区域气候模式水平分辨率对黄淮海流域当代气候模拟的影响

区域气候模式是进行流域尺度气候变化研究的重要工具,其中水平分辨率对流域模拟结果的影响亟待评估。本文使用区域气候模式RegCM4,在ERA-Interim再分析资料驱动下,进行2种水平分辨率（50 km和25 km）1990-2010年东亚区域的长时间连续积分模拟。通过与观测资料的对比,评估RegCM4对黄淮海流域的模拟性能,同时分析水平分辨率对模拟结果的影响。结果表明:① 2组模拟均可以较好地再现黄淮海流域冬季、夏季平均气温和降水的空间分布,以及气温和降水的年循环变化;对极端气候事件指数的分布模拟效果也较好,且对与气温有关的极端气候事件指数模拟效果优于与降水有关的极端气候事件指数。②与观测相比,也存在一定的偏差,如模拟的冬季气温存在冷偏差,夏季气温存在暖偏差,冬季、夏季降水在大部分地区偏多等。③ 2组模拟对比来看,对冬季、夏季平均气温的量级和空间分布,25 km模拟与观测更加接近;对冬季、夏季平均降水,50 km模拟与观测的空间相关系数分别为0.86和0.44,较25 km模拟有较大提高;对极端事件,2组模拟差别不大。模拟结果可为后续此版本模式在黄淮海流域气候变化研究中的应用提供参考。     

RegCM3模式在西北地区的应用研究I:对极端干旱事件的模拟

为了检验区域气候模式RegCM3在西北地区的模拟能力,对2001年夏季西北地区极端干旱事件进行了模拟.结果表明:模式能很好地再现西北地区主要的环流特征和温度及降水的变化情况,主要的偏差在于高原上低压中心的模拟偏低,对西北东部对流层低层位势高度的模拟偏高.区域平均的温度模拟存在着1~3℃的冷偏差,偏差产生的原因与地表净辐射的负偏差有关.月降水量模拟远远偏大,最小的百分比偏差也达到了30%.模拟结果同时表明,由于受模式初始场的影响,6月降水和气温的模拟效果最差.RegCM3的模拟中还存在着许多问题,必须开展进一步的工作来提高模式的模拟效果,减少偏差.     

中国高精度土地覆盖数据在RegCM4/CLM模式中的引入及其对区域气候模拟影响的分析

基于中国1:100万植被图和1:600万植被区划图, 按照通用陆面模式CLM植被功能型分类标准, 制作了可用于CLM及RegCM4区域气候模式的25 km×25 km分辨率的中国高精度土地覆盖数据(简称VEG数据). 相比CLM默认使用的土地覆盖数据(简称ORG数据), VEG数据不仅能提供更多的土地覆盖局地特征, 还纠正了ORG数据中裸地和农作物的比例偏高、 灌木的比例偏低等误差. 对比使用两套土地覆盖数据的RegCM4多年连续积分结果, 分析了不同土地覆盖分布对气温、 降水等的影响, 并从地表能量收支的角度给出影响机理解释. 结果显示: VEG数据的使用, 使得模式对冬季气温和降水的模拟能力有一定提高, 模式在南部区域偏干偏冷的系统误差有所减弱; 采用VEG数据后, 由于粗糙度、 反照率等下垫面参数的改变及云量的变化, 使得地表能量收支发生显著调整. 青藏高原地区的气温变化与湍流通量和长波辐射的变化有密切的联系, 主要源自粗糙度引起的湍流通量增加、 以及云量引起的向下净长波辐射增加. 而在中国中部和南部, 短波辐射变化更为明显, 它与地表反照率的变化相一致. 基于所制作的土地覆盖数据, 可广泛应用于CLM模式在中国区域的应用之中.     

