基于交叉小波与小波相干的西太平洋副高与东亚夏季风系统的关联性分析

采用交叉小波变换与小波相干方法,利用NCEP/NCAR 再分析资料以及 NOAA 卫星观测的 OLR 资料,分析了2006年夏季西太平洋副高的异常活动及其与东亚夏季风系统相关的时延位相特征.分析结果表明,副高指数与东亚夏季风系统成员特征指数的交叉小波功率谱和小波相干谱能够有效揭示周期尺度为14～20 d的不同影响因子与副高指数的时频特征和时滞相关性.分析证实,马斯克林高压和南亚高压对副高的西伸、北跳有较好的预报意义;热带ITCZ和副热带高空急流的加强北移与副高脊线的北跳同步;副高北跳利于降水在华南发生,反过来,雨带的产生又有利于副高的进一步西伸.     

副热带高压及其影响因子的非平稳性检验与协整分析

为分析理解副高活动与其影响因子的关系,引入计量经济学非平稳性检验的思想和方法,对副高脊线、江淮梅雨活动、青藏高压活动及印度季风活动等特征指数序列进行了单位根检验与协整分析。单位根检验的结果表明,副高脊线指数及其3个影响因子均无单位根,具有非平稳性,且都为一阶单整;协整分析结果表明,副高脊线指数与该三个影响因子之间存在协整关系。分析结果有助于深化对气象要素时间序列非平稳性的认识,进而为构建副高特征指数和影响因子之间的内在关联模型提供依据。     

前期太平洋海温与6～8月西太平洋副高指数的关系

使用相关分析和因子分析等方法,探讨了前期太平洋海温对主汛期副高指数的影响.相关分析发现:海温对副高各指数的影响存在季节和区域上的变化,海温变化主要影响副高的面积和强度指数,对西伸脊点的影响次之,对脊线位置的影响比对北界位置显著.从各季节海温对副高5个指数(脊线位置、北界位置、西伸脊点、面积、强度)集合整体的线性拟合能力上看,秋、冬季海温较春季效果稍好,赤道中东太平洋及北美西海岸海温对副高指数的影响较西北太平洋显著.因子分析结果发现:前期各季节海温第1公共因子主要反映了赤道中东太平洋与西太平洋海温的反相变化关系,该公共因子与主汛期副高指数相关最显著,且较好地反映海温与副高各指数的相关特点,其它公共因子与副高指数相关性均较弱.年代际变化分析表明:1970年代末以前,海温变化使La Ni?a事件易为出现、夏季副高偏弱偏东、面积偏小、位置偏北,1980年代以后则相反.     

基于相空间重构的西太平洋副高指数的动力随机性与复杂性

基于NCEP/NCAR再分析资料,计算了西太平洋副热带高压脊线指数的逐候时间序列,对该时间序列进行了相空间重构,对相空间重构中最佳嵌入维数和延迟时间的选择进行了分析,画出了相应的伪相图,同时还对副高脊线指数吸引子的关联维数进行了计算,得到副高脊线指数关联维数为3.10±0.05.通过动力参数的计算和重构后相空间递归图的分析,讨论了副高活动的动力随机性和复杂性.分析结果对副高系统复杂性和可预报性的认识以及副高动力模型反演有参考意义.     

基于副高-季风非线性动力模型的动力特性讨论与机理分析

基于NCEP/NCAR再分析资料,依据动力系统反演思想,采用遗传算法从1998年实际观测资料中,客观合理地反演重构了副高特征指数与东亚夏季风因子的非线性动力模型,并结合1998年天气实况,讨论了模型中外参数的变化对副高系统平衡态失稳和分岔的影响。从而为副高等难以准确构建动力模型的复杂天气系统的物理机理分析和动力行为讨论,提供了有益的研究思想和方法手段。研究发现,副高指数平衡态的分布和变化与实际副高的中短期异常活动相对应,副高系统由高值稳定平衡态向低值稳定平衡态跳跃的突变行为对应副高的异常南落过程,副高系统由双稳定平衡态向单稳定平衡态并入的分岔行为对应副高"双脊线"并存到消失的过程。     

