一种站网均匀化方案在中国夏季降水异常分析中的应用

文章利用站网均匀化方案对中国1951—2012年160站夏季(6—8月)总降水量距平场序列作了订正,并对订正前后数据的EOF分析结果进行对比。结果表明:(1)订正后的典型场突出了青藏高原区域的高值区,并使中国东部的高值区集中于华南地区,这与均方差场的异常集中区域一致;订正前资料的主要特征向量的高值区主要集中于中国东部,并未凸显异常区域。(2)订正后资料的时间系数中,线性相关不明显,线性趋势减弱,但1、3模态的年代际分量的方差贡献增大,使年代际变化中有价值信息更加集中于主要模态;其中,第3模态的时间系数突出了华南地区的夏季降水年代际变化。(3)订正后发现,夏季降水的年代际变化中的典型场与年代际均方差的分布异常信息集中区域一致。上述结果说明,站网均匀化订正改进了中国夏季总降水量异常的EOF分析。     

中国冬季气温异常EOF分析的改进

采用站网均匀化订正方法处理了中国160站站网1951—2010年冬季（12月-次年2月）气温距平序列,订正后的序列较好地处理了由站网不均匀性引起的方差不均匀。对订正前、后序列分别作了EOF分析,结果表明：1）订正后序列的前2个典型场上的高绝对值区比订正前序列的前2个特征向量有更好的组织性,其高值区主要位于三北地区（西北、华北、东北）及青藏高原,与均方差场的高值区基本一致;2）订正前、后主要模态时间系数演变特征相似（rh≥0．886,h=^-1,2）,但订正后的前2个时间系数的线性分量和年代际变化分量对它们的方差贡献更加集中于第一模态;3）订正后资料EOF分析的第一个典型场和时间系数中的线性分量可以给出中国最近60a冬季主要强增暖区的分布;其年代际分量与分析期间中国强年代际变化分布区域的一致性也优于订正前资料的EOF分析结果。     

站网均匀化订正对中国夏季气温EOF分析的改进

本文对中国160站站网上1960～2010年夏季(6～8月)气温距平场序列进行了站网均匀化订正,对订正前、后的气温距平场序列作了EOF分析.结果表明:(1)订正后的前3个典型场高绝对值区均衡分布在三北(东北、华北、西北)地区、青藏高原和长江中下游地区,与夏季气温均方差场高值区位置基本一致;订正前的前3个特征向量高绝对值...     

中国气候资料站网均匀化订正的一种方案及应用

定义了中国160站站网不均匀性的两个度量参数—站域面积和站网密度。在给定球冠区面积S0=50×104km2下求得了它们的值,并论证了其合理性。用它们构造了第一类权重函数,将该权重函数应用于中国160站站网1、4、7、10月气温的全国气候平均值及均方差值的计算,得到了合理的结果。同时,构造了第二类权重函数,并应用于气温距平场时间序列的订正,对订正前、后的距平场序列进行EOF（empiricalorthogonalfunctions）分析,论证了订正后的结果优于订正前。     

USCRN气候基准站网布局理论在我国的应用

基于美国气候基准站网 (USCRN,US Climate Reference Network) 的均匀正三角网格布局模式,以站网对我国平均降水量和气温的方差解释量分别能够达到95%和98%为标准,利用我国2416个观测站的降水量和气温数据研究了我国气候观测站网的布局设计,得到能反映我国整体气候特征的站网最少台站数。结果表明:为显著减少全国尺度上的气候不确定性,需要新建边长为3°纬距的正三角均匀网格 (103个站点) 站网,并在全国范围内开展站址考察、总结评估和运行检验工作,才能得到新的气候基准站网;在已有气候观测系统基础上改进完善而不新建系统,则改进的气候基准站网为最接近边长为2°纬距的正三角网格分布 (229个站点),其中199个预期位置或其附近已建有观测站点,没有对应实际站点的30个预期位置主要分布在青藏高原西南大部,这些地区将是未来建站的重点。     

