中国东部降水的随机动力预测初步研究

利用一个具有门限的非线性随机动力气候模式,对中国东部江淮流域的降水进行了预报试验。结果表明：模式能对大范围环流降水作出较为准确的形势预报。还比较了海气耦合模式与外强迫模式的预报效果,表明耦合模式的预报效果略好于外强迫模式。     

中国东部夏季降水年际变化与东中国海及邻近海域海温异常的关系

本文首先利用1979～2008年中国756个站点和GPCP2.1的降水资料与Hadley中心的HadISST再分析海温资料以及应用合成和相关分析方法, 分析了中国东部夏季降水年际变化及其与东中国海及邻近海域海温异常的关系。分析结果表明: 当东中国海及邻近海域为暖 (冷) 异常时, 长江中下游、 江淮地区夏季降水减少 (偏多), 而东北南部的降水偏多 (减少)。并且, 本文应用RegCM3区域气候模式对上述关系进行数值试验, 结果表明了东中国海及邻近海域的暖 (冷) 异常, 将使得我国长江、 黄淮流域和华北大部分地区夏季降水的减少 (增加), 而华南地区、 东北南部和朝鲜半岛等地夏季降水的增加 (减少)。此外, 本文还利用NCEP/NCAR再分析资料和数值模拟对上述关系的大气环流变异过程进行了分析, 分析结果揭示了上述海域的升温或降温对东亚地区上空的纬向和经向环流有较明显的影响。当东中国海及邻近海域升温时, 除了在该海域东部引起低空辐合, 高空辐散, 产生上升运动外, 还在其西部的长江、 黄淮流域和华北地区引起低空辐散, 高空辐合, 产生下沉运动, 这将引起长江、 黄淮流域和华北等地夏季降水的减少; 并在华南、 东北南部和朝鲜半岛地区引起低空辐合, 高空辐散, 从而产生上升运动, 这使得华南地区、 东北南部和朝鲜半岛夏季降水的增加。反之, 当东中国海及邻近海域降温时, 上述区域出现相反的现象。这些都说明东中国海及邻近海域的热力状态可能是影响我国东部夏季降水的重要因子之一。     

一非线性统计—动力气候模式及其降水预报试验

在带有线性反馈的统计－动力气候模式的基础，提出了一种非线性统计－动力气候模式，该模式的实质是用逐段线性化的统计－动力气候模式来描述气候系统的总体非线性特征。试验结果表明，该模式能更客观地预测气候变化。     

降水气候特征的随机模拟试验

本文利用多状态一阶Markov链,根据随机模拟理伦建立一种用以产生单站逐日降水量模拟记录的随机模式。由该模拟模式可推求降水的各种长年气候统计特征,因而这种模拟模式可为缺少逐日资料的地区提供获取足够长年代资料的有效途径。利用该模式对我国上海、北京、广州、沈阳、荆州等5站不同月份逐日降水的试验给果表明,模拟记录与历史资料所统计的气候特征如累年平均月降水量及其方差、累年平均日降水量及其方差、累年平均各月雨日数、最大日降水量等气候统计参数十分吻合,且具有相当的稳定性和可靠性。由于试验站点分属不同气候区域,因而该模拟方法具有普适性。     

北非感热年际变化与中国东部降水的遥相关

基于NCEP/NCAR月平均再分析资料和中国160站降水资料,根据春季全球54 a(1951—2004年)感热的变化特征,经研究发现北非是春季感热异常关键区,且北非春季的地表感热对中国东部夏季的降水存在着滞后影响,与华北地区和江淮流域的降水分别呈较好的正相关和负相关,当北非感热正异常时,华北地区降水异常偏少,江淮流域降水异常偏多;当北非感热负异常时,华北地区降水明显偏多,江淮流域降水明显偏少。北非春季感热对中国东部夏季降水的影响作用和物理机制有进一步研究的价值。     

