1997/1998年热带太平洋海温异常的诊断分析与预报检验

通过与历史上已发生的ENSO事件的比较，对1997－1998年热带太平洋海温异常的基本特征和可能成因进行了诊断分析，发现1997／1998年E1Nino事件具有显著的异常性和独特性，不同于以往单纯的东部型或西部型E1Nino。对用一个简化海气耦合动力学模式做1998／1998年E1Nino事件的预报进行检验。结果表明该模式对这次暖事件超前0－24个月的预报技巧均在0．5以上，模式对暖事件的成熟位相及以后阶段的预报比对暖事件的开始阶段预报得好。     

赤道东太平洋海温异常对6月中国南方降水影响的数值模拟

利用NCAR CAM3.0大气环流模式,研究6月长江流域及以南地区降水对前期赤道东太平洋海温异常的响应.首先,在赤道东太平洋1997年9月至1998年6月实际海温异常基础上构造的理想化海温异常,依据持续时间不同叠加相应的海温异常值在气候平均外强迫场上,设计第1组敏感性试验;其次,在上组试验中的前期9月至次年6月持续有海温异常的敏感性试验基础上,改变加入模式中的海温异常强度,设计不同强度海温异常对大气环流和降水影响的第2组试验;最后将上述海温异常值取反加入相应的赤道东太平洋区域,设计一组拉尼娜事件的试验.以(25°-30°N,110°-120°E)区域平均的降水距平值代表整个长江流域及其以南地区降水,模拟结果表明:(1)不同的持续时间强迫得到的降水距平峰值在11月,次年6月其值为最小,整体上降水距平有随持续时间的缩短而减小的趋势.表明前期秋季赤道东太平洋较强的厄尔尼诺事件发生时对6月降水有重要影响,证实了前期诊断分析的结论;(2)模式中加入不同强度的厄尔尼诺事件,在长江流域及其以南地区均有明显的降水正距平(最小降水距平为0.287 mm/d,最大为1.98 mm/d),降水正距平范围与实际情况接近,表明模式在模拟该地区异常降水时有较好的稳定性,模拟结果值得信任.另外模拟的降水距平有随着海温异常强度的增强而增大的趋势;(3)当模式中加入不同强度拉尼娜事件的海温异常时,模拟结果不稳定,与厄尔尼诺的影响结果不完全相反,与前期诊断分析结果不符.而只有在拉尼娜相当强时模式才能在长江流域及以南地区模拟出一定范围的降水负距平.     

海温异常对降水异常影响的数值试验

利用球圈范围的初始方程模式和1991年6～7月海温距平分布，研究海温异常对我国东部地区、西北地区、青藏高原附近地区以及南亚和其它降水变化明显区的影响。结果表明，除远离海洋的内陆地区外，按照类似于实际海温距平模拟出的降水场分布与实况基本一致。特别是考虑了阿拉伯海和太平洋东部的海温距平中心后，我国的东部、青藏高原附近及印度半岛等地的降水模拟得比较成功。文章最后指出，降水异常是与海温异常造成的环流异常有关。     

1991年太平洋海温异常对降水影响的数值试验

利用球圈范围的初始方程模式，就１９９１年太平洋主要海温异常区对降水的影响进行了数值试验，并对影响机制进行了讨论。结果表明，海温异常对降水的影响主要局限在热带和副热带地区。海温异常的直接影响是改变海气之间的感热和水汽交换，而后通过温度场和流场的变化以及凝结反馈过程影响降水。     

南海海温异常影响南海夏季风的数值模拟研究

采用p－σ九层区域气候模式(p－σRCM9）模拟并研究了南海海温异常对南海夏季风的影响, 数值模拟结果表明, 5月份的南海海温对南海夏季风的爆发日期起关键作用: 5月份南海海温持续增温 (降温）, 南海夏季风爆发日期偏早 (偏晚）。南海夏季风爆发后, 南海异常增温, 同期的南海夏季风增强, 而后期的南海夏季风减弱; 南海异常降温, 则与之相反。机制分析表明, 南海海温正(负)异常增强(减弱)了海面与行星边界层之间的能量交换, 主要是潜热通量的输送, 并在大气中通过积云对流加热率的变化来影响对流层热量的分布, 进而引起对流层中低层辐合和高层辐散的变化, 然后使得环流场和风场作出相应地调整, 环流场和风场又会反过来影响积云对流加热率的变化, 这是一个正反馈过程。在5月份南海增温(降温)强迫下, 5月份南海地区的对流活动加强(减弱）, 使得对流层低层副热带高压提前(延后)撤出南海, 从而有利于南海夏季风爆发偏早(晚）。在南海海温异常强迫下, 中国东南部和南海地区的降水率异常主要是由积云对流所产生的降水率异常引起。     

