北太平洋涛动与淮河流域夏季降水异常的关系

研究了北太平洋涛动（NPO）与淮河流域夏季降水异常的关系。结果表明：冬季北太平洋涛动与次年夏季我国淮河流域降水异常呈明显的负相关：强（弱）涛动年,次年夏季淮河流域降水偏少（多）。进一步研究表明,1976年冬季NPO突变前,冬季北太平洋涛动指数（North Pacific Oscilla-tion index,INPO）与次年夏季淮河流域降水的负相关显著;突变后,负相关明显减弱;冬季INPO对淮河流域夏季降水预测的参考意义在突变前较好,在突变后减弱。     

淮河流域夏季降水异常与北太平洋海温异常的关系

研究淮河流域降水异常与北太平洋海温异常的相关关系,初步探讨北太平洋海温异常对淮河流域降水的可能影响机制。结果表明:淮河流域夏季降水与上年8-10月北太平洋中部关键海区(162．5~177．5°W,36．5~41．5°N)的SSTA存在持续高的正相关关系;淮河流域夏季降水异常对应着一种大范围的海温异常分布型,而关键海区正好位子其相关最显著地区;正是由于北太平洋大范围持续的海温异常引起了次年夏季大气环流的异常,导致了淮河流域夏季降水异常,这也正是海温与降水具有很好相关的内在原因。     

气候过渡带温度变化与淮河流域夏季降水的关系

淮河流域是我国南北气候的过渡带,气候过渡带位置的南北变动对淮河流域的降水有显著的影响。利用1952～2001年的温度和降水资料,计算了气候过渡带位置的变化和淮河流域降水与旱涝的关系,发现气候分界线位置的南北移动与淮河流域夏季降水呈显著负相关,即气候分界线北移夏季降水减少、气候偏旱;气候分界线南移则夏季降水增加、气候偏涝。气候分界线与淮河流域夏季降水的这一对应关系反映了春季冷空气活动的强度和时间对淮河流域夏季和梅雨降水有重要影响,即春季(特别是3月下旬)冷空气南下活动较强年份的夏季降水可能异常偏多。     

淮河流域夏季降水与低纬地区波列结构的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过合成分析、诊断分析等方法,研究了淮河流域夏季降水异常年份的大尺度环流背景,并且分析了造成这种环流背景的可能原因。得到以下主要结论:在副热带地区,对流层低层存在一个自低纬向高纬传播的波列结构。在多雨年从低纬到高纬呈现"+-+-"相间的波列结构,而少雨年则相反,但是多雨年的波列强度要比少雨年强。利用波活动通量进行诊断发现:在多雨年,菲律宾到南海是明显的波源区,我国淮河流域和印度尼西亚是波汇区;在少雨年,印度尼西亚和我国淮河流域是明显的波源区,南海地区是明显的波汇区。这种波列结构的差异可能与淮河流域降水异常存在密切的联系。大气加热的不同可能是产生波列结构的一个重要原因。研究表明,赤道西太平洋大气热源的变化与我国淮河流域降水有密切的联系。印度尼西亚附近的赤道地区加热强,则淮河多雨;加热较弱,则淮河少雨。诊断分析表明,赤道地区加热强度的变化所产生的Rossby波的不同位相,与我国淮河流域降水的异常有密切的联系。     

淮河流域夏季降水与中高纬波列结构的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过合成分析、诊断分析等方法研究了淮河流域夏季降水异常年份的大尺度环流场,并且分析了造成这种环流背景的可能原因。结果表明:西风急流在多雨年和少雨年作为波导的作用没有变化,但多雨年西风急流的位置比少雨年偏东。在中高纬地区,多雨和少雨年200 h Pa沿西风急流的定常Rossby波列结构有明显的不同。在多雨年,有一条明显的沿西风急流传播的Rossby波列结构,波源位于西欧和中亚,波汇位于里海和我国淮河流域地区,日本以东的西北太平洋也是明显的波源区;在少雨年,西欧和中亚的波源地区的波活动明显减弱,原来位于淮河流域的波汇区南压到长江以南,西北太平洋上的波活动也明显减弱。这种波列结构的不同可能是造成淮河流域夏季降水异常的一个重要原因。     

