动力延伸预报产品在广西月尺度降水滚动预测中的释用

对广西88个站全年各旬月尺度降水距平百分率作自然正交展开(EOF分解),选取累积方差贡献接近75%的前几个主成分为预报量.利用1982年至今的国家气候中心月动力延伸集合预报资料或回算实验资料,从月尺度平均500hPa位势高度、700hPaU、V向水平风速延伸预报场中选取初选预报因子,并运用EOF分解构建成综合预报因子,分别选取其中与各个预报分量相关程度高的主成分建立预报方程,滚动制作广西月尺度降水量预报.91个独立样本试验和实际应用证明,预报效果较好.     

北半球大气环流的纬向对称模态

运用自然正交分解方法（EOF）提取了北半球冬季热带外地区标准化纬向平均纬向风场的前两个模态。第1模态（方差贡献为34%）表现为中高纬带的西风（东风）异常和中纬带的东风（西风）异常,与之相联系的海平面气压场的异常表现为极区与中高纬度地区海平面气压场的反位相变化,即北极涛动（AO）;第2模态（方差贡献为21%）表现为中纬带的西风（东风）异常和中低纬带的东风（西风）异常,与之相联系的海平面气压场的异常表现为副极地地区与副热带地区海平面气压场的反位相变化,即副热带涛动STO（sub-tropical oscillation）。副热带涛动的水平结构表现出较强的纬向对称性,垂直方向上表现出相当正压性;与副热带涛动正位相相联系的纬向平均温度场表现为中高纬度地区负异常和副热带地区正异常,而且费雷尔环流加强南移。副热带涛动不仅在冬季有所表现,而且在整个冬半年（11月—翌年4月）都有所表现,但在夏半年则不存在。     

Interannual variability of the upper tropospheric circulation

Summary Seventeen years of sea level pressure (SLP), 200-hPa zonal wind and 500-hPa geopotential height data were used to investigate the boreal winter and summer interannual (IA) circulation patterns. The IA patterns for these variables and for their zonally asymmetric (ZA) part were determined by performing empirical orthogonal function (EOF) analyses on the SLP and on ZA SLP. The corresponding patterns for the other variables were obtained by correlating their time series with the amplitude time series of these EOF analyses. For both seasons, the SLP and ZA SLP show a zonal wavenumber one pattern extending from the tropics into the winter hemisphere extratropics, which is consistent with the circulation anomalies related to the El Niño/Southern Oscillation (ENSO) cycles. The zonal wavenumber one pattern observed for the boreal winter describes the SLP and ZA SLP variations related to the mature state of the El Niño and La Niña episodes, and that for the summer, the SLP and ZA SLP variations associated with the initial or decay stages of these phenomena. The 200-hPa zonal wind and 500-hPa geopotential height patterns exhibit strong seasonal dependence, and the ZA parts of these two variables show even more pronounced seasonal differences. These results indicate that the seasonal cycle of the atmospheric circulation, in particular at the upper tropospheric levels, might play an important role in extending the IA wavetrain-like structure into the subtropics as noted for the 200-hPa zonal wind and its ZA part in the Pacific/Americas sector. This wavetrain-like structure shows its Southern Hemisphere (SH) and Northern Hemisphere (NH) branches for the boreal winter, and only its SH branch, for the boreal summer. Thus, the effects of the seasonal cycle of the atmospheric circulation on the IA patterns seem to be stronger for the NH.With 9 Figures     

东亚夏季风异常活动的空间多模态特征

利用ERA40再分析资料,采用相关、合成、自然正交函数展开（EOF分析）等方法,探讨了东亚地区夏季风活动的多空间模态特征及其与大气环流异常的可能联系。结果表明：1）东亚夏季风活动存在3种差异明显的典型空间模态。第一模态反映了夏季风活动在我国东部沿海及以东洋面与其以西地区的反相变化,主要体现了夏季风活动主体位置的东西变动;第二模态反映了自我国华南,经长江中下游、山东半岛、渤海湾至我国东北及朝鲜半岛一带夏季风活动的一致性变化,体现了东亚夏季风活动的整体强弱;第三模态主要反映了夏季风活动在中国以东洋面、朝鲜半岛、东北亚一带与我国华南地区的反相变化,主要体现了夏季风活动主体位置的南北移动。2）东亚夏季风活动的多空间模态对应的大气环流异常存在显著差异。东亚夏季风第一空间模态与亚洲南部区域以及鄂霍次克海上空的SLP呈负相关,而与北极极区、贝加尔湖地区及日本以东洋面的SLP呈正相关;而与同期500hPa高度场的相关分布主要表现为自极地经鄂霍次克海至日本以东洋面的“＋-＋”的波列分布特征。第二模态与SLP和500hPa高度场的相关分布具有非常相似的空间分布形势,均表现为东北、朝鲜半岛、日本海一带与菲律宾洋面、鄂霍次克海地区的反位相分布,自低纬向高纬呈现“＋-＋”的波列分布特征。第三模态与SLP和500hPa高度场的相关分布,主要表现为菲律宾附近洋面、日本及以东洋面、贝加尔湖到亚洲北部的负正相间的分布形势。     

