长江流域重大干旱事件的监测和形成机理研究

Improved methods will be applied to determine the start and end of severe drought event as well as the intensity of the drought. The unique, multi-scale, and air-sea-land interacted characteristics of the drought over the Yangtze River basin will be revealed through comparing with flood events and the droughts over other regions with data and modeling studies. The key elements to be analyzed for the atmosphere involve the dynamic and thermodynamic processes in the regional atmosphere and the large-scale atmospheric circulation and pressure systems, which include water vapor transport and the related monsoon circulation and subtropical high, as well as cold air surge and the related meridional motion, blocking, and arctic oscillation. Influences of large-scale circulation on the regional atmosphere will be analyzed. The anomalies in the sea surface temperature and sea ice in the Indian and Pacific oceans, the thermodynamic effect of the Tibetan Plateau, and the snowcover over Tibet and the land will be studied. Methods will be developed to identify the forcing factors from the interacted factors for the formation of drought, and examine the precursory signals and triggering mechanisms of the drought. In sum, this project aims to emphasize the start, location, and the forcings of the drought, establish a general picture of the formation and maintenance of drought over the Yangtze River basin, which will enrich the understanding and prediction skills of the drought.

在更合理地定义和检测干旱事件以更好地确定干旱的开始和结束及强度的基础上，通过与雨涝事件和其它地区干旱事件的比较及模拟研究，弄清楚长江流域干旱独特的、多圈层、多时空尺度的异常特征。研究长江流域干旱期间区域大气的动力和热力异常、大尺度环流和天气系统异常（包括水汽输送及相关的季风环流和副热带高压异常，冷空气活动及相关的经向环流、阻塞高压、北极涛动等的异常）、及大尺度环流对区域大气的影响；研究干旱期间大气之外的异常（包括印度洋和太平洋的海温、海冰、青藏高原的热力作用、高原和陆地高纬积雪等的异常）；研究海-陆-气系统中影响干旱的强迫因子和相互作用因子、干旱形成之前的异常征兆、及干旱的触发条件。本项目将强调干旱开始、干旱落区、和致旱因子的确定，目的是建立起多时空尺度长江流域干旱形成和维持机理的物理图像，丰富长江流域干旱预测的理论和方法、为提高长江流域干旱预测的水平作积极探索。

1）提出了逐日监测干旱的WAP方法，它克服了现有方法的缺陷，能反映当下旱涝状况对前期降水的记忆及记忆随时间的衰减。对2011年春季长江流域重大干旱事件的监测表明，该方法能很好地反映出干旱带的南北摆动、干旱区的扩展和收缩、干旱强度的加强和减弱、干旱的中断和消散等。2）提出了逐日监测检测极端降水事件的EID方法，通过观念上的突破、摆脱传统的思维，构建简单的数学模型，导出了极端事件强度与历时的理论关系，能在时空域上确定出极端降水事件维持的时段和影响的范围。试验表明该方法对极端事件有很好的监测检测能力。3）研究了旱涝事件中水汽输送异常和冷空气活动异常的作用，提出了比较它们相对重要性的方法，重点研究了2011年长江流域的春季大旱。不同于其它干旱，这次干旱大气中水汽偏少，但气温却是偏低的，表明有较强的冷空气活动；只是强冷空气在阻止南方水汽北上的同时，带来的冷空气可能更为偏干。作为比较，还分析了江淮夏季雨涝和南方冰冻雨雪事件中大气的温湿异常。4）研究了我国各地夏季降水对前期海温的非线性响应，用统计验证的方法和公平的比较规则，对每个测站的夏季降水，让海温取自不同的前期季节和全球不同的海域，分别用线性和非线性方式建立降水与海温的关系。结果表明，采用非线性关系后，绝大部分测站的最小“预测”偏差能显著减小。5）研究了ENSO对我国东部冬季降水的年代际调制作用，用观测的降水和热带太平洋海温作了SVD分析，指出我国东南地区的冬季降水与热带太平洋海温有关，涝冬对应于厄尔尼诺海温，旱冬对应于拉尼娜海温。通过对有ENSO和没有ENSO的情形作百年尺度的模拟试验，证实了ENSO可以影响我国东部冬季降水的强度和频率。6）研究了降水强度和频率在降水变率中的相对重要性，设计了简洁合理的方法，在给出强度和频率在降水变率中的相对重要性的同时，考察了结果随定义“雨日”的阈值的变化，指出结果是合理的，这从侧面印证了评估方法的可靠。