近一百年中国东部区域降水的年代际跃变

采用均生函数方法对1900～1950年中国东部测站降水资料进行补插, 通过与英国Climate Research Unit (CRU) 的网格点降水资料以及王绍武等 (2000) 重建的降水资料的对比分析, 构造1900～2006年中国东部华北、 长江中下游和华南地区的月平均降水指数序列, 并用一阶矩突变扫描式t检验对这三个区域降水的多时间尺度跃变特征进行分析。结果表明, 最近一百多年来长江中下游降水发生了5次年代际尺度的跃变, 华北以及华南的降水均发生了4次年代际尺度的跃变。各区降水同时在20世纪20年代初期、 40年代中期、 60年代中期以及70年代中期发生跃变。具体而言, 20年代初期长江中下游和华南的降水发生年代际减少, 而此时华北降水年代际增加; 40年代中期, 三个地区的降水都同时增加; 60年代中期, 华北降水减少, 相反地长江中下游和华南的降水发生年代际增加; 70年代中期, 华南和华北地区的降水出现年代际减少, 而长江中下游地区的降水在80年代初发生年代际增加。研究还表明, 降水跃变发生的时间尺度范围可以为我们预测跃变发生以后降水气候平均态的持续时间提供参考。     

海气耦合随机动力模式的Fokker—Planck方程

将描写海温和气温交互作用的随机动力模式化为一个Ｆｏｃｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｃｋ方程（ＦＰＥ），然后用矩阵连分法进行求解，并对二氧化碳增温效应进行了计算。当ＣＯ２从３３０ｐｐｍ增加到６６０ｐｐｍ时增温１．２℃，模式中存在的优势周期为３￣４年，当ＣＯ２倍增时各周期有延长的趋势。     

基于时间尺度分离的中国东部夏季降水预测

基于时间尺度分离,利用NCEP第2代气候预测系统 (CFSv2) 每年4月起报的夏季月平均预测资料, 结合实际观测资料和再分析资料,对江淮流域及华北地区夏季降水距平百分率进行降尺度预测。将预测量和预测因子分为年际分量和年代际分量,在两个时间尺度上分别建立降尺度模型,两个预测分量之和为总预测量。对1982—2008年拟合时段的夏季降水距平百分率的回报结果表明:降尺度预测结果相对于原始模式结果预测技巧显著提高。降尺度预测与实况降水在江淮流域和华北地区的空间相关系数最大值超过0.8,多年平均值也分别提高到0.53和0.51;时间相关在每个站点也显著增强,相关系数为0.38~0.65。对2009—2013年进行独立样本检验,结果表明:降尺度模型能较好地预测出该时段的降水异常空间型态。同时,该模型对2014年夏季降水长江以南偏多、黄淮地区偏少的分布形势也有一定预测能力。     

1880—2010年中国东部夏季降水年代际变化特征

利用1880—2010年中国东部66站夏季降水数据,开展夏季长序列降水的年代际变化特征研究。结果表明,中国东部夏季降水年代际变化特征显著,华北、江淮和华南地区存在明显的差异。经验正交分解结果表明,偶极型("-+"和"+-")和三极型("+-+"和"-+-")分布是中国东部夏季的两种主要降水模态。夏季500 h Pa高度场年代际分量与同期太平洋SST典型相关分析(BP-CCA)得出,太平洋年代际振荡(PDO,Pacific Decadal Oscillation)正位相可以激发出负的PJ型遥相关波列,导致长江中下游地区降水偏多,华北降水偏少;反之亦然。同时,通过滑动相关分析发现,中国东部不同区域的夏季降水对PDO不同位相的响应特征存在差异。     

