GAMIL CliPAS试验对夏季西太平洋副高的预测

利用GAMIL CliPAS “两步法” 季度预测试验, 检验了后报的1980～1999年北半球夏季西太平洋副热带高压 (简称副高) 的年际变化, 检查了Seoul National University (SNU) 动力统计预测系统对SST预测准确度, 并讨论了影响中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室格点大气模式 (GAMIL) 对副高预测效果的可能原因。500 hPa位势高度可预报性指数表明西太平洋副高具有较高可预报性。集合平均基本能再现西太平洋副高的变率特征, 但最大方差的位置和强度与观测稍有区别。观测证据显示, 副高存在2～3年变率和3～5年变率, 且2～3年变率比3～5年变率强。GAMIL能够准确预测观测副高的3～5年变率, 尽管其强度要强于观测。这与试验所用的预测海温能够很好表现赤道中东太平洋 (5.5°S～5.5°N, 190.5°E～240.5°E) 海温的年际变率有关。同时, GAMIL预测的副高2～3年变率较之观测显著偏弱, 这可能与SNU预测的海洋大陆地区 (5.5°S～0.5°N, 110.5°E～130.5°E) SST的2～3年变率偏弱有关。分析表明, SNU预测海温的这种弱点, 与SNU海温统计预测模式所用的历史海温 (OISST) 本身对海洋大陆地区2～3年变率的刻画能力较弱有关。     

GAMIL CliPAS试验对夏季西太平洋副热带高压的预测

利用GAMIL CliPAS"两步法"季度预测试验,检验了后报的1980～1999年北半球夏季西太平洋副热带高压(简称副高)的年际变化,检查了Seoul National University(SNU)动力统计预测系统对SST预测准确度,并讨论了影响中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室格点大气模式(GAMIL)对副高预测效果的可能原因.500 hPa位势高度可预报性指数表明西太平洋副高具有较高可预报性.集合平均基本能再现西太平洋副高的变率特征,但最大方差的位置和强度与观测稍有区别.观测证据显示,副高存在2～3年变率和3～5年变率.且2～3年变率比3～5年变率强.GAMIL能够准确预测观测副高的3～5年变率,尽管其强度要强于观测.这与试验所用的预测海温能够很好表现赤道中东太平洋(5.5°S～5.5°N,190.5°E～240.5°E)海温的年际变率有关.同时,GAMIL预测的副高2～3年变率较之观测显著偏弱,这可能与SNU预测的海洋大陆地区(5.5°S～0.5°N,110.5°E～130.5°E)SST的2～3年变率偏弱有关.分析表明,SNU预测海温的这种弱点,与SNU海温统计预测模式所用的历史海温(OISST)本身对海洋大陆地区2～3年变率的刻画能力较弱有关.     

DERF2.0模式对月尺度西太平洋副热带高压预测能力评估

基于国家气候中心第二代月动力延伸预测模式业务系统(DERF2.0)1983—2015年回报数据,利用时间相关系数、标准化均方根误差、距平符号一致率和泰勒图分析等方法综合评估了DERF2.0模式对月尺度西太平洋副热带高压的预测性能。结果表明:模式能够预测出气候平均态上588 dagpm等值线的空间分布及强度和纬向风切变位置,但有偏大偏强的系统偏差。模式对高度场年际变率的预测性能好于纬向风场。模式较为准确地预测了副高气候态的年循环信息,但存在系统偏差,副高面积相对观测偏大,强度偏强,脊线偏北,西伸脊点偏西。模式对副高年际变率的预测性能较好,其中强度最佳,面积其次,脊线相对较差。副高预测性能依赖于超前起报时间,随着起报时间的临近,预测性能整体呈上升趋势,业务中及时更新预测。模式对副高面积超前0~20 d、强度超前0~2 d、西伸脊点超前0~5 d、脊线超前0~7 d起报对未来一个月的预测性能优于持续性预测,业务中可以重点参考。     

Two Northward Jumps of the Summertime Western Pacific Subtropical High and Their Associations with the Tropical SST Anomalies

Based on the pentad mean ridgeline index of the western Pacific subtropical high (WPSH), the authors identified the two northward jumps of the WPSH from 1979 to 2008 and revealed their associations with the tropical SST anomalies. The authors show that the northward jumps, especially the second jump, exhibited remarkable interannual variability. In addition, the authors find that the two northward jumps were mutually independent and were influenced by the SST anomalies in the different regions of the tropical Pacific. The first jump was positively correlated with the SST anomalies in the tropical central Pacific from the preceding winter to June. In contrast, the second jump was positively related to ENSO in the preceding winter, but this correlation tended to weaken with the decay of ENSO and disappeared in July. Instead, a positive correlation was found in the Indian Ocean. We therefore suggest that ENSO plays an indirect role in the second jump through the capacitor effect of the Indian Ocean.     

