集合预报产品释用方法的研究

提出一种动力与统计相结合的集合预报产品的动力统计释用方法，该方法从大尺度大气动力学方程组出发，考虑中期旬尺度的大气环流特征，采用简单的斜压模式，推导出旬降水距平百分率与旬环流形势场的关系，从而建立了旬降水距平百分率预报方程，与相当正压的月降水距平百分率预报方程相比，更符合常规天气预报业务中对实际大气的动力学和天气学意义的考虑，试报结果表明，动力与统计相结合的方法对旬尺度动力延伸集合预报产品的释用具有明显的效果。     

山东夏季降水与北太平洋SST和大气环流的关系

计算发现赤道东太平洋和北太平洋流区海温与山东夏季降水相关性好，在此基础上，讨论了山东夏季旱涝年同期，前期ＳＳＴ异常的特征及其与大气环流的相互关系，发现同期ＳＳＴ异常显著，前期赤道东太平洋ＳＳＴ负异常与５００ｈＰａ，大气环流负ＷＰ相关型关系密切，北太平洋流区海温异常很可能受环流异常的调制，利用２－４月高相关区ＳＳＴＡ做当年夏季降水趋势预测的试验和利用赤道东太平洋区３月、北太平洋流区７月海温做长期夏季     

动力延伸预报产品释用方法的研究

目前以数值形势预报为基础的动力产品释用方法主要有模式输出统计法（ＭＯＳ）和完全预报方法（ＰＰＭ）。由这两种方法建立的预报方程缺乏明确的物理意义,所以文中提出了一种动力与统计相结合的方法。该方法从大尺度大气动力学方程组出发,推导出月降水距平百分率与月环流场的关系,从而建立了月降水距平百分率预报方程,随后利用月动力延伸预报的５００ｈＰａ高度场和实际降水场资料反演出月降水距平百分率预报方程的系数。该方程经过独立样本检验,表明这种方法对利用动力延伸集合预报的环流形势作月降水距平预报具有一定的能力。     

北半球月平均环流异常与我国夏季月降水量异常之间关系的时空综合EOF分析

本文利用一种时空综合的经验正交函数（ＥＯＦ）方法探讨了我国夏季降水场与同期及前期北半球５００ｈＰａ环流场之间的关系。这种方法能够同时给出降水场的距平分布及其对应的同期和前期环流场距平分布型。分析了前三个特征向量场的空间结构，得到了三种不同降水异常分布型及其与之相应的同期和前期５００ｈＰａ环流异常型。结果发现，前期（冬季）５００ｈＰａ高度距平场在中高纬度地区有着同夏季几乎完全相反的分布特征，在这一特征下，我国东部夏季降水场有较一致的距平分布，此外，当前期冬季５００ｈＰａ出现ｗｐ型环流异常时，我国长江流域夏季降水会出现显著异常。     

北太平洋海表持续加热对夏季中国降水及大气环流的影响

用海温距平累积和讨论了北太平洋海温异常持续加热对夏季中国降水和大气环流的影响。结果表明：ＳＴＰＮＡ（海温的太平洋北美遥相关型）指数距平累积和与江淮流域夏季降水有密切的相关,与全国雨带的类型也有较好的联系。进而讨论了ＳＴＰＮＡ指数距平累积和对大气环流的影响。     

夏季淮河流域大气环流型在降水趋势预测中的应用

采用NCEP/NCAR逐日海平面气压场资料,利用Lamb-Jenkinson大气环流分型方法对淮河流域夏季环流进行分型,并利用逐步回归方法建立了淮河流域夏季降水趋势的预测模型。结果表明:影响夏季淮河流域的主要环流型有南风型、西南风型、东南风型及气旋性环流,这些环流型都具有显著的年际和年代际变化特征,利用大气环流型建立的夏季淮河流域降水趋势预测模型具有一定的预报能力。     

