样条函数拟合在年轮气候学分析中的可适用性

在树木年轮气候学分析中,应消除树木生长受遗传因子控制的缓慢生长趋势,进行生长量订正,使得年轮宽度序列转变成表征局地气候变化的指数序列。目前,最为广泛采用的是带尾的指数函数拟合方法,这在我国许多典型取样环境的年轮分析中,亦被证实是十分有效的。随着树木年轮取样的多样化,对非典型取样环境的样本,则必须采用较复杂的、多种函数形式进行订正,样条函数为其中之一。样条函数方法的应用现仍有争议,尤其是它的可适用性尚待更多资料论证。本文根据我国年轮样     

采用SilviScan-3TM研究木材性质的方法及其在气候变化研究中的应用

系统介绍了利用SilviScan-3TM测量细胞结构、木材密度、微纤丝角和划分年轮界线的方法,并以祁连山青海云杉为例,分析青海云杉6个木材性质参数(年轮细胞直径、年轮细胞壁厚、年轮宽度、年轮密度、年轮微纤丝角、年轮弹性模量)与气候因子的关系,以期为利用多个树轮参数研究气候提供参考。结果表明:6个木材性质参数与月平均气温和月降水量都有显著相关的月份,但显著相关的时间段不同,并且微纤丝角和细胞结构参数中包含的气候信息强于常用的年轮宽度和年轮密度。SilviScan-3TM测量木材性质参数的优越性体现在:测量精度高、速度快,能在同一个试样上测量多个参数并能精确定年。     

塔里木盆地西缘近300年降水量变化重建

：昆仑山北坡西部山区是树木年轮气候研究的薄弱区域。本文在位于公格尔山北坡的喀山河流域山区采集了雪岭云杉的树芯标本,分析了树轮宽度标准年表对塔里木盆地西缘气候要素的响应关系,发现了该区域的树木径向生长主要受水分条件限制,标准年表与塔里木盆地西缘6站上年7月至当年6月平均降水量的相关系数达到0.692。利用树轮宽度年表和年降水量之间的线性回归方程重建了塔里木盆地西缘1715—2014年降水量序列,转换方程的方差解释量为48.0%,且稳定可信。重建的降水序列记录了21个极端干旱年和21个极端湿润年。重建降水量的31年快速傅里叶变换（FFT）滑动序列分析发现塔里木盆地过去300年降水序列存在5个偏干阶段1725—1750、1777—1806、1821—1843、1854—1887和1911—1990年）和6个偏湿阶段（1715—1724、1751—1776、1807—1820、1844—1853、1888—1910和1991—2014年）,20世纪80年代中期以来增湿趋势明显,且还在持续。塔里木盆地西缘干湿变化的韵律与相邻区域的树木年轮水分记录是一致的,几个显著的干湿阶段均能较好地对应,只是其变化幅度和持续的时间存在差异。 关键词：塔里木盆地;公格尔山;雪岭云杉;树木年轮;降水量     

单站资料均一性对本地气候资料趋势结果的影响

选取乌鲁木齐自建站到2007年的平均气温、最高气温、最低气温、降水量等年值资料,用SNHT方法进行均一性检验及订正,并采用气候趋势系数进行订正前后的气候趋势对比分析发现,乌鲁木齐平均气温、最低气温、最高气温在1975年,降水量分别在1958年和1975年因迁站而引起了资料的非均一性变化,其中降水量对台站的搬迁变化更加敏感。平均气温值长期变化订正后比订正前增加趋势更加明显,变暖幅度比订正前增大了1/3,比同期中国平均增温速率明显偏大,比全球或半球同期平均增温速率也明显偏大。降水量值长期变化订正后比订正前的增加趋势有所减弱,增加幅度比订正前减少了近一半,用西郊机场近几年的资料进行对比,也验证了这种结果。     

博州中东部树轮宽度年表特征及对其气候响应

利用采自博尔塔拉蒙古自治州中东部山区9个采点的树轮样本,研制树轮宽度年表,分析9个树轮宽度标准化年表的统计特征及年表对气候的响应。结果表明:(1)位于森林中下部林缘的吉普克北、包尔克特沟西侧、小海子、胡苏木萨拉年表和森林上树线的吉普克年表包含的气候信息较多。(2)博州中东部山区气候对树木年轮生长的影响存在持续性,显著的持续年数大多表现在当年及其后的3 a。(3)9个年表间的互相关系数均超过了0.01的显著水平,森林中下部林缘年表间的相关性大于森林上树线。(4)森林上树线树轮宽度年表与上年12月至当年9月平均最低气温相关系数最大(R=0.583,显著性水平达0.000 1),其中与6月温度的相关最好,温度是影响森林上树线树轮宽度生长的主要气候限制因子。森林中下部林缘区域树轮宽度年表与上年6月至当年5月的降水量呈显著正相关(R=0.644,显著性水平达0.000 1),其中与6月降水量的相关最好,降水是影响森林中下部林缘树木年轮宽度生长的主要气候限制因子。     

