多因子和多尺度合成中国夏季降水预测模型及预报试验

根据青藏高原60个站平均的月积雪深度、热带太平洋Nino 3区月海温和中国160个站月降水量等资料,用小波变换和相关分析,分析了1958～1998年秋冬季青藏高原异常雪盖与El Nino-南方涛动(ENSO)的关系、多时间尺度变化的特征及其与中国夏季降水的相关型式.并取青藏高原积雪和Nino 3区海温的年际变化、年代际变化和线性趋势三种不同时间尺度的小波分量作为预报因子,对我国夏季降水距平作线性回归,建立了相应的预测模型.最后,利用1999～2002年的独立资料进行了预报试验,并在2003年和2004年应用于实际预报.研究表明,青藏高原雪盖与ENSO这两个物理因子彼此具有一定的独立性.它们都是多时间尺度现象,并与中国夏季降水有较好的关系.在不同时间尺度上不仅有不同的相关型式,而且相对贡献也有变化.回归预测模型的拟合情况和预报试验表明,综合考虑前期秋冬季青藏高原雪盖和ENSO这两个物理因子的年际变化、年代际变化和线性趋势作为预报因子建立的预测我国夏季降水距平分布的模型,有一定的预报能力.     

NAO对青藏高原中东部夏季降水双极振荡模态影响的时间尺度厘定

通过对1961 2010年青藏高原中东部66个台站夏季降水的EOF分析,进一步证实在现代气候背景下南北双极振荡模态是夏季青藏高原最主要的降水空间结构,并表现出较强的稳定性,相关分析表明该模态与夏季北大西洋涛动(NAO)存在稳定密切的联系。集合经验模态分解(EEMD)能够根据NAO和青藏高原降水双极振荡模态时间系数序列自身的特点而把原序列中不同时间尺度的信息分离出来,夏季NAO与青藏高原降水双极振荡模态之间最显著的联系主要发生在以准3~4年为周期的年际信号里,因此,以NAO为主的北大西洋大气活动(而非该地区的海温变化)可能是驱动青藏高原夏季降水南北双极振荡模态形成的最主要原因之一。     

关于我国夏季气候年代际变化特征及其可能成因的研究

利用我国160个台站1951～2000年夏季(6～8月)降水和气温观测资料,以及NCEP/NCAR海温、风场和水汽的再分析资料,分析了我国夏季风降水和气温的年代际变化特征及其可能成因.分析结果表明,我国夏季降水有明显的年代际变化,在1976年前后发生了一次明显的气候跃变,从1977年到2000年夏季长江流域的降水明显增加,而华北地区和黄河流域夏季降水明显减少,出现了严重干旱.分析结果还表明,我国西北地区降水的振荡位相要超前于华北地区降水振荡位相5～8年,华北地区气候年代际时间尺度变化是从1977年起降水减少,气温上升;但西北地区从20世纪70年代开始,则温度升高,降水增多.此外,分析结果也表明我国气温同样有年代际变化,但不如降水年代际变化明显.作者还从热带太平洋SST(海面温度)的年代际变化及其对中印半岛和东亚上空水汽输送的影响,分析了上述我国气候年代际变化的可能成因.分析结果表明,热带中东太平洋的SST也有明显的年代际变化,从1976年以后热带中东太平洋海水明显增暖,出现了明显的"类似El Nino型"的SST距平分布,呈现出"年代际的El Nino现象".这种海温异常分布减弱了亚洲夏季风,从而减弱了从热带太平洋、中国南海和孟加拉湾向东亚的水汽输送,造成水汽输送在长江流域辐合,使到达华北地区的水汽大大减弱,因此引起长江流域降水明显增加,而华北地区明显减少,出现了持续性严重干旱.     

不同季节海温与中国夏季降水的时空特征分析

利用季降水异常的典型集合相关降水模式，分析了不同时段和不同区域的海温场与我国夏季（6～8月）降水之间的时空分布特征。结果表明：各大洋区海温存在着明显的季节、年际和年代际变化。与中国夏季降水相联系的印度洋海温的分布特征与季节有关，存在明显的偶极和单极分布形式，这种海温的异常变化对我国夏季纬向或经向雨带有一定的影响，全球特定的海温分布可以作为中国夏季旱涝预报的信号因子。不同季节海温和中国夏季降水在1970年代末都经历了一次突变，说明海温的季节差异对中国夏季降水的影响明显地受到海洋年代际基本态的制约。     

