不同区域海温异常对中国夏季旱涝影响的诊断研究和预测试验

利用季降水异常的典型集合相关预测模式, 研究了前期和同期不同季节全球海表温度距平场与中国夏季旱涝的遥相关分布特征以及这种相关型随季节的变化, 揭示了全球海温的异常变化在中国夏季旱涝中的信号特征.研究表明, 全球不同区域海温对我国夏季降水的影响存在着明显的季节差异.全球特定的海温分布可以作为中国夏季旱涝预报的信号因子.选取不同区域及不同时段的海温场作为因子场分别对1998、 1999年这两个典型年份的我国夏季降水进行了诊断研究和预测试验, 并通过不同区域海温的影响权重做集成预测.试验结果表明:不同区域海温的集成预测不仅可以有效地提高预测的准确性, 而且可以揭示不同时段不同区域海温的异常变化在夏季旱涝中的强信号现象.     

陆面热力因子应用于中国夏季降水预测的初步试验

基于对中国东部夏季降水与欧亚大陆土壤温度和全球海表温度的相关分析,选取不同关键区的土壤温度和海表温度作为夏季降水的预测因子。利用1961-1990年的资料,分别以土壤温度作为第1组预测因子,海表温度作为第2组预测因子,综合海表温度与土壤温度因子作为第3组预测因子,使用改进的典型相关分析和集合典型相关分析法对中国东部夏季降水场进行预测,建立了相应的预测模型。然后,利用1991—2010年的资料进行了独立样本预测试验。在独立样本预测试验中,综合海表温度与土壤温度因子建立的模型比只用海表温度进行预测的各项预测评分高,说明加入土壤温度因子后预测效果有所提高。基于陆面热力因子的预测模型对夏季降水有一定的技巧,而综合海温与陆面热力因子的预测模型对中国东部夏季降水有较高的预测能力。     

印度洋冬季海温异常对中国春季降水的影响

利用1960 2004年NCEP/NCAR全球再分析资料和中国160个测站逐月降水观测资料,考虑赤道海温强迫和中高纬地区气候变化中大气环流的桥梁作用,首先对冬季印度洋海温距平场与同期北半球500 hPa位势高度距平场进行奇异值分解(SVD),然后分析印度洋海温异常对中国冬季及后期春季降水的影响。结果表明,印度洋冬季海温距平场第一奇异向量是全区一致的单极型分布形势,而且对中国春季降水的影响显著,特别是与长江中下游以北至华北地区、新疆等大片地区的春季降水呈显著正相关关系。当印度洋冬季海温距平场第一奇异向量处于正位相的时候,海温异常偏暖,此时对应的东亚地区上空西风急流减弱,日本海附近500 hPa位势高度出现正异常中心,使得东亚大槽偏东、偏弱,有助于低层偏南气流带来的水汽在长江中下游以北至华北地区形成水汽辐合,从而造成该地区春季降水偏多。因此,印度洋冬季海温距平场的第一奇异向量可以作为次年长江中下游以北至华北地区春季降水季节预报的一个前期预报因子。     

塔里木盆地夏季降水和海温的关系

基于1961—2015年6—8月新疆塔里木盆地34个站点的逐日降水数据和全球逐月海温数据,分析了塔里木盆地夏季降水和全球海温的关系。结果表明,塔里木盆地夏季降水和冬季及春季的南印度洋中部、赤道东太平洋以及南大西洋西部等区域海温具有良好的正相关关系,当上述区域海温偏暖时,对应塔里木盆地夏季降水偏多。进一步的分析发现,前期海温影响显著的时段主要集中在1月和5月。基于海温和降水数据,通过分析前期不同季节关键区的海温序列与降水序列的相关系数,取了8个关键区的海表温度作为预报因子,得出逐步回归预报方程。预测结果说明该预测方程对塔里木盆地夏季降水具有较好的预测技巧。     

不同季节海温与中国夏季降水的时空特征分析

利用季降水异常的典型集合相关降水模式,分析了不同时段和不同区域的海温场与我国夏季（6～8月）降水之间的时空分布特征。结果表明：各大洋区海温存在着明显的季节、年际和年代际变化。与中国夏季降水相联系的印度洋海温的分布特征与季节有关,存在明显的偶极和单极分布形式,这种海温的异常变化对我国夏季纬向或经向雨带有一定的影响,全球特定的海温分布可以作为中国夏季旱涝预报的信号因子。不同季节海温和中国夏季降水在1970年代末都经历了一次突变,说明海温的季节差异对中国夏季降水的影响明显地受到海洋年代际基本态的制约。     