东亚夏季风与中国夏季降水年际异常的分型研究

以海陆气压差定义的夏季风强度指数为依据,讨论了东亚夏季风年际异常与中国夏季降水的关系,发现东亚夏季风强时,中国夏季降水可能多也可能少,但以少雨为主,季风弱时,中国降水也是或多或少,但以多雨为主,依此可以将季风与降水的异常关系分成强季风强降水（Ａ）,强季风弱降水（Ｂ）,弱季风强降水（Ｃ）,弱季风弱降水（Ｄ）四种关系,其中（Ａ）型和（Ｄ）型,（Ｂ）型和（Ｃ）型的降水呈反相似性分布,主要特殊性反映在东北     

POSSIBLE RELATIONSHIP BETWEEN THE INTERANNUAL ANOMALY OF THE TROPICAL PACIFIC SEA SURFACE HEIGHT AND SUMMER PRECIPITATION IN CHINA

By using NCEP GODAS monthly sea surface height(SSH) and 160-station monthly precipitation data in China,the seasonal and interannual characteristics of SSH are analyzed over the tropical Pacific,and correlations between SSH and summer rainfall are discussed.The results are shown as follows:(1) The tropical Pacific SSH takes on a "V" pattern in the climatic field with an eastward opening,and it is higher in the western part(in the northwestern part) than in the eastern part(in the southwestern part).The high-value areas are more stable in the northwest,and the value range(greater than 0.8 m) is larger in spring and summer than in autumn and winter.The high-value area in the southwestern part is the largest(smallest) and more northerly(southerly) in spring(summer).SSH is higher in spring and autumn than in summer and winter over the equatorial zone.(2) The interannual anomalies of the SSH are the strongest over the tropical western and southwestern Pacific and are stronger in winter and spring than in summer and autumn.The interannual anomalies are also strong over the equatorial middle and eastern Pacific.The distribution ranges are larger and the intensities are stronger in the autumn and winter.There is a close relationship between the SSH interannual anomalies and ENSO events in autumn,winter and spring.(3) When ENSO events take place in winter,according to the simultaneous relationship among the tropic Pacific SSH,850 hPa wind fields and the summer precipitation of China,it can be predicted that the precipitation will be significantly more than normal over the south of the Yangtze River,especially over Dongting Lake and Poyang Lake region,eastern Qinghai-Tibet Plateau,Yangtze-Huai River Valley,eastern part of Inner Mongolia and less than normal over the area of Great Band of Yellow River,North China and South China in successive summers.     

华南后讯期降水的年际变化

本文研究了近30多年来(1951——1984)华南后讯期降水的年际变化。结果表明:(1)华南后讯期降水有3年周期变化和10年尺度的长期变化;(2)夏季西太平洋副热带高压轴线南北位置和西脊点西伸位置的年际变化与华南后讯期降水有密切联系。当副高位置偏北偏东时,华南后讯期降水偏多。反之,降水偏少。 利用1974—1983年的月平均OLR资料研究了热带辐合带对华南后讯期降水的影响。结果表明,华南后讯期降水多年和少年热带辐合带的位置和强度有显著差异。多雨年热带辐合带位置偏北强度偏弱,少雨年则相反,热带辐合带位置偏南强度偏强。      

东北夏季降水年代际、年际变化的区域差别

采用REOF方法对我国东北夏季降水异常进行了区划,并通过周期分析等方法分析了各分区降水年代际、年际变化特征。结果表明:东北夏季降水异常可划分为南部、中部、东部、西南部、西北部和北部6个区域,东南部(包括前3个区域)的年代际变化高于西北部(后3个区域)。50 a来东北全区夏季降水没有明显变干或变湿的倾向,但存在明显的年代际变化。其中,南部与全区旱涝在两种时间尺度上(特别在年代际尺度上)的相关均较高;东部与全区的相关也主要表现在年代际尺度上,而中部、西南部主要表现在年际尺度上。     