中国东部夏季降水与东亚垂直环流结构及其预测试验

本文在分析中国东部夏季降水的时空分布特征基础上, 从东亚高、中、低层大尺度环流异常着手, 选取对中国东部夏季降水异常有显著影响的大气环流预报因子, 分别应用逐步回归和最优子集回归法两种统计降尺度方法, 以动力气候模式CAM3.1预报输出的大气环流预报因子为基础, 以中国东部夏季降水的典型空间分布型为预报对象, 建立动力与统计相结合的中国东部夏季降水预测模型, 并对1981～2000年的中国东部夏季降水进行回报试验。结果表明: 中国东部夏季降水具有4类典型的空间分布型式, 且具有显著的准2年和年代际尺度振荡周期; 东亚高、中、低层大气环流异常的特定配置, 对东部夏季降水的空间分布型有显著影响; 使用两种降尺度方案建立的动力与统计相结合的预测模型对中国东部夏季降水异常具有一定的预报技巧, 可以在一定程度上提高动力模式对中国东部夏季降水的预报效果。     

北半球冬季环流异常对我国东北夏季长期天气过程的影响

用北半球１４个冬季的５００ｈＰａ候距平高度场和１４个夏季东北地区温度和降水候距平资料，分析了冬季环流异常对次年夏季温度和降水异常的影响，发现北半球冬季环流异常的显著区与冬季大气活动中心或超长波槽脊相联系；与我国东北地区夏季温度和降水异常关系密切。在Ｅｌ Ｎｉｎｏ和反Ｅｌ Ｎｉｎｏ年，这种现象更为明显。     

华北汛期降水多因子相似订正方案与预报试验

本文基于动力—相似预报的基本原理, 在已初步建立的华北汛期降水模式的动态最优多因子组合相似订正方案工作基础上, 研究前期关键因子之间的相互配置对夏季降水的影响, 挑选关键的大气环流预报因子。根据预报年前期气候因子的异常状况, 通过EOF压缩自由度进行相似年选取, 进一步构建了基于前期异常信号的汛期降水相似订正预报方案。研究发现, 预报年前期大气环流中异常因子个数的偏多或偏少与该年华北降水的多寡呈现较好的对应关系, 并以异常因子的个数状况作为判断该年是否为异常年的标准, 将异常多因子方案与动态最优多因子方案相结合, 建立模式误差相似订正的多因子综合预报方案。通过诊断分析发现, 该方案对降水异常年有着较好的针对性。2003～2009年7年的独立样本回报结果表明: 该方法进一步提高了模式对华北汛期降水的预报能力, 将华北汛期降水预报的距平相关系数 (ACC) 平均分从系统订正结果的0.38提高至0.61, 具有良好的业务应用前景。     

北太平洋次表层海温异常对中国夏季降水影响的可能途径

利用Godas月平均次表层海温资料, 分析了冬、春季和夏季北太平洋次表层海温层际相似性特征, 据此对次表层海温进行分层。在此基础上研究了500 hPa位势高度场、北太平洋次表层海温、中国夏季降水三者之间的时滞相关关系, 发现春季北太平洋次表层海温场是联系前、后期大气环流的关键因素。前期冬季大气环流对春季北太平洋次表层海温场影响最显著, 春季北太平洋次表层海温场又持续影响同期及后期夏季大气环流异常。异常的夏季大气环流与同期表层、次表层海温相互作用, 共同造成夏季长江流域与华北、华南降水出现相反异常的分布型式。     

淮河流域土壤湿度异常的时空分布特征及其与气候异常关系的初步研究

利用中国东部1990~2000年旬平均土壤湿度、降水和气温观测资料，通过对0~50 cm层次土壤湿度进行旋转主分量分析 (REOF)，重点分析了淮河流域土壤湿度的时空分布特征, 并初步研究了土壤湿度与前期、同期和后期不同时段降水与气温的关系。发现春季以30 cm为界，30 cm以上各层土壤湿度异常的第一旋转空间模态十分相似, 其大值中心主要位于淮河流域，而30 cm以下 (30~50 cm) 各层的第二旋转空间模态与之亦十分类似, 因此称该模态为“淮河型”，而夏季和秋季虽然该模态也很显著, 但特征不如春季突出。该模态在各层次土壤中具有明显的持续性特征，均存在40旬左右的显著周期；并与前期和同期降水（气温）呈显著正 (负) 相关关系，与约半年后的降水 (气温) 呈负 (正) 相关关系。     

