热带太平洋次表层三维海温距平场的EOF分析

应用太平洋次表层海温距平资料构造了一个立体的西低东高的四级阶梯模型,使用EOF方法对此模型进行时空分解,重点讨论了分解结果与ENSO循环的关系,并对Nino 3距平指数进行试预报,结果表明,用 EOF分解的第一主分量代表暖池-厄尔尼诺(拉尼娜)模态,第二主分量代表次表层温度距平的东西运移模态,厄尔尼诺事件正是东西运移模态突变的结果.时滞相关分析估算,一次ENSO循环的平均周期约为41个月,厄尔尼诺、拉尼娜模态与温度距平的东西运移模态的位相差平均约为9.7个月.应用逐步回归方法得到超前Nino 3距平指数3、6和12个月的3个预报方程.预报结果表明,第一、第二时间系数对Nino 3距平指数均具有一定的预报价值,预报时效可达1 a左右.     

一种利用浮标站资料改进海浪模式有效波高预报的方法

基于浮标站海浪历史数据,利用回归分析方法建立了海浪数值模式有效波高预报产品的一元二次回归方程订正统计模型。通过2017年7月1日-2018年10月10日期间业务试运行结果发现:订正方程能有效改善有效波高数值预报产品的预报精度,且预报时效越短订正效果越显著。其中,第6~11 h预报时效内的订正前后平均绝对误差值减小0.17~0. 241 m,第6~18 h预报时效内订正前后均方根误差减小幅度为0.103~0. 28 m。这说明应用订正统计模型对海浪模式输出产品进行订正,也是改进海浪模式预报准确率的一种有效途径。     

青岛市大气污染时间序列分析预报方法研究

根据青岛市大气污染监测资料 ,采用时间序列分析方法 ,建立多种预报模型 ,有原序列周期外延法、均生函数周期外延法、均生函数逐步回归法以及自回归预报法等 ,最后提出一种综合预报模型。连续预报试验表明 ,综合预报模型优于任何个别预报模型 ,有较好的预报能力。利用马尔可夫概型对污染状态 (轻、中、重 )进行了分级预报试验 ,也获得良好的效果。     

海洋初始状态对预报2002/03年中太平洋型厄尔尼诺事件的作用

2002/03年厄尔尼诺事件,是暖海温中心出现在赤道中太平洋区域的一种新型厄尔尼诺,即中太平洋型厄尔尼诺。本文基于一个厄尔尼诺预测系统,利用三组回报试验来详细区分海洋表层和次表层初始状态对预报2002/03年中太平洋型厄尔尼诺事件的作用,并由此来探寻对预报厄尔尼诺演变过程最有利的初始条件。回报试验分为三组:(1)仅同化海表温度观测(sea surface temperature;简称SST)来优化海洋表层初始状态(Assim_SST);(2)仅同化海表高度观测(sea level;简称SL)来更新海洋次表层初始状态(Assim_SL);(3)同时同化SST和SL观测来一起更新海洋表层和次表层初始状态(Assim_SST+SL)。回报试验结果表明,三种不同的初始条件都可以使模式提前一年成功地预报2002/03年厄尔尼诺事件,并且"Assim_SST+SL"回报试验的效果最好。三组回报试验结果间的对比表明:海洋表层和次表层初始状态均对成功地预报该事件有重要作用,但其作用分别集中在事件发展的不同阶段。精确的海洋表层初始状态更容易激发模式预报出一次厄尔尼诺事件,而更合理的海洋次表层初始状态则能有效地提高厄尔尼诺事件预报的强度。     

信息之窗

厄尔尼诺预报不再难提前两年可知其踪影【本刊讯】　美国今年4月15日出版的最新一期《自然》(《Nature》)杂志上,刊登了我国国家海洋局海洋动力过程与卫星海洋学重点实验室客座研究员陈大可的论文:《厄尔尼诺在过去148年内的可预报性》。他们最新的研究结果将厄尔尼诺的预报时效提前到了两年。这一成果的提出,立即引起了学术界的注目。　　厄尔尼诺是热带大气和海洋相互作用的产物,它原是指赤道海面的一种异常增温,在海气相互作用下会在全球范围内造成气候异常。人们记忆犹新的我国1998年的特大洪涝灾害,就是厄尔尼诺肆虐的结果。由于科学…     