基于大范围地面墒情监测的鄱阳湖流域农业干旱

以鄱阳湖流域为研究区, 基于2011—2020年22个墒情站的逐日地面墒情监测数据、1956—2020年49个雨量站的日降雨数据及2016—2019年墒情站所在灌区的气象数据, 采用考虑植被生理状态的土壤水分亏缺指数(SWDI)表征农业干旱, 分析不同尺度下墒情、包气带缺水量和降水量的时空分布, 评估SWDI在鄱阳湖流域农业干旱监测中的适用性, 揭示该流域农业干旱时空演变特征及其对气象干旱的响应规律, 初步探讨土壤质地与农业干旱强度的相关性。结果表明: ① SWDI对鄱阳湖流域农业干旱诊断具有较好的适用性; ②近10 a该流域农业干旱呈显著加重趋势, 其中2019—2020年发生流域性重度农业干旱, 且夏、秋、冬连旱, 是近10 a的主导季节性农业干旱, 对水稻、油菜等粮食产量影响显著; ③相较于气象干旱, 农业干旱发生、结束时间分别平均约晚2.5周和3周, 历时长10.1周, 频次更低, 干旱等级更小; ④砂土持水性最差, 易发生特大农业干旱, 黏土、黏壤土保水性最好, 轻旱和中旱发生概率较大, 壤土、砂壤土和壤砂土则介于二者之间。     

统计降尺度法对未来区域气候变化情景预估的研究进展

由于迄今为止大部分的海气耦合气候模式（AOGCM）的空间分辨率还较低,很难对区域尺度的气候变化情景做合理的预测,降尺度法已广泛用于弥补AOGCM在这方面的不足。简要介绍了3种常用的降尺度法：动力降尺度法、统计降尺度法和统计与动力相结合的降尺度法;系统论述了统计降尺度方法的理论和应用的研究进展,其中包括：统计降尺度法的基本假设,统计降尺度法的优缺点，以及常用的3种统计降尺度法；还论述了用统计降尺度法预估未来气候情景的一般步骤，以及方差放大技术在统计降尺度中的应用；同时还强调了统计降尺度方法和动力降尺度方法比较研究在统计降尺度研究中的重要性；最后指出统计与动力相结合的降尺度方法将成为降尺度技术的重要发展方向。     

乌蒙山区革香河流域干旱成因及打井找水模式

地下水是乌蒙山区革香河流域重要的饮用水源,由于地下水发育规律复杂,地形起伏巨大,给地下水的有效开发利用带来了诸多困难,广大地区存在干旱缺水问题。文章利用岩溶地下水综合调查—探测—评价方法,查明革香河流域地下水赋存发育规律,揭示流域内干旱频发的成因机理,归纳总结出向斜蓄水构造、背斜蓄水构造、断层蓄水带和断陷盆地蓄水构造四类典型蓄水构造模式,优选了断层阻水、向斜蓄水、岩性界线阻水、上下阻水和地下河径流带五种富水成井区位,并有效应用于严重干旱缺水区的打井找水工作,定井成功率达到70%以上,解决了流域内2万多人的饮水困难问题,有效服务脱贫攻坚。     

气候变化对澜湄流域气象水文干旱时空特性的影响

受全球气候变化影响,澜沧江-湄公河流域气象水文干旱发生了较大变化,预测未来流域干旱的时空变化与传播特征是应对气候变化、开展澜湄水资源合作的基础。利用SWAT模型通过气陆耦合方式模拟了澜沧江-湄公河流域历史（1960—2005年）和未来时期（2022—2050年,2051—2080年）的水文过程,采用标准化降水指数和标准化径流指数预估并分析了流域未来气象水文干旱时空变化趋势。结果表明:①澜沧江-湄公河流域未来降水呈增长趋势,气象干旱将有所缓解,但降水年内分配不均与流域蒸发的增加,将导致水文干旱更为严峻,干旱从气象到水文的传播过程加剧;②水文干旱具有明显的空间异质性,允景洪和清盛站的水文干旱最为严重,琅勃拉邦、穆达汉和巴色站次之,万象站最弱;③未来流域水文干旱事件发生频次略有减少,但其中重旱、特旱事件占比增加,极端干旱将趋多趋强,且空间变化更加显著。     