初秋西太平洋副高年际变化及其与我国气温的联系

利用中国160站气温资料和5项西太平洋副高(以下简称副高)特征指数资料,分析了1951~2010年初秋(9月)副高强度、面积、西伸脊点、脊线、北界的年际变化及其与我国气温的联系。结果表明:5项副高指数均存在明显的年际变化。副高强度和面积指数具有显著的线性增长趋势。西伸脊点、脊线和北界位置均无明显长期变化趋势。在年际尺度上,初秋副高西伸脊点位置、脊线和北界位置与我国同期气温异常关系密切。当副高西伸脊点位置偏东(西),易造成我国青藏高原东部和川西地区、云南大部及华南部分地区同期气温偏低(高);当副高脊线或北界位置偏北(南),易造成我国长江流域及其以南广大地区,尤其是贵州大部和江南东部(浙闽一带)的同期气温偏高(低)。     

西南气候跃变及影响因子分析

通过ＥＯＦ展开，利用Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ方法，并结合Ｙａｍａｎｏｔ检验，对近４２年西南地区气温和降水进行了跃变分析。结果表明，年平均气温在１９６２年发生暖转冷强跃变，年平均降水无跃变发生。在此基础上，对高原加热指数、南方涛动指数、五组副高指数进行跃变分析，讨论了这些因子与西南气候跃变的联系，发现西南气温跃变的主要影响因子是：副高脊线位置和副高西伸点。     

基于小波分解的西太平洋副热带高压模糊推理预测

基于NCEP/NCAR再分析资料,讨论了西太平洋副高脊线与其前期位置的相互关系,并在此基础上用小波分解和自适应模糊推理方法,对副高脊线进行集成建模和预测.基于小波分解重构的副高脊线短期活动集成预测结果表明,该方法可有效降低预报难度,明显改进和提高了副高脊线短期活动的预报准确率.     

1962年西太平洋副热带高压双脊线演变过程的特征分析

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,提出确定副高双脊线过程的定量指标,之后重点诊断研究1962年"二度梅"期间的双脊线过程.结果表明:1962年"二度梅"期间,由于季风槽的加强东伸,副高外围变形,在其南侧新生一条脊线,呈现双脊线结构.由此,提出亚洲季风槽的发展东移是副高双脊线形成的重要影响因子.分析表明,1962年的双脊线过程与1998年的双脊线过程相比,有同亦有异:两次双脊线过程与长江流域"二度梅"均有关联,但1998年双脊线过程结束后,北侧脊线消失,南侧脊线发展维持,使副高脊线异常偏南,造成"二度梅"的突然出现,而1962年双脊线过程结束后却是南侧脊线消失,北侧脊线维持并异常偏北,从而导致"二度梅"结束;在涡度场上,两次双脊线过程均有一高层对低层的"诱导"效应,同时500 hPa诱导生成的正涡度与低纬度北移而来的正涡度带打通合并、东伸,进而其两侧的负涡度带增强,形成双脊线.这些结果为西太平洋副热带高压双脊线的演变规律和机制的进一步研究提供了新的线索.     

江苏省里下河地区梅雨洪涝灾害成因与规律的探讨

本文根据里下河地区建湖、兴化、盐城、宝应和阜宁共５个代表站,对１９５４－１９９３年共４０年的梅雨期降水量和西太平洋副高脊线、５８８位势什米的西脊点等资料进行分析,发现里下河地区洪涝灾害与梅雨期开始时间早、持续时间长、暴雨频发和雨带稳定在里下河地区有关。而后者又与副热带高压活动特点以及西风带环流特征有密切的关系。分析上述５个代表站梅雨量、副高脊线的所在纬度和５８８位势什米特征线西脊点的功率谱,得出了     

DIAGNOSIS AND IDENTIFICATION OF DYNAMIC CORRELATION FACTORS BETWEEN WEST-PACIFIC SUBTROPICAL HIGH AND EAST ASIA MONSOON SYSTEM INDEXES

Based on the daily reanalysis data of NCEP / NCAR and by using the method of phase space reconstruction, the point conditional probability density of the subtropical high ridge index are determined and then used, together with their power spectra, to seek the correlation between them and individual monsoon-affecting factors and their power spectra. Through diagnosis, six indexes are discovered that have the most important effects on the subtropical high index. The results of the diagnosis indicate that the technique can identify the factors which are dynamically correlated. It can offer the basis in determining and choosing dynamic conceptual factors.     

