大气环流因子对黄河流域长预见期农业干旱预测性能的影响

准确的干旱预测对于减轻或规避干旱对区域粮食生产和水资源配置的不利影响至关重要。大气环流因子可能会通过遥相关影响农业干旱的发生、发展和传递过程,在干旱预测模型中引入大气环流因子是否会改善农业干旱的预测性能尚不明晰。该研究以农业干旱、高温和大气环流因子为预测因子,在不同预见期(1、12、24、36、48个月)下采用Meta-Gaussian(MG)模型预测黄河流域典型年份的农业干旱事件,通过纳什效率系数(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,NSE)和均方根误差(root mean square error,RMSE)探究在MG模型中引入大气环流因子对农业干旱预测性能的影响。结果表明:大气环流因子中12个月时间尺度的标准化西太平洋副高强度指数(standardized western Pacific subtropical high intensity index,SWPSHI)与农业干旱相关性最为显著;以典型年2014年8月份为例发现MG模型预测值受预见期长度、预测因子影响较大;相比于单因子预测,引入大气环流因子的MG模型的评价指标NSE和RMSE改善网格占比最高达46%,空间上在内蒙古、宁夏、甘肃、陕西等省区1 a以上预见期明显改善,而考虑大气环流因子和高温的MG模型进一步提升了模型的预测性能,扩大了网格占比。因此在上述省区干旱预测时需考虑大气环流因子的影响。

山西北部极端降水时空演变规律及与大气环流因子的响应

基于山西北部28个国家气象站点,1972—2020年逐日降水资料,选用8个极端降水指数,采用线性回归、Pearson相关分析、连续小波和交叉小波变换分析等方法,研究了山西北部极端降水的时空变化及其与大气环流因子的相关性和周期特征。结果表明:(1)在时间上,山西北部8个极端降水指数都是在20世纪70年代后期和21世纪00年代后期到10年代,年总降水量(PRCPTOT)、中雨以上日数(R10mm)、强降水量(R95P)、极强降水量(R99P)、1 d最大降水量(Rx1day)、5 d最大降水量(Rx5day)均增多,日降水强度(SDII)显著增强,持续湿期日数(CWD)也略有增多。整个20世纪80年代降水异常偏少。(2)在空间上,极端降水指数呈从东北向西南地区逐步增加的态势。从站点趋势变化来分析,大多数站点的极端降水指数呈上升趋势,其中,上升趋势最显著的站点均位于忻州市境内西南部。朔州市境内和忻州市东南部站点PRCPTOT和SDII都呈增加趋势,但CWD则呈减少趋势,由此说明朔州市境内和忻州市东南部地区发生极端降水事件的概率较大。(3)通过小波变换分析发现,1990—2020年山西北部极端降水指数表现出约4 a左右的周期特征。在选取的大气环流指数中,北大西洋涛动指数(NAO)对山西北部极端降水影响最明显,NAO越大,PRCPTOT、R10mm、R95p、R99p、Rx1day、Rx5day、SDII则越小,同时CWD也越少,山西北部产生少雨干旱的几率较大,反之,易发生多雨、洪涝现象。研究结果可为山西北部气象灾害的防御提供科学理论依据。

基于植被健康指数的中国干旱动态变化及其对大气环流因子的响应研究

为明晰中国干旱时空变化特征及大气环流因子对干旱的驱动机制,基于全国1982~2020年遥感植被健康指数(VHI)数据,采用极点对称模态分解方法(EPSMD)分析干旱动态变化特征,结合像元尺度趋势检验方法(PMK)挖掘干旱趋势特征,运用交叉小波技术揭示干旱与大气环流因子间响应关系。结果表明,1982~2020年全国干旱整体呈减轻趋势;研究时段内干旱最严重的年份为1989年,该年度夏季干旱程度较轻,冬季干旱相对较重,VHI均值分别为0.47、0.38;春季、夏季、秋季和冬季VHI的趋势特征值分别为0.70、0.48、0.59、0.48,春季干旱的减缓趋势最为明显;厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)对干旱的影响最显著。研究结果可为中国干旱成因机制的进一步研究提供参考。

