基于TIGGE多模式降水量预报的统计降尺度研究

利用TIGGE资料中欧洲中期天气预报中心、美国国家环境预报中心、英国气象局以及日本气象厅4个中心,1~7 d预报时效的降水量预报资料,以TRMM/3B42RT降水量作为"观测值",对东亚地区降水量进行统计降尺度处理。首先利用逻辑回归方法将天气分为有雨和无雨,再对有雨的情况,利用线性回归方法对插值后的预报结果进行降尺度订正,最后将4个中心的预报值进行消除偏差集合平均,得到多模式集成的降水量预报场。结果表明:逻辑回归能够有效地改善预报中小雨的空报情况,统计降尺度订正后的预报结果比直接插值更加准确,多模式集成的预报效果优于单模式结果,其改进效果随预报时效的延长逐渐减小。     

东亚夏季气溶胶—云—降水分布特征及其相互影响的资料分析

东亚季风气候受到自然因素和人类活动的共同影响,而人类活动因子中气溶胶的作用尤为关键,采用诊断分析的手段研究东亚地区气溶胶的特征及其与云和降水的相互关系具有重要的科学意义。本文利用MODIS(moderate-resolution imaging spectroradiometer)气溶胶和云资料以及TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)降水数据,分析了东亚夏季气溶胶、云、降水的时空分布特征,研究了气溶胶与云和降水的相互关系。结果表明:中国四个典型地区(珠三角、长三角、四川盆地、京津唐)2001～2011年夏季(6～8月)平均气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth, AOD)变化范围为0.40～0.68,云光学厚度平均值为18.7～23.6,水云云滴有效粒子半径在20.2～25.6 μm,冰云有效粒子半径在12.9～15.3 μm,云水路径为222.2～243.8 g m-2,降水强度平均值3.6～8.6 mm d-1;珠三角气溶胶光学厚度有显著降低趋势,年倾向为-3.31%,四川盆地云滴有效粒子半径(冰云、水云)和云水路径年变化趋势为-0.42%、-0.49%和-1.26%,京津唐夏季降水量年增幅为3.24%。气溶胶光学厚度和云光学厚度呈正相关,相关系数最大为0.77;在相对湿度较低(30%～50%)情况下,气溶胶光学厚度与云滴有效粒子半径呈负相关;气溶胶光学厚度与云水路径呈正相关,相关系数最大为0.92;相对于低污染情况(AOD<0.5),高污染情况(AOD>0.5)下出现大雨(>10 mm d-1)的频率增加了6.6%～19.1%,小雨(<1 mm d-1)的频率减少了0.72%～7.3%。在水汽含量较少的情况下,气溶胶的增加导致云滴有效粒子半径的减少;气溶胶增强了南方地区的对流性降水,抑制了北方地区层云降水。     

大气能量学揭示的高原低涡个例结构及降水特征

从能量角度分析了发生于2010年7月21~25日的一次高原低涡天气过程及降水特征。定量讨论了高原低涡发展不同阶段显热能、潜热能和对流有效位能(CAPE)的时空分布特征以及各能量分量变化的原因。发现:(1)显热能在高原低涡生成初期是总能量变化的主导因素,潜热能则在高原低涡东移下坡之后对总能量的变化起主要作用;(2)潜热能的空间分布证实高原低涡在成熟阶段出现与台风类似的螺旋结构;(3)标准化对流有效位能(NCAPE)在高原低涡发展最强盛时呈现明显的空心结构;(4)高原低涡的降水主要分布在低涡中心的东南侧或南侧,这与高原低涡的环流以及能量分布特征有密切关系。     

中国降水集中期之特征

使用中国国家气象信息中心整编的全中国2474个观测站1961—2013年逐日降水观测资料、美国国家环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)制作的1979—2013年逐日850 hPa风、温度、相对湿度场和500 hPa高度场。定义每站5—8月总降水量的45%(河套地区和四川盆地中部为5—9月总降水量的40%)出现的最短时段为该站降水集中期,采用气候统计、气候分析方法和清晰的站点绘图方式研究了中国降水集中期雨量、起止日等时空特点和变化特征。结果表明,中国降水集中期起止时间并非简单的南北、东西向推进,而是最早始于江南华南交界,最晚始于河套地区和四川盆地;最早结束于华南北部和江南大部分地区,最晚结束于河套地区、四川盆地、西藏南部。东北、西北大部分地区的降水集中期早于华北和河套地区。降水集中期以西部沙漠戈壁地区的7—10 d最短,西南地区的30—40 d最长。来自索马里急流的西南水汽支和西太平洋副热带高压西侧的东南水汽支是集中期降水的主要水汽源,中国中东部降水峰值随两支气流的推进而推进。集中期雨量的主要区域特点为:四川盆地雨量在20世纪80年代以后趋势性减少,近年开始回升;云南自2003年起,除2008年以外降水持续偏少。华南北部和江南20世纪80年代的持续少雨和90年代的持续多雨最显著,多雨期降水集中期起止时间推迟,导致长江中下游降水峰值易与上游来水的峰值相遇,这是长江中下游20世纪90年代至21世纪初洪涝频发的主要原因之一。     

中国西北东部汛期降水对青藏高原东部春季感热在准3a周期上的响应

利用1960—2010年中国西北东部地区39个气象站的逐日降水资料和NCEP/NCAR月平均地表感热通量再分析资料以及大气环流各要素场资料,通过多锥度-奇异值分解(MTM-SVD)等方法,分析了中国西北东部汛期降水、青藏高原东部春季感热的周期振荡特征以及它们在准周期循环上的协同耦合关系。结果表明,感热与降水均存在显著的准3 a周期,其耦合场在准3 a周期上表现也最为明显。当青藏高原东部春季感热在青藏高原主体上偏强(弱)时,对应中国西北东部汛期降水的异常偏多(少)。该准3 a周期循环上的协同关系在1960—1982年表现最为显著,1983—1990年为调整阶段,90年代之后又逐渐明显。青藏高原东部春季感热对大气环流的持续加热过程影响西北东部汛期降水,且主要体现在8月。     

