1960～2011年江淮地区夏季极端高温日数的特征及成因分析

基于江淮地区气象站1960~2011年逐日最高气温资料,分析了江淮地区在北半球夏季极端高温日数的年际变化及其与大气环流场和海温的关系。结果表明在江淮流域极端高温日偏多(少)时,其上空对流层中上层出现了具有正压结构的异常反气旋(气旋)环流,以及热成风涡度平流导致的下沉(上升)运动;亚洲西风急流的位置偏北(南),并且200 h Pa经向风场有明显的类似丝绸之路遥相关型的波列结构。在江淮地区极端高温日数偏多(少)的年份,前期的赤道太平洋中部,中国南海、孟加拉湾以及阿拉伯海海温呈现显著的正(负)异常,同期的中国东部海区、南日本海的海温呈现显著的正(负)异常。利用耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)中的8个模式的结果,评估了CMIP5模式对中国江淮地区夏季年平均极端高温的模拟效果,在此基础上,对未来极端高温的变化进行了预估。模式结果表明,在RCP(Representative Concentration Pathway)2.6情景下,21世纪末江淮地区夏季极端高温日数将可能达20 d左右;在RCP4.5情景下,21世纪末极端高温日数可能达40 d左右;在RCP8.5情景下,21世纪末极端高温日数将可能达约70 d。     

中国海域有效波高、海表风速长期变化趋势的季节特征

Long-term variations in a sea surface wind speed(WS) and a significant wave height(SWH) are associated with the global climate change, the prevention and mitigation of natural disasters, and an ocean resource exploitation,and other activities. The seasonal characteristics of the long-term trends in China's seas WS and SWH are determined based on 24 a(1988–2011) cross-calibrated, multi-platform(CCMP) wind data and 24 a hindcast wave data obtained with the WAVEWATCH-III(WW3) wave model forced by CCMP wind data. The results show the following.(1) For the past 24 a, the China's WS and SWH exhibit a significant increasing trend as a whole, of3.38 cm/(s·a) in the WS, 1.3 cm/a in the SWH.(2) As a whole, the increasing trend of the China's seas WS and SWH is strongest in March-April-May(MAM) and December-January-February(DJF), followed by June-July-August(JJA), and smallest in September-October-November(SON).(3) The areal extent of significant increases in the WS was largest in MAM, while the area decreased in JJA and DJF; the smallest area was apparent in SON. In contrast to the WS, almost all of China's seas exhibited a significant increase in SWH in MAM and DJF; the range was slightly smaller in JJA and SON. The WS and SWH in the Bohai Sea, the Yellow Sea, East China Sea, the Tsushima Strait, the Taiwan Strait, the northern South China Sea, the Beibu Gulf, and the Gulf of Thailand exhibited a significant increase in all seasons.(4) The variations in China's seas SWH and WS depended on the season. The areas with a strong increase usually appeared in DJF.     

不同对流参数化方案对1991年江淮暴雨的模拟对比

采用最新发布的区域气候模式RegCM3．1,分别引入Grell-AS、Grell-FC、Kuo和MIT-Emanuel 4种积云对流参数化方案,对1991年5～7月江淮地区暴雨进行模拟试验。从各月降水量的模拟来看,Grell—AS方案较好地模拟出了江淮暴雨的强度,尤其是对7月降水的强度和位置的模拟与观测非常接近;Grell—FC方案能较好地反映7月江淮暴雨的强度和位置,但对华南地区降水模拟一直显著偏强;Kuo方案能模拟大尺度降水的情况,但对强对流性降水模拟偏弱;MIT-Emanuel方案较好地反映了5月降水的空间形势,但各月降水的模拟都比观测强。从各区月平均降水的对比发现,Grell-AS和Kuo方案的模拟要优于Grell-FC和MIT-Emanuel方案。从降水的南北变动来看,Grell-AS方案较好地刻画了江淮地区雨带的强度和南北变动。高低空环流形势和整层水汽通量的分析表明,造成MIT-Emanuel方案降水模拟偏强的主要原因与水汽输送偏强有关。对4种积云对流参数化方案进行集合,其结果表明,物理过程集合方法能有效地减小物理过程参数化的不确定性对模拟结果的影响。     

