2023年汛期气候预测效果评述及先兆信号分析

2023年夏季,我国整体表现为高温少雨的特征,旱涝分布不均。夏季台风虽然生成和登陆个数均较常年偏少,但破坏力极强。华北、西北等地阶段性高温事件异常突出,但长江流域的高温干旱强度明显弱于2022年同期。从预测效果来看,2023年汛期预测较好把握了我国北方主雨带特征,对松花江流域、嫩江流域、海河流域可能出现的较重汛情做出了准确的预测预警。对夏季热带气旋的生成个数、主要路径、影响区域等的预测与实况较为相符。对夏季全国大部地区气温偏高的特征预测与实况一致,并明确指出,长江流域发生类似2022年夏季大范围持续性高温干旱事件的可能性低。汛期预测的不足之处主要在于对华南等地的降水预测与实况出现较大偏差,对华北、黄淮等地的高温过程极端性估计不足。针对2023年汛期降水的先兆信号及其预报性能进行了回顾和评估,无论是年代际尺度还是年际尺度外强迫信号,均对我国北方主雨带有较好的指示意义。同时,几乎所有先兆信号都对华南降水给出了一致的错误信息,是导致华南降水预报失败的主要原因。     

2013年汛期气候预测的先兆信号及其应用

本文系统回顾了2013年汛期气候预测的主要先兆信号。其信号特征是：2013年前期赤道中东太平洋呈正常略偏冷的状态、冬季北极海冰异常偏少、青藏高原积雪偏少,这些特征对后期东亚夏季风有明显影响。通过对前期先兆信号的分析,国家气候中心比较准确地预测了东亚夏季风偏强、我国夏季主要多雨带偏北的特征,以及南海夏季风爆发偏早、长江中下游入梅偏晚且雨量少雨期短、华北雨季提前雨量偏多的季节内过程演变趋势。最后对汛期气候预测存在的不足进行了分析和讨论。     

2013年汛期气候预测的先兆信号及其应用

本文系统回顾了2013年汛期气候预测的主要先兆信号。其信号特征是:2013年前期赤道中东太平洋呈正常略偏冷的状态、冬季北极海冰异常偏少、青藏高原积雪偏少,这些特征对后期东亚夏季风有明显影响。通过对前期先兆信号的分析,国家气候中心比较准确地预测了东亚夏季风偏强、我国夏季主要多雨带偏北的特征,以及南海夏季风爆发偏早、长江中下游入梅偏晚且雨量少雨期短、华北雨季提前雨量偏多的季节内过程演变趋势。最后对汛期气候预测存在的不足进行了分析和讨论。     

影响2018年汛期气候的先兆信号及预测效果评估

准确预测了2018年我国汛期降水"南北多,中间少,旱涝并重"的总体布局,尤其是准确预测了黄河流域降水异常偏多,而长江流域降水异常偏少的特征;对2018年东部地区季节内雨季进程前晚后早和夏季全国大部气温正常到偏高的预测也与实况一致;对西北太平洋和南海热带气旋生成和登陆我国的数量偏多、西北行和北上为主的移动路径、活跃程度前强后弱的预测与实况吻合。2018年汛期气候预测重点分析了冬季达到盛期的拉尼娜事件及其衰减后热带印度洋海温偏低有利于东亚夏季风偏强的机理,还参考了国内外动力气候模式预测西太平洋副热带高压脊线偏北、菲律宾为气旋式异常环流的结果。对先兆信号影响的诊断分析以及动力模式的结果均预测东亚夏季风明显偏强,西太平洋副热带高压偏北,因此拉尼娜事件和印度洋海温对其滞后响应的偏冷特征是有利于预测汛期长江中下游地区降水明显偏少、北方地区降水偏多的重要先兆信号。     

影响2018年汛期气候的先兆信号及预测效果评估

准确预测了2018年我国汛期降水"南北多,中间少,旱涝并重"的总体布局,尤其是准确预测了黄河流域降水异常偏多,而长江流域降水异常偏少的特征;对2018年东部地区季节内雨季进程前晚后早和夏季全国大部气温正常到偏高的预测也与实况一致;对西北太平洋和南海热带气旋生成和登陆我国的数量偏多、西北行和北上为主的移动路径、活跃程度前强后弱的预测与实况吻合。2018年汛期气候预测重点分析了冬季达到盛期的拉尼娜事件及其衰减后热带印度洋海温偏低有利于东亚夏季风偏强的机理,还参考了国内外动力气候模式预测西太平洋副热带高压脊线偏北、菲律宾为气旋式异常环流的结果。对先兆信号影响的诊断分析以及动力模式的结果均预测东亚夏季风明显偏强,西太平洋副热带高压偏北,因此拉尼娜事件和印度洋海温对其滞后响应的偏冷特征是有利于预测汛期长江中下游地区降水明显偏少、北方地区降水偏多的重要先兆信号。     

