国家站1980—2019年的逐日降水资料,基于泰森多边形法和MuDFiT软件计算不同重现期面雨量.运行Flood Area模型对该流域不同重现期下的淹没范围进行模拟,基于此叠加承灾体数据,得到各承灾体受损率.为验证模拟结果的准确性,选取2016年7月19—2...     

长江流域夏季极端降水时空分布特征

利用1961—2017年长江流域700个气象站夏季(6—8月)逐日降水量资料,采用泰森多边形法计算各子流域面雨量,通过Box-Cox变换和百分位法确定长江各子流域极端降水事件阈值,分析各子流域夏季极端降水事件的时空分布特征以及流域间降水空间配置关系.结论如下:(1)长江流域夏季极端降水事件的年代际特征明显,20世纪60...     

一种基于神经网络的中国区域夏季降水预测订正算法

基于CWRF(climate extension of WRF)区域气候模式的动力降尺度预测技术对夏季降水预测存在一定偏差,难以实现准确预测。本文立足于中国区域夏季降水特点,分析与夏季降水相关的气象要素,采用树突(dendrite, DD)网络与人工神经网络(artificial neural networks, ANN)相结合的方法,针对CWRF模式回报的1996—2019年夏季降水量进行订正,检验其订正效果。结果表明：人工树突神经网络(artificial dendritic neural network, ADNN)算法模型订正的中国夏季降水量整体好于CWRF模式历史回报,距平相关系数和时间相关系数较订正前均提高约0.10,均方误差下降约26%,趋势异常综合检验评分提高6.55,表明ADNN机器学习方法能够对CWRF模式夏季降水预测实现一定程度的订正,从而提高该模式降水预测精度。     

2011—2050年长江流域气候变化预估问题的探讨

利用长江流域1961—2008年观测气象资料,对IPCC 第四次评估报告中12个全球气候模式及所有模式集合平均进行比较验证,结果表明：MIUB_ECHO_G模式对该地区降水模拟能力较强,NCAR_CCSM3模式对温度模拟效果较好。进一步利用MIUB_ECHO_G模式和NCAR_CCSM3模式结果在SRES-A2、-A1B、-B1 3种排放情景下的降水和温度数据,分析2011—2050年3种排放情景下长江流域降水和温度变化特征。结果表明,2011—2050年长江流域降水变化趋势不明显,温度呈增加趋势,增幅在2℃内。     

长江流域气候变化高分辨率模拟与RCP4.5情景下的预估

基于长江流域142个气象站1986—2005年月降水和气温数据,评估由MPI-ESM-LR模式驱动的CCLM区域气候模式对长江流域气温和降水的模拟能力,并采用EDCDF法对气温和降水预估数据进行偏差校正。结果表明：该区域气候模式能较好地模拟出长江流域平均气温的季节变化和空间分布特征,但模拟值无论在季节还是年际尺度上均高于观测值。对降水而言,该模式不能较好地模拟出降水的季节分布特征,导致春季、冬季及年模拟值高于观测值,而夏季和秋季模拟值低于观测值。总体而言,该模式对气温的模拟效果相对较好。偏差校正后的预估结果表明：在RCP4.5情景下,长江流域未来（2016—2035年）平均气温相对于基准期（1986—2005年）将升高0.66℃,年降水量将减少2.2%。     

长江流域极端降水时空分布和趋势

1986年以来，长江流域的极端强降水出现了显著增加的趋势，突出表现在中下游地区。长江中下游地区极端降水量的增加，既是极端降水强度增强，也是极端降水事件显著增加的结果。长江流域极端降水变化主要发生在东南部和西南部。趋势分析表明，自20世纪80年代中期以来，长江流域上游极端降水事件峰值提前到6月份出现，与长江中下游极端降水峰值出现的时间几乎同步，这必将加大遭遇性洪水发生的机率。20世纪90年代以来长江洪水的频繁发生，与长江流域极端降水时空分布的变化密切相关。     

