夏季东亚副热带西风急流高频斜压波 波包分布特征

利用1960—2015年NCEP全球再分析日平均资料和我国2426站20时日降水量资料,采用Morlet小波分析方法和波包传播诊断分析方法,研究了夏季(6—8月)东亚副热带西风急流的窄带信号和高频斜压波波包分布特征及其与夏季我国东部典型雨季的对应关系。结果表明:(1)滤除30d尺度以上变化后的夏季多年平均EASJ表现为显著的3～7d高频窄带信号,该频域涵盖了华南汛期2～4和5～7d、江淮梅雨季5～7d以及7月下旬至8月北方暴雨的2～4和6～8d的高频窄带信号,反映了夏季窄带信号的阶段性变化及其与我国东部典型雨季的对应关系。(2)与东亚副热带西风急流相对应的3～7d高频斜压波波包大值带呈准纬向分布,代表强扰动区域,即急流带超地转强西风切变的动力不稳定区;波包低值区与南亚高压相对应,代表弱扰动区域,即弱风均压稳定区。进一步分析江淮梅雨季高频斜压波波包的分布特征表明,分别位于中纬度和高纬度的两条5～7d高频斜压波波包带和高值区与影响江淮梅雨降水的斜压能量频散波导和关键区高能值有很好的对应关系。(3)与副热带西风急流相对应的位于40°～55°N的3～7d高频斜压波波包带活动主要表现为经向位移和强度变化,其经向位移呈现先南落后北抬再波动的特征,强度表现为逐渐减弱而后加强的变化趋势。高频斜压波波包纬向分布变化以纬向风中心值位置突变为转折点分为两个阶段,表现出明显不同的波包分布特征。第一阶段有两个波包大值区,分别为黑海至里海地区和我国东北至日本岛地区;第二阶段有三个波包大值区,分别为黑海至里海地区、巴尔喀什湖西侧以及我国东北至日本岛地区,其中巴尔喀什湖西侧3～7d高频斜压波波包扰动对我国东部降水有重要贡献。     

江淮梅雨季节强降雨过程特征分析

为了便于识别梅雨季节江淮地区的强降雨过程,促进汛期强降雨过程的预报方法研究,使用中国国家级地面气象站逐日观测资料,提出了一种划分江淮梅雨季节强降雨过程的客观方法,并对江淮梅雨季节内强降雨过程的特征进行了分析。结果表明:该方法能有效划分出江淮梅雨季节的强降雨过程,划分结果与预报业务中的划分结果具有较高的一致性,便于在业务中应用。在江淮梅雨季节内,梅雨期的强降雨过程存在明显的年际变化且与梅雨强、弱密切相关,强梅雨年具有较多的强降雨过程以及过程累积强降雨日,强梅雨年的强降雨过程具有持续性、反复性和频发性的特征。弱梅雨年则相反。近56年来梅雨期强降雨过程累积雨量在整个江淮地区有线性增加的趋势,且江苏南部至浙江北部地区雨量增大的趋势最为显著。梅雨期强降雨过程累积雨量及雨日的空间分布是一致的,最大区域中心均位于安徽西南部、江西东北部及湖北东部等地。按照此客观划分方法确定的梅雨期的强降雨过程累积雨量与梅雨期总雨量具有较为相似的时空变化特征。      

论天气预报科研业务结合可持续发展机制

科研业务的脱节,已经成为制约天气预报科技成果转化为预报能力的重要因素。本文在阐述天气预报科研业务结合机制建设必要性的基础上,介绍了国内外气象行业科研业务结合工作方面的现状及近几年国家气象中心在天气预报科研业务结合机制方面取得的成果和体会,并结合我国科研业务结合工作机制中存在的问题,提出相关对策和建议。在天气预报科研业务结合试点工作中,探索建立"小实体、大网络"的科研业务结合专项工作机制,科技成果业务转化遴选、准入、转化及认证机制,预报试验应用反馈机制以及业务需求引导科学研究机制,保证科研业务结合工作的顺利实施,发挥国家级中试基地的引领示范作用。     

