BP-CCA方法用于中国冬季温度和降水的可预报性研究和降尺度季节预测

使用变形的典型相关分析(BP-CCA)方法,基于交叉检验的结果建立了东亚冬季500 hPa大尺度环流和中国冬季温度、降水的最优BP-CCA降尺度预测模型,并在此基础上进行了中国冬季温度和降水的可预报性研究,表明用东亚冬季500hPa高度场降维后的大尺度环流来解释中国冬季温度,平均距平相关系数(ACC)为0.7左右,最高可达0.9,解释中国冬季降水的平均ACC为0.3左右,最高可达0.7,温度的可预报性远高于降水,且二者的可预报水平存在明显的区域差异。可预报性研究表明东亚冬季500 hPa大尺度环流异常与中国冬季温度、降水异常有密切的联系,BP-CCA方法可以很好地揭示大尺度环流与温度、降水的内在联系,并且物理意义清晰。在东亚大尺度环流系统中,东亚大槽和西太平洋副热带高压是影响中国冬季温度、降水异常的重要系统。进一步利用国家气候中心海气耦合模式(CGCM/NCC)回报和预测的500 hPa环流场和BP-CCA方法对温度和降水进行降尺度预测应用,对温度和降水的预测效果明显高于模式直接输出的结果,而且对温度预测的改善高于对降水的改善。对模式预测的环流进行EOF(经验正交函数)分析,表明BP-CCA方法对降尺度要素预报的可预报性来源于CGCM/NCC对500 hPa高度场主要大尺度特征的模拟能力较好。     

2010年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

为了及时总结气候异常发生的成因,提高气候预测准确率,本文利用历史和实时观测资料以及物理机制诊断等方法,对我国2010年气候异常的成因进行了初步分析.结果表明,2010年是进入21世纪以来气候最为异常的一年.海洋异常特征主要有:2009年6月至2010年4月,赤道太平洋发生一次中等强度的厄尔尼诺事件,2010年7月又迅速进入拉尼娜状态;而热带印度洋海温距平的发展经历了全区一致型暖海温异常和负偶极型海温模态两个阶段;北大西洋海温距平表现为"三极子"型特征.受海温异常强迫和海气相互作用的影响,北半球大气环流的主要特征有:西太平洋副热带高压在10月之前受厄尔尼诺影响而异常偏强偏西,之后受拉尼娜影响而异常偏弱偏东,副高脊线位置也表现出明显的阶段性特征;夏季中高纬地区出现明显的阻塞形势;南海夏季风为1951年以来最弱的一年,东亚夏季风也异常偏弱.此外,2009/2010年冬季北极涛动出现近60年来最强负异常.在海温异常强迫和大气内部动力过程共同作用下的环流异常是造成2010年中国气候异常的主要原因.     

2008年1月我国大范围低温雨雪冰冻灾害分析

2008年1月10日至2月初,我国发生了大范围低温雨雪冰冻灾害,其主要特征为灾害范围广、灾害强度大、连续低温时间长、雨雪持续时间长、冰冻日数多和灾害损失严重.为今后更好地开展此类事件的短期气候预测业务,作者从气候角度分析了这次灾害的可能成因.分析表明,2007年8月发生至今的拉尼娜事件发展非常迅速,其所造成的大气环流异常是导致我国大范围持续低温雨雪冰冻灾害的重要原因.在1月,乌拉尔山地区位势高度场异常偏高、中亚至蒙古国西部直到俄罗斯远东地区位势高度场偏低的环流异常持续时间很长,非常有利于冷空气不断分裂南下;西太平洋副热带高压异常偏北,有利于大量暖湿空气向我国输送,并决定了低温暴雪冻雨灾害发生的区域;青藏高原南缘的南支槽异常稳定活跃,有利于来自印度洋和孟加拉湾的暖湿气流沿云贵高原不断向我国输送.为我国长江中下游及其南部地区的强降雪天气提供了更加充足的水汽来源.分析还表明,1月中旬以来,湖南、贵州等地逆温层不断加强并长时间维持是上述地区大范围冻雨持续出现的主要原因.     

