长江中下游汛期降水数值预报业务模式误差场预报研究

根据中国国家气候中心(NCC)数值预报业务模式(ONPM)预报结果,利用气候因子对业务模式的误差场进行预报试验。文中所用114项逐月气候因子在历年汛期前期总会出现部分因子异常的状况,在此基础上对因子异常的相似阈值进行数值试验,提出利用交叉检验平均距平相关系数(ACC)的大小来确定相似阈值的方法。依此选择影响该区域的前期关键异常因子,根据该部分因子的相似程度选取相似年,同时对模式误差场利用经验正交函数压缩维度,用前3个主分量对模式误差制作预报,针对业务模式的预报误差场,提出了根据因子异常挑选相似和压缩维度的一个预报方法。2005—2009年独立样本回报结果表明,该方法可以将5a平均距平相关系数由系统误差订正的0.22提高到0.47,具有较好的业务应用价值。     

夏季长江中下游和华南两类雨型的环流特征及预测信号

利用中国南方66站降水观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用经验正交函数分解（EOF）、合成分析和相关分析等方法,对夏季长江中下游和华南两类雨型进行了划分,对比分析了两类雨型同期大气环流和前期海温及环流的差异,以探讨两类雨型的形成机制及前期预测信号。结果表明:20世纪80年代之前华南型出现的频次较高,之后长江中下游型出现频次增多;长江中下游型年西太平洋副热带高压（副高）偏强偏西偏南,东亚夏季风（EASM）偏弱,副热带西风急流位置偏南,乌拉尔山阻塞高压（乌阻）和鄂霍次克海阻塞高压（鄂阻）较强,欧亚中高纬以经向环流为主,冷暖空气在长江中下游辐合,导致长江中下游降水偏多;华南型年大气环流与长江中下游型年大体相反,登陆华南的台风偏多,冷暖空气在华南地区辐合,导致华南地区降水偏多;其中副高的脊线位置和中高纬阻塞强弱是长江中下游型和华南型形成的关键因素。两类雨型前期海温分析表明,长江中下游型年,前冬赤道中东太平洋和印度洋偏暖,为典型的东部型El Ni?o,副热带南印度洋偶极子（SIOD）呈负位相,春季El Ni?o衰减,SIOD负位相也减弱,但印度洋持续增暖;华南型年,前冬和春季的海洋演变与长江中下游型年大体相反;关键区域海温与长江中下游夏季降水（YRR）和华南夏季降水（SCR）的年际关系存在年代际变化,YRR和SCR与前冬Ni?o3.4指数、SIOD指数和春季热带印度洋全区一致海温模态（IOBW）指数的相关关系在80年代之后逐步减弱,这主要是由于这三个关键海温指数与EASM及副高脊线的相关关系在80年代之后逐步减弱;两类雨型前期大气环流差异分析表明,春季大气环流的差异性要比前冬显著,长江中下游型年,春季副高、南海副高、马斯克林高压（马高）、澳大利亚高压（澳高）均偏强,大西洋欧洲区极涡强度偏弱,北太平洋涛动（NPO）呈正位相;华南型年春季的关键环流系统异常不明显,仅大西洋欧洲区极涡强度偏强,NPO呈负位相。前期海温演变及春季大气环流关键系统的异常可以作为两类雨型年的一些预测信号。     

不同时间尺度下气象旱涝强度评估指数

基于逐日气象干旱指数,构建了可以反映某一时段内气象旱涝强度的标准化阶段气象旱涝强度指数 (staged meteorological drought intensity index, I_SD) 和阶段气象旱涝时间分布状态的标准化阶段气象旱涝空间分布差异指数 (staged meteorological drought discrepancy index, I_SDD)。以构建昆明月尺度的I_SD和I_SDD为例说明了阶段气象旱涝指数的构建方法,通过对不同时段降水距平百分率、I_SD, I_SDD和标准降水指数 (standardized precipitation index, I_SP) 的对比分析,结合降水及逐日气象干旱指数 (multi-scale standardized precipitation index, I_MSP) 的演变,验证了I_SD和I_SDD的有效性。对于任一站点的不同时间尺度,两个指数可以在日尺度到年尺度乃至更大的时间尺度上进行计算,通过Boltzmann函数来构建I_SD和I_SDD的方法具有很好的拓展应用性,其他气象干旱指数也可以采用该方法来构建阶段干旱指数。     

