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黄淮地区夏季降水的统计降尺度预测

陈丽娟 顾伟宗 伯忠凯 刘向文

陈丽娟, 顾伟宗, 伯忠凯, 等. 黄淮地区夏季降水的统计降尺度预测. 应用气象学报, 2017, 28(2): 129-141. DOI: 10.11898/1001-7313.20170201..
引用本文: 陈丽娟, 顾伟宗, 伯忠凯, 等. 黄淮地区夏季降水的统计降尺度预测. 应用气象学报, 2017, 28(2): 129-141. DOI: 10.11898/1001-7313.20170201.
Chen Lijuan, Gu Weizong, Bo Zhongkai, et al. The statistical downscaling method of summer rainfall prediction over the Huang-Huai Valley. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(2): 129-141. DOI:  10.11898/1001-7313.20170201.
Citation: Chen Lijuan, Gu Weizong, Bo Zhongkai, et al. The statistical downscaling method of summer rainfall prediction over the Huang-Huai Valley. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(2): 129-141. DOI:  10.11898/1001-7313.20170201.

黄淮地区夏季降水的统计降尺度预测

DOI: 10.11898/1001-7313.20170201
资助项目: 

国家重点基础研究发展计划 2013CB430203

国家重点基础研究发展计划 2015CB453203

国家自然科学基金项目 41275073

详细信息
    通信作者:

    陈丽娟, email:chenlj@cma.gov.cn

The Statistical Downscaling Method of Summer Rainfall Prediction over the Huang-Huai Valley

  • 摘要: 利用1991-2011年黄淮地区夏季降水、NCEP/NCAR再分析资料和国家气候中心第2代动力气候模式(BCC_CSM1.1m)夏季回报结果,研究黄淮地区夏季降水降尺度预测模型和可预报性来源。诊断发现,黄淮地区夏季降水与同期南亚高压、乌拉尔山附近阻塞高压、西风急流、西太平洋赤道上空200 hPa纬向风场呈明显正相关。分析BCC_CSM1.1m对夏季环流的回报结果发现,模式对200 hPa和500 hPa位势高度场、200 hPa纬向风场和850 hPa经向风场上影响黄淮地区夏季降水的部分关键区域有较好的模拟能力。利用模式预报技巧较高且对黄淮地区夏季降水的影响有物理含义的环流特征作为预测因子,对比预测因子进行独立性筛选前后分别建立的降尺度预测模型发现,黄淮地区夏季降水预测与实况的距平符号一致率由61%提高到72%。预测技巧来源分析发现,降尺度预测能力与BCC_CSM1.1m对影响黄淮地区夏季降水的3个关键因子乌拉尔山附近环流、南亚高压、西太平洋赤道上空西风强弱的预测技巧密切相关,尤其是模式对西太平洋赤道上空西风的模拟能力起到决定性作用。
  • 图  1  1991—2011年黄淮地区夏季降水与同期200 hPa位势高度场的相关分布

    (阴影分别为达到0.05,0.01和0.001的显著性水平)

    Fig. 1  The correlation of summer rainfall anomaly over the Huang-Huai Valley to 200 hPa geopotential height in 1991-2011

    (shaded areas denote passing tests of 0.05, 0.01, 0.001 levels, respectively)

    图  2  图 1,但为200 hPa纬向风场

    Fig. 2  The same as in Fig. 1, but for 200 hPa zonal wind

    图  3  图 1,但为500 hPa位势高度场

    Fig. 3  The same as in Fig. 1, but for 500 hPa geopotential height

    图  4  图 1,但为850 hPa纬向风场

    Fig. 4  The same as in Fig. 1, but for 850 hPa zonal wind

    图  5  图 1,但为850 hPa经向风场

    Fig. 5  The same as in Fig. 1, but for 850 hPa meridional wind

    图  6  黄淮地区夏季降水实况距平百分率与6因子降尺度预测降水距平百分率结果比较 (单位:%)

