5月华南降雨前期海温信号特征分析

利用国家气象信息中心提供的1983—2013年31 a月平均全国降雨数据、美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)大气再分析资料及美国国家海洋大气管理局(NOAA)的海表面温度资料,分析了华南前汛期(5月)降雨的前期海温信号。结果表明,华南5月份降雨在印度洋和太平洋的早期海温信号于1998年前后有显著的年代际变化。1998年之前,前期海温信号主要是和处于发展位相的厄尔尼诺有关的热带东太平洋和北印度洋的海温异常,它主要通过大气桥作用激发的菲律宾反气旋影响华南5月降雨异常。1998年之后,前期海温信号主要是和中高纬北太平洋的马蹄形海温异常有关,它可以通过影响中纬度瞬变活动调制副热带急流的强度和位置,引起华南降水异常。利用2014年4月的海温信号对5月华南降水的预报结果及5月的大气环流,验证了这种海温信号的存在及其引起华南5月降雨异常的机理,并运用美国国家环境预报中心气候预报系统(CFSv2)的模式预报数据,证实了这两类前期海温信号的存在。本研究表明,这两类前期海温信号能为5月份华南降雨未来的业务预报提供一定参考。     

季风与ENSO的选择性相互作用:年循环和春季预报障碍的影响

本文主要基于对Webster and Yang（1992）一文的回顾,讨论了年循环在季风和ENSO相互作用中的作用、春季预报障碍（SPB）、Webster-Yang指数（WYI）、以及亚洲夏季风的前期讯号等内容。亚洲季风和ENSO作为全球天气和气候变率的主要来源,它们之间的相互作用存在明显的年变化和季节“锁相”特征:在北半球秋冬季,亚洲季风对流活动最弱,此时ENSO的信号最强;但是到了北半球春季,亚洲季风对流快速爆发,而此时的ENSO信号却迅速衰减。亚洲季风和ENSO位相的错位变化使得热带海—气系统的不稳定性在北半球春季达到最大,此时任意一个微小的扰动都容易快速增长,最终导致基于ENSO的预报技巧减小。亚洲夏季风环流本质上可以看成是大气对副热带地区潜热加热的低频罗斯贝波响应,它具有很强的垂直风切变,这是WYI定义的物理基础。WYI数值越大,代表垂直东风切变越大,即亚洲季风环流增强,反之亦然。利用WYI与前期大气环流场、欧亚雪盖、土壤湿度等物理量进行回归分析,结果表明:当亚洲夏季风增强时,前期冬季和春季,在北印度洋和亚洲副热带地区上空出现东风异常,同时在更高纬度地区伴随出现西风的异常;此外,副热带地区如印度次大陆、中南半岛和东亚的土壤湿度增大;中纬度地区尤其是青藏高原中西部的积雪密度明显减小。这些前期讯号的发现有助于我们构建动力统计模型,进而提高对亚洲夏季风的季节预报水平。     

HJ-1B热红外辐射定标对地表温度反演的影响

辐射定标是地表温度反演的关键环节。在实际应用中,定标参数的选取直接影响辐射定标结果。由于卫星在轨定标系统的灵敏度会随时间发生改变,这使得实际的辐射定标存在不确定性。本文基于单波段热红外辐射传输方程给出了辐射定标影响地表温度反演的敏感性分析模型,并重点对HJ-1B热红外波段的辐射定标问题及其对地表温度反演的影响进行讨论和分析。敏感性分析模型显示,在一般的情形下,辐射定标偏差与地表温度反演误差的比值在数值上约为1∶11,即0.1个单位(W·m–2·sr–1·μm–1)的辐射定标偏差可能引起1.1 K左右的温度反演误差。由于对HJ-1B热红外波段定标参数的更新存在滞后,即使仅考虑相邻年份间的定标偏差,相应的地表温度平均绝对误差也在1.0—2.0 K左右。在更严重的情形下,因辐射定标偏差引起的地表温度误差甚至高达5.0 K以上。同时,分析结果也表明对HJ-1B的存档影像,无论使用其头文件中的定标参数还是当年公布的定标参数,定标后辐射亮度值的偏差均存在一定的不稳定性。针对当前在HJ-1B定标参数更新方面的不足,本文假定传感器辐射性能变化是匀速稳定的,相应地提出了线性内插修正法和线性外推法两个定标参数估计/修正方案。通过线性内插的方法进行辐射定标修正后,在一定程度上减小了误差的不稳定性,与MODIS B31波段的亮温相比,偏差在1.0 K以内(约为0.5 K)。当定标参数尚未公布时,由线性外推法修正后的辐射定标结果所得亮温的偏差约为1.0 K。与在大亚湾核电站附近海域进行的一次卫星同步观测(2011年12月18日)相比,经两个方案修正后的海表温度偏差分别约为0.2 K和0.7 K。案例分析的结果表明,在现阶段,线性内插修正法和线性外推法是简单有效的,可供用户在实际应用中参考和使用。     