淮河流域春夏季降水位相变化特征

淮河流域的降水异常容易导致旱涝灾害。本研究从降水位相变化的角度,对淮河流域春夏季降水规律作了分析。在近50 a中,春夏季降水持续偏多的典型事件发生频次较多,强度较大。1960年代初期—1970年代末期和2000年代的两个时期内发生降水位相变化的站次都呈现减少趋势,而在近几年则显著增加。通过S-EOF分解,第1模态代表春、夏季降水持续同位相变化,其时间系数在近年来持续上升;第2模态为春夏季降水反位相变化特征,此模态的时间系数有明显的年代际变化特征。进一步研究发现:前冬和春季,当赤道太平洋持续发生El Ni1o事件,南印度洋偶极子负位相;春季东亚副热带急流偏弱,春夏季中国东部850 hPa均存在南风异常,有利于淮河流域春夏季降水持续正位相变化;持续负位相年则反之。当春季东亚副热带急流偏强(弱),夏季位置偏南(北);中国东部沿海春季海温偏低(高);春夏季间中国东南部850 hPa经向风由北(南)风异常转变为南(北)风异常,可能会导致春季降水负(正)位相—夏季正(负)位相的变化。     

索马里越赤道气流与淮河流域夏季降水关系的年代际增强

基于1961~2016年淮河流域172个测站逐日降水资料,分析了淮河夏季降水的多时间尺度变率,发现其具有显著的准两年周期,1990年代以来亦呈现出明显的年代际变化。EOF分析结果显示,淮河夏季降水的异常主要表现为全流域一致偏多或偏少型（第一模态）,其方差贡献高达37%。相比于长江中下游地区,淮河夏季降水与东亚500 hPa位势高度场上的EAP遥相关型关系很弱,但和对流层低层西南水汽输送有更好的对应关系,表现为从索马里半岛至淮河流域的多个正负交替的相关波列。这一波列表明当索马里越赤道气流加强时,通过热带印度洋西风的纽带作用加强了进入淮河流域的西南暖湿气流,并在淮河上空低层形成水汽辐合,造成淮河多雨,反之当索马里越赤道气流强度弱时,淮河夏季降水偏少。索马里越赤道气流和中国台站降水的空间相关同样显示出最显著的相关区位于淮河流域。进一步的分析发现,研究时段内二者关系并非稳定维持,而是表现出显著的年代际变化,近二十年来索马里越赤道气流对淮河流域夏季降水的影响明显增强,且在季节预测上的指示意义也在增强。这一增强的可能原因是索马里越赤道气流与流域南侧的经向水汽输送和西侧的纬向水汽输送的关系均发生了年代际反转,并且这两条水汽输送带对流域夏季降水的影响发生了年代际增强。     

夏季东亚高空急流月际变化与淮河流域降水异常的关系

利用1979～2008年NCEP/NCAR再分析资料与中国160站降水资料,探讨夏季逐月东亚高空急流异常与淮河流域降水的关系.研究表明,夏季淮河流域降水多寡与东亚高空急流月际变化密切相关.6月淮河流域降水偏多(偏少)的环流特征为东亚高空西风急流位置比气候态偏北(偏南),亚洲中高纬地区呈两脊一槽(两槽一脊)环流型,影响我...     