CMIP3气候模式对东亚冬季大气环流模拟能力的评估

利用1960—1999年ECMWF月平均再分析资料(ERA40)和耦合模式比较计划(Phase 3 of the CoupledModel Intercomparison Project,简称CMIP3)21个气候耦合模式对20世纪气候模拟试验的模式结果,从气候态和年际变化两个方面,评估了CMIP3气候模式对东亚冬季大气环流的模拟能力。结果表明:(1)模式对东亚地区冬季海平面气压、850 hPa纬向风、经向风和500 hPa高度场气候态的模拟存在不同程度的偏差,但均能较好模拟出上述要素气候态的空间分布特征。总体而言,模式对500 hPa高度场气候态的模拟效果最好,而对850 hPa经向风的模拟效果较差。(2)模式基本上能抓住近40年来东亚地区冬季500 hPa高度场的主要变化特征,但基本上不能模拟出冬季海平面气压、850 hPa纬向风和经向风的变化特征。此外,模式对阿留申低压、蒙古高压和东亚冬季风强度的变化特征几乎没有模拟能力。     

21个气候模式对东亚夏季环流模拟的评估Ｉ：气候态.

利用欧洲中期天气预报中心的40 a再分析资料(ERA40),评估了参与政府间气候变化专门委员会第四次评估报告(IPCC AR4)的21个全球海气耦合模式对东亚地区夏季大气环流气候态的模拟能力.结果表明:(1)尽管各模式模拟性能差异较大,但模式对东亚地区海平面气压场(SLP)、850 hPa风场及500 hPa位势高度场的气候态均有较好模拟;整体来说,500 hPa位势高度场模拟效果最好,SLP场模拟相对较差;(2)SLP在高原上模拟存在明显不足;多数模式能较好模拟850 hPa纬向、经向风场的基本特征;500 hPa位势高度场各模式模拟偏差一致性的区域性差异不明显;(3)模式对东亚地区夏季两大环流系统模拟整体偏弱,西太平洋副热带高压模拟明显偏弱.     

吉林省夏季降水的气候跃变及其与印巴季风低压相关的分析

本文利用气候跃变的分析方法,对夏季吉林省降水量,印巴地区海平面气压距平值及500hPa高度距平值进行了分析。结果表明,它们在1967年前后均有气候跃变(或准气候跃变)出现。印巴地区夏季的海平面气压距平值和500hPa高度距平值均有超前吉林省夏季降水量一年的共同准周期变化,两者距平符号的持续性对吉林省夏季的降水有一定的影响。     

夏季纬向平均气流变动的主要模态及其与AO和ENSO的联系

使用NCEP-NCAR月平均再分析资料,研究了夏季纬向平均气流变动的主要模态及其与北极涛动(AO)和ENSO的联系,探讨了夏季[u]主要模态维持的可能机制。结果表明,北半球夏季纬向平均[u]的异常分布表现为两个主要模态。EOF1反映了与AO相对应的纬向平均[u]的分布,EOF2反映了与ENSO相对应的纬向平均[u]的分布。周期分析显示了EOF1、EOF2分别具有与AO及ENSO相似的周期。滞后相关分析表明,除了夏季之外的其他季节EOF1与ENSO存在显著相关,而EOF2与AO亦存在显著相关。夏季,EOF1与ENSO、EOF2与AO的同期相关量值小且不显著。这些说明,北半球夏季纬向平均气流变化的主要模态可以有效分离,其分别代表了AO和ENSO有关的信号。这对于更好地理解AO和ENSO的全球影响具有重要意义。利用准地转无加速定理,发现EOF1和EOF2对应的时间系数高低值年的E-P通量散度的合成差值场分别与纬向平均[u]的EOF1、EOF2分布表现出很好的对应关系,其中行星波对纬向平均气流主要模态的维持起着主要作用。余差环流与E-P通量散度分布型相似,量值相当,但符号相反。在一些地区,大气涡动的摩擦耗散也起着一定的作用。这些平衡了波动的能量输送作用,使纬向平均[u]的结构得以维持。     