广西四季温度气候变化与同期海温场异常的关系及预测

利用奇异值分解(SVD)分析广西春(3～5月)、夏(6～8月)、秋(9～11月)和冬(12～2月)四季气温变化与同期北太平洋海温场异常的关系。研究表明:广西各季气温气候变化与同期北太平洋海温场具有较好的相关性,相关性显著区域主要是Nino区、黑潮区和太平洋中东部的夏威夷海区。广西春季、冬季气温与Nino区、黑潮区海表温度异常表现显著的正相关,与夏威夷海表温度异常呈反相关;夏季气温与北太平洋海表温度呈正相关;秋季与黑潮区、亲潮区呈正相关,与Nino区呈反相关。在均生函数预报模型的基础上,提出了均生函数残差模型。实验结果表明,残差模型在拟合效果和预测实验比均生函数预报模型理想,为气候预报提供了一种较为理想而有用的方法。     

印度洋偶极子预报技巧在多模式中的对比研究

本文采用北美多模式集合产品数据，分析了印度洋偶极子指数在不同模式中实际预报技巧和潜在可预报性的差异，并进一步探究其可能的原因。结果表明，印度洋偶极子的有效预报时效在不同模式中差别较大，从2个月到4个月不等。其中东极子海温异常在不同模式中预报技巧的差别较西极子海表面温度异常更明显，表明模式误差和初始误差对东极子海表面温度异常演变的影响更为显著。另外，印度洋偶极子的实际预报技巧和潜在预报技巧存在明显的线性关系，潜在预报技巧高的模式，其实际预报技巧也高。最后，本文诊断、分析了厄尔尼诺对印度洋偶极子预报技巧的影响，发现在厄尔尼诺和印度洋偶极子相关性较高的气候模式中，印度洋偶极子实际预报技巧也较高。     

几个风暴潮预报模型的实例

对给定的地点,可应用几种定型的模型正确地预报潮位。然而,在风暴条件下,潮位的观测值和预报值之间存在着差值,这个差值称作风暴潮。对位于塞纳河河口的勒阿弗尔港,同时用二种风暴潮预报模型:自回归模型和一种需用当地风、气压资料的模型。 自回归模型能用来作时效为5小时的预报;用勒阿弗尔气象台36小时内的风,气压的预报值,便可用第二种预报模型,给出39小时时效的风暴潮预报。     

基于小波分解和最小二乘支持向量机的ENSO集成预测

用小波分解和最小二乘支持向量机相结合的方法,建立了ENSO的集成预报模型。该方法将复杂海温系统分解为相对简单的带通分量信号,然后建立分量信号的独立预报模型,最后对预报结果进行集成。试验结果表明,模型在保留预报对象主要特征的前提下,有效地降低了预报难度,集成预报准确率和预报时效均较传统方法有明显的改进和提高。     

基于长短时记忆神经网络的辽东湾海冰延伸期预报方法研究

通过合成分析和回归分析,研究了影响辽东湾海冰变化的局地和大尺度环流因子,并基于一种深度学习方法——长短时记忆神经网络(LSTM),建立了辽东湾海冰延伸期预报模型。结果表明,LSTM模型能较好地预报出未来15 d辽东湾海冰的总体发展趋势、浮冰外缘线离岸距离的振荡变化及峰值发生时间等关键特征,1～15 d预报的平均绝对误差为4.1～5.7 n mile~①,均方根误差为5.4～7.5 n mile。LSTM模型的预报时效可达到15 d,较目前海冰数值预报(5～7 d)的时效延长一倍,且运算速度极快,能够节省大量的计算资源和时间成本。该模型的建立为利用深度学习方法开展海洋和气象预报提供了一种新思路。     

Variational iteration solving method for El Niño phenomenon atmospheric physics of nonlinear model

A class of E1 Niйo atmospheric physics oscillation model is considered. The E1 Niйo atmospheric physics oscillation is an abnormal phenomenon involved in the tropical Pacific ocean-atmosphere interactions. The conceptual oscillator model should consider the variations of both the eastern and western Pacific anomaly patterns. An E1 Niйo atmospheric physics model is proposed using a method for the variational iteration theory. Using the variational iteration method, the approximate expansions of the solution of corresponding problem are constructed. That is, firstly, introducing a set of functional and accounting their variationals, the Lagrange multiplicators are counted, and then the variational iteration is defined, finally, the approximate solution is obtained. From approximate expansions of the solution, the zonal sea surface temperature anomaly in the equatorial eastern Pacific and the thermocline depth anomaly of the sea-air oscillation for E1 Niйo atmospheric physics model can be analyzed. E1 Niйo is a very complicated natural phenomenon. Hence basic models need to be reduced for the sea-air oscillator and are solved. The variational iteration is a simple and valid approximate method.     