中国冬季气温的次季节尺度振荡及其与年际异常的关系

利用全国756站逐日平均气温资料和旋转经验正交展开方法(REOF)、功率谱方法,分析了中国冬季气温次季节尺度振荡的基本特征,并对次季节尺度振荡引起的冬季气温年际异常进行了研究。结果表明:(1)中国冬季气温的次季节尺度振荡存在地域差异。中国南部、西部和东部地区的冬季气温次季节尺度都存在10～20天和20～60天的振荡变化,只是南部和东部地区10～20天振荡较西部更显著。(2)冬季气温的10～90,10～20和20～60天主振荡的强度具有明显的年际变化,其中西北、华中、华南地区振荡周期的年际变化相似;华北、东北地区振荡周期的年际变化相似;西南地区和云南省振荡周期的年际变化相似。(3)中国冬季气温的次季节尺度振荡与冬季气温的年际变化有密切的关系。区域主振荡强弱年对应的中国冬季气温存在明显的异常,且相应的次季节变化与冬季气温年际变化存在负相关关系。     

西南冬季气温的年际变化及影响因子分析

利用1979—2014年台站观测资料和再分析资料对西南地区冬季气温的年际变率及其主要影响因子进行分析.西南冬季气温年际变化主要存在两种模态:全区一致型和东西反向型.西南冬季一致偏冷时,东部降温幅度明显大于西部,东部强降温与低层异常东北风和偏东风引起的冷平流有关;而西部高原地区较小的气温降幅主要与异常上升运动引起的云量增...     

非均匀站网EOFs展开的失真性及其修正

从理论上证明，非均匀站网ＥＯＦｓ展开有不同程度的失真。在同等条件下，均匀站网与非均匀站网ＥＯＦｓ展开结果有明显差异．提出了一种附加面积权重的修正方案用以弥补非均匀站网ＥＯＦｓ展开的失真现象。实例计算表明，中国气温场（１６０站）经修正ＥＯＦｓ展开后，其气温变化主分量趋势与特征能更加客观地揭示中国地区增暖效应的局地差异。     

BCC_CSM1.1模式对我国气温的模拟和预估

利用我国541个测站1960—2010年气温资料以及国家气候中心参加第5次耦合模式比较计划 (CMIP5) 的气候系统模式BCC_CSM1.1的历史试验和年代际试验结果,评估了该模式对我国近50年气温变化特征的模拟能力, 对模式的年代际试验结果进行了误差订正,并给出未来10~20年我国气温变化的预估。结果表明:历史试验和年代际试验均模拟出了与观测较为一致的增暖趋势,但均没有观测资料的增暖幅度大。其中,历史试验比年代际试验更接近于观测。年代际尺度上,模式对我国东部的模拟要好于西部;年际尺度上,模式的高预报技巧区在我国西北地区西南部和东部、西南地区北部。历史试验和年代际试验对我国气温空间场整体分布模拟较好,误差订正后的年代际试验结果对空间气温场的模拟有更好把握。相对于观测资料得到的1960—2010年0.27℃/10 a的增温速率,模式预估我国2011—2030年平均气温变化速率达到0.48℃/10 a, 上升趋势更加明显。     

东北夏季(6-8月)气温异常的时空特征分析

利用夏季（6—8月）中国东北地区91站44a气温资料，采用谐波分析方法将该区夏季气温异常变化的年代际、年际尺度分量分离，研究时空特征，然后应用REOF进行气温异常的区划，研究局域异常变化的年代际、年际分量的变化特征。结果发现：1）东北各站夏季异常方差中，东北大部分地区的气温异常的年代际变化分量均明显大于年际变化分量。2）区域气温异常的年代际变化主要特征为线性上升趋势。大范围夏季异常高温（低温）常出现在年代际、年际异常同时为正（负）的年份。3）气温异常可划分为南部型、北部型、东部型、西部型4个型，其中南部型和西部型的年代际变化相对重要，而东部型和北部型的年际变化相对重要。     

赤道太平洋区域风应力与海表温度年际异常的奇异值分解

用向量场奇异值分解方法分析了赤道太平洋区域风应力场与海表温度场年际异常的相关联系。结果表明,最主要的一对奇异向量与ENSO循环关系密切,其主要特征为赤道中、东太平洋风应力向赤道的异常辐合（辐散）与该区的SST异常升高（降低）准同步变化。对70和80年代的4次 El Ni?o事件中标准化风应力异常场的分析表明,它们均表现出赤道中、东太平洋的辐合。这一结果可能比用信风张弛描述ENSO循环中的环流异常更合理和更具代表性。     