印度洋海温异常对亚洲季风区天气气候影响的数值模拟研究

利用中国科学院大气物理研究所ＩＡＰ９Ｌ大气环流模式，模拟研究了印度洋ＳＳＴＡ对亚洲季风区大气环流和天气气候异常的影响。结果表明，印度洋赤道低纬地区的暖（冷）ＳＳＴＡ，可以在北半球中高纬度地区激发产生与ＰＮＡ和ＥＡＰ类似的冬季型或夏季遥相关型波列，对亚洲季风区中低纬度地区的环流异常或天气气候异常有重要作用。当印度洋暖（冷）ＳＳＴＡ强迫时，亚洲夏季风建立较正常偏晚（偏早），撤退较早（较晚），季风季节长     

全球海温异常作用下的低层大气环流和降水异常的数值模拟

通过在ＩＡＰＡＧＣＭ中加进太平洋和印度洋海温异常的数值模拟，证实了实况月平均８５０ｈＰａ上的异常环流特征：ＥｌＮｉｎｏ海温位相时低纬太平洋低层大气出现异常的西风气流以及在东南亚沿海出现向赤道的异常气流；而在ＬａＮｉｎａ位相时，低纬太平洋低层大气出现异常的东风气流和在东南亚沿海出现离赤道的异常气流。若在模式中仅引入太平洋的海温异常或在模式中去掉地形以后，模拟的低纬低层异常气流与上述结果有所不同。用该模式还模拟出了与观测相符的低纬地区降水的异常     

1998年长江流域特大洪水的降水分析

利用长江流域 (102°E以东) 125个站的实测降水资料, 分析了1998年夏季长江流域降水的时空分布和气候统计特征, 并与历史同期进行了比较, 特别是和1931、1954年等特大洪水年份进行了较全面的对比.结果表明, 1998年夏季长江流域的强降水主要分为4个时段; 总降水量的分布成不对称的鞍型场; 上、中、下游地区异常频繁的、特别集中的强降水是造成长江持续高水位和特大洪涝灾害的最主要原因.     

1998年和2016年北大西洋海温异常对中国夏季降水影响的数值模拟研究

基于1979-2016年ERA-Interim再分析资料和CAM5.3模式,研究了2016年和1998年北大西洋海温异常对中国夏季降水以及大尺度环流的可能影响及其机制。结果表明,这两年前夏（6-7月）长江中下游及其以南地区降水均异常偏多,但1998年降水异常较2016年更为显著。后夏（8月）,2016年长江以南地区降水异常偏多,长江-黄河流域降水异常偏少,而1998年降水异常分布与之相反。2016年和1998年夏季中国东部降水异常的差异与西北太平洋对流层低层异常反气旋以及欧亚中高纬度环流变化的共同作用直接相关。敏感性数值试验的结果表明,北大西洋海温异常的显著差异是导致2016年和1998年夏季中国东部降水以及大尺度环流异常存在明显差异的重要原因之一。一方面,北大西洋海温异常可以通过改变欧亚中高纬度环流进而对中国夏季降水产生影响。1998年北大西洋海温异常自热带至副极地呈类似"+ - +"型分布,这种海温异常型能够在前夏欧亚中高纬度地区激发出双阻型的环流异常响应。2016年北大西洋海温异常自热带至副极地呈相对弱的"- + -"型分布,欧亚中高纬度环流异常响应总体偏弱。另一方面,北大西洋海温异常还可以通过影响热带纬向环流进而对西北太平洋对流层低层异常反气旋起调制作用。1998年北大西洋海温异常对夏季西北太平洋异常反气旋起增强作用,这与热带印度洋-太平洋海温的强迫作用相协调。然而,2016年北大西洋海温异常则有利于西北太平洋异常反气旋的减弱,这与热带印度洋-太平洋海温的强迫作用相反。因此,在这3个大洋的协同作用下,2016年和1998年前夏西北太平洋异常反气旋均偏强,但前者的振幅弱于后者。在后夏,1998年西北太平洋对流层低层仍受异常反气旋控制,2016年则为异常气旋控制。      

热带环流异常对1998年长江流域特大洪涝的影响

分析了造成1998年长江流域特大洪涝灾害的大尺度热带环流成因。指出1998年处在热带环流强度偏弱的气候阶段，西太平洋暖池地区对流活动偏弱，南海热带季风持续异常偏弱，副热带夏季风偏强度是造成长江持续强降水的主要原因；西太平洋热带对流层高低层环流系统的异常分布，为1998年长江特大洪涝提供了有利的环流背景，还探讨了热带环流异常影响换国夏季降水的可能途径，它们的关系在1998年夏季降水预测中得到应用。     