2015/2016年超强厄尔尼诺期间热带西太平洋海洋环流变化特征

本文利用HYCOM （Hybrid Coordinate Ocean Model）再分析数据对北赤道流（NEC）、棉兰老流（MC）以及黑潮（KC）所构成的NMK环流系统在2015/2016年超强厄尔尼诺事件期间的变化特征及其影响机制进行了研究，并与其他厄尔尼诺期间的变化特征进行了对比。结果表明，在2015/2016年超强厄尔尼诺事件期间，NEC和MC输运均显著增强，最大值分别达到66 Sv （1 Sv=10⁶ m³/s）和49.4 Sv，北赤道流分叉纬度最北可达16°N，KC输运没有明显增强。NMK环流系统的年际变化主要与此次厄尔尼诺事件期间热带西北太平洋15°N以南、160°E以西海域出现的气旋式环流异常有关。该环流异常出现自厄尔尼诺事件的前期阶段，并于爆发阶段达到顶峰，主要是由15°N以南区域出现的强西风异常所引起的。进一步分析表明，此次厄尔尼诺事件期间NEC、MC输运和NBL的平均值均大于1992— 2014年间所有厄尔尼诺事件的平均状况，但与1997/1998年超强厄尔尼诺事件期间的平均值相近。     

超强厄尔尼诺事件次年台风生成偏晚原因分析

The 2015/2016 El Ni?o event reached the threshold of super El Ni?o event, and was comparable to the super events in 1982/1983 and 1997/1998. Interestingly, the tropical cyclones(TCs) were found to have very late onsets in the decaying years of the super El Ni?o events. This study discusses the causes of late TC onsets related with atmospheric circulation, disturbance sources and trigger mechanisms. The analysis shows that the western North Pacific subtropical high(WNPSH) from January–June during the decaying years of the super El Ni?o events were stronger than the climatic mean, which resulted in a relatively stable atmospheric state by inhibiting deep convection. As a disturbance source, the April–June intertropical convergence zone(ITCZ) during the decaying years of the super El Ni?o events were significantly weaker than its climatic mean. The cross-equatorial flow and monsoon trough, as important TC generation triggers, were weaker from April–June during the decaying years of the super El Ni?o events, which further reduced the probability of TC generation. As for the late TC onsets, the role of atmospheric circulation anomalies(i.e., subtropical-high, the ITCZ, cross-equatorial flow, and monsoon trough) were more important. The cross-equatorial flow may take as predictor of TC onsets in the decaying years of the super El Ni?o events.     

中国科学院气候系统模式模拟的ENSO循环

On the basis of more than 200-year control run, the performance of the climate system model of Chinese Academy of Sciences(CAS-ESM-C) in simulating the El Ni?o-Southern Oscillation(ENSO) cycle is evaluated, including the onset, development and decay of the ENSO. It is shown that, the model can reasonably simulate the annual cycle and interannual variability of sea surface temperature(SST) in the tropical Pacific, as well as the seasonal phase-locking of the ENSO. The model also captures two prerequisites for the El Ni?o onset, i.e., a westerly anomaly and a warm SST anomaly in the equatorial western Pacific. Owing to too strong forcing from an extratropical meridional wind, however, the westerly anomaly in this region is largely overestimated. Moreover, the simulated thermocline is much shallower with a weaker slope. As a result, the warm SST anomaly from the western Pacific propagates eastward more quickly, leading to a faster development of an El Ni?o. During the decay stage, owing to a stronger El Ni?o in the model, the secondary Gill-type response of the tropical atmosphere to the eastern Pacific warming is much stronger, thereby resulting in a persistent easterly anomaly in the western Pacific. Meanwhile, a cold anomaly in the warm pool appears as a result of a lifted thermocline via Ekman pumping. Finally, an El Ni?o decays into a La Ni?a through their interactions. In addition, the shorter period and larger amplitude of the ENSO in the model can be attributed to a shallower thermocline in the equatorial Pacific, which speeds up the zonal redistribution of a heat content in the upper ocean.     

El Niño对东亚气候年际异常影响的数值模拟

根据1949~1998年期间8次显著El Niño事件合成的24个月年际海温异常(SSTAs)和气候平均的海温(SST),利用CCM3分别进行了3个包含10次积分的集合试验,即控制试验(CTRL),热带太平洋海洋全球大气试验(TOGA)以及整个太平洋海洋全球大气试验(TOGA-NP),通过对比分析这3个试验之间的集合模拟结果,揭示了在El Niño不同演变阶段东亚气候年际异常响应结构以及北太平洋年际SSTAs在此过程中的调制作用.结果表明:El Niño发展阶段夏季,东亚地区大气环流异常呈显著的负PJ波列,副热带高压减弱、偏东,东亚夏季风增强,东北和江淮流域降水偏多,华北和长江流域及其以南地区降水偏少;El Niño成熟阶段冬季,东亚大槽加强,东亚北部冬季风加强,西太平洋副热带地区低层有显著的反气旋式异常风场,华南地区降水显著增多;El Niño衰亡阶段夏季东亚气候年际异常型与其发展阶段夏季几乎相反.同时,北太平洋年际SSTAs对El Niño影响东亚气候年际异常有一定的调制作用,使模拟的我国降水异常分布更符合观测.     

