中国科学院大气物理研究所短期气候预测系统的改进及其对1998年全国汛期旱涝形势的预测

通过引入改善了地表反照率参数化方案的中国科学院大气物理研究所（ＩＡＰ）大气环流模式,我们对ＩＡＰ短期气候距平预测系统（ＩＡＰＰＳＳＣＡ）中的大气模式部分进行了改进。利用改进前后的ＩＡＰＰＳＳＣＡ,我们对１９８０～１９９４共１５年中国夏季降水异常进行了集合预报检验,与实测结果比较表明,改进后的ＩＡＰＰＳＳＣＡ对江淮和华南地区的预报技巧与原先的系统相比只是有略微的提高,但对我国东北、华北、河套区域以及整个中国东部的预报技巧则比原系统有较大程度的提高,从而表明气候模式中陆面过程的正确表述可以提高模式气候预测的能力。利用改进的ＩＡＰＰＳＳＣＡ和ＩＡＰＥＮＳＯ预测系统提供的预测海温距平,我们对１９９８年中国夏季降水异常进行了预报（该预测３月份提供给有关单位）。今与实际情况比较表明,改进了的ＩＡＰＰＳＳＣＡ和ＩＡＰＥＮＳＯ预测系统耦合,对１９９８我国夏季旱涝形势的预测与实测基本相符,但强度较小,说明有一定预报能力,但也还有许多问题。     

一个三维变分海洋资料同化系统的设计和初步应用

介绍了新完成的一个基于三维变分方法的通用海洋资料同化系统OVALS(Ocean Variational Analysis System)的设计方案和在热带太平洋海洋资料同化中的初步应用. OVALS可以同化常规的现场海洋温盐观测资料和卫星高度计资料, 其中在海面高度资料同化中引入了一个新的基于三维变分的同化方案, 该方案考虑了背景场误差的垂直相关性和非线性的温-盐关系. 非线性的温-盐关系是通过将三维变分方法中的线性平衡约束方案推广到非线性的情况来实现的, 从而通过同化高度计资料来直接调整模式的温度和盐度场. 另外, OVALS还可以同化近年来投入运行的国际ARGO漂流浮标的温、盐廓线资料以及其他海温和盐度资料, 如船报海温资料和一些浮标阵列资料等. 利用OVALS和大洋环流模式在热带太平洋进行了21 a的同化试验. 试验结果表明, 同化系统通过对各种海洋资料的同化, 可以有效改进对海洋温度和盐度的估计, 其在420 m深度以浅的上层海洋的月平均温、盐度估计误差分别为0.63℃和0.34 psu.     

Impacts of XBT, TAO, Altimetry and ARGO Observations on the Tropical Pacific Ocean Data Assimilation

This study aims at assessing the relative impacts of four major components of the tropical Pacific Ocean observing system on assimilation of temperature and salinity fields. Observations were collected over a period between January 2001 through June 2003 including temperature data from the expendable bathythermographs （XBT）, thermistor data from the Tropical Ocean Global Atmosphere Tropical Atmosphere-Ocean （TOGA-TAO） mooring array, sea level anomalies from the Topex/Poseidon and Jason-1 altimetry （T/P-J）, and temperature and salinity profiles from the Array for Real-time Geostrophic Oceanography （ARGO） floats. An efficient three-dimensional variational analysis-based method was introduced to assimilate the above data into the tropical-Pacific circulation model. To evaluate the impact of the individual component of the observing system, four observation system experiments were carried out. The experiment that assimilated all four components of the observing system was taken as the reference. The other three experiments were implemented by withholding one of the four components. Results show that the spatial distribution of the data influences its relative contribution. XBT observations produce the most distinguished effects on temperature analyses in the off-equatorial region due to the large amount of measurements and high quality. Similarly, the impact of TAO is dominant in the equatorial region due to the focus of the spatial distribution. The Topex/Poseidon-Jason-1 can be highly complementary where the XBT and TAO observations are sparse. The contribution of XBT or TAO on the assimilated salinity is made by the model dynamics because no salinity observations from them are assimilated. Therefore, T/P-J, as a main source for providing salinity data, has been shown to have greater impacts than either XBT or TAO on the salinity analysis. Although ARGO includes the subsurface observations, the relatively smaller number of observation makes it have the smallest contribution to the assimilation syst     

我国今冬和明春气候异常与沙尘气候形势的模式预测初步报告

首次利用气候模式作了跨年度的针对冬季和春季气候异常形势的预测试验.预测结果显示,今冬的气候特点为,我国北方降水正常,南方略偏多,气温在我国全境基本为正常,因此,不会出现暖冬现象,而欧亚大陆北部则为明显的暖冬.预测结果还表明,明春我国西北、华北、东北降水正常,其他地区略多,全国气温均较正常,因此,明春的沙尘暴形势如常,不会出现超出常年的春季沙尘暴形势.但由于近些年的气候变化趋势使然,明春的沙尘暴仍可能在局部时空段内相当严重.     

