国家气候中心MJO监测预测业务产品研发及应用

热带大气低频振荡 (MJO) 和北半球夏季季节内振荡 (BSISO) 对全球范围天气气候事件有重要影响,是次季节-季节 (S2S) 预报最主要的可预报性来源之一。国家气候中心 (BCC) 基于我国完全自主的T639全球分析场数据、风云三号气象卫星射出长波辐射 (OLR) 资料以及BCC第2代大气环流模式系统的实时预报,发展了MJO实时监测预测一体化业务技术,建立了ISV/MJO监测预测业务系统 (IMPRESS1.0),已投入实时业务运行,在全国气象业务系统得到应用。该文着重介绍该系统提供的MJO和BSISO指数监测预测数据和图形产品,并描述了这些业务产品在2015年对MJO典型个例的实时监测预测应用情况。监测分析和预报检验表明,基于我国自主资料的监测结果能够较为准确地表征MJO和BSISO指数的振荡和演变过程,该系统对MJO和BSISO事件分别至少具备16 d和10 d左右的预报技巧。因此,基于IMPRESS1.0的MJO/BSISO监测预测一体化业务产品可为制作延伸期预报提供重要的参考依据。     

MODULATION OF MADDEN-JULIAN OSCILLATION ON TIBETAN PLATEAU VORTEX

This study uses NCEP/NCAR daily reanalysis data, NOAA outgoing long-wave radiation (OLR) data, the real-time multivariate MJO (RMM) index from the Australian Bureau of Meteorology and Tibetan Plateau vortex (TPV) data from the Chengdu Institute of Plateau Meteorology to discuss modulation of the Madden-Julian Oscillation (MJO) on the Tibetan Plateau Vortex (TPV). Wavelet and composite analysis are used. Results show that the MJO plays an important role in the occurrence of the TPV that the number of TPVs generated within an active period of the MJO is three times as much as that during an inactive period. In addition, during the active period, the number of the TPVs generated in phases 1 and 2 is larger than that in phases 3 and 7. After compositing phases 1 and 7 separately, all meteorological elements in phase 1 are apparently conducive to the generation of the TPV, whereas those in phase 7 are somewhat constrained. With its eastward propagation process, the MJO convection centre spreads eastward, and the vertical circulation within the tropical atmosphere changes. Due to the interaction between the mid-latitude and low-latitude atmosphere, changes occur in the baroclinic characteristics of the atmosphere, the available potential energy and eddy available potential energy of the atmosphere, and the circulation structures of the atmosphere over the Tibetan Plateau (TP) and surrounding areas. This results in significantly different water vapour transportation and latent heat distribution. Advantageous and disadvantageous conditions therefore alternate, leading to a significant difference among the numbers of plateau vortex in different phases.     

全球变化背景下北半球冬季MJO传播的年代际变化

利用1979~2013年实时多要素MJO（Madden-Julian Oscillation）监测（RMM）指数,美国NOAA逐日长波辐射资料和NCEP/NCAR再分析资料等,分析了全球变化背景下北半球冬季MJO传播的年代际变化特征。从全球平均气温快速增暖期（1985~1997）到变暖趋缓期（2000~2012）,MJO 2~4位相频次减少,5~7位相频次增多,即MJO对流活跃区在热带印度洋地区停留时间缩短、传播速度加快,而在热带西太平洋停留时间加长、传播明显减缓。进一步分析发现,以上MJO的年代际变化特征与全球变化年代际波动有关。当太平洋年代际涛动（PDO）处于负位相时,全球变暖趋缓,热带东印度洋—西太平洋海温异常偏暖,使其上空对流加强,垂直上升运动加强,对流层低层辐合,大气中的水汽含量增多,该区域的湿静力能（MSE）为正异常。当MJO对流活跃区位于热带印度洋地区时,MJO异常环流对季节平均MSE的输送在强对流中心东侧为正、西侧为负,有利于东侧MSE扰动增加,使得MJO对流扰动东移加快;而当MJO对流活跃区在热带西太平洋地区,MJO异常环流对平均MSE的输送形成东负西正的形势,东侧MSE扰动减小,不利于MJO快速东传。因此,全球变化背景下PDO引起的大气中水汽含量及MSE的变化可能是MJO传播年代际变化的重要原因。     

IMPACTS OF CUMULUS PARAMETERIZATION AND RESOLUTION ON THE MJO SIMULATION

Madden-Julian Oscillations (MJO) in six integrations using an AGCM with different cumulus parameterization schemes and resolutions are examined to investigate their impacts on the MJO simulation. Results suggest that the MJO simulation can be affected by both resolution and cumulus parameterization, though the latter, which determines the fundamental ability of the AGCM in simulating the MJO and the characteristics of the simulated MJO, is more crucial than the former. Model resolution can substantially affect the simulated MJO in certain aspects. Increasing resolution cannot improve the simulated MJO substantially, but can significantly modulate the detailed character of the simulated MJO; meanwhile, the impacts of resolution are dependent on the cumulus parameterization, determining the basic features of the MJO. Changes in the resolution do not alter the nature of the simulated MJO but rather regulate the simulation itself, which is constrained by cumulus parameterization schemes. Therefore, the vertical resolution needs to be increased simultaneously. The vertical profile of diabatic heating may be a crucial factor that is responsible for these different modeling results. To a large extent, it is determined by the cumulus parameterization scheme used.     