我国中部地区夏季干旱的多时间尺度特征及其环流、海温异常

基于CRU逐月降水和NCEP/NCAR再分析等资料,利用集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)方法,分析1948—2016年中国中部地区夏季降水变化的多时间尺度特征及其对应的环流、海温异常,进而解释不同时期影响干旱发生的背景场有何不同。结果表明,中部地区夏季降水以年际变化为主,周期长度为3.8 a和6.9 a,年代际和多年代际变化的方差贡献不足20%。然而,各时间尺度降水变化对不同时期干旱事件的贡献存在较大差异,1960s、1970s,降水年际变化偏弱,相反地,多年代际变化正处于负位相的极小值期;1980s、1990s,多年代际变化位相转正;2000s初,年际变化明显增强。此外,通过分析不同时间尺度降水变化对应的环流、海温背景场,发现热带印度洋海温异常及其引起的西北太平洋副热带高压的变化、大西洋北部海温异常激发的纬向波列以及贝加尔湖地区的阻塞活动、1970s末PDO位相转变伴随的东亚夏季风突变是分别解释降水年际、年代际和多年代际变化的主要原因,进而揭示影响中部地区夏季干旱发生的关键因子及其相对重要性。     

春季青藏高原积雪年际变率的年代际转型对东亚夏季风影响的研究进展

冬春青藏高原积雪异常是东亚夏季风的重要预测因子之一。本文系统回顾了近20年关于青藏高原积雪年际变率的年代际转型影响东亚夏季风的相关研究,主要结论如下：（1）20世纪90年代初春季青藏高原积雪的年际变率从东西偶极型转变为全区一致型,这主要受北太平洋、热带大西洋海温异常变化的影响,也与南极涛动、北极涛动的变化密切相关;（2）春季青藏高原积雪年际变率的年代际转型可通过影响东亚高层的副热带西风急流和低层的水汽输送,进而影响东亚夏季风降水格局变化;（3）青藏高原积雪异常可通过“高原大气河”的机制影响梅雨雨带;（4）大西洋年代际振荡可调节春季青藏高原积雪与梅雨降水关系的年代际变化,当大西洋年代际振荡为正（负）位相时,春季青藏高原积雪与梅雨的关系加强（减弱）。最后,本文对青藏高原积雪异常影响东亚季风变化的关键科学问题进行了讨论与展望。     

ENSO与青藏高原积雪的关系及其对我国夏季降水异常的影响

文章利用1979 2005年Nino3区海温时间序列资料和中国雪深时间序列资料,分析了Nino3区海温与青藏高原积雪之间的关系,两者对我国夏季降水的影响以及两者共同作用下对我国夏季降水的影响。分析结果表明：当前期冬春季Nino3区SST为强暖（强冷）事件与高原积雪显著偏多（显著偏少）共同作用的配置下,我国东部夏季雨带往往偏南（偏北）。从月时间尺度方面,揭示了前期冬春季ENSO和冬春季青藏高原积雪对我国长江以南地区降水异常的影响在夏季各月是不一致的,前期冬春季逐月Nino3区SST和冬春季逐月高原积雪对长江以南地区6月的降水都为正相关,而对8月的降水都为反相关,并且春季逐月Nino3区SST和冬春季逐月高原积雪对长江以南地区7月的降水也都为正相关,另外,春季Nino3区SST和春季高原积雪对长江以南地区6月和7月降水更为重要。     

中国东部夏季降水的准两年周期振荡及其成因

应用中国160测站降水资料和ERA-40再分析资料以及EOF和熵谱分析方法,分析了中国夏季(6～8月)降水和东亚水汽输送通量的年际变化,表明中国(特别是华南、长江流域和淮河流域以及华北等地区)夏季降水具有2～3 a周期变化特征,即准两年周期的振荡特征,并表明中国降水的这种周期振荡与东亚上空夏季风水汽输送通量的准两年周期振荡密切相关;并且,还利用NCEP/NCAR的海表温度和日本气象厅的沿137°E海温剖面观测资料,分析了热带西太平洋表层与次表层海温的年际变化,揭示了热带西太平洋热力状态的变化也有显著的准两年周期的变化特征.作者利用相关和集成分析来讨论热带西太平洋热状态的准两年周期振荡对中国夏季降水和东亚水汽输送的影响,表明了热带西太平洋海温的准两年周期振荡对东亚夏季风及其所驱动的水汽输送都有很大影响.此外,作者还利用东亚/太平洋型(EAP型)遥相关理论,简单地讨论了热带西太平洋热力状态的准两年周期振荡影响中国夏季风降水准两年周期变化的物理机制.     