不同数学模型在降水量资料序列订正中适用性探讨

采用逐步多元线性回归模型、一元线性回归模型、综合法模型和比值法模型对分布于全国31个台站的降水量资料进行了模型订正效果的试验与分析。结果表明:（1）逐步多元线性回归模型对年降水量序列的订正效果较好,其相对拟合误差总平均在0.08以下,而其它3种模型与月降水量序列的订正效果较差,相对拟合误差总平均在0.11以上;（2）若将年降水量序列相对拟合误差控制在0.10以内,则要求确定订正方程式的平行资料年数为10年或以上,要求订正站与基本站序列的相关系数在0.85以上;（3）较湿润地区拟合误差较小,反之较大。     

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。     

近百年广州汛期降水变化特征及其影响因子

利用1908～2000年广州市逐月降水资料、Hadisst海温资料和NCEP再分析资料,讨论了广州前汛期(4～6月)和后汛期(7～9月)降水的旱涝等级分布特征、长期变化趋势以及影响因子.结果表明,近百年来广州前汛期旱涝事件出现的连续性和间歇性比后汛期明显.前、后汛期降水分别经历4个偏湿时期、3个偏干时期和2个偏湿时期、2个偏干时期变化.前汛期年降水量呈上升趋势,后汛期年降水量呈下降趋势,但两者均没有达到0.1显著性检验标准,所以年降水量仍处在自然振动变化范围之内.机制分析表明,前期春季(3～5月)西太平洋暖池海温异常通过海气相互作用影响后期(4～6月)的大气环流,导致广州前汛期的降水异常.南海夏季风则通过与北半球500hPa位势高度场的遥相关来影响广州后汛期的降水异常.     

基于快速更新同化数值预报的小时降水量时间滞后集合订正技术

由中小尺度对流系统造成短时强降水天气的发生发展十分迅速,对其落区和时效的预报预警一直都是预报业务中的难点。本文基于快速更新同化的中尺度数值预报系统GRAPES-RAFS 0. 1°×0. 1°分辨率逐小时降水预报,首先通过时间滞后集合预报方法构建了多个集合成员,使用平均TS评分值计算相应预报成员权重系数建立预报方程,然后采用频率匹配订正法进行降水量级订正,从而得到集合订正的逐小时降水量预报。2017年8-9月的逐日试验和典型个例预报结果评估表明效果良好。(1)GRAPES-RAFS最新时次的预报场并不完全代表最好的预报效果,通过时间滞后集合订正方法自动识别优选预报成员,显著提高了预报能力;(2)GRAPES-RAFS预报存在降水量级偏弱的系统性误差,经过频率匹配方法订正后,在量级预报上更接近实况;(3)时间滞后集合预报对我国中东部(包括黄淮、江淮、江南地区)的小时降水量订正效果最好;(4)进一步使用的频率匹配订正方法显著提升了逐时降水量的预报效果,其在降水频率更高、强度更大的江南南部、华南、西南地区效果更为显著;(5)对于中小尺度的强降水过程,经过上述方法订正后,显著提高了模式对强降水系统位置、形态及降水量级的预报水平。     

新疆西天山不同海拔雪岭云杉树轮宽度年表特征及其气候响应分析

利用西天山新源林场卡勒克玛林区5个采样点(按海拔从高到低依次将采样点编号为KL1、KL2、KL3、KL4、KL5)的雪岭云杉树木样芯,建立宽度年表,并分析树木年轮标准化年表与气候的相关性,以及这种相关性随海拔梯度的变化情况。结果表明:(1)样本对总体均有较高代表性,KL3的各项指标在5个标准化年表中最高,包含的气候信息最多,受到气候的影响最明显;(2)高海拔的KL1和KL2与新源上年4—8月以及当年4月的降水量呈正相关,中、低海拔的KL3~KL5则与上年4月—当年4月降水量正相关,除KL5与当年4月的降水量正相关不显著外,其余标准化年表均与新源上年及当年4月降水量相关显著;(3)各标准化年表与新源站上年4—10月以及当年9月的平均温度和平均最高温度呈负相关,而与上年12月的温度要素呈正相关;(4)各采样点树木径向生长受气候的"滞后性"影响明显,森林上线采样点(KL1、KL2)的树木径向生长主要受制于温度,中、下线(KL3~KL5)主要受制于降水量。     

