东亚梅雨系统的天气-气候学研究

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料、上海观测站降水资料,对上海2020年超强梅雨特征及成因进行了分析,并对基于大气低频特征的延伸期预报效果进行了评估。结果表明：（1）2020年上海梅雨量为2000年以来最多。（2）受夏季赤道中东太平洋冷水位相和热带印度洋海温异常偏暖的影响,西北太平洋异常反气旋强盛且稳定少动,其西侧转向的水汽输送偏强加之中高纬地区Rossby波列的传播引起中低层天气系统（槽、脊等）的变化,引发冷空气活动,也对副高的北抬起到了抑制作用,造成梅雨期偏长,雨量偏多。（3）2020年梅雨期降水过程表现出明显的准双周振荡特征,4次强降水过程均对应低频降水的峰值。沿Rossby波低频活动通量方向移动的低频波列南下,并与低频反气旋对峙于长江流域,导致多轮强降水。基于大气低频特征研发的延伸期预报方法较为准确地预报出2020年上海入梅首场强降水过程。

     

大气低频振荡与延伸期预报

为了能从大气低频振荡角度研究延伸期降水过程预报问题,引入了一种新的预报方法—低频天气图,并且分析了低频天气图的技术要点和技术方法。在低频天气图上,低频天气系统(低频气旋和低频反气旋),以及它们的活动特性可以被用来定性地确定南、北气流(暖、冷空气)的汇合,引起降水过程。2009年6~10月利用该方法进行上海地区延伸期降水过程预报表明,强降水过程预报效果较好,且预报时效为15~45天,可以在延伸期业务预报中应用。     

上海梅汛期候降水异常的低频信号及延伸期预报

提高汛期降水过程的延伸期预报能力是目前天气预报和气候预测发展的重要方向。本文以上海梅汛期降水为例,利用非传统滤波方法提取多变量季节内分量,分析了梅汛期季节内候降水异常及其相联系的延伸期关键低频信号,进一步综合多变量低频信号建立了梅汛期候降水异常延伸期预报方法,并开展了多年的回报和试报检验。结果表明:①梅汛期候降水异常季节内分量具有显著的40～60d低频振荡周期,与降水异常实况具有显著的正相关和较高的符号一致率;②梅汛期季节内候降水异常与超前10～35d的热带及中高纬低频信号有关,主要包括:热带MJO(Madden Julian Oscillation)自阿拉伯海的向东传播、西太平洋副热带高压季节内活动的西北向传播、PNA(Pacific-North American)遥相关型的季节内位相转换以及东北亚冷空气的持续性异常影响;③综合上述多变量低频信号建立了延伸期候降水异常预报模型,对提前10～35d的延伸期候降水异常的季节内分量具有预报技巧,也能较好地预报实际的候降水异常趋势。     

湖南省汛期强降水的30~60d低频振荡特征及延伸期预报指数研究

基于1986—2015年湖南逐日降水资料、同期美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)再分析资料,通过分析强低频振荡年的汛期强降水特征和低频环流场演变对强降水的影响,建立了湖南省汛期延伸期强降水过程预报指数。结果表明:(1)汛期33%的强降水过程均发生在具有显著30~60 d低频振荡的年份中,且大多位于低频降水峰值阶段。(2)通过对强低频振荡年进行合成发现,在活跃位相,南亚高压偏强偏东,副热带高压偏西偏强,这种环流配置导致中国南方大部分地区的高层环流为辐散,底层环流为辐合,有利于降水的产生。在中断位相,南亚高压呈东西带状分布且其位置偏西、强度偏弱,副热带高压偏东偏弱,使得向湖南地区输送水汽的西南气流减弱,进入降水中断期。(3)基于低频散度场不同位相的变化特征,选取了与低频降水相关的两个关键区,从而建立延伸期预报指数,该指数对低频降水显著年的强降水回报准确率能够达到73%。(4)前期4月黑潮的海温异常(SSTA)可作为湖南省强低频振荡年的预测指标。     