中国近百年雨量与大气环流因子的关系

研究了近百年南方涛动年指数、北半球西风带大气环流Ｗ．Ｃ．Ｅ环流型年频数对中国大范围年降水量及旱涝的影响，探讨了大气环流因子影响的空间分布变化规律及影响的复杂性、非线性及南北环流不同配置多因子相互作用造成的综合影响特征，发现：（１）ＳＯＩ、Ｗ．Ｃ．Ｅ环流因子对中国降雨的影响不是局地的，而是大范围普遍存在的，只不过对越靠近海洋的地方影响越显著；（２）并不是单个环流因子的变化就可完全解释清楚雨量的变化，多个环流因子复杂非线性相互作用，南北环流因子的不同配置结果对雨量产生的综合影响要重要得多。（３）环流因子对雨量的影响不是线性关系，而是复杂的非线性关系。

基于大气环流因子的西南地区干旱预测模型及应用

为了有效识别西南地区干旱发生的前兆环流信号,基于标准化降水指数（SPI）和环流特征量月值数据,考虑致旱因子与区域干旱的非线性关系,对满足不同线型的非线性因子作线性化处理,筛选出通过显著相关检验的预报因子,基于多元线性回归方法建立了四种西南地区秋季干旱预测模型,比较了四种模型的估计值与西南地区实际干旱指数值。结果表明,在1961-2004年的模型率定期,四种回归模型均通过了显著性水平为0.01的F检验;非线性模型对2005-2012年验证期的干旱试报成功率高于线性模型,且成功预测了2005、2007、2009年的三场西南地区秋季干旱,预见期长达6个月,对数模型对西南秋季干旱预测效果较其他模型更稳定;欧亚及亚洲经向环流、大西洋及北非副高、北半球极涡和西藏高原位势高度等均为西南致旱的显著强信号。非线性因子处理方法适用于西南地区干旱预测建模,且具有潜在应用前景。

影响长江地区夏季洪涝的大气环流因子研究

提出用条件相关矩信噪比,研究大气环流对长江地区夏季洪涝的影响,以及研究在不同时间尺度上它们之间的非线性关系,并建立相应概念物理统计模型。发现在上年大气环流指数值偏高时,对长江地区夏季洪涝影响最强烈的大气环流因子是:下半年南海副高面积和南海副高强度,第4季度西太平洋副高面积和南海副高面积,以及7月份亚洲区极涡强度和8月份北美太平洋副高面积。大气环流指数值偏低时,其影响因子是:5月份和上年度西太平洋副高西伸脊点累积值,以及下半年北半球副高北界对该地区洪涝有显著影响,还发现,对长江地区夏季洪涝影响的大气环流因子中,指数值偏低时的影响不如偏高时强烈。

三峡库区降水特征及其与大气环流因子的潜在联系

探究三峡库区降水时空特征及其对气候变化的响应,对大型库区影响下的区域水资源安全与防洪抗旱具有重要意义。基于18个气象站点1959年1月1日—2019年12月31日的逐日降水数据,分析了三峡库区年尺度和4个季节尺度下的降水时空变化特征,计算了降水集中度,并通过小波相干分析方法,分析了降水集中度与大气环流因子间的潜在关系。结果表明:(1)时间分布上,三峡库区蓄水前的年际、夏季和冬季降水量变化均呈不显著的上升趋势,春季和秋季的均呈不显著下降趋势,且秋季的下降趋势更明显;蓄水后,年际、春季和秋季降水量变化均呈不显著的上升趋势,夏季和冬季的均呈不显著下降趋势。(2)空间分布上,年降水量与各季降水量的空间分布特征从库首至库尾均呈现“低—高—低”的变化趋势。(3)三峡库区蓄水前的降水集中度呈不显著上升趋势,蓄水后的降水集中度呈不显著下降趋势;蓄水后的降水集中度均值较蓄水前的有所增加。(4)降水集中度与大气环流因子间存在共振周期,不同时域中的相关性不同。