Decadal/interdecadal variations of the ocean temperature and its impacts on climate

Decadal/interdecadal climate variability is an important research focus of the CLIVAR Program and has been paid more attention. Over recent years, a lot of studies in relation to interdecadal climate variations have been also completed by Chinese scientists. This paper presents an overview of some advances in the study of decadal/interdecadal variations of the ocean temperature and its climate impacts, which includes interdecadal climate variability in China, the interdecadal modes of sea surface temperature (SST) anomalies in the North Pacific, and in particular, the impacts of interdecadal SST variations on the Asian monsoon rainfall. As summarized in this paper, some results have been achieved by using climate diagnostic studies of historical climatic datasets. Two fundamental interdecadal SST variability modes (7– 10-years mode and 25–35-years mode) have been identified over the North Pacific associated with different anomalous patterns of atmospheric circulation. The southern Indian Ocean dipole (SIOD) shows a major feature of interdecadal variation, with a positive (negative) phase favoring a weakened (enhanced) Asian summer monsoon in the following summer. It is also found that the China monsoon rainfall exhibits interdecadal variations with more wet (dry) monsoon years in the Yangtze River (South China and North China) before 1976, but vice versa after 1976. The weakened relationship between the Indian summer rainfall and ENSO is a feature of interdecadal variations, suggesting an important role of the interdecadal variation of the SIOD in the climate over the south Asia and southeast Asia. In addition, evidence indicates that the climate shift in the 1960s may be related to the anomalies of the North Atlantic Oscillation (NAO) and North Pacific Oscillation (NPO). Overall, the present research has improved our understanding of the decadal/interdecadal variations of SST and their impacts on the Asian monsoon rainfall. However, the research also highlights a number of problems for future research, in particular the mechanisms responsible for the monsoon long-term predictability, which is a great challenge in climate research.     

SEASONAL VARIATIONS OF THE TROPICAL INTRASEASONAL OSCILLATION AND ITS REPRODUCTION IN SAMIL-R_(42)L_9

Seasonal variations of the tropical intraseasonal oscillation (ISO) and relationship to seasonal variation of the climate background are studied by using NCEP/NCAR reanalysis data and output of SAMIL-R42L9. Analysis of NCEP data shows that spatial distribution of the tropical ISO has obvious seasonal variations, which are well consistent with the seasonal variation of climate background. The activity of the tropical ISO is, to a great extent, dependent on warm SST, strong convection, zonal western wind, strong precipitation and low-level moisture convergence. Main characteristics of the seasonal variations of the tropical ISO are captured by SAMIL-R42L9. Simulations of seasonal variation of climate background vary greatly with different variables. Results of SAMIL-R42L9 indicate that the seasonal variations of the tropical ISO in dynamical fields are more dependent on climate background than in heating fields and SAMIL-R42L9 cannot represent well the strong dependence of the ISO on the climate background present in NCEP/NCAR reanalysis data. It also suggests that seasonal variations of the ISO do not completely depend on that of climate background.     

热带大气季节内振荡的季节性特征及其在SAMIL-R42L9中的表现

分析了NCEP资料和SAMIL-R42L9中热带大气季节内（30～60天）振荡（ISO）的季节变化特征及其与平均气候场季节变化的关系。NCEP资料的分析表明：热带地区大气ISO在空间分布上存在明显的季节变化,大气ISO的季节变化与平均背景场的季节变化有明显的一致性。在空间分布上,热带大气ISO的活动对暖的SST、强的对流活动、西风、强的降水和低层水汽辐合有很强的依赖性。大气环流模式SAMIL-R42L9基本能够再现热带大气ISO空间分布上的季节转换特征,尤其在动力场（纬向风）上表现得最为明显。但对基本气候态季节变化的模拟,对不同的物理量有明显的差异。模式结果表明：热带大气ISO动力因子的季节性比热力因子的季节性对平均背景场的依赖性更大,模式不能很好地反映NCEP资料表现出来的ISO对平均背景场的强依赖性,同时也说明热带大气ISO的季节性可能并不完全依赖于平均背景场的季节变化。     