    Fig. 6  The observation and downscaling result from six factors of summer rainfall anomaly over the Huang-Huai Valley

    图  7  黄淮地区夏季实况降水距平百分率与3因子降尺度预测降水距平百分率、模式直接输出降水距平百分率结果比较

    Fig. 7  The observation, downscaling result from three factors and model output of summer rainfall anomaly over the Huang-Huai Valley

    图  8  1996年夏季200 hPa位势高度场 (单位:gpm) 和200 hPa纬向风场 (单位:m/s) 距平分布

    (a) 再分析资料高度场距平,(b) BCC_CSM1.1m模拟高度场距平,(c) 再分析资料纬向风场距平,(d) BCC_CSM1.1m模拟纬向风场距平

    Fig. 8  200 hPa geopotential height anomaly (unit:gpm) and zonal wind anomaly (unit:m/s) in summer of 1996

    (a) geopotential height anomaly of reanalysis data, (b) geopotential height anomaly of BCC_CSM1.1m, (c) zonal wind anomaly of reanalysis data, (d) zonal wind anomaly of BCC_CSM1.1m

    图  9  夏季南海—菲律宾低纬度地区上空200 hPa纬向风预测因子区域平均 (u200-4) 和黄淮地区夏季降水距平百分率归一化值对比

    Fig. 9  The normalized 200 hPa zonal wind over South China Sea to South Philippines (u200-4) and summer rainfall anomaly over the Huang-Huai Valley

    表  1  模式与再分析资料环流因子符号一致率及黄淮地区夏季降水距平百分率与再分析资料环流因子物理意义一致率

    Table  1  The consistent anomaly ratio of factors between BCC_CSM1.1m and reanalysis data, as well as the ratio between summer rainfall anomaly over the Huang-Huai Valley and predictors from reanalysis data

    环流因子 模式与再分析资料环流因子符号一致率/% 与再分析资料环流因子物理意义一致率/%
    h200-1 62 67
    h200-2 72 67
    h200-3 67 57
    h500-1 48 62
    h500-2 38 81
    h500-3 67 57
    h500-4 67 72
    u200-1 67 72
    u200-2 38 38
    u200-3 57 52
    u200-4 67 76
    u850-1 52 67
    u850-2 48 33
    v850-1 62 81
    v850-2 52 57
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    表  2  预测因子之间的相关系数

    Table  2  Correlation coefficients among circulation factors

    因子名称 h200-1 h200-2 h500-5 u200-1 u200-4 v850-1
    h200-1 1 0.31 -0.03 -0.35 -0.43 -0.53
    h200-2 1 0.59 -0.65 -0.17 -0.48
    h500-5 1 -0.04 -0.48 0.25
    u200-1 1 0.40 0.46
    u200-4 1 0.75
    v850-1 1
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    表  3  预报高低年份归一化的关键环流因子模拟结果与再分析资料比较

    Table  3  Normalized predictors from BCC_CSM1.1m hindcast data and reanalysis data

    年份 h200-1 h200-2 u200-4
    模拟值 实况值 模拟值 实况值 模拟值 实况值
    1992 -0.98 -2.18 -3.10 -1.57 1.24 -0.16
    1996 -0.37 -0.13 -0.30 -0.41 -0.91 1.47
    1997 -0.02 -1.34 -0.74 -1.63 -0.13 -0.77
    1994 -1.22 -0.43 -0.24 -0.13 -0.74 -1.23
    1995 -0.85 -0.48 -0.89 -1.66 0.71 1.06
    1998 -0.91 2.17 0.24 1.94 2.94 2.24
    2004 -0.07 0.50 0.46 -0.71 -0.21 -1.73
    2010 -2.07 1.30 1.26 1.45 1.76 1.70
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-12-10
  • 修回日期:  2017-02-13
  • 刊出日期:  2017-03-31

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