王 越,胡淑蘭,肖科麗

(1.陜西省氣候中心,西安 710014；2.陜西省氣象學(xué)會,西安 710016)

陜西省秋季區(qū)域旱澇異常強(qiáng)信號及預(yù)測研究

王 越1,胡淑蘭1,肖科麗2

(1.陜西省氣候中心,西安 710014；2.陜西省氣象學(xué)會,西安 710016)

利用1961—2012年陜西氣象觀測資料與國家氣候中心74項(xiàng)環(huán)流指數(shù),分析陜西十地市(36個(gè)代表站)秋季(9—11月)降水時(shí)空變化特征及74個(gè)環(huán)流特征量與陜西陜北、關(guān)中、陜南秋季降水相關(guān)關(guān)系,確定了影響陜西秋季典型旱、澇年的前期強(qiáng)信號并建立秋季降水預(yù)測概念模型,用逐步回歸法分別建立陜西三個(gè)區(qū)域秋季降水預(yù)測模型,并對預(yù)測模型進(jìn)行了檢驗(yàn)。

秋季降水；旱澇異常強(qiáng)信號；物理概念模型；降水預(yù)測模型；陜西

秋季連陰雨是陜西主要?dú)庀鬄?zāi)害之一,長時(shí)間的陰雨寡照,不僅對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成損失,同時(shí)也給人們的生活帶來不便[1]。王丹等[2]研究了陜西1960年以來秋季連陰雨天氣的時(shí)空變化及成因,孫嫻等[3]采用Mann-Kendal和REOF等方法分析了近50年陜西秋季降水變化時(shí)空分布及環(huán)流特征,方建剛等[4-5]分別分析了2003年與2011年陜西省秋季連陰雨降水特征與形成秋季連陰雨天氣的天氣學(xué)、熱力學(xué)特點(diǎn)。關(guān)于陜西秋季降水的分析研究主要集中在時(shí)空變化與天氣氣候的成因分析[6],而對降水預(yù)測與異常年的環(huán)流強(qiáng)信號方面的研究較少,因此對陜西秋季降水氣候異常的強(qiáng)信號分析及預(yù)測方法研究十分有意義[7]。

1 資料與方法

選用1961—2012年陜西36個(gè)氣象代表站秋季(9—11月)逐月降水量資料和國家氣候中心提供的74項(xiàng)環(huán)流指數(shù)。按氣候與地貌將陜西省劃分為陜北(6站)、關(guān)中(19站),陜南(11站) 3個(gè)氣候區(qū)[7]。從各區(qū)域1961—2012年秋季平均降水量最大(小)的10a中選取三區(qū)域一致偏多(少)的5a作為典型澇(旱)年,這樣典型澇年為1983、1975、1964、2003、1961年,典型旱年為1998、2012、2010、1991、1979年,采用逐步回歸方法[9]建立各區(qū)域秋季降水預(yù)測模型。

2 秋季降水年代際變化與空間分布

秋季降水量陜北北部60～210mm,陜北南部和關(guān)中210～270mm,陜南大部270～450mm,表明陜西秋季區(qū)域降水差異顯著,呈南多北少。陜西秋季降水多年區(qū)域平均降水量240.1mm,年際差異大,年代際變化明顯(圖1),1961—1986年為秋季降水偏多期,平均降水量為294.2mm,較多年平均降水量多24%；1986—2002年為秋季降水偏少期,平均降水量為216.2mm,較多年平均降水量少12%；2002年以來秋季降水量有所回升,平均降水量為236.7mm,接近多年平均降水量。分析顯示近52a來陜西秋季降水總體呈下降趨勢。陜北、關(guān)中、陜南秋季降水的趨勢與全省秋季平均降水的年際變化趨勢基本一致。

圖1 1961—2012年陜西省及各區(qū)域秋季降水距平百分率變化

3 秋季降水旱澇異常的強(qiáng)信號

計(jì)算1961—2012年各區(qū)域秋季降水量與前期逐月及春季、夏季74項(xiàng)環(huán)流量的相關(guān)系數(shù),以確定影響陜西秋季降水旱澇異常的強(qiáng)信號。統(tǒng)計(jì)分析表明,前期共有7個(gè)物理因子與3個(gè)區(qū)域年秋季降水相關(guān)性均較高 (表1),且通過95%以上的顯著性檢驗(yàn),并且秋季典型旱年和典型澇年前期環(huán)流特征量之間差異明顯。表1表明,當(dāng)年6月北半球副高強(qiáng)度指數(shù)、北非副高強(qiáng)度指數(shù),2月歐亞區(qū)緯向環(huán)流指數(shù)及8月印緬槽指數(shù)指示意義明顯,與秋季降水成負(fù)相關(guān)。典型旱澇年指數(shù)距平值正負(fù)差異較大,澇年為負(fù)、旱年為正。旱年緯向環(huán)流指數(shù)偏大,印緬槽偏淺；澇年緯向環(huán)流指數(shù)偏小,印緬槽偏深。當(dāng)年春夏季北半球極渦強(qiáng)度指數(shù)、夏季北美區(qū)極渦面積指數(shù)及6月亞洲區(qū)極渦面積指數(shù),與秋季降水成正相關(guān),指數(shù)距平值在旱年為負(fù),澇年為正。典型旱年面積指數(shù)偏小,強(qiáng)度指數(shù)偏弱；典型澇年面積指數(shù)偏大,強(qiáng)度指數(shù)偏強(qiáng)。

6月北非副高強(qiáng)度指數(shù)距平與三區(qū)域秋季降水距平百分率均成反位相。圖2分析表明,6月北非副高強(qiáng)度指數(shù)距平與陜北秋季降水距平百分率呈反位相,52a中異號年份有38a,異號率達(dá)73%。反位相最明顯的年份出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代與90年代后期至今,其次為80年代前期。關(guān)中、陜南同理分析表明,其異號率均高于陜北,達(dá)78%與83%。