积云参数化和分辨率对MJO数值模拟的影响

用中国科学院大气物理研究所发展的一个大气环流模式,使用不同的积云参数化方案和分辨率进行了6个模拟试验,考察了积云参数化方案和模式分辨率对热带大气季节内振荡（MJO）模拟的影响。结果显示：积云参数化方案和分辨率都会影响MJO的模拟。但积云参数化方案决定了模式对MJO模拟的基本能力,决定了模拟的MJO的基本特征。分辨率的变化并不能使模拟的MJO发生本质的改变,分辨率的作用更多的是对MJO的模拟起一定的调制作用,而这种调制作用又受到积云参数化方案的制约。在改进积云参数化方案的基础上提高模式的分辨率会在某些方面改善MJO的模拟。但是分辨率的提高需要同时提高水平分辨率和垂直分辨率,单独提高水平分辨率会降低模式模拟MJO的能力,引入更多的小尺度的高频扰动。非绝热加热垂直廓线对模式模拟MJO有重要的影响,而非绝热加热廓线很大程度上取决于所使用的积云参数化方案。模式水平分辨率的变化不会对加热廓线的结构产生明显的影响,而垂直分辨率的变化会对加热廓线的垂直结构产生一定的调制作用,进而对模拟的MJO起到调制作用。     

利用高原积雪信号改进我国南方夏季降水预测的新方法及其在2014年降水预测中的应用试验

2014年夏季我国南方出现严重洪涝、北方大部干旱,国内绝大多数预测模型在三月起报的汛期预测中均未能抓住位于南方地区的异常雨带,导致预测准确率明显偏低。基于模式对东亚地区夏季海平面气压场的高预报技巧和青藏高原冬季积雪与南方地区夏季降水的高相关性,本文提出一个针对我国夏季降水异常的组合统计降尺度预测新方法（Hybrid Statistical Downscaling Prediction,简称HSDP）,该方法综合利用了气候模式输出的高可预报性环流信息和前期观测的高原积雪异常信号,从而实现对我国南方夏季降水进行动力-统计相结合的改进预报。据此方法建立了一个基于国家气候中心气候预测模式的统计降尺度模型。对我国南方夏季降水进行跨季节预测的交叉检验结果显示,HSDP方法对于南方地区多年平均空间距平相关系数从模式原始预报的-0.006提高到0.24,且在大多数年份均有改进。基于HSDP方法于三月份制作的2014年夏季降水预测,能够很好地抓住南涝北旱的基本形势和我国南方的降水大值区,空间距平相关系数达到0.43。这表明,该方法对于我国夏季降水预测具有较好业务应用前景。     

柴达木盆地西部地层的风力侵蚀对黄土高原物源贡献的研究进展

柴达木盆地是我国西北地区最干旱的盆地之一,常年盛行强劲的西北风,尤其在冬春季更甚。柴达木盆地西部地区自新生代以来沉积了巨厚的河湖相沉积。自上新世晚期以来,随着气候的逐步干化和盆地内部构造变形的加剧,该地区风力侵蚀地貌开始出现。早更新时出现的古盐壳和古雅丹地貌说明当时侵蚀已经相当剧烈。晚更新时以来,气候的极端干旱化和冰期的出现,更加促进了风蚀地貌的发育,在强劲的低空风力的雕刻下,形成了盆地西部几万平方千米的“百万雅丹”地貌,十分壮观。柴达木盆地不同地区风蚀地层的厚度和速率都不同,最大可达3 km和1.1 mm/yr,如此巨量的物质搬运必然为下风向的地区(都兰、青海湖地区、西宁盆地、黄土高原)的粉尘堆积提供可观的物源物质。研究表明,柴达木盆地西部被侵蚀的古湖相地层是上述地区,尤其是黄土高原重要的物源物质。随着研究的深入,其盆地内侵蚀物质输送到黄土高原的机制,已被学界越来越清晰的认识。     

近50 a北半球和青藏高原地面及其高空温度变化的初步分析

通过分析北半球和青藏高原地面平均气温与它们上空500hPa平均温度、200一500hPa平均厚度在不同时期和不同纬度带的趋势变化特征,了解其地面气温和其对流层中上层温度的年代际变化趋势以及相互关系。可以看到近50a地面气温和500hPa温度年代际变化大致相同,20世纪70年代中期之前都为降温,70年代中期以后为不同程度的升温。200—500hPa厚度代表的对流层上层温度与对流层下层温度变化趋势相反,70年代前明显升温,70年代后明显降温。分析还表明,对流层各层温度在不同纬度和不同季节的变化也不同。