江南雨季降水与前期西太平洋暖池热含量异常的关系及其可能机制

利用日本气象厅提供的历史海温资料、Hadley环流中心逐月海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料、美国NCEP/NCAR再分析资料以及江南地区逐旬降水资料,研究江南地区4—6月(江南雨季,亦泛称为华南前汛期)降水与前期暖池热含量异常的关系,并对可能的影响机制进行分析。研究结果表明,前期暖池热含量与江南雨季降水有密切的负相关关系,前期7—8月暖池关键区(130. 5°～150. 5°E,3. 5°～11. 5°N)热含量高(低)可以作为预报江南雨季旱(涝)的一个很好的指标。前期暖池热含量异常对4—6月环流和降水有重要影响。冷水年,菲律宾异常反气旋导致副高西伸加强,显著加强了其西侧暖湿气流向江南地区输送,高层辐散抽吸作用导致江南地区对流上升运动增强,暖水年相反,表明冷(暖)水年江南雨季降水偏多(少)。就影响机制而言,在前期夏季,关键区南侧存在异常强西风,导致在秋末形成了菲律宾异常反气旋,以及关键区附近(东侧)有冷(暖)海表温度异常发展,在当年春季和夏初该反气旋移到菲律宾以北。直到4月,次表层冷水团上传导致冷SST异常维持并加强了该异常反气旋,其西侧西南暖湿气流将水汽从南海和菲律宾海地区源源不断地向江南地区输送。同时,西印度洋暖海温和赤道印度洋东风异常也逐渐发展增强,在热带印度洋形成东西向异常垂直环流,其下沉支始终在西太平洋维持,导致了菲律宾异常反气旋的维持,并进一步引起江南地区的水汽辐合和上升运动。同时,副热带西风急流轴南压引起的高空强辐散,也有利于上升运动和对流活动在江南地区发展。正是上述过程和机制,导致了前期热含量异常偏低(高)时,我国江南雨季降水偏多(少)。     

江南雨季地理区域及起止时间的客观确定

本文基于国家气象信息中心整编的全国1 675个台站观测资料以及NCEP/NCAR的再分析资料,定义了候降水指数,利用旋转正交经验函数分解(REOF)法对全国候降水的季节进程进行了诊断分析,得到了表征气候态降水逐候进程的南、北方模态及各自的时间系数,发现REOF第二模态对应降水季节进程中的江南雨季。综合考虑我国南方(31°N以南、110°E以东区域)气候态降水的候进程、降水季节进程(4-6月降水指数减去6-8月降水指数)年际变率以及雨季(4-6月降水指数)降水年际变率的一致性,客观定义了江南雨季的地理范围。利用客观划定区域内的降水指数、925hPa经向风以及西北太平洋副热带高压500hPa脊线位置3个指标,制定了判定江南雨季起止时间的方法,进而对1961-2012年江南雨季起止时间进行了客观确定,给出了江南雨季起止时间序列。本文旨在为规范江南雨季的监测提供参考和借鉴,并为其预测提供科学基础。     

青藏高原东南侧南风演变特征及其与中国东部春季降水的关系分析

使用1979-2008年NCEP/NCAR再分析数据集资料分析了全年各月经向风特征,发现青藏高原东南侧存在一个全年盛行南风的区域(22.5°～30°N、105°～110°E),即常年南风区.该区域南风呈现冬弱夏强的演变特征,尤其在春夏时期呈现双峰值状态,峰值分别出现在15候和37候左右.进一步分析表明,常年南风区南风与我国南方春季降水有着较好的对应关系.15候左右常年南风区南风第一次增强并达到峰值,持续的强南风使得我国南方地区降水随之有突然增加的趋势,进入春雨期.高原东南侧常年南风区南风两个峰值出现的原因并不相同.15候左右出现的绕流南风大值是由于高原的突然加热产生的低空气旋性环流叠加在绕流西风上,从而造成了南风的加强,湿润的偏南风给华南地区带来持续的降水,江南春雨开始.而37候左右出现的绕流南风大值是由于南海夏季风爆发后,孟加拉湾槽前强大的西南风加强了该处的绕流南风,使得南风势力变得更为强大,推进到我国长江中下游地区.     

