陕西汛期降水年际增量预测新技术研究

应用年际增量预测方法,通过分析影响陕西汛期降水的物理机制,建立了具有较高预测效能的陕西汛期降水年际增量预测模型。研究表明,赤道太平洋中东部海温年际增量、500 hPa高度年际增量与陕西汛期降水具有很好的相关性。当前一年秋、冬季赤道太平洋中东部海温增量在南北方向上表现为“－＋－”分布型时,陕西当年汛期降水偏多,反之,陕西当年汛期降水偏少。当前一年秋、冬季500 hPa高度年际增量在赤道附近呈带状正值分布时,陕西当年汛期降水偏多;呈带状负值分布时,陕西当年汛期降水偏少。国家气候中心提供的74项环流特征量、陕西省0 cm地温增量因子与陕西汛期降水也有很好的相关关系。在对预测因子物理意义分析的基础上,用逐步回归方法引入因子,建立陕西10个气候区域的汛期（6—8月）降水总量和各分月（6、7、8月）的降水年际增量预测模型（共40个）,汛期降水总量预测模型交叉检验距平同号率达78.4%。对2010—2013年汛期降水总量和各分月降水量进行试报,其准确率PS评分分别达到75.8和66分。增量预测方法具有较强的预测能力,能够在一定程度上提高陕西汛期降水预测水平,可作为有效方法投入实际业务应用。     

陕西夏季旱涝的主要环流特征

利用1961—2008年NCEP／NCAR再分析资料以及陕西地面月降水资料,采用EOF分解、合成分析等方法,分析了陕西夏季旱涝的时空分布特征以及前期气候系统的异常信号特征。结果表明：陕西夏季多雨年乌拉尔山高压脊和鄂霍次克海高压偏强,贝加尔湖低槽偏深,西太平洋副热带高压偏强,西伸脊点偏西。并且前期冬季中高纬度中亚长波脊偏强偏西,西太平洋副热带高压偏强,印缅槽偏弱,700hPa西北地区东部至华北偏北风异常偏强,赤道东太平洋出现暖水位相,西风漂流区海温偏低,印度洋海温偏高,陕西夏季易多雨;而陕西夏季少雨年西太平洋副热带高压偏弱,西伸脊点偏东,陕西主要受中亚高脊前西北气流控制。前期冬季中高纬度欧洲西北部低槽偏强,中亚长波脊偏弱,西太平洋副热带高压偏弱,印缅槽偏强,700hPa西北地区东部至华北偏南风异常偏强,赤道东太平洋出现冷水位相,西风漂流区海温偏高,印度洋海温偏低,陕西夏季易少雨。     

第二松花江流域夏季降水年际增量预测模型研究

利用1980—2016年第二松花江流域（SSR）夏季（6—8月）平均降水量资料、NCEP/NCAR再分析月平均环流场资料、NOAA的月平均海温场资料，采用年际增量预测方法，通过分析与SSR夏季降水年际增量相关的环流及海温，确定了超前12个月内的6个预测因子，包括：11月东亚200hPa纬向风、12月西藏高原-2指数、12月赤道中东太平洋200hPa纬向风、2月印度洋海温、10月西太平洋暖池海温、4月东亚100hPa经向风。在此基础上利用这 6个预测因子，利用1980—2010资料建立SSR夏季降水年际增量的统计预测模型，最后根据年际增量给出SSR夏季降水的预测结果。经检验，1981—2010年，SSR夏季降水年际增量的预测拟合系数是0.83，SSR夏季降水预测结果拟合系数为0.67，SSR夏季降水预测结果相对均方根误差为15%，均通过了显著性检验；对2011—2016年进行试报实验，该模型也很好的预测出降水的年际增量变化趋势，除2014年以外，SSR夏季降水预测结果相对均方根误差绝对值都控制在23%以内，2016年仅为-9.9%。因此，通过预测降水的年际增量，进而再预测降水的方法，具有一定的预测技巧，可作为有效方法投入实际业务应用。     