大气环流因子在贵州夏季旱涝形成中的作用

利用贵州省 32个代表站 195 1～ 2 0 0 0年夏季 (6～ 8月 )降雨量资料 ,选取 5个大涝年 ,5个大旱年 ,分别对各种环流因子进行旱、涝年多年平均 ,以分析旱、涝年各环流因子从前冬到次年夏季的演变特征 ,分析各环流因子对贵州夏季旱涝形成的作用 ,以便根据前期环流因子作出夏季旱。

青藏高原典型冰川变化与大气环流因子的关系初探

本文选取1957-2014年期间物质平衡序列长度不一的青藏高原典型冰川:小冬克玛底冰川、乌鲁木齐河源一号冰川、祁连山七一冰川、抗物热冰川,初步探索它们各自与大气环流因子的相关关系。位于青藏高原腹地的小冬克玛底冰川受大西洋及欧洲附近环流场影响较大,与其因子相关关系密切,还与印度海温存在显著相关关系,夏季和印缅槽因子关系显著;位于青藏高原北侧,天山中部的乌鲁木齐河源一号冰川则受到其北部亚洲极涡影响的远远大于南部的冰川,与亚洲极涡相关因子关系密切,但仍与大西洋附近环流因子存在一定关系,与南部大气环流因子关系较小,整体和西风环流相关因子的关系更为密切;位于青藏高原东北缘的祁连山七一冰川,则和极涡关系更为紧密,较南部冰川,受到印缅槽影响较小;抗物热冰川位于青藏高原南部,与大西洋附近环流因子无明显相关关系,但与南海季风相关关系紧密,与印缅槽在秋季关系紧密。

渭河流域极端降水时空演变规律及其对大气环流因子的响应

基于渭河流域内及其周边28个气象站点1961-2017年逐日降水量数据,选取PRCPTOT、SDII、Rx1day、Rx5day、R95P和R99P共6种极端降水指数,采用Mann-Kendall趋势检验和小波变换方法综合分析了渭河流域极端降水时空演变规律,并进一步探究流域极端降水指数与6种大气环流异常因子之间的相关关系。研究表明:(1)在1961-2017年间,渭河流域极端降水指数整体呈减少的趋势。渭河流域极端降水指数由西北向东南地区逐渐增加,流域东南地区较西北地区湿润;(2)1990年以后,极端降水指数在年际间的波动性明显增大,流域发生极端降水事件的概率有上升趋势;(3)在所选择的大气环流异常因子中,渭河流域极端降水受南方涛动指数SOI影响最大。SOI越大,流域发生少雨现象的概率越大,反之,则发生多雨、洪涝现象的概率越大。本文结果对于理解气候变化对于极端降雨的影响机理和加强预防气候灾害的能力有重要意义。

海河流域干旱时空演变及其与气候因子的关系

以标准化降水蒸散指数(SPEI)作为干旱反映指标,运用Mann-Kendall趋势检验法分析海河流域及站点的干旱变化情况,采用经验正交函数分析法解析海河流域干旱分布的主要模态,并通过交叉小波变换和皮尔逊相关分析探究年尺度、季尺度、月尺度下太阳黑子及大尺度环流因子与海河流域干旱的相关关系。结果表明:1960—2017年海河流域SPEI在年尺度、季尺度、月尺度下分别以每10 a下降0.16、0.015和0.004的速率向干旱化发展;海河流域干旱分布第一模态为全域统一分布型,第二模态为南—北反向分布型,反映了纬度对干旱分布的影响;大气环流因子中的Ni o3.4与海河流域干旱有较强的相关关系(年、季尺度下为负相关,月尺度下为正相关),而太阳黑子与海河流域干旱呈明显负相关,并对海河流域干旱事件有着深远影响。