用湿位涡表征的东亚副热带夏季风指数

在综合考虑了东亚夏季风的热力和动力特征的基础上,利用湿位涡定义了一个新的东亚副热带夏季风指数,并利用1948—2007年NCEP/NCAR再分析资料分析了近60年来东亚副热带夏季风的变化特征。研究表明：该指数可以很好地反映东亚副热带夏季风的季节变动、年际变化、年代际变化等特征。另外,该指数与我国160个测站降水的相关分析表明：高指数年,夏季季风强,华北、西南内陆及华南沿海地区多雨,江淮地区少雨;反之,低指数年,夏季季风弱,华北、西南内陆及华南沿海地区偏旱,江淮流域偏涝。最后,通过与其它四种有代表性的指数的对比,发现本指数在指示江淮夏季降水方面具有明显的优势。     

两种反映东亚夏季风异常的指数的比较研究

本文利用文献^ [4]提出的一种新的反映东亚夏季风异常的海陆温差指数分析了夏季风异常时我国气温、降水异常以及东亚环流状况，通过分析指出，东亚夏季风偏强，则中国东部夏季气温偏高，江淮干旱，华北多雨；夏季风偏弱则夏季气温偏低，江淮多雨，易涝，华北少雨。通过两种夏季风指数的对比，海陆温差指数能更好地反映东亚夏季环流及天气气候异常。文中还指出，海陆温差指数能更好的反映夏季风异常的原因是它的定义方法更科学，更全面的反映东亚海陆热力差异，既包含了东亚纬向海陆热力差异的影响，又考虑了东亚经向海陆热力差异的因素，并用地表气温和海表温度差来表示海陆热力差，好于以往用海平面气压差来反映海陆热力差。     

亚洲季风年代际振荡及与天文因子的相关

主要通过滑动ｔ－检验方法和相关统计,分析了近５０年来南亚季风、东亚季风以及高原季风的相互关系,并对其与太阳黑子周期长度（ＳＣＬ）和地球自转速度（Δω）的关系进行了讨论。结果表明：三种亚洲季风虽然在年际变化上相关不好,但在年代变化上具有很好一致性;亚洲季风的年代际变化与ＳＣＬ和Δω均相关很好,其中以与Δω关系最好,且Δω的变化超前亚洲季风的变化。对日地因子的短期变化如何影响亚洲季风年代际振荡提出了初     

广东沿海强东北季风的概率预报方法

用1979～1999年共21年资料分析了全球越赤道气流的空间分布,并初步讨论了东半球低层主要通道越赤道气流强度的年际变化特征。结果表明,全球越赤道气流分布存在明显的空间不对称性,即通道分布的高低层不对称性和沿纬圈不对称。低层通道窄而多,高层通道宽而少;东半球低层通道数目远较西半球多,且强度更强。无论高、低层,夏季越赤道气流总和都强于冬季。这也反映了南北半球空气质量交换的时空分布的不对称性,即空气质量的交换主要集中在夏季和东半球。 东半球低层越赤道气流的年际变化主要受TBO(2～3年周期)和ENSO(4～7年周期)的周期振荡影响,尤其是北半球夏季85 oE弱的越赤道气流年份基本上都与ENSO年相对应。这说明85 oE越赤道气流的强弱不仅决定于南北半球环流,还与热带纬向环流有关。而冬季105 oE越赤道气流的强弱不仅受TBO的影响,同时还受ENSO的影响。东半球各不同通道越赤道气流的年际变化特征必将对亚洲季风及降水有重要影响。     

CORRELATION ANALYSIS OF THE WESTERN PACIFIC SUBTROPICAL HIGH AND EASTERN ASIAN SUMMER MONSOON SYSTEM BASED ON FUZZY SYSTEMS AND DYNAMICAL MODEL INVERSION FORECAST