2012年汛期气候预测的先兆信号和应用

本文基于动力、统计预测方法提供的信息回顾了发布2012年汛期预测时考虑的先兆信号。2012年前期拉尼娜事件在冬季达到盛期、冬季北极海冰异常偏少、南极涛动强度是自1979年以来次强、青藏高原积雪偏多但气温偏高,这些特征对后期夏季风有明显影响。通过分析归纳,国家气候中心比较准确地预测了东亚夏季风偏强、我国夏季多雨带偏北、大部分地区气温偏高,6—8月热带气旋活跃的总体特征,以及南海夏季风爆发偏早、长江中下游梅雨偏少、华北雨季提前且雨量偏多的季节内过程演变趋势。最后讨论了汛期气候预测的可预报性和困难,提出今后需要深入研究的科学问题和业务应用问题。     

2022年汛期气候预测效果评述及先兆信号分析

2022年汛期,国家气候中心准确预测了“全国气候年景总体偏差,区域性、阶段性旱涝灾害明显,降水空间差异显著,主要多雨区在我国北方”的总趋势,较好、较早把握了汛期主雨带位置和全国旱涝分布。对东亚夏季风和雨季季节进程“南海夏季风5月第3候爆发,长江中下游入梅偏早,梅雨量偏少,以及华北雨季开始偏早,雨量偏多”的预测与实况一致。对夏季台风生成个数较常年偏少,盛夏出现北上台风可能性大的预测与实况基本吻合。准确预测了全国平均气温趋势和高温异常特征。对“夏季我国中东部大部气温偏高,华东、华中、新疆等地高温日数较常年同期偏多,可能出现阶段性高温热浪”的预测与实况一致。主要不足之处是对长江中下游和川渝地区高温干旱的范围和极端程度估计不足。2022年汛期预测重点考虑连续La Ni?a事件和印度洋偶极子负位相对东亚夏季风环流的影响,夏季西太平洋副热带高压强度偏强,脊线位置偏北,东亚夏季风偏强,初夏东北冷涡活跃,导致汛期主雨带位于东北、华北和西北地区东部等地。     

2020年汛期气候预测效果评述及先兆信号分析

2020年汛期准确预测了"我国气候状况总体偏差,极端天气气候事件偏多""涝重于旱"的总体特征,对长江中下游、黄河中上游、海河流域以及松花江流域降水较常年同期偏多和辽河流域降水偏少的预测与实况吻合。较好把握了华南前汛期雨季开始偏早、梅雨开始偏早和结束偏晚、华北雨季开始偏晚等雨季进程;但低估了长江中下游降水偏多的异常程度,对江淮西部、汉水降水明显偏多预测不准确,对四川盆地降水异常偏多也估计不足。对全国气温偏高以及我国南方高温日数偏多等主要趋势特征的预测与实况一致,对汛期台风数量较常年偏少及前期生成偏少后期生成偏多,以及在夏末至秋季较常年同期活跃的变化趋势的预测也均与实况吻合。2020年汛期预测重点考虑了前冬赤道中东太平洋弱暖水衰减的演变趋势对东亚夏季环流的滞后影响,同时热带印度洋的持续暖海温的接力作用有利于西太平洋副热带高压持续偏强偏西、菲律宾异常反气旋偏强。预测中低估了热带印度洋的异常偏暖程度及其对长江中下游、江淮地区降水的影响,导致预测中出现了较大偏差。国家气候中心模式对我国东部地区降水整体偏多的特征把握较好,这主要与模式对夏季平均的热带和副热带主要环流系统的空间分布型预测准确有关。但对季节内尺度的环流变化特征把握不好,包括中高纬欧亚地区在6—7月表现出的"两脊一槽"双阻型环流,以及7月副热带高压脊线位置持续偏南,季节进程较常年明显偏晚。     

