国家气候中心多模式解释应用集成预测

多模式集合和降尺度技术是提升模式预测能力的有效工具。该文对国家气候中心多模式解释应用集成预测 (MODES) 技术与业务应用现状进行了综合介绍。MODES采用欧洲中期天气预报中心、东京气候中心、美国国家环境预报中心和中国气象局国家气候中心4个气候业务季节预测模式输出场,利用EOF迭代、变形的典型相关分析、最优子集回归和高相关回归集成4种统计降尺度方法以及等权平均、经典超级集合等集成方法进行全国月及季节降水和气温预测。目前对MODES进行了夏季回报检验和约1年的实时业务应用。回报检验和业务应用表明,MODES对气温有较好的预测能力 (月预测平均PS评分为76),对降水有一定预测技巧 (月预测平均PS评分为68),具有短期气候预测业务应用价值。     

2010年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

为了及时总结气候异常发生的成因,提高气候预测准确率,本文利用历史和实时观测资料以及物理机制诊断等方法,对我国2010年气候异常的成因进行了初步分析.结果表明,2010年是进入21世纪以来气候最为异常的一年.海洋异常特征主要有:2009年6月至2010年4月,赤道太平洋发生一次中等强度的厄尔尼诺事件,2010年7月又迅速进入拉尼娜状态;而热带印度洋海温距平的发展经历了全区一致型暖海温异常和负偶极型海温模态两个阶段;北大西洋海温距平表现为"三极子"型特征.受海温异常强迫和海气相互作用的影响,北半球大气环流的主要特征有:西太平洋副热带高压在10月之前受厄尔尼诺影响而异常偏强偏西,之后受拉尼娜影响而异常偏弱偏东,副高脊线位置也表现出明显的阶段性特征;夏季中高纬地区出现明显的阻塞形势;南海夏季风为1951年以来最弱的一年,东亚夏季风也异常偏弱.此外,2009/2010年冬季北极涛动出现近60年来最强负异常.在海温异常强迫和大气内部动力过程共同作用下的环流异常是造成2010年中国气候异常的主要原因.     

Decadal/Interdecadal Variations of the Ocean Temperature and its Impacts on Climate

Decadal/interdecadal climate variability is an important research focus of the CLIVAR Program and has been paid more attention. Over recent years, a lot of studies in relation to interdecadal climate variations have been also completed by Chinese scientists. This paper presents an overview of some advances in the study of decadal/interdecadal variations of the ocean temperature and its climate impacts, which includes interdecadal climate variability in China, the interdecadal modes of sea surface temperature (SST) anomalies in the North Pacific, and in particular, the impacts of interdecadal SST variations on the Asian monsoon rainfall. As summarized in this paper, some results have been achieved by using climate diagnostic studies of historical climatic datasets. Two fundamental interdecadal SST variability modes (7– 10-years mode and 25–35-years mode) have been identified over the North Pacific associated with different anomalous patterns of atmospheric circulation. The southern Indian Ocean dipole (SIOD) shows a major feature of interdecadal variation, with a positive (negative) phase favoring a weakened (enhanced) Asian summer monsoon in the following summer. It is also found that the China monsoon rainfall exhibits interdecadal variations with more wet (dry) monsoon years in the Yangtze River (South China and North China) before 1976, but vice versa after 1976. The weakened relationship between the Indian summer rainfall and ENSO is a feature of interdecadal variations, suggesting an important role of the interdecadal variation of the SIOD in the climate over the south Asia and southeast Asia. In addition, evidence indicates that the climate shift in the 1960s may be related to the anomalies of the North Atlantic Oscillation (NAO) and North Pacific Oscillation (NPO). Overall, the present research has improved our understanding of the decadal/interdecadal variations of SST and their impacts on the Asian monsoon rainfall. However, the research also highlights a number of problems for future research, in particular the mechanisms responsible for the monsoon long-term predictability, which is a great challenge in climate research.     