长江流域极端降水时空分布和趋势

1986年以来，长江流域的极端强降水出现了显著增加的趋势，突出表现在中下游地区。长江中下游地区极端降水量的增加，既是极端降水强度增强，也是极端降水事件显著增加的结果。长江流域极端降水变化主要发生在东南部和西南部。趋势分析表明，自20世纪80年代中期以来，长江流域上游极端降水事件峰值提前到6月份出现，与长江中下游极端降水峰值出现的时间几乎同步，这必将加大遭遇性洪水发生的机率。20世纪90年代以来长江洪水的频繁发生，与长江流域极端降水时空分布的变化密切相关。     

人类活动对1961～2016年长江流域降水变化的可能影响

人类活动造成的温室气体浓度增加对气候变化的加剧做出了贡献,降水作为重要的气象要素和水循环组成部分,人类活动对其时空变化特征的影响也是当下研究的重要课题。本文以长江流域为例,利用1961～2016年CN05.1逐日降水数据和20世纪气候检测归因计划（C20C+D&A Project）中CAM5.1-1degree模式的逐日降水结果,分析了人类活动对长江流域年降水量及三个极端降水指数时空变化的影响。结果表明:包含人类活动及自然强迫因素的现实情景（All-Hist）的模拟结果与观测结果较为相近。All-Hist情景下的多试验集合平均结果对长江流域降水的模拟能力较为可靠。通过对比两种情景下模拟的长江流域降水量时空变化特征发现:考虑人类活动影响后,长江流域平均降水相对于仅考虑自然强迫情景下时呈现减少趋势,且减少趋势随时间推移加剧;极端降水受人类活动的影响随时间呈现出的增加趋势有所削弱;对平均降水及极端降水变化趋势的影响存在空间差异性,其中受人类活动影响最严重的是上游中部、东南部及中下游东南部地区,均呈现减少趋势;但在长江上游西南部极端降水受人类活动影响显著增加,需要加强该区域洪涝预防工作。另外,人类活动对平均降水的减少贡献最大的时段为2000～2009年,影响最明显季节为秋冬两季;人类活动对极端降水的影响与降水的极端程度成正相关,降水极端性越强,受人类活动影响的变化程度更大,且空间分布上的差异性也更加显著。     

2050年前长江流域极端降水预估

20世纪90年代长江流域日最大降水增加主要出现在长江以南地区和金沙江流域,ECHAM5/MPI-OM模型也大致模拟出了这种趋势。在IPCC给出的3种不同的排放情景下,2000-2050年长江上游日最大降水均有上升趋势,2020年前A2情景下日最大降水最大,A1B最小;长江中下游日最大降水在2025年之前均有明显上升趋势,之后略有下降,波动较大。长江流域未来日最大降水增多的区域可能主要出现在长江以南地区,而极端降水减少的区域可能出现在长江以北地区。     

2050年前长江流域极端降水预估

Daily maximum rainfall(R1D)was higher in the Jialing River basin,the Taihu Lake area and the mid-lower main stream section of the Yangtze River basin in the 1990s,and there was a good relationship between ECHAM5/MPI-OM model simulation and the observed data about extreme precipitation(R1D).Under the IPCC SRES A2,A1B,and B1 scenarios,R1Ds are all projected to be in increasing trends in the upper Yangtze River basin during 2001-2050,and R1D shows a more significant increasing tendency under the A2 scenario when compared with the A1B scenario before 2020.With respect to the middle and lower Yangtze River basin,an increasing tendency is projected before 2025,and since then the increasing tendency will become insignificant.There might be more floods to the south of the Yangtze River and more droughts to the north in the next decades.     

长江流域及三峡库区近542年旱涝演变特征

选取长江流域沿线及三峡库区12个代表站,根据中国500年旱涝图集等级和各站建站以来5—9月降水量资料,按照旱涝等级标准,分别得到长江全流域、上游流域、中游流域、下游流域及其三峡库区1470—2011年旱涝等级序列。结果表明:长江各流域及其三峡库区均呈现较为明显的旱涝交替阶段,20世纪偏旱频率强烈增加,19世纪和20世纪偏涝频率明显增加。长江流域和三峡库区偏旱以上等级具有准160年周期震荡,全流域偏涝以上存在准140年的周期震荡,但20世纪后有所减弱,三峡库区偏涝以上等级存在准百年的周期震荡。三峡建坝蓄水前后库区降水EOF时空分布呈一致减少趋势,与此同时长江上游降水呈下降趋势,反映了长江上游流域及三峡库区气候趋旱;M-K突变检验显示水库蓄水前后流域上游和库区降水均未发生显著变化。在全球气候变化的背景下,三峡库区旱涝演变并不是孤立事件,而是与长江上游乃至整个长江流域旱涝背景密不可分。     