海河下游延伸期降水过程的低频预测方法

本文对海河下游地区强降水过程与大气低频信号进行了诊断分析,结果表明雨日的低频涡度场在我国存在显著的偶极子型异常分布。根据这一异常分布特征构造了一对低频预报指数Dcurl35和Dcurl12以及相应的延伸期强降水过程的低频预报方法。进一步使用该低频预报方法进行了历史降水过程的回报检验和2014年强降水过程的预报试验,结果证明该方法对海河下游延伸期强降水过程有较好的预报能力,可以实际应用于海河下游延伸期强降水过程预报业务。      

上海梅汛期强降水的低频特征及延伸期预报

利用2007-2013年NCEP/NCAR的700 hPa经、纬向风场及水汽场逐日再分析资料和上海市11站逐日降水资料。进行周期分析,提取低频信息,并利用向量场的经验正交函数方法进行分型。结果表明：上海地区梅汛期降水存在30-50 d的显著周期。强降水发生期,低频系统存在4个主要聚集区。贝加尔湖以西至河套地区存在并维持低频反气旋、鄂霍次克海附近多为低频气旋,这两地是中高纬冷空气的主要活动区域;孟加拉湾附近的低频反气旋及热带洋面的低频气旋是水汽的两大源地。这些区域的显著低频系统的生消是延伸预报的主要依据。上海入梅首场强降水发生前,多为偏北气流控制。南北低频气流辐合区向北移动至30°N附近,上海地区梅汛期强降水发生。低频风场及水汽场的北传与梅雨带的移动有较好的对应,当低纬低频水汽稳定北传至30°N附近时,江南北部入梅,随后偏南水汽或继续北进或滞留,对应梅雨带的持续北抬或间歇性停滞。低频经向风及水汽输送的特征是梅汛期延伸期强降水的前兆信号。跟踪监测低频偏南气流的北传进程有助于预报入梅强降水过程。     

基于低频振荡的西南雨季降水的延伸期预报

采用西南地区站点逐日降水数据和欧洲中心再分析数据,通过滤波、分位相合成等方法,分析了西南地区降水的低频特征及与之相联系的低频环流场演变特征,并采用基于降水自身低频信号和基于降水低频影响因子两种方法建立预报模型进行延伸期预报试验,结果表明：西南地区雨量存在10～20 d和30～60 d的低频变化;低频降水与低频OLR场正、负值区的顺次北移,印度洋北侧850 hPa低频纬向风的转变,500 hPa环流场槽脊的配置以及200 hPa低频气旋、反气旋的交替影响有关;基于降水序列自身低频信号的预报模型可以提前半个月左右给出较为准确的预报结果,而基于低频影响因子的预报模型可以提前20 d左右给出具有一定参考价值的结论,两个模型对于降水偏多年的预报效果好于降水偏少年。     

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。     

江苏省汛期强降水过程的延伸期预报试验

针对汛期延伸期降水预报问题,根据大气低频振荡特性,运用低频天气图预报方法,通过分析关键区低频天气系统(低频气旋和低频反气旋)的活动特征,建立低频系统与强降水过程间的对应关系,通过低频系统的活动特征来预报降水过程。在2011年7—9月江苏省延伸期强降水过程预报试验中,低频天气图预报方法的预报效果较好,且预报时效为10~30 d,可以在延伸期业务预报中加以应用。此外,还运用模式统计降尺度方法预报降水落区,为强降水过程的发生提供背景依据和参考信息,具有一定的实用意义。     

江苏省汛期强降水过程的延伸期预报试验

针对汛期延伸期降水预报问题,根据大气低频振荡特性,运用低频天气图预报方法,通过分析关键区低频天气系统(低频气旋和低频反气旋)的活动特征,建立低频系统与强降水过程间的对应关系,通过低频系统的活动特征来预报降水过程.在2011年7-9月江苏省延伸期强降水过程预报试验中,低频天气图预报方法的预报效果较好,且预报时效为10 ～30 d,可以在延伸期业务预报中加以应用.此外,还运用模式统计降尺度方法预报降水落区,为强降水过程的发生提供背景依据和参考信息,具有一定的实用意义.     