WRF模式制备的气象驱动数据在新疆喀依尔特斯河流域的验证

随着寒区水文模拟研究的深入,空间分布式模型的快速发展,迫切需求高分辨率的气象驱动数据.研究基于WRF模式动力降尺度和Micromet统计降尺度方法,制备了阿尔泰山额尔齐斯河源区喀依尔特斯河流域春季1 km分辨率气象驱动数据,并利用地面观测资料从小时尺度上对其进行了验证,为该流域春季分布式融雪径流模型做充分准备.结果表明:小时尺度上2 m气温、2 m相对湿度、10 m风速、地表接收的短波辐射和长波辐射的平均绝对误差MBE分别为0.43℃、-2.9%、3.7 m·s~(-1)、28.2 W·m~(-2)和-36.2 W·m~(-2),其平均均方根误差RMSE分别为3.81℃、18.2%、4.8 m·s~(-1)、163.5W·m~(-2)和52 W·m~(-2),与实测对比拟合的R~2分别为0.84、0.32、0.03、0.7和0.3.在小时尺度上,2 m温度和地表接收短波辐射的模拟结果比较理想,可以用于高时间分辨率水文模拟.     

基于区域农业用水量的干旱重现期计算方法

为研究实际水利条件下农业干旱的发生规律,简化农业干旱事件的评估方法,提出基于区域农业用水量的干旱重现期计算方法。通过构建农业用水量距平百分率干旱指标W_A,在基于降雨量距平百分率干旱指标P_A识别干旱事件的基础上,提取W_A干旱指标下的干旱历时和干旱烈度特征变量,并根据以P_A为干旱指标的干旱烈度频率分布曲线F_S（x）和干旱历时频率分布曲线F_D（x）,运用Copula的简化方法计算基于W_A的干旱事件重现期T,最后结合基于P_A的干旱事件重现期T₀,回归分析出T与T₀间关系的计算公式。选取干旱灾害影响严重的亳州市为实证区域开展应用研究,计算得到1975-2007年各场干旱事件的T₀和T以及T₀与T的经验关系式。结果表明:T比T₀更合理地反映区域农业实际受旱状况,重现期T₀和T间存在高度的相关关系,采用T的回归方程可简化计算考虑区域实际抗旱能力下的干旱事件重现期,在区域防旱减灾实践中具有推广应用价值。     

基于WRF-Hydro模式的清江流域洪水模拟研究

基于WRF-Hydro模式构建了洪水预报模型,开展了清江流域的洪水模拟研究.利用2015～2017年9场典型洪水过程进行了流域内模式的参数率定,并基于2017～2018年4场典型洪水过程分析探讨了模型对清江流域洪水的模拟效果.结果表明:在率定及验证期的13场典型洪水过程的逐小时模拟中,纳什效率系数介于0.50～0.94...     

区域气象干旱评估分析模式

为应对全球范围内日益严重的干旱问题,对区域气象干旱相对完整的评估分析模式开展了探讨。提出了从区域气象干旱识别到干旱特征值计算,再到干旱特征多变量分析的3个分析评估步骤。并以渭河流域为例,对研究区域进行了矩形干旱评估单元划分,选取了RDI（Reconnaissance Drought Index）为评估指标对区域内各单元各时段的干旱状态进行了识别,结果与历史记载的干旱年份吻合较好。分别采用了分布拟合、相关系数和Copula函数等统计学方法对区域干旱的干旱特征值（干旱历时、干旱面积、干旱强度和干旱频率）进行了特征分析,得出了一系列的单变量、双变量及多变量特征分析对比结果。通过对各类分布函数的计算和绘图,得到了渭河流域干旱事件发生的条件概率和重现期,形成了一套相对完整的区域干旱评估分析模式。     