夏季沿亚洲副热带西风急流Rossby波传播及其与我国降水异常的联系

利用1960—2015年夏季(6—8月)NCEP 2.5°×2.5°全球逐日再分析资料,采用涡度源方程和Eliassen-Palm通量,对夏季沿亚洲副热带西风急流Rossby波活动的波源、能量传播及其与我国降水异常的关系进行了分析和研究。结果表明:夏季200 hPa大气准静止行星波产生的源地主要集中在地中海地区,亚洲副热带西风急流(ASWJ)中的准静止Rossby波在此激发并沿急流向东传播,东传过程中在急流轴南侧波流相互作用相对活跃。波作用通量的辐合辐散中心沿副热带西风急流交替分布,波流相互作用是ASWJ上西风强弱交替变化的动力机制。沿ASWJ交替分布的五个波作用通量辐合辐散关键区散度具有较强的关联性,表现为同一Rossby波列的不同部分,其中波源处Rossby波动能量的传播对其下游ASWJ的强弱影响最大,而急流关键区内纬向风的大小也与波作用通量散度场的强弱和分布密切相关。波源处以及位于我国青藏高原东部至黄土高原上空的波作用通量散度指数WFD-Ⅰ和WFC-Ⅱ与我国南、北方降水相关性较为显著,在WFD-Ⅰ为正异常年时,对应南方关键区降水偏多年份占比为62.5%,在WFD-Ⅰ为负异常年时,对应北方关键区降水偏多年份占比为80%;在WFC-Ⅱ为正异常年时,对应南方关键区降水偏少年份占比为66.7%,在WFC-Ⅱ为负异常年时,对应北方关键区降水偏少年份占比为81.8%。研究夏季波源处WFD-Ⅰ异常年导致我国降水异常的环流成因发现,WFD-Ⅰ为正异常年时,由上游波源地区激发的Rossby波向下游地区的能量频散偏强,位置偏南,波流相互作用导致我国南方上空高空急流加强,高低空辐散辐合配置加强,垂直上升运动增强,易造成我国南方地区降水异常偏多。WFD-Ⅰ为负异常年时,Rossby波能量的经向传播较强而纬向传播较弱,北方降水关键区受波通量辐散控制,高空西风急流加强,高低空辐散辐合配置和垂直上升运动增强,有利于我国北方地区降水的发展。     

基于自组织神经网络算法的华北区域夏季天气气候学特征

对华北区域的天气气候学研究,有助于理解该区域大气环流场与地面要素场之间的相互联系。利用自组织神经网络算法(SOMs),基于1958—2002年夏季ERA-40日平均海平面气压距平场(MSLPA),对华北区域的海平面气压场进行分型,研究其天气气候特征。36种典型地面环流形势被识别出来,包括强北高南低、强西高东低槽、强西北低东南高和强东部高压西伸4种极端类型,以及它们之间的过渡型。天气型的空间特征分析表明二维自组织图上天气型的对称性体现了华北区域天气气候的一般性特征,而非对称性则体现其独特性。天气型演变特征分析表明高、低压系统越强,或以高压系统活动为主时,华北地区的天气形势相对稳定,反之则转变较快。年际变化分析指示出其中6种天气型出现较明显的年际线性变化趋势。最后,分析天气型相应的降水分布特征,表明区域内不同地区的降水来自不同天气型的影响,地面环流场的细小差别将会造成地面强降水中心位置的较大不同,且地形的影响将进一步放大该差别。上述分析结果采用更完整和更高时间分辨率的资料,定量化地研究华北区域夏季的天气分型特征,拓展其天气气候学研究。研究成果可用于发展客观化的数值模式典型天气过程识别技术,以及作为区域气候情景分析的基础。     

南海季风爆发前罕见连续3场暴雨特征及成因

2010年5月上中旬南海季风尚未爆发,广东一周内出现罕见的连续3场区域性暴雨 (下称连场暴雨)。利用常规气象观测资料和NCEP分析资料,从降水时间特征和环流形势对比了连场暴雨和持续性暴雨的异同,并应用局地经向环流数值模式诊断探讨其可能形成机制。结果表明:中高纬度地区阻塞形势建立对广东5月连场暴雨和6月持续性暴雨发生均尤为关键,连场暴雨期间阻塞高压位于乌拉尔山附近,降水与中纬度短波槽南下密切相关;而持续性暴雨期间阻塞高压偏东位于亚洲大陆中部,降水主要受热带西南季风北推影响。尽管大尺度环流背景相似,但3场暴雨过程天气系统配置差异较大。数值诊断结果进一步表明:激发连续3场暴雨的主要物理因子为潜热加热、温度平流和西风动量输送。潜热加热是此次连场暴雨的正贡献和正反馈的最直接因子,而西风动量输送和温度平流对暴雨发生有一定触发作用和指示意义 (超前0~1.5 d)。因此,分析和预报季风爆发前的连场暴雨过程,应注意中高纬度地区西风动量输送、冷暖平流活动和相应的天气形势演变。     

