综合考虑单调与非单调特征的季节尺度降雨趋势研究

为了更为科学、综合、全面地分析降雨的趋势特征,基于广西龙滩流域58年降雨数据,首先采用线性趋势分析法分析龙滩流域季节尺度降雨的总体单调趋势变化速率,然后结合Spearman秩次检验法、Kendall秩次检验法以及Mann-Kendall趋势分析法分析降雨总体单调趋势的显著性程度,最后提出利用改进的ITA方法进一步挖掘降雨序列存在的非单调局部趋势特征。结果表明:龙滩流域春、秋两季降雨分别以速率-6.635 mm/10 a和-7.429 mm/10 a呈现总体单调减少的趋势特征,而夏、冬两季降雨则以速率1.511 mm/10 a和0.231 mm/10 a呈现增加的趋势;龙滩流域四季降雨总体变化趋势显著性程度不高,属于非显著性的上升或下降趋势;四季降雨局部非单调趋势特征较为明显,其中春秋两季降雨呈现出下降的局部趋势,其非单调趋势显著指标值在低值区分别为-0.03%和-19.43%,在高值区分别为-9.64%和-8.32%,夏季降雨则出现低值区下降而高值区上升的非单调局部趋势特点,冬季降雨呈现出上升的局部趋势特征,其中上升较为显著的是高值区降雨。

天山北坡次季节-季节尺度降水集合预测

在新疆天山大地形背景下,实现了中国气象局研发的高分辨率气候业务预测系统CMA-CPSv3(China Meteorological Administration-Climate Prediction System version 3)在天山北坡经济带的本地化应用,分别评估控制预报、传统集合平均预报以及改进后的最优概率阈值集合方法(deterministic ensemble forecast using a probabilistic threshold,DEFPT)对该区域次季节-季节降水的预测水平。评估结果表明:基于CMA-CPSv3预测系统的DEFPT方法可以提升天山北坡次季节-季节尺度1~5 mm阈值降水落区以及持续性的预测效果,优于传统集合平均预报和控制预报。从2016年7月29日—8月2日、2017年6月7—12日以及2020年7月8—12日时段发生在天山北坡的降水事件个例分析结果看,不论从降水落区、降水异常还是降水持续性,DEFPT集合预报在天山北坡西部和南部均有更好的效果,但在天山北坡东部和北部预测能力相对略低,这与该区域水汽的预报偏差增大有关。

黑河下游胡杨季节尺度径向生长变化研究

利用半径型树木生长测量仪,于2009—2010年生长季对西北内陆河-黑河流域下游荒漠河岸林优势树种-胡杨径向生长进行了监测,结合环境气象、水文因子同步监测资料,对胡杨季节变化节律和环境影响因素进行了研究.结果表明:按照胡杨径向生长日变化特征,将其分为增长型(ΔR+)、负增长型(ΔR-)和持续增长型(ΔR++)3种类型.在生长季,胡杨径向生长季节变化呈"S"型,可分为前期缓慢增长(P1)、迅速增长(P2)和后期微弱增长(P3)3个阶段;ΔR+/++类型在这3个阶段中所占比例分别为63.64%,85.51%和48.61%;5月末至8月初是胡杨年轮形成的主要阶段,在该阶段气温和地下水位埋深均表现出显著的相关关系,但地下水位埋深应是最根本的因素.因此,在树木年轮学应用方面,胡杨可以用来反演区域水环境变化,包括河道径流和地下水位变化等.在荒漠河岸林管理方面,满足春夏季地下水位条件和适度频率的春汛,是保证该地区胡杨河岸林正常生长和保持合理种群结构的前提.