气象产品的广义联合偏差修正方法及其应用

卫星气象产品、气候模式预测数据通常与地面观测数据存在偏差,为保证数据的可靠性和合理性,需要对其进行偏差校正,但偏差校正过程往往受具体区域气象特征、方法本身假定等因素的影响,导致修正效果不佳。为此,本文提出一种广义联合偏差修正方法,相较于现有研究最常用的单变量QM修正方法以及固定多变量修正顺序的JBC修正方法,该方法充分考虑到流域尺度降水和气温双变量的时空相关性,并结合其对径流的主导作用对变量修正顺序进行动态调整,实现了QM法和JBC法的优势互补。在澜沧江-湄公河流域的应用表明：考虑降水、气温相关性可显著改善降水和温度极值的修正效果,尤其是5、6月份,修正后气象与实测数据的纳什系数提升了0.5以上;考虑气象要素的修正次序显著降低了修正后的降水和温度频率分布及均值偏差;利用修正后的气象数据驱动分布式水文模型时,部分月份的径流模拟精度提升了54.3%。     

分辨率和陆面方案对长江流域短期气候预测影响

利用区域气候模式RegCM4.5,分别选取不同陆面参数化方案和空间分辨率,对5个长江流域降水异常年份进行短期气候回报试验,分析对气温和降水预测效果的影响及其最优组合。结果表明:空间分辨率的提高可以改善流域降水和气温的预测性能;而不同陆面方案引起的地表净辐射能量分布不同及其地表蒸散差异,最终导致流域内气温和降水预测效果不一致。RegCM（CLM4.5+30 km）对流域内小雨预测结果最好,而RegCM（BATS+30 km）预测流域内大雨和暴雨效果最优;RegCM（CLM3.5+30 km）对流域内气温预测能力最好。     

区域气候模式分辨率对夏季降水模拟的影响

利用最新发布的区域气候模式RegCM4,选取3种水平分辨率,3种垂直分辨率,对2001～2003年6～8月气候状况进行模拟,将模拟降水与GPCP降水资料在季、月、日尺度进行对比分析,研究分辨率对夏季降水模拟的影响,得到主要结论:RegCM4模拟结果能较好地反映模拟区域降水由东南向西北递减的分布趋势,模拟降水量随水平、垂直分辨率的增加而减小,当水平分辨率为30 km,垂直分辨率为14层时,全区域模拟降水偏差最小;不同区域、不同月份区域平均降水对分辨率的敏感性存在明显差异;在高海拔区域,分辨率对降水模拟影响显著,随着水平分辨率的提高,模拟降水更接近观测值;模拟日降水强度分布的峰值随着垂直分辨率的提高,向弱降水方向移动显著;分辨率配置主要影响模拟降水偏差的低频分量及24 d周期分量,通过合理调整分辨率配置可以有效减小模拟系统误差。     

Case studies of seasonal rainfall forecasts for Hong Kong and its vicinity using a regional climate model

Seasonal climate forecasts are one of the most promising tools for providing early warnings for natural hazards such as floods and droughts. Using two case studies, this paper documents the skill of a regional climate model in the seasonal forecasting of below normal rainfall in southern China during the rainy seasons of July–August–September 2003 and April–May–June 2004. The regional model is based on the Regional Spectral Model of the National Centers for Environmental Prediction of the United States. It is the first time that the model has been applied to a region dominated by the East Asian Monsoon. The article shows that the regional climate model, when being forced by reasonably good forecasts from a global model, can generate useful seasonal rainfall forecasts for the region, where it is dominated by the East Asia monsoon. The spatial details of the dry conditions obtained from the regional climate model forecast are also found to be comparable with the observed distribution.     