基于交叉小波分析方法的西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性研究

西太平洋副热带高压的年际变率受热带多个关键海区的海-气相互作用过程调控, 但彼此间的因果关联和影响机制尚不清楚。为揭示西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常之间的内在关联特性, 定义了三个关键海区以及赤道纬向西风区的特征指数, 并分别与西太平洋副热带高压强度、脊线指数进行了交叉小波和相干小波分析。研究发现:西太平洋副热带高压指数存在显著的2~3年和准5年的周期振荡, 20世纪八九十年代后, 由于暖池区海温及赤道纬向西风区的Hadley环流强迫加强, 致使副热带高压特征指数的2~3年周期振荡加强; 从位相关系看, 先是西太平洋副热带高压减弱南撤导致纬向西风加强, 其后影响赤道东太平洋海温升高, 同时暖水向东传, 使赤道中太平洋以及暖池区海温逐渐升高, 在Hadley环流作用下使副高加强北抬。基于上述西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常变化相关性诊断研究, 进一步探讨了造成这种相关性的影响机理和因果关联, 为揭示西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性做探索研究。      

云南夏季降水异常的影响因子及物理统计预测方法

云南夏季降水年际变化较大,影响因子众多,夏季降水的预测较为困难。使用1965—2017年云南省122个气象观测站的逐日降水资料和NCEP大气环流资料,采用年际增量的方法来预测云南夏季降水。文中基于云南夏季降水年际增量变化规律和影响夏季降水的环流形势及物理过程,选取了6个具有物理意义的预测因子,包括:前期2月南太平洋海温异常、前期2月东亚北部海平面气压异常、前期4月北美500hPa位势高度异常、前期5月太平洋北部海平面气压异常、前期1月印度半岛北部500hPa位势高度异常及前期2月澳洲以南地区200hPa高度场偶极子异常,来建立云南夏季降水预测模型。并对预测模型进行逐年交叉检验和1998—2017年逐年独立样本检验。交叉检验中夏季降水年际增量预测值和观测值的相关系数为0.85,相对均方根误差为8.0%。回报检验中夏季降水年际增量的相对均方根误差为9.1%,63.0%的异常年份预测值能够准确地预报出夏季降水异常。该预测模型有较好的预测能力。     

山西省夏季降水与赤道东太平洋海温关系初探

利用山西省58个台站1960-2009年有观测记录的50年夏季降水资料和NCEP/NCAR再分析逐月位势高度场和海温场资料,研究了山西省旱、涝年大气环流特征差异,并进一步讨论了山西省夏季降水异常与赤道东太平洋（Nino区）海温异常的关系。研究结果表明：山西省夏季降水异常年从前期春季到同期夏季,欧亚中高纬度500hPa位势高度的大气环流存在异常,尤其是乌拉尔山高压脊、贝加尔湖低槽及西太平洋副热带高压等大尺度环流系统都有明显的变化;850hPa风场上蒙古气旋南部纬向风的异常,以及我国东部到华北地区经向风（东亚夏季风）的异常,是直接影响山西省夏季降水的重要环流因子;赤道东太平洋秘鲁冷水舌和太平洋东岸暖水舌均是山西省夏季降水的敏感区,其中Nino区域前期春季海温异常对山西省夏季降水的环流系统有显著的影响,即Nino区域前期海温偏低有利于山西省夏季降水偏多。     

夏季西太平洋副热带高压的不同类型与中国汛期大尺度旱涝的分布

利用历史数据,研究了西太平洋副热带高压指数的特征,证实脊线指数和西伸脊点指数可以较好地描述西太平洋副热带高压,同时也指出这两个指数的年际和年代际变化及其不同的配置,是造成中国夏季降水时空分布和旱涝异常的复杂性、多变性的主要原因之一。据此,将西太平洋副热带高压西伸脊点指数和脊线指数的距平投影到二维平面上,对西太平洋副热带高压进行了分类,并对其各种类型下中国夏季降水进行了合成分析,发现夏季西太平洋副热带高压西伸脊点和脊线不同配置下中国夏季降水的总体分布具有明显的规律性:在西太平洋副热带高压脊线偏北的情况下,夏季降水总体表现出南北两条雨带;在西太平洋副热带高压脊线正常的情况下,夏季降水总体表现为北多南少,长江以北降水偏多;在西太平洋副热带高压脊线偏南的情况下,夏季降水总体表现为南多北少,长江流域及其以南地区降水偏多;上述3种情况下西伸脊点越偏西,降水范围越大。此外,通过计算1951—2010年各年夏季降水实况与其西太平洋副热带高压所属年份夏季降水合成的距平相关系数,发现同一类型下各年夏季降水与其合成分布总体相似,说明了西太平洋副热带高压位置对中国降水具有明显的影响,同时也说明此种分类具有一定的合理性。最后,通过对9种西太平洋副热带高压类型下北半球夏季500hPa高度场和850hPa风场距平分别进行合成,对不同西太平洋副热带高压类型下中国夏季降水的大尺度环流背景和可能机理进行了分析。     