2018年秋季我国气候异常及成因分析

2018年秋季我国气候异常特征总体表现为:气温呈东高西低的分布;东部降水呈南北多、中间少的分布,其中内蒙古中东部、东北、江南南部和华南大部地区降水异常偏多,而华北至江南北部降水异常偏少,且江南和西南地区降水出现明显的季节内反向分布转变特征。异常成因分析表明,秋季欧亚中高纬度槽脊活动频繁,冷空气活跃,西太平洋副热带高压较常年同期偏强偏西,脊线季节内南北波动较大,西南水汽输送偏强,导致我国东部降水南北多、中间少。进一步研究表明,海温异常是影响2018年秋季我国气候异常的最主要外强迫因子,季节内El Ni?o由中部型向东部型发展,热带印度洋海温偶极子正位相持续,副热带南印度洋偶极子正位相发展。秋季后期El Ni?o影响增强,东亚副热带大气环流发生明显的季节内响应。因此,ElNi?o和印度洋海温的演变及其对东亚环流的影响,加上欧亚中高纬环流异常的季节内调整,二者共同导致了我国南方地区降水出现明显的东西反向的季节内变化。     

基于年代际突变分量的东亚夏季降水动力-统计预报方案研究

基于1983~2011年CMAP降水数据分析,揭示东亚及其近海地区(简称东亚)的夏季降水距平在1999年前后由"+-+"型分布(由北至南)调整为"-+-"型分布,且这种年代际变化主要体现在EOF第3模态中;而在国家气候中心海气耦合模式(BCC_CGCM)回报和预报资料中,1999年前后则由"+-+-"分布型(由北至南)调整为"-+-+"型,即BCC_CGCM对降水年代际分布的预报与实况有较大差别.同时,结合EOF年代际突变分量给出了全球海温场与东亚夏季降水年代际变化有显著联系的关键海区,分析了BCC_CGCM对关键区海温的预报能力及对应的东亚夏季降水预报效果的差异,验证了基于关键区海温指数对改进模式预报结果的可能性.在此基础上,给出了基于年代际突变分量的东亚夏季降水动力-统计预报方案研究,并进行独立样本回报.结果表明,基于V区海温指数订正结果的距平相关系数(ACC)达到了0.25,距平符号一致率(ACR)达到61%,7个区域订正结果平均的ACC为0.03和ACR为51%,较BCC_CGCM模式结果的-0.01和49%均有一定的改进;且订正后1999年前后两个时段降水距平的空间分布和纬圈平均演变均体现了降水型由"+-+"向"-+-"调整的特征.因此,基于海温关键区指数的动力-统计相结合的预报方案能够增加模式对东亚夏季降水的季节预报结果中的年代际变化信息.     

华南前汛期开汛早晚与入梅时间的类型划分和特征分析

利用中国气象局2014年发布的《华南汛期监测业务规定》与《梅雨监测业务规定》中华南前汛期开汛和长江中下游入梅日期资料,对1961～2021年我国南方地区雨季进程的年际变化进行了客观划分,划分为4种类型：偏早型（前汛期和入梅均偏早）、偏晚型（前汛期和入梅均偏晚）、前早后晚型（前汛期偏早而入梅偏晚）、前晚后早型（前汛期偏晚而入梅偏早）。不同雨季进程相联系的东亚大气环流异常、我国中东部春季和梅雨期降水异常分布均存在明显的差异。偏早型年,3月底至5月初西风急流强度偏强且第一次北跳偏早,6月副高北跳明显,菲律宾附近维持反气旋性环流异常;偏晚型年与偏早型年环流形势相反。前早后晚型年,西风急流前期偏强后期偏弱,菲律宾附近前期为反气旋性环流异常,后期转为气旋性环流异常且副高位置异常偏南;前晚后早型年与前早后晚型年环流形势相反。南方地区雨季进程与热带海温演变之间的关系并不显著,不同雨季进程与ENSO演变的关系较复杂。     