2019年汛期气候预测效果评述及降水预测先兆信号分析

2019年汛期降水呈南多北少分布,主要多雨区位于东北和江南等地。3月发布的预报对江南、西南东部、东北东部、西北中部地区降水偏多和内蒙古中部及东北部的偏少均做了较好预测;5月发布的滚动预测将南方主要多雨中心南移,订正结果与实况更为一致。6月发布的盛夏预报及时加强了对东北地区降水趋势的订正,准确预测了东北地区降水明显偏多的特征。对南海夏季风、西南雨季、梅雨及华北雨季的季节进程预测也和实况一致。但2019年汛期降水预测也存在明显的不足之处：对长江中下游沿江降水异常偏少预测错误;对东北地区多雨的范围和异常程度估计不足。初步分析了2018—2019年冬季青藏高原积雪面积异常偏多、2018—2019年厄尔尼诺事件以及热带印度洋海温持续偏暖对长江中下游降水预测指示意义的失败,并与2018年外强迫信号及大气环流做了简单对比,指出汛期降水和传统影响因子不匹配、非对称的复杂性研究还需要深入开展。     

2019年汛期气候预测效果评述及降水预测先兆信号分析

2019年汛期降水呈南多北少分布,主要多雨区位于东北和江南等地。3月发布的预报对江南、西南东部、东北东部、西北中部地区降水偏多和内蒙古中部及东北部的偏少均做了较好预测;5月发布的滚动预测将南方主要多雨中心南移,订正结果与实况更为一致。6月发布的盛夏预报及时加强了对东北地区降水趋势的订正,准确预测了东北地区降水明显偏多的特征。对南海夏季风、西南雨季、梅雨及华北雨季的季节进程预测也和实况一致。但2019年汛期降水预测也存在明显的不足之处:对长江中下游沿江降水异常偏少预测错误;对东北地区多雨的范围和异常程度估计不足。初步分析了2018—2019年冬季青藏高原积雪面积异常偏多、2018—2019年厄尔尼诺事件以及热带印度洋海温持续偏暖对长江中下游降水预测指示意义的失败,并与2018年外强迫信号及大气环流做了简单对比,指出汛期降水和传统影响因子不匹配、非对称的复杂性研究还需要深入开展。     

网格计算及其在气象中的应用

网格是近年来最新发展起来的一种计算技术。通过使用一组开放标准与协议，各机构能够通过互联网或内部网访问数据、存储介质和其它异构计算资源，最终将分布在不同地理位置上的网络、数据、计算资源、存储、应用等在内的资源整合成为一个无缝的计算环境。气象以其高计算量、高吞吐量和密集型服务在美国、欧洲、日本等网格应用计划中占有重要的地位。如ECMWF的EcAccess，美国超级计算应用中心的MEAD等。这些计划的实施将有效地聚合分布在不同地理位置上的高性能计算资源与人力资源，实现计算资源和气象数据的共享，为数值预报乃至地球系统模拟提供一个远程的协同攻关环境。     

GVAD技术及其在新一代天气雷达中的应用

天气雷达中VAD技术可求取雷达站上空水平风垂直廓线,梯度VAD技术(简称GVAD技术)为克服传统VAD技术受速度模糊影响较大而被提出。文中首先从理论上对GVAD技术进行模拟分析,再将其应用于新一代天气雷达实际探测的台风与大范围强降水速度模糊个例,分析其应用效果。理论模拟表明,GVAD技术较传统VAD技术可有效克服速度模糊对反演水平风垂直廓线的影响,加入的模拟噪声,也通过低通滤波方法有效抑制;在两次实际应用个例中,GVAD技术可较好克服速度模糊影响,但方位径向速度中的小波动或者噪声会在径向速度方位梯度中放大,尽管利用低通滤波进行了平滑,但其对反演水平风精度有较大影响,尤其影响水平风速反演精度,在个例中GVAD技术反演风速较传统VAD技术平均偏弱2~3m·s~(-1),模拟部分方位缺失并不影响GVAD技术的反演精度。需进一步研究减少新一代天气雷达径向速度资料中小波动或者噪声对GVAD技术应用影响的方法。     

GRIB数据及其在GrADS中的使用

本文介绍了GRIB数据的压缩方法、数据结构及如何使用GrADS对GRIB数据进行反演的方法.     

