高空温度、高度变化特征及其与地面气温的相关分析

利用青海省7个探空站1970～2001年高空观测资料，对各站500hPa标准等压面层的温度、高度进行了突变和异常分析，揭示了该层温度、高度变化的基本事实和规律，同时探讨了500hPa高度、温度变化，尤其是异常变化对地面气温的影响及相互联系。结果表明：500hPa高度、温度多数台站在20世纪80年代中期发生了由低(冷)转向高(暖)的突变；自1987年以后，500hPa高度、温度的正异常明显增加，负异常明显减少；500hPa高度、温度的异常偏高(暖)和偏低(冷)变化与同期地面气温的变化相关密切。     

奇异值分解和奇异交叉谱分析方法在华北夏季降水诊断中的应用

利用1965~2000年华北5省市及相邻省73个地面观测站逐月平均降水场及北半球500 hPa高度场、北太平洋海温场资料, 采用奇异值分解 (SVD)、奇异交叉谱 (SCSA) 分析方法, 将华北夏季降水场分别与1月北半球500 hPa高度场、冬季北太平洋海温场进行了诊断分析, 得出奇异向量分布型及相互作用的耦合周期信号。在对前4对奇异向量的分析中发现, 华北夏季降水全区域为正距平时与1月北半球500 hPa高度场PNA遥相关型关系非常密切。ENSO对华北夏季降水的影响确实存在, 但华北夏季降水全区域为正距平时与冬季北太平洋ENSO关系并不明显。同时还找出了华北降水与北半球500 hPa高度、北太平洋海温场相互作用的关键区。在华北各型降水与高度场、海温场关键区相互作用的耦合周期中, 前者以准2~7年振荡为主; 后者则周期较长, 最短周期仍为准2年振荡, 最长周期为准10~11年振荡。以上结论为进一步研究华北夏季降水短期气候预测方法, 提供了参考依据。     

区域气候模式与陆面模式的耦合及其对东亚气候模拟的影响

将大气—植被相互作用模式AVIM（Atmosphere-Vegetation Interaction Model）与区域环境系统集成模式 RIEMS2.0（Regional Integrated Environment Modeling System Version 2.0）耦合,利用耦合后的AVIM-RIEMS2.0模式在东亚区域选定典型年份进行积分试验,通过模拟结果与观测资料对比分析,从整体上评估耦合模式对东亚区域的模拟能力。结果表明:模式能够较好地模拟850 hPa风场、500 hPa位势高度、气温、降水以及地表热通量空间分布型和季节变化。双向耦合具有动态植被过程的AVIM模式后,RIEMS2.0模拟能力有一定程度的提高。850 hPa风场在冬季的中国东北、华北地区以及夏季的中国东部地区,模拟偏差都减小;500 hPa高度场模拟在中国北方地区改进明显,而在中国南方地区的夏季并没表现出明显的改进趋势。耦合模式改进了RIEMS2.0模式冬季气温模拟偏低而夏季偏高的现象。从区域平均看,耦合模式改善了降水模拟偏多的现象,并使得潜热通量的模拟效果有明显的改进,对感热通量模拟在大部分地区也有改进。总的来看,AVIM-RIEMS2.0耦合模式对中国北方地区模拟改进较为明显,而对中国南方地区,特别是华南地区没有明显的改进。     

1981~2018年青海夏季极端降水时空演变及成因分析

采用青海省41个国家地面气象站6~8月逐日降水资料和ERA-Interim0.5°×0.5°逐月再分析资料,分析了1981~2018年青海夏季极端降水的时空变化特征及天气学成因。结果表明:8月和夏季极端降水频次均呈显著增加趋势,75%以上站次的最大日降水量、极端降水阈值和极端降水频次均呈增加趋势;极端降水频次与海拔高度之间、最大日降水量与500hPa比湿、500hPa位势高度、近地面温度之间均存在显著的正相关;以极端降水高发年8月的大气环流场为例,200hPa高空急流扩展到70°~100°E,100hPa高度正距平超过3.2hPa,高层冷高压发展异常偏强,500hPa青藏高原温度和高度距平异常偏高,上游区域扰动能量辐合强度达?1×10?6m/s2,高发年水汽异常增强,比湿最大正距平超过0.4g/kg,上升运动异常扰动和正涡度异常扰动强度均明显偏强,其特征有利于极端降水的产生。      