延伸期天气过程预报的一种新方法——低频天气图

本文主要介绍低频天气图延伸期预报方法。低频天气图是一种不同于统计学预报方法、数值预报方法和天气学预报方法的延伸期天气过程预报的新方法,可以用于延伸期(10～30 天)天气过程预报。低频天气图的技术要点是大气低频系统(低频气旋和低频反气旋)及其相应的低频气流。低频天气图的天气学意义是能反映造成天气过程的天气系统的生消、维持和移动及其大气环流演变过程。其优越性在于其特性:时间上的周期性(30～50 天)、持续性和空间上的连续性、相似性以及地域上的准定常性,预报天气系统相对容易且时效长。2008～2012 年在上海市气候中心业务应用的结果表明,可以提前15～45 天预报上海地区的强降水过程。     

欧亚积雪与京津冀秋季10—11月霾日频数年际变率的联系及其可能机制

基于1980—2017年京津冀地区定时观测资料、欧亚陆面积雪资料、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-range Weather Forecasts,ECMWF）再分析资料,美国国家环境预报中心/大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析资料以及英国哈德莱中心提供的海冰密集度资料,分析了秋季10—11月京津冀霾日频数年际变率与同期欧亚积雪的物理联系,并通过气候统计诊断和敏感性试验探讨了积雪异常影响京津冀10—11月霾日频数年际变率的可能机理。结果表明,10—11月京津冀霾日频数年际变率与同期东欧—西伯利亚平原地区（记为R_Eu;50°~60°N,40°~80°E）积雪厚度和积雪覆盖度均呈现显著的正相关关系。R_Eu积雪正异常与其西北侧的挪威海—巴伦支海海域以及北欧到东欧地区上空大气冷源密切联系,该冷源可激发一个自上述区域途经R_Eu一直到东北亚的准正压大尺度纬向Rossby波列来调制影响京津冀霾日频数年际变率的关键环流系统,即东北亚异常反气旋。上述异常环流背景下,京津冀地区对流层低层为偏南风异常所控制,稳定大气层结易于建立,边界层高度偏低、地面风速偏弱且相对湿度偏高。该环境条件有利于霾天气发生发展,使得同期霾日偏多。作为预测信号,当前期9月楚科奇海—西波弗特海海冰偏少（多）时,10—11月京津冀霾日可能偏多（少）。     

两类El Niño不同衰减型的演变特征及其与我国夏季降水的联系

利用中国气象局743站日降水、NCEP-/NCAR大气环流、英国气象局Hadley中心全球月平均海表温度（SST）等资料,探讨了两类El Niño不同衰减型的演变特征及其对衰减阶段夏季（6-8月）我国降水异常分布的可能影响。根据海表温度异常（SSTA）沿赤道（5°S~5°N）的演变特征,EP-El Niño存在两种衰减型:自东向西（E-W）衰减（大于0.5℃的海温正距平首先在南美沿岸消失,并向西扩展）和自西向东（W-E）衰减（大于0.5℃的海温正距平首先在赤道中太平洋消失,并向东扩展）;CP-El Niño存在3种衰减方式:对称（S）衰减（赤道中太平洋暖海温的发展和衰减关于某一峰值对称）、延迟（P）衰减（衰减阶段紧接着呈现EP-El Niño分布）、突然（A）衰减（衰减阶段紧接着发生EP-La Niña事件）。对于EP-El Niño,在华北、华南、长江和黄河（简称两河）之间及两河的上游地区,E-W与W-E衰减阶段夏季降水呈现完全相反的异常分布特征。E-W衰减阶段夏季两河之间及上游地区偏旱的可能性显著增大,华北地区降水异常偏多,长江以南略偏多;而W-E衰减阶段夏季,两河之间及上游地区降水偏多,降水异常大值中心主要位于沿江地区,华南大部和华北地区降水明显偏少。对于CP-El Niño的3种衰减方式:夏季降水异常大值带在S衰减方式下主要位于黄河和淮河之间;在P方式衰减时,出现在长江流域;而在A型衰减时,主要位于黄河下游地区。S和A衰减方式下,东北大部尤其东北北部降水偏少,而处于P衰减时,东北大部降水明显偏多;在西南地区,S衰减时夏季降水总体偏多,A衰减时情况相反;在西北北部地区,A衰减时偏旱,而S和P衰减时降水总体偏多。不同的衰减方式均对应不同的降水异常空间分布,区分衰减型使得两类El Niño次年我国夏季降水异常显著区的分布范围和信号强度均较未区分衰减型时有较好的改善,为我国汛期降水短期气候预测工作提供了重要依据。     

