GRL | 新方法可提前预测夏季降水应用于水资源管理

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随着美国西南部干旱地区的水库水位下降，科学家们已经开发出一种方法，可以提前几个月估计该地区的夏季降雨量。这种次季节(sub-seasonal)预测可以帮助州和地方官员在季节早期做出关键的水库储存和水资源分配决策，并支持更有效的水资源管理。

目前的次季节(sub-seasonal)预测预报无法准确预测亚利桑那州和新墨西哥州的夏季降雨。然而，一组科学家发现，从4月开始，这些相同预测中的一个变量 - 低层大气中的水汽 - 可以预测该地区大部分地区6月至10月之间的降水趋势，在亚利桑那州表现得特别好。他们在《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）上的一项研究中详细介绍了他们的发现。

Prein, A. F., Towler, E., Ge, M., Llewellyn, D., Baker, S., Tighi, S., & Barrett, L. (2022). Sub-Seasonal Predictability of North American Monsoon Precipitation. Geophysical Research Letters, 49(9), e2021GL095602.https://doi.org/10.1029/2021GL095602

“这种方法出人意料地成功，使我们能够查看单个水域，并提前几个月正确预测它们是否会高于或低于平均水平，”领导这项研究的国家大气研究中心（NCAR）科学家Andreas Prein说。“这令人兴奋，因为西南部沙漠是世界上水资源最紧张的地区之一，水资源管理决策必须在降雨发生之前提前做出。

与一些研究结果不同，这项研究结果将立即进行测试。为这项研究提供资金的美国垦务局今年将评估科罗拉多河和里奥格兰德河流域西南部的预测系统。垦务管理水资源并运营着数百个水库，其几位水文学家与NCAR一起进行了这项研究。该研究还获得了赞助NCAR的美国国家科学基金会的资助。

“我们乐观地认为，这种方法将在预测科罗拉多河下游的流入量和改善盆地的运营方面取得一些突破”，垦务下科罗拉多盆地地区的水文学家Shana Tighi说。

“季风预报长期以来一直是新墨西哥州里奥格兰德盆地的一个特殊挑战，季风可以提供很大一部分供水，但长期以来一直被认为是不可预测的”，另一位研究合作者和阿尔伯克基垦务办公室水规划小组的主管Dagmar Llewellyn说：“这项新技术有望在水资源管理方面取得重大进展”。

应对水资源短缺

水资源短缺是美国西南部面临的一个重大挑战。该地区正在与几十年来最严重的干旱之一作斗争，尽管气温越来越高，快速增长的人口对水的需求也在增加。山地积雪供应水库的大部分水，但降雪量正在减少，预计这一趋势将随着气候变化而持续下去。

为了帮助抵消积雪的损失，水资源管理者希望更好地利用北美季风的降雨。这种年度气候现象是由南风在夏季和初秋的大部分时间里从太平洋，加利福尼亚湾和墨西哥湾带来水分引起的，在沙漠西南部提供了大约60-80%的年降水量。但它在一年之间变化很大，科学家们无法准确预测即将到来的季风季节是否会带来平均降雨量，或者特别潮湿或干燥。

Prein和他的合著者转向几个主要天气模式的长期预测，看看他们是否可以提前几个月对季风进行预测。虽然这种预报在预测降雨时是不可靠的，但它们在显示更大规模的大气条件时更准确，例如高压和低压系统。

研究小组将专门的算法应用于每个天气模式，试图梳理出12个大气变量中的任何一个，包括温度，湿度，风和不同高度的大气压力，是否与1982年至2018年选定的亚利桑那州和新墨西哥州水域的季风降雨变化有关。他们在NCAR-Wyoming超级计算中心的超级计算机上进行了分析。

这一过程使他们能够确定其中一个模式，该模型由欧洲中期天气预报中心运行，在可靠预测大气条件方面备受推崇，可用于预测季风降雨。当该模型在四月份生成了即将到来的夏季低水平大气湿度的长期预测时，科学家们成功地将湿度与这些月份实际下降的季风降雨量相关联。

除了新墨西哥州南部外，研究中的每个水域的相关性都很重要。科学家们正在调查亚利桑那州比新墨西哥州更好的预测原因，但可能归因于推动新墨西哥州季风的更复杂的大气过程。

通过计算低层大气中含有大量水分的天数，科学家们能够产生月度预报，显示水域的降雨量与历史平均值的比较。

“潮湿的天数与你在水域获得的降雨量高度相关”，Prein说。

Prein和他的同事们现在正计划测试这种方法在西方的冬季降水。他说，这种方法也可以应用于其他地区。

“该框架本身非常具有普遍性，可以应用于各种不同的地区和不同的季节”，Prein说。“这为美国以及世界其他地区水资源管理的更好的次季节(sub-seasonal)预测指明了道路。

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Prein, A. F., Towler, E., Ge, M., Llewellyn, D., Baker, S., Tighi, S., & Barrett, L. (2022). Sub-Seasonal Predictability of North American Monsoon Precipitation. Geophysical Research Letters, 49(9), e2021GL095602.https://doi.org/10.1029/2021GL095602

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