季节尺度区域气候模拟适应调整时间选取问题的数值试验

文中利用区域气候模式RegCM3,以1998年夏季中国异常气候事件为例,对季节尺度区域气候模拟适应调整时间的选取问题进行了数值研究。共做了11个试验,每个试验的适应调整时间最短为10 d,最长为6个月,以检验适应调整时间长短对夏季中国异常气候事件模拟结果的影响。结果表明:对于大气变量而言,模式通常在经过4—8 d的适应调整时间后,就进入"气候模态"运行,此后模拟误差主要是由于模式对区域内大气过程描述能力不足造成的,对适应调整时间选取不再敏感,这进一步证实了区域气候模拟是一个边值问题的观点。各气候区平均降水量模拟结果受适应调整时间影响也不大,但不同的适应调整时间对降水分布格局模拟将产生一定影响,降水分布模拟结果随适应调整时间的不同存在一定的不确定性,这种不确定性通常出现在强降水发生区域。总之,对于季节尺度降水模拟,适应调整时间大于2个月效果更好。对降水分布格局模拟误差和东亚夏季风系统进退过程之间关系的进一步分析发现,模式对受夏季风系统影响比较大的区域模拟的降水相关系数变化性也比较大,因此,发展合适的积云对流参数化方案以提高受夏季风系统直接影响区域强降水过程的描述能力是改进区域气候模式对中国区域夏季气候模拟效果的有效途径。

月和季节尺度区域气候模拟的对比分析

利用区域气候模式RegCM3分别进行了东亚夏季月尺度和季节尺度区域气候模拟试验,并将两种时间尺度试验的逐月模拟结果进行了对比分析。结果表明,不同初始场和不同时间尺度模拟降水量存在一定的不确定性,但模拟的降水分布格局和模拟时间尺度关系不大,其模拟结果主要取决于模式对区域内大气降水过程的描述能力。两种时间尺度模拟的月平均环流形势几乎一致,随着模拟时间延长,两种时间尺度模拟的月平均环流、温度和湿度之间的差别在模式内部区域有所增加。但两者没有出现本质差别,且两者之间的偏差不会随模拟时间尺度的延长而无限制增长,只在一定范围内波动。两种时间尺度模拟对7月份淮河流域降水集中期暴雨和高低空急流刻画差别不大,但两者对8月份东北降水集中期模拟差别稍明显一些,其差别主要表现在对低空急流的模拟上。

夏季副高次季节尺度东西变动特征及其与中国西南降水的关系

西北太平洋副热带高压(以下简称副高)是影响中国气候的大尺度环流系统,研究次季节尺度副高东西变动对西南地区降水的影响具有十分重要的意义。本文首先根据副高东西变动的关键区位置分别定义了前夏和后夏副高东西变动指数,指数具有显著的10~30天次季节周期,能够很好表征副高次季节东西变动的特征。根据指数的标准化值,共选取前夏和后夏东西事件195次(1374天)。进一步对东西事件的分析表明次季节尺度上副高东西变动与西南地区降水有十分密切的联系,在副高偏西(东)事件中,副高经历了由东→西→东(西→东→西)逐渐变化的过程,相应西南大部分地区的降水经历了逐渐由少→多→少(多→少→多)的演变,次季节尺度上西南地区降水对副高变化的响应与副高东西变动过程中副高北侧及副高主体区域的水汽和气流的垂直变化有很大的关系。另外,分析发现对于西南地区而言,受副高次季节东西变动的影响,贵州和重庆地区降水变化的一致性比较好,而云南和四川地区降水变化的区域差异较大,尤其是云南。前夏,在副高东西变动过程中云南大部分地区的降水呈现出与西南大部分地区,尤其与贵州和重庆地区的降水变化完全相反的特征,即副高偏西(东)事件中,云南大部分地区的降水偏少(多),西南其它大部地区降水偏多(少);后夏,除云南中北部地区,西南大部分地区的降水变化基本一致。

次季节-季节尺度热带气旋活动研究和预测技术进展

从外部强迫和大气内部变率两个方面回顾次季节-季节尺度西北太平洋热带气旋活动的主要影响因子及相关机制研究进展,分析统计、动力及混合动力-统计混合3类预测技术的发展历史和现状,对该领域尚未解决的主要科学问题及预测技术发展趋势进行了探讨。