ENSO与印度洋海盆海温多尺度相互作用及其对气候影响的研究进展

系统回顾了近年来有关ENSO与印度洋海盆海温多时间尺度相互作用及其气候效应研究的相关成果。主要包括年际和年代际时间尺度上,ENSO与印度洋海盆海温之间相互联系的基本事实和机制,以及与之相关的气候影响,特别是上述联系对亚洲季风系统及气候异常的影响。在年际尺度上,ENSO通过“大气桥”过程主导着印度洋海温变化,而后者的异常也可通过纬向环流的“齿轮式耦合”对ENSO产生影响。在年代际尺度上,一方面印度洋海盆海温显著的夏季增暖可能来自ENSO暖事件持续时间的年代际延长,另一方面印度洋秋季海温空间分布模态的年代际变化,则对ENSO暖事件强度的年代际增强具有贡献。二者的多时间尺度相互作用进而通过影响大气和海洋环流、辐射反馈、蒸发降水等多种海气耦合过程产生显著的气候效应。研究成果表明印度洋海温变化对亚洲乃至全球气候异常的重要作用。在回顾上述研究成果的基础上,讨论了进一步研究ENSO与印度洋海盆海温多时间尺度变率影响全球气候的前景和重要意义。     

中国东部夏季降水异常与青藏高原冬季积雪的关系

基于中国740站月降水、积雪、地温资料和NCEP/NCAR再分析月资料,采用相关分析、合成分析和最大协方差法,研究了1979—2008年青藏高原冬季积雪异常与长江中下游夏季降水的关系及其可能的影响机制。结果表明:(1)在年际时间尺度上,青藏高原中北部12月—翌年1月积雪指数与长江中下游夏季降水呈显著正相关。在年代际时间尺度上,1990s—2000s的高原积雪指数与长江中下游夏季降水具有较好的同位相变化特征。表明高原中北部12月—翌年1月积雪指数对长江中下游夏季降水异常具有较好的指示意义,可作为预测长江中下游夏季降水年际年代变化的依据。(2)高原12月—翌年1月积雪异常偏多,是长江中下游夏季洪涝的一个强信号,12月—翌年1月积雪指数正异常年与长江中下游夏季降水正异常年有很好的一致性。(3)高原冬季积雪异常影响长江中下游夏季降水的可能途径是:高原冬季积雪异常通过影响同期及其后春季地温,再由春季地温以某种方式把异常信号维持到夏季。之后,地温异常又改变了局地地气热量交换,导致周围大气环流异常,从而影响到其下游的降水过程。     

Comparisons of sulfate and nitrate production in clouds on the mid-Atlantic and Pacific Northwest Coasts of the United States

Measurements are presented of sulfate and nitrate production in clouds on the East and West coasts of the United States. Sulfate production measured on the mid-Atlantic Coast was significantly greater than on the Pacific Northwest Coast. Nitrate production was significant on the mid-Atlantic Coast but, on average, insignificant on the Pacific Northwest Coast. Measurements of sulfate and nitrate scavenging coefficients by clouds are also presented.     

南涝北旱的年代气候特点和形成条件

通过研究最近50年我国夏季降水分布的年代际及年际气候变化特征，以及对20世纪90年代至今夏季旱涝趋势的对比分析，讨论了夏季主要雨带位置南移的气候趋势，以及亚洲大陆高压、ENSO事件对夏季降水的影响关系。结果表明，20世纪90年代后期开始我国夏季旱涝分布气候态发生较大的变化，这可能预示夏季进入南涝北旱的年代气候时期。这些结果对于降水的年代气候预测和短期气候预测都具有重要意义。     

青藏高原冬季积雪与河南汛期降水关系

利用1961－1998年河南郑州，安阳等50站降水资料和青藏高原冬季积雪日数资料，分析了青藏高原冬季积雪与河南汛期降水的关系，结果表明，青藏高原冬季积雪与河南南部汛期降水较好的关系，而与河南北部汛期降水呈反相关，多雪年汛期河南南部降水偏多的概率占61％，北部降水偏少的概率占56％，少雪年汛期河南部降水偏少的概率为72％，河南北部降水偏多的概率为61％。     

Arctic hazes in summer over Greenland and the North American Arctic: II. Nature and concentrations of accumulation-mode and giant particles

Airborne measurements made during August 1985 over Greenland and its environs show that both accumulation-mode (0.1 m D2.0 m) and giant (D2 m) particles were present in relatively high concentrations in arctic haze layers and that the accumulation-mode particles dominated light scattering. Particles with diameters (D) between 1 and 4 m consisted predominately of mixed materials, small and dense inclusions, and probably organic compounds containing sulfur. Many of the particles from 0.1 to 1 m in diameter were also of mixed composition, with sulfuric acid, ammonium sulfate and organics probably the dominant constituents.     