热带大气季节内振荡的季节性特征及其在SAMIL-R42L9中的表现

分析了NCEP资料和SAMIL-R42L9中热带大气季节内（30～60天）振荡（ISO）的季节变化特征及其与平均气候场季节变化的关系。NCEP资料的分析表明：热带地区大气ISO在空间分布上存在明显的季节变化,大气ISO的季节变化与平均背景场的季节变化有明显的一致性。在空间分布上,热带大气ISO的活动对暖的SST、强的对流活动、西风、强的降水和低层水汽辐合有很强的依赖性。大气环流模式SAMIL-R42L9基本能够再现热带大气ISO空间分布上的季节转换特征,尤其在动力场（纬向风）上表现得最为明显。但对基本气候态季节变化的模拟,对不同的物理量有明显的差异。模式结果表明：热带大气ISO动力因子的季节性比热力因子的季节性对平均背景场的依赖性更大,模式不能很好地反映NCEP资料表现出来的ISO对平均背景场的强依赖性,同时也说明热带大气ISO的季节性可能并不完全依赖于平均背景场的季节变化。     

SEASONAL VARIATIONS OF THE TROPICAL INTRASEASONAL OSCILLATION AND ITS REPRODUCTION IN SAMIL-R_(42)L_9

Seasonal variations of the tropical intraseasonal oscillation (ISO) and relationship to seasonal variation of the climate background are studied by using NCEP/NCAR reanalysis data and output of SAMIL-R42L9. Analysis of NCEP data shows that spatial distribution of the tropical ISO has obvious seasonal variations, which are well consistent with the seasonal variation of climate background. The activity of the tropical ISO is, to a great extent, dependent on warm SST, strong convection, zonal western wind, strong precipitation and low-level moisture convergence. Main characteristics of the seasonal variations of the tropical ISO are captured by SAMIL-R42L9. Simulations of seasonal variation of climate background vary greatly with different variables. Results of SAMIL-R42L9 indicate that the seasonal variations of the tropical ISO in dynamical fields are more dependent on climate background than in heating fields and SAMIL-R42L9 cannot represent well the strong dependence of the ISO on the climate background present in NCEP/NCAR reanalysis data. It also suggests that seasonal variations of the ISO do not completely depend on that of climate background.     

近50 a东北地区降水异常的气候特征分析

用诊断分析的方法对近50a东北地区降水异常的气候特征进行了分析。结果表明，东北地区降水异常的季节变化明显，异常在6—8月最大，尤其是7—8月，异常峰值所在月有较明显的年际变化；近50a东北地区夏季降水异常呈现出明显的年际和年代际变化特征，存在3．1a的显著年际周期和12．5a的显著年代际周期，同时还存在26—28a、4—6a的多尺度振荡周期；东北地区夏季多、少雨年全国降水异常的分布表现出了东北与华北东部同位相，与淮河及长江中下游地区反位相的特征。夏季降水异常的空间分布及与全国降水异常的分布既有一致的时候(50、70、90年代)，也存在地域差异(60、80年代)。     

柴达木盆地西部地层的风力侵蚀对黄土高原物源贡献的研究进展

柴达木盆地是我国西北地区最干旱的盆地之一,常年盛行强劲的西北风,尤其在冬春季更甚。柴达木盆地西部地区自新生代以来沉积了巨厚的河湖相沉积。自上新世晚期以来,随着气候的逐步干化和盆地内部构造变形的加剧,该地区风力侵蚀地貌开始出现。早更新时出现的古盐壳和古雅丹地貌说明当时侵蚀已经相当剧烈。晚更新时以来,气候的极端干旱化和冰期的出现,更加促进了风蚀地貌的发育,在强劲的低空风力的雕刻下,形成了盆地西部几万平方千米的“百万雅丹”地貌,十分壮观。柴达木盆地不同地区风蚀地层的厚度和速率都不同,最大可达3 km和1.1 mm/yr,如此巨量的物质搬运必然为下风向的地区(都兰、青海湖地区、西宁盆地、黄土高原)的粉尘堆积提供可观的物源物质。研究表明,柴达木盆地西部被侵蚀的古湖相地层是上述地区,尤其是黄土高原重要的物源物质。随着研究的深入,其盆地内侵蚀物质输送到黄土高原的机制,已被学界越来越清晰的认识。     