On the ability of the regional climate model RIEMS to simulate the present climate over Asia

A continuous 10-year simulation in Asia for the period of 1 July 1988 to 31 December 1998 was conducted using the Regional Integrated Environmental Model System (RIEMS) with NCEP Reanalysis II data as the driving fields. The model processes include surface physics state package (BATS 1e), a Holtslag explicit planetary boundary layer formulation, a Grell cumulus parameterization, and a modified radiation package (CCM3). Model-produced surface temperature and precipitation are compared with observations from 1001 meteorology stations distributed over Asia and with the 0.5 × 0.5 CRU gridded dataset. The analysis results show that: (1) RIEMS reproduces well the spatial pattern and the seasonal cycle of surface temperature and precipitation; (2) When regionally averaged, the seasonal mean temperature biases are within 1–2C. For precipitation, the model tends to give better simulation in winter than in summer, and seasonal precipitation biases are mostly in the range of ?12%–50%; (3) Spatial correlation coefficients between observed and simulated seasonal precipitation are higher in north of the Yangtze River than in the south and higher in winter than in summer; (4) RIEMS can well reproduce the spatial pattern of seasonal mean sea level pressure. In winter, the model-simulated Siberian high is stronger than the observed. In summer, the simulated subtropical high is shifted northwestwards; (5) The temporal evolution of the East Asia summer monsoon rain belt, with steady phases separated by more rapid transitions, is reproduced.     

CCM3大气环流模式月-季尺度预报初步试验

以1991和1994年NCEP再分析格点资料作初始场, 用NCAR气候模式CCM3进行了48次月、季预报, 针对500 hPa高度和中国降水资料对其预测能力进行了检验.结果表明, CCM3对月尺度的高度场的预报有一定的能力.对中国160站的降水距平进行月尺度和季节预报, 其准确程度可以和目前经验预报的水平相当.比较使用实际海温和用外推法预测的海温两种下边界条件所作的预报结果发现, 两者的效果差异不大.     

广西主汛期降水量异常诊断分析

通过对广西主汛期降水量的分析 ,初步确定了异常偏多和异常偏少年 ,分析广西主汛期平均降水量与太平洋海温场和大气环流的关系 ,筛选影响广西降水量的海温和 5 0 0 h Pa位势高度场因子 ;建立降水异常的统计诊断模型及概念诊断预测模型。     

Spatial and temporal variability of precipitation in Serbia for the period 1961–2010

Monthly, seasonal and annual sums of precipitation in Serbia were analysed in this paper for the period 1961–2010. Latitude, longitude and altitude of 421 precipitation stations and terrain features in their close environment (slope and aspect of terrain within a radius of 10 km around the station) were used to develop a regression model on which spatial distribution of precipitation was calculated. The spatial distribution of annual, June (maximum values for almost all of the stations) and February (minimum values for almost all of the stations) precipitation is presented. Annual precipitation amounts ranged from 500 to 600 mm to over 1100 mm. June precipitation ranged from 60 to 140 mm and February precipitation from 30 to 100 mm. The validation results expressed as root mean square error (RMSE) for monthly sums ranged from 3.9 mm in October (7.5% of the average precipitation for this month) to 6.2 mm in April (10.4%). For seasonal sums, RMSE ranged from 10.4 mm during autumn (6.1% of the average precipitation for this season) to 20.5 mm during winter (13.4%). On the annual scale, RMSE was 68 mm (9.5% of the average amount of precipitation). We further analysed precipitation trends using Sen’s estimation, while the Mann-Kendall test was used for testing the statistical significance of the trends. For most parts of Serbia, the mean annual precipitation trends fell between −5 and +5 and +5 and +15 mm/decade. June precipitation trends were mainly between −8 and +8 mm/decade. February precipitation trends generally ranged from −3 to +3 mm/decade.

