动力和统计预测信息融合预测方法及对我国夏季降水预测的检验

短期气候预测中如何将气候模式和统计方法的预测结果科学、客观的集成起来,一直是非常重要的问题.本文针对动力模式和统计方法预测结果相结合的问题,引入资料同化中信息融合的思想,采用最优内插同化方法,实现了动力模式和统计季节降水预测结果的融合.检验表明,对1982-2015年我国夏季降水百分率的回报,融合预测结果与观测的平均空间相关系数可达0.44,分别较统计预测和CFSv2模式统计降尺度订正的技巧提高了0.1左右,而均方根误差较两者可以降低5%~20%.可见,该方法可以进一步提升对我国夏季降水的预测技巧,具有显著的业务应用价值.     

2020年江淮流域超强梅雨年际异常的驱动因子分析

利用观测诊断和数值模拟相结合的方法,研究了2020年江淮流域6～7月超强梅雨年际异常的环流特征和驱动因子。结果表明:（1）2020年梅雨期长度和江淮流域总降水量均为1961年以来第一位,超强梅雨主要与西北太平洋异常反气旋（WNPAC）的异常偏强和异常西伸有关,WNPAC为江淮流域梅雨期持续的强降水提供了充沛的水汽来源;（2）2019年11月至2020年3月,赤道中东太平洋发生一次弱的中部型El Ni?o事件,本次事件持续时间短、强度偏弱,不足以激发和维持2020年梅雨期异常偏强的WNPAC,而春、夏季热带印度洋和热带北大西洋海温异常持续偏暖是WNPAC异常偏强和西伸的主要驱动因子;（3）热带印度洋暖海温在其东部的西太平洋激发出大气Kelvin波响应,造成了纬向风变化的不均匀分布,通过埃克曼抽吸,抑制了局地对流活动,驱动了WNPAC的生成;而热带北大西洋暖海温则引起局地对流活动增强,导致热带北大西洋上空上升运动和热带中部太平洋下沉运动增强,在西北太平洋上空激发异常的低空反气旋;热带印度洋和热带北大西洋暖海温对2020年6～7月WNPAC异常偏强均有显著的正贡献。     

Estimation of the monthly precipitation predictability limit in China using the nonlinear local Lyapunov exponent

By using the nonlinear local Lyapunov exponent and nonlinear error growth dynamics, the predictability limit of monthly precipitation is quantitatively estimated based on daily observations collected from approximately 500 stations in China for the period 1960–2012. As daily precipitation data are not continuous in space and time, a transformation is first applied and a monthly standardized precipitation index (SPI) with Gaussian distribution is constructed. The monthly SPI predictability limit (MSPL) is quantitatively calculated for SPI dry, wet, and neutral phases. The results show that the annual mean MSPL varies regionally for both wet and dry phases: the MSPL in the wet (dry) phase is relatively higher (lower) in southern China than in other regions. Further, the pattern of the MSPL for the wet phase is almost opposite to that for the dry phase in both autumn and winter. The MSPL in the dry phase is higher in winter and lower in spring and autumn in southern China, while the MSPL values in the wet phase are higher in summer and winter than those in spring and autumn in southern China. The spatial distribution of the MSPL resembles that of the prediction skill of monthly precipitation from a dynamic extended-range forecast system.     

夏季中国中东部不同历时降水时空分布特征

利用1961~2012年台站逐时降水资料,分析了夏季中国中东部不同历时降水的主要气候分布和长期变化特征,为深入认识其时空变化规律和形成机理奠定基础。分析结果表明,降水事件的平均历时由南向北呈"短—长—短"分布型,华南和北方地区以6 h以下的短历时降水为主;而中部地区(28°N~37°N)6 h以上长历时降水占总降水量60%以上。随着降水历时的增加,小雨事件(0.1~1.0 mm/h)的发生概率降低,中雨事件(1.1~10.0 mm/h)的发生概率升高;大雨、暴雨事件(10.0 mm/h)更易出现在35°N以南历时偏短的降水事件中。1961~2012年,中国中东部总降水量呈"南升北降"的趋势分布,夏季南方大部分地区降水强度、时数和事件数均呈上升趋势;而北方地区降水时数和事件数显著减少,不过降水强度呈增强趋势。中东部降水历时总体呈上升趋势,尤其以我国长江与黄河之间的中部地区变化最为显著。同时,该地区短历时(1~6 h)降水无显著的年代际转折,长历时(6 h)降水的年代际增加是20世纪70年代末至20世纪90年代初降水增多的主要原因。20世纪90年代初期以来,南方地区降水的年代际增多则是长、短降水共同作用的结果,但超过6 h降水的影响范围更广,且影响中心较短历时降水偏北。     

Surface turbulent flux measurements over the Loess Plateau for a semi-arid climate change study