延伸期预报中的可预报性浅析

延伸期（10-30天）预报是无缝隙集约化预报预测业务体系的重要一环,一直以来在防灾减灾科学决策中起着重要作用。然而实际预报中,其准确率较中短期天气预报和气候预测均明显偏低,原因在于随着预报时效延长,预报结果存在明显的不确定性。因此,业务预报中需要充分考虑预报对象的可预报性。本文通过总结延伸期时效可预报性的来源、主流数值模式预报性能的现状,介绍了一线业务中的预报思路及常用的可预报性参考产品,揭示了可预报性理论在延伸期预报中的应用。同时还展望了延伸期预报未来的发展方向。     

上海市夏季降水延伸期的预报方法

利用1998—2007年上海站降水资料和NCEP逐日700 hPa再分析风场资料,通过统计分析,发现上海强降水发生日,在10～20天滤波的合成低频流场上,我国沿海30°N附近地区纬向风明显加强,浙江福建沿海地区为一致的偏南风,故定义这两个区域为影响区.通过单点相关方法,在10～20天滤波的经纬向风场上分别找到一个与影响区风速超前15～20天相关性好的关键区域:110～130°E,0°～10°N和160～140°W,45～55°N.研究表明,关键区域的10～20天低频经纬向风有明显向上海附近地区传播的趋势,并且与15～20天后上海降水有显著正相关,对上海市6—8月未来15天的降水有较好的指示作用.     

气候变化对延伸期预报的影响

10～30 d时效的延伸期预报,作为无缝隙预报预测体系中至关重要的一环,连接着天气预报和短期气候预测。受不断加剧的气候变化的影响,延伸期预报将面临更为重大的挑战。首先概述国内外延伸期预报现状,然后分析了全球气候变化对极端天气气候事件分布特征、关键环流系统可预报性等方面的影响,发现气候变化将导致延伸期预报难度加大、需求更加旺盛,同时也更加突显延伸期预报在防灾减灾方面的作用。进一步展望延伸期预报将面临的新挑战以及未来业务发展的新动向,提出了适应气候变化的应对措施和建议,如大力发展数值预报模式、深入开展延伸期预报机理研究、大力发展动力—统计相结合的预报方法以及尝试多学科交叉协作等。     

极端天气预报指数和集合异常预报法在浙江台风和梅雨暴雨预报中的应用北大核心

利用2016—2021年ECMWF集合预报,评估了极端天气指数EFI(Extreme Forecast Index)、尾偏移指数SOT(“Shift of Tail”index)以及集合异常预报法在浙江台风和梅雨暴雨预报中的应用效果。通过研究极端天气预报指数对浙江台风和梅雨暴雨的最优预报阈值,发现梅雨暴雨阈值比台风暴雨明显偏小,且随预报时效增加减小速度偏慢。最优阈值预报相比确定性模式预报,在台风和梅雨暴雨预报检验中体现出更好的稳定性、提前性和准确性。进一步研究发现,通过区分天气类型确定的最优预报阈值,可作为台风和梅雨暴雨落区预报的参考依据。925 hPa水汽通量散度的集合异常度对浙江台风暴雨的落区和强度变化有较好的预报效果,850 hPa涡度和700 hPa垂直速度的集合异常度可以反映稳定性梅雨暴雨的过程演变。     

DERF2.0模式对贵州延伸期、月预测质量对比分析

利用2014—2016年第二代月动力延伸预测模式业务系统(DERF2. 0)直接输出及预报员预报的贵州省气温和降水预报数据、贵州省84站观测数据,采用Ps、Cs和Zs 3种评分方法评估了DERF2. 0对贵州月气温、降水和月内强降水过程的预测性能,并与预报员业务值班发布的预报质量进行对比分析,系统性地对DERF2. 0产品在延伸期/月尺度的预测效果进行检验评估。结果表明:DERF2. 0月预测产品总体上对贵州气温的预测性能优于降水,气温偏高预测的可参考性高于其对气温偏低的预测。DERF2. 0预报月气温的Ps评分较预报员略高,月降水较预报员略低,总体来看DERF2. 0月预测效果较预报员综合预报略差且预报性能较不稳定。预报员预测数据的Zs和Cs评分总体高于DERF2. 0预测数据,但DERF2. 0预测数据的Zs和Cs评分较预报员逐年提高,尤其在整个雨季时段较为明显。DERF2. 0对主汛期(6—8月)的预报准确率较整个雨季期(4—10月)略高。