Based on the adaptive network fuzzy inference system (ANFIS), methods to filter out the noise of impact factors from the main signal are discussed. Focusing on the abnormal weather conditions in 2010, we use the delay-relevant method to analyze the five members of the summer monsoon system that had the largest effect on the subtropical high anomalies from the observational data. ANFIS is suitable for research and simulation of subtropical highs that are difficult to describe accurately with dynamics, allowing the effect of five factors on the subtropical high anomalies to be examined. Our results show that the Mascarene cold high, the Indian monsoon latent heat flux, and the South China Sea monsoon trough had the largest effect on the subtropical high anomalies. Diagnostic analysis, with genetic algorithms (GA) and dynamical reconstruction theory, reconstructed the nonlinear dynamical model of the subtropical high and its main factors objectively and accurately from the sequence of observations in 2010. Furthermore, a dynamically extended forecast experiment is performed. The forecasts for the subtropical high area index, the Mascarene cold high index, the Indian monsoon latent heat flux, and the South China Sea monsoon trough index all show a strong short-term effect over less than 25 days. The forecasting trend is accurate, and the error rate is no more than 7%. Our results provide new insight and methods for research on the association between the western Pacific subtropical high and the East Asian summer monsoon system, and for the prediction of the western Pacific subtropical high index.     

THE EAST ASIAN SUBTROPICAL SUMMER MONSOON INDEX AND ITS RELATION WITH THE CLIMATE ANOMALIES IN CHINA

A new East Asian subtropical summer monsoon circulation index is defined, where the barotropic and baroclinic components of circulation are included. Results show that this index can well indicate the interannual variability of summer precipitation and temperature anomalies in China. A strong monsoon is characterized by more rainfall in the Yellow River basin and northern China, less rainfall in the Yangtze River basin, and more rainfall in south and southeast China, in association with higher temperature in most areas of China. Furthermore, comparison is made between the index proposed in this paper and other monsoon indexes in representing climate anomalies in China.     

基于风场季节变率的高原季风指数算法的改进及对比

关于青藏高原季风,现有研究分别从近地层的热低压、气旋式环流切变以及风场的涡度和散度等角度定义了高原季风指数,但现有指数均更多地关注高原空间场的对比,而没有考虑风场的冬、夏转换特征。因此,在之前的工作中,基于风场季节变率指数,从高原近地层冬、夏风场对比的角度定义了一种新的高原季风指数,这里对该指数进行改进和简化,以便于其的进一步推广。为了验证改进的效果,使用ERA-interim再分析数据计算高原季风指数,并比较了不同高原季风指数年变化和年际变化的差异及其与夏季降水相关的差异。结果表明:（1）改进后的高原季风指数物理含义清楚,弥补了原指数计算复杂的不足。（2）物理基础的差异使得新指数在8月达到峰值,不同于其他指数在6月达到峰值。整体而言,不同高原季风指数和高原降水的年变化特征均有较高的一致性。（3）新指数能够较好地表征高原季风与高原夏季降水东、西反相的相关系数分布特征,且不同于其他指数在高原一致的相关系数分布特征,对于高原地区降水,尤其是高原东南部人口相对密集地区的降水预测具有较好的指示意义。      

北太平洋海温分布型指数的年际变化及预测

从预测中国夏季降水趋势分布的需要出发 ,定义了一个反映北太平洋海域表面温度变化的分布型指数。该指数较好地表征出海温的年际变化特征及厄尔尼诺和拉尼娜事件 ,及其与中国夏季降水分布型式有较清晰的相关关系。在分析分布型指数变化特征基础上构建了一个统计预测模式。模拟计算及 3 6个个例提前 6个月的预测试验结果表明 ,该模式可以较好地预测出北太平洋海温的变化趋势 ,为提前半年做出中国夏季降水趋势分布预测提供了依据     

利用T213和ECMWF数值预报产品作暴雨落区概率预报

充分利用T213和ECMWF数值预报产品的优势，对相关预报场进行定量集成。根据历史统计和产生暴雨的几个必要条件，选取相关因子进行判别，并按权重进行叠加，得出未来24h暴雨落区概率预报图，在业务应用取得了满意的效果。