ECC方法在中国夏季气温预测研究中的应用

以中国夏季气温为预测对象,选取东亚地区冬季500 h Pa高度场、海平面气压场、地表温度场和850 h Pa温度场为预测因子,采用1951~2009年去趋势处理后的资料,通过变形的典型相关分析(Barnett-Preisendorfer Canonical Correlation Analysis,BP-CCA)方法分别建立单因子预测模型,再利用集合典型相关分析(Ensemble Canonical Correlation,ECC)方法建立集合预测模型,对中国夏季气温进行基于交叉检验方法的预测试验,然后利用2010~2014年的资料对中国夏季气温进行独立样本检验。通过分析BP-CCA模态可知,一对BP-CCA模态的空间型在一定程度上可以反映预报因子场和对象场的遥相关特征。通过基于交叉检验方法的预测试验表明环流场和热力场均能为气温提供预测信息。ECC预测模型综合了各个预报因子的在不同地区的预报技巧,比单因子BP-CCA预测模型有更高、更稳定的预报技巧。独立样本检验表明ECC模型与单因子BP-CCA预测模型相比,对中国夏季气温有更高、更稳定的实际预测能力,对气温季节预测具有参考价值。     

海温异常对山东夏季降水的影响分析

讨论了前期全球海温异常对山东夏季降水不同分布型的影响,找到了对汛期降水预测有指示意义的异常信号,并将这些异常信号与2016年的降水分布特征进行了验证。前期恩索(ENSO)处于发展状态时,易造成全省夏季降水一致的分布形势;前期ENSO处于衰减状态时,山东夏季降水易出现东西反向的分布形势。太平洋十年际振荡和热带印度洋全区一致海温模态位相与鲁东南和半岛的夏季降水存在高相关,而副热带南印度洋偶极子和热带印度洋偶极子位相对山东夏季降水的高影响区位于鲁西北。这些异常信号对山东夏季降水预测具有一定的指示意义。     

海表温度和地表温度与中国东部夏季异常降水

主要研究太平洋与印度洋海表温度和地表温度场与中国东部夏季降水的相关关系,以及异常大降水产生的下垫面条件.研究结果表明:(1)夏季黑潮区海温与同期长江流域的降水存在明显正相关,北方地区夏季降水与靠近非洲东岸的印度洋海域存在明显负相关.(2)夏季海温异常与同期中国降水异常场之间的相关分析(SVDI)表明,20世纪70年代后期当海温由La Nina多发期向El Nino多发期转变后,长江流域向异常多雨转变,而其北方和南方地区则向异常少雨方向发展.(3)中国东部区域降水与陆面温度的明显相关区有:(a)春,夏季热带非洲和夏季亚洲大陆部分地区地表温度与当年长江流域夏季降水存在显著正相关;(b)春季4、5月份部分亚洲大陆地表温度与当年华北地区夏季降水有明显负相关.(4)通过对比分析发现:长江(1954,1998和1999年)或江淮(1991年)流域几次特大异常降水的下垫面条件是黑潮区为海温正距平,同期欧亚大陆主要为正地表温度距平场.     

1991和1994年南京夏季降水异常与副热带东北太平洋海温异常的联系及成因

利用1979-2015年降水观测资料、海表温度资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了南京夏季降水的时间变化规律,发现南京夏季降水具有明显的年际和年代际变化特征,且总体呈增多趋势。1991年南京夏季降水为极端正异常年份,距平为343.92 mm;1994年南京夏季降水为负异常年份,距平为-273.78 mm。南京夏季降水与副热带东北太平洋（美国加利福尼亚地区西海岸）海温异常存在显著的负相关关系,1991年副热带东北太平洋海温负异常,1994年副热带东北太平洋海温无显著异常。1991年副热带东北太平洋海温负异常,引起该地区上空低层辐散、高层辐合,热带中东太平洋上空低层辐合、高层辐散,这样的环流异常引起中东太平洋上空存在异常上升运动,该异常上升运动则通过纬向垂直环流引起菲律宾附近产生下沉运动并抑制该地区对流活动,激发出负位相的EAP/PJ型遥相关波列,引起了包括南京在内的长江流域降水正异常;同时,水汽由菲律宾地区向南京地区输送并辐合,有利于南京地区1991年夏季降水偏多。1994年副热带东北太平洋海温无显著异常,菲律宾附近对流活动活跃,激发出正异常的EAP/PJ型遥相关波列;同时,水汽由黑潮延伸区经日本列岛向西输送,南京地区为水汽辐散区域,使得1994年南京夏季降水负异常。     

