2008年1月中国南方低温雨雪冰冻天气特征及其天气动力学成因的初步分析

在欧亚大陆中高纬度长期维持阻塞形势的背景下,2008年1月11日至2月2日中国南方连续经历了4 次低温雨雪冰冻天气过程(简称"0801南方雪灾").这次强天气事件过程范围广、强度大、持续时间长且灾害极为严重.其天气学特征表现为中高纬阻塞形势稳定少变,低纬系统活跃确保水汽输送,以及南方部分地区满足冰雪风暴形成的有利天气条件等.研究表明,导致大气环流异常从而促使这次低温雨雪冰冻强天气事件出现的主要因素包括:(1)北极涛动(AO)的异常活跃,有利于行星尺度波动的稳定维持;(2)阻塞上游50°N区域有极强的负涡度平流持续输送到阻塞区,使濒临崩溃的阻塞形势得以重新加强,从而使阻塞形势长时间稳定维持;(3)青藏高原以南低纬地区南支气流活跃,确保中国南方充沛的水汽来源;以及(4)长期存在有利于冰雪风暴生成发展的天气-动力-物理学条件等."0801南方雪灾"事件一个突出的特征就是冰冻现象极为严重.文中借助新型卫星CloudSat的星载云廓线雷达(CPR)资料对这次事件中典型云系进行天气-动力-物理学分析,揭示出西南暖湿气流沿锋面爬升,形成界限分明上下交替的两个冷暖气团,冷气团较浅薄;在2-4 km高度存在一个融化层,冰水不仅存在融化层之上,在近地面层亦含有丰富的冰粒子.结合常规观测资料分析发现,在此期间中国南方大部地区中层(大约在850-700 hPa)存在温度大约在0-4 ℃的逆温层,地面气温大致维持在-4-0 ℃且相对湿度在90%以上,分析表明,此次大范围冰冻灾害天气是由于冻结、凝华和冰雾粒子的附着增长等物理过程共同作用的结果."0801南方雪灾"事件持续时间较长,事件本身作为一个整体其成因可追溯到行星尺度系统.研究极涡异常及其随时间变化的结果表明,平流层极涡变化比对流层的超前,尤其是该事件前期平流层极涡进入12月后就趋于加强,而对流层的极涡加强则明显滞后,并且直到1月中至2月初才快速加强;这意味着平流层蕴含着对流层极涡变化及伴随的强天气事件的先期信号,这可能是中长期预报的一个值得深入研究的方向.     

我国东部夏季降水量统计降尺度的可预测性研究

利用1951—2007年逐月的北半球500 hPa高度场资料,使用降尺度技术和偏最小二乘回归方法,对我国东部夏季6—8月降水量作可预测性研究。用全球大气与热带太平洋相耦合的数值模式(CGCM)输出的500 hPa高度场作为因子场,利用建立的预报模型作预报试验。试验结果表明,以北半球东亚40°E~180°地区的500 hPa高度场是较佳的降尺度因子场。预报模型的建立与使用的提取主分量个数和资料时期有关,提取主分量数在4~7、样本容量取32~43时有较好的预测效果。试验结果还表明,以CGCM模式输出的500 hPa高度场作为因子场进行预测,有一定的预测能力。     

影响高原大气热源的海温强信号及其相关大气结构

利用1951—2007年NCEP/NCAR逐月再分析资料和NOAA扩展重建海表温度ERSST.v3b数据,通过分析春季地气温差和大气热源显著性分布及变化特征,选定了东亚(以青藏高原为主)区域为研究对象,运用标准化指数计算、异常年合成,相关性比较等方法,分析并探讨了影响高原春季热源的前期冬季海温特征及时空分布关系。分析发现在冬季北太平洋海面存在着两个海温与春季高原视热源相关性较显著的区域,位于北太平洋东部海域A区及位于北太平洋西部海域B区,前者呈正相关关系,后者呈反相关关系。以3月高原热源为出发点,进一步分析了前期海温场对青藏高原视热源影响"强信号"区持续性,以印证冬季海温对春季视热源影响具有持续性的前兆性意义。通过异常年分析,揭示出对应于前期冬季海温强信号区异常年的高原大气视热源与风场垂直结构异常特征;通过前冬海温强信号区与夏季东亚相关环流型和水汽输送结构的相关矢综合分析,进一步揭示出夏季长江中下游多雨年的前冬海温强信号区域与后期夏季500hPa高度场相关型及其整层水汽输送相关矢特征。     