L波段探空观测偏差分析及订正算法研究

为了探讨探空观测的水汽可降水量资料的可靠性,本文以GNSS/MET遥感的大气可降水量为参照标准,对广东汕头站2013年以及西藏那曲站2016年6月至2017年5月的两种可降水量观测结果进行对比分析和偏差订正。经过研究分析表明:两个站探空可降水量相比地基GNSS可降水量偏干,偏差分别为7. 4%和9. 8%。探空可降水量的偏差显示具有季节变化和日变化的特征,其中夏季偏差较明显,00时比12时明显。太阳辐射加热引起的地面气温的日变化和季节变化是造成偏差的重要原因。本文根据太阳辐射偏差订正经验公式,对两个站的探空可降水量进行偏差订正,订正后偏差明显减少。     

近55年来中国西北地区降水变化特征及影响因素分析

利用1961-2015年中国西北地区128个站的降水观测资料和NCEP再分析资料,分析了年、季降水量与降水日数变化总趋势及其区域分布特征,并采用与平均温度、气候指数相关性来分析和讨论其所受的影响因素。结果表明:(1)西北中西部年降水量呈增加趋势,增加趋势位于0.1%·(10a)-1~10.0%·(10a)-1;西北东部年降水量呈减少趋势,减少趋势均小于5%·(10a)~(-1);春季、夏季和秋季西北西部大部分地区降水量是以增加趋势为主;东部主要为减少趋势,但是在冬季几乎所有站点的降水量呈增加趋势;(2)西北西部降水日数以增加趋势为主,东部地区降水日数以减少趋势为主,大部分站点年降水日数在冬季呈现增加趋势,其他季节则基本表现为西北西部增加、西北东部减少;(3)河西走廊西部、青海高原边坡、西北东部年降水量与年平均气温呈负相关,青海高原年降水量与年平均气温呈正相关,西北地区大部分年降水日数与年平均气温呈负相关;(4)北疆、南疆和西北东部37°N以南地区年平均降水量变率与年平均温度变率呈现负相关,且相关系数较大,而其余地区为正相关;(5)西风带影响西北大部分地区年降水量,东亚季风和南亚季风主要影响西北地区中北部和南部的年降水量。     

榆林春季首场透雨的气候特征分析

利用榆林市12个国家级气象站1978—2018年3—5月降水资料、1980—2018年高空资料、2000—2018年NCEP 1°×1°再分析资料,统计榆林春季首场透雨出现的时间和降水量,分析春季首场透雨的气候变化特征和环流形势。结果表明:榆林春季单站首场透雨出现较迟,平均出现在4月中下旬,从东南向西北逐渐推迟。首场区域性透雨历年平均出现时间为4月28日,平均间隔4a出现一次较早年,出现时间年际变化呈偏早趋势,降水量的年际变化呈减少趋势;出现时间与降水量呈正相关,与春季平均累计降水量呈负相关;降水量与春季平均累计降水量呈正相关,且相关性较高。春季首场区域性透雨环流形势分为高原槽型、乌拉尔山阻塞高压型、北脊南槽型和两槽两脊型。     

一种站网均匀化方案在中国夏季降水异常分析中的应用

文章利用站网均匀化方案对中国1951—2012年160站夏季(6—8月)总降水量距平场序列作了订正,并对订正前后数据的EOF分析结果进行对比。结果表明:(1)订正后的典型场突出了青藏高原区域的高值区,并使中国东部的高值区集中于华南地区,这与均方差场的异常集中区域一致;订正前资料的主要特征向量的高值区主要集中于中国东部,并未凸显异常区域。(2)订正后资料的时间系数中,线性相关不明显,线性趋势减弱,但1、3模态的年代际分量的方差贡献增大,使年代际变化中有价值信息更加集中于主要模态;其中,第3模态的时间系数突出了华南地区的夏季降水年代际变化。(3)订正后发现,夏季降水的年代际变化中的典型场与年代际均方差的分布异常信息集中区域一致。上述结果说明,站网均匀化订正改进了中国夏季总降水量异常的EOF分析。     

TRMM 卫星降水数据在商洛地区的精度分析及订正

利用商洛地区193 个国家和区域气象站点实测降水数据，从时间和空间尺度，运用相关分析、偏差、均方根误差等统计分析方法对 TRMM 卫星 3B43 v7降水数据在商洛地区的适用性进行了分析，在此基础上采用比值系数法对TRMM 卫星月降水产品进行订正。结果表明：①在时间尺度上，TRMM 月降水数据与站点实测月降水数据线性高度相关，TRMM 降水数据低估站点实测降水数据。②对月、季和年尺度的TRMM和站点降水量进行比较，决定系数R２均在0.8以上，拟合优度较高，季降水量结果拟合结果较月降水量有所提高。③利用比值系数法对TRMM降水量产品进行偏差订正，验证结果表明，订正后的TRMM 3B43月降水结果偏差更小，决定系数更高。TRMM 降水精度与降水强度和地形有关，TRMM月降水量与实测月降水量时间序列趋势一致，拟合性较高，分布规律相一致。总体上，降水量多的年份，TRMM 数据倾向于低估降水量，反之，高估站点降水量。通过对TRMM 卫星降水产品在商洛地区的精度评估和订正，为该地区地面降水数据提供有效补充。     