积云参数化和分辨率对MJO数值模拟的影响

用中国科学院大气物理研究所发展的一个大气环流模式,使用不同的积云参数化方案和分辨率进行了6个模拟试验,考察了积云参数化方案和模式分辨率对热带大气季节内振荡（MJO）模拟的影响。结果显示：积云参数化方案和分辨率都会影响MJO的模拟。但积云参数化方案决定了模式对MJO模拟的基本能力,决定了模拟的MJO的基本特征。分辨率的变化并不能使模拟的MJO发生本质的改变,分辨率的作用更多的是对MJO的模拟起一定的调制作用,而这种调制作用又受到积云参数化方案的制约。在改进积云参数化方案的基础上提高模式的分辨率会在某些方面改善MJO的模拟。但是分辨率的提高需要同时提高水平分辨率和垂直分辨率,单独提高水平分辨率会降低模式模拟MJO的能力,引入更多的小尺度的高频扰动。非绝热加热垂直廓线对模式模拟MJO有重要的影响,而非绝热加热廓线很大程度上取决于所使用的积云参数化方案。模式水平分辨率的变化不会对加热廓线的结构产生明显的影响,而垂直分辨率的变化会对加热廓线的垂直结构产生一定的调制作用,进而对模拟的MJO起到调制作用。     

2007年我国秋季降水异常的成因分析

利用NCEP再分析资料和观测的我国160个台站的降水资料,分析了2007年秋季我国北方地区降水异常偏多的时空特征和大尺度环流特征,重点分析了2007年夏秋季开始的La Ni(n)a事件对2007年秋季降水和大气环流的影响.结果表明:2007年我国秋季降水出现了典型北多南少的分布,尤其是9月和10月北方地区降水异常偏多.这段时期内,印缅槽偏强,高原东侧的西南季风异常活跃,加强了来自孟加拉湾和南海的水汽向我国北方地区的输送,同时巴尔喀什湖一贝加尔湖高度场偏低,利于不断分裂的冷空气南下,由于西太平洋副热带高压脊线偏北,使冷暖空气主要交汇在我国北方地区.秋季降水EOF第二模态表现为南北反相的分布,与赤道中东太平洋海温异常有密切关系,解释了我国秋季降水10%以上的方差贡献.2007年我国秋季降水和大气环流都表现出了典型La Ni(n)a事件影响的特征.     

江淮梅雨期强降水和大气不同时间尺度波动的关系

中国的江淮梅雨具有多时间尺度特征,利用1979—2017年欧洲中期预报中心逐日再分析资料(ERA-interim)和台站逐日降水观测数据,采用滤波和合成分析等统计方法,分析了江淮梅雨期间不同时间尺度强降雨过程的特征,对比研究了不同时间尺度强降水对应的大气环流系统波动的演变特征。研究表明江淮梅雨降水集中期开始前1~9天和10~20天尺度的强降水首先增多,而21~30天时间尺度的强降水在降水集中期开始增多。低频周期波动(10~20天和21~30天)比天气尺度波动可以提供更持续和更深厚的暖平流输送,触发持续时间更长的垂直运动和水汽输送,有利于持续性强降水的发生。与1~9天天气尺度波动相关的强降水主要与上游自中亚经青藏高原向下游传播并不断发展加强的Rossby波能量传播有关,青藏高原对天气尺度涡旋的增强有重要作用;对10~20天尺度强降水,高层中纬度东北亚低频反气旋环流西移南压,长时间维持在江淮地区,低层南海-西太平洋地区准双周振荡西北向传播,伴随西北太平洋副热带高压加强西伸是主要影响过程;对21~30天尺度强降水而言,江淮上空移动性环流不明显,高层反气旋性环流增强的过程与其北南两侧,即贝加尔湖及其以东地区气旋环流和南海-西太平洋气旋环流的发展移动有密切的联系,同时伴随了对流层中低层西北太平洋地区21~30天尺度低频波的西北传播。