2016年夏季内蒙古降水与环流异常特征分析

文章利用2016年前期海洋表面温度异常信号与夏季及各月阻塞高压、东北冷涡、西太平洋副热带高压、夏季风强度等环流系统关系,分析了夏季内蒙古降水异常成因和预测检验。结果表明:(1)2016年夏季500hPa欧亚中高纬高度场纬向呈"+-+"的分布,乌拉尔山和鄂霍次克海阻塞高压强,夏季风弱,同时西太平洋副热带高压位置偏南,东北冷涡强度阶段性变化,导致内蒙古降水略少,初夏与盛夏出现多雨少雨转折。(2)初夏6月,内蒙古异常降水主要为阻塞高压和东北冷涡影响;盛夏7、8月夏季风、副热带高压强度、脊线位置、阻塞高压等系统不同配置对内蒙古降水影响较大。(3)前期赤道太平洋Nino区海温指数及大西洋三极子指数(NAT)与夏季风、中高纬度环流与阻塞高压、西太平洋副热带高压等关系及对降水异常影响显著。     

山西省夏季降水与赤道东太平洋海温关系初探

利用山西省58个台站1960-2009年有观测记录的50a夏季降水资料和NCEP／NCAR逐月再分析位势高度场、NOAA逐月海温场资料,研究了山西省旱、涝年大气环流特征差异,并进一步讨论了山西省夏季降水异常与赤道东太平洋（Nino区）海温异常的关系。研究结果表明：山西省夏季降水异常年从前期春季到同期夏季,欧亚中高纬度500hPa位势高度的大气环流存在异常,尤其是乌拉尔山高压脊、贝加尔湖低槽及西太平洋副热带高压等大尺度环流系统都有明显的变化;850hPa风场上蒙古气旋南部纬向风的异常,以及我国东部到华北地区经向风（东亚夏季风）的异常,是直接影响山西省夏季降水的重要环流因子;赤道东太平洋秘鲁冷水舌和太平洋东岸暖水舌均是山西省夏季降水的敏感区,Nino区域前期海温异常对山西省夏季降水有显著的影响,即Nino区域前期海温偏低有利于山西省夏季降水偏多。     

基于年际增量法的中国西部山区夏季降水统计预测研究

利用中国756个站点观测数据、Nio3区海温指数和74项环流指数等资料,应用EOF分析和相关分析等方法,对中国西部山区夏季(6—8月)降水的时空分布特征及其与ENSO和大尺度环流的相关关系进行分析。结果表明,中国西部山区夏季降水与冬季(上年12月—2月)Nio3区海温具有显著的正相关关系,且两者的相关关系与月份、海拔高度关系密切,并具有年代际变化特征。西部山区降水还与春季(3—5月)西太平洋副热带高压的强度具有显著的正相关关系。将西部山区夏季平均降水作为预测量,前期冬季Nio3区海温和春季西太平洋副热带高压强度作为预测因子,分别对秦岭、巫山山区降水建立预测模型,并利用该预测模型对2009—2018年夏季降水进行独立样本回报检验,发现预测模型对秦岭、巫山山区的预测成功率分别为70%和80%,相对误差绝对值通常小于10%,预测效果良好。     