2003年7月西太平洋副热带高压变异及中国南方高温形成机理研究

运用全型垂直涡度倾向方程理论, 研究了空间非绝热加热在垂直方向的变化对2003年7月副高强度和位置变异的影响.结果表明: 副热带地区的非绝热加热对副高的强度和位置的变化有极其重要的影响.与气候平均状况相比较, 2003年7月副高北侧、西侧非绝热加热的垂直变化异常偏强, 而南侧、东侧较常年异常偏弱.这种异常的非绝热加热状况导致我国江南到副热带西太平洋地区呈现带状的异常反气旋性涡度制造, 使得7月副高偏强偏西.     

近百年夏季西太平洋副热带高压的变化

利用国家气候中心给出的1951～1998年副高强度(Is)、西界(Iw)、北界(IN)3个指数与国家气候中心同期的500hPa观测高度场分别作相关分析,并在高度场中分别找出几个有意义的点,用其高度计算副高3个指数I＇s、I＇N和I＇w,计算出I＇s与Is、I'N与IN、I＇w与IW的相关系数均大于Is、IN和IW与单点高度的相关系数.对NCEP资料作同样分析,结果相同,说明可以利用500hPa高度场数值计算副高活动指数.于是利用重建的1880～1950年北半球高度场资料将副高3个指数向前恢复到1880年.对1880～1999年副高强度、西界、北界作功率谱及小波分析,发现副高强度、北界具有明显的40年周期,西界具有明显的16年周期,即副高指数的变化以低频振荡为主.北界还有3～5年的年际变化.     

西太平洋副热带高压东西位置变动特征分析

采用NCEP／NCAR再分析逐日资料，根据特定区域涡度值，定义描述西太平洋副高东西位置的指标，并利用该指标研究了6月副高东西位置变动特征。结果表明：该指标不仅避免了由于高度的逐年升高而引起的副高逐年西进的年代际变化，而且能很好地反映大尺度环流场的特征；副高偏西年，赤道西风减弱，越赤道气流减弱，南海夏季风偏弱，江南和华南地区南风增强，其东侧负涡度发展，引导副高西伸，长江流域被副高北侧异常西南风控制，有利于雨带在此维持，降水偏多易涝。西太平洋副高东西位置变化的周期分析表明，6月副高西伸指数最强的周期信号为2、4、8a。     

Predicting Western Pacific Subtropical High Using a Combined Tropical Indian Ocean Sea Surface Temperature Forecast

Weather and climate in East China are closely related to the variability of the western Pacific subtropical high（WPSH）, which is an important part of the Asian monsoon system. The WPSH prediction in spring and summer is a critical component of rainfall forecasting during the summer flood season in China. Although many attempts have been made to predict WPSH variability, its predictability remains limited in practice due to the complexity of the WPSH evolution. Many studies have indicated that the sea surface temperature（SST） over the tropical Indian Ocean has a significant effect on WPSH variability. In this paper, a statistical model is developed to forecast the monthly variation in the WPSH during the spring and summer seasons on the basis of its relationship with SST over the tropical Indian Ocean. The forecasted SST over the tropical Indian Ocean is the predictor in this model, which differs significantly from other WPSH prediction methods. A 26-year independent hindcast experiment from 1983 to 2008 is conducted and validated in which the WPSH prediction driven by the combined forecasted SST is compared with that driven by the persisted SST. Results indicate that the skill score of the WPSH prediction driven by the combined forecasted SST is substantial.     

副高北进过程的个例数值研究

就一次出梅时西太平洋副热带高压北进过程,用数值试验的方法,对副高北进的原因进行了分析研究,重点分析了非绝热过程在副高北进过程中所起的作用。结果表明:1）对应出梅时的环流形势,大气内部的动力调整过程具有使副高增强北进的趋势,是副高北进的主导因子。2）在3～5天时间尺度上,非绝热过程的作用不可忽视,其总效应使副高减弱。就各非绝热因子而言,净辐射过程的总效应使副高减弱,不利副高北进;降水凝结潜热释放有利副高的维持和增强,有利副高北进。就地区而言,南亚季风区加热具有同副高南侧热带辐合带加热相同的作用,正的加热增强有利副高增强北进。     

Impact of the Subtropical High on the Extratropical Transition of Tropical Cyclones over the Western North Pacific

Recent publications have investigated the interactions between the extratropical transitions （ETs） of tropical cyclones （TCs） and midlatitude circulations; however, studies of ET events have rarely considered the relationship between the storm and the nearby subtropical high. The TC best-track data provided by the Regional Specialized Meteorological Center-Tokyo Typhoon Center of the Japan Meteorology Agency are used in conjunction with the NCEP/NCAR reanalysis data to discuss the potential effects of the subtropical high on ETs over the western North Pacific basin. When the western Pacific subtropical high （WPSH） is weakened and withdrawn toward the east, more TCs follow recurving paths and the midlatitude trough activity is intensified. These changes lead to enhanced ET activity. By contrast, when the WPSH strengthens and extends westward, the number of TCs that follow direct westward paths increases and the midlatitude trough is relatively inactive. These conditions lead to reduced occurrences of ET cases. Abnormal activity of the WPSH should be considered as an important factor in determining ET activity.     

