THE DOWNSCALING FORECASTING OF SEASONAL PRECIPITATION IN GUANGDONG BASED ON CLIMATE FORECAST SYSTEMS PRODUCTS

The Climate Forecast Systems （CFS） datasets provided by National Centers for Environmental Prediction （NCEP）, which cover the time from 1981 to 2008, can be used to forecast atmospheric circulation nine months ahead. Compared with the NCEP datasets, CFS datasets successfully simulate many major features of the Asian monsoon circulation systems and exhibit reasonably high skill in simulating and predicting ENSO events. Based on the CFS forecasting results, a downscaling method of Optimal Subset Regression （OSR） and mean generational function model of multiple variables are used to forecast seasonal precipitation in Guangdong. After statistical analysis tests, sea level pressure, wind and geopotential height field are made predictors. Although the results are unstable in some individual seasons, both the OSR and multivariate mean generational function model can provide good forecasting as operational tests score more than sixty points. CFS datasets are available and updated in real time, as compared with the NCEP dataset. The downscaling forecast method based on the CFS datasets can predict three seasons of seasonal precipitation in Guangdong, enriching traditional statistical methods. However, its forecasting stability needs to be improved.     

全球平流层下部降温及其对纬向风的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料,结合HALOE的臭氧和甲烷卫星观测资料,分析100~50 hPa的平流层下部温度变率及其与微量气体和平均纬向风的关系。结果表明,全球平流层下部大气温度自1948年至今总体呈下降趋势,而近十几年,全球平流层下部温度下降更加显著。热带和低纬甲烷的增长可能是其降温的一个重要原因。此外,由于平流层下部温度变率的经向不均匀性,同时还会引起该地区平均纬向风的变化。     

2004年南海夏季风的爆发及中南半岛陆面过程的可能影响 I： 诊断分析

南海夏季风的爆发受高原、海洋(海气相互作用)、冷空气和陆地(陆面过程或陆气相互作用)等多种因素的影响,其中中南半岛由于是连接南海夏季风和印度、孟加拉湾季风的关键区,而且孟加拉湾不仅是亚洲最早爆发夏季风的地区,又是副热带高压最早断裂的地区。因此它的陆面过程对南海夏季风的影响是不可忽视的。文章从2004年南海夏季风爆发前后的环流和降水分析其活动特征,并进一步研究中南半岛陆面过程对南海夏季风的爆发日期和强度的影响。2004年南海夏季风于5月19日爆发,利用NCEP再分析资料及地面站点降水资料对这次季风爆发前后的环流形势和降水分布进行分析,结果表明:强对流活动由孟加拉湾移到中南半岛,引起中南半岛的降水增大,导致陆面过程发生改变(包含土壤湿度,感热、潜热通量,向上长波辐射),最终使得中南半岛—南海之间的低层气温差出现符号逆转,为南海夏季风的爆发提供了必要的条件。此外,中南半岛—南海低层气温差同南海夏季风的活跃程度有密切的联系。通常负的温差出现后不久,南海夏季风即进入活跃期或非活跃期,正的温差出现之后则常常是南海夏季风的中断期。     

2018年广东空中水物质评估及开发分析

利用2018年1月1日至12月31日逐小时欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代全球大气再分析产品——ERA5和中国气象局多源降水分析系统(CMA multi-source precipitation analysis system,CMPAS)中逐小时降水产品(CMPAS-hourly),采用基于大气水物质收支平衡方程的水物质评估方法对广东2018年空中云水资源及空中水汽、水凝物时空分布进行评估。对广东省整体而言,2018年水汽降水效率为5.1%,水凝物降水效率为89.6%,水汽和水凝物都为净输出。从空间分布来看,水汽总量自西南向东北逐渐减少,水凝物总量高值区在粤西云雾山、天露山及粤东莲花山的南坡,云水资源总量从北部山区向沿海地区逐渐减小,水凝物降水效率从沿海地区向北部山区逐渐减小。从时间变化来看,水汽总量在夏季最大,水凝物总量在8月下半月和9月上半月最大,云水资源总量非汛期高于汛期;水汽和云水资源的变化月内尺度大于天气尺度,水凝物的变化天气尺度大于月内尺度。     

南海夏季风活动指标的定义及应用

为了分析南海夏季风活动不同阶段的大气环流特征,引入南海区域(105~120°E,5~20°N)平均高(200 hPa)低(850 hPa)层风场和向外长波辐射(OLR)作为南海夏季风指数。分析结果表明这些指数的组合可以较好地反映南海夏季风季节内以下时间尺度的活动情况。当南海地区低层平均为西南风、高层为东北风且OLR异常(OLRa)小于零时,南海夏季风处于活跃期,此时副高远离南海,南海区域对流强盛,有明显的季风槽;当南海地区低层为西南风,高层为东北风,但是OLRa大于零时,南海夏季风处于不活跃阶段,此时副高远离南海,虽然南海地区对流不活跃,但是季风环流依然存在且向北扩展,使得华南-江南对流活跃;当南海地区风场为其他情况时,此时不论对流强弱,南海夏季风处于中断期,南海或者受副高控制,或者受热带气旋影响,季风环流在南海地区中断。利用定义的南海夏季风活动指标对2011年和2012年南海夏季风活动进行分析,结果指出这两年南海夏季风活跃期较长,季节内对流北传事件一般发生在南海夏季风活跃期或活跃期向非活跃期的转换期,而中断期即使有强对流发生,也不会向北传播。分析了这两年中断和不活跃情况下的大气环流分布,进一步验证了定义的南海夏季风活动指标的实用性。     