Projection of Future Precipitation Extremes Change (2001-2050) in the Yangtze River Basin

 Daily maximum rainfall (R1D) was higher in the Jialing River basin, the Taihu Lake area and the mid-lower main stream section of the Yangtze River basin in the 1990s, and there was a good relationship between ECHAM5/MPI-OM model simulation and the observed data about extreme precipitation (R1D). Under the IPCC SRES A2, A1B, and B1 scenarios, R1Ds are all projected to be in increasing trends in the upper Yangtze River basin during 2001-2050, and R1D shows a more significant increasing tendency under the A2 scenario when compared with the A1B scenario before 2020. With respect to the middle and lower Yangtze River basin, an increasing tendency is projected before 2025, and since then the increasing tendency will become insignificant. There might be more floods to the south of the Yangtze River and more droughts to the north in the next decades.     

我国降水变化趋势的空间特征

利用1951年至1996年地面气象记录资料, 计算了我国全年和季节降水量长期变化趋势特征指数.结果表明, 我国长江中下游地区年和夏季降水量呈现明显增加趋势;北方的黄河流域降水表现出微弱减少趋势, 山东和辽宁省夏季雨量减少显著;但偏高纬度地区的新疆、东北北部、华北北部和内蒙古降水量或者增加, 或者变化趋势不明显.因此, 1997年黄河史无前例的断流和1998年长江特大洪水的发生, 均有其相应的区域长期降水气候趋势作为背景条件.研究还表明, 我国一些地区降水的季节性也发生了变化, 其中黄河中上游地区和长江中游地区春、秋季雨量占全年比例均有显著减少, 而河北东部、辽宁西部和东北科尔沁沙地春季降水相对增加.     

2016年梅雨期间长江中下游强降水与对流层上层斜压波包的关系

2016年6—7月,长江中下游地区发生了自1998年以来最严重的强降水事件,造成了重大的经济损失。利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2479站逐月及逐日降水资料,研究了2016年梅雨期间长江中下游地区降水与欧亚大陆对流层上层斜压波包活动的关系,并诊断了两者之间的信息流向。结果表明,梅雨期间的高频斜压波动具有明显的下游频散效应。波动起源于黑海,沿西北—东南方向于3—4 d后传至长江中下游地区。斜压波包为长江中下游地区强降水的发生提供了必要的能量。波作用通量矢量的分布表明,梅雨期间逐日均有来自西风带上游的扰动能量向长江中下游流域传播。而梅雨期间降水与斜压波包的信息流关系表明,二者之间存在信息传递。因此,3—4 d并源于黑海附近的斜压波包活动是2016年长江中下游梅雨期间异常降水的成因。这些结果为深刻认识长江中下游地区强降水事件发生的成因和有效预测提供了线索。      

气候变化对长江上游径流影响预估

利用第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)中5个气候模式在3种典型浓度路径(RCPs)下的预估结果驱动SWAT水文模型,预估了21世纪气候变化对长江上游年径流量、季节分配以及极端径流的影响。结果表明：预估的长江上游平均气温呈显著上升趋势,21世纪末较当前(1986—2005年)升高1.5~5.5℃,降水总体呈增加趋势,在21世纪30年代后高于当前气候平均值,21世纪末相对于当前增加5%~15%。流域内气候变化存在明显空间差异,金沙江和岷沱江流域气温升高和降水增加幅度均大于流域平均值。预估的长江上游年径流量及各月平均径流均有增加趋势,在21世纪30年代后高于当前多年平均值,21世纪中期增加4%~8%,21世纪末增加10%~15%。预估的径流年内分布的均匀性有所增加,但年际变化明显增大,极端旱涝事件的频率和强度明显增加。预估的各子流域径流变化对气候变化的响应也存在差异,金沙江和岷沱江流域年径流量、年际变化和年内分布变化小,对气候变化的响应表现为低敏感;嘉陵江流域、乌江流域和长江上游干流径流增加幅度大,同时极端丰枯出现的频率和程度增加显著,是气候变化响应的敏感区域。