东北亚气象干旱可预测性与建模研究

Meteorological drought is a phenomenon of water shortage caused by imbalance between precipitation and evapotranspiration. Unlike flooding disaster, drought is usually a duration climate phenomenon. Because Northeast Asia is not a traditional arid and semi-arid region, the present research has drawn little attention to explore. However, the drought area of Northeast Asia exhibited an ascending trend in recent years. Therefore, it is particularly important to strengthen the prediction of meteorological drought in Northeast Asia. This project will use the research on the interannual variations of the spring and summer drought in Northeast Asia as a starting point to explore the physical process of the drought, and scientifically assess the predictability of the atmospheric circulation anomalies associated with the drought in Northeast Asia by the coupled models (ENSEMBLES and CFSv2). ENSEMBLES is an EU-funded integrated project that intends to develop an ensemble prediction system for climate change based on the principal state-of-the-art, high resolution global models developed in Europe. The Climate Forecast System version 2 (CFSv2) from the National Centers for Environmental Prediction provides operational prediction of the world climate. A dynamical-statistical prediction model for the meteorological drought in Northeast Asia will be built using the standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) and dryness index. Then, the project will provide the theoretical basis of disaster prevention and reduction in Northeast Asia.

气象干旱是指由于降水与蒸散收支不平衡造成的水分异常短缺现象。不同于洪涝灾害，干旱通常是一个持续时间较长的气候现象。由于东北亚不属于传统的干旱与半干旱区域，目前关于东北亚干旱的研究没有受到足够重视。但是，东北亚干旱面积近年来呈现扩大的趋势。因此，加强东北亚气象干旱的预测研究尤为重要。本项目将从研究东北亚春、夏季气象干旱的年际变化事实为出发点，分析影响东北亚干旱的主要环流系统及外强迫因子（海温、海冰和积雪）之间的相互作用。科学系统评估欧洲多模式集合气候预测计划ENSEMBLES和美国国家环境预报中心的实时气候预测系统CFSv2对东北亚干旱及相关环流的预测效能，以标准化降水蒸散指数SPEI和干燥度指数为预测目标，建立东北亚气象干旱动力-统计相结合的预测模型，为东北亚的减灾和防灾提供理论依据。

气象干旱是指由于降水与蒸散收支不平衡造成的水分异常短缺现象。同于洪涝灾害，干旱通常是一个持续时间较长的气候现象。由于东北亚不属于传统的干旱与半干旱区域，目前关于东北亚干旱的研究没有受到足够重视。但是，东北亚干旱面积近年来呈现扩大的趋势。因此，加强东北亚气象干旱的预测研究尤为重要。本项目从研究东北春、夏季气象干旱的年际变化事实为出发点，分析影响东北干旱的主要环流系统及下垫面缓变因子（海温、海冰和土壤湿度）之间的相互作用。科学系统评估美国国家环境预报中心的实时气候预测系统CFSv2对东北干旱及相关环流的预测效能。依据1982~2018年东北地区观测站逐月降水资料，运用标准化降水指数（SPI）研制东北春夏季气象干旱预测模型，取得了以下研究成果：（1）基于前冬热带印度洋海温、前秋乌拉尔山以东0~10 cm土壤湿度、前冬我国北方的土壤湿度、前冬斯堪的纳维亚半岛海平面气压以及CFSv2模式2月份预测的春季中南半岛850 hPa相对湿度等预测因子，分别建立东北春季气象干旱的统计、动力和统计相结合预测模型。1983~2018年的交叉检验和2003~2018年的独立样本检验结果均表明预测模型能够很好地回报春季SPI的年际变化，动力和统计相结合模型的预测结果优于统计模型。（2）基于前秋喀拉海和拉普捷夫海冰密集度、前春江南地区0~10cm土壤湿度、前冬鄂霍次克海以西的海平面气压以及前冬日本以东海温等具有物理意义的预测因子，研制了夏季气象干旱统计预测模型。东北夏季气象干旱预测模型不仅能够很好再现东北气象干旱的年际变化，而且能够再现东北夏季干旱的年代际转变。东北春夏季气象干旱预测模型的研制，为东北的减灾和防灾提供理论依据。