首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理及调控原理

本项目在2004年取得的主要成果如下: (1)城市边界层大气物理和大气化学特征。在城市边界层的强化立体观测的基础上,针对冬、夏季城市大气环境及奥运会期间首都北京大气环境“背景”特征、急需认识的问题以及调控治理理论应用技术难点,着重分析研究了城市冬、夏季建筑群边界多个污染物种化学成分相关性,城市“冠层”建筑群楼顶单点长期时间演变特征,冬、夏季城区污染过程大气多尺度特征,冬、夏季气溶胶垂直分布特征及其与天气和气象条件的关系以及冬、夏季城市边界层感热、潜热通量特征等重     

首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理与调控原理

在国家科技部大力支持、中国气象局统一部署下,项目首席徐祥德与项目总顾问周秀骥及项目专家组共同部署了BECAPEX(北京环境大气监测)2002年现场科学试验计划,并提出科学数据分析研究重点与卫星、遥感信息等多学科技术的综合应用研究计划与实施方案.本项目在2002年现场观测资料分析与理论研究方面取得了重要进展.     

首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理与调控原理

中国科技部973项目“首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理与调控原理”（http：／／www．becapex．com）白1999年12月开始实施。由4名院士及19名专家组成的评审专家组2005年9月20-22日对项目所属11个课题进行了验收评审，课题全部顺利通过验收。评价结论指出：该项目各课题研究中的科学目标满足国家需求，体现了多学科相互交叉研究思路，项目研究队伍精干整齐，团结协作，项目实施过程中培养了大批青年人才。研究工作以大量现场科学试验、野外调查和室内模拟试验科学数据为基础，从地球科学系统多圈层角度出发，把大气、水、土壤作为相互关联的整体进行研究。通过研究大气、水、土环境变化过程中的物质交换与循环机理，探索污染物的扩散、输运、迁移途径及其污染物聚集释放机理；揭示主要污染物在大气、水、土等界面内及界面间物理、化学和生物作用过程。建立了区域大气、水、土环境污染预警模式及其预测业务系统相关模式，并提出大气、水、土环境污染治理与调控措施。研究成果为北京地区大气、水、土环境污染预警、预测、评估决策系统提供了重要的理论基础，对北京绿色奥运以及大气、水、土环境污染的综合防治对策提出了科学依据。     

首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理与调控原理

科技部科研院所社会公益专项资金重点项目“突发性强灾害天气预警系统（EWSSWE）”2006年6月6日通过验收。该系统是一个依托动力模式的数值预警系统，以WWW为平台，融贯了多种天气预报新技术，集富含信息量的强对流指数诊断预测、基于卫星和雷达产品的外推以及动力模式数值天气预报于一体；该系统开发的冰雹预报产品使本来并非预报量的冰雹作为动力模式后处理的产品输出从而赋予动力模式以直接预报冰雹的功能；     

首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理及调控原理

2003年“首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理及调控原理”项目主要工作进展：     

遵义市2008年凝冻天气及其影响

分析了2008年1月中旬到2月上旬遵义市发生的严重的凝冻天气的气象要素,从凝冻持续时间、雨凇最长连续时间和凝冻指数三方面与遵义市历史上的凝冻情况作了比较,2008年均突破历史记录;讨论了凝冻灾害对电力、交通运输、能源、农业及人民群众生活造成的严重影响和损失;分析了天气成因。     

综合气象干旱指数修正及在西南地区的适用性

以我国西南地区为例,在用加权降水量 (W_AP) 改进标准化降水指数的基础上,对综合气象干旱指数 (I_C) 进行了修正,定义为I_CW。通过对比指数修正前后在干旱频率、年干旱强度和干旱发展过程中的不连续加重、以及与同期土壤湿度相关性的差异,分析了I_CW在修正后的改进效果及在西南地区的适用性。结果表明:修正前后的综合气象干旱指数在多年干旱频率和年干旱强度两方面没有显著差异,但I_CW减少了干旱发展过程中的不连续加重现象,且与同期土壤湿度有更好的相关性,即I_CW比I_C更加接近实际干旱的演变规律,I_CW比I_C更适合在西南地区实时干旱监测业务中使用。然而,由于该研究未对I_C中的相对湿润度指数进行修正,而相对湿润度指数的突变同样可以导致不连续加重的出现,因此,I_CW只是在一定程度上减少了不连续加重的影响。