百分位统计降尺度方法及在GCMs日降水订正中的应用

在格点观测的逐日降水量数据基础上,采用百分位统计降尺度方法对全球气候模式(GCM)输出的日降水量进行了订正处理。5种订正方案的比较结果表明,取12个百分位数进行日降水量订正是合理的。观测资料与3个GCMs订正前后全国平均年、季降水量空间分布以及主要流域平均年、月和日降水序列多年平均、变化趋势及概率密度的对比分析表明:(1)统计降尺度处理可在一定程度上降低GCMs模拟的降水量偏差,特别是中国中部、长江以南和东北部分地区,对德国马普研究所的海气耦合模式(MPI/ECHAM5)模拟的降水量订正效果最显著;(2)GCMs统计降尺度处理的降水量季节分布特征与观测更为接近,所有流域MPI/ECHAM5订正的降水量优于或接近直接输出结果;(3)与GCM直接输出的降水相比,部分流域经统计降尺度处理后降水量变化趋势与观测的一致性有所增加,但不明显;(4)当日降水量<30mm时,订正的降水量与观测的偏差明显减小;当日降水量>30mm时,部分流域由负偏差转为正偏差。由于GCMs结构和降尺度方法的局限性,在用于具体流域未来气候变化预估及气候变化影响评估时,应选择尽可能多的、模拟能力强的GCMs数据,以包含尽可能多的模拟气候情景。     

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。     

TRMM月降水量产品在新疆地区的订正

利用1998-2013年TRMM月降水量产品与新疆同期的105个气象站地面观测降水量,运用逐步回归与BP神经网络方法,选取1998-2010年数据建立新疆地区的降水订正模型,并利用2011-2013年月降水量进行检验。结果表明:加入地形因子对TRMM月降水量产品订正效果明显,整体上两种模型对TRMM月降水量产品订正的相关系数从最初的0.66分别提高到0.75和0.80,相对误差由10.75%分别降低为4.88%和3.19%;月尺度上,TRMM月降水量产品相对误差为-5.68%~54.44%,经逐步回归模型订正后为-4.26%~32.57%,而BP神经网络模型订正后为-5.33%~24.48%,表明BP神经网络模型订正效果更好;从综合时间技巧评分S_T看,订正后TRMM月降水量产品在各月的效果均有不同程度提高,逐步回归模型订正后提高0.01~0.49,BP神经网络模型订正后提高0.03~0.70。因此,基于逐步回归模型与BP神经网络模型订正的TRMM降水量产品均能够准确、定量地再现降水分布,为TRMM降水量产品质量改进提供一种较实用的参考方法。     

我国东部夏季降水量长年代资料的插补、订正及效果检验

使用均值生成函数、标准正态均一性检验方法和相关分析等方法对我国东部地区96个观测站1931—2020年夏季降水量长年代资料进行了一系列插补、检验、订正及效果分析等工作。结果表明：(1)均值生成函数拟合的1931—2020年各站夏季降水量资料的整体趋势和极值与观测值均有较好的一致性,其中无缺测资料的6个站点观测值和拟合值在距平符号一致率上达到了86.1%,可以满足插补工作的需要。(2)对1931—1950年和1951—2020年2个时段的夏季降水量资料,用平均值和方差2个统计量对插补后的资料进行差异性检验,共有8站具有显著性差异。(3)对插补后的1931—2020年夏季降水量资料进行了均一性检验和均一化订正,其中13站存在非均一性。(4)将订正后的站点资料与CRU＿TS4.05(University of East Anglia Climatic Research Unit Global 0.5°Monthly Time Series)数据库的格点资料进行空间分布相似度分析,2套资料在1931—1950、1951—2020和1931—2020年这3个时段的空间相关系数分别达到了0.90,...     

铜仁基本站迁站对比观测数据的差异分析

该文通过铜仁国家基本气象站现址与拟迁新址(以下简称新址)2012年1、4、7月同期对比观测的各气象要素差值的形成原因进行了初步探讨,得出新址气温、气压低于现址,相对湿度和风速大于现址,静风频率明显比现址偏小,弱降水时两站址降水量差异很小,强降水时新址降水量明显比现址偏大的结论;以期为该站资料序列延续、订正以及气候资料的应用提供一定的科学依据。