北太平洋维多利亚模态对淮河流域夏季降水的影响

北太平洋维多利亚模态(Victoria Mode, VM)是北太平洋重要的气候模态,对全球降水和气候有着重要影响。本文使用CN05.1格点化观测数据集资料,研究了春季(2—4月)VM模态与我国淮河流域夏季(6—8月)降水的关系,揭示了其内在的可能机制,并在此基础上建立了一个淮河流域夏季降水预测模型。结果表明,春季VM模态与淮河流域夏季降水存在较强的正相关关系,该相关受ENSO影响有限;春季VM模态可以通过海气相互作用在夏季增强赤道西太平洋上空的异常西风,导致影响淮河流域的气旋性环流异常。气旋性环流异常有利于淮河流域上空丰富的水汽供应和异常上升运动。因此,淮河流域夏季降水量增加。     

2003年淮河流域大洪水的雨情、水情特征分析

利用地面加密资料,分析了2003年淮河流域6~7月降水的时空分布和气候统计特征以及降水雨情、水情特征,并与历史同期进行了比较。结果表明：2003年淮河流域梅雨期经历了7次强降水过程,降水总量和洪水流量都超过1991年同期,但低于1954年梅雨期;2003年淮河流域降水的突出特点是：雨带稳定、暴雨集中和突发性强;水情特点是：洪峰逐次递减;造成淮河流域全线超警戒水位的重要原因是：2003年春季降水偏多、7月份副热带高压位置偏南以及淮河中游下段河床剖面倒比降。     

基于统计降尺度模型的江淮流域极端气候的模拟与预估

利用江淮流域29个代表站点1961--2000年逐日最高温度、最低温度和逐日降水资料,以及NCEP逐日大尺度环流场资料,引入基于多元线性回归与随机天气发生器相结合的统计降尺度模型SDSM（statistical downscalingmodel）,通过对每个站点建模,确立SDSM参数,并将该模型应用于SRESA2排放情景下HadCM3和cGcM3模式,得到了江淮流域各代表台站21世纪的逐日最高、最低温度和降水序列以及热浪、霜冻、强降水等极端气候指数。结果表明,当前气候下,统计降尺度方法模拟的极端温度指数与观测值有很好的一致性,能有效纠正耦合模式的“冷偏差”,如SDSM对江淮平均的冬季最高、最低温度的模拟偏差较CGCM3模式分别减少3℃和4．5℃。对于极端降水则能显著纠正耦合模式模拟的降水强度偏低的问题,如CGCM3对江淮流域夏季降水强度的模拟偏差为-60．6％,但降尺度后SDSM—CGCM3的偏差仅为-6％,说明降尺度模型SDSM的确有“增加值”的作用。21世纪末期在未来SRESA2情景下,对于极端温度,无论Had．CM3还是CGCM3模式驱动统计模型,江淮流域所有代表台站,各个季节的最高、最低温度都显著增加,且以夏季最为显著,增幅在2—4℃;与之相应霜冻天数将大幅减少,热浪天数大幅增多,各站点冬季霜冻天数减少幅度为5—25d,夏季热浪天数增加幅度为4～14d;对于极端降水指数,在两个不同耦合模式HadCM3和CGCM3驱动下的变化尤其是变化幅度的一致性比温度差,但大部分站点各个季节极端强降水事件将增多,强度增强,SDSM—HadCM3和SDSM-CGCM3预估的夏季极端降水贡献率将分别增加26％和27％。     

全球大气环流模式BCC_AGCM2.0.1对1998年夏季江淮流域强降水过程的回报试验研究

利用中国气象局北京气候中心全球大气环流模式(BCC_AGCM2.0.1) 对1998年6月24日～7月3日发生在我国江淮流域的强降水天气过程进行了回报试验。模式起报时间为1998年6月24日00时, 使用前10天NCEP-II再分析逐时温度、涡度和散度场进行预报前初始协调 (spin-up) 积分, 产生模式初值, 预报时段为1998年6月24日～7月10日, 回报试验结果表明: 模式对全球500 hPa位势高度的天气尺度演变过程具有4～7天的可预报性; BCC_AGCM2.0.1模式对中国区域的降水以及大气环流场具有3～4天的可预报性, 6月24日起报后3天内的预报降水区域位置与实况一致, 但中心强度有所差异。对起报后未来2天的5 mm和10 mm以上的降水预报能力相对较强, ETS评分值达到了0.25以上, HK评分超过了0.4, 降水区域范围预报较为准确, BIA评分趋于1.0。模式对20 mm以上的降水也具有一定的可预报性, 但模式对大于30 mm以上强降水的预报能力较差。     