全球变暖背景下西太平洋副热带高压变化的探讨

为去除全球变暖等压面抬升的影响、客观地反映西太平洋副热带高压的真实变化,本研究使用了1951~2017年NCEP/NCAR的月平均500hPa高度场再分析资料以及国家气候中心提供6~8月的大气环流指数,基于去除全球变暖影响的西太平洋副热带高压表征线,研究探讨了全球变暖背景下西太平洋副热带高压的变化。研究表明,去除全球变暖影响前(后)西太平洋副热带高压有面积指数增大(减小)、强度指数增强(减弱)和西伸脊点指数西伸(东退)的演变特征。可见,全球变暖可能是西太平洋副热带高压面积、强度和东西位置发生变化的原因之一。     

1998年7月西太平洋副高显著南落的原因

采用ＯＬＲ表达方式讨论了１９９８年７月西太平洋副热带高压明显南落的原因。并批出这种表达方式有助于探讨副热带高压南侧热带对流云团对副热带高压的影响。     

2009年夏季西太平洋副热带高压北抬原因初探

利用数值模式再分析数据和常规观测资料,分析研究2009年6-8月西太平洋副热带高压(以下简称副高)连续5次北抬至偏北位置,且异常稳定维持,造成江淮流域干旱少雨(空梅)之缘由.通过合成、相关等分析方法探讨西风带、副热带、热带主要大气环流系统之间的相互影响和作用,并利用全型涡度方程探讨副高北抬和强度维持的主要机制.结果表明:(1)西风带波动的传播与副高变化关系密切,西太平洋副高的北抬过程起始于中段副高(140°～160°E)强度加强;(2)副高北抬之前孟加拉湾东部有明显的对流活动,对于副高的北抬和加强有一定的指示意义,而副高南侧的对流活动与副高北抬之间是一种伴随关系;(3)涡度场变化分析可知,副高北抬的关键因素是中高纬度槽脊变化引起的东亚沿海负涡度的增加.     

Simulation and Projection of the Western Pacific Subtropical High in CMIP5 Models

This work examined the performance of 26 coupled climate models participating in the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 （CMIP5） in the simulation of the present-day temporal variability and spatial pattern of the western Pacifi c subtropical high （WPSH）. The results show that most models are able to capture the spatial distribution and variability of the 500-hPa geopotential height and zonal wind fi elds in the western subtropical Pacifi c, but with underestimated mean intensity of the WPSH. The underestimation may be associated with the cold bias of sea surface temperature in the tropical Indian and western Pacifi c oceans in the models. To eliminate the impact of the climatology biases, the climatology of these models is replaced by that of the NCEP/NCAR reanalysis in the verifi cation, and the models reproduce the WPSH’s enhancement and westward extension after the late 1970s. According to assessment of the simulated WPSH indices, it is found that some models （CNRM-CM5, FGOALS-g2, FIO-ESM, MIROC-ESM, and MPI-ESM-P） are better than others in simulating WPSH. Then, the ensemble mean of these better models is used to pro ject the future changes of WPSH under three representative concentration pathway scenarios （RCP8.5, RCP4.5, and RCP2.6）. The WPSH enlarges, strengthens, and extends westward under all the scenarios, with the largest linear growth trend projected in RCP8.5, smallest in RCP2.6, and in between in RCP4.5;while the ridge line of WPSH shows no obvious long-term trend. These results may have implications for the attribution and prediction of climate variations and changes in East Asia.     

2007年6—7月西太平洋副热带高压的异常特征及其成因分析

采用NCEP资料以及NOAA卫星观测的OLR场资料,分析了2007年6—7月淮河流域暴雨及江南、华南异常高温期间西太平洋副热带高压的异常特征,其表现为强度强且南北位置相对稳定,东西方向进退明显于南北方向的移动。通过分析经圈平面上的垂直环流及风矢量场的特征表明,副高南北两侧都存在一定强度的上升气流,北侧上升气流对西太平洋副高中心区700 hPa以上高度的下沉运动有激发作用,而南侧上升气流对西太平洋副高中心区的下沉运动作用不大。中高纬度阻塞高压双阻型的建立,有利于西太平洋副高的加强和发展。强劲而稳定少动的中纬度西风急流和热带地区异常活跃的对流均有利于西太平洋副高的相对稳定。     