山西春季降水与500hPa环流场及太平洋海温场异常的关系

利用1961—2008年春季山西省62个气象站的逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA太平洋海温资料等,应用SVD、Monte Carlo统计检验和合成分析等方法,探讨了山西春季降水与500hPa环流场及太平洋海温场的异常关系。结果表明,当春季500hPa平均高度场上,欧洲北部、日本海和北太平洋东部出现正异常,而极地、西西伯利亚出现负异常时,山西春季降水易偏多;反之,则易偏少。当春季赤道中东太平洋海温异常偏高,北太平洋东南部海温异常偏低,且前期冬季也有相似的海温距平分布时,山西春季降水易偏多;反之,则易偏少。春季,850hPa我国东部地区110°～120°E范围偏南风减弱是导致山西春季降水偏少的重要因素。     

2011年春末夏初长江中下游地区旱涝急转成因初探

选用NCEP/NCAR、NOAA、国家气候中心(NCC)提供的各要素资料及NOAA-Hysplit模型,对2011年春末夏初发生在中国长江中下游地区旱涝急转的降水异常事件及其影响机制进行初步分析,并建立天气学概念模型.结果表明:(1)长江中下游地区,尤其是(27°N～～32°N,l10°E～120°E)区域在6月第1候...     

奇异值分解和奇异交叉谱分析方法在华北夏季降水诊断中的应用

利用1965~2000年华北5省市及相邻省73个地面观测站逐月平均降水场及北半球500 hPa高度场、北太平洋海温场资料, 采用奇异值分解 (SVD)、奇异交叉谱 (SCSA) 分析方法, 将华北夏季降水场分别与1月北半球500 hPa高度场、冬季北太平洋海温场进行了诊断分析, 得出奇异向量分布型及相互作用的耦合周期信号。在对前4对奇异向量的分析中发现, 华北夏季降水全区域为正距平时与1月北半球500 hPa高度场PNA遥相关型关系非常密切。ENSO对华北夏季降水的影响确实存在, 但华北夏季降水全区域为正距平时与冬季北太平洋ENSO关系并不明显。同时还找出了华北降水与北半球500 hPa高度、北太平洋海温场相互作用的关键区。在华北各型降水与高度场、海温场关键区相互作用的耦合周期中, 前者以准2~7年振荡为主; 后者则周期较长, 最短周期仍为准2年振荡, 最长周期为准10~11年振荡。以上结论为进一步研究华北夏季降水短期气候预测方法, 提供了参考依据。     

赤道印度洋偶极子对重庆夏季降水的影响分析

利用重庆34个气象台站1961—2017年夏季降水量、NCEP/NCAR的再分析月平均高度场资料和海面温度资料，分析发现，上年秋季尤其是11月的赤道（热带）印度洋偶极子（tropical Indian Ocean dipole, TIOD）模态与重庆夏季降水存在正相关关系。通过前期海面温度对大气环流的影响分析，结果表明：上年11月TIOD和夏季500 hPa高度场的相关与重庆夏季降水和高度场的相关一致，显示出从高纬度到低纬度“+、-、+”的相关分布，反映出当上年11月TIOD正位相（负位相）时，次年夏季环流场表现出乌拉尔山阻塞高压明显（不明显）、中纬度30°～37°N低值系统活跃（不活跃），西太平洋副热带高压偏强（弱）、位置偏南（北）的重庆夏季典型的降水偏多环流特征；前期赤道太平洋ENSO暖事件和前期TIOD事件同时发生时，两个事件的作用相互叠加，使得西太平洋副热带高压加强西伸并且位置偏南，造成重庆夏季降水的异常偏多。     

关键区海温年代际异常对我国东部夏季降水影响

利用1931—2010年UKMO HADISST1全球月海表温度、NOAA再分析资料及我国东部96个站月降水量资料,使用REOF,SVD及合成分析等方法探讨了关键区冬季海表温度 (SST) 年代际异常对我国东部夏季降水的影响。结果表明:当冬季黑潮区SST年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度呈“+-+”距平分布,西风带经向环流盛行,西太平洋副热带高压加强、西伸;850 hPa风场距平场上,北方地区为反气旋性异常控制,南海上空为异常偏南气流,这样的环流配置有利于我国东部夏季多雨带出现在长江中下游地区;当冬季南印度洋偶极子 (SIOD) 年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度为正距平,阻塞形势发展,经向环流盛行,有利于冷空气南下,西太平洋副热带高压强度偏强,位置略偏南、偏西;850 hPa风场距平场上,北方地区为一反气旋性异常控制,异常偏北气流延伸至我国南方地区,索马里越赤道气流偏强。这种环流配置使得副热带锋区偏南,夏季多雨带位于华南及东南沿海地区。     