南亚高压次季节尺度东西振荡对我国长江流域降水及水汽输送的影响

使用常规资料及HYSPLIT(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)模式,分析了早夏和晚夏期间南亚高压次季节尺度异常偏东事件和异常偏西事件发生时,我国长江流域降水及水汽输送异常特征。结果表明:早夏期间当南亚高压异常东伸时,西太平洋副热带高压可西伸至我国东南沿岸,此时,降水正异常场主要位于我国东部地区,表现为江淮区域降水异常偏多;而晚夏期间当南亚高压异常东伸时,西太平洋副热带高压的西脊点更偏东,降水正异常区位置比早夏偏西,表现为四川盆地的降水异常偏多。早夏期间,与南亚高压异常偏西事件相比,南亚高压异常偏东事件有利于更多的水汽从南方的水汽源地输送到我国江淮区域,加上此时江淮流域存在异常上升运动,动力和水汽条件共同使得江淮流域降水偏多。晚夏四川盆地地区有类似的结论。

中国冬季气温的次季节尺度振荡及其与年际异常的关系

利用全国756站逐日平均气温资料和旋转经验正交展开方法(REOF)、功率谱方法,分析了中国冬季气温次季节尺度振荡的基本特征,并对次季节尺度振荡引起的冬季气温年际异常进行了研究。结果表明:(1)中国冬季气温的次季节尺度振荡存在地域差异。中国南部、西部和东部地区的冬季气温次季节尺度都存在10~20天和20~60天的振荡变化,只是南部和东部地区10~20天振荡较西部更显著。(2)冬季气温的10~90,10~20和20~60天主振荡的强度具有明显的年际变化,其中西北、华中、华南地区振荡周期的年际变化相似;华北、东北地区振荡周期的年际变化相似;西南地区和云南省振荡周期的年际变化相似。(3)中国冬季气温的次季节尺度振荡与冬季气温的年际变化有密切的关系。区域主振荡强弱年对应的中国冬季气温存在明显的异常,且相应的次季节变化与冬季气温年际变化存在负相关关系。

长江中下游地区季节尺度气象干旱预测概念模型

季节尺度气象干旱事件的发生与大尺度环流系统的异常运动密切相关。在识别长江中下游地区历史气象干旱事件的基础上,探讨了致旱环流系统异常特征,提取具有指示性意义的信号,以季节尺度气象干旱指数为干旱预测指标,应用偏最小二乘回归法构建了季节尺度干旱预测概念模型。模型率定和验证结果显示,率定期预测与实测的SPI3指数相关系数为0.64,验证期为0.56,表明该预测模型具有一定的预测效果。本研究方法可为区域季节尺度气象干旱预测和提前研判干旱发展情势提供技术支持。

集合预报及其在季节尺度气候预测中的应用

系统回顾了集合预报技术的发展,介绍了4种比较常用的集合构建方法,重点关注这些方法在季节尺度气候预测领域的研究进展及应用,特别是在ENSO集合预报领域。此外,还从季节尺度气候预测系统的发展、集合设计方案和ENSO集合预报效果等方面介绍了国内外3个应用比较广泛的季节尺度气候预测系统,可为集合预报技术和季节尺度气候预测系统的发展和应用提供参考。

阿留申低压次季节尺度异常对北太平洋冬季降水的影响分析

利用1979—2018年的冬季逐日气象数据,研究了北太平洋地区冬季(12月至次年2月)阿留申低压次季节尺度变化特征,分析了次季节尺度阿留申低压异常与降水和极端降水异常之间的联系。选择1979—2018年共40个阿留申低压次季节尺度从异常增强到减弱的完整事件,记录下每个位相具体日期运用于合成分析。通过合成分析的结果可知:次季节尺度阿留申低压异常增强(减弱)时,北太平洋海盆区的降水呈现出明显的东多(少)西少(多),同时副热带西太平洋略偏多(少)的分布型。次季节尺度蒸发异常和整层水汽输送散度异常能够解释以上降水异常的空间分布。在阿留申低压异常偏强时,自北太平洋中部向东北延伸至北美沿岸区域内大气河发生频率增加,使得海盆中部向东和东北汇聚更多的水汽,北美西海岸地区更易发生极端降水事件。

TRMM 3B42V7数据在岷江上游的季节尺度精度评估研究

降水作为全球水循环的关键过程,精确测量降水量在实际生产生活中有着重要的作用。因此,本文将以岷江上游为研究区域,选择其周围邻近12个站点,通过计算TRMM 3B42 V7数据与地面站点实际观测数据的均方根误差,相关系数,平均绝对误差、ETS、HKS、探测率和和空报率评分等指标,对TRMM 3B42 V7该降水产品的精度做出评价,研究结果表明:卫星反演降水结果在夏季的正确率较高,但除了冬季,在春、秋、夏季节都存在一定的高估现象。