基于交叉验证的多模式超级集合预报方法研究

利用AREM、MM5和WRF 3个中尺度有限区域模式,通过选取对短期天气预报影响颇大的积云参数化方案和边界层方案构成15个集合预报成员,以2003年7月汛期天气为研究对象,分别采用相关加权、多元线性回归以及支持向量机回归与"交叉验证"相结合的方法,开展有限区域模式的多模式短期超级集合预报研究.文中主要对上述3种方法的24 h降水和700 hPa流场的超级集合预报结果与多模式集合平均预报结果以及T213模式结果进行了对比分析,结果表明:(1)对于24 h降水,支持向量机回归方法的超级集合预报得到的均方根误差比多模式集合平均小,各降水临界值的TS异常评分比多模式集合平均高;并且它也较相关加权法和多元线性回归的超级集合预报效果好.(2)对于700 hPa流场,对比分析各预报结果经过向量EOF分析得到的风场第1模态和第2模态表明,多模式集合平均主要使风场强度变小,多元线性回归和支持向量机回归的超级集合预报可以较好地刻画风场的强度分布,其中支持向量机回归的超级集合预报对风场强度及其区域分布的预报效果最好.(3)对于700 hPa流场,超级集合预报明显优于同期T213模式预报,从相同的预报均方根误差意义看,支持向量机回归的超级集合预报至少较T213模式预报能提前12 h.     

北半球冬季南太平洋海表温度异常的主要模态及其与ENSO的关系

利用新版本的NOAA扩展重构的海温资料,研究了1950/1951年-2008/2009年北半球冬季(12月-翌年2月平均)南太平洋海温异常的主要模态,并探讨了海温主要模态在年际和年代际时间尺度上与ENSO的关系。研究结果表明:北半球冬季南太平洋海温变化主要存在两个模态,第1模态基本反映了南太平洋海温异常南－北的反相变化特征,第2模态基本反映了南太平洋海温异常东－西的反相变化特征。两个模态的年代际周期均比其年际周期显著,其中第1模态的主要年代际周期为11~16 a,第2模态的主要年代际周期为18~24 a。主要模态与ENSO关系的分析表明,第1模态与同期ENSO事件的关系最显著,主要显示其对ENSO的响应,而第2模态对滞后其1 a的ENSO事件存在一定的影响。为进一步研究它们的年际和年代际关系特征,分别对它们进行滤波后的分析表明,在年际时间尺度上,南太平洋海温两个主模态同ENSO事件的关系与滤波前的基本一致;在年代际时间尺度上,第1模态的年代际变化可能对ENSO的年代际变化存在一定的响应,而第2模态可能不仅对前期的ENSO事件存在一定的响应,还可能对后期的ENSO事件存在一定程度的影响作用。     

Relationship between Arctic sea ice thickness distribution and climate of China

Based on the simulated ice thickness data from 1949 to 1999,monthly mean temperature data from 160 stations,and monthly mean 1 × 1 precipitation data reconstructed from 749 stations in China from 1951 to 2000,the relationship between the Arctic sea ice thickness distribution and the climate of China is analyzed by using the singular value decomposition method.Climate patterns of temperature and precipitation are obtained through the rotated empirical orthogonal function analysis.The results are as follows.(1) Sea ice in Arctic Ocean has a decreasing trend as a whole,and varies with two major periods of 12-14 and 16-20 yr,respectively.(2) When sea ice is thicker in central Arctic Ocean and Beaufort-Chukchi Seas,thinner in Barents-Kara Seas and Baffin Bay-Labrador Sea,precipitation is less in southern China,Tibetan Plateau,and the north part of northeastern China than normal,and vice versa.(3) When sea ice is thinner in the whole Arctic seas,precipitation is less over the middle and lower reaches of Yellow River and north part of northeastern China,more in Tibetan Plateau and south part of northeastern China than normal,and the reverse is also true.(4) When sea ice is thinner in central Arctic Ocean,East Siberian Sea,Beaufort-Chukchi Seas,and Greenland Sea;and thicker in Baffin Bay-Labrador Sea,air temperature is higher in northeastern China,southern Tibetan Plateau,and Hainan Island than normal.(5) When sea ice is thicker in East Siberian Sea 5 months earlier,thinner in Baffin Bay-Labrador Sea 7-15 months earlier,air temperature is lower over the north of Tibetan Plateau and higher in the north part of northwestern China than normal,and a reverse correlation also exists.     

夏季西太平洋副热带高压南北位置变动特征及其影响

使用ECMWF再分析数据集资料中的位势高度场、三维风场、温度场、相对湿度场、海温场以及中国气象局730站地面降水资料和日最高温度资料,对比分析研究了7月份西太平洋副高位置偏南和偏北过程(持续满足南、北位置指标6天以上定义为一次南、北部型过程)所对应的动态气候特征及其演变.分析首先揭示出了西太平洋副高的南北位置变化存在季...     

