农业重大气象灾害监测预警与调控技术研究

该项目2008年9月顺利通过了科技部组织的中期检查评估。自立项以来,该项目紧紧围绕着农业干旱、东北玉米和新疆棉花低温冷害、华南寒害、长江中下游水稻高温热害、小麦晚霜冻害等我国重大农业气象灾害从5个方面开展了一系列观测试验和技术方法的研究,取得可喜成果。     

东部气温明显偏高 江南出现罕见降水——2005年11月——

11月，影响我国的冷空气势力偏弱，我国大部地区气温偏高，东部地区尤其明显，北京、河北等地气温之高达1951年以来历史同期最高值。我国北方大部地区雨雪稀少，内蒙古中部和东部、华北、西北东部等地旱情持续或发展；南方出现明显降水过程，江南旱情基本解除，广西、广东西部旱情缓解，但广东中东部及广西东南部降水偏少，旱情继续发展。华北和长江中下游等地区出现大雾天气。月内，西北太平洋共有3个热带气旋生成。     

黑河中下游植被覆盖度变化遥感监测

自2000年国家决策实施水量统一调度以来,黑河中下游生态环境得到好转,但缺乏一个客观公正的评价方法加以验证。本文考虑黑河中下游区域面积大、数据资料缺乏等特点,提出了基于卫星遥感影像提取生长季植被指数计算植被覆盖度（VFC）,并对VFC的空间分布特征、面积占比、变化趋势等进行了分析。研究表明,2000—2017年18年间,黑河中下游区域均存在低覆盖植被向其他类型覆盖植被转化现象,高植被覆盖区域面积增加,植被覆盖情况整体趋好。该结论与黑河中下游区域生态环境变化现状相符,证明本文方法可以作为区域生态环境评价的重要方法支撑。     

青藏高原夏季风对长江中下游气候的影响及与南亚高压的联系

应用1951～2011年NCEP/NCAR第一套逐月再分析资料和国家气候中心提供的全国160站逐月的降水和气温资料.通过相关分析得出该指数与长江中下游的夏季降水（温度）存在正（负）相关（均通过了95％的显著性检验）.高原夏季风存在明显的年际和年代际变化,1979年是其突变点.高原夏季风与副热带高压以及南亚高压的特征参数之间存在较好的相关性.高原夏季风偏强（弱）时,南亚高压出现青藏高原（伊朗高原）模态,强度减弱（增强）且东伸（西退）,副高增强（减弱）且西伸（东退）.南亚高压的各个特征参数都存在共同2～4年周期振荡,且高原夏季风与南亚高压主中心的经度（纬度）在3～5年（3～4年以及5～6年）上的显著关系最好.     

暴雨台风局地致灾东北低温江南炎热--2009年7月--

2009年7月,我国气温较常年同期偏高,降水较常年同期偏少.全国平均气温为22.0℃,较常年同期偏高0.6℃.其中,西藏7月区域平均气温为1951年以来历史同期最高值,云南为次高值.全国平均降水量为109.6mm,较常年同期偏少6.3mm.但是本月,我国局地暴雨洪涝灾害多发,其中四川、湖南、山东等地的部分地区受灾严重,且青海7月区域平均降水量为1951年以来历史同期最多值.月内我国主要天气气候事件有:黑龙江低温阴雨天气持续;热带风暴苏迪罗、台风莫拉菲先后在我国华南登陆;长江中下游及其以南地区出现持续高温天气;我国部分地区遭受暴雨洪涝灾害;全国24个省(市、区)遭受强对流天气袭击.     

近45a长江中下游地区夏季降水的区域特征

利用旋转经验正交函数(Rotated Empirical Orthogonal Function,REOF)展开方法,分析了长江中下游地区六省一市1960—2004年78站夏季(6—8月)降水场,并将降水场分为5个主要区域,在此基础上揭示了长江中下游5个区域夏季降水的时间演变特征。5个区域夏季降水序列的Mann-Kendall突变检验表明,各区代表站中只有衢州和南通发生了突变,且突变时间不同;5个区域夏季降水长期变化呈现增加趋势,Ⅰ区和Ⅴ区表现出较强的增加趋势,Ⅲ区次之,Ⅱ区和Ⅳ区较弱;5个区域夏季降水的周期振荡差异明显。     

青藏高原冬季积雪异常和长江中下游主汛期旱涝及其与环流关系的研究

在对青藏高原冬季异常积雪资料进行了综合分析的基础上 ,用 3种方法对长江中下游的旱涝指标进行了综合评定 ,计算了高原积雪日数和深度资料与长江中下游 6～ 8月降水量之间的相关系数 ,结果表明 ,青藏高原冬季积雪异常与长江中下游流域的旱涝呈正相关关系 ,最大正相关区主要位于江南北部。通过对冬季北半球 50 0 h Pa高度场、OLR、SSTA资料的合成分析以及对夏季风指数的联系揭示表明 ,高原多雪和少雪所反映出的环流特征显著不同。讨论了异常积雪 -大气 -海洋 -雨带相互之间的可能联系 ,给出了一个初步与青藏高原冬季积雪相联系的长江中下游旱涝物理过程概念模型 ,进而为短期气候监测、预测提供参数线索。     