基于MJO的延伸预报

近10年来,2～4周的延伸预报成为天气和气候业务预报发展的一个方向。目前比较有效的方法是根据季节内振荡的传播,尤其是MJO振荡(30～60天周期)的传播来制作延伸期预报。国际上一些天气-气候预报中通过数年的业务试验已取得了初步结果。作者首先介绍了MJO振荡及季风的季节内振荡(MISO)特征,并从季节内振荡与中纬度相互作用的角度讨论了制作延伸预报的理论依据;进一步对延伸预报的可预报性、预报方法及国内外业务应用进展进行了综述,并以江淮梅雨为例探讨了我国延伸预报的可预报性及信号;最后阐述了延伸预报的发展趋势。     

热带大气季节内振荡对华南前汛期降水的影响

本文基于实时的热带大气季节内振荡(MJO)指数和中国台站降水资料,研究了MJO对中国华南前汛期(4～6月)降水的影响.结果表明,随着MJO的活跃中心从印度洋进入西太平洋,华南地区的降水由偏多转为偏少.最显著的降水正负异常分别位于第4位相和第7位相,其区域平均的最大正负异常值相对于气候平均值的变化约为17%和11%.与降...     

MJO对春季中国东部大气环流和降水的影响

利用再分析资料分析了MJO（Madden-Julian Oscillation）不同位相对春季中国东部降水的影响。结果表明：MJO处于位相3时对应长江及其以南地区降水增多,处于位相7时该区域降水减小。当热带MJO对流从位相1东传至位相4,与其相伴的北向辐散辐合流会在印度东北部—长江及副热带西北太平洋地区的对流层中低层产生明显的辐合异常,且在MJO位相3时中国东部的辐合异常达到最大。从Rossby波源角度分析,这种辐合异常会增强对流层中低层气旋性环流,导致MJO处于位相3时长江流域及其以南地区降水增多。同时,利用现代次季节和季节预报业务系统探讨了MJO与降水的关系对降水预报技巧的影响,发现预报降水和再分析产品的相关系数在MJO处于位相3和7时有所增加。     

Intraseasonal variability of the surface zonal current in the equatorial Indian Ocean: Seasonal differences and causes

Using observations and numerical simulations, this study examines the intraseasonal variability of the surface zonal current(u ISV) over the equatorial Indian Ocean, highlighting the seasonal and spatial differences, and the causes of the differences. Large-amplitude u ISV occurs in the eastern basin at around 80°–90°E and near the western boundary at 45°–55°E. In the eastern basin, the u ISV is mainly caused by the atmospheric intraseasonal oscillations(ISOs), which explains 91% of the standard...     

MJO 对南海夏季降水的调制及其对海洋表层盐度的影响

基于向外长波辐射、降水、大气再分析资料和 HYCOM(HYbridCoordinateOcean Model)盐度等资料,研究了 MJO(Madden-JulianOscillation,热带大气季节内振荡)对南海夏季降水的调制,并初步探讨了其对海洋表层盐度的影响。结果显示:MJO 对南海夏季降水有显著的调制作用,导致南海降水具有强的季节内变化,其最显著周期为45d。降水季节内信号在泰国湾北部、吕宋岛以西和台湾岛西南等迎风坡区域较强,而在越南外海的安南山脉背风区域较弱,且降水信号会随着 MJO 信号向东北方向移动。MJO 对流抑制(活跃)中心所在区域,低层大气辐聚减弱(增强),中层大气对流减弱(增强),导致降水减少(增加);此外,MJO 对流抑制(活跃)中心伴随的反气旋式(气旋式)环流会改变风场,风场减弱(增强)使得迎风区域的降水减少(增加)。MJO 引起的降水异常进一步影 响南海盐度,南海表层盐度也有明显的季节内变化特征,其显著周期和降水基本一致,为47d,且盐度异常信号也随降水异常向东北移动。本研究结果有助于进一步了解南海降水和表层盐度的季节内变化特征。     

MJO不同活动中心位置对云南冬半年降水过程的影响

通过对热带对流季节内振荡（MJO）的研究和业务实践应用表明,利用对MJO传播过程来研究延伸期（10~30 d）天气已经成为一种新的、可行的手段。然而,在明确了MJO的活动位置条件下如何依据大气环流条件来把握云南冬季降水过程的延伸期预测,是预报实践中需要解决的重要问题。本文考虑云南冬半年在有北方冷空气南下入侵云南前提下, MJO活动位置（分为“干窗口”和“湿窗口”两种情况）及有无合适的水汽引导环流条件（分为“孟加拉湾一带90°E附近有南支槽系统”和“孟加拉湾至中南半岛西侧一带为反气旋环流”两种情况）主要有4种不同的配置类型,选取MJO影响下前3种不同配置类型的天气过程进行对比分析,期望能为云南冬半年延伸期天气预测过程中较好地把握过程降水及降水强度提供理论依据。分析表明： MJO活动中心进入孟加拉湾及西太平洋热带地区（本文称之为MJO“湿窗口”）以后将会充分激发这些地区的对流活动,MJO活动中心在孟加拉湾及西太平洋热带以外地区（本文称之为MJO“干窗口”）时不能充分激发云南上游热带地区的对流活动。在有北方南下冷空气影响云南的背景情况下,MJO在“湿窗口”时,要使云南出现大范围的降水天气过程必须还要有合适的环流条件（90°E附近南支槽前或西太平洋副热带高压西侧的偏南气流）引导热带地区的水汽进入云南;MJO在“干窗口”时,即便有合适的水汽输送与扰动环流条件,仍然不能造成云南大范围的降水天气过程。由于MJO在激发水汽方面的贡献非常明显,利用MJO的东传规律可以有效地进行云南冬半年降水的延伸期天气预测,并对中短期天气预报业务起到很好的指导作用。