降水的时空分布特征及预报技术是当前国际社会上的两大热点议题，掌握降水的时空变化规律、做好准确的降水预报对防灾减灾、保障经济社会发展具有重要的现实意义。但由于降水特别是极端降水具有高度时空异相性，在区域尺度上极端降水的时空变化规律仍不清晰。另外，由于气候和天气系统固有的混沌性和随机性，在降水预报行业中，随着预见期延长，其影响因素随之增加，不确定性也增大，导致中长期特别是长期降水预报的难度很大。纵观国内外降水预报权威机构，少有发布预见期为一个月或更长的预报产品，而现有长期降水预报方法的精度仍不能满足实际生产需要，难以有效指导实践。因此，探索长期降水预报新技术，提高预报精度尤为必要。本文立足于现有研究的不足和存在的技术瓶颈，研究了三峡水库流域极端降水时空变化特征，并探索流域汛期月降水预报新技术，以期为三峡水库防洪兴利调度决策提供科技支撑。主要研究内容和结论有：
　　（1）提出了考虑前后期降水的极端降水事件（EEP）概念，分析了三峡水库流域EEP雨型及时空分布特征。结果表明，三峡水库流域单峰且雨峰靠后的EEP占主导，长江源头和流域中游地区单峰和双峰EEP的场次降水量均普遍小于其他地区，向家坝以下地区单峰和双峰EEP的场次历时/集中度普遍短于/高于向家坝以上地区。流域单峰且雨峰靠后的EEP频率和降水量均呈显著上升趋势，其他类型的EEP趋势不显著。
　　（2）探讨了向家坝至三峡水库区间极端日降水雨型及时空变化规律。向家坝至三峡水库区间单峰、雨峰靠后的极端日降水雨型占主导，雨型为单峰且雨峰靠前以及雨型为双峰且雨峰靠前、靠后的极端日降水事件发生频率和降水量在 2003-2016 年期间呈增加趋势，而雨型为单峰且雨峰靠后以及雨型为双峰且雨峰居中、靠后的极端日降水事件发生频率呈相反趋势；区间内平均每场极端日降水的量级基本在100mm以下，但靠近向家坝的地区有部分超过100mm；在靠近三峡大坝的地区，主导雨型自2010年之后由单峰且雨峰靠后的雨型转变为单峰且雨峰靠前的雨型。
　　（3）单因子回归、多因子回归、随机森林和支持向量机模型在对三峡水库流域1961-2017年汛期5~10月的月降水量预报检验中表现各有优劣，适用月份也不相同。单因子和多因子回归模型分别适用于 8 月和 9 月份的预报，随机森林模型适用于6月和10月份预报，支持向量机模型适用于5月、7月和9月份预报，且四种预报模型在预报 5 月和 6 月份降水上精度较好，但在后汛期 9~10 月表现较差。
　　（4）以海温场为预报信号，提出了时变海温多极指标（TVMSST）概念。指标引入了13种前期海温波动模式、关键海温极子和时变海温极子，包含了三类参数：关键海温极子联合系数、时变海温极子联合系数和贡献度，其中时变海温极子联合系数、关键海温极子贡献度和时变海温极子贡献度参数具有时变性。根据不同前期海温波动模式的选取，TVMSST可用于确定性预报和集合预报。以TVMSST为预报因子，构建回归模型并对三峡水库流域1961-2017年汛期月降水量进行预报检验，证明基于TVMSST的回归模型能有效模拟月降水量。在预见期1~3个月情形下，TVMSST 的集合预报和确定性预报精度均随预见期的延长而下降。基于TVMSST 的回归预报模型预报精度高于传统的单因子回归、多因子回归、随机森林和支持向量机模型，特别在6月和9月份的降水预报上具有显著的优越性。
　　（5）构建了考虑大气环流因素的多因子降水预报模型，通过将多因子预报模型与基于TVMSST的单因子预报模型组合进行月降水预报，提出了因子预报意见指数作为判别条件：当因子预报意见指数绝对值大于或等于总预报因子个数的一半时采用多因子预报模型，否则采用基于TVMSST的单因子预报模型。预报检验结果表明组合预报模型能有效模拟1961-2017年三峡水库流域汛期的月降水量，2018年汛期月降水实践预报也论证了组合预报模型的适用性。预报检验中，模型精度随预见期的延长而有所下降，但集合预报和确定性预报的效果均优于TVMSST单因子预报模型，特别在主汛期7月和8月份降水预报上表现出较为显著的优势。