IOD Modoki事件对华南后汛期降水异常的影响及可能机理

利用1979—2019年CN05.1中国区域高分辨率降水格点数据、英国Hadley中心观测海温数据、ERA5逐月大气再分析资料及大气环流模式,研究了华南后汛期期间(7—9月)IOD Modoki事件与华南后汛期降水异常的关系及可能机理。观测资料结果表明,华南后汛期降水异常与热带印度洋中部(东和西部)海温异常呈显著正(负)相关关系,表现为印度洋IOD Modoki或印度洋三极子事件的空间分布型。滤除ENSO信号影响后,华南后汛期降水异常仍和IOD Modoki存在较为密切的联系。IOD Modoki正异常对华南后汛期降水异常的影响有以下途径,一方面,异常水汽从热带印度洋东部向西输送至热带中印度洋后,在北半球受科氏力作用向东输送至华南地区,为华南地区提供了充足的水汽条件,并且对华南地区降水正异常的主要水汽辐合贡献为平均水汽的水平扰动散度项和扰动引起的平均水汽垂直平流项。另一方面,热带东南印度洋海温负异常,通过Mastuno-Gill响应引起对流层低层自热带东南印度洋至热带中印度洋有东南风异常,增强了70°E附近的越赤道气流,在北半球向东输送至西北太平洋,这引起了华南地区对流层低层气旋式环流异常。另外,热带东印度洋对流层低(高)层异常辐散(辐合),华南地区低(高)层异常辐合(辐散)增强了东亚地区的局地Hadley环流,有利于华南地区降水的产生。再者,IOD Modoki引起南亚季风区受异常下沉运动控制,并通过季风-荒漠机制引起副热带北大西洋东部、北非荒漠区及地中海西部周围正涡度异常,激发了沿急流向下游传播的准静止Rossby波,增强了日本海高压异常和华南及邻近地区对流层低层气旋式环流异常。上述原因均有利于华南地区降水的产生,反之亦然。上述结果在数值模式中亦得到了验证。     

空间分辨率对中国夏季降水时空演变特征的影响

本文使用1979—2021年国家气候中心160站(R₁₆₀)和国家级地面气象观测站2 314站(R₂₃₁₄)逐月降水观测资料,利用EOF (Empirical Orthogonal Function)分解和相关分析等方法,研究两类资料夏季降水时空变化特征及其与海气因素之间物理联系的表征水平差异,并分析了差异的可能原因。结果表明,R₁₆₀在我国西北、青藏高原等地区站点极为稀疏,导致其各EOF模态对上述地区降水的时空变化特征描述失真,中东部地区偏低的空间分辨率会使局地强降水的变化特征信号损失,造成降水的年际变率降低。而R₂₃₁₄主模态能够更为真实地反映我国降水的时空演变特征,特别是在极端降水频发的江淮地区以及降水受局地地形影响较大的山区,其EOF主模态的空间分布和时间系数演变与ENSO (El Niño-Southern Oscillation)、西太平洋副热带高压、青藏高原雪盖等气候强迫信号之间的相关性更为显著。     

近50年石家庄地-气温差变化特征

利用石家庄17个国家气象站1972—2021年逐日地面气温、0 cm地温资料,分析了石家庄地-气温差的变化特征,结果表明：(1)石家庄地-气温差从1月开始逐渐增加,5月达到最大值5.0℃,然后开始减小,12月达到最小值-0.8℃;地-气温差在11月到次年1月为负值;春、夏、秋季均为正值,夏季最大,春季大于秋季,冬季以负值为主;(2)石家庄多年平均地-气温差在1.6～2.6℃之间,平均为2.1℃;整体上东部大于西部。(3)近50年石家庄年平均地-气温差呈显著的减小趋势,变化速率为-0.14℃/10a;夏、秋、冬三季的减小趋势均非常显著,夏季的减小趋势最强;石家庄市区和近郊站点年和四季地-气温差的减少趋势更显著。本文结论对科学认识石家庄城市生态环境的变化具有参考意义。     