次季节尺度上的“暖北极-冷欧亚”模态

1979年以来北极地区增暖的速率约为全球平均的4倍[1].从20世纪80年代末到21世纪10年代初,欧亚大陆冬季呈现变冷的趋势[2,3].这种暖-冷对比也存在于年际和年代际尺度[3~6],即“暖北极-冷欧亚”模态.这一模态被认为和中低纬的极端天气气候事件有关[2~9],探索其成因及其在不同时间尺度的变化,已成为当前的研究热点.

城市景观湖泊不同时间尺度CH4通量特征及影响因素分析——以南京市莫愁湖为例

城市景观湖泊对温室气体的收支发挥着重要作用。本文以南京市莫愁湖为研究对象,采用静态箱—温室气体分析仪法实时监测湖泊水—气界面CH_(4)通量,分析湖泊主要温室气体CH_(4)在日尺度和季节尺度上因冒泡和扩散排放方式不同对其通量的影响,探究影响湖泊CH_(4)通量的因素。结果表明:(1)在日尺度上,四季24 h内CH_(4)均呈排放状态,受白天冒泡影响,四季CH_(4)总通量均存在白天高于夜间的日变化特征。(2)在季节尺度上,莫愁湖CH_(4)排放通量呈现显著的时空异质性,受冒泡通量的影响夏季CH_(4)通量明显高于春、秋、冬三季;B区的CH_(4)总通量(6.04 nmol/(m^(2)·s))显著高于A区(3.82 nmol/(m^(2)·s)),水体的营养化程度和离岸距离是空间变化的主要影响因素。A、B两区CH_(4)排放夏季以冒泡排放为主,春、秋、冬以扩散排放为主。(3)在日尺度上,CH_(4)通量受气温、水温、辐射和风速等气象要素影响,与水质参数间的关系不显著;在季节尺度上,CH_(4)通量与温度(气温、水温)、水体营养盐水平、叶绿素a浓度及富营养化程度的时间变化相一致,也随着水体透明度、pH和氧化还原电位的减小而呈增加的趋势。本研究为准确估算城市湖泊CH_(4)排放量提供重要的数据基础。

中国夏季月际—季节平均降水动力和统计结合实时预测模型

中国夏季降水大幅度月际尺度变化往往造成极端旱涝事件交替或转折,但其月际异常会被季节平均掩盖,影响季节尺度气候预测准确度,因此亟需考虑月际气候预测,提升月际—季节尺度气候预测准确度。本文首先采用年际增量和场信息耦合型预测方法研制中国夏季6~8月月际尺度降水动力和统计结合气候预测模型,之后根据月际尺度降水预测,开展季节平均降水预测。首先,基于前期观测信息和美国第二代气候预测系统(CFSv2)预测结果,选取前期12月观测的南太平洋中高纬关键区海温、1月北极关键区海冰密集度以及CFSv2预测系统2月起报的夏季同期关键区海温作为月际尺度降水预测因子,分别研制以上具有物理意义的单预测因子预测模型,并采用奇异值分解(SVD)误差订正方法对其改进;之后,利用多因子择优集合方案,研制预测效能较高且稳定的中国160站夏季月际尺度降水动力和统计结合预测模型,进而基于月际尺度预测开展夏季季节平均气候预测。1983~2022年夏季(6~8月)中国160站逐月降水预测模型的交叉检验结果表明:逐月回报与观测降水距平百分率的时间相关系数通过90%置信水平的站点占比分别为90%,88%,82%,多年平均的空间相关系数分别为0.39、0.40和0.39,均通过99%置信水平。针对2020~2022年连续三年同样拉尼娜背景下但不同中国夏季降水形势,开展月际—季节独立回报检验,其结果显示,2020~2022年6、7、8月预测降水距平百分率的趋势异常综合检验(PS)平均分分别为75、75和70分;夏季季节平均降水的PS评分分别为72、76和73分,均高于多年业务预测平均分。由此,考虑月际异常开展季节尺度气候预测是提升月际—季节尺度气候预测准确度的一个有效途径。

