基于多尺度大气环流分型的重大区域性干旱事件诊断与预测方法研究

Atmospheric circulation anomalies was the most direct cause of major regional drought, for the research of diagnosis and predict for the major regional drought.It was based on the composite analysis for the same period and earlier stage atmospheric circulation anomalies of typical drought events or typical drought models currently. Essentially, the composite analysis complied with a thinking of “From Effect back to Cause” because of atmospheric circulation anomaly occurred early in the event of drought, the results of composite analysis for the same event could be varied or contradictory, the forecasting depended on these results were not good. For that matter, we take the idea of “From Cause back to Effect”. We will firstly research the methods for getting multiscale information and spacial pattern, then analyze the atmospheric circulation anomalies and its multiscale major anomalies spacial pattern directly, especially the interannual and interdecadal spatial and temporal evolution of major atmospheric circulation patterns in the northern hemisphere. After that, we will illustrate the spatial and temporal evolution and its cause of major regional drought events since the in the 1960 of the 20th century in conjunction with the multiscale spatial and temporal distribution characteristics of major regional drought events. At last, we will research and reveal the precursor signals of atmospheric circulation anomalies in connection with major regional drought events, and by considering the Integration effect on major regional drought events of multiscale atmospheric circulation anomalies, we will establish a forecast method for major regional drought events which would be a combination of statistical and dynamical multiscale method.

大气环流异常是导致出现重大区域性干旱的直接原因。目前，诊断及预测研究多立足于对区域性干旱事件或干旱空间分布典型模态所对应的同期及前期大气环流的合成分析，由于大气环流异常在前、区域性干旱事件在后，合成分析属于“由果及因”的后验概率思路范畴，往往导致同一事件诊断结果多样甚至矛盾，预测效果也不理想。鉴于此，本项目采取“由因及果”的思路，首先对多尺度信息分离和空间型提取的方法进行研究，进一步对大气环流信号直接进行多尺度信息分离，提取出不同尺度上主要的大气环流型，重点研究北半球主要大气环流型的年际、年代际时空演变规律；其次，结合我国重大区域性干旱多尺度时空分布特征的分析，阐明20世纪60年代以来我国重大区域性干旱时空变化及其形成机理；最后，揭示与重大区域性干旱有关的大气环流异常前兆信号，考虑多尺度大气环流异常因子对重大区域性干旱形成的集成作用，建立不同时间尺度的、动力-统计相结合的干旱预测方法。

大气环流异常是导致出现重大区域性干旱的直接原因。由于大气环流异常在前、区域性干旱事件在后，合成分析属于“由果及因”的后验概率思路范畴，往往导致同一事件诊断结果多样甚至矛盾，预测效果也不理想。鉴于此，本项目采取“由因及果”的思路，针对夏季东亚大气环流型及其对我国东部降水的影响，EAP遥相关型作为东亚大气环流变化的主模态，其在20世纪80年代中期EAP遥相关型异常中心强度与位置发生了明显的年代际变化，并进而研究了EAP遥相关型年代际变化对我国东部夏季降水、气温模态产生的影响，深入分析了EAP遥相关型发生年代际变化的可能物理机制。考虑到EAP遥相关型对夏季东亚大气环流变化的解释方差占比较小，不能够抓住东亚大气环流变化的大部分信息。通过分析得到能够描述东亚大气环流变化大部分信息的三种主要东亚大气环流型，系统分析了东亚三种主要大气环流型对我国东部夏季降水与气温的影响，进而探讨了三种大气环流型与海温、海冰及积雪之间的联系，有助于更好地理解东亚大气环流型-我国东部降水与气温-海温、海冰及积雪之间的联系。东亚大气环流既与低纬度环流系统有关，又受中高纬度环流系统影响，东亚夏季风具有强锋面结构，东亚中纬度环流可以用天气尺度环流型描述，分析了东亚中纬度大气环流型发生频次与持续日数对我国东部夏季降水的影响，这对加深我们对东亚大气环流型的理解具有重要意义。系统地分析了东亚中纬度大气环流型发生日数对我国东部小雨、中雨和大雨降水量的影响及其机理机制，建立预测概念模型，有助于更好地把握我国东部夏季旱涝程度与分布状况。此外，我国西南地区不同时间尺度干旱都存在不同程度的前兆信号，干旱指数与主要气候指数主要在年际(20-50月)与年代际(90-120月)两种尺度相关系数较大。受西南地区干旱指数与海温及Tibet、AO指数的高相关的启示，长期的有效的对海温等气候指数的监测能够为西南干旱的发展和发生提供预测意义。