辽宁冬季气温变化特征及与东亚冬季风的关系

采用1961-2012年辽宁省53站月平均气温资料及NCEP/NCAR再分析的月平均高度场、风场和海平面气压场资料,分析了近51 a来辽宁冬季气温的时空变化特征。在归纳并计算了前人定义的六种东亚冬季风指数的基础上,对比了辽宁冬季气温与这6种东亚冬季风指数的关系。结果表明：1961-2011年辽宁东部冬季气温均方差大于西部,全省绝大部分地区为显著的正趋势;辽宁冬季气温EOF第一模态表现为全省一致异常偏高或偏低的特征;时间系数显著上升,于1977年发生突变;并存在4.5 a、2 a和3 a的周期变化;朱艳峰定义的东亚冬季风指数是各指数中与辽宁冬季气温变化关系最紧密的指数,它无论从突变时间、周期特征、相关系数还是反位相对应关系上,都与辽宁冬季气温关系最密切,且850 hPa经向风场和海平面气压场也能说明二者有较好的对应关系。     

Atmospheric Circulation Cells Associated with Anomalous East Asian Winter Monsoon

Atmospheric circulation cells associated with anomalous East Asian Winter Monsoon (EAWM) were studied using the 1948/49 to 2002/03 NCEP/NCAR reanalysis and NCAR CAM3 AGCM simulations with monthly global sea surface temperatures from 1950 to 2000. Several atmospheric cells in the Pacific [i.e., the zonal Walker cell (ZWC) in the tropic, the Hadley cell in the western Pacific (WPHC), the midlatitude zonal cell (MZC) over the central North Pacific, and the Hadley cell in the eastern Pacific (EPHC)] are associated with anomalous EAWM. When the EAWM is strong, ZWC, WPHC, and MZC are enhanced, as opposed to EPHC. The anomalous enhanced ZWC is characterized by air parcels rising in the western tropical Pacific, flowing eastward in the upper troposphere, and descending in the tropical central Pacific before returning to the tropical western Pacific. The enhanced MZC has characteristics opposite those of the enhanced ZWC in the central North Pacific. The anomalous WPHC shows air parcels rising in the western Pacific, as in the case of ZWC, followed by flowing northward in the upper troposphere and descending in the west North Pacific, as in the case of the enhanced MZC before returning to the western tropical Pacific. The anomalous EPHC is opposite in properties to the anomalous WPHC. Opposite characteristics are found during the weak EAWM period. The model simulations and the observations show similar characteristics and indicate the important role of sea surface temperature. A possible mechanism is proposed to link interannual variation of EAWM with the central-eastern tropical Pacific sea surface temperature anomaly (SSTA).     

1999年东亚夏季风异常活动的物理机制研究

文中从海-气相互作用的角度探讨了1999年东亚夏季风及与其相联系的雨带异常活动的物理机制。结果表明,由于1998年春季至1999年南海-热带西太平洋出现了近20 a最强的异常暧海温,该地强异常海-气相互作用的维持使得这种局地的热力强迫成为1999年东亚夏季风和降水异常的最主要外强迫机制,并使得1999年的季风活动和降水分布有别于一般的统计情形。从1998年秋到1999年,由于热带大气对南海-西太平洋暧海温所诱发的局地强加热的响应,热带西太平洋地区所出现的Gill模态的异常环流分布从冬季一直发展到夏季,并因此在海洋和大气之间形成了局地的强烈正反馈,不仅使得异常环流得以持续发展,而且也使得暖海温得以维持,成为影响1999年环流异常的最强前期信号。随着从冬到夏的季节演变,大气基本态对上述持续性异常环流的影响导致了冬、夏异常环流呈现出不同的纬向非对称,诱发了盛夏期间东亚到北美沿岸的遥相关波列。在东亚沿岸异常气旋性环流的影响下,大尺度异常东风在东亚沿岸的维持形成了极不利于季风西风在南海北部转向的条件,导致了季风在中国东部北进的异常偏弱和低纬西风转向位置的异常偏东。     

