陜西省秋季區(qū)域旱澇異常強信號及預測研究

王 越,胡淑蘭,肖科麗

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

陜西省秋季區(qū)域旱澇異常強信號及預測研究

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項環(huán)流指數(shù),分析陜西十地市(36個代表站)秋季(9—11月)降水時空變化特征及74個環(huán)流特征量與陜西陜北、關中、陜南秋季降水相關關系,確定了影響陜西秋季典型旱、澇年的前期強信號并建立秋季降水預測概念模型,用逐步回歸法分別建立陜西三個區(qū)域秋季降水預測模型,并對預測模型進行了檢驗。

秋季降水；旱澇異常強信號；物理概念模型；降水預測模型；陜西

秋季連陰雨是陜西主要氣象災害之一,長時間的陰雨寡照,不僅對工農業(yè)生產造成損失,同時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、熱力學特點。關于陜西秋季降水的分析研究主要集中在時空變化與天氣氣候的成因分析[6],而對降水預測與異常年的環(huán)流強信號方面的研究較少,因此對陜西秋季降水氣候異常的強信號分析及預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項環(huán)流指數(shù)。按氣候與地貌將陜西省劃分為陜北(6站)、關中(19站),陜南(11站) 3個氣候區(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信號

計算1961—2012年各區(qū)域秋季降水量與前期逐月及春季、夏季74項環(huán)流量的相關系數(shù),以確定影響陜西秋季降水旱澇異常的強信號。統(tǒng)計分析表明,前期共有7個物理因子與3個區(qū)域年秋季降水相關性均較高 (表1),且通過95%以上的顯著性檢驗,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,當年6月北半球副高強度指數(shù)、北非副高強度指數(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,與秋季降水成負相關。典型旱澇年指數(shù)距平值正負差異較大,澇年為負、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。當年春夏季北半球極渦強度指數(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,指數(shù)距平值在旱年為負,澇年為正。典型旱年面積指數(shù)偏小,強度指數(shù)偏弱；典型澇年面積指數(shù)偏大,強度指數(shù)偏強。

6月北非副高強度指數(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73%。反位相最明顯的年份出現(xiàn)在20世紀70年代與90年代后期至今,其次為80年代前期。關中、陜南同理分析表明,其異號率均高于陜北,達78%與83%。

圖2 陜北秋季降水距平百分率與6月北非副高強度指數(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系數(shù) (通過顯著性檢驗)及其在典型旱澇年的距平值

4 秋季降水預測概念模型

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

圖3 陜西秋季降水預測概念模型

表2 陜西秋季(9—11月)各區(qū)域降水逐步回歸模型

5 秋季降水預測模型及其回報評分

為了提高秋季降水的定量預測質量,在陜西秋季降水定性預測概念模型的基礎上,選用前期74項環(huán)流特征量,采用逐步回歸方法分別建立3個氣候區(qū)的定量預測方法 (表2)。各區(qū)域入選因子3～6個不等,根據(jù)入選因子,選取復相關系數(shù)(R)較高,F檢驗通過0.01信度Fa臨界值檢驗的預測模型[10]。陜北秋季降水預測模型中,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)極渦強度指數(shù)；關中秋季降水預測模型中, x1,x2,x3分別為當年夏季北美區(qū)極渦面積指數(shù)、2月歐亞緯向環(huán)流指數(shù)與5月南方濤動指數(shù)；陜南秋季降水預測模型中,x1,x2,x3分別為當年夏季北美區(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)極渦強度指數(shù)。

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

表3 陜西各區(qū)域1961—2012年秋季降水預測回報評分

各區(qū)域模型的回報評分均在74分以上,說明預測模型擬合率較好,對陜西秋季降水的預測較可靠,可作為陜西秋季區(qū)域降水預測的依據(jù)。模型對2013與2014年試報結果為2013年全省秋季降水偏少,2014年陜北偏多,關中、陜南偏少。實況為2013年秋季陜北降水偏多,關中、陜南偏少；2014年陜北偏多,關中、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。模型預測對降水的異常偏多預測能力不高,需進一步分析研究。

6 結論

(1)1961—2012年秋季前期共有7個環(huán)流特征量與各區(qū)域秋季降水相關系數(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信號。

(2)1961—2012年6月北半球副高強度指數(shù)與8月印緬槽指數(shù)等4個強信號指示意義明顯,與秋季降水量成負相關。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。典型旱年面積指數(shù)偏小,強度指數(shù)偏弱；典型澇年面積指數(shù)偏大,強度指數(shù)偏強。

(3)陜西各區(qū)域秋季降水預測模型的回報評分均在74分以上,擬合效果較好；陜北預測模型對典型大旱年預測效果較好,關中、陜南預測模型對典型大澇年預測效果好；模型對近兩年秋季降水試報顯示,模型回報效果雖好,但對對降水的異常偏多預測能力不高,需進一步分析研究。

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[5] 方建剛,易俊蓮.2011年陜西秋季強連陰雨天氣的大氣環(huán)異常特征分析[J].災害學,2013,28 (1)：6-10.

[6] 田武文,王越.陜西省春季異常多 (少)雨的環(huán)流信號研究[J].陜西氣象,2014(5)：1-6.

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P457

A

王越,胡淑蘭,肖科麗.陜西秋季區(qū)域旱澇異常強信號及預測研究[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,主要從事氣候預測、評價及研究。

陜西省氣象局預報員專項(2015Y—8)