长江梅雨的长期变率与海洋的关系及其可预报性研究

采用最新发布的梅雨国家标准资料,以长江区域梅雨为代表,在分析区域梅雨的多时间尺度变化特征的基础上,从海洋外强迫影响因子角度探讨了梅雨的可预报性来源,进一步综合海洋背景变率和预测模型回报试验讨论梅雨异常的可预报性。结果表明:（1）长江梅雨呈现周期为3-4、6-8、12-16、32、64 a的多时间尺度变化分量和长期减少趋势。其中,3-4 a准周期变化是梅雨异常变化的主要分量。梅雨的干湿位相转变受12-16 a的准周期变化调制,极端涝年易出现在12-16 a准周期变化湿位相和3-4 a变化分量峰值位相叠加的情况。（2）长江梅雨的各准周期变化分量有不同的海洋外强迫背景,是梅雨可预报性的重要来源。与时间尺度较短的年际变化分量相关联的海温关键区主要分布于热带,而与时间尺度较长的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。3-4 a准周期变化分量的海洋外强迫强信号随季节变化由前冬的ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）转为春末夏初的印度洋偶极子（IOD）。6-8和12-16 a年准周期变化分量的海洋强迫关键区主要位于太平洋。准32和准64 a周期振荡则受北太平洋多年代际变化（PDO）和北大西洋多年代际变化（AMO）的共同影响。梅雨的长期变化趋势则与全球变暖背景及以PDO为代表的年代际海洋外强迫因子相联系。（3）尽管梅雨异常与ENSO的正相关关系呈现减弱趋势,但20世纪70年代以后的梅雨异常年际变化分量的可预报性有所增大。（4）将梅雨各变化分量作为预测对象分别建模,进一步构建梅雨异常预测统计模型。采用该模型对近5年梅雨预测进行独立样本检验,有较好的回报效果,验证了梅雨异常年际分量可预报性的稳定性以及基于多时间尺度分离建立梅雨预测模型的优越性。      

末次冰期冰盛期中国地区水循环因子变化的模拟研究

ISCCP卫星资料（1983-2006年)的结果显示：青藏高原地区是高云的高值中心;而以四川为中心直到同纬度的中国东南沿海地区是中云的高值区,同时,青藏高原地区是中云的低值中心。利用全球气候模式CCM3嵌套区域模式MM5模拟了现代和LGM时的气候。通过MM5模拟的结果与ISCCP的卫星资料对比表明：模拟结果再现了中国地区高云和中云分布的主要特征。这暗示云分布的气候特征可能主要由相对湿度决定。同时,通过MM5的结果与NCEP资料的对比也说明,模式结果可以较好地模拟水汽和温度的垂直分布。在此基础上,研究了LGM时水循环因子的变化。模式结果显示：LGM时夏季对流层的温度降低,在对流层中上层存在温度降低的中心;而在冬季在南方的对流层中层存在减温中心,在北方的对流层的中上层温度增加。大气中水汽含量与温度变化有很好的正相关,除了冬季北方对流层中上层水汽增加外,水汽含量一般减少,而且在近地层减少的最多,随高度增高水汽变化逐渐变小。但是,水汽的相对变化在对流层上层存在减少的高值中心。相对湿度存在变化,最大的变化超过15%,而且有增加,也有减少。在区域尺度相对湿度不是保守的。相对湿度变化与中云和低云的变化一致。在LGM,中国地区高云量减少,除中国西南地区外,中云和低云量减少,低云量减少的最多。降水的变化与中云和低云的变化相对应,云量增加降水增加,云量减少降水也减少。从相对湿度和有效降水可以看到在西南地区在LGM时变得潮湿,在夏季西北地区也变得潮湿。     

AN EMPIRICAL ORTHOGONAL FUNCTION ANALYSIS FOR THE WAVE TRAINS IN EAST ASIAN SUMMER

This study examines the wave trains at 500 hPa occurring in East Asian summer by using the Empirical Orthogonal Function (EOF) analysis as a diagnostic tool. The results are summarized as follows: (1) A wave train pattern (OKJ pattern) originating from the upstream areas of the Sea of Okhotsk to the subtropical regions could display its strong signal in early and middle summer. The OKJ pattern is clearly recognized in the first EOF component in Eurasia. (2) The other wave train pattern originating from the Philippines via Japan to North America (the P-J pattern) shows quite strong signals in the whole summer. Although the P-J pattern is described as the second EOF component around the area from East Asia to Northeast Pacific Ocean, the variance contribution is the same as that of OKJ pattern in the first EOF component. (3) The composite analyses indicate that the OKJ and P-J wave trains could coexist to some extents.     

