S2S模式对四川汛期极端降水的预测技巧分析

基于1995—2010年四川气象台站降水资料和世界气象组织次季节—季节(S2S)预测计划中8个模式的回报数据,采用命中率、误警率、Heidke技巧评分、误差和偏差5个指标评估分析了各模式对四川汛期极端降水事件的预测能力.结果表明,S2 S各模式对四川极端降水的预测技巧整体较低,表现为"低命中率,高误警率,预测值远小于实...     

气候变化背景下黄河流域径流变化情势分析

依据实测资料和利用古树年轮等资料重建兰州站数百年径流量系列,采用周期叠加外延和分布式水文模型模拟等方法,分析了近期黄河中游降水特点,预测了河源区未来气温、降水量和径流量的变化情势.结果表明,20世纪70-90年代,黄河中游地区年均降水量低于多年平均值,而近8 a(2000-2007年)则略高于多年均值.黄河源区唐乃亥以上区域,21世纪20年代、50年代和80年代日最高气温将在基准期基础上分别升高1.34～1.41 ℃、2.42～2.60 ℃和3.44～3.90 ℃,日最低气温则分别升高0.87～1.49 ℃、1.49～2.68 ℃和2.27～3.76 ℃;未来3个时期的降水量表现出一定的增加趋势,但是增幅不显著,分别比基准期增加3.47%、6.42%和8.67%.无论对于哪种情景,黄河源区在未来若干年内将可能出现持续增温趋势,而降水量变化幅度相对较小,这很可能导致未来水资源的紧张趋势进一步加剧.     

最优子集回归方法在季节气候预测中的应用

利用DEMETER计划多个模式的模拟资料研究1959～2001年多模式集合预报的季节降水在中国区域的表现, 并结合最优子集回归(OSR)方法对中国区域的季节降水进行降尺度预报, 比较其与多模式集合预报的技巧。研究表明: 多个单模式在中国区域对季节降水的模拟性能普遍较差, 多元线性回归(MLR)集合的预报技巧不如集合平均(EM)。利用OSR方法进行降尺度预报可以极大改善中国区域季节降水的预报技巧。夏季, 降水距平相关系数(ACC)在长江以南、西藏以及内蒙古中部等地区提高很显著, ACC在中国区域的平均达到0.29, 明显高于多模式集合平均与多元线性回归集合。冬季, OSR方法可以改善多模式集合在中国北方地区较低的预报技巧。概率Brier技巧评分(BSS)也表明了OSR方法对季节降水预报的改善。需要说明的是, 虽然OSR方法在中国区域能明显提高季节降水的预报技巧, 但是其选取的预报因子与中国区域季节降水的物理机制问题仍有待于进一步的研究。     

基于小波分析的组合随机模型及其在径流预测中的应用

提出了一种随机组合预测模型利用Mallat算法对水文时间序列进行多尺度分解,得到对应尺度下的概貌(低频)分量和细节(高频)分量;分别对概貌分量和细节分量建立随机模型进行预测,预测结果的叠加即为原水文变量的预测.将该模型用于黄河三门峡站年径流预测中,并与传统预测模型进行了对比分析,结果表明,建立的组合模型充分利用了现有信息,预测精度高.     

谐波分析在短期气候预测中的应用

为进一步提高短期气候预测业务能力，在对泰安51年气候资料统计分析基础上，使用谐波分析，制作了短期气候预测应用系统。本文简要说明了该系统的建立思路及预报模式的作用和使用方法效果。     

最优气候值方法在短期气候预测中的应用

利用最优气慎值方岳,对辽宁1997和1998年各月、季平均气温和降水量做预报,结果表明,这种方法有一定的预报能力,可以在本省短期气慎预测业务中使用。     

混沌动力学及其在干旱预测中的应用

本文叙述了混沌动力学产生的科学背景，混沌动力学的基本概念，以及基于混沌动力学的干旱预测的技术方法。     

多时次资料的EOF迭代在云南夏季气候预测中的应用

多时次资料的EOF迭代预测方法能较好地应用历史资料中的信息，并能将经验法则、观测事实和气候规律等引入到实际的短期气候预测过程中，特别是随着我们对影响短期气候变化的物理过程和因子认识的深入，这种预测方法将会得到更加有效地改进和实际应用。本文考虑4个区域月平均海表水温的多时次历史资料，基于EOF迭代方案，建立了云南夏季气候变化的一种多时次EOF迭代预测模型。在对云南分5个区域，每个区域16个气象观测站点的夏季降水和气温趋势的预测中，该模型对云南1995－1999年的夏季6－8月总雨量和平均气温趋势预测检验的最新业务标准评分平均分别达到79．6％和87．0％。该评分成绩表明，这种容纳多时次资料，基于EOF迭代的物理一统计预测方法是一种有效的短期气候预测途径。     