淮河流域旱涝灾害致灾气候阈值

采用淮河流域内1959—2008年110个气象站的逐日降水资料,结合流域1978—2008年农作物旱涝灾害受灾面积数据,基于降水致灾因子与农作物承灾体受损程度等研究,提出旱、涝致灾气候阈值概念,在此基础上分析旱涝灾害发生的时空特征,确定淮河流域合理的旱涝致灾气候阈值区间并建立致灾气候阈值与农作物受灾面积之间的定量关系。结果表明:① 致灾气候阈值可通过计算发生旱涝事件时间段累积降水量除以1959—2008年相应时段累积降水量的平均值来定义,得到的旱、涝致灾气候阈值在不同尺度下对旱、涝灾害事件均有较好地稳定反映,可满足研究区旱、涝事件分析需求;② 洪涝致灾气候阈值与农作物受灾面积存在一致的变化趋势,而干旱致灾气候阈值与农作物受灾面积相关系数高达0.96,构建了基于干旱致灾气候阈值的农作物受灾面积预测模型。     

黄淮海流域旱涝时空分布及组合特性

以黄淮海流域及其周边地区204个气象站点1961-2010年逐日降水过程资料、国家1:25万DEM数据和1:20万土地利用数据为基础,在利用降水Z指数对黄淮海流域旱涝进行评价的基础上,采用下垫面数据对结果进行修正,并分析黄淮海流域旱涝面积的时间变化特征,对黄淮海地区的易旱区、易涝区进行了划分,进一步选取集对分析法划分了流域内季节间旱涝交替的易发区。结果表明:黄淮海流域内夏秋两季旱涝问题较为严重,且秋旱面积上升趋势较为明显;黄河和海河流域以干旱居多,淮河则是干旱和雨涝并存,季节间的旱涝交替多集中在淮河流域中上游地区。     

变化环境下东江流域水文干旱特征及缺水响应

在干旱事件不确定性和枯期径流变异性的双重影响下,水文干旱特征时序非一致性问题为其联合分布模拟带来困难。基于东江干流测站日径流过程数据,采用游程理论提取水文干旱事件,并结合干旱特征均值变化、时序一致性分析及边缘分布模拟,以确定干旱事件融合及剔除评判标准的合理取值。基于Rosenblatt变换Cramer-von Mises检验统计量拟合方法,构建水文干旱特征两变量联合分布Copula模型,并根据同频法设计两变量组合值。通过对比枯期径流变点分隔子序列干旱特征,分析变化环境下东江流域水文干旱特征及缺水响应。结果表明:水文干旱事件融合和剔除的评判标准值分别取0.1和0.3比较合理。干旱特征两变量之间具有较高的正相关性,但不同时间系列不同变量之间的联合分布及边缘分布最优模型并不一致。流域水库尤其是新丰江水库的径流调节作用,对于缓解东江中下游水文干旱效果明显,超阈联合重现期为2年的设计干旱持续时间、总缺水量和最大日缺水量分别减少了63%~71%、71%~84%和30%~47%,但如果要满足东江河道内最小管理流量目标,其依然分别达到了12~18 d、6 114万~9 030万m3和715.0万~929.0万m3。     

基于文献记录的黑河流域历史时期旱涝特征分析

流域的旱涝灾害特征及其变化规律是流域水资源演变研究的重要内容。利用历史文献资料重建了西北内陆河黑河流域公元0-1949年的旱涝灾害等级序列,结合滑动平均、小波变换处理等方法,探讨了流域历史时期旱涝等级的频数特征、旱涝变化的周期特征及其与气候冷暖和人类活动之间的关系。对公元1000年以后的旱涝灾害规律进行分析,结果表明：流域存在5个旱灾高发阶段（1230-1270年、1430-1530年、1640-1760年、1860-1890年、1900-1940年）,3个涝灾高发期（1650-1690年、1730-1790年、1830-1910年）,并呈现出旱涝灾害频发的态势;1000-1949年期间,流域旱涝灾害存在4个准周期变化,对比发现这与太阳黑子活动等环境变化周期有紧密的联系;1580年以前,气候冷暖是影响旱涝灾害发生的主要因子,但16世纪以后,旱涝灾害交替频发,很可能是人类活动加剧了该现象。所以,定量辨析自然因素和人类活动对流域旱涝灾害的影响将是未来研究的重点方向。