圖2 陜北秋季降水距平百分率與6月北非副高強(qiáng)度指數(shù)距平圖

表1 1961—2012年前期環(huán)流特征量與陜西各區(qū)域秋季降水量的相關(guān)系數(shù) (通過顯著性檢驗(yàn))及其在典型旱澇年的距平值

4 秋季降水預(yù)測概念模型

根據(jù)上述秋季典型旱澇年前期強(qiáng)信號的分析,建立了陜西省秋季降水預(yù)測概念模型 (圖 3)。利用這些強(qiáng)信號,可對當(dāng)年秋季降水趨勢做出定性預(yù)測。

圖3 陜西秋季降水預(yù)測概念模型

表2 陜西秋季(9—11月)各區(qū)域降水逐步回歸模型

5 秋季降水預(yù)測模型及其回報(bào)評分

為了提高秋季降水的定量預(yù)測質(zhì)量,在陜西秋季降水定性預(yù)測概念模型的基礎(chǔ)上,選用前期74項(xiàng)環(huán)流特征量,采用逐步回歸方法分別建立3個(gè)氣候區(qū)的定量預(yù)測方法 (表2)。各區(qū)域入選因子3～6個(gè)不等,根據(jù)入選因子,選取復(fù)相關(guān)系數(shù)(R)較高,F檢驗(yàn)通過0.01信度Fa臨界值檢驗(yàn)的預(yù)測模型[10]。陜北秋季降水預(yù)測模型中,x1,x2,x3分別為1961—2012年4月東太平洋副高北界、夏季北美區(qū)極渦面積指數(shù)與7月亞洲區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù)；關(guān)中秋季降水預(yù)測模型中, x1,x2,x3分別為當(dāng)年夏季北美區(qū)極渦面積指數(shù)、2月歐亞緯向環(huán)流指數(shù)與5月南方濤動(dòng)指數(shù)；陜南秋季降水預(yù)測模型中,x1,x2,x3分別為當(dāng)年夏季北美區(qū)極渦面積指數(shù)、2月歐亞緯向環(huán)流指數(shù)與7月太平洋區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù)。

對1961—2012年各區(qū)域預(yù)測模型進(jìn)行回報(bào)檢驗(yàn),并用國家氣候中心降水六級評分制對回報(bào)結(jié)果進(jìn)行評分。結(jié)果顯示關(guān)中預(yù)測模型的擬合效果最好 (表3),預(yù)測值與實(shí)際觀測值距平正負(fù)符號一致率達(dá)77%,回報(bào)評分平均78分,其次是陜南與陜北。陜北模型對典型旱年預(yù)測效果較好,對秋季降水偏少期預(yù)測效果較好；關(guān)中、陜南模型對典型澇年預(yù)測效果較好,對秋季降水偏多期預(yù)測效果較好。

表3 陜西各區(qū)域1961—2012年秋季降水預(yù)測回報(bào)評分

各區(qū)域模型的回報(bào)評分均在74分以上,說明預(yù)測模型擬合率較好,對陜西秋季降水的預(yù)測較可靠,可作為陜西秋季區(qū)域降水預(yù)測的依據(jù)。模型對2013與2014年試報(bào)結(jié)果為2013年全省秋季降水偏少,2014年陜北偏多,關(guān)中、陜南偏少。實(shí)況為2013年秋季陜北降水偏多,關(guān)中、陜南偏少；2014年陜北偏多,關(guān)中、陜南異常偏多。按國家降水六級評分,2013與2014年平均評分分別為77分與60分。模型預(yù)測對降水的異常偏多預(yù)測能力不高,需進(jìn)一步分析研究。

6 結(jié)論

(1)1961—2012年秋季前期共有7個(gè)環(huán)流特征量與各區(qū)域秋季降水相關(guān)系數(shù)均較高,這些環(huán)流特征量在典型旱澇年距平差異明顯,其異常變化是秋季異常降水的強(qiáng)信號。

(2)1961—2012年6月北半球副高強(qiáng)度指數(shù)與8月印緬槽指數(shù)等4個(gè)強(qiáng)信號指示意義明顯,與秋季降水量成負(fù)相關(guān)。旱年緯向環(huán)流指數(shù)偏大,印緬槽偏淺；澇年緯向環(huán)流指數(shù)偏小,印緬槽偏深。1961—2012年春夏季北半球極渦強(qiáng)度指數(shù)、夏季北美區(qū)極渦面積指數(shù)及6月亞洲區(qū)極渦面積指數(shù),與秋季降水成正相關(guān)。典型旱年面積指數(shù)偏小,強(qiáng)度指數(shù)偏弱；典型澇年面積指數(shù)偏大,強(qiáng)度指數(shù)偏強(qiáng)。

(3)陜西各區(qū)域秋季降水預(yù)測模型的回報(bào)評分均在74分以上,擬合效果較好；陜北預(yù)測模型對典型大旱年預(yù)測效果較好,關(guān)中、陜南預(yù)測模型對典型大澇年預(yù)測效果好；模型對近兩年秋季降水試報(bào)顯示,模型回報(bào)效果雖好,但對對降水的異常偏多預(yù)測能力不高,需進(jìn)一步分析研究。

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P457

A

王越,胡淑蘭,肖科麗.陜西秋季區(qū)域旱澇異常強(qiáng)信號及預(yù)測研究[J].陜西氣象,2015(2)：11-14.

1006-4354(2015)02-0011-04

2014-11-10

王越(1974—),女,陜西宜川人,碩士,高工,主要從事氣候預(yù)測、評價(jià)及研究。

陜西省氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)(2015Y—8)