2015/2016年极强厄尔尼诺事件下我国动力和统计结合实时气候预测研究

本文研究建立2015/2016年极强厄尔尼诺事件下我国动力和统计结合的气候预测模型,并开展2015年夏季和2016年冬季气候我国160个站点和主要区域实时气候预测。夏季降水的实时预测起报于2月,冬季气温的预测起报于10月。研究结果表明,尽管NCEP-CFSv2耦合气候模式能较好预测2015/2016年极强厄尔尼诺事件中海温异常的演变,但对我国160个站点夏季降水和冬季气温预测仍有较大的偏差。因此,基于NCEP-CFSv2耦合模式预测结果,分别建立我国160个站点冬季气温和夏季降水异常的动力和统计结合气候预测模型。同时,利用年际增量预测方法开展我国长江中下游夏季降水和华北冬季气温的区域气候预测。研究结果表明以上预测模型在2015/2016年的实时预测中较NCEP-CFSv2有更好的预测效能。相对于NCEP-CFSv2耦合模式的预测结果,2015年夏季降水距平空间相关系数ACC从0.21提高到0.31（超过0.01信度的显著性水平）,距平同号率提高到60%,2016年冬季气温ACC从0.19提高到0.32（超过0.01信度的显著性水平）,距平同号率提高到75%。     

CFSv2模式对春季逐月南极涛动预测效能及成因分析

系统评估了美国第二代气候预测系统（CFSv2）对1983～2019年北半球春季逐月南极涛动（AAO）的预测效能及可能成因。结果表明,CFSv2模式对3月、4月和5月AAO空间模态预测效能较好,但是耦合模式仅对3月的AAO年际变化具有较好的预测能力,对4月和5月AAO年际变化的预测能力较差。热带中东太平洋和澳大利亚以东太平洋海温异常有可能是3月AAO年际变化的可预测性来源。一方面,3月厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）与AAO之间关系显著,而4、5月两者之间关系减弱。 3月ENSO激发PSA（Pacific–South American）波列传播到南太平洋上,通过影响南太平洋海温异常以及低层气旋性环流异常影响3月AAO的年际变化。另一方面,3月澳大利亚以东太平洋海温异常在副热带急流核心区域激发活跃的Rossby波列,该波列由澳大利亚东部向东南频散到南太平洋中高纬地区,造成该地区位势高度异常,使得副热带地区30°S西风减弱,南半球高纬60°S西风加强,进而影响AAO的变化。CFSv2对3月AAO的预测效能高于4月和5月的主要原因是CFSv2模式能够很好再现3月AAO与ENSO、澳大利亚以东海温之间的关系及其影响机制。     

利用高原积雪信号改进我国南方夏季降水预测的新方法及其在2014年降水预测中的应用试验

2014年夏季我国南方出现严重洪涝、北方大部干旱,国内绝大多数预测模型在三月起报的汛期预测中均未能抓住位于南方地区的异常雨带,导致预测准确率明显偏低。基于模式对东亚地区夏季海平面气压场的高预报技巧和青藏高原冬季积雪与南方地区夏季降水的高相关性,本文提出一个针对我国夏季降水异常的组合统计降尺度预测新方法（Hybrid Statistical Downscaling Prediction,简称HSDP）,该方法综合利用了气候模式输出的高可预报性环流信息和前期观测的高原积雪异常信号,从而实现对我国南方夏季降水进行动力-统计相结合的改进预报。据此方法建立了一个基于国家气候中心气候预测模式的统计降尺度模型。对我国南方夏季降水进行跨季节预测的交叉检验结果显示,HSDP方法对于南方地区多年平均空间距平相关系数从模式原始预报的-0.006提高到0.24,且在大多数年份均有改进。基于HSDP方法于三月份制作的2014年夏季降水预测,能够很好地抓住南涝北旱的基本形势和我国南方的降水大值区,空间距平相关系数达到0.43。这表明,该方法对于我国夏季降水预测具有较好业务应用前景。     

Monthly prediction of tropical cyclone activity over the South China Sea using the FGOALS-f2 ensemble prediction system

本研究基于新一代FGOALS-f2动力集合预测系统35年(1981-2015年)的热带气旋历史回报试验对南海台风季(7-11月)热带气旋活动超前10天的月预测技巧进行评估,并对2020年南海台风季热带气旋活动进行了实时月预测尝试.结果表明:FGOALS-f2能较好地预测南海热带气旋路径密度演变特征,预测的热带气旋生成个...     