印度洋-太平洋各季海温年际变异模的相关性及其与我国夏季降水的关系

用1958～1998年NCEP再分析资料、Reynolds海温及中国160站月降水资料分析了印度洋．太平洋不同季节海温年际变异的主要空间分布特征以及它们之间的相互联系,探讨了夏季亚澳季风区海温异常型与我国夏季降水的关系。结果表明：冬季印度洋一太平洋海温年际变化的第一模态与随后春季的第一模态、夏秋季亚澳季风区的海温异常型（第二模态）有非常显著的相关关系,即如果冬季海温异常为E1 Nino（La Nina）型,则其后的春季也为E1 Nino（La Nina）型,而随后的夏、秋季在亚澳季风区的热带海温有暖（冷）异常。夏季亚澳季风区海温异常与我国长江中游至江南的夏季降水有显著的正相关,即夏季亚澳季风区热带海温暖（冷）异常对应长江中游及江南的夏季降水偏多（少）。与东亚冬季风异常有关的冬季北太平洋海温异常型,可以通过与夏季亚澳季风区海温的异常有显著相关性进而影响到东亚夏季风。     

热带太平洋混合层深度的年际异常及其与中国夏季降水关系分析

利用Godas的逐月混合层深度(MLD)和中国160站逐月降水资料,分析热带太平洋混合层深度的季节变化及年际异常特征,初步探讨混合层深度异常与中国夏季降水异常的相关关系。结果表明:(1)赤道地区,东太平洋区域混合层最浅,中太平洋区域最深,且北半球秋冬季混合层比春夏季深;热带西北和西南太平洋在冬半球混合层深,夏半球浅。(2)赤道中、西太平洋混合层深度的年际异常终年都为大值区,北半球春(秋)季的热带西北太平洋(西南太平洋)也为年际异常大值区;7月年际异常最弱。(3)1、4和10月热带太平洋混合层深度年际异常与ENSO事件关系密切,在El Nio事件期间,热带太平洋东部及东北部混合层深度加深,西部及西南部减小。(4)热带太平洋混合层深度异常与中国夏季降水异常关系密切,这一关系也反映了El Nio事件与中国夏季降水的关系。即当秋冬季节发生El Nio事件时,来年El Nio事件衰减期的夏季长江中下游以南特别是洞庭湖、鄱阳湖的降水将显著偏多,江淮、华南南部降水偏少。     

ENSO与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化

利用热带太平洋海表温度和中国降水和气温站点观测资料,通过滑动相关分析,揭示了ENSO与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化事实。结果表明:ENSO与中国夏季年际气候异常的关系既有稳定的方面,又存在年代际变化特征。稳定的关系表现在:处于发展阶段的ENSO事件往往造成华北夏季降水偏少;处于衰减阶段的ENSO事件则易引起长江流域及江南地区夏季降水偏多。而二者关系的年代际变化表现在:1970年代中后期,处于发展阶段的ENSO事件引起的夏季降水异常在华南地区由偏少变为偏多,东北地区则由偏多变为偏少,而江淮地区偏多的现象不再明显,华北和东北夏季气温异常也由偏冷转变为偏暖,而华南则有偏冷趋势;处于衰减阶段的ENSO事件引起的夏季降水异常在华北地区由偏多变为偏少,江淮地区降水由偏少变为正常甚至偏多,华北夏季气温异常则由偏冷变为偏暖,长江流域和华南也有偏暖趋势。利用NCEP/NCAR再分析资料合成分析表明,在不同的年代际背景下ENSO引起的东亚中高纬度大气环流异常型发生了明显改变是ENSO和降水气温关系发生年代际变化的原因。     

越赤道气流特征及其年际变化特征初探

列举了四种具有代表性的东亚夏季风强度指数(黄刚、严中伟定义的东亚环流异常指数HYI、张庆云等的东亚夏季风指数ZTCI、孙秀荣等的东亚海陆温差指数量SCHI、施能等用海陆气压差定义的东亚夏季风指数SZWI)，并比较了各种指数与同期我国气温及降水的相关分布情况，发现在反映我国夏季气温和降水异常及表征低层东亚夏季风强度方圆，几种指数都有相当好的辨别能力并各具特色：此外还讨论了强、弱夏季风年我国气温及降水的异常分布特征。