融合海温偶极因子的长期月径流预报研究

可靠的月径流预报可以为水库科学运行与管理提供依据。通常而言,月径流预报模型可分为过程驱动和数据驱动两类。对于数据驱动模型而言,预报模型的选取和其对应的输入数据共同决定了预报的效果。然而,现有研究多集中于模型结构的对比分析,就模型输入数据对预报效果的影响的讨论较少。尽管海温与区域降水、径流的遥相关关系已被广泛证实,当前基于数据驱动模型的月径流预报在选择海温预报因子时通常仅考虑固定海域的海洋表面温度场作为遥相关因子,而忽视了海温场的空间分布特征和关联性。研究以天生桥一级(天一)水库入库径流为例,在考虑水库前期径流和大气环流因子的基础上,将海温偶极因子纳入待选预报因子集,在年内各月分别构建预见期为1~12个月的多元线性回归模型,探索各因子组合方式对预报效果的影响。结果表明:①只使用前期径流因子开展预报时效果较差,但在预见期为1~3个月时,将其与大气环流因子或海温偶极因子结合使用能有效提高两种因子单独使用时的预报精度;②含有海温偶极因子的预报因子组合在预见期较长时的预报效果优于只考虑大气环流因子和考虑径流和大气环流因子的模型,其中,提升效果最为显著的月份为9月和11月,以径流和海温偶极为预报因子的模型对这两个月份在预见期1~12个月的平均精度较以径流和大气环流为预报因子的模型分别提升了7.1%和9.3%。

利用海温与环流因子制作干热风危害指数预报

将干热风三要素换算成干热风危害指数 ,用其作为预报量 ,选用海温与环流因子作为预报因子 ,建立预报方程 ,预报河套灌区干热风发生强度 ,在实际工作中应用较好 。

锦州地区降水变化特征及其与大气环流相关度分析

基于锦州地区1964─2017年降水数据,采用10项极端降水指数对锦州地区极端降水变化特征进行分析,并分析不同气候模式下的大气环流因子与各极端降水指数的相关性。分析结果表明:锦州地区持续干期指数呈显著上升变化,最大1 d、5 d极强降水指数以及雨强上升趋势较弱,其他极端降水指数呈现递减变化,其中大雨、中雨日数2个指数下降趋势尤为显著。北极涛动(AO)模式是锦州地区极端降水指数变化的主因,各大气环流因子与极端降水指数的相关度均达到0.05的显著性水平。

朝阳地区极端降水指数变化趋势及其与大气环流的相关性分析

对朝阳地区1956—2017年的极端降水指数进行趋势分析,并分析其与大气环流的相关性。结果表明:最大1 d、雨强及极强降水3项指数呈现递增变化,其余7项指数均呈现递减变化。各指数均与北极涛动(AO)相关程度最高,北大西洋涛动(NAO)是朝阳地区持续干期影响的主要大气环流因子。

淮河流域可利用降水量特征及其影响因子分析

通过滑动平均和小波分析的方法分析了1951～2006年淮河流域可利用降水量的演变趋势和变化特征，采用相关分析及逐步回归法挑选了7个与淮河流域可利用降水量关系密切的大气环流因子，并分析了其对可利用降水量的影响。结果表明，近十几年淮河流域的可利用降水量呈周期为2～3a的震荡；副高、极涡指数、欧亚纬向环流对淮河流域的可利用降水量影响较大。所得结论可为有关部门决策提供参考。

我国冬季气温的趋势变化特征及其影响因子分析

利用国家气候中心提供的中国160站逐月气温数据集、NCEP/NCAR再分析数据中心提供的大气环流数据、NOAA提供的全球海表温度数据及美国冰雪中心的海冰数据,分析了1951—2011年我国冬季气温异常的时空变化特征。应用经验正交函数分解得到中国冬季气温变化的两种典型空间分布型态-全国一致型和南北相反型,三次样条函数拟合结果表明这两种分布型态均具有显著的趋势变化特征。同时,分别探讨了大气环流及外强迫因子的趋势变化及其对中国冬季气温变化趋势的影响,并综合分析了影响我国冬季气温趋势变化的海温(冰)等外强迫因子与东亚大气环流系统之间的相互配置及贡献。结果表明,强的热带海温异常变化是影响东亚大气环流及冬季气温变化的最主要外强迫因子。当热带印度洋与赤道中东太平洋海温同时偏高(低)时,冬季西伯利亚高压强度偏弱(强),AO处于正(负)位相,东亚冬季风强度偏弱(强),冬季气温呈一致偏高(低)变化;当热带印度洋海温偏高(低),赤道中东太平洋海温偏低(高)时,东亚冬季风强度偏弱(强),AO指数为负(正)位相,西伯利亚高压偏弱(强)的配置时,冬季气温易呈北冷(暖)南暖(冷)趋势变化。