A Precipitation Detection Method for MWTS-Ⅱ Radiance Assimilation in Typhoon Simulation

FY-3C Microwave Temperature Sounder Ⅱ(MWTS-Ⅱ) lacks observations at 23.8 GHz, 31 GHz and 89 GHz,making it difficult to remove the data contaminated by precipitation in assimilation. In this paper, a fast forward operator based on the Community Radiative Transfer Model(CRTM) was used to analyze the relationship between the observation minus background simulation(O-B) and the cloud fractions in different MWTS-Ⅱ channels. In addition,based on the community Gridpoint Statistical Interpolation(GSI) system, the radiation brightness temperature of the MWTS-Ⅱ was assimilated in the regional Numerical Weather Prediction(NWP) model. In the process of assimilation,Visible and Infrared Radiometer(VIRR) cloud detection products were matched to MWTS-Ⅱ pixels for precipitation detection. For typhoon No. 18 in 2014, impact tests of MWTS-Ⅱ data assimilation was carried out. The results show that,though the bias observation minus analysis(O-A) of assimilated data can be reduced by quality control only with | O-B| 3 K; however, the O-A becomes much smaller while the precipitation detection is performed with F_(virr) 0.9(VIRR cloud fraction threshold of 0.9). Besides, the change of the environmental field around the typhoon is more conducive to make the simulated track closer to the observation. The 72-hour typhoon track simulation error also shows that, after the precipitation detection, the error of simulated typhoon track is significantly reduced, which reflects the validity of a precipitation detection method based on a double criterion of | O-B | 3 K and F_(virr) 0.9.     

CN05.1气象数据在流域水文模拟中的应用——以新疆开都河流域为例

为探讨中国再分析气象数据集CN05.1在流域水文模拟中的适用性潜力,以开都河流域为研究区,分别使用CN05.1数据集和传统气象站数据驱动SWAT水文模型,采用决定系数（R ²)、纳什效率系数（NSE）和相对误差（R_e）等评价指标对二者模拟效果进行对比分析,以确定CN05.1数据的适用性;最后采用两种数据订正方法对CN05.1降水数据进行了订正,并以水文模拟效果进行评价。研究结果表明:(1) CN05.1气象数据在开都河流域的水文气象模拟中具有较强的适用性;(2) 基于SWAT模型的水文模拟显示,CN05.1数据驱动的水文模拟精度高于传统气象站数据,其率定期（1995—2005年）和验证期（2006—2016年）的R ²分别为0.81和0.73,NSE分别为0.81和0.72,R_e分别为-0.97%和0.39%;(3)两种数据订正方法均能较好地再现流域径流变化过程,但基于空间关系订正法的径流模拟效果更好,R ²和NSE均在0.72以上,|R_e|＜1.7%。由此,订正后的CN05.1降水数据一方面弥补了传统气象站数据缺失的问题,另一方面补足了未订正CN05.1降水数据在径流模拟中峰值欠佳的问题。     

澜沧江源区气温与降水对径流变化的影响

为研究澜沧江源区水文气候变化特征,采用线性回归拟合分析方法、M-K非参数检验法对1960—2010年间澜沧江源区的水文气候变化趋势进行分析,计算了各季节气温变化对年气温变化的贡献量,并基于Pearson相关分析法和贡献率的计算讨论了降水量和气温对径流量变化的影响。结果表明:澜沧江源区年平均气温和各季节平均气温均呈显著上升趋势,其中,冬季的增温对年平均气温增加贡献最大(38%)。澜沧江流域源区年降水量无明显增减趋势,但春季降水量显著增加。澜沧江流域源区年径流量未呈现显著变化趋势,冬季和春季径流量呈现出显著的增加趋势。年际尺度上,径流量的主控因素是降水量,降水量对径流量年内变化的影响主要发生在降水相对丰沛的6—10月份;冬季和初春季节气温上升对径流量的改变存在一定的影响,且气温的贡献率要比降水的贡献率大,原因是气温升高加剧研究区内冰雪的消融,进而导致澜沧江源区的径流增加。     

降水过程对断层CO2气体异常排放响应的个例分析

为了从观测事实的角度揭示岩石圈的热异常对大气圈的影响,本文利用怀来后郝窑测点的断层气CO₂排放观测数据和中国752站降水的逐日观测资料,分析了断层气CO₂异常排放与降水事件的时空演变联系.个例分析结果表明,断层气CO₂的异常排放会导致局地降水的增多.以1991年为例,伴随着断层气CO₂排放的异常增加,在大范围降水负异常的背景下,CO₂排放点周边区域出现显著的降水正异常（降水距平百分率大于零）区.同时,CO₂异常幅度较大的时段,相应的降水正异常区的中心值也较大.此外,分析降水响应断层气CO₂排放异常的时间还发现,断层气CO₂异常排放对其后10天内的降水过程影响最为显著.     

沈阳市降水对水资源的影响及对策

在分析沈阳近百年特别是近50 a降水变化规律的基础上,研究了沈阳市降水对水资源的影响。结果表明：沈阳市降水量变化决定水资源变化,从1956年以来水资源总量呈减少趋势,且随着年降水量的变化而变化;地下水变化平缓;地表水资源变化速度比降水变化速度快。同时降水量对辽、浑河的自然径流量影响显著,年际变化剧烈;近10 a沈阳降水量呈减少趋势,将加剧沈阳水资源短缺的矛盾。在对气候进行预估的基础上对水资源的发展趋势做了预估。