基于新型探测资料对西安一次弱降水预报失误的原因分析

利用微波辐射计、激光测风雷达、多普勒雷达、相控阵雷达等新型探测资料、地面加密观测资料、ERA5再分析及多模式数值预报结果对2022年4月24日西安城区一次弱降水预报出现明显失误的原因进行分析,结果表明：(1)全球数值预报模式和中尺度数值预报模式对本次过程西安城区均报有明显降水,主要原因为模式对低层相对湿度预报明显偏大;(2)多种新型探测数据分析认为近地层湿度条件较差及中层的绝对水汽含量低,中层的干暖空气不利于成云致雨,垂直上升运动不强,且由于低层非常干燥,使水滴在下沉过程中蒸发,从而无法形成雨滴下落,这些原因共同造成西安城区无降水,低层相对湿度预报偏大是造成这次西安城区降水预报失误的主要原因之一;(3)造成西安城区近地层湿度条件差的原因是城市干热岛效应和低层干暖平流输送,且降水云团翻越秦岭后其湿空气绝热下沉至城区后出现增温降湿,使得城区形成较为深厚的干层,即使有雨滴在下落过程中也会造成更强的蒸发,这也是城区没有降水的重要原因之一;(4)预报员主观预报订正出现空报主要是源于对边界层水汽、抬升条件等关键降水要素缺乏订正能力,且对大城市的干热岛效应和秦岭山区地形影响研究不足。     

2023年秋季我国气候异常特征及成因分析

利用NCEP/NCAR再分析数据集和中国2400个站的气候观测数据,对2023年秋季我国气候异常特征及其成因进行分析。2023年秋季全国平均气温为1961年以来历史同期最高;全国平均降水量接近常年同期,但空间分布不均且季节内变化明显。秋季欧亚中高纬环流呈“两槽一脊”型,造成我国气温显著偏高;9月呈“两脊一槽”型,巴尔喀什湖低槽活动导致西北地区降水增多;10月呈“两槽一脊”型,导致北方地区偏暖加强;11月呈“西高东低”型,东路冷空气增强,东北地区气温偏低、降水偏多。西太平洋副热带高压总体较常年偏强、偏西,脊线9月异常偏北、10月偏南、11月接近常年。印缅槽9月显著偏强,10—11月接近常年。9月印缅槽偏强与副热带高压异常偏北共同导致了长江中下游以北至黄河下游地区多雨;10—11月东部地区水汽条件整体偏差。9—10月近海台风频繁活动,造成华南地区降水偏多。2023年秋季我国气候受到大气季节内变化的显著作用,热带海温异常的影响不典型。     

多种模式降水预报的稳定性特征研究

预报的稳定性是指对同一时段在不同时间发布的多时效预报结论的一致性,是模式预报质量的一个重要方面,较大的不稳定性会给使用者造成困扰。为深入了解业务常用模式的稳定性,使用相对标准偏差指标计算不同时效预报的降水量波动大小,并改进了Flip-Flop指数（改进后简称FFnorm）,计算多时效降水量预报变化趋势的翻转程度,衡量预报变化趋势的稳定性,对2种全球模式（ECMWF、NCEP-GFS）、3种区域模式（CMA-MESO、CMA-SH9、HHUPS-ST）,在中国6个气候分区中降水预报的稳定性进行对比分析,分为实况有降水和暴雨及以上降水2种情况进行了讨论。结果表明：实况有降水时,相对区域模式来说,全球模式的多时效降水预报的相对标准偏差较小,即模式降水量预报的波动较小;各模式对西南区的西部、东北区的东部以及华南区的南部预报的波动性相对较小,西北区的西部波动性较大。就多时效降水量预报变化趋势而言,2种情况下均为CMA-MESO、NCEP-GFS和 ECMWF的稳定性较好,其FFnorm指数小于HHUPS-ST和CMA-SH9模式,其中CMA-MESO对西南区、华南部分地区降水量预报变化趋势的稳定性较为突出;CMA-SH9的指数最大,多时效降水量预报变化趋势稳定性较差;各模式对长江中下游地区的FFnorm指数相对较大,多时效预报趋势的稳定性较差。有降水时,CMA-MESO随时效临近的降水量预报变化趋势稳定（单调递增、单调递减或不变）的频次最多,其次是NCEP-GFS,2种降水情况下,该2种模式的降水量预报均为随时效临近单调递增次数大于递减次数,且CMA-MESO单调递增特征尤其显著。以上特征能够为模式调试和预报决策提供参考。     