夏季西太平洋副热带高压的客观定量化预测及其对汛期降水的指示

基于动力统计相似预报原理,将模式误差动力统计预报方案应用于西太平洋副热带高压的客观定量化预测,通过交叉检验距平相关系数,筛选出对副热带高压区域的500 hPa高度场模式预报结果订正较好的因子作为前期关键因子集.对2003-2010年的副热带高压区域的500 hPa高度场进行了回报检验,结果显示该方案在数值模式预报结果基础上有了进一步提高,显示出较高的预测水平.在此基础上,从高度场预测结果中提取出与中国降水关系最为密切的两个典型副热带高压特征指数(脊线指数与西伸脊点指数),将其投影在二维平面上,并根据不同类型的副热带高压特征下对应的雨型分类特征得到预报年副热带高压所属类型下中国夏季降水的分布类型,多年检验结果表明,预测的投影类型所对应的降水合成分布与实况的降水具有较好的一致性,进一步验证此种副热带高压与雨型分类的合理性,达到通过副热带高压的定量化预测对夏季的旱涝分布形式进行预测的目的,为进一步提高汛期降水预测水平提供一种可能的思路.     

华北汛期降水多因子相似订正方案与预报试验

本文基于动力—相似预报的基本原理, 在已初步建立的华北汛期降水模式的动态最优多因子组合相似订正方案工作基础上, 研究前期关键因子之间的相互配置对夏季降水的影响, 挑选关键的大气环流预报因子。根据预报年前期气候因子的异常状况, 通过EOF压缩自由度进行相似年选取, 进一步构建了基于前期异常信号的汛期降水相似订正预报方案。研究发现, 预报年前期大气环流中异常因子个数的偏多或偏少与该年华北降水的多寡呈现较好的对应关系, 并以异常因子的个数状况作为判断该年是否为异常年的标准, 将异常多因子方案与动态最优多因子方案相结合, 建立模式误差相似订正的多因子综合预报方案。通过诊断分析发现, 该方案对降水异常年有着较好的针对性。2003～2009年7年的独立样本回报结果表明: 该方法进一步提高了模式对华北汛期降水的预报能力, 将华北汛期降水预报的距平相关系数 (ACC) 平均分从系统订正结果的0.38提高至0.61, 具有良好的业务应用前景。     

陕西汛雨开始日期异常的气候特征及其影响系统

利用陕西省1961-2018年逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料,基于合成分析、相关分析等方法,研究了陕西汛雨开始早晚的气候特征及其影响系统.结果表明:陕西入汛日具有显著的年际和年代际变化特征,20世纪60年代主要以偏晚为主,70、80年代以偏早为主,90年代偏晚,进入21世纪以后以偏早为主,...     

全球增暖和极端事件对全球温度场关联性的影响

用中国国家气象信息中心整编的1971—2006年中国693个地面基准站日降水资料、同期美国JTWC最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料,对热带气旋(TC)远距离暴雨进行统计分析和诊断研究。结果表明:36a中有14.7%的TC产生远距离暴雨。TC远距离暴雨事件遍及中国大陆27个省(市、自治区),其中,环渤海地区和川陕交界处为中国TC远距离暴雨高发区。远距离暴雨集中发生在6—9月。34.6%的TC远距离暴雨具有影响范围广、降水强度大的特点。诊断分析表明,TC远距离暴雨能否产生的关键在于热带气旋东侧环流能否将水汽输送到中纬度槽前,如果有高气压或偏北气流对水汽输送的阻断,就不会形成远距离暴雨。