冬季北太平洋南北海温异常对我国汛期雨带类型的影响研究

使用1951—2002年前期（1—5月）北太平洋海温场月平均资料，运用合成分析、多因变量方差分析、判别分析及相关分析方法，探讨我国汛期雨带类型与前期北太平洋海温的时空分布关系。分析表明:尽管汛期各雨带类型对应着前期不同的海温距平场，但它们之间只有部分海域存在显著性差异，且在1月表现最显著。各雨带类型对应海温距平场显著差异关键区主要位于北太平洋的南北海域，即北部中高纬亲潮附近（40°~50°N, 160°E~180°），北太平洋西风漂流区（30°~40°N，175°~145°W）及南部近赤道太平洋中部（10°S~0°, 175°~145°W），且南北海温呈反相关关系。将海温关键区作为判别因子，对雨带类型进行判别分析表明:用多个海温关键区作为判别因子建立的判别方程，其判别准确率比仅用某一海温关键区或海温区之间的和差简单定义的指数作为判别因子建立的判别方程判别准确率高，说明我国东部汛期降水型的分布与多个海温关键区的综合作用是密切相关的。进一步分析判别方程定义的1月海温判别指数与前期高度场和夏季副热带高压各特征量的相关关系表明，该指数对我国汛期雨带类型影响的可能途径是:一是造成大气环流异常，特别是北太平洋涛动的异常，并形成PNA大气遥相关型，从而引起我国汛期降水异常；二是造成西太平洋副热带高压的异常，主要是面积、强度和西伸脊点位置的异常，从而引起我国汛期降水异常。可见，冬季北太平洋海温南北异常与我国汛期雨带类型关系密切，且具有重要的天气气候学意义。     

东北夏季降水预测技巧偏低的原因探讨

1978～2018年全国夏季降水实时业务预测技巧显示东北地区明显偏低,尤其是近几年在对全国夏季旱涝的总体分布预测效果明显提高的情况下,对东北地区的预测却与实况相反,因此有必要分析该区域预测技巧偏低的原因。利用站点资料、再分析格点数据、实时预测历史数据及统计诊断等方法,探讨了动力气候模式预测能力以及东北夏季降水预测的认识缺陷。通过系统地回顾东北夏季旱涝的气候特征、影响因子及预测方法等方面的研究进展,以及东北夏季降水实时预测检验,得出预测技巧偏低的可能原因:（1）东北初夏降水主要受东北冷涡活动的影响,盛夏主要受西太平洋副热带高压、东北南风和中高纬环流型的共同作用,而业务常用的国内外主要动力气候模式无法准确反映与东北初夏和盛夏降水相联系的关键环流系统;（2）东北夏季降水与全球海温的关系较弱且不稳定,尤其是与ENSO的关系较为复杂,年际关系随年代际变化而波动,即ENSO不是预测东北夏季降水的强信号;（3）东北夏季降水具有明显的季节内、年际和年代际等多时间尺度变率,夏季降水受到多种时间尺度信息的叠加和调控,不同尺度变率的贡献相当,且影响系统不同,导致预测难度较大。最后,进一步探讨了东北夏季降水预测存在的科学问题及可能的解决途径,以期为夏季业务预测提供参考。     

东亚季风环流演变的主要模态及其与中国东部降水异常的联系

利用美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析环流资料、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)重构的海温资料和中国国家气象信息中心(NMIC)整理的752个测站降水资料,对东亚地区季风环流季节演变主要模态及其与中国东部降水异常的关系进行了分析。结果表明,东亚地区850hPa季风环流季节演变存在两个主要模态,第一模态主要受热带印度洋海温和赤道东太平洋海温偏低背景下印度洋偶极(IOD)演变过程控制;第二模态主要受赤道东太平洋ENSO循环和IOD演变控制。对应第一模态,夏季华北多雨,长江流域少雨;对应第二模态,夏季华北、长江流域多雨,淮河、华南少雨。近50年两模态发生了明显改变,与降水变化有很好的对应关系。