     

新、旧气候态的差异及对东北地区气候业务的影响

选取参与东北地区短期气候预测业务质量评估的53个气象站的月平均气温、降水资料,NCEP/NCAR再分析的月平均500 hPa位势高度场资料,以及由NOAA重构的海温场资料,对比了新、旧气候平均态下,冬、夏季东北地区气温、降水及全球500 hPa位势高度场及海温场差异, 并分析了气候平均值改变对气候变化、影响评价和预测业务的影响。结果表明：就东北大部分地区而言,新气候态（1981-2010年）表征的气候较旧气候态（1971-2000年）更暖湿;新气候态的全球500 hPa位势高度值和海温值较旧气候态均有所增大;新气候态下东亚大槽强度和西伯利亚高压强度变弱是造成东北冬季气温升高的主要原因;西太副高和鄂霍次克海阻塞高压强度增强,是造成东北地区大部分月份降水量增加的主要原因;而东北冷涡强度减弱是造成东北地区6月降水量减少的主要原因;9月和10月降水量减少可能与海温的变化有关。气候平均值的改变会对气候业务产生影响,如需对冷冬事件和ENSO事件重新评估,对极端事件重新分析,及对要素预报量级和趋势产生影响。     

El Niño teleconnections in CMIP5 models

Teleconnections associated with warm El Niño/southern oscillation (ENSO) events in 20 climate model intercomparison project 5 (CMIP5) models have been compared with reanalysis observations. Focus has been placed on compact time and space indices, which can be assigned a specific statistical confidence. Nearly all of the models have surface temperature, precipitation and 250 hPa geopotential height departures in the Tropics that are in good agreement with the observations. Most of the models also have realistic anomalies of Northern Hemisphere near-surface temperature, precipitation and 500 hPa geopotential height. Model skill for these variables is significantly related to the ability of a model to accurately simulate Tropical 250 hPa height departures. Additionally, most models have realistic temperature and precipitation anomalies over North America, which are linked to a model’s ability to simulate Tropical 250 hPa and Northern Hemisphere 500 hPa height departures. The skills of temperature and precipitation departures over the Northern Hemisphere and North America are associated with the ability to realistically simulate realistic ENSO frequency and length. Neither horizontal nor vertical resolution differences for either the model atmosphere or ocean are significantly related at the 95 % level to variations in El Niño simulation quality. Overall, recent versions of earlier models have improved in their ability to simulate El Niño teleconnections. For instance, the average model skills of temperature and precipitation for the Tropics, Northern Hemisphere and North America for 11 CMIP5 models are all larger than those for prior versions.     

1982年夏季印缅槽和澳大利亚冷高压的中期振荡及其与广东降水的关系

本文利用1982年7—9月地面气压,850、500hPa高度和温度,广东地区测站的雨量等资料,进行功率谱、交叉谱、凝聚谱以及相关系数的计算。结果表明,这年夏季,印缅槽存在准三周的周期振荡,澳大利亚冷高压存在准两周的周期振荡,两者叠加的结果,与广东地区降水存在的准两周和准一周的振荡周期相吻合。研究还指出,这两个系统的周期变化比广东地区的降水超前1—3天。      

区域气候模式对我国中、东部夏季气候的数值模拟

利用高分辨率的区域气候模式RegCM3(ICTP,2004年)对1994、1997、1998年我国夏季(6～8月)气候进行了数值模拟试验,并对比分析了不同积云对流方案对降水场模拟结果的影响。结果表明:该模式能够较真实地描述出我国夏季温度场的主要高、低温中心及月际变化,但模拟的气温场偏低;选择不同的积云对流方案对降水的模拟结果影响很大,采用Grell积云对流方案模拟出的我国夏季降水场最接近观测场,较好地模拟出我国东部地区夏季主要雨带的大致位置及变化,但雨带的位置偏南、中心降水量值偏大;500 hPa位势高度场的模拟结果和实际观测场较为一致,但西风带的位置偏南,相应地副热带高压588位势什米线位置较观测场向东南偏移。     

