2003 年陕西暴雨与西太平洋副热带高压的关系

利用实时资料和中央气象台提供的副热带高压资料,对2003年汛期陕西暴雨和500hPa副热带高压的活动特征关系统计分析,并对ECMWF、T213数值预报产品对副高的预报能力作了客观分析。结果表明,汛期7、8、9月副高偏强,副高脊线在25～28°N、西脊点在104～112°E进退,是陕西关中陕南多阴雨、暴雨频繁的主要原因;陕西连续暴雨产生于副高脊线沿25～28°N持续西伸、持续东移经过105°E时段。ECMWF对副高的进退、热带气旋路径预报准确率较高。     

2003 年陕西暴雨与西太平洋副热带高压的关系

利 用 实 时 资 料 和 中 央 气 象 台 提 供 的 副 热 带 高 压 资 料 , 对 2 0 0 3 年 汛 期 陕 西 暴 雨 和 5 0 0 h P a 副 热 带 高 压 的 活 动 特 征 关 系 统 计 分 析 , 并 对 E C M W F 、 T 2 1 3 数 值 预 报 产 品 对 副 高 的 预 报 能 力 作 了 客 观 分 析 。 结 果 表 明 , 汛 期 7 、 8 、 9 月 副 高 偏 强 , 副 高 脊 线 在 2 5 ～ 2 8 ° N 、 西 脊 点 在 1 0 4 ～ 1 1 2 ° E 进 退 , 是 陕 西 关 中 陕 南 多 阴 雨 、 暴 雨 频 繁 的 主 要 原 因 ; 陕 西 连 续 暴 雨 产 生 于 副 高 脊 线 沿 2 5 ～ 2 8 ° N 持 续 西 伸 、 持 续 东 移 经 过 1 0 5 ° E 时 段 。 E C M W F 对 副 高 的 进 退 、 热 带 气 旋 路 径 预 报 准 确 率 较 高 。

     

近百年四季西太平洋副热带高压的变化

文中设计了一种根据网格点高度值拟合副热带高压强度、西界、北界 3种指数的方法。根据这个方法 ,利用重建的 1880～ 195 0年 5 0 0hPa月平均高度序列 ,计算了 195 1年之前 70a的副热带高压指数 ,与 195 1～ 1999年的实测指数合成一个 12 0a的序列 ,研究了西太平洋副热带高压的年际与年代际变率。     

支持向量机与卡尔曼滤波集合的西太平洋副热带高压数值预报误差修正

基于T106数值预报产品资料,提出了支持向量机和卡尔曼滤波相结合的方法来进行夏季西太平洋副热带高压数值预报的误差修正与预报优化.首先采用支持向量机方法建立了西太平洋副热带高压面积指数的误差修正模型.基于支持向量机预报优化模型尽管有比较好的拟合精度和预报效果,但与实际副热带高压指数尚有一定的差异.究其原因,除预报对象(副热带高压)本身比较复杂、模型优化因子不够充分以及数值预报误差自身的随机性以外,优化模型的输入、输出基本上是一个静态映射结构,因此前一时刻的预测误差难以得到有效的反馈、调整和修正.为考虑前一时刻预报误差的反馈信息,动态跟踪副高的变化趋势,随后引入卡尔曼滤波方法建立支持向量机-卡尔曼滤波模型,对支持向量机模型的输出结果作进一步的调整和优化.试验结果表明,该方法模型的预报优化效果优于T106数值预报产品以及单纯的神经网络修正模型和卡尔曼滤波修正模型的优化效果,能够较为客观、有效地修正西太平洋副热带高压指数的数值预报误差,改进和优化西太平洋副热带高压的数值预报效果.该方法为副热带高压等复杂天气系统和要素场预报提供了一种新的思路,表现出较好的应用前景.     

西太平洋副热带高压异常进退的对比分析

对1980年7月29日—8月16日西太平洋副高位置持续偏南和1983年7月16日—8月12日西太平洋副高位置持续偏北的两次季节内副高中期进退过程的环流特征和加热差异作了对比分析,讨论了东亚季风与对流活动、副高进退之间的关系.      