淮河流域汛期20 d内最大日降水量概率分布

利用淮河流域158个站点1980—2007年夏季降水量资料,选取淮河上游、淮河中上游、淮河中下游、洪泽湖以下和沂沭河5个子流域,采用Γ分布函数分析了淮河流域首雨日 (前1日无雨) 和连续雨日 (前1日有雨) 的夏季多年降水的概率分布特点。通过对代表站息县、阜阳、商丘、淮安、连云港Γ分布概率密度与样本频率的对比分析和K-S检验表明:Γ分布函数能较好拟合分条件的淮河流域夏季雨日的概率分布,用该分布函数递推得到的1 d, 10 d, 20 d内最大日降水量概率分布比较规则合理。淮河流域5个子流域中淮河上游、淮河中下游、沂沭河流域在10 d,20 d内最大日降水量不低于10 mm,25 mm,50 mm的可能性更大。     

2007年汛期淮河流域致洪暴雨的雨情和水情特征分析

利用2007年6月19日～7月23日淮河流域167个测站逐日降水观测资料,对2007年汛期淮河流域致洪暴雨的雨情和水情特征进行分析,并与2003年历史同期进行了比较。结果表明:2007年汛期淮河流域持续性强降水天气集中于6月19日~7月23日,期间共经历了10次暴雨过程, 2007年总降水量和水位都超过2003年同期,2007年淮河流域洪水期间王家坝上游的面雨量大于2003年,下游的面雨量和2003年持平。2007年汛期淮河流域雨情的重要特点是:雨带稳定,前期强降水过程的降雨中心基本上出现在淮河支流分布比较密集的淮北地区和上游地区,致使淮河流域底水明显增加,是后期强降水导致全流域性洪水的主要原因。造成淮河流域降水稳定持续的重要原因是副高稳定、位置偏南,冷空气活动频繁等。       

淮河夏季降水与赤道东太平洋海温对应关系的年代际变化

基于我国台站降水观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA的ERSST资料讨论了淮河夏季降水与赤道东太平洋海表温度对应关系的年代际变化。结果表明:淮河夏季降水在20世纪70年代中期发生了一次明显的突变, 在突变之前, 其降水呈线性减少趋势, 而在其后降水呈线性增加趋势; 同时, 淮河夏季降水与前期ENSO的对应关系在突变前后有明显的差异, 在突变前, 降水与赤道东太平洋的海温为显著的负相关, 而在突变后, 相关值转为弱的正相关。滑动相关结果显示:近20年是整个研究时段中二者对应关系最弱的时期。进一步研究发现:淮河降水与西太平洋副热带高压位置和强度的对应关系也在20世纪70年代中期前后经历了一个年代际变化, 在突变前, 淮河夏季降水与副高强度呈正相关, 突变后则为负相关。其中淮河8月降水在突变前主要受副高脊线位置和副高北界影响, 突变后则主要受副高面积和强度影响。即ENSO对淮河夏季降水预测的参考意义正在减弱, 同时副高对降水的作用方式正在转变。     

基于时空统计降尺度的淮河流域夏季分月降水概率预测

针对淮河流域水资源短缺、洪涝、干旱并存的问题,基于国家气候中心第二代季节气候模式的集合回报数据集(1991—2014年),建立时空相结合的统计降尺度模型,提前1—3个月预测该流域夏季分月降水,应用ROC(relative operating characteristics)评分评估比较了不同集合预测方案的预测技巧。交叉检验结果表明,样本数取18、20、22、28时,集合预测方案对3、4、5月三个起报时次预测的夏季各月降水技巧预测均高于模式预测技巧。2015—2017年的独立样本检验进一步表明该统计降尺度模型能够明显降低3月、5月起报的6月和8月的降水预测偏差。认为可尝试将该降尺度方法应用于淮河流域夏季降水预测及进一步的流域水文预测。