陇东伏旱的气候变化及预报

利用陇东伏期降水量和蒸发量两要素,定义了伏旱指数来定量表达伏旱,通过对陇东15县(区)伏期降水和伏旱指数的分析,探讨了陇东伏旱的气候特征。对陇东伏期的500hPa平均形势,早年及多雨年环流特征进行分析,找出早年、多雨年的主要差异。通过500hPa高度场、太平洋海温与伏旱的相关性,探讨影响陇东伏旱的成因。最后建立了伏旱的预测模型,并进行了预报,经评定效果良好。     

北太平洋涛动区500 hPa高度场季节变化特征及其对中国东北区降水的影响

利用国家气候中心1960~2000年500 hPa高度场10°×5°经纬度月平均资料，采用EOF、SVD方法，分析了北太平洋涛动区（25°~70°N，140°E~150°W）500 hPa高度场季节变化特征和中国东北区80个测站降水场相关。结果表明:（1）北太平洋涛动区500 hPa高度场冬季EOF第1载荷向量场呈由北向南的“-，+”波列分布，这种北南分布相反型，占总体方差贡献的40%，可以表现为北低南高，类似地面气压场涛动 (NPO) 的正位相阶段，反映了40年北太平洋中高纬度上空以东亚大槽为定常波的大气环流基本模态，亦是NPO呈正位相阶段的主要成因，反之，类似地面气压场涛动（NPO）的负位相阶段，第2载荷向量场呈整体“+”值分布，占方差贡献28%，该模态则表现为东亚大槽被长波脊替代的与气候基本模态呈相反分布的异常环流型；夏季第1载荷向量场基本模态则为全区的正值分布，占总体方差贡献的30%，第3载荷向量呈北“+”南“-”的分布，占方差贡献的13%，表明夏季500 hPa高度场NPO不是主要模态；春秋两季均呈现出较为明显的NPO模态；（2）北太平洋涛动区500 hPa高度冬季平均场与东北区夏季降水场呈由北向南的“+，-”相关波列，存在显著的相关性（α＞0.01）, 第1对SVD奇异向量占总方差贡献的49%，当NPO区前冬500 hPa高度场呈负位相阶段时，东北区夏季降水偏多，反之，东北区夏季干旱少雨，其它季节亦有类似隔季相关关系。     

月动力延伸预报500hPa高度场检验及其在重庆月气候预测中降尺度应用

根据2015年国家气候中心实时下发的第二代月动力延伸模式(DERF2.0)逐日资料和历史回算资料,统计构建不同时间起报的月500hPa高度场格点数据序列,针对重庆2月气温和8月降水量方差和预测难度较大的事实,分别分析2010-2014年逐年1月和7月16日、21日、26日、31日起报的2月和8月500hPa高度场预报场与同期NCEP资料实况场的分布型,结果表明：预测效果低纬好于中高纬,8月总体好于2月;基于上述滚动的500hPa预报场,试验了4个关键区和5种统计降尺度方法,对重庆2010-2015年2月气温和2010-2014年8月降水量进行回报预测和检验结果表明,16日起报的模式场对2月气温有较好的参考价值,配合最好的关键区为本区上空,而降尺度方案中Lamb方法效果最佳,二者结合的预测效果最好;8月降水回报检验表明,虽然8月降水预测效果不如2月气温,但在预测关键区取自定义关键区时,车氏方法的降尺度方案预测效果相对较好。     

2013年华中区域中尺度业务数值预报的客观检验

应用国家气象中心模式检验方法,对华中区域中尺度业务数值预报模式WRF和中国气象局下发的GRAPES模式2013年1-12月的预报产品（包括降水、2 m温度场、850 hPa温度场、850 hPa风场和500 hPa位势高度场预报）进行统计检验。检验结果表明：所有要素24 h预报均优于48 h;对于晴雨预报,GRAPES模式TS评分高于WRF,但随着降水量级增大,WRF的TS评分基本都高于GRAPES,同时WRF降水预报范围明显偏大;分析2 m温度场的均方根误差及预报准确率发现,WRF的2 m温度场预报优于GRAPES,且暖季预报优于冷季;形势场要素分析表明,WRF对850 hPa温度场和风场预报具有相当大的优势,全年误差变化较稳定,而对500 hPa位势高度场的预报误差存在一定的季节性特征,即夏半年WRF高度场预报优于冬半年,GRAPES模式则相反。总体上,华中区域中尺度业务数值模式产品对天气预报具有一定的参考价值。     