Internal variability,external forcing and climate trends in multi-decadal AGCM ensembles

An atmospheric general circulation model of intermediate complexity is used to investigate the origin and structure of the climate change in the second half of the twentieth century. The variability of the atmospheric flow is considered as a superposition of an internal part, due to intrinsic dynamical variability, and an external part, due to the variations of the sea surface temperature (SST) forcing. The two components are identified by performing a 50-member ensemble of atmospheric simulations with prescribed, observed SSTs in the period 1949–2002. The large number of realizations allows the estimation of statistics of the atmospheric variability with a high confidence level. The analysis performed focuses on interdecadal and interannual variability of 500 hPa geopotential height in the Northern Hemisphere (NH) during winter. The model reproduces well the structure of the observed trend (defined as the difference in the two 25-year intervals 1977–2001 and 1952–1976), particularly in the Pacific region, and about half of the amplitude of the signal. The trend in 500 hPa height projects mainly onto the second empirical orthogonal function (EOF), both in the observations and in the model ensemble. However, differences between the modelled and the observed variability are found in the pattern of the second EOF in the Atlantic sector. SST changes associated with the El Niño southern oscillation (ENSO) are responsible for about 50% of the signal of the 500 hPa height trend in the Pacific. A second 50-member ensemble is used to evaluate the sensitivity of interdecadal variability to an increase in CO₂ optical depth compatible with observed concentration changes. In this second experiment, the simulated trend includes a statistically significant contribution from the positive phase of the Arctic oscillation (AO). Such a contribution is also found in observations. Furthermore, the additional CO₂ forcing accounts for part of the NH trend in near-surface temperature, and brings the zonal-mean temperature changes in the stratosphere and upper-troposphere closer to observations.

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1948—2005年7月500hPa高度场EOF分析

利用1948—2005年逐年7月份的NCEP/NCAR格点资料,对北半球的亚洲和太平洋区域500hPa高度场进行经验正交函数(EOF)分解,分析了前3个特征向量(模态)的空间分布特征和时间系数的变化,结果表明:7月份的500hPa高度场的分布特征比较复杂,但第一模态有一定的代表性,反映出西太平洋副热带地区高度场与亚洲大陆的反相关关系,而这种关系在20世纪80年代以后出现了反位相的变化。     

冬季北极涛动与极涡的变化分析

利用NCEP／NCAR资料计算出冬季极涡面积（PVA）指数和极涡强度（PVI）指数，对冬季北极涛动（AO）和北半球500hPa极涡指数进行周期分析，讨论了冬季AO与极涡的年际、年代际变化。结果表明：冬季AO指数与PVA指数呈反相关关系，与PVI指数呈正相关关系，且AO指数呈上升趋势，PVA指数呈下降趋势。冬季AO指数、PVA指数以及PVI指数均具有多重周期。强（弱）AO指数年，极地500hPa高度场降低（升高），PVI指数偏大（偏小），PVA指数偏小（偏大）。500hPa高度场上亚洲大槽、北美大槽均减弱（加强）。AO可激发出类似EU遥相关型的异常，从而影响到东亚地区的气候。冬季AO指数在1982年发生突变，且突变后北太平洋地区的正中心位置更靠东，强度更大。此外，AO突变前后极涡变化不是很显著。     

大气再分析资料中潜在可预报性的特征及其差异

利用1957年9月—2002年8月ECMWF和NCEP/NCAR月平均再分析资料,分别讨论了冬季和夏季SLP(sea level pressure,海平面气压)、500hPa高度、200hPa纬向风和850hPa经向风年际变率的潜在可预报性特征。结果表明:热带地区的潜在可预报性较高,尤其是赤道中东太平洋地区,而中高纬地区的潜在可预报性则较低。比较两套资料潜在可预报性的异同后发现:南半球的差异均明显大于北半球,特别是南极地区;低层变量的差异均大于中高层变量;东亚大陆在冬、夏季均具有一定的潜在可预报性;冬季各变量均表现出东亚冬季风具有较高的年际变率潜在可预报性,且两套资料的差异较小;500hPa位势高度表现的东亚夏季风潜在可预报性在两套资料中较一致,而低层变量(SLP和850hPa经向风)表现的东亚夏季风年际变率潜在可预报性在两套资料中存在较大差异。     