春季和夏季爆发型ENSO事件对夏季中国降水的影响

采用NCEP再分析资料、海温资料以及中国台站降水资料,借助统计方法,讨论了不同爆发型El Ni?o和La Ni?a事件对中国夏季(5~10月)降水分布的影响。根据定义,El Ni?o和La Ni?a事件分为两类:一类是在4~6月爆发,称为春季爆发型(分为ELSP1、ELSP2、ELSP3和LASP);一类是在7~10月爆发,称为夏季爆发型(分为ELSU和LASU)。结果显示,ELSP1型当年夏季,中国夏季降水主要呈现负距平分布,其中显著降水偏少区集中在黄河流域,在其次年夏季,降水由南往北呈现"-、+、-"异常分布,显著降水偏多区主要集中于中原地带。ELSP2型当年夏季和次年夏季,中国夏季降水基本呈现相反变化分布,即当年夏季,全国降水以偏少为主,次年夏季全国降水以偏多为主。ELSP3型当年夏季,以华南降水偏多、其余地区降水偏少为主,在其次年夏季,降水主要以长江流域和华北偏多。ELSU型当年夏季,长江以北降水偏少、西南以及华南沿海降水偏多;次年夏季,降水由南往北呈现"-、+、-、+"异常分布。LASP型当年夏季使得全国降水基本一致增多,尤其是长江流域;而在其次年夏季,除了淮河和长江下游地区降水略多异常,全国降水以基本偏少为主。LASU型当年夏季,降水呈现长江以南偏少、以北偏多的主要分布形势,在其次年夏季,除了长江中下游区域降水偏多以外,其余地区降水均偏少。降水的异常分布与Hadley环流和水汽异常分布密切相关。但LASU型所导致的环流变化对中国夏季降水预测指示意义比较弱。     

NUMERICAL EXPERIMENTS OF THE EFFECTS OF SEA SURFACE TEMPERATURE ANOMALIES OVER THE PACIFIC ON PRECIPITATION IN 1991

A zonal domain,primitive equation model is used in this paper to study the influences of the main sea surface tem-perature anomaly(SSTA)areas over the Pacific on precipitation in 1991.Some numerical experiments are made and themechanisms of the influences are discussed.The results show that the influences of the SSTA are mainly confined withinthe tropical and the subtropical regions.The direct effect of the SSTA is to change the exchanges of the sensible heat andthe water vapour between the air and the sea,through the consequent changes of temperature and the flow fields and thefeedback process of condensation,the SSTA finally affects precipitation.     

NUMERICAL EXPERIMENTS OF THE EFFECTS OF SEA SURFACE TEMPERATURE ANOMALIES OVER THE PACIFIC ON PRECIPITATION IN 1991*

A zonal domain,primitive equation model is used in this paper to study the influences of the main sea surface temperature anomaly(SSTA) areas over the Pacific on precipitation in 1991.Some numerical experiments are made and the mechanisms of the influences are discussed.The results show that the influences of the SSTA are mainly confined within the tropical and the subtropical regions.The direct effect of the SSTA is to change the exchanges of the sensible heat and the water vapour between the air and the sea,through the consequent changes of temperature and the flow fields and the feedback process of condensation,the SSTA finally affects precipitation.     

北太平洋海温异常对中国东北地区旱涝的影响

文中利用 196 1～ 2 0 0 0年中国东北地区 80个测站 4 0a的月降水和同一时期的北太平洋海温资料以及奇异值分解 (SVD)技术 ,分析了北太平洋海温异常对中国东北地区夏季旱涝的影响。结果表明 :东北地区夏季降水与北太平洋海温异常之间存在着较为密切的联系 ,当前期冬季和春季甚至是前一年夏季赤道中东太平洋海温如果处于异常偏暖 (或偏冷 )状态 ,并且西风漂流区具有较明显的SST负 (或正 )距平分布时 ,则东北大部分地区夏季降水具有整体偏多 (或偏少 )的倾向。当然 ,东北地区降水与北太平洋海温异常之间的这种联系也并非是简单的一一对应的关系     

泛相似预报法在汛期降水预报中的应用

文中分析了中国汛期降水的最佳相似情况,将传统的相似方法推广为包含有相似和反相似两个方面,得出近23a的最佳相似的距平相关系数(ACC)可以达到0.382。在此基础上提出泛相似预报的方法。利用近23a降水资料试验,表明泛相似的汛期降水预报评分的ACC可达0.130。     