中西太平洋金枪鱼围网渔场聚类及其原因分析

本文根据1995-2010年我国中西太平洋金枪鱼围网生产统计数据,按年和月不同时间空间分辨率对金枪鱼围网渔场进行聚类分析,划定不同渔场类型;同时结合海表温度（SST）及Niño3.4区指数,探讨其渔场类型形成的原因。研究表明,在月为时间尺度下气候异常事件（El Niño和La Niña事件）发生频次与渔场聚类结果类别相关联,在1-12月发生气候异常事件频数分布可划分为以下几个阶段:1-3月、4-6、7-9月、10-12月,与月时间尺度下金枪鱼围网中心渔场4种聚类结果的时间范围具有一致性。通过渔场重心聚类结果和El Niño和La Niña事件分类统计对比发现,在年时间尺度下,气候异常事件的类型与聚类结果相关联,聚类结果同一类别包含的年份发生的气候异常事件具有一致性,即在同一类别下1995年、1997年为强El Niño年;1998年、2007、年、2009年为正常年份;2010年为强La Niña年;1999年、2000年、2001年为La Niña年;1996年、2008年为La Niña年;2002年、2004年为El Niño年。研究认为,中心渔场的年际聚类变化与El Niño、La Niña事件的发生分布具有很强的相关性,因此可以利用El Niño、La Niña指标来预测渔场的年间和月份间的变化。     

Impact of the central Pacific zonal wind divergence and convergence on the central Pacific El Nio event

The central Pacific(CP) zonal wind divergence and convergence indices are defined, and the forming mechanism of CP El Nio(La Nia) events is discussed preliminarily. The results show that the divergence and convergence of the zonal wind anomaly(ZWA) are the key process in the forming of CP El Nio(La Nia) events. A correlation analysis between the central Pacific zonal wind divergence and convergence indices and central Pacific El Nio indices indicates that there is a remarkable lag correlation between them. The central Pacific zonal wind divergence and convergence indices can be used to predict the CP events. Based on these results, a linear regression equation is obtained to predict the CP El Nio(La Nia) events 5 months ahead.     

两类El Niño事件对中国近海及毗邻海域海表温度的影响

为研究东部型和中部型两类厄尔尼诺(El Ni?o)事件与中国近海海表温度(sea surface temperature,SST)变化间的联系,基于中国科学院大气物理研究所连续80年(1940—2019年)的SST再分析数据,采用EOF分解、合成分析等方法做了初步分析,发现中国近海及毗邻海域近80年SST变化与全球变暖密切相关。并且两类El Ni?o事件对中国近海SST变化的影响存在显著差异。东部型El Ni?o事件发展过程中,中国近海及毗邻海域SST在发展年主要为负异常,衰退期为正异常;中部型ElNi?o事件发展过程中, SST变化区域差异大,发展年日本附近海域为正异常, 28°N以南为弱的负异常。两类El Ni?o事件引发西太平洋风场反气旋涡的时间、位置与强度等的不同,是造成中国近海风场与海表温度异常(sea surface temperature anomaly, SSTA)差异的主要原因。     

厄尔尼诺/拉尼娜信号循环回路及其传播特性研究

基于1992～2001年卫星高度计资料分析了海面高度距平在厄尔尼诺/拉尼娜(El Niño/La Niña)现象中的演变过程,发现:(1)在El Niño过程中,海面高度正距平信号从西太平洋沿赤道海域向东传播至东海岸,然后分成南北两支,北支在10°N附近从东太平洋传回西太平洋的信号最强,到达西太沿岸海域再传回赤道,表明El Niño信号传播在北半球存在一明显循环回路.赤道以南循环圈不及赤道以北环路清晰.东太平洋的季节变化信号主要通过6°N,10°N和8°S附近的3个通道向西太平洋传播.La Niña信号主要从5°N和7°S向西传播;(2)在大洋海盆尺度快速传播信号背景下,存在波长700～800km的慢速传播信号,两类信号将信息在太平洋内传送.传播速度分析表明,慢速传播信号的相速与Rossby波相速相符,而快速传播信号应该是海洋对大气变异的响应.