副热带高压季节性移动与海温场的联系

本文通过EOF分解，分析讨论了西北太平洋副热带高压季节性移动与海温场之间的联系。结果表明:副高的两次北跳与东西进退都与海温场的扰动加热有关，海洋的热力强迫作用是引起大气环流系统季节变化的重要原因之一。     

西太平洋副高活动与平流层QBO关系的研究

资料分析表明，西太平洋副高活动有准两年振荡特征，副高的相对强度和副高脊线的纬度位置都清楚地表现出这种振荡。而且分析还表明，平流层低层纬向风的垂直切变同西太平洋副高活动有关，东（西）风切变对应着脊线位置偏北的较强（弱）副高形势。平流层低层东（西）垂直切变在赤道对流层上部所引起的异常上升（下沉）运动，导致Hadley环流的异常加强（减弱）可能是平流层QBO影响西太平洋副高准两年振荡的重要机制。用IAP-GCM所作的数值模拟试验得到了同观测资料分析相一致的结果。     

Anomalous Western Pacific Subtropical High during El Niño Developing Summer in Comparison with Decaying Summer

The anomalous behavior of the western Pacific subtropical high (WPSH) in El Niño developing summer is studied based on the composite results of eight major El Niño events during 1979-2013. It is shown that the WPSH tends to retreat eastwards with weak intensity during the developing summer. The anomaly exhibits an intraseasonal variation with a weaker anomaly in June and July and a stronger anomaly in August, indicating that different underlying physical mechanisms may be responsible for the anomalous WPSH during early and late summer periods. In June and July, owing to the cold advection anomaly characterized as a weak northerly anomaly from high latitudes, geopotential height in East Asia is reduced and the WPSH tends to retreat eastwards slightly. By contrast, enhanced convection over the warm pool in August makes the atmosphere more sensitive to El Niño forcing. Consequently, a cyclonic anomaly in the western Pacific is induced, which is consistent with the seasonal march of atmospheric circulation from July to August. Accordingly, geopotential height in the western Pacific is reduced significantly, and the WPSH tends to retreat eastwards remarkably in August. Different from the developing summer, geopotential height in the decaying summer over East Asia and the western Pacific tends to enhance and extend northwards from June to August consistently, reaching the maximum anomaly in August. Therefore, the seasonal march plays an important role in the WPSH anomaly for both the developing and decaying summer.     

赤道东太平洋海温正异常对西太平洋副高影响的数值模拟研究

利用LASG九层大气环流谱模式及IAP两层大气环流模式，模拟研究了不同持续时间的赤道东太平洋海表温度正异常(海表温度异常的持续时间分别为1月份，1～2月份，1～4月份及1～8月份，其他月份为气候SST)对西太平洋副高的影响。结果表明，尽管海表温度异常的持续时间不同，但其引起的西太平洋副高的异常演变及其分布却十分相似；同时，季风区的异常降水(进而异常潜热释放)随时间的演变及其分布也存在一定的相似性(对应于不同持续时间的赤道东太平洋的海表温度正异常，5月份印度洋至西太平洋地区都表现出赤道辐合带北移偏晚的特征)；季风区降水的这种变化同西太平副高的异常是一致的，从而揭示出这两种现象有可能存在着某种联系。结果还表明，导致这种大气响应场对赤道东太平洋海表温度异常持续时间不敏感的一个重要原因是大气内部过程的影响:中纬大气的内部Rossby波源维持了热带地区激发的扰动在中高纬的存在，同时大气内部Rossby波源对赤道太平洋地区的海表温度异常持续时间表现出不敏感性，正是由于这种不敏感性才导致了响应场对赤道太平洋地区海表温度异常持续时间的不敏感性。模拟结果还表明，在夏季赤道东太平洋存在海表温度正异常的情况，尽管大气内部动力过程的作用十分重要，但夏季赤道东太平洋海表温度正异常对夏季西太平洋副高的影响却明显存在，因此，基于赤道太平洋地区海表温度异常的夏季西太平洋副高的可预报性受到赤道东太平洋海表温度正异常及大气内部动力过程的双重影响。模式的依赖性研究表明，模拟结果具有一定的普遍性。     

夏季西太平洋副热带高压南北位置变动特征及其影响

使用ECMWF再分析数据集资料中的位势高度场、三维风场、温度场、相对湿度场、海温场以及中国气象局730站地面降水资料和日最高温度资料,对比分析研究了7月份西太平洋副高位置偏南和偏北过程(持续满足南、北位置指标6天以上定义为一次南、北部型过程)所对应的动态气候特征及其演变.分析首先揭示出了西太平洋副高的南北位置变化存在季...