北方农牧交错带春季风速年际变化的影响因子分析

利用北方农牧交错带1979-2016年15个台站的逐日风速资料、ERA-Interim再分析资料以及GLASS叶面积指数等,分析了该地区春季近地面风速的变化特征,以及大气环流因子和下垫面因子对风速年际变化的可能影响。研究表明,近38年来研究区风速的变化除了有显著的下降趋势(每10年约下降0.10 m·s^-1)外,还存在强烈的年际波动,年际方差占风速变化总方差的比例达58%。该地区风速的年际变化与东北亚地区的气旋性环流异常有密切关系,平均风速与该环流系统中心区700 hPa位势高度的相关系数高达-0.83。异常气旋性环流加强时,带来的偏西北风与研究区春季盛行西风叠加,加强近地面风速。分析表明东北亚异常气旋环流受北半球行星尺度大气环流变化的影响,与北极涛动显著相关(0.41)。下垫面状况的变化,通过动力和热力性质的改变可影响风速。计算表明叶面积指数与风速年际波动存在明显的反位相变化(r=-0.61),NDVI与风速相关不显著,这可能与叶面积指数能较好地反映空气动力学性质的变化有关。地表热通量的改变与风速的年际变化也具有显著的相关关系,风速与边界层高度、感热通量以及潜热通量年际变化的相关系数分别为0.57,0.39和-0.39;如果排除较强天气过程的可能影响,只计算小风日风速(<3 m·s^-1),则它们的年际相关更加显著,分别达到0.59,0.60和-0.57。

5月孟加拉湾风暴不同移动路径典型个例的大气环境场对比分析

利用JTWC最佳路径数据集及欧洲中心ERA⁃Interim再分析资料,分析了5月孟加拉湾气旋和风暴的活动特征,并重点分析了4个不同路径的典型孟加拉湾风暴大气环境场差异,初步探讨了影响风暴移动的关键大气环流因子。研究表明:5月孟加拉湾风暴路径分为北上、东北移、西北移、转向4种,其中东北移路径最多,北上路径最少;孟加拉湾风暴的生成和移动与阿拉伯副热带高压和西太平洋副热带高压的相对强弱和位置,以及中高纬度槽脊波动密切联系,同时还与孟加拉湾风暴的生成位置有一定关系,10°N以北孟加拉湾海域生成的风暴容易东北移,10°N以南孟加拉湾海域生成的风暴却容易西北移,这与西太平洋副热带高压边缘不同引导气流的作用有关;孟加拉湾风暴移动路径还与高空急流变化有关,风暴有趋于高空急流右侧辐散区运动的趋势;孟加拉湾风暴生成于弱的垂直纬向风切变区,纬向风移动增强的方向指示孟加拉湾风暴移动的方向。

2023年上半年我国干旱的特征及其成因分析

2023年1—6月我国西南、华北东部、华东北部、华中南部、华南及东北中部等地均发生不同程度的气象干旱,严重影响农业生产、制约当地经济发展。为提高应对旱灾能力,及时开展防灾减灾工作,应对旱情进行实时总结,本文利用K干旱指数、MCI指数、T-N通量和CABLE陆面模式,以及气象观测数据、再分析数据、土壤水分资料等,综合分析区域性干旱事件的时空分布特征及成因。结果显示:(1)2023年上半年,中国西南和内蒙古东部地区发生严重区域性干旱,西南地区经历了从持续型到骤发型的干旱转变,而内蒙古地区则持续干旱。(2)同期500 hPa高度场在中高纬度呈“两槽两脊”型,西太平洋副热带高压异常西伸北抬,欧亚中纬度Rossby波异常偏弱,导致中高纬地区的平直西风和冷空气影响减弱,造成西南地区和内蒙古东部地区降水偏少,进而引发区域性干旱。(3)2023年上半年,冬季La Niña事件转为春季El Niño事件,导致西南地区对流活动偏弱,诱发持续高温干旱天气;内蒙古地区的海温敏感区分布导致其上游高压脊稳定,造成内蒙古东部地区干旱少雨。