卡尔曼滤波在短期气候预测中的应用

用PRESS准则和最优子集回归选取预测因子，建立河西走廓东部月平均气温的卡尔曼滤波预测模型，经实际使用发现，该预测方法的精度较高，稳定性较好，为短期气候提供了一种新的思路和方法。     

季节气候预测的进展和前景

对季节气候预测的进展进行了评述,主要集中在动力季节预测方面.全文共分四部分:(1)季节预报的科学基础;(2)动力( GCM)季节预报的进展;(3)东亚季节预报水平低的原因分析;(4)从国际气候预测未来发展规划国家气候中心气候预测的前景.根据上述结果,最后提出了中国气象局季节预测发展的建议.     

Seasonal Prediction of the Yangtze River Runoff Using a Partial Least Squares Regression Model

As the longest river in Asia and the third-longest river in the world, the Yangtze River drains a large land area of the Eurasian continent. Seasonal prediction of the Yangtze River runoff is of crucial importance yet is a challenging issue. In this study, observed monthly runoff data are used to develop a new Yangtze River runoff index (YRI) for the 1950–2016 period. The YRI is not only able to quantify the runoff state of the Yangtze River but is also able to evaluate the intensity of the East Asian summer monsoon (EASM). The YRI is highly correlated with summer precipitation in the Yangtze River basin. It can also capture the principal components of the EASM circulation system.

To predict the Yangtze River summer runoff, we employed a partial least squares (PLS) regression method to seek sea surface temperature (SST) modes in the previous winter associated with the YRI time series. The findings indicate that the first SST mode exhibits a strong link with the decaying phase of El Niño (or La Niña), while the second SST mode is related to a persistant mega-La Niña (or mega-El Niño). These suggest that an El Niño–Southern Oscillation (ENSO) or mega-ENSO may be an essential source of predictability for the Yangtze River summer runoff. After a 47-year training period (1950–1996), a physical-empirical PLS model is built then a 3-month-lead forecast is used to validate the model from 1997 to 2016. The PLS model exhibits promising predictive skill that is better than some state-of-the-art reanalysis data systems.     

黄河上中游径流对气候变化的敏感性分析

利用月水文模型, 采取假定气候方案, 分析了黄河上中游径流对气候变化的敏感性。 结果表明, 径流对降水变化的响应敏感, 对气温变化的响应相对较弱, 如气温不变, 降水增加 10 %时, 径流量约增加 17%。 如降水不变, 气温升高 1 ℃, 则径流减少 5 %左右。 在区域上分布, 中游较上游对气候变化更为敏感。     

SWAT模型在黄河河万区间入库径流模拟中的应用

以黄河万家寨水库流域河口镇至万家寨坝址区间(下称河万区间)为研究区域,利用GIS/RS技术获取了该流域水循环空间分布信息,构建了黄河河万区间流域的SWAT模型,采用输入模块、水文单元和河网汇流对入库径流进行了模拟运算,并根据头道拐和万家寨水文站的实测月径流量资料,对2000—2009年万家寨水库的入库月径流量进行了系统的模拟、敏感性分析和参数率定,并用2000—2006年数据进行了模型校正和用2007—2009年数据进行了模型验证,同时对运行结果做了误差分析、降雨—径流关系分析及水量平衡分析。结果表明,SWAT模型基本上能反映河万区间的月径流水文过程,具有一定的适用性,为进一步预测降雨径流提供了技术支撑。     

气候变化对呼图壁河径流量的影响

依据呼图壁河青年干渠渠首水文站1979—2005年径流量资料和呼图壁县气象站同期历史气候资料,统计分析了27a来呼图壁河径流的年内分布特征、多年变化规律以及呼图壁河流域气候变化对河流径流的影响。结果表明:径流量年内分配极不均匀,11月—3月几乎无径流产生,而4月—10月径流十分集中,水热同期的气候特点是形成呼图壁河径流年内分配不均的根本原因;径流量的年际变化较稳定,变差系数仅0.14;27a来呼图壁河年径流量表现出较明显的递增趋势,平均增加倾向率为0.157×108m3.10a-1;降水是影响河川径流的主要气候因素,27a来降水量呈增多趋势是导致呼图壁河年径流量递增的主要原因。气温升高,加快了冰川、积雪融水的产生,对增加和稳定径流也具有重要作用。     