全球海表温度年代际尺度的空间分布及其对长江中下游梅雨的影响

使用统计诊断的方法,探讨了近百年全球海表温度年代际尺度的空间分布结构与长江中下游梅雨异常变化的可能联系.采用三次样条函数拟合的方法将1885～2000-全球海表温度场和长江中下游梅雨雨量百分比序列的年代际变化分量分离出来,在分析各自年代际变化特征基础上,研究了全球海表温度的年代际尺度分布结构对长江中下游梅雨异常变化的影响.结果表明(1) 全球海表温度年代际尺度变化分量清晰地表征出气候背景的分布状态,其中太平洋年代际振荡(PDO)型态表现突出,特别是1976年以后太平洋的气候背景呈现暖事件增强的趋势.同时,印度洋及大西洋中部海域的海表温度也表现出明显的升温趋势.(2) 长江中下游梅雨年代际尺度变化趋势与全球海表温度的年代际变化趋势基本一致,特别是与PDO典型分布型态的变化趋势有很好的对应,当PDO暖事件趋势处于较强时期时,长江中下游梅雨为偏多的趋势,反之亦然.其中20世纪70胩代中期PDO出现暖位相增强的突变,长江中下游梅雨也在此时期转入增多的趋势.同时,印度洋、大西洋部分地区的海表温度的年代际变化与梅雨的年代际变化之间也有一定的关联.(3) PDO指数与西太平洋副热带高压面积指数的年代际变化趋势一致的统计事实,从一个侧面说明海洋的-代际变化最终通过副热带高压的变动影响梅雨的异常变化的可能性.     

1998和2010年夏季降水异常成因的对比分析：兼论两类不同厄尔尼诺事件的影响

1998和2010年夏季长江流域均发生了明显的洪涝灾害,且都是厄尔尼诺事件的次年(衰亡位相).不同的是:1997/1998年冬季的厄尔尼诺事件是传统东部型,而2009/2010年冬季的厄尔尼诺事件是中部型(EL Ni(n)o Modoki).首先利用中国160个台站月降水观测资料,对比了1998和2010年降水异常情况,结果显示除长江流域多降水这一共同特征外,1998和2010年降水分布还存在一定差异.利用NCEP/NCAR再分析资料,对比了大气环流异常特征.结果表明:与1998年相比,2010年西北太平洋对流层低层异常反气旋中心位置偏北偏西,西太平洋副热带高压偏强、脊线偏北,使得南海孟加拉湾西南风减弱而东亚南风加强,导致自印度洋、南海向内陆的水汽输送减少,而自西太平洋的水汽输送增加并输送到偏北的位置,雨带比1998年偏北,中国西南地区降水比1998年偏少.进一步分析厄尔尼诺的影响,揭示环流形势的变化与中部型厄尔尼诺年赤道太平洋异常上升气流比传统厄尔尼诺年偏西、西太平洋异常下沉气流随之变化有关.利用GFDL大气环流模式AM2.1,进行了给定1998和2010年实际观测海温强迫的试验,显示海温差异能够部分解释观测到的环流异常.最后,将这两个个例与历史合成进行了比较,发现2010年与历史合成的中部型厄尔尼诺存在较大差异,表明中部型厄尔尼诺对中国夏季降水的影响比以前所认识的要复杂.     

同化青藏高原地区GPSPW数据对长江中下游地区降水预报的影响评估

长江中下游地区位于东亚季风区,其夏季降水的水汽部分来源于孟加拉湾的水汽输送。本文利用青藏高原地区全球定位系统（GPS）站点观测到的大气可降水量（PW）资料,采用WRF模式（Weather Research and Forcasting Model）的同化模块（WRFDA）,将这支水汽输送带的信息同化进数值模式,并用WRF模式对长江中下游地区的7月份降水预报进行批量试验和个例分析。批量试验和个例分析采用3种方案：无资料同化的控制试验（NoDA）,冷启动同化试验（Cold）和循环同化试验（Cycling）。此外,还针对Cycling方案进行延长预报时长的补充试验以探究同化带来正效果最明显的时段。同时为了探究同化正效果的来源,针对Cycling方案进行只同化被主要水汽输送带覆盖的GPS站点的补充试验（Cycling_less_a）以及只同化不被主要水汽输送带覆盖的GPS站点的补充试验（Cycling_less_b）。试验结果表明：同化青藏高原地区的GPS数据能在一定程度上改善长江中下游地区的降水预报,对于48～72小时的降水预报改善效果尤为明显,且Cycling方案在整体上优于Cold方案。对于Cycling方案,在120小时预报时长内,同化正效果最明显时段为48～72小时。当水汽输送带较多地经过同化区域时,降水的TS评分能得到明显改善,而当水汽输送带较少地经过同化区域时,降水的TS评分改善效果不明显。如果只同化被水汽输送带覆盖到的GPS站点的GPSPW数据,仍然可以保留住大部分的同化正效果,因此,针对性地同化GPSPW数据是可行的。