夏季(5-10月)南海准双周和20～60天振荡的年代际变化特征

通过周期和波谱分析,指出南海对流夏季(5—10月)具有显著的准双周振荡(10~20天,QBWO)和20~60天振荡(ISO)周期。在南北向传播上,南海对流QBWO和ISO均以波数为2的向北传播为主。在东西方向传播上,QBWO以波数为1的向西传播为主,而ISO则以波数为1的向西和向东传播为主。在大气环流发生突变的三个不同年代下(1958—1976年、1977—1993年和1994—2011年),QBWO强度、传播次数、频次和传播波谱能量均呈现逐渐增强的趋势。ISO强度的变化为正常略弱、较弱和较强,传播次数、频次和传播波谱能量则为较强、较弱和较强。导致这些变化的可能因子也有所不同,海气相互作用和水汽对流条件对QBWO的变化起了共同主导作用。对ISO而言,纬向风垂直切变影响更为重要。     

华南前汛期的锋面降水和夏季风降水 I.划分日期的确定

前汛期暴雨常常引发华南地区的洪涝,但是前汛期降水的预报能力却相当低。降水的预报在很大程度上依赖于对降水性质的理解,而华南前汛期降水通常被认为只是锋面性质的降水。事实上,南海夏季风在6月(甚至5月)就可以影响到华南地区并产生季风对流降水。因此,华南前汛期包含了两种不同性质的降水,即锋面降水和夏季风降水,如何区分它们是非常重要的。为了区分它们,利用NCEP/NCAR再分析资料、CMAP资料和中国730站降水资料,分析气候平均(1971~2000年)状态下锋面降水和季风降水期间大气性质和特征的差异,得到华南前汛期夏季风降水开始的基本判据:100 hPa纬向风由西风转为东风并维持5天以上。利用该判据得出气候平均条件下的华南夏季风降水开始于5月24日,并得到1951~2004年逐年华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期。合成分析的结果表明,得到的划分日期是基本合理的,因为它将锋面降水和季风降水期间大气特点的显著差别区分开来。     

“0506”华南持续性暴雨的季风环流背景

提出了确定东亚夏季风活动区域、划分热带季风和副热带季风活动区域的指标,利用大气对流层风速、位势高度、湿度、温度、OLR以及TBB等NCEP/NCAR资料,从月、候和过程平均多种时间尺度,诊断分析了2005年6月(简称“0506”)华南持续性暴雨的季风环流活动变化特征.结果表明:副热带高压强度偏强,西脊点位置偏西偏南,热带西太平洋(130°～140°E)区域越赤道气流偏强,华南处于气旋性低压异常区,无论是月时间尺度还是暴雨过程时间尺度都表现出这些明显特征;暴雨过程水汽除了来源于孟加拉湾和南海外,水汽通量异常部分主要来自南海和热带西太平洋,热带西太平洋水汽随着副高边缘气流经过南海向华南输送,从而为暴雨过程提供了丰富的水汽来源;2005年6月热带季风前沿在华南沿海地区停滞时间比气候平均偏长(2候),该特征是华南暴雨预报值得参考的信号;6月整个南海地区平均季风偏强,主要体现于经向风明显偏强,但华南持续性暴雨过程开始于南海地区夏季风非活跃期,这与热带季风季节内振荡向北传播到华南有关.以上季风活动变化特征为华南强降水提供了有利的动力条件和丰富的水汽来源.     

广东省干旱趋势变化和空间分布特征

利用广东省86个地面站的降水和气温资料,定义广东省月干湿气候指数。定义的干湿气候指数可以明显地区分广东省干湿季,而且对春季粤南偏旱、秋季粤北偏旱也有反映,体现指数定义的合理性。趋势分析表明:全省2~3月、7~8月和12月明显变湿,而10~11月显著变干,其余月份趋势不明显。趋势分析结果指出,广东省未来的秋季旱情可能有加重的趋势,而冬春季旱情会有所缓解。各月趋势的空间分布有很大差异,分析结果指出,其年际变率的主要影响因子可能为海-气相互作用过程和陆-气相互作用过程。     

一次切断低压诱发的暖区深对流与异常副热带锋及其平流层-对流层交换

采用Cloudsat/CPR云雷达,FY2C/TBB亮温,Aura/MLS大气成分等卫星遥感资料,结合ECMWF气象分析资料和HYSPLIT4轨迹模式,研究了2009年6月一次东亚切断低压的暖区深对流和异常副热带锋面的结构和演变.分析表明,由于低压切断前的旧槽背景,在低涡的近成熟期,内部冷、暖锋降水偏弱,边沿的高空副热带锋面异常发展到对流层底部,低空西南暖湿水汽在副热带锋前聚集,形成千公里长的暖区深对流降水带.随着该锋面的快速东移,副热带锋区进入原暖区雨带,锋区热力间接次级环流的强上升支,加强了锋下冷侧(原暖湿区)的深对流,但该锋面阻挡了来自暖侧的水汽补充,降水结束.该异常副热带锋区还发生了强烈的平流层-对流层相互交换,在高空急流出口区的下方,平流层1.5PVU等位涡线向下入侵可达5.5km(约500hPa)处,锋下向上的深对流注入可达10km,在入侵-注入混合区,臭氧和水汽的散点图上出现了二者浓度双高和双低的特殊气团.