SEASONAL TRANSITION OF EAST ASIAN SUBTROPICAL MONSOON AND ITS POSSIBLE MECHANISM

The NCEP/NCAR reanalysis datasets and Climate Prediction Center(CPC) Merged Analysis of Precipitation(CMAP) rain data are used to investigate the large scale seasonal transition of East Asian subtropical monsoon(EASM) and its possible mechanism.The key region of EASM is defined according to the seasonal transition feature of meridional wind.By combining the ’thermal wind’ formula and the ’thermal adaptation’ equation,a new ’thermal-wind-precipitation’ relation is deduced.The area mean wind directions and thermal advections in different seasons are analyzed and it is shown that in summer(winter) monsoon period,the averaged wind direction in the EASM region varies clockwise(anticlockwise) with altitude,and the EASM region is dominated by warm(cold) advection.The seasonal transition of the wind direction at different levels and the corresponding meridional circulation consistently indicates that the subtropical summer monsoon is established between the end of March and the beginning of April.Finally,a conceptual schematic explanation for the mechanism of seasonal transition of EASM is proposed.     

欧亚积雪与京津冀秋季10—11月霾日频数年际变率的联系及其可能机制

基于1980—2017年京津冀地区定时观测资料、欧亚陆面积雪资料、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-range Weather Forecasts,ECMWF）再分析资料,美国国家环境预报中心/大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析资料以及英国哈德莱中心提供的海冰密集度资料,分析了秋季10—11月京津冀霾日频数年际变率与同期欧亚积雪的物理联系,并通过气候统计诊断和敏感性试验探讨了积雪异常影响京津冀10—11月霾日频数年际变率的可能机理。结果表明,10—11月京津冀霾日频数年际变率与同期东欧—西伯利亚平原地区（记为R_Eu;50°~60°N,40°~80°E）积雪厚度和积雪覆盖度均呈现显著的正相关关系。R_Eu积雪正异常与其西北侧的挪威海—巴伦支海海域以及北欧到东欧地区上空大气冷源密切联系,该冷源可激发一个自上述区域途经R_Eu一直到东北亚的准正压大尺度纬向Rossby波列来调制影响京津冀霾日频数年际变率的关键环流系统,即东北亚异常反气旋。上述异常环流背景下,京津冀地区对流层低层为偏南风异常所控制,稳定大气层结易于建立,边界层高度偏低、地面风速偏弱且相对湿度偏高。该环境条件有利于霾天气发生发展,使得同期霾日偏多。作为预测信号,当前期9月楚科奇海—西波弗特海海冰偏少（多）时,10—11月京津冀霾日可能偏多（少）。     

江南春雨形成机制的数值模拟

利用美国夏威夷大学国际太平洋研究中心的区域气候模式(IPRC-RegCM)进行了一系列的数值试验,研究了青藏高原大地形和海陆热力差异对江南春雨的影响。在控制试验中,模式较好地模拟了3～4月江南春雨雨带及低层大气环流特征,由于受高原绕流作用产生的西南气流和西太平洋反气旋环流西北侧的西南气流的共同影响,在我国的江南地区形成大范围的降水雨带,即江南春雨。当在模式中去除青藏高原大地形后,高原东南侧的西南气流显著减弱,江南春雨雨带强度明显减弱,但由于受到西太平洋反气旋西北侧弱西南气流的影响,我国江南地区仍然维持一个较大的降水雨带。在模式中人为地将110°E以东,20°～35°N纬度带的海洋设置为陆地,即人为地减少海陆热力差异后,模式模拟的江南春雨明显减少。在模式的另一组试验中将海温提前61天,即人为地将海陆热力差异季节转换推迟,模式模拟的江南春雨雨带强度也明显减弱。以上模式模拟结果表明,我国江南春雨的形成不仅与青藏高原大地形有关,而且与东西向海陆热力差异有关。     

我国江淮地区平均场水汽输送与扰动场水汽输送的不同特征

利用NCEP／NCAR1957-2001年45a逐日的再分析资料,从地面开始积分计算整层的水汽输送通量,减去平均场的水汽的输送量,从而得到扰动水汽输送量,初步讨论了我国江淮地区水汽输送场的季节变化特征,并分析了我国江淮梅雨期旱、涝年平均场水汽输送与扰动场水汽输送的差异。分析发现：扰动场水汽输送与平均场水汽输送差别较大,源自孟加拉湾的平均水汽输送对我国东部地区的降水影响较大,但该地区的扰动水汽输送却主要是影响印度北部地区。而影响我国江淮地区的扰动场水汽输送主要来自于南海地区。源自西太平洋和我国北方的偏强的水汽输送是造成江淮梅雨期降水偏多的主要因子,扰动场水汽输送在我国江淮地区梅雨期降水异常时期与平均场水汽输送基本呈反方向输送,其差值散度场与平均场水汽输送差值散度则为反位相分布,因此说扰动场的水汽输送对平均场的水汽输送起削弱作用。     