1998和1999年西北太平洋热带气旋的异常特征及其大尺度条件

应用联合台风警报中心 (JTWC)的资料 ,研究了 1998和 1999年西北太平洋 (WNP)热带气旋 (TC)的活动 ,发现这两年具有较为相似的异常特征 :台风个数明显偏少 ,台风的生成源地显著偏西。对导致这种异常的大尺度条件场的分析表明 ,1998和 1999年的台风季季风槽、垂直风切变、海平面气压等因子的分布都不利于台风在WNP东部海域的生成 ,因此是导致这两年台风偏少和生成源地异常偏西的重要原因。其中 ,季风槽的异常偏西及在盛夏的异常偏北对TC的异常活动产生了主要影响。对低纬大气环流异常的进一步分析表明 ,WNP地区的环流异常是导致季风槽和垂直风切变场异常的主要原因 ,而 1999年异常环流的出现可能是由于低纬大气对印尼附近异常热源强迫的响应所致。由于该热源的存在 ,在其东侧 (WNP地区 )激发出东传的Kelvin波 ,而相应的异常风场则表现为低层盛行异常东风 ,而高层盛行异常西风 ,因此造成了WNP东部和西部海域垂直切变场的近乎相反的变化。同时 ,由于低层异常强的东风不利于季风西风的向东延伸 ,从而使季风槽明显偏西 ,未到达菲律宾以东的热带气旋频发区的位置。     

春季热带南大西洋海表温度异常与夏季亚澳季风区降水异常的联系

利用1979—2019年Hadley中心的海表温度资料、GPCP的降水资料以及NCEP-DOE的再分析资料等,分析了北半球春季热带南大西洋海表温度异常与北半球夏季亚澳季风区降水异常的联系。研究表明,北半球春季热带南大西洋海表温度异常与随后夏季热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区的降水异常为显著负相关（正相关）关系。北半球春季热带南大西洋的海表温度正异常可以引起热带大西洋和热带太平洋间的异常垂直环流,其中异常上升支（下沉支）位于热带大西洋（热带中太平洋）。热带中太平洋的异常下沉气流和低层辐散气流引起热带中西太平洋低层的异常东风,后者有利于热带中东太平洋海表温度出现负异常。通过Bjerknes正反馈机制,热带中东太平洋海表温度异常从北半球春季到夏季得到发展。热带中东太平洋海表温度负异常激发的Rossby波使得北半球夏季热带西太平洋低层出现一对异常反气旋。此时,850 hPa上热带西太平洋到海洋性大陆地区为显著的异常东风,有利于热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区出现异常的水汽辐散（辐合）,导致该地区降水减少（增加）。     

Potential Predictability of Sea Surface Temperature in a Coupled Ocean--Atmosphere GCM

Using the Flexible Global Ocean--Atmosphere--Land System model (FGOALS) version g1.11, a group of seasonal hindcasting experiments were carried out. In order to investigate the potential predictability of sea surface temperature (SST), singular value decomposition (SVD) analyses were applied to extract dominant coupled modes between observed and predicated SST from the hindcasting experiments in this study. The fields discussed are sea surface temperature anomalies over the tropical Pacific basin (20^oS--20^oN, 120^oE--80^oW), respectively starting in four seasons from 1982 to 2005. On the basis of SVD analysis, the simulated pattern was replaced with the corresponding observed pattern to reconstruct SST anomaly fields to improve the ability of the simulation. The predictive skill, anomaly correlation coefficients (ACC), after systematic error correction using the first five modes was regarded as potential predictability. Results showed that: 1) the statistical postprocessing approach was effective for systematic error correction; 2) model error sources mainly arose from mode 2 extracted from the SVD analysis---that is, during the transition phase of ENSO, the model encountered the spring predictability barrier; and 3) potential predictability (upper limits of predictability) could be high over most of the tropical Pacific basin, including the tropical western Pacific and an extra 10-degrees region of the mid and eastern Pacific.     

变分多普勒雷达分析系统对北京一次强降水过程的短时预报能力初探

利用四维变分多普勒雷达资料分析系统对2008年7月30日北京一次强降水过程反演得到的风场和微物理场进行分析,针对本过程中东段回波减弱消散、强降水区的确定、降水回波的转向几个短时临近预报关键点进行讨论,得出如下初步结论：1）在东段降水回波减弱消散前的12～24min,其对应的4．7km高度扰动温度场正值区出现“u”形中空结构,甚至在中空结构中有负值区出现,同时1．7km高度垂直速度场有上升气流与下沉气流分离的现象;2）如果4．7km高度扰动温度场的相对大值区在某地区持续时间较长（2h左右）或者某区域扰动温度迅速增加且出现大值中心（大于2oC）并维持,那么该区域未来1～2h内出现较强降水的可能性较大;3）降水回波的转向是受到1．7km高度在密云、平谷境内出现的反气旋型环流西部气流的引导,而该环流的出现则是北京西部持续强降水区的辐合上升气流在中高层水平输送到北京东部的密云、平谷境内并在该处形成下沉辐散的反气旋型环流反作用于降水回波所致,环流的形成早于回波转向约1h。