黄河流域气候监测服务系统设计与应用

针对黄河流域气候监测业务比较薄弱,缺乏有效业务平台支撑的情况,河南省气候中心开展了黄河流域气候监测服务系统建设。建立了包括黄河流域气象台站历史资料与实时资料的流域气候监测资料库,开发了黄河流域气候监测服务软件,实现了任意时段、任意流域气温、降水、气象干旱的资料计算与提取,实现了暴雨日数、最大日降水量、降水日数、极端高温、极端低温、高温日数、低温日数等计算,实现了对任意时段、任意站点(或任意省份、任意流域)气温、降水随时间变化的线性趋势分析,基于Surfer自动化技术的图形绘制模块可以进行降水量实况图、降水距平百分率图、气温实况图、气温距平图、气象干旱实况图、暴雨日数图、高温日数图、低温日数图等的制作和输出,实现了业务产品自动生成与分发。整个系统功能实用、使用方便,提高了业务人员工作效率,增强了黄河流域气候监测服务能力和水平,为黄河流域气候监测服务提供了重要的技术支撑,在黄河流域气候监测、决策气象服务等工作中得到了较好的应用。     

未来气候变化对黄河流域水文过程的影响

使用NASA/NCAR有限区域大气环流模型FvGCM结果驱动高分辨率区域气候模式RegCM3 (20 km),进行1961～1990年当代气候模拟(控制试验)和2071～2100年IPCC A2排放情景下未来气候模拟(A2情景模拟试验)。将RegCM3径流模拟结果同大尺度汇流模型LRM [分辨率0.25°(纬度)×0.25°(经度)]相连接,模拟预估未来气候变化对我国黄河流域水文过程的影响。结果表明:相对于当代气候,未来黄河流域呈现气温升高、降水增加(夏季7～8月降水减少)和蒸发增大的趋势,且空间分布极不均匀,造成河川径流在5～10月减少,加剧流域夏季的水资源短缺;未来气温升高使得融雪径流增加,可能导致更早和更大的春季径流,使径流过程发生季节性迁移,引起黄河流域水资源年内分配发生变化。     

RCP情景下内蒙古黄河流域径流预估及其对水资源的影响

根据内蒙古黄河流域内72个国家气象站观测的1961—2005年和区域气候模式CCLM模拟的1961—2100年的气温和降水数据,采用BP人工神经网络模型,预估分析3种RCP情景下头道拐水文站2011—2100年流量变化,评估未来气候变化对流域水资源的可能影响。结果表明:①2011—2100年内蒙古黄河流域气温升高,降水变化不明显,年平均流量呈减少趋势,RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景分别减少3.6%、2.7%和23.4%。②未来春季流量以增加为主;夏季在不同情景的变化趋势不一致;秋季在21世纪50年代前以增加为主,之后以减少为主;冬季则以减少为主。③未来流域可利用水资源呈减少趋势,尤其夏季水资源的供需矛盾加剧,以及径流季节分配发生变化,可能产生更大的春季径流。     

黄河源区径流减少的原因探讨

分析了黄河源区1960~2000年气候变化特点,对蒸发进行了估算,并分析了植被和冻土的变化,对径流在20世纪90年代后明显减少的原因进行了探讨。结果表明,黄河源区气温在20世纪80年代中期后明显增加,降水在90年代偏少,气候向暖干方向发展,但蒸发变化不大,径流减少的直接原因是降水的减少;在90年代后降水强度的减弱也可能是径流减少的重要原因;归一化植被指数(NDVI)数据显示植被在90年代后期呈现退化的趋势,冻土在80年代以后表现出的明显的退化趋势,植被冻土的退化可以使得冻结层上水位下移,土壤水向土壤下层的渗漏增加,也会造成径流的减少。     

气候变化对黄河上游水文的影响

利用月水量平衡模型,采取假定的气候方案,分析了黄河上游水文对气候变化的响应。结果表明：降水变化对上游水文影响较在,气温影响相对较小,在气温不变、降不减少１０％的情况下,年径流量和土壤含水量分别减少１２％和６．９％,若降水不变、气温升高１℃时,则二者将分别减少４．３％和５．１％左右;汛期径流量和土壤含水量对气候变化的响应较非汛期强烈。     

基于SWAT模型的汉江流域径流模拟

应用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型对汉江流域1971-2000年30年逐月径流进行了模拟.结果表明:模型模拟精度高于评价标准(模拟效率Ens>0.5,相关系数r 2>0.6),SWAT模型适用于汉江流域的径流模拟;水量平衡各要素中,30年月、年平均蒸散发量、地表径流量、土壤对地下水补给量、土壤含水变化量、地下水侧流量分别占降水量的55.97%、25.88%、17.64%、0.26%、0.25%,蒸散发是该流域水量的主要输出项;各月30年平均降水量变化趋势与地表径流量变化趋势较一致,而与基流量变化趋势一致性较差;30年流域降水量年变化趋势与地表径流量、基流量的变化趋势较一致;30年月、年地表径流量对降水的响应程度高于基流.