南海北部海区太阳辐射观测分析与计算方法研究

利用2000年与2002年南海海气通量观测资料及同期西沙站资料,研究分析了4-6月份南海北部海区太阳总辐射与云量以及日照时间等因子的对应关系.研究发现,日均太阳辐射与日总日照时间对应关系最好,依次是低云量、总云量.据此首先利用2000年资料建立了除考虑云量外还包括日总日照时间的计算日均太阳辐射的估计公式,并利用2002年观测资料进行独立检验.误差分析结果表明,包括日总日照时间的经验公式远优于单纯考虑云量的计算公式,误差减少了近50%.最后,应用该经验公式对观测期间缺测段资料进行了补插及外推估算,分析了2000年与2002年南海季风爆发前后太阳辐射的一些变化特征,估算结果表明,季风爆发前太阳辐射日均值缓慢增加并始终处于较高值.     

两类El Niño不同衰减型的演变特征及其与我国夏季降水的联系

利用中国气象局743站日降水、NCEP-/NCAR大气环流、英国气象局Hadley中心全球月平均海表温度（SST）等资料,探讨了两类El Niño不同衰减型的演变特征及其对衰减阶段夏季（6-8月）我国降水异常分布的可能影响。根据海表温度异常（SSTA）沿赤道（5°S~5°N）的演变特征,EP-El Niño存在两种衰减型:自东向西（E-W）衰减（大于0.5℃的海温正距平首先在南美沿岸消失,并向西扩展）和自西向东（W-E）衰减（大于0.5℃的海温正距平首先在赤道中太平洋消失,并向东扩展）;CP-El Niño存在3种衰减方式:对称（S）衰减（赤道中太平洋暖海温的发展和衰减关于某一峰值对称）、延迟（P）衰减（衰减阶段紧接着呈现EP-El Niño分布）、突然（A）衰减（衰减阶段紧接着发生EP-La Niña事件）。对于EP-El Niño,在华北、华南、长江和黄河（简称两河）之间及两河的上游地区,E-W与W-E衰减阶段夏季降水呈现完全相反的异常分布特征。E-W衰减阶段夏季两河之间及上游地区偏旱的可能性显著增大,华北地区降水异常偏多,长江以南略偏多;而W-E衰减阶段夏季,两河之间及上游地区降水偏多,降水异常大值中心主要位于沿江地区,华南大部和华北地区降水明显偏少。对于CP-El Niño的3种衰减方式:夏季降水异常大值带在S衰减方式下主要位于黄河和淮河之间;在P方式衰减时,出现在长江流域;而在A型衰减时,主要位于黄河下游地区。S和A衰减方式下,东北大部尤其东北北部降水偏少,而处于P衰减时,东北大部降水明显偏多;在西南地区,S衰减时夏季降水总体偏多,A衰减时情况相反;在西北北部地区,A衰减时偏旱,而S和P衰减时降水总体偏多。不同的衰减方式均对应不同的降水异常空间分布,区分衰减型使得两类El Niño次年我国夏季降水异常显著区的分布范围和信号强度均较未区分衰减型时有较好的改善,为我国汛期降水短期气候预测工作提供了重要依据。     

江南雨季地理区域及起止时间的客观确定

本文基于国家气象信息中心整编的全国1 675个台站观测资料以及NCEP/NCAR的再分析资料,定义了候降水指数,利用旋转正交经验函数分解(REOF)法对全国候降水的季节进程进行了诊断分析,得到了表征气候态降水逐候进程的南、北方模态及各自的时间系数,发现REOF第二模态对应降水季节进程中的江南雨季。综合考虑我国南方(31°N以南、110°E以东区域)气候态降水的候进程、降水季节进程(4-6月降水指数减去6-8月降水指数)年际变率以及雨季(4-6月降水指数)降水年际变率的一致性,客观定义了江南雨季的地理范围。利用客观划定区域内的降水指数、925hPa经向风以及西北太平洋副热带高压500hPa脊线位置3个指标,制定了判定江南雨季起止时间的方法,进而对1961-2012年江南雨季起止时间进行了客观确定,给出了江南雨季起止时间序列。本文旨在为规范江南雨季的监测提供参考和借鉴,并为其预测提供科学基础。