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.     

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.     

夏季南亚高压与西太平洋副热带高压的相关性分析

利用1951—2010年NCEP/NCAR再分析月平均资料研究夏季南亚高压与西太平洋副热带高压(简称西太副高)的相关性。结果发现,夏季南亚高压与西太副高的联系密切,年际尺度上强度指数之间的显著正相关关系相对稳定,两者同时偏强(简称同强)与同时偏弱(简称同弱)的模态超过70%。当南亚高压与西太副高同强(同弱)时,西风急流偏强(偏弱),高纬度地区大气环流呈经向(纬向)型,太平洋EAP遥相关为正(负)位相。贯穿对流层中上层的中纬度纬向西风与高压强度异常有密切的联系,西风急流可作为中纬度地区连接两者作用的纽带。青藏高原与太平洋地区对流层的温度差异分布对当地的环流系统造成很大影响,高原热力异常和海温异常联系着高压系统的演变。南亚高压、西太副高的异常影响了整体东亚大气环流的配置,是了解不同纬度系统相互作用的又一着眼点。     

季内西太平洋副热带高压异常进退的数值模拟

用中科院大气所的ＩＡＰ－ＡＧＣＭ模式，对海温和季内北太平洋副热带高压异常活动进行控制性试验，得到；西太平洋高异常对热带西太平洋，南海，孟加拉湾的海温异常有两个月的滞后响应且西太平洋副高异常和东太平洋副高异常总是相伴出现的，后者出现要早些；当上述海区ＳＳＴ正异常时，５００ｈＰａ上来自东西两个方向的位势波在西太平洋汇集的位置要偏北，相应副高的位置也持续偏北，两者吻合很好；在上述海温异常作用下，当东亚高     

1998年副热带高压中期数值预报产品的误差分析

通过统计和动力学分析结果的验证,可以得到:(1)欧洲中期数值预报产品是预报副高中期活动的重要依据,并且预报值的平移订正不可能对预报准确率有多大的改进。(2)不考虑天文潮汐可能是1998年欧洲中期数值预报产生较大误差的重要原因。(3)进一步分析找到二条判断欧洲中期数值预报因不考虑天文潮汐将发生较大误差的指标: ① 当交点月奇异点月下点 54.7 线与当日20时500 hPa的 50～150 E 范围内副热带急流槽线相重合,并与等温线夹角 α>60 °时,那末若以奇异点后0～2天作为初日,欧洲中期数值预报120 E 588线北界预报将出现连续三天大于等于2个纬距的连续性错误(7/9),反之,将不出现连续性错误(13/13);② 在不满足上述情况下,如果54.7 跋咄ü至迅备咧涞脱骨保?则在交点月奇异点当日出现离散性错误(5/7),反之,将不出现错误(6/6)。(4)1999～2000年汛期实际应用结果基本上证实了上述二个指标。     

人工神经网络与符号推理在江淮气旋预报中的应用研究

本文通过对符号推理及神经网络系统的剖析，实现了神经网络与符号推理的有机结合，并成功地运用到天气预报中去。提出了一种新的，充分利用预报经验，数值预报产品及计算机计算能力的预报方法。     

初夏西太平洋副高南北位置长期变化的成因及预报

利用月平均高度场和海温场资料，通过统计相关分析，探讨了初夏西太平洋副热带高压南北位置长期变化的规律及其成因，结果表明，初夏副高南北位置存在着１１年左右和３－５年的准周期振荡，这种周期变化分别与太阳活动、海洋下垫面和对流层上部位势高度场类似的周期振荡相吻合。太阳黑子高值年、赤道东太平洋暖水期、热带中东太平洋对流层上部位势高度偏高阶段，初夏西太平洋副高位置偏南，反之偏北。最后建立了６月份副高脊线的预报方法。     