沿海地区热力内边界层高度预测的理论研究

本文对weiman(1976),Venktram(1977)等关于热力内边界层高度的预测公式进行了分析和比较,指出:这些公式在远离海岸线处不能很好地预测热力内边界层高度。作者详细地论述了热力内边界层的发生、发展机制,及其与局地海风的关系,并提出了一种新的热力内边界层高度的预测公式。该公式克服了上述公式的缺点,预测效果较好。     

BCC-CSM1.1m对欧亚积雪覆盖的预测评估

利用基于BCC-CSM1.1m模式建立的第2代季节预测模式系统1984—2019年历史回算数据,客观评估该模式对1月和4月欧亚积雪覆盖率（snow cover fraction,SCF）气候态和年际变化的预测技巧,分析模式预测偏差产生的可能原因。结果表明:BCC-CSM1.1m模式在超前0~2个月对欧亚大陆SCF具有一定预测技巧,对4月SCF的预测能力明显高于1月,1月预测技巧在欧洲西部地区最高,4月在西西伯利亚地区最高。SCF的预测结果在除青藏高原外的大范围地区表现为系统性偏低,预测偏差在1月随着起报时间的增长没有明显变化,而在4月随着起报时间的增长,关键区偏差由负转正并逐渐增大。分析表明,SCF预测偏差与模式中近地面气温的预测偏差有直接关系。除此之外,SCF的预测偏差部分源于模式本身的系统性偏差,模式分辨率以及参数化方案可能是预测结果在积雪覆盖率接近100%的高纬度地区明显偏低的原因。     

跨季度动力气候预测系统IAP DCP-II

概述中国科学院大气物理研究所研制的跨季度动力气候预测系统(IAP DCP-II),及其在我国夏季降水距平预测业务中的应用情况.该系统的试用始于1988年,1998年定型为现今版本(即IAP DCP-II).1998年起至今,每年预测的检验说明,该系统有较好的跨季度预测能力,能预报出夏季降水距平的大范围分布形势.     

BCC_CSM1.1m对冬季典型环流系统的预测评估

基于国家气候中心气候系统模式1.1版本（BCC_CSM1.1m）的历史回报数据,利用时间相关系数和均方根误差等确定性技巧评分,对西伯利亚高压、阿留申低压、东亚冬季风3种东亚地区冬季典型环流系统的预报技巧进行检验评估,并通过时间序列分析和空间相关系数等方法,分析东亚地区冬季典型环流系统的可预报性来源。结果表明:由于模式对热带海洋和北太平洋海平面气压的预测偏差小、对欧亚大陆的预测偏差大,模式对阿留申低压、东亚冬季风的预测技巧高于西伯利亚高压。进一步分析表明:厄尔尼诺和南方涛动（ENSO）是阿留申低压和东亚冬季风的重要可预报性来源,而土壤温度是西伯利亚高压的重要可预报性来源,并受ENSO调制。此外,东亚冬季风的预报技巧也受到西伯利亚高压预报技巧的制约。     

动力气候模式预测系统业务化及其应用

动力气候模式是目前国际上开展气候预测的主要工具。经过 8年多的研制、发展和业务化过程 ,国家气候中心已建立起第一代动力气候模式预测业务系统 ,并以此为平台 ,形成了一套包括月、季节到年际时间尺度的动力模式预测业务。 2 0年历史回报试验和 1年多的试验性业务运行结果表明 ,该系统对东亚区域的季节预测具有较好的预测能力 ,其预测结果已经在实际业务中得到了应用 ,并成为我国短期气候预测业务的重要参考依据。该文是对该动力模式系统性能的介绍 ,也是对国家“九五”重中之重课题的加强课题“短期气候预测综合动力模式预测系统业务化”专题的总结汇报。     

跨季度动力气候预测系统IAP DCP—Ⅱ

概述中国科学院大气物理研究所研制的跨季度动力气候预测系统(IAP DCP-Ⅱ)，及其在我国夏季降水距平预测业务中的应用情况。该系统的试用始于1988年，1998年定型为现今版本(即IAP DCP-Ⅱ）。1998年起至今，每年预测的检验说明，该系统有较好的跨季度预测能力，能预报出夏季降水距平的大范围分布形势。     