基于低频振荡特征的夏季江淮持续性降水延伸期预报方法

本文利用1981~2008年我国南方地区200站逐日降水量、NCEP再分析资料和NCEP气候预报系统 (CFS) 的模式回算数据, 针对降水低频信号, 分析了江淮地区夏季降水的延伸期可预报性, 并选取对江淮持续性强降水有显著影响的东亚环流指数作为预报因子, 以降水20~50天低频分量作为预报量, 进行了针对江淮地区夏季持续性强降水过程的延伸期预报试验。结果表明, 江淮地区夏季降水具有明显的20~50天周期的低频振荡特征。降水的20~50天低频振荡, 尤其是峰谷值位相的变化与实际降水集中期和中断期的交替有较好的关系, 研究20~50天降水低频分量的延伸预报, 对于江淮地区夏季持续性强降水过程的延伸预报有一定的指示意义。本文尝试提出一种基于大气环流低频信号和数值模式预报产品的动力与统计相结合的预报方法, 以期为江淮地区夏季持续性降水过程的延伸期预报提供参考。     

基于南海夏季风季节内振荡的降水延伸预报试验

利用代表南海夏季风季节内振荡特征的850 hPa纬向风EOF分解的前两个主成分,定义南海夏季风季节内振荡指数,并利用美国国家环境预测中心第2代气候预报系统 (NCEP Climate Forecast System Version 2, NCEP/CFSv2) 提供的1982—2009年逐日回算预报场计算了南海夏季风季节内振荡指数的预报值,用于我国南方地区持续性强降水的预报试验。试验结果表明:利用南海夏季风季节内振荡实时监测指数与模式直接预报降水量相结合的统计动力延伸预报方法,能够有效提高季节内降水分量的预报效果。同时,该方法能够避免末端数据损失,修正了对模式预报降水直接进行带通滤波而导致的负相关现象,并起到消除模式系统误差的作用。     

近百年长江中下游梅雨的年际及年代际振荡

利用一种小波变换和统计检验相结合进行气候突变检测的新方法, 分析了1885~2000年长江中下游梅雨强度序列多尺度层次的谱系结构, 并对各层次的突变点进行统计显著性检验; 利用小波能量密度研究了梅雨强度年际及年代际振荡随时间的演变及其方差贡献。结果表明:就大尺度而言, 近百年梅雨强度以1941年为界分成强、弱两种状态, 同时, 在不同时间尺度的层次上, 还存在多个突变点, 例如, 在梅雨较强的1885~1941年阶段中, 含有两个梅雨相对弱的时段, 在梅雨较弱的1942~2000年阶段中亦存在1991~2000年梅雨相对强的时段; 2~3年和6~7年振荡在长江中下游梅雨强度的年际变化中占有较大方差贡献, 其中1978~1987年和1996~2000年段2~3年振荡的方差贡献较大, 1920~1932年段6~7年振荡的方差贡献明显; 在长江中下游梅雨强度的年代际变化中, 23~24年和36~37年振荡的方差贡献在20世纪40年代以后比较突出。     

近百年全球海温异常变化与长江中下游梅雨

使用Butterworth带通滤波的方法,将1885年以来全球海温和长江中下游梅雨量进行2~3年、2.5~7年、11~13年和15~20年4个时间尺度周期带的滤波,分析了二者特定周期带振荡之间的相关关系。结果表明,全球海温与长江中下游梅雨特定周期带变化之间的相关比带通滤波前的相关显著,特别是较长时间尺度的周期带的相关更显著。     

北京地区气溶胶PM2.5粒子浓度的相关因子及其估算模型

文中运用统计分析和气象统计预报的方法 ,使用北京白石桥小区的污染物观测资料和同期北京地区的气象观测资料 ,对影响大气污染的气象因子进行了综合分析 ,并分别建立了气溶胶PM 2 .5粒子浓度与气体污染物、气象要素场的两类统计相关拟合模型。发现气溶胶PM2 .5粒子浓度与气体污染物浓度存在不同程度的相关性 ,且与气象条件亦存在显著的相关关系 ,此类时空变化及其量化估算模型具有一定实际应用价值。通过确定气象要素场和气溶胶浓度的关系可进一步研究不同地区的污染物输送和污染源扩散影响的问题。     

我国东部夏季雨带类型的划分及预报

本文提出了一种划分我国东部夏季雨带类型的客观方法,并与目测分型结果进行了比较。同时也探讨了雨带类型的预报问题。     

SHORT-TERM CLIMATE CHANGE AND ITS CAUSE AND CLIMATE PREDICTION IN CHINA

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