SEASONAL PREDICTIONS FOR SPRING AND AUTUMN SURFACE AIR TEMPERATURES OVER SOUTHERN CHINA BY THE NCEP CFSV2

In this study, we investigate the variations of spring and autumn air temperatures in southern China (SC) and associated atmospheric circulation patterns. During the boreal spring, the SC air temperature is mainly influenced by tropical sea surface temperature anomalies (SSTAs). On the one hand, the El Ni?o SSTA pattern may induce a stronger-than-normal western Pacific subtropical high, which leads to warming in SC. On the other hand, the warm SSTAs in the tropical Indian Ocean may trigger anomalous Rossby wave trains, which propagate northeastward and result in anomalously high temperature in SC. During the boreal autumn, however, the SC temperature is more likely affected by mid-latitude atmospheric circulation, such as the wave trains forced by the North Atlantic SSTAs. The NCEP Climate Forecast System version 2 (CFSv2) is able to capture the climatology of SC air temperatures during both spring and autumn. For interannual variation, the CFSv2 shows a good skill for predicting the SC temperature in spring, due to the model’s good performance in capturing the associated atmospheric circulation anomalies as responses to tropical SSTAs, in spite of the overestimated relationship with the El Ni?o–Southern Oscillation (ENSO). However, the model has a poor skill for predicting the SC temperature in autumn, primarily due to the unrealistic prediction of its relationship with the ENSO.     

青藏高原西侧地区冬季降水的年际变率及其影响因子

基于全球降水气候中心（GPCC）和全球降水气候计划（GPCP）的降水数据及ERA-interim再分析资料,分析了1979~2012年冬季青藏高原（简称高原）西侧地区降水的基本特征及影响其年际变率的潜在因子。结果表明高原冬季降水主要发生在其西侧地区且为全区变化一致型,降水所需的水汽主要来自上游地区,从该区域的西边界输入。然而,高原西侧地区冬季降水的年际变率主要由水汽输送的动力过程所决定,表现为高原西侧的西南风异常。此外,高原西侧冬季降水的年际变率与其上游典型的大气内部变率北大西洋涛动和北极涛动相关性不强,而与赤道西印度洋和热带中东太平洋的海温显著相关。热带中东太平洋海温异常通过影响大气环流变化,在印度洋北部激发一个反气旋式的环流异常,使得高原西侧地区出现异常西南风,从而加强了水汽通量输送的动力作用。同时在赤道异常东风的作用下,暖水也向印度洋西部输送堆积。赤道中东太平洋海温的异常可进一步导致西风急流发生南北移动,从而也在一定程度上影响了高原西侧冬季水汽输送以及降水的年际变率。     

大气能量传播及不同纬度间大气相互作用的研究进展北大核心CSCD

早期的理论分析认为大气中临界纬度的存在使得热带-热带外的大气活动互不影响。然而,大量的观测事实表明中低纬度大气运动存在着明显的动力联系。为了帮助人们更好地理解大气中的遥相关现象,在大量文献的基础上,综述了几种波能量传播理论:(1)大圆理论指出了罗斯贝波在球形大气中的传播特征;(2)西风通道理论发现了中纬度瞬变扰动越赤道传播的"走廊";(3)能量堆积-波列发射理论揭示了热带扰动影响到更高纬度大气活动的可能过程;(4)赤道波侧向膨胀理论则利用转折纬度的概念更进一步解释了这种中低纬度大气相互作用的物理机制;(5)经向基本流理论则认为在一定的条件下定常波可以穿过热带东风带传播到另一半球。此外,文中还回顾了在波-流相互作用诊断方面的研究进展,尤其是关于罗斯贝波、惯性重力波和赤道开尔文波。大气能量的经向传播具有显著的年变化和年际变化,这与ENSO、西风急流、大洋中部槽等的变化密切相关。     