Numerical Simulation of Regional Short-Range Climate Anomalies

With the high-speed development of numerical weather prediction, since the later 1980’s, the prediction of short-range climate anomalies has attracted worldwide meteorologists’ attention. What the so called short-range re-fers to the time scale from one month to one season or more. In dealing with the problem of short-range climate pre-diction, two points are needed noticing: one is the basic research to explore or investigate the mechanism of variability of the slow varying components which mainly include internal dynamics of extratropics, external forcings and tropical dynamics, and the other is the modeling efforts to simulate the process of the long-term evolution of the signal which include the improvement of model quality, stochastic prediction and the air-sea-coupled model (Miyakoda et al.,1986). Previous researches on the numerical prediction of short-term climate anomalies are mostly concentrated in the analysis of variables with global spatial scale, especially the global general atmospheric circulation analysis.As to the simulation or prediction of regional short-term climate anomalies, there exist many difficulties and problems. Though some meteorologists are devoting themself to this field, up to now, they have not reached satisfac-tory results. As a primary effort, by using the 2-level general atmospheric circulation model developed in the Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences (IAP-AGCM) (Zeng et al., 1989), and taking the year of 1985 as a case, a numerical simulation of regional short-term climate change is completed. We pay high attention to the predictand of anomalous summer rainfall in the Yangtze River and Yellow River valleys, especially its month-to-month variation.     

2003年淮河流域致洪暴雨的环流背景及其与大气热源的关系

利用NCAR/NCEP的逐日再分析资料和降水资料,分析了2003年夏季淮河流域致洪暴雨的环流背景及其与大气热源的关系.结果表明,2002-2003年的El Nino事件是本次暴雨的前期背景;南海地区的视热源和视水汽汇异常可能是副高偏南维持的重要原因之一.与2003年夏季相比较,6月21日-7月22日淮河流域为正的异常视热源和视水汽汇,并且二者的高值中心与该时段雨量中心位置基本一致.孟加拉湾地区的异常加热源在其西北侧强迫出的高层反气旋性环流有利于南亚高压在青藏高原、江南、华南地区维持,从而使得淮河流域位于高压北侧高空西风急流入口区南侧的上升运动区,有利于淮河流域强降水发生和维持,形成该流域洪涝.     

中国长三角地区PM2.5时空分布数值模拟研究

利用第三代空气质量预报模式LOTOS-EUROS(Long Term Ozone Simulation-European Operational Smog)对2018年中国长三角地区细颗粒物(PM2.5)浓度的时空分布进行数值模拟,通过对比模拟结果与地面观测值,验证模式对PM2.5长期特征模拟的合理性并探讨长三角地区P...     

Development of a meteorological and hydrological coupling index for droughts and floods along the Yangtze River valley of China

To comprehensively investigate characteristics of summer droughts and floods in the Yangtze River valley, a meteorological and hydrological coupling index （MHCI） was developed using meteorological and hydro- logical data. The results indicate that： （1） in representing drought/flood information for the Yangtze River valley, the MHCI can reflect composite features of precipitation and hydrological observations; （2） compre- hensive analysis of the interannual phase difference of the precipitation and hydrological indices is important to recognize and predict annual drought/flood events along the valley; the hydrological index contributes more strongly to nonlinear and continuity features that indicate transition from long-term drought to flood conditions; （3） time series of the MHCI from 1960-2009 are very effective and sensitive in reflecting annual drought/flood characteristics, i.e. there is more rainfall or typical flooding in the valley when the MHCI is positive, and vice versa; and （4） verification of the MHCI indicates that there is significant correlation between precipitation and hydrologic responses in the valley during summer; the correlation coefficient was found to reach 0.82, exceeding the 0.001 significance level.     

海温异常对东亚夏季风及长江流域降水影响的分析及数值试验

对夏季的向外长波辐射(OLR)场及前期热带海温之间的奇异值分解(SVD)分析表明,当自前冬开始的热带海温呈La Nia 型异常分布,相应的对流的最佳耦合模态将是:从印度半岛经孟加拉湾直至南海以及西太平洋暖池都为强对流活动区,而在中国江淮流域地区则为弱区.当海温呈El Nio分布时,则相反.数值试验的结果是:在1998年实际海温强迫下,模式十分成功地模拟了该年夏季流场的基本特征,南海季风爆发的日期及强度皆与实际十分符合,印度季风也偏弱.特别是模式成功地模拟出了1998年长江流域6～7月的强降水,距平百分率达到100%以上.改变热带海温,分别用气候海温代替赤道东太平洋和西印度洋实际海温.结果发现,在用赤道东太平洋气候海温取代实际海温时,与1998年实况相比,印度季风与南海季风明显加强,长江流域降水趋于正常值.即如果1998年不出现El Nio现象,或者海温异常的强度减弱,则长江流域降水就会大大减弱.1998年热带西印度洋海温异常对东亚季风的影响与热带东太平洋十分相像.暖洋面将有利于长江流域的强降水,而不利于南海季风的加强.关键词:海面温度;长江流域;洪涝;南海季风;数值试验     