多模式预报系统对东亚冬季风预测性能的评估

基于哥白尼气候变化服务中心（C3S）提供的五个最先进的季节预报系统输出的1993~2016年回报数据,结合ERA5再分析资料和GPCP降水资料,对其预测东亚冬季风的性能进行评估。结果表明:C3S多模式预报系统能很好地预测东亚冬季风气候态的主要特征,包括西伯利亚高压、阿留申低压、东亚大槽、东亚高空急流及东亚地表气温和降水;SEAS5、GloSea5、MF-Sys7、GCFS2等多个模式均对东亚冬季风指数显示出了预测技巧,同时可以很好地预测与东亚冬季风相关的区域大气环流、地表气温及降水异常;SPSv3模式表现出与观测相反且位置偏西的大气环流、地表气温及降水异常,使得该模式对东亚冬季风指数表现出负技巧。      

银川市空气质量动力预测系统及预测结果分析

在介绍银川市空气质量动力预测模型的基础上,重点对该模型的预测结果及误差进行分析。结果表明:该系统能较好地对24 h污染气象条件进行预测,污染气象条件的预测结果与监测结果比较吻合,预报准确率PM10为61%、SO2为92%;春季各月PM10预测值的平均绝对误差较大,其它3个季节相对较小,SO2的情况与PM10正好相反;考虑风沙条件对模式预测准确性的影响,可根据不同时间、不同季节,逐步调整模式中的扬沙系数,能有效地提高该模式对银川市多风沙季节以PM10为首要污染物的空气质量预测准确率,以适应银川市特殊的气候及环境条件。     

中国沿海风能年际变化的区域性特征成因及其预测

基于ERA5的逐小时100 m风场数据,利用时间序列K-means聚类方法,将中国沿海冬季风能年际变化划分为四个区域,分别为北中国海(North China Sea,NCS)、东海(East China Sea,ECS)、南海北部(Northern South China Sea,NSCS)及南海南部(Southern South China Sea,SSCS)。四个区域风能的年际变化受不同气候模态的影响,其中NCS风能的年际变化与北极涛动(Arctic Oscillation,AO)有关;ECS风能的年际变化与中部型ENSO及西伯利亚高压有关;SSCS和NSCS的年际变化则和东部型ENSO及大陆高压的南北位置存在联系。鉴于影响各区域风能年际变化的气候模态具有较高的可预测性,进一步评估了多个气候模式对中国沿海风能年际变化的预测技巧。结果表明,气候模式对南中国海的风能年际变化预测技巧更高,这与气候模式对ENSO的高预测技巧有关。气候模式对北方海域风能年际变化的预测技巧较差,这和气候模式不能较好地预测AO和西伯利亚高压有关。     

我国东部主要城市夏季高温气候特征及预测

利用我国东部地区1961～2002年夏季(6～8月)高温资料，探讨了上述地区主要城市高温气候特征，建立该地区高温及强高温过程较完整的时间序列。分析我国东部地区石家庄、南京、福州等12城市夏季高温气候特征。观测结果表明，石家庄测站强高温过程期间干热和闷热天气持续时间不长，极端气温高、日平均风速小、日平均相对湿度小；南京和福州测站强高温过程期间闷热天气持续时间长，极端气温高、日平均风速小、日平均相对湿度大。近年来夏季月平均日照时数在减少。东亚副热带高压和大陆变性高压是造成我国东部地区城市夏季高温的主要影响系统，强盛并持续副热带高压和大陆变性高压控制是我国东部地区高温日数和强高温过程偏多的主要原因。在此基础上用均生函数——最佳子回归集建立月气候预测模型，能较好地预测夏季月高温日数，预测误差不大，预测模型具有一定的稳定性，有应用价值。     

西伯利亚极地冷高压对乌兰察布地区天气变化影响分析

通过对西伯利亚极地冷高压成因、结构、演变规律等动热力特征和进入我国4条主要移动路径的认识,以及所形成的5种特殊的扩散型冷高压天气系统对乌兰察布地区影响的季节性特点,提出了在天气预报过程中需注意的几个环节,认为5种特殊的扩散型呤高压天气系统是造成该地区出现重大天气过程的主要天气系统,预报准确率达89％以上。     

我国短期气候预测业务系统

中国第一代短期气候监测、预测、评价和服务业务系统主要由6个部分组成：数据库、动力气候模式系统、气候监测诊断系统、短期气候预测系统、气候影响评价系统与气候应用服务系统。在建立短期气候业务系统过程中，主要获得了三方面的成果：第一，揭示出影响中国气候异常的最强气候信号是厄尔尼诺事件、高原积雪和季风；第二，发展并建立了复杂的全球与区域动力气候模式预测系统，该系统包括T63L16全球大气环流模式、高分辨率区域气候模式、T63L30全球海洋模式和海冰模式、太平洋和印度洋高分辨率海洋模式和厄尔尼诺预测模式；第三，在高性能计算机和网络的支持下建立了完整的业务应用系统，不仅可提供短期气候预测信息，而且可以快速、客观、准确地给出气候变化对水资源、农业、林业、交通、电力、重大工程等国民经济重要部门和关键地区的影响，及时为决策部门提供决策服务。1998年开始应用以来，国家和大区两级整体预报水平比“九五”以前20年平均提高了6％～10％。但对区域性强洪涝事件的预报能力偏低，尚需进一步提高。     