In order to provide high quality data for climate change studies, the data quality of turbulent flux measurements at the station of SACOL (Semi-Arid Climate & Environment Observatory of Lanzhou University), which is located on a semi-arid grassland over the Loess Plateau in China, has been analyzed in detail. The effects of different procedures of the flux corrections on CO₂, momentum, and latent and sensible heat fluxes were assessed. The result showed that coordinate rotation has a great influence on the momentum flux but little on scalar fluxes. For coordinate rotation using the planar fit method, different regression planes should be determined for different wind direction sectors due to the heterogeneous nature of the ground surface. Sonic temperature correction decreased the sensible heat flux by about 9%, while WPL correction (correction for density fluctuations) increased the latent heat flux by about 10%. WPL correction is also particularly important for CO₂ fluxes. Other procedures of flux corrections, such as the time delay correction and frequency response correction, do not significantly influence the turbulent fluxes. Furthermore, quality tests on stationarity and turbulence development conditions were discussed. Parameterizations of integral turbulent characteristics (ITC) were tested and a specific parameterization scheme was provided for SACOL. The ITC test on turbulence development conditions was suggested to be applied only for the vertical velocity. The combined results of the quality tests showed that about 62%–65% of the total data were of high quality for the latent heat flux and CO₂ flux, and as much as about 76% for the sensible heat flux. For the momentum flux, however, only about 35% of the data were of high quality.     

中国南方夏季降水的年代际变率主模态特征及机理研究

在气候变暖背景下,中国南方夏季降水存在明显的年代际变化特征。本文利用1920~2014年的逐月降水,以分析南方夏季降水年代际变率主模态为切入点,以研究南方夏季降水年代际变率空间分布型的年代际变化特征为重点,进一步研究了印度洋、北太平洋及北大西洋海温的年代际变率对南方夏季降水主模态年代际变率的可能影响机制。得到的主要结论包括:（1）指出中国南方夏季降水年代际变率的两个主模态为全区一致型和东西反相型降水模态。两个主导模态在1971/1972年发生了显著的年代际转变,在1925~1971年的第一主模态为东西反相型降水;在1972~2009年的第一主模态为一致型降水。不同主模态对应的海温异常关键区也在1971/1972年发生了相应的年代际变化。（2）揭示了全区一致型和东西反相型降水模态对应的环流场异常特征。一致多（少）型降水对应着中国南海及西北太平洋低空的反气旋（气旋）性异常,有（不）利于水汽自南海向南方地区输送。而贝加尔湖东侧低空的反气旋（气旋）性异常,有（不）利于冷空气向南方输送,并与来自南海地区的水汽在南方地区辐合,有利于南方地区降水一致偏多（少）。东多西少（西多东少）型降水对应着中国东南地区高空的正（负）异常中心,有利于高空辐散（辐合）及异常的上升（下沉）运动,其与南方地区东部低空的气旋（反气旋）性异常共同作用,有利于东部降水偏多（偏少）。与此同时,低空中南半岛反气旋（气旋）性异常及菲律宾地区反气旋（气旋）性异常,不（有）利于水汽自孟加拉湾及南海地区输送向南方地区西部,有利于形成东多西少（西多东少）的降水型。（3）揭示了印度洋海温、北太平洋海温和北大西洋海温协同影响南方地区东西反相型降水和一致型降水的机制。     

海洋模式中垂直混合参数化方案介绍

介绍了海洋垂直混合过程参数化方案的发展,以及不同参数化方案在海洋模式中的应用情况。首先,介绍不同垂直混合参数化方案的物理问题、理论依据、数学表达和特征,并对不同参数化方案进行了比较。其次,针对中尺度涡、亚中尺度涡以及波浪、潮流混合参数化的最新研究进展进行了总结并对垂直混合参数化的未来发展提出了一些建议。     

气候变暖背景下我国南方旱涝灾害时空格局变化

我国南方地区各季节降水异常主要包含三种优势模态：长江及其以南地区降水呈整体偏多或偏少的一致型,长江中下游流域与华南呈反相变化的南北反相型以及东南与西南呈反相变化的东西反相型。其中一致型是南方地区各季节降水变率的第一优势模态。总体而言,在1961—2013年南方地区平均降水存在明显的年代际和长期趋势变化。其中,夏季和冬季南方区域平均降水具有相似的年代际变化特征,而秋季降水的年代际演变几乎与上述两个季节的相反。不过,在近30年南方各季降水量发生年代际转折的时间不尽相同：春季和秋季降水分别在21世纪初期和20世纪80年代中后期之后进入干位相,冬季和夏季降水则分别在80年代中期和90年代初期之后进入湿位相。自21世纪初期以来,南方夏季和冬季降水逐渐转入中性位相。此外,南方春季和秋季降水均呈减少趋势;而夏季和冬季则相反,均呈增多趋势。对于西南地区,除了春季外,其他三个季节的降水均呈减少趋势,出现了季节连旱的特征,尤其是秋旱最为严重。不过,不管是季节降水量还是旱/涝日数,在我国南方大部分地区其线性变化趋势并不十分显著,这与南方降水年代际分量对降水变率存在较大贡献相关。分析还发现,我国南方区域洪涝受灾面积具有比较明显的年代际变化,而干旱受灾面积则没有明显的年代际变化特征,近十多年来西南地区干旱和洪涝受灾出现了交替互现的特点。