中南半岛春季土壤湿度异常对亚洲热带夏季风建立和发展的影响

利用WRF区域模式模拟分析了中南半岛地区春季土壤湿度异常对亚洲热带夏季风建立和发展的影响,结果表明:亚洲热带夏季风对中南半岛春季土壤湿度的响应是不对称的,当中南半岛春季土壤湿度偏高时,中南半岛及孟加拉湾周边地区呈现异常东风,伴随降水减少,季风减弱;而中南半岛春季土壤湿度偏低时,孟加拉湾及周边地区西风减弱,降水减少,季风也对应减弱。通过进一步分析物理机制得到,中南半岛春季土壤湿度异常偏高使季风建立初期感热减小,陆表温度明显降低,从而导致海陆温差逐渐降低,使季风减弱;而中南半岛春季土壤湿度异常偏低使整个中南半岛区域蒸发减少,导致地表向上输送的水汽减少,减弱季风环流和降水。此外,通过分析850 h Pa纬向风及对流层中上层经向温度梯度两项季风暴发指数,探讨了中南半岛春季土壤湿度异常对孟加拉湾东部季风暴发时间的影响,结果表明:中南半岛春季土壤湿度偏高时,孟加拉湾东部季风暴发时间大约推迟10天左右,而土壤湿度较低对亚洲热带夏季风暴发时间影响甚微。     

北大西洋涛动和英国-鄂霍次克海走廊型遥相关对2022年盛夏长江中下游极端高温的影响

利用欧洲中期天气预报中心的ERA5再分析资料,分析中高纬度大尺度环流异常对2022年盛夏长江中下游地区大范围极端高温事件的影响。结果表明,此次极端高温异常主要受到东亚副热带异常反气旋和北部异常气旋的影响。该经向偶极型环流异常与北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)和英国-鄂霍次克海走廊型遥相关型(British-Okhotsk Corridor,BOC)密切相关。NAO正位相关联的副热带急流波列有利于副热带反气旋的形成。同时,正位相的BOC与丝绸之路遥相关耦合,有利于经向偶极型环流模态的形成。在该环流模态的影响下,对流层高层的南亚高压和西风急流明显增强且东伸,中低层西太平洋副热带高压增强西伸。异常高压控制下的下沉气流以及西风急流出口区右侧的下沉气流通过绝热下沉增温与晴空短波辐射增温,促进地表气温升高,进而引发极端高温异常。     

广东省台风灾害风险综合评估

利用1951—2010年的台风数据和2010年人口及统计数据,结合国内灾害系统理论和国外通用风险评估公式,对广东省各市台风灾害风险进行评估,并应用GIS技术分析各个指标的分级分布情况。通过建立台风路径缓冲区,并根据计算灾次比的方法评估台风灾害的危险性;利用各市总人口数和生产总值表示暴露程度,选取5个指标分别表征人口和社会资产两种承灾体的敏感性;再结合暴露度和敏感性得到承灾体脆弱性指标;最终由灾害危险性和承灾体脆弱性两项指标综合计算出广东省各市的台风灾害风险性。结果表明:台风对广东省的影响程度总体上呈现出沿海向内陆递减的趋势,粤西沿海台风危险性最高;广州、湛江人口暴露度最高,广州、深圳社会经济资产暴露度最高;人口敏感性指数等级高的城市人口总抚养比值高、女性所占人口比值高、人均可支配收入相对较低,社会经济敏感性指数等级高的城市往往经济发展水平相对较低;湛江、汕尾等城市人口数目多和人口敏感性高从而人口脆弱性很高,广州、东莞等经济发达的城市虽然社会经济敏感性低,但高的暴露值导致其脆弱性值很高。根据评估结果,当前广东省台风灾害风险值最高的城市为湛江、广州和佛山。      

华南前汛期开始日期异常与大气环流和海温变化的关系

利用1961—2012年美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的再分析资料、NOAA海温资料,CMAP降水资料和华南261个测站降水观测资料,首先分析华南前汛期开始日期(以下简称华南开汛)异常的气候特征,然后采用相关分析、合成分析的方法研究华南开汛异常与3—4月大气环流以及海温变化的关系。结果表明,近52 a来华南开汛具有显著的年际变化特征,但变化趋势不明显。开汛最早出现在1983年3月1日,最晚出现在1963年6月1日,1961—2012年华南平均开汛日期是4月6日。华南开汛主要出现在3—4月,占92.3%。华南开汛与3—4月华南降水相关最显著,开汛偏早(晚),对应华南3—4月降水偏多(少)。华南开汛偏早年,在3—4月,对流层高层副热带西风急流偏强,中层西太平洋副热带高压偏强偏西、低层南支槽偏强,华南上空西南气流偏强;华南开汛偏晚年则相反。华南开汛与3—4月中国南海及周边地区海温显著相关,海温偏低(高)对应华南开汛偏晚(早)。华南开汛偏晚年的海温和大气环流异常比早年显著。