副热带高压对登陆台风影响的数值模拟研究

中国登陆台风多发于夏季,尤其对于登陆后继续北上深入内陆的热带气旋,逐渐与其所处的中纬度环境场发生相互作用,强度衰减缓慢甚至再次发展,且伴随有台风动力、热力结构的转变(ET过程).同时,夏季多伴有副热带高压的活跃与西伸趋势,然而该系统与台风之间相互作用的物理机制仍不十分清楚,这已成为提高台风预报能力的主要障碍之一.文中选取1997年第11号台风"温妮"为研究个例,通过中尺度模式MM5模拟再现了该台风登陆后经历初期减弱、变性及变性后再次发展的演变过程.采用Davis等提出的片段位涡反演方法,改变模式积分初始时刻台风东部副热带高压强度,通过数值模拟与诊断分析的方法,深入研究不同强度副热带高压系统对台风陆上维持、变性和发展的影响.研究表明,副热带高压强度的加强加快了台风中心的北移速度,冷空气提前下沉入侵台风中心,加快台风的变性,配合暖气团的强迫抬升激发强烈的对流层中高层锋生,台风变性后冉次加强幅度增大.副热带高压强度的改变直接影响台风中心上空高空形势,而后者与台风强度的变化有较好的相关性.     

不同初始场及陆面方案对青藏高原中东部积雪消融过程的模拟研究

基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式,本研究使用更为准确的气象站点及卫星遥感积雪资料替换初始场中积雪深度、雪水当量等积雪数据,对2014年2月17-27日青藏高原中东部一次积雪消融过程进行模拟研究,评估WRF模式中CLM(Community Land Model)、Noah-LSM(Noah land surface model)和Noah-MP(Noah-Multiparameterization Land Surface Model)3种陆面过程方案对该次积雪消融过程的模拟性能。结果表明：3种陆面过程方案均能较好地再现2 m气温、积雪深度和反照率的日变化趋势,但各试验模拟效果有一定差异。气象站点及卫星遥感积雪资料作为初始场时,CLM陆面过程方案模拟的2 m气温平均误差最小,为0.002℃;Noah-LSM陆面过程方案中2 m气温均方根误差（4.01℃）和平均绝对误差（3.30℃）最小,但昼夜温差较观测显著偏小;同时CLM陆面过程方案模拟的积雪深度均方根误差、平均误差和平均绝对误差均最小,分别为4.70 cm、-1.25 cm和2.75 ...     

城市发展对夜间海陆风环流影响的预测模拟

本文利用一个三维中尺度模式模拟了长江三角洲地区的海陆风环流状况，以及城市发展后动力热力效应对环流的影响，其中热力效应主要考虑了城乡反照率的差别，模式考虑了海陆温差、通量传输、太阳辐射、科里奥利效应等因子。模拟结果得到了长江三角洲地区的夜间垂直环流状况，辐散辐合带分布，预测了城市发展后的环流情形。为大气扩散评价以及城市建设规划提供了一定的依据。     

对流层上层副热带西风急流与东亚冬季风的关系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,研究冬季对流层上层西风急流的时空变化特征,提出表征急流强度和位置变化的指数,进而探讨西风急流与东亚冬季风的关系。结果表明:冬季西风急流强度指数体现了西太平洋与高纬大陆的热力对比,较好地反映了西伯利亚高压与阿留申低压的强度变化,可作为表征冬季风强弱变化的一个定量指标,急流增强(减弱)对应西伯利亚冷高压和阿留申低压加强(减弱),东亚冬季风偏强(弱)。急流强度指数与不同高度冬季风子系统的显著相关表明,东亚冬季风活动异常不只是对流层中低层的现象,而在整个对流层都有明显反映,低层的西伯利亚高压和阿留申低压、中层的欧亚脊、东亚大槽及西太平洋副热带高压与高层的西风急流是同相变化的。在此基础上还比较了急流强度指数和北极涛动指数(AO)与东亚冬季风的关系,急流强度变化体现了欧亚大陆与西太平洋的热力差异,而AO则主要反映极地与中纬度环状模的反相变化,所以急流强度变化与东亚冬季风的关系更为密切。