作物生长对流域水文过程与区域气候的影响

利用区域气候模式RegCM3以及考虑作物生长过程的耦合模式RegCM3_CERES对东亚区域进行20年模拟,研究作物生长对流域水文过程与区域气候的影响。结果表明：考虑作物生长过程的耦合模式模拟海河流域、松花江流域、珠江流域多年平均降水效果明显改进,在除黑河流域外的各流域模拟的温度负偏差有所减小,其中在海河流域、淮河流域的夏季改进尤为明显。各流域夏季（6、7、8月）月蒸散量最高,其中长江流域、海河流域、淮河流域、珠江流域的夏季月蒸散量基本上在100 mm左右,并且七大流域蒸散发的季节变化趋势跟总降水基本一致。多数流域考虑作物生长过程的耦合模式模拟得出蒸散发减少且进入的水汽增加,导致局地水循环率减小;黑河流域与黄河流域降水有所增加,其他流域均有不同程度的减小。针对长江流域,比较耦合模式RegCM3_CERES与模式RegCM3模拟结果显示,叶面积指数减少1.20 m²/m²,根区土壤湿度增加0.01 m³/m³,进而导致潜热通量下降1.34 W/m²（其中在四川盆地地区减少16.00 W/m²左右）,感热通量增加2.04 W/m²,从而影响到降水和气温。     

近50a东北冷涡异常特征及其与淮河流域降水的关系

利用美国国家环境预报/大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均数据分析了1960—2009 年夏季东北冷涡的异常特征,研究了夏季东北冷涡与同期淮河流域降水的关系,发现:东北冷涡偏强时,淮河流域的降水很可能偏多,东北冷涡偏弱时,淮河流域的降水很可能偏少。东北冷涡异常强年,淮河流域高低层环流具有斜压性,且低层有显著的正涡度发展,促进了上升对流运动活跃发展。而东北冷涡活动异常频繁,有利于引导潮湿阴冷的北方气流南下,与东亚夏季盛行的西南暖湿气流在淮河流域上空交汇,在上升运动的触发下,导致淮河流域降水明显增多;东北冷涡弱年的情况正好相反。     

基于时空统计降尺度的淮河流域夏季分月降水概率预测

针对淮河流域水资源短缺、洪涝、干旱并存的问题,基于国家气候中心第二代季节气候模式的集合回报数据集(1991—2014年),建立时空相结合的统计降尺度模型,提前1—3个月预测该流域夏季分月降水,应用ROC(relative operating characteristics)评分评估比较了不同集合预测方案的预测技巧。交叉检验结果表明,样本数取18、20、22、28时,集合预测方案对3、4、5月三个起报时次预测的夏季各月降水技巧预测均高于模式预测技巧。2015—2017年的独立样本检验进一步表明该统计降尺度模型能够明显降低3月、5月起报的6月和8月的降水预测偏差。认为可尝试将该降尺度方法应用于淮河流域夏季降水预测及进一步的流域水文预测。     

热带西太平洋对流活动与中国夏季降水

利用 1 979～ 2 0 0 3年月平均射出长波辐射 (OLR)资料 ,分析了中国夏季江淮多 (少 )雨年的同期及前期热带太平洋地区OLR场分布特征。通过定义和计算OLR对流强度指数 ,探讨对流活动与中国夏季雨型的关系。结果表明 ,夏季热带西太平洋地区平均对流活动强度与同期江淮地区降水有很好的反相关关系 ,即当热带西太平洋地区对流活动强时 ,江淮地区降水易偏少 ,当对流活动弱时 ,江淮地区降水易偏多。不仅如此 ,前期冬、春季对流活动强度与夏季对流活动强度有明显的正相关关系 ,则可利用前期冬、春季对流活动强度对当年中国夏季降水趋势进行预测和补充订正。因此 ,热带西太平洋地区对流活动强弱对于中国夏季降水预测有一定的指示意义。     