全球海温异常对中国降水异常的影响

用EOF和SVD方法分析了Climatic Research Unit的1951—2005年全球逐月海温距平场的时空变化特征及其与中国160个测站的月降水距平的时滞和空间耦合关系,讨论全球海温距平场的空间分布和时间演变对我国降水异常的影响,并着重分析了关键区在其特定关键时段内对我国降水异常的影响区域。结果表明,全球海温距平场有三个影响我国降水的关键区,即北太平洋、印度洋和我国南海以及赤道中东太平洋。这三个关键区的海温距平场具有明显的年际和年代际变化特征,突变发生在1976年左右,对我国降水有较为显著的影响,其中北太平洋关键区前期冬季海温对我国7月降水的影响、印度洋及南海前期冬春海温对我国5月降水的影响以及赤道中东太平洋前期冬季海温对我国7月降水的影响显得尤为重要。讨论了这三个关键区前期的海温距平场对我国不同区域不同时期降水影响的耦合关系,为我国区域降水异常预测的不确定性提供了依据。     

ENSO对亚洲夏季风环流和中国夏季降水影响的诊断研究

文中以ＳＶＤ分析技术为基础,发展了一种用以提取一个矢量场和一个标量场耦合信号的统计诊断方法——联合ＳＶＤ方法（简记为ＣＳＶＤ）,并运用ＣＳＶＤ分析了ＥＮＳＯ对亚洲季风环流系统及中国夏季降水的年际变化的影响。结果表明,在ＥｌＮｉｎｏ年,印度夏季风减弱,东亚夏季风增强;而在ＬａＮｉｎａ年,印度夏季风增强,东亚夏季风减弱。且ＥＮＳＯ对亚洲夏季风环流影响显著的区域主要在长江流域南北气流交汇区和索马里急流区,而对中国夏季降水影响最显著的区域则在江淮流域。     

冬,春季海温异常关键区对长江中下游夏季降水影响的敏感性试验

本文利用9层菱形截断15波的全球大气环流谱模式（L9R15）研究了前期冬季和春季海温异常的关键区对我国长江中下游地区夏季降水的影响,数值试验结果表明,冬季赤道东太平洋和黑潮区海温异常及春季印度洋和黑潮区海温异常使得长江中下游地区的夏季降水明显增多,同时500hPa副热带高压和100hPa南亚高压增强,但从范围和强度上来看,冬季赤道东太平洋和黑潮区海温异常时我国西南至长江中下游地区一带的夏季降水异常比春季印度洋和黑潮区海温异常时更明显,由此证实了观测资料的分析结果。     

全球热带SSTA与中国7月降水和气温的伴随相关型分析

用伴随相关型（ＡＣＰ）分析了中国７月降水和气温与全球热带ＳＳＴＡ的ＰＯＰ（主振荡型）间的关系,得到当两个典型的传播ＰＯＰ处在Ｅ１Ｎｉｎｏ事件发展相位时中国夏季总体呈南北旱,中间涝的形势,其中江淮流域,华中,东北东部和西北大部为降水正距平,华北,华南为负距平,降水偏多（少）时相应的气温偏低（高）,当两个传播型的典型模态处于ＬａＮｉｎａ事件发展相位时情况则相反。     

INTERANNUAL VARIABILITY OF WINTER AND SPRING PRECIPITATION IN SOUTH CHINA AND ITS RELATION TO MOISTURE TRANSPORT

The interannual variability of winter and spring precipitation in South China(SC)and its relation to moisture transport are investigated by using the monthly precipitation data of NMIC,NCEP reanalysis datasets and NOAA ERSST analysis datasets from 1960 to 2008.The results show that winter and spring precipitation in SC is less than normal from the 1960s to the start of the 1970s and from the end of the 1990s to the present.Most of rainfall anomalies on the whole regional scale of SC is well in phase during winter and spring,and the frequency of persistent drought is higher than that of persistent flood.Seasonal variations of moisture transport differences of SC between persistent drought and flood events are observed:the differences in winter are characterized by moisture transport from Bay of Bangle(BOB)and South China Sea(SCS),while differences in spring are characterized by that from SCS and North China(NC).There are two types of Ni o3.4 sea surface temperature anomaly(SSTA)related to persistent winter and spring drought(flood)events in SC,which are positive SSTA next to Ni o4(Ni o3)and negative SSTA next to Ni o3(Ni o4).Moreover,the variations of moisture transport from BOB and SC have important effects on persistent drought/flood in SC when the Ni o3.4 index is in the positive phase,while those from western North Pacific(WNP)-SC in winter and those from Philippine Sea(PHS)-SC and NC in spring primarily contribute to persistent drought/flood events in SC when the Ni o3.4 index is in the negative phase,and these stronger(weaker)moisture transports are observed in persistent flood(drought)during winter and spring regardless of the Ni o3.4 index.In conclusion,with the correlation between variations and distributions of Ni o3.4 SSTA and persistent drought/flood events in SC,moisture transport is responsible for the formation of precipitation anomalies.In addition,the moisture transport from SCS is most significantly correlated with persistent drought/flood events during winter and spring.