用低纬黑潮区冬季海温制作夏季逐月南海高压高度指数及副高西伸脊点预报

近几年随着对副热带系统研究的深入,尤其是对副高诸特征量与我国夏季降水关系研究的进展,不少同志提出夏季南海高压高度指数、西太平洋副高西伸脊点与我国大部分地区降水关系密切,无疑做好南海高压高度指数及西太平洋副高西伸脊点预报,将对我国夏季降水趋势估计起得积极作用。本文运用模糊数学原理,并以前期冬季(12—3月)各月海温为因子制作夏季(5—8月)逐月南海高压高度指数及西太平洋副高西伸脊点预报,取得较好效果。     

利用神经网络计算方法建立太平洋副高活动的预报模型

基于赤道附近海温和副热带高压相关性的观测和研究事实, 利用人工神经网络的BP模型及其优化算法建立了近赤道海温同西太平洋副热带高压面积指数之间的预报模型.该模型可根据月平均的近赤道海温和副高面积指数的前期分布, 预报出其后3个月副高面积指数的基本走向和变化趋势.该模型具有较高的拟合精度, 其预报效果和预报时效具有一定的实用意义.     

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。     

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。     

热带印度洋-太平洋热力异常联合模对我国夏季降水的影响

基于我国160个台站的降水资料和西太平洋副热带高压指数,利用典型相关分析和合成分析等方法,研究了热带印度洋-太平洋热力异常联合模对我国夏季降水的影响,并探讨了该联合模与西太平洋副热带高压的关系。结果表明,该联合模对我国夏季降水有一年到半年的超前影响,且以冬季联合模对次年夏季降水的影响最显著。当冬季联合模出现正异常时,次年夏季我国四川地区、长江流域、华北南部降水偏多,而华北北部和江南大部分地区降水偏少;反之亦然。进一步分析表明,冬季热带印度洋-太平洋热力异常联合模对我国夏季降水的影响可能是通过夏季西太平洋副热带高压的变动来实现的。     

月尺度西太平洋副热带高压指数的重建与应用

针对目前国家气候中心业务监测中使用的月时间尺度西太平洋副热带高压指数存在的问题,利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,对西太平洋副热带高压面积指数、强度指数、脊线指数和西伸脊点4种指数重新进行定义和计算,重建了1951—2010年逐月历史时间序列。面积指数、强度指数采用真实的面积和体积进行定义和计算,脊线指数则同时利用500 hPa高度场和纬向风切变线进行定义,且不仅仅局限于588 dagpm等值线,充分考虑了西太平洋副热带地区高压系统对我国夏季降水的影响作用。选取其中两个相对独立的指数——脊线指数与西伸脊点,通过对这两个指数的9种组合类型的构建,最大程度上涵盖了我国东部夏季降水各种雨型的分布特征。     

近57a夏季西太平洋副高面积的年代际振荡及其与中国降水的联系

利用1951—2007年NCEP/NCAR再分析资料及中国国家气候中心160站降水和环流特征指数,研究了近57 a来夏季平均的西太平洋副热带高压面积指数的气候变化特征及其对同期中国降水的影响。结果表明,在全球变暖的气候背景下,夏季副热带高压面积也表现出增大趋势,其中20世纪60年代中期和20世纪末显著增强,并呈现出准20 a的年代际周期变化特征。各周期中,中国同期降水及流场均出现较大调整：随着西太平洋副热带高压面积长期趋于增大,东亚夏季风异常偏弱,降水分布由＂北多南少＂转为＂北少南多＂,而降水线性增长的区域则呈现出较上一周期明显北移的特征。     

夏季西太平洋副热带高压的客观定量化预测及其对汛期降水的指示

基于动力统计相似预报原理,将模式误差动力统计预报方案应用于西太平洋副热带高压的客观定量化预测,通过交叉检验距平相关系数,筛选出对副热带高压区域的500 hPa高度场模式预报结果订正较好的因子作为前期关键因子集.对2003-2010年的副热带高压区域的500 hPa高度场进行了回报检验,结果显示该方案在数值模式预报结果基础上有了进一步提高,显示出较高的预测水平.在此基础上,从高度场预测结果中提取出与中国降水关系最为密切的两个典型副热带高压特征指数(脊线指数与西伸脊点指数),将其投影在二维平面上,并根据不同类型的副热带高压特征下对应的雨型分类特征得到预报年副热带高压所属类型下中国夏季降水的分布类型,多年检验结果表明,预测的投影类型所对应的降水合成分布与实况的降水具有较好的一致性,进一步验证此种副热带高压与雨型分类的合理性,达到通过副热带高压的定量化预测对夏季的旱涝分布形式进行预测的目的,为进一步提高汛期降水预测水平提供一种可能的思路.     