东北夏季气温的大尺度环流影响因子分析

利用1961—2010年东北地区3省53站月平均气温资料及分辨率为2.5°×2.5°的NCEP/NCAR再分析资料,采用统计分析方法,分析了东北夏季气温的大尺度环流影响因子。利用200hPa风场要素定义了一个适于描述东北夏季气温的200hPa纬向风切变指数,并给出了该指数的预测方法,以期为东北夏季气温的预测提供一个诊断工具。结果表明:鄂霍次克海和北太平洋中部海平面气压场偶极子,与东北夏季气温关系密切;同期东北地区上空500hPa位势高度场与东北夏季气温呈正相关关系;同期850hPa、200hPa矢量风场和整层水汽通量场在东北及其以西地区上空呈气旋式环流,对应东北夏季气温偏低,反之则偏高,同时来自孟加拉湾的水汽也是造成东北夏季气温异常的因素之一;200hPa纬向风切变指数与东北全区气温呈显著正相关,该指数偏大对应东北夏季气温偏高,反之东北夏季气温偏低。4月和5月热带印度洋和太平洋海温与夏季200hPa纬向风切变指数关系密切。     

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。     

7月南半球500hPa极涡异常的度量及其与极区增暖的联系

利用ECMWF月平均再分析资料,构造了500hPa7月南极极涡面积、强度指数。结果表明,定义的面积及强度指数为两个独立参数,通过分析南半球高纬度地区500hPa位势高度场EOF的主要模态以及典型年份的南极极涡差异,表明强度指数比面积指数更能代表极涡的强度变化。7月500hPa南极极涡强度指数与同期南半球高纬地表温度的变化趋势一致,下垫面的加热作用与南极极涡强度变化联系密切,在全球变暖背景下极涡面积收缩与热带扩张存在联系。     

冬季北太平洋风暴轴的年际型态及其与大气环流的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,运用31点带通数字滤波、线性相关和合成分析方法,研究了1961/1962—2010/2011年冬季北太平洋风暴轴西部、东部区域强度指数的年际演变特征,划分了风暴轴的典型型态,并进一步探讨了与同期北半球500 hPa位势高度场和SLP的关系。结果表明:风暴轴气候态的极大值区域位于中纬度北太平洋中西部,最大值点的频数集中区域和均方差分布的异常中心都有两个。风暴轴西部和东部区域强度指数(WI和EI)的年际演变具有独立性,典型型态可分为单、双中心型两类。WI(EI)指数与北半球500 hPa位势高度场的相关分布类似于WP(PNA)遥相关型;单中心型风暴轴偏强时,极涡南扩,平均槽加深;呈双中心型时,极涡明显偏西。WI(EI)指数与SLP的相关分布类似于NPO(NAO)遥相关型;单中心型风暴轴偏强(弱)时,SLP距平场呈AO遥相关型的正(负)异常位相。     

动力延伸预报产品在广西月降水预报中的应用

利用1958—2005年NCEP/NCAR再分析资料和2003—2005年国家气候中心的动力延伸预报产品, 运用自然正交函数展开 (EOF) 求取预报关键区内的空间特征向量及其时间系数, 结合相似离度方法查找与预报月份相似的个例, 进而作出广西月降水量预报。独立样本试验证明, 利用动力延伸预报产品制作的区域月降水预报比利用前期实况高度距平场相关区域制作的预报效果更好。     

西北东部夏季干湿演变及环流特征

选取中国西北东部1960--2004年33个台站夏季（6—8月）逐日降水资料和北半球NECP／NCAR500hPa高度场再分析资料，首先统计了中国西北东部逐年夏季总降水量和无雨日数，并根据它们呈显著负相关的特点，定义了无雨日数一降水均一化干湿指数，然后对干湿指数场进行了EOF分解，探讨了西北东部夏季干湿异常的演变特征，同时对干湿异常年份进行了500hPa高度距平场合成分析。结果发现：一致性异常特征是西北东部夏季干湿指数的最主要的空间异常模态；西北东部近45年来的变干趋势是明显的；新疆脊偏弱、东亚大槽偏浅是西北东部夏季湿年同期500hPa高度场特征，而新疆脊偏强、东亚大槽偏深是干年同期500hPa高度场特征；乌拉尔山脊线偏西、东亚大槽偏浅是湿年前期12月高度场特征；乌拉尔山脊线偏东、东亚大槽偏深是干年前期12月高度场特征。冬季12月500hPa高度场环流特征是预测下年夏季干湿特征不容忽视的指标。