前冬澳大利亚周边海温与我国长江流域夏季降水的联系

利用1980～2012年Hadley中心的HadISST再分析海温资料、美国NCEP/NCAR月平均再分析资料和中国160站月平均降水资料,研究了前冬澳大利亚周边海温与长江流域夏季降水关系。研究表明,澳大利亚周边冬季逐月海表温度距平（SSTA）EOF分解第一模态具有全区一致模形式,澳大利亚周边海温一致模具有季节持续性,可从前一年冬季一直维持到当年的夏季。用Ni?o3.4指数剔除海温场中ENSO线性信号后,表明澳大利亚周边海温一致模可能是独立于ENSO位相的区域局地现象。基于冬季澳大利亚周边海温一致模形式,定义了表征长江流域夏季降水一致模指数（CMI）,对长江流域夏季降水具有一定的短期预测意义。澳大利亚周边海温一致模与长江流域夏季降水显著相关,一方面是因为澳大利亚周边海温异常能激发南北半球遥相关,造成西太平洋副热带高压异常,从而影响长江流域夏季降水;另一方面,澳大利亚周边海温异常导致热带地区南北半球对流异常,尤其使得菲律宾周边地区的对流活动异常,进而造成长江流域夏季降水异常。     

春季长江中下游旱涝的环流特征及对前期海温异常的响应

春季长江中下游降水有显着的年际、年代际变化特征,进入21世纪以来长江中下游春季降水偏少现象频繁发生.根据中国国家气候中心160站月平均降水资料和美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)月平均再分析资料,重点探讨春季(3-5月)长江中下游地区降水异常的环流特征、可能成因、机理以及对外强迫的响应.春季长江中下游降水异常偏多(少)的环流主要特征是:高层200hPa风场上东亚副热带西风急流中心位置比气候态偏北(南);中层500hPa亚洲地区的阻塞高压主要发生在乌拉尔山(鄂霍次克海)附近、西太平洋副热带高压位置偏北(南);低层850hPa风场的东亚沿海地区为偏南(北)风距平,有利于(不利于)水汽向长江中下游地区输送.大气环流内部动力过程的分析指出:东亚地区上空Eliassen-Palm(EP)通量散度在40°N为正(负)异常、30°N为负(正)异常,有利于东亚高空西风急流中心位置偏北(南),从而导致春季长江中下游降水偏多(偏少).春季长江中下游降水异常偏多(少)年最显着的前期外强迫信号表现为赤道太平洋海温呈现厄尔尼诺(拉尼娜)型.     

9000年前古气候的数值模拟研究

本文用大气物理所的全球大气环流模式模拟了9000年前一月份和七月份的古气候.得出:北半球夏季由于地球轨道参数的变化引起的比现在多7％的太阳辐射使得温度升高了,尤其是高纬地区,海陆对比的加强又增强了季风,季风区域降水增加了;而冬季因为太阳辐射在北半球减少了7％,温度变低了.这些结果与现有的古气候证据相一致,并与其他模拟结果进行了较详细的比较,还作了进一步的讨论.     

2020年与1998年梅汛期洪涝的异常大气环流及相关海表温度强迫的差异性分析北大核心

2020年梅汛期长江流域强降雨范围超越1998年,且雨量中心偏北,这与两年的异常大气环流和海表温度强迫差异有密切联系。与1998年相比,2020年西北太平洋异常反气旋(WNPAC)偏北偏强,中心偏东,东亚双阻形势偏弱,使得副高北抬加强,北侧的西南气流亦偏北偏强,中高纬反气旋和气旋对的存在使得30°N以北为异常东北风控制,冷空气偏强,长江流域上空的水汽含量亦偏多,这些环流差异直接导致2020年降水较1998年偏多且中心偏北。这两年在对流层中层都存在大西洋—西太平洋的波列,但2020年波列偏南,有利于东亚反气旋和气旋对的维持以及WNPAC和副高的北抬加强,而1998年波列偏北且偏强,有利于双阻形势的稳定。2019/2020年(1997/1998年)冬季发生中部型(东部型)El Ni?o事件,前者强迫的6—7月WNPAC北界位置较后者偏北;同时2019/2020年印度洋—太平洋中部一致增暖,使得WNPAC加强,中心东移。2020年(1998年)同期处在北大西洋强(弱)负三极子模态,可能是两年中高纬度环流形势差异的主要原因之一。2020年(1998年)南太平洋中部暖海温异常(冷异常)能加强(减弱)越赤道气流,有利于WNPAC偏东偏北(偏西偏南)和水汽输送加强(减弱)。综上,2020年与1998年梅汛期降水差异可能由多洋盆海温强迫协同作用所致。