长江流域夏季不同强度降水日数的时空变化特征

利用长江流域56个站点1957—2009年夏季逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及Hadley海表温度资料,分析了长江流域夏季不同强度降水日数的时空变化及其相关的海气异常型。结果表明:(1)近53 a来,长江流域夏季大到暴雨日数占总降水日数的比率呈明显增加趋势,而中小雨日数占总降水日数的比率呈明显减少趋势。(2)长江流域夏季不同强度降水日数的变化及其相应的海气异常型表现为明显不同的特征。当前期春季海温距平场表现为典型的东部型El Nino分布形态,500 h Pa位势高度场呈现出"+-+"的经向PJ波列,西北太平洋副热带高压偏强,位置偏南偏西,中高纬地区乌拉尔山和鄂霍次克海地区出现双阻塞形势,南半球澳大利亚高压异常偏强,越赤道气流偏强,在30°N附近200 h Pa纬向西风急流异常偏强,850 h Pa风场在东亚上空经向方向上呈现出明显的反气旋—气旋—反气旋系统相间分布的特征时,有利于长江流域夏季大到暴雨降水日数偏多。     

降尺度方法在安徽省月降水量预测中的试用

基于NCEP/NCAR 500 hPa高度场、T63月动力延伸预报500 hPa高度场和安徽省降水资料,依据动力预报产品释用方法中所建立的月降水距平百分率预报方程,从月和旬两种不同时间尺度以及固定资料和选择资料来反演方程系数共4种降尺度方法来预报安徽省20个代表站月降水。1995—2005年11 a的回报检验表明了4种方法都具有较好的预报能力,从旬时间尺度较月尺度来预报月降水具有优势,在汛期和汛期降水偏多年更为明显。     

神经网络模型预报湖北汛期降水量的应用研究

使用人工神经网络方法建立了湖北省汛期 (6～ 8月 )总降水量的短期气候预测模型 ,该神经网络模型的输入是汛期前期 (2～ 4月 )的北半球月平均 5 0 0 h Pa高度场、海平面气压场和太平洋海温场的扩展自然正交展开 (EEOF)的前几个主要模态的时间系数 ,输出了湖北汛期降水场的自然正交展开 (EOF)的前 2个主要模态的时间系数。41 a历史资料的交叉检验表明 :样本试验的预报技巧评分平均为 0 .2 4 6 ,虽然该模型对各年的预报效果仍存在一定的不稳定性 ,但它可为湖北汛期降水的短期气候预测提供一种具有明显统计预报正技巧的预报方法     

一次陕西初夏暴雨过程的数值模拟及诊断分析

利用常规观测资料、陕西地面加密观测资料和NCEP再分析资料对2006年6月2日00:00(协调世界时,下同)至3日12:00陕西中部初夏的一次区域突发性暴雨进行了数值模拟和综合分析.结果表明受500 hPa冷涡底部短波槽、700 hPa切变线和地面偏东风气流的共同作用造成这次突发区域性暴雨.模式结果与实况降水情况基本一致,24 h降水模拟能够很好地体现暴雨过程的中心位置,暴雨区域的主要范围和暴雨形势的走向.垂直运动场和降水区对应较好.通过对位涡的分析可得到,此次暴雨过程中有一股很强的干冷空气从对流层顶向下传播,这种强干侵入的形式有利于强降水的生成.广义位温和对流涡度矢量异常的分布和垂直变化很好地反映了陕西这次暴雨过程的落区及其演变,并且对本次暴雨的预报有较好的预报指示意义.