OTS、MOS和OMOS方法及其优化组合应用于72 h内逐3 h降水预报的试验分析研究

开展了夏半年72 h内逐3 h降水预报试验,针对ECMWF模式预报、基于ECMWF的模式输出统计(MOS)预报、纳入超前空间实况信息的OMOS预报,以及三种预报的最优TS评分订正(OTS)预报,对比分析预报效果,探讨一种多方法结合能够提供良好预报性能的3 h定量降水预报技术方案。结果表明:在短期预报中,MOS预报与OTS订正相结合的MOSOTS综合预报方法的预报性能最好,而且MOS-OTS方法的3 h强降水预报与业务运行的城镇指导预报中融合主客观预报的降水预报相比,也具有一定优势;而在临近3 h预报中,则OMOS预报与OTS订正相结合的OMOS-OTS综合预报方法最优,3 h内0.1、3和10 mm以上降水的TS评分最高,比原始模式预报分别提高73%、198%和483%,Bias评分接近于1,在夏半年的逐日晴雨预报中,OMOS-OTS方法在大部分日期都稳定优于MOS-OTS预报和城镇指导预报。     

大气低频振荡对四川盆地持续性强降水的影响

利用1981—2016年我国地面气象站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过小波分析、合成分析、Butterworth滤波等方法,定义了适用于四川盆地的持续性强降水,对降水和大气15~30 d低频振荡特征进行详细分析,可为该地延伸期预报提供参考。结果表明:该地降水具有15~30 d和30~60 d低频振荡特征,其中以15~30 d振荡为主。降水期间各高度层和各纬度带低频系统具有垂直斜压性,在三维空间上相互配合,形成有利于降水产生的低频环流形势。低层和中层南北气流汇合于四川盆地形成辐合区,高层表现为北风南下。低层低纬度气旋在西太平洋生成并逐渐向西北移动至南海、华南,带来暖湿气流,中高纬度贝加尔湖东南侧生成气旋并向东移动至鄂霍次克海附近,加强北风输送。中层中高纬度欧亚大陆低压中心向东南方移动,降水时到达蒙古,并分裂小槽传播至下游,在日本海加强,高压中心紧随其后到达乌拉尔山。降水期间四川盆地上空高层为辐散区,有利于中低层辐合上升运动的维持。     

一次梅汛期极端降雨过程雨带位置模式预报性能对比分析

2016年6月30日至7月4日出现了当年入汛以来最强降雨过程,然而数值预报却出现了明显误差。为此,本文首先对比和分析了当今预报性能最优越的欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium Range Weather Forecasting,简称ECMWF）和美国环境预报中心/全球预报系统（National Centers for Environmental Prediction / Global Forecast System,简称NCEP）的确定性和集合预报差异及误差原因。结果显示,针对雨带位置,NCEP模式预报较为准确,ECMWF模式存在明显的偏北误差。基于集合预报的进一步分析表明,前者预报偏差小,源于误差在逐日变化中呈现偏北、偏南交替出现所致。而后者偏北误差却呈稳定维持的特征。接着,将集合预报成员划分为了准确组和偏差组,通过二者合成分析揭示出,当雨带位置的预报偏北时,对应降雨较强,反之亦然。最后,讨论了500 hPa层西风槽与雨带位置之间的联系。结果表明,当西风槽强度预报偏强时,雨带位置偏北、降雨强度偏强。ECMWF模式的西风槽持续偏强,因而雨带位置稳定偏北。NCEP模式的西风槽偏强、偏弱交替出现,导致了雨带位置的偏北、偏南误差。研究结果对在实际业务中开展误差订正具有很好的参考意义,也有助于提高梅汛期预报准确率。