初夏西太平洋副高南北位置长期变化的成因及预报

利用月平均高度场和海温场资料,通过统计相关分析,探讨了初夏西太平洋副热带高压南北位置长期变化的规律及其成因,结果表明,初夏副高南北位置存在着11年左右和3-5年的准周期振荡,这种周期变化分别与太阳活动、海洋下垫面和对流层上部位势高度场类似的周期振荡相吻合。太阳黑子高值年、赤道东太平洋暖水期、热带中东太平洋对流层上部位势高度偏高阶段,初夏西太平洋副高位置偏南,反之偏北。最后建立了6月份副高脊线的预报方法。     

西太平洋副热带高压下热对流降水结构特征的个例分析

利用热带测雨卫星的测雨雷达和红外辐射计的探测结果,对2003年8月2日15时(北京时)中国东南部副热带高压下发生的热对流降水结构特征、云和降水云之间的关系进行了分析研究。大气背景分析表明,500 hPa副热带高压中心附近的较强上升运动和850 hPa的水汽通量辐合为此次午后热对流降水云团的发生提供了动力和水汽条件。热带测雨卫星的测雨雷达探测结果表明,热对流降水云团的水平尺度多为30~40 km,平均垂直尺度均超过10 km,最高达17.5 km;云团的最大近地面雨强超过50 mm/h。热对流降水云团的平均降水廓线表明,其最大降水率出现在5 km的高度,这一高度比估计的环境大气0℃层高度低1 km。与“98.7.20”中尺度强降水的对流降水廓线比较表明,两者的最大降水率高度相同,但热对流降水云团更深厚;在4 km高度至近地面,热对流的降水率减少速度比“98.7.20”强对流降水的快,表明前者雨滴在下降过程中因气温高而发生强烈蒸发。对降水云团顶部特征与近地面雨强关系的分析结果表明,雨顶高较低时,云顶高度变化范围大;当雨顶越高时,云顶高度与雨顶高度越相近;平均而言,给定地面降水率,云顶高度比雨顶高度高出1~4 km;当近地面雨强越大,则云顶高度和雨顶高度越高、且越相近。结果还表明,非降水云面积约占86%,晴空面积仅占2%,而降雨云面积约为云面积的1/8。     

动力气候模式预测系统业务化及其应用

动力气候模式是目前国际上开展气候预测的主要工具。经过 8年多的研制、发展和业务化过程 ,国家气候中心已建立起第一代动力气候模式预测业务系统 ,并以此为平台 ,形成了一套包括月、季节到年际时间尺度的动力模式预测业务。 2 0年历史回报试验和 1年多的试验性业务运行结果表明 ,该系统对东亚区域的季节预测具有较好的预测能力 ,其预测结果已经在实际业务中得到了应用 ,并成为我国短期气候预测业务的重要参考依据。该文是对该动力模式系统性能的介绍 ,也是对国家“九五”重中之重课题的加强课题“短期气候预测综合动力模式预测系统业务化”专题的总结汇报。     

SEASONAL PERSISTENCE OF THE WEST PACIFIC SUBTROPICAL HIGH AND ITS RELATIONSHIP WITH THE SURFACE HEAT FLUX ANOMALY

This paper investigates the interannual variation of the West Pacific Subtropical High (WPSH) intensity based on the data compiled by the Chinese National Climate Center. Monthly reanalysis data from National Centers for Environmental Prediction and National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) are also used to study the lead-lag relationship between WPSH intensity and surface heat flux anomalies. The three major findings are as follows: First, WPSH intensity presents good seasonal persistence, especially from winter to the ensuing summer. Persistence is more significant after 1977, especially from spring to summer, and from summer to autumn; persistence of anticyclonic anomalies are significantly better than cyclonic anomalies. Second, surface heat flux tends to present opposite anomalous patterns between the strong and weak years of the WPSH intensity, which is especially valid at the latent heat flux over the ocean. Simultaneous correlations between surface heat flux and WPSH intensity in each of the seasons are marked by similar key areas. Finally, surface heat flux from the preceding winter of a strong summer WPSH is quite similar to strong spring WPSH, but the positive anomalies over the northwest Pacific and south of Japan are notably stronger. The situations in the weak years are similar except for those over the northwest Pacific: winter surface heat flux shows negative anomalies for a weak spring WPSH, but positive anomalies for a weak summer WPSH. It is suggested that surface heat flux in the previous winter plays an important role in maintaining the WPSH intensity in the ensuing spring and summer.     