马斯克林高压与华北盛夏降水的年际关系及其年代际变化

利用NCEP／NCAR、ERA-40再分析资料和中国160站盛夏（7、8月）降水资料,使用相关分析、合成分析等方法,分析了马斯克林高压（马高）与华北盛夏降水的年际关系及其年代际变化。结果表明：马高与华北盛夏降水在年际时间尺度上存在显著的负相关关系,这种显著的负相关关系从1974年以后开始减弱。在强关系阶段（1951-1973年）,马高与中国东部盛夏降水的显著负相关中心主要位于华北地区;在弱关系阶段（1974-2011年）,马高与华北盛夏降水的负相关关系变弱,与长江中下游地区的正相关关系变强。导致马高与华北盛夏降水年际关系发生年代际变化的原因是：中国东部地区（不）受来自马高的异常偏南气流影响,使得华北盛夏降水偏多（少）,两者关系偏强（弱）。马高与华北盛夏降水年际关系发生的年代际变化,是中国东部地区从20世纪70年代中期以后出现“南涝北旱”的原因之一。     

冬季中国东部海区热通量变化与中国气温降水的关系

利用OAFlux月平均热通量、NCEP/NCAR（1958—2006年）再分析和全国160个站的月降水、气温等资料,采用相关分析、合成分析等方法,分析了中国东部海区海气界面热通量变化特征及其与中国冬、春季降水、气温的关系。研究表明,中国东部海区为潜热通量和感热通量年际变化的关键区,冬季变化最为显著,具有明显的年际和年代际变化特征,热通量的增强趋势明显。热通量的年代际变化与同期冬季中国华南降水存在明显正相关,与华北降水存在负相关、与气温存在显著正相关。1983年气候突变前热通量年际变化与同期中国长江下游地区降水有很好的负相关。突变后热通量年际变化与同期淮河流域降水存在显著负相关;与后期春季中国两河流域降水存在显著负相关,与两河流域气温存在显著正相关。     

冬季积雪对我国夏季降水预测的评估分析

根据高原积雪和高纬积雪与我国夏季降水相关分析的结果，将高原积雪和高纬积雪作为独立因子分别对我国夏季降水预测做了检验，结果表明：高原积雪较高纬积雪效果要好，冬季高原积雪异常偏多时，长江流域夏季易发生洪涝，这也是预测汛期降水的一个重要信号。     

洪泽湖地区冬季温度与ENSO事件关系

对洪泽湖地区冬季平均温度分析得出:洪泽湖地区冬季平均温度46a里上升了2℃,1986-2006年冬季平均温度一直维持在2℃以上;2006年冬季平均温度显著偏高;2007年2月平均温度创有记录以来历史最高,属于异常偏高年;中等以上ENSO事件对洪泽湖地区冬季平均温度的影响结果是正常年居多.     

山东5月降水异常环流型及其与海温异常的联系

利用 1981—2019 年 NCEP/NCAR再分析资料和观测降水资料,对山东5月降水多（少）雨年环流特征进行分型,分析前期海温影响大气环流进而影响降水的过程。结果表明：典型多（少）雨年,亚洲中高纬环流呈“－、＋”（“＋、－” ）距平分布,盛行纬（经）向环流,东亚大槽偏弱（强）。前期冬春季黑潮区和热带印度洋海温是影响山东5月降水的关键外强迫因子,黑潮区海温偏暖（冷）时,其上空500 hPa高度场为明显正（负）距平,低层风场呈现异常反气旋（气旋）,山东受异常东南风（偏西风）控制,加强（削弱）了水汽输送, 利于降水偏多（少）。热带印度洋偏暖年,山东地区 500 hPa高度场上表现为西低东高,低层处于异常反气旋后部的东南气流中,这与典型多雨年的环流特征基本一致,印度洋偏冷年对应环流特征与偏暖年大致相反。     

汛期我国主要雨季进程成因及预测应用进展

汛期内我国中东部地区的雨季是东亚夏季风推进过程中的重要产物,主要包括华南前汛期、梅雨、华北雨季和华西秋雨等,各地雨季决定了我国中东部地区汛期的旱涝布局和旱涝演变,是我国汛期预测和服务的重点。该文回顾了4个雨季特征及影响因子方面的研究进展,在此基础上梳理物理概念预测模型。研究显示:海温异常是影响各区域雨季的重要先兆信号,但不同雨季的年际和年代际变化特征不同,海温作为外强迫信号的影响程度和时空形式也有差异。利用热带太平洋东西海温差指标能更好地解释华南前汛期降水的年际变化。而与梅雨的年际变化分量相关联的海温关键区主要分布于热带,与年代际或多年代际变化分量相联系的海温关键区则来自中高纬度。华北雨季降水的强弱不仅与ENSO循环的位相有关,更多受到ENSO演变速率的影响。而影响华西秋雨的海温关键区随着年代际背景的变化发生了改变,需要重新诊断和建模。