基于模糊系统的西太平洋副热带高压异常年份的影响因子检测分析和动力预报模型反演

基于自适应网络模糊推理系统(ANFIS),讨论了滤除主信号之上影响因子噪声音的方法和途径,针对2010年的副热带高压异常的天气事实,首先用时滞相关法从观测资料中分析出2010年夏季风系统主要成员中对副热带高压异常影响最显著的3个因子:马斯克林高压、索马里低空急流和印度季风潜热通量,并用ANFIS诊断检测了这3个因子对副热带高压异常的影响和贡献。由于ANFIS系统具有非线性、容错性和自适应学习等特性,因此适宜于研究和模拟副热带高压等动力学不易准确描述的问题。在此诊断分析基础上,采用遗传算法和动力重构理论相结合的技术路径,从2010年实际的观测资料序列中客观准确地反演重构出非线性的副热带高压及其影响因子的动力模型,并对其进行了动力延伸预报试验。多次试验结果表明,预报的副热带高压面积指数、马斯克林冷高压强度指数、索马里低空急流和印度潜热通量指数在25天以内的中短期预报效果较好,误差不超过10%,并且预报出了指数的变化趋势。为西太平洋副热带高压与东亚夏季风系统的关联性和西太平洋副热带高压指数预测研究提供了一种新的思路和方法。     

支持向量机与卡尔曼滤波集合的西太平洋副热带高压数值预报误差修正

基于T106数值预报产品资料,提出了支持向量机和卡尔曼滤波相结合的方法来进行夏季西太平洋副热带高压数值预报的误差修正与预报优化。首先采用支持向量机方法建立了西太平洋副热带高压面积指数的误差修正模型。基于支持向量机预报优化模型尽管有比较好的拟合精度和预报效果,但与实际副热带高压指数尚有一定的差异。究其原因,除预报对象(副热带高压)本身比较复杂、模型优化因子不够充分以及数值预报误差自身的随机性以外,优化模型的输入、输出基本上是一个静态映射结构,因此前一时刻的预测误差难以得到有效的反馈、调整和修正。为考虑前一时刻预报误差的反馈信息,动态跟踪副高的变化趋势,随后引入卡尔曼滤波方法建立支持向量机-卡尔曼滤波模型,对支持向量机模型的输出结果作进一步的调整和优化。试验结果表明,该方法模型的预报优化效果优于T106数值预报产品以及单纯的神经网络修正模型和卡尔曼滤波修正模型的优化效果,能够较为客观、有效地修正西太平洋副热带高压指数的数值预报误差,改进和优化西太平洋副热带高压的数值预报效果。该方法为副热带高压等复杂天气系统和要素场预报提供了一种新的思路,表现出较好的应用前景。     

锡林郭勒盟白灾成因及分布特征

利用锡林郭勒盟气象资料和白灾调查资料,分析了冬季白灾成因、形成过程和分布规律。锡林郭勒盟冬季白灾由冬季降雪量决定,积雪深度和积雪日数是衡量灾情的主要指标;白灾的形成受降雪时间和冬季温度影响;中东部和南部地区发生频率较高,全盟性白灾的发生具有明显的周期性,2000年以来是锡林郭勒盟冬季白灾发生最少的时期。     

1961—2010年锡林郭勒盟极端气温事件变化分析

根据1961—2010年锡林郭勒盟的平均气温及逐日最高、最低气温资料,详细分析了年平均气温、年季平均最高、最低气温以及极端气温的变化规律和特点。结果表明:锡林郭勒盟的年平均气温与全国同步,呈显著上升趋势;年平均最高、最低气温都呈增温趋势,季平均最高、最低气温的变化存在较大的季节性差异,冬季和秋季的增暖趋势异常明显,日较差整体呈现减小趋势;高温日数呈上升趋势,低温日数均呈下降趋势。     

锡林郭勒盟冬季降水分布特征及成因分析

利用气候相似性原理,按照天气系统影响划分气候区,分析锡林郭勒盟冬季降水分布特征及其成因。冬季降水分布特点与其他季节有所不同,西南部和东部各有一大值区,其原因主要是受河套气旋(倒槽)和蒙古冷涡影响造成,山地小气候也起到重要作用。西部地区70年代降水最多,其他地区降水最多的时期是在90年代,2000年以来降水有所减少,异常偏多或偏少的年份多集中于某个时期,具有一定的周期性。     

2010年冬春气候异常对锡林郭勒盟农牧业的影响

气候异常常出现极端天气气候事件和严重的气象灾害,对人类活动和农业生产有严重影响。锡林郭勒盟2009年冬至2010年春气温异常偏低,降水多,一些地区冬季的极端最低气温突破了历史极值。低温多雨的春季气候虽然为牧草生长和农作物播种提供了较好的水分条件,但异常偏低的气温造成严重的热量条件不足,导致锡林郭勒盟大部地区牧草返青期推迟了15~20天,主要作物播种期推迟了10~15天,影响了牧草和农作物生产,推迟了牲畜采青。     

锡林郭勒盟近50年最高气温时空变化特征

利用内蒙古锡林郭勒盟15个气象站1961—2009年逐日最高气温资料,分析了锡林郭勒盟平均最高气温、高温日数的时空分布特征。结果表明:锡林郭勒盟平均最高气温在空间上呈西高东低、中部高南北低的分布,历史演变上呈先下降后升高的变化趋势;高温日数空间上呈西多东少分布,其中高值中心出现在苏尼特右旗、二连浩特市一带,低值中心出现在南部地区,最低点出现在1976年。     