青藏高原春季土壤湿度异常对我国夏季降水影响的模拟研究

利用耦合的全球海气模式（NCAR CCSM3）, 对青藏高原春季土壤湿度异常影响我国夏季7月降水的机制进行了数值模拟。结果表明, 高原6~62 cm深度的中层土壤湿度异常与表层土壤湿度异常有很好的一致性, 相对而言, 中层土壤湿度异常的持续性较好。若5月高原中层土壤偏湿, 则春末至夏初高原地面蒸发、 潜热通量增加, 而感热通量、 地面温度降低, 高原表面的加热作用减弱, 使得印度高压西撤偏晚, 环流系统的季节性转换偏晚, 东亚地区形成有利于我国夏季出现第I类雨型的环流分布形势, 使我国东部雨带偏北, 华北地区多雨, 江淮地区降水偏少, 华南地区降水偏多; 反之亦然。     

2007年淮河强降水时期低频环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料以及中国气象台站降水资料,研究了2007年夏季淮河流域强降水的低频振荡及其环流特征。结果表明,2007年夏季淮河流域强降水低频振荡的主要周期是10 25天。淮河流域降水强弱与对应低频周期存在联系,降水主要发生在低频周期的正位相时期,而在负位相时期结束或明显减弱。降水的低频变化一方面与副热带高压和南亚高压的低频变化有关,另一方面还受到中高纬度冷空气低频变化的影响。在低频周期的峰值位相,对流层高层出现的低频反气旋使南亚高压偏东,脊线偏北,并有利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的上升运动。中高纬地区出现大片正位势涡度,冷空气的低频活动显著偏强,南下侵入到中国淮河流域的冷空气较多,形成有利于淮河流域强降水的环流场。相反,在低频周期的谷值位相,对流层高层出现的低频气旋使南亚高压偏西,脊线偏南,不利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的下沉运动。高纬度冷空气的低频活动偏弱,南下侵入到中国淮河流域的冷空气也较少,最终形成不利于淮河流域强降水的环流场。     

Relationship Between Soil Temperature in May over Northwest China and the East Asian Summer Monsoon Precipitation

This study investigates the relationship between the soil temperature in May and the East Asian summer monsoon （EASM） precipitation in June and July using station observed soil temperature data over Northwest China from 1971 to 2000.It is found that the memory of the soil temperature at 80-cm depth can persist for at least 2 months,and the soil temperature in May is closely linked to the EASM precipitation in June and July.When the soil temperature is warmer in May over Northwest China,less rainfall occurs over the Yangtze and Huaihe River valley but more rainfall occurs over South China in June and July.It is proposed that positive anomalous soil temperature in May over Northwest China corresponds to higher geopotential heights over the most parts of the mainland of East Asia,which tend to weaken the ensuing EASM.Moreover,in June and July,a cyclonic circulation anomaly occurs over Southeast China and Northwest Pacific and an anticyclonic anomaly appears in the Yangtze and Huaihe River valley at 850 hPa.All the above tend to suppress the precipitation in the Yangtze and Huaihe River valley.The results also indicate that the soil temperature in May over Northwest China is closely related to the East Asia/Pacific （EAP） teleconnection pattern,and it may be employed as a useful predictor for the East Asian summer monsoon rainfall.     

中国东部前冬、春土壤湿度与夏季气候的关系

利用中国东部(100°E以东)139个站的1951~1999年逐月反演的土壤湿度资料以及160个气象台站的气温、降水资料,分析了我国东部不同区域前冬、春土壤湿度异常与夏季气候的关系。研究结果表明,黄河以南地区上年冬季土壤湿度与夏季降水存在正的相关关系,但这种滞后相关存在明显的地域差异。其中云贵高原和华中地区夏季气候对上年冬季土壤湿度响应最显著。黄河以北的华北和内蒙地区上年冬季土壤湿度与夏季降水有弱的负相关关系。除了云贵高原地区外,多数地区上年冬季土壤湿度与夏季温度存在负相关关系,其中负相关最显著的是华北地区。春季土壤湿度除与云贵高原的夏季气候关系密切外,与其他地区夏季气候的关系不显著。土壤湿度与气候的滞后相关表明土壤湿度在年际尺度上对后期气候有一定的影响。