夏季青藏高原移动性对流系统与中国东部降水的相关关系

利用国际卫星云气候计划提供的1985-2002年共18年的MCSs路径跟踪资料、 NCEP/NCAR逐月再分析资料和中国138个地面常规观测站资料,分析了夏季起源于青藏高原地区的移动性MCSs的主要时空分布特征,探讨了青藏高原MCSs与中国降水的关系.通过对MCSs爆发异常强弱年高度和风差值场的分析,概括出青藏高原MCSs影响中国降水的可能机制.结果表明:夏季青藏高原移动性MCSs主要生成于青藏高原东南部,其爆发时间具有明显的日变化特征,它们能够传播到我国中东部及南亚许多地区;夏季MCSs对我国降水具有重要影响,它们与中国夏季降水的相关系数分布以4条正、负相间的东西向分布带的形势存在,从南到北依次为"- - ",这与我国夏季降水带的变化形势非常一致;南亚高压、西太平洋副热带高压和东北冷涡的强度、位置变化与高原MCSs生成的多少密切相关,并通过它们对我国夏季降水带的分布造成重要影响.     

影响我国冬季温度的若干气候因子

综合分析了西伯利亚高压、北极涛动、ENSO和西太平洋遥相关型（WP）在年际和年代际时间尺度上对中国冬季温度的影响，结果表明在年际尺度上，WP和西伯利亚高压都对温度有显著影响，WP的影响主要存在于中国东部从东北南部至广东沿海一带大陆边缘区，而西伯利亚高压的影响范围则大得多，几乎涵盖了除黄河长江上游部分地区外的整个中国。在年代际尺度上，北极涛动和ENSO都与东亚冬季风有关联，北极涛动比ENSO的影响范围大，除长江上游沿江地区外的其他地区基本上都是关联区，ENSO与温度的关联区位于35°N以北的整个北方及长江中下游地区。     

江南春雨形成机制的数值模拟

利用美国夏威夷大学国际太平洋研究中心的区域气候模式(IPRC-RegCM)进行了一系列的数值试验,研究了青藏高原大地形和海陆热力差异对江南春雨的影响。在控制试验中,模式较好地模拟了3～4月江南春雨雨带及低层大气环流特征,由于受高原绕流作用产生的西南气流和西太平洋反气旋环流西北侧的西南气流的共同影响,在我国的江南地区形成大范围的降水雨带,即江南春雨。当在模式中去除青藏高原大地形后,高原东南侧的西南气流显著减弱,江南春雨雨带强度明显减弱,但由于受到西太平洋反气旋西北侧弱西南气流的影响,我国江南地区仍然维持一个较大的降水雨带。在模式中人为地将110°E以东,20°～35°N纬度带的海洋设置为陆地,即人为地减少海陆热力差异后,模式模拟的江南春雨明显减少。在模式的另一组试验中将海温提前61天,即人为地将海陆热力差异季节转换推迟,模式模拟的江南春雨雨带强度也明显减弱。以上模式模拟结果表明,我国江南春雨的形成不仅与青藏高原大地形有关,而且与东西向海陆热力差异有关。     

长江中下游入梅指数及早晚梅年的海气背景特征

利用1957～2001年全国160站逐月降水资料和116站入梅日期资料,定义了一个长江中下游入梅指数,以定量描述长江中下游地区平均入梅的早晚,再结合ERA－40高分辨率再分析资料和ERSST海温资料,利用相关分析和合成分析, 分别研究了早、晚梅年同期（6～7月份）和前期（前一年12月份至当年5月份）的大尺度大气环流及海温的异常特征。结果表明:早梅年同期,200 hPa南亚高压偏北,印度北部、孟加拉湾－印度尼西亚－副热带太平洋地区上空的对流偏强,西太平洋副热带高压和赤道辐合带位置偏北,东亚副热带夏季风偏强,晚梅年则相反。前期1月份北太平洋涛动及4月份西太平洋暖池附近的对流与当年入梅早晚存在显著的相关关系:早梅年,1月份北太平洋涛动偏弱,4月份西太平洋暖池附近的对流活跃;晚梅年,1月份北太平洋涛动偏强,4月份西太平洋暖池附近的对流偏弱。此外, 从前期海温场来看,早梅年,1～4月份北大西洋中高纬地区海温偏低,低纬地区海温偏高,呈南北偶极子分布状态,2月份西太平洋暖池附近海域及北半球冬、春季环澳大利亚海域海温明显偏高,晚梅年情况正好相反。以上这些前期信号为长江中下游地区入梅的短期气候预测提供了参考依据。