近160年西北太平洋副高的年代际变化及其对台风年际变化的影响

研究着眼于上百年尺度西太副高及台风活动变化特征,通过统计分析的方法对百年来台风活动特性及其与西太副高的相关性进行分析。结果表明：（1） 近160 a副热带高压的范围增大、强度增强,在1980年前后,副高平均北界明显北抬,西脊点明显西伸,这种变化与经向环流（Hadley环流）和纬向环流（Walker环流）的变化相关,Hadley环流下沉支（wh）对西太副高关键区的副高强度（h）存在正影响,Walker环流上升支（ww）则存在负影响;（2） 各区域1930年后台风影响时长和年频数均增加。而1975—2020年时段西北太平洋台风年平均影响时长与1930—1975年时段相比有所下降,但发生年频率无明显变化;华南地区的年影响时长与年频数没有明显变化,但我国华东沿海地区台风的年影响平均时长与年频数均显著增加。Hadley环流下沉支、Walker环流上升支、副高强度与西北太平洋台风活动范围向西向北伸展及各区域发生频率显著相关,具有一定的指示意义。     

季节内西太平洋副高异常进退的诊断研究

采用ＥＣＭＷＦ１９８０年和１９８３年７、８月份逐日２．５°×２．５°网格点资料对两次季节内西太平洋副高的异常进退进行了诊断研究。揭示出：季节内西太平洋副高异常进退是整个北太平洋副高异常进退的结果；这种异常进退表现为东太平洋副高的活动，相应西太平洋副高也有一次活动过程，并表现为北太平洋地区存在一纬向波列，低频波沿此波列西传以实现东、西太平洋副高异常进退的遥相关关系；而东太平洋刻高的异常进退则是被南亚季风区到太平洋信风区的异常加热造成的东太平洋对流层上部辐散风场汇合下沉区的变化所激发。     

太平洋副热带高压及南亚高压在NCEP/NCAR和ECMWF再分析资料中的对比研究

利用NCEP/NCAR和ECMWF 1961～2000年北半球逐月平均的500 hPa和100 hPa高度场再分析资料对影响我国天气、气候的重要系统--北半球西太平洋副热带高压以及南亚高压做了对比研究,发现两者在不同的再分析资料中虽然具有一定的相似性,但也存在着明显的区别.在1980年以前两者存在较大差异.NCEP/NCAR再分析资料分析出的副高明显偏弱,而其所反映的副高的变化在幅度和强度上均大于ECMWF再分析资料的结果.进一步分析发现,NCEP/NCAR再分析资料所得出的副高的年代际变化可能是不真实的.在1969年、1979～1991年间,NCEP/NCAR再分析资料中的南亚高压中心强度明显比ECMWF的强,特别是1992～1995年间,NCEP/NCAR再分析资料中的南亚高压中心强度更强且中心范围更大.此外,NCEP/NCAR再分析资料所反映的南亚高压的变化在幅度和强度上也都大于ECMWF再分析资料的结果.     

基于动力统计模型重构的副热带高压中长期预报

基于T106数值预报产品500 hPa位势高度场序列,用EOF方法对位势场序列进行时、空分解,在考虑相邻时段位势场空间模态基本稳定的前提下,引入动力系统重构的思想,以EOF分解的空间模态时间系数序列作为动力统计模型变量,用遗传算法全局搜索和并行计算优势,进行了模型参数的优化反演,建立了EOF分解的时间系数的非线性预报模型.通过模型积分和EOF的时、空重构,实现了副热带高压活动场的中长期预报.试验结果表明,在短期预报(1-5 d)该模型与T106模式的预报效果大致相当;但对于中长期预报(≥5 d),其预报效果优于T106预报产品;特别是10 d以上的预报结果对副热带高压的形态和范围仍然能较为准确地描述.该研究方法对副热带高压等复杂天气系统和要素场预报提供了一种新的思路.