内蒙古冬季主要极端气候事件的环流影响因素分析

过去的几十年中,内蒙古冬季(11月至次年2月)出现极端气候事件的年份并不多。对于极端低温事件的发生,在中西部地区极少出现,多数发生在锡林郭勒盟中部及以东地区。特别是自1986年气候转暖以来,在暖的大背景下,更是较少出现极端低温事件;极端降水事件在冬季各月中也有发生,每个月有其各自的特点。文章着重研究分析11月的极端降水事件。通过对海温、大气环流的异常进行分析和研究,找出影响内蒙古冬季极端降水、极端低温的关键性因子,对今后的极端气候事件预测工作有所帮助和借鉴。     

前期太平洋海温与6～8月西太平洋副高指数的关系

使用相关分析和因子分析等方法,探讨了前期太平洋海温对主汛期副高指数的影响.相关分析发现:海温对副高各指数的影响存在季节和区域上的变化,海温变化主要影响副高的面积和强度指数,对西伸脊点的影响次之,对脊线位置的影响比对北界位置显著.从各季节海温对副高5个指数(脊线位置、北界位置、西伸脊点、面积、强度)集合整体的线性拟合能力上看,秋、冬季海温较春季效果稍好,赤道中东太平洋及北美西海岸海温对副高指数的影响较西北太平洋显著.因子分析结果发现:前期各季节海温第1公共因子主要反映了赤道中东太平洋与西太平洋海温的反相变化关系,该公共因子与主汛期副高指数相关最显著,且较好地反映海温与副高各指数的相关特点,其它公共因子与副高指数相关性均较弱.年代际变化分析表明:1970年代末以前,海温变化使La Ni?a事件易为出现、夏季副高偏弱偏东、面积偏小、位置偏北,1980年代以后则相反.     

The operational seasonal forecasting of the summer rainfall in China

The paper presents a review of the success and failure of the practical results from summer drought and flood forecasts and seasonal precipitation forecasts in the period from 1976 to 1985. An analysis is made on the anomaly of the general circulation winch gives rise to summer precipitation and drought-flood occurrences in the country. It is proposed that the subtropical high over the West Pacific, the South Asia high and middle-latitude westerlies are the major synoptical regimes producing summer weather in China. The analysis focuses on the features of low-frequency oscillation and abnormality of the West Pacific sub-tropical high in the monthly 500 hPa mean charts, and on their interactions with the sea temperature of the North Pacific and the Equatorial Pacific. The result shows that there exist quasi-cycles of 3－4 years, 11 years and 19 years or so in the subtropical high with the feature of strong persistence and seasonal changes. There is a rather good correlation between the behaviour of the subtropical high and changes in the cold current area in the East Pacific, and especially during the El Nino period, there is an ob-vious coupling with abnormal changes of the intensity of the subtropical high. Analysis is also made on the effect of the thermal condition of the Tibetan Plateau, the Northern Hemisphere westerly circulation and the astronomical factors on the West Pacific subtropical high, the South Asia high and precipitation in the rainy season in China.     

山东夏季降水异常的前兆信号特征

利用山东省内1960～2003年40个观测站的夏季降水资料和NCEP/NCAP再分析资料,分析了山东夏季降水空间分布、时间尺度的演变特征以及山东夏季降水异常时大气环流、热带对流活动的异常特征,结果表明:山东夏季降水总体呈现由鲁南向鲁北递减的趋热,空间分布具有一致性.涝年的前期冬季极涡向东扩展,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏强;旱年前期冬季极涡偏向西半球,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏弱.涝年热带印度洋、南海至西太平洋地区对流增强,热带东太平洋地区对流减弱,西太平洋副热带高压位置偏北;旱年则相反.涝年前期冬季由于冬季风较强及低纬度地区冷涌活跃,加强了低纬地区的对流活动,增强了Hadely环流,加强了能量及水汽向中、高纬度地区的输运,从而引起山东降水增多.     

锡林郭勒草原不同生态地理区气候干燥度周期变化的小波分析

以锡林郭勒盟及其周边地区17个气象站点1960年以来的月气温和降水量数据为基础,利用气象学与生态学知识,按照荒漠草原区、典型草原区、草甸草原区和农牧交错区4个生态地理区对锡林郭勒盟及其周边地区的气象站点进行分区归并,统计各区的De Martonne干燥度指数,在Matlab等软件的支持下,用小波分析的方法,研究各区年平均气温的周期性变化规律及各区之间的异同点。研究结果表明,在25-32a时间尺度上,随着时间的推移,锡林郭勒盟4个生态地理区年干燥度均呈现明显的周期变化,形成正负相间的震荡中心;草甸草原区和农牧交错区表现出干燥程度增加的趋势。总体上推测,2007年以后的15a左右时间,锡林郭勒盟的4个生态地理区的气候均将呈现比较干燥的状态。