中国季风区大气降水同位素的季节尺度环流效应

Dansgaard于1964提出月尺度降水δ18O的的降水量效应（或称雨量效应），之后在古气候研究中被广泛应用于解释古季风强度的变化以及重建降水量。但在具有复合水源的中国季风区，这一应用遇到了困难。近年来，根据大量的观测数据，指出至少在中国季风区还存在另外一种同位素效应：环流效应。对于中国东部广大季风区来说，临近的太平洋提供近源水汽，而印度洋提供远源水汽。由于海洋和大气环流的变化，如热带太平洋海温梯度的变化，或西太平洋副热带高压的变化等，可导致从太平洋和印度洋向中国季风区输送的近远源水汽比率发生变化，从而导致了大气降水δ18O变化：无论降水量大或小，如果水汽来自太平洋，则降水δ18O的值偏高，如果水汽来自印度洋，则降水δ18O值偏低。本研究进一步分析了降水同位素季节尺度的环流效应，并引用SPR（江南春雨）这个气候学概念，成功地解释了2012年的降水量效应佯谬。降水同位素的环流效应概念不仅对同位素气象学和气候学有参考价值，也有助于我们理解作为古气候代用指标的占。℃的信号意义。

南海—热带西北太平洋地区季节内尺度海气变化关系

本文系统地回顾了作者近年来关于南海—热带西北太平洋地区大气和海洋季节内尺度变化关系方面的主要研究成果。文中对10~20天和30~60天两种季节内振荡海气变化关系的不同以及冬、夏季间的差异进行了系统地比较。相比较而言,大气中10~20天振荡所占比例大于30~60天振荡,海表温度30~60天的振荡在南海和西北太平洋副热带地区比10~20天振荡的贡献大,而在低纬度西太平洋地区10~20天振荡与30~60天振荡贡献相近或稍大。在北半球夏季,10~20天低频振荡的分布呈西南—东北走向,由赤道西太平洋地区向西北偏西方向传播,而30~60天低频振荡则以东西向分布为主,表现为由南向北的传播特征。在北半球冬季,10~20天和30~60天两种低频振荡的水平结构类似,均表现为西南—东北走向;同时,南海地区季节内变化信号表现出明显的向南传播的独特特征,并与东亚冬季风的季节内变化密切相关。北半球夏季,南海—菲律宾海地区10~20天低频振荡强度在厄尔尼诺发展年得到加强,而30~60天低频振荡强度则在拉尼娜衰减年得以加强。分析还指出,热带西北太平洋地区夏季热带辐合带附近的季节内变化,尤其是10~20天尺度变化,对季节平均海表温度异常有显著的反馈作用。

黄河干流头道拐水文站水沙关系季节性特征分析

为认识黄河干流头道拐水文站水沙关系季节性特征,根据2006-2020年黄河干流头道拐水文站的径流和输沙量数据,采用集对分析法研究头道拐水文站春季、夏季、秋季和冬季的水沙关系变化过程及季节性特征,进一步拟合各季节水沙关系曲线。研究结果表明:头道拐水文站径流与输沙量变化的季节性差异显著,春季、夏季和秋季的水沙变化过程具有较好的一致性;春季、夏季、秋季和冬季水沙变化过程的同一性和相关性逐渐减弱,而差异性逐渐增强;水沙变化过程在春季、夏季和秋季的正关系性较明显,而在冬季存在一定的相反变化关系。

临沂地区1960—2020年降水量演变特征分析

文章结合临沂地区20个雨量站点1960—2020年日降水数据,对其近60年降水变化特征进行分析。分析结果表明:临沂地区年降水量呈现递减变化,年递减率为-15.3mm/10a,递减趋势未通过90%显著性检验。在各季节中,夏季降水量递减趋势最为明显,其递减趋势可通过90%显著性检验,年递减率达到-26.2mm/10a,秋季和冬季降水呈现递增变化,但递增趋势不显著,年递增率分别为8.3和6.2mm/10a。研究成果气候变化下临沂地区水资源影响具有参考价值。