2003年江淮汛期多模式短期集合预报方法研究

利用AREM、MM5和WRF模式为试验模式,由对短期天气预报结果影响颇大的积云参数化方案和边界层方案构成15个集合预报成员,开展有限区域多模式短期集合预报在我国汛期时段的应用与研究.分别研究了单个模式集合预报和多模式集合预报在2003年汛期(7月)预报中的应用,预报对象主要包括降水、500 hPa位势高度和700 hPa相对湿度.试验结果表明:(1) 由AREM、MM5和WRF模式构成的多模式集合对以上要素的集合预报总体效果比其任一单个模式的集合预报效果好;(2) 对于降水的集合预报,单个模式的集合平均结果对多模式集合预报效果有影响.且对于不同的降水临界值影响不同;当降水临界值较小时,单模式集合平均结果对多模式集合效果影响较小;当降水临界值较大时,影响较大,甚至可以影响多模式集合的集合平均预报成败;(3) 对于降水、500 hPa位势高度和700 hPa相对湿度,其单个模式以及多模式的48 h集合预报对确定性预报的改善度都比24 h的显著.(4) 对于形势预报和相对湿度预报,多模式集合预报效果明显比同期T213模式的预报水平高.     

多模式短期集合降水概率预报试验

利用AREM、MM5和WRF3个中尺度数值模式,通过积云参数化和边界层方案组合构成15个集合成员,对中国2003年7月汛期降水分别采用平均法、相关法、Rank法开展多模式短期集合降水概率预报试验。结果表明：用上述3种方法制作的多模式短期集合概率预报都能对降水落区及中心做出较准确的预报,但平均法和相关法易使降水落区虚假放大,Rank法则能较好地刻画降水落区边界及强度,其概率预报效果优于平均法和相关法结果。采用BS（Brier score）、RPS（ranked probability score）评分和ROC（relative operating characteristic）曲线对3种方法的降水概率预报效果评价时发现,对某一临界值等级的概率预报,3种方法结果差异较小;但对某一天降水概率预报结果的综合评价表明,Rank法显著优于前两种方法;降水强度大、范围广的降水的RPS评分和各级的BS评分较高,表明多模式降水概率预报也具艰巨性。     

冬季黑潮延伸体区域海表温度锋对北太平洋风暴轴的影响

利用NOAA最优插值逐日海表温度资料和NCEP/NCAR的逐日大气再分析资料,分析了冬季黑潮延伸体区域海表温度锋的变化及其对北太平洋风暴轴的影响。结果表明,冬季黑潮延伸体区域海表温度锋强度和纬度位置既存在年际变化,也存在年代际变化,且强度和位置的变化是相互独立的。冬季黑潮延伸体区域海表温度锋强度的年际变化对北太平洋风暴轴没有显著的影响,而其年代际变化则对北太平洋风暴轴具有非常显著的影响,当冬季海表温度锋偏强时,大气斜压性在鄂霍次克海及阿拉斯加附近区域上空增强,而在海表温度锋下游至东太平洋区域上空显著减弱,平均有效位能向涡动有效位能的斜压能量转换在45°N以北的太平洋区域上空有所增多,而在30°-45°N的太平洋区域上空有所减少,涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换在35°N以北的西太平洋区域以及45°N以北的东太平洋区域都显著增加,而仅在其南部边缘存在东西带状的减弱区域,导致40°N以北海区北太平洋风暴轴增强,40°N以南海区北太平洋风暴轴减弱,冬季海表温度锋偏弱时则有与之相反的结果。冬季黑潮延伸体区域海表温度锋纬度位置的变化对北太平洋风暴轴也存在较显著的影响,当海表温度锋位置偏北时,在其下游45°N以南的太平洋区域上空大气斜压性减弱,45°N以南的中东太平洋区域上空区域平均有效位能向涡动有效位能、以及涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换都减少;而在45°N以北的太平洋区域上空大气斜压性增强,在阿拉斯加湾附近上空尤其显著,在黑潮延伸体区域附近以及45°N以北的中东太平洋上空平均有效位能向涡动有效位能、以及涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换都显著增加,导致北太平洋风暴轴在其气候平均态轴线两侧呈现北正南负的偶极子形态;海表温度锋位置偏南时则有与之相反的结果。冬季黑潮延伸体区域海表温度锋强度和位置的变化均对北太平洋风暴轴具有显著的影响,其具体的物理机制还需要进一步的研究。