中国区域降雪量和降雪频率对沙尘天气的影响作用分析

1970—2000年间气象台站降雪量和沙尘天气统计结果显示,在中国冬春季主要积雪覆盖区域,沙尘天气发生频次相对较低,各类沙尘天气基本发生在积雪覆盖率低、年降雪量少的区域。时间序列分析结果进一步显示,年降雪量和沙尘天气之间存在显著的负相关,降雪量的增多对沙尘天气的年发生次数具有明显的抑制作用。同时,年降雪频率也是影响沙尘天气爆发频次的重要因素之一。对于中国西北干旱少雪的地区,尤其体现在新疆北部地区,年降雪频率的增加能够显著地减少各类沙尘天气的发生次数。     

2002年夏季气候及汛期实时预测与检验

简要介绍了中国科学院大气物理研究所2002年汛期预测的结果.作者首先利用IAP ENSO预测系统,较好地预测出2002年夏季将有一个强度偏弱的El Nno事件发生;IAP动力学气候预测系统(IAP DCP-Ⅱ)的跨季度预测结果则表明2002年夏季我国华北和东北大部将持续干旱少雨,长江下游和南方大部地区降水较常年偏多;在数值预测的基础上,结合其他的动力统计预测方法,最终得到中国科学院大气物理研究所2002年夏季旱涝趋势的跨季度集成预测结果.与实况比较表明,IAP DCP-Ⅱ预测和集成预报均较好地预测出我国夏季旱涝的大范围形势分布,特别是动力数值预测的效果在我国东部略优于集成预测.至于汛期(6～8月)每天的天气分析研究和数值天气预报,则表明国内外现有的中高分辨率数值天气预报模式均有很好的预测能力,并给出了我国长江流域和华北地区2002年持续性降水的天气学模型.     

欧亚北部冬季增雪“影响”我国夏季气候异常的机理研究——陆面季节演变异常的“纽带”作用

本文主要利用美国冰雪资料中心 (The National Snow and Ice Data Center) 提供的卫星反演积雪资料和ERA40土壤温度再分析资料, 采用相关分析, 对欧亚北部冬季新增雪盖面积 (冬季TFSE) 与我国夏季气候异常关系的可能物理途径进行了初步研究。结果表明, 春夏季陆面季节演变异常是上述“隔季相关” 的重要纽带: 当冬季TFSE偏大时, 欧亚北部大范围积雪—冻土自西向东、 由南向北的融化进程明显减慢, 受其影响, 至夏季, 东亚中高纬区积雪和地表冻土的融化异常强烈, 土壤温度明显偏低, 这种夏季陆面异常可能通过自身的冷却作用, 通过加强东亚中高纬异常北风对东亚中纬区夏季变冷产生直接影响, 进而与西太平洋副热带高压, 乃至与我国江南夏季降水异常产生关联; 冬季TFSE偏小时相反。分析表明, 冬季TFSE信号在东亚中高纬局地的春季积雪—冻土融化过程中被加强, 并在夏季达到显著。     

IAP数值气候预测系统对2004年中国夏季气候的预测

通过1980～2000年共21年的集合后报试验,考察水平分辨率提高至2°×2.5°的IAP短期数值气候预测系统对中国夏季气候异常的预报技巧.后报试验结果表明:该预测系统对中国夏季气温异常具有较好的预报能力,此外对夏季降水异常也具有一定的预报能力.利用IAP ENSO预测系统,较好地预报出2004年3月以后热带太平洋海温的演变情况,并在此基础上,对2004年中国夏季气候进行了实时预测.与实况比较表明,IAP数值气候预测系统总体上较好地预报出2004年夏季我国大范围的降水和温度异常分布,特别是较好地预测出夏季我国北方大部、华南沿海等地区气温偏高,而黄淮以及长江中上游地区气温偏低的观测事实.预测的温度距平与中国地区160个站观测实况的距平相关系数可达0.39.     

冬季欧亚大陆北部新增雪盖面积变化与中国夏季气候异常的关系

利用美国冰雪资料中心 (The National Snow and Ice Data Center) 提供的近40年逐周的卫星反演雪盖资料, 考察了冬季欧亚大陆北部新增雪盖面积 (Total Fresh Snow Extent, 冬季TFSE) 与我国夏季 (6～8月) 气候异常的关系。分析发现, 冬季TFSE与我国夏季气候异常存在明显关联: 当冬季TFSE偏大时, 夏季贝加尔湖以东易盛行异常冷低压, 内蒙古东部和东北西部易出现凉夏, 同时, 东亚副热带西风急流增强, 西太平洋副热带高压易加强且西伸和北扩, 江南地区在副高的控制下易干热; 冬季TFSE偏小时的情况相反。这种显著关联独立于ENSO事件, 并且在近40年来较为稳定; 冬季TFSE与我国江南夏季降水在20世纪90年代初均发生过一次十年际尺度变化, 表现为在20世纪90年代初之后, 冬季TFSE (江南降水) 明显减小 (增多), 同时, 冬季TFSE与江淮夏季降水的正相关关系明显增强。进一步的分析表明, 冬季TFSE可能通过某种途径来影响东亚副热带急流的变化, 进而影响我国夏季气候异常。     

中国区域降雪量和降雪频率对沙尘天气的影响作用分析

1970—2000年间气象台站降雪量和沙尘天气统计结果显示,在中国冬春季主要积雪覆盖区域,沙尘天气发生频次相对较低,各类沙尘天气基本发生在积雪覆盖率低、年降雪量少的区域。时间序列分析结果进一步显示,年降雪量和沙尘天气之间存在显著的负相关,降雪量的增多对沙尘天气的年发生次数具有明显的抑制作用。同时,年降雪频率也是影响沙尘天气爆发频次的重要因素之一。对于中国西北干旱少雪的地区,尤其体现在新疆北部地区,年降雪频率的增加能够显著地减少各类沙尘天气的发生次数。