基于印度洋海温信号的我国西北地区东部夏季降水组合降尺度预测方法研究

利用国家气候中心第二代气候模式预测业务系统(BCC-CPSv2)预测产品,引入印度洋海温信号,采用组合降尺度方法建立了西北地区东部汛期降水预测模型。该预测模型对1991—2017年西北地区东部夏季降水的回报技巧较BCC-CPSv2预测技巧显著提高,空间相关系数由0.42提高到0.75,均方根误差明显减小,最多下降达80%。预测模型对降水空间分布型的预测能力较好,很好地回报了典型年份（1987年和2010年）夏季的降水距平百分率分布。通过抓住气象变量的空间分布特征,组合降尺度方法可以修正动力模式产品的预测误差,为西北地区东部夏季降水预测提供科学依据和技术支持,具有较好的应用前景。     

东亚夏季风降雨的可预报性研究

本文根据CMAP(The Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation)观测资料,使用相关系数和均方根误差,对CHFP2(Coupled Historical Forecast Project, phase 2 )的2个模式对东亚夏季降雨的季节预报技巧作出评价。在完美模式的理论框架下,分别使用基于信噪比的潜在相关系数和基于信息熵的潜在可预报性指标,对该区域主要针对夏季降雨的可预报性作出评价。通过最可预报分量分析(PrCA),得到季节降雨的最可预报型。将最可预报型投影到海温场,得到了降水最可预报型对应的海温分布。研究发现:相关系数所反映的预报和观测的线性相关程度总体上是低纬度海洋区域比高纬度陆地区域高,而均方根误差反映的则是在海洋区域降雨预报偏离实际值的程度较陆地区域大,预报水平与目前降雨的季节预报水平相符。潜在可预报性估计表明,潜在可预报率存在空间上的变化,从低纬度向高纬度、从海洋到内陆,呈衰减趋势。同时,信号和噪音的分析表明,信号成分占主导作用,形成了潜在可预报率的空间分布格局,暗示了海洋外强迫的重要作用;中国大陆缺少像海洋区域那样明显的外强迫,因此降水季节预报技巧相比热带海洋区域非常有限。海温投影的分析表明海洋的外强迫是东亚降雨季节预报的重要来源。尽管厄尔尼诺本身的复杂性,它对东亚夏季风的重要影响及其与东亚降雨预报之间的遥相关揭示了它们内在的联系。     

1949—2019 年影响山东的热带气旋时空分布及极端降水和大气环流异常

使用中国气象局热带气旋资料中心的热带气旋最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析资料提供的月平均数据,对北上影响山东的热带气旋（tropical cyclone,TC）及其造成的极端降水进行统计分析,并揭示了有利于 TC北移影响山东的大气环流特征。结果表明：影响山东的 TC主要出现 于 6—9 月,其中盛夏时节（7、8 月）TC对山东影响最大;TC影响山东时,强度主要为台风及以下等 级,或已发生变性;TC会引发山东极端降水事件,TC极端降水多出现在夏秋季（7—9 月）,其中8月的占比最大,9月次之,TC降水在极端降水事件中的占比约为 10%,但年际变化大,有些年份占比达60%以上,特别是1990 年以来 TC对极端降水的贡献显著增强;影响山东的 TC主要生成于西 北太平洋,多为转向型路径;当500 hPa位势高度异常场呈太平洋一日本遥相关型的正位相时,TC更易北上影响山东,此时西北太平洋副热带高压位置偏北,其外围气流会引导TC北上转向,对华东地区造成影响;850 hPa上,南海至西北太平洋存在异常气旋式环流,对流活跃,夏季风环流和季风槽加强,有利于TC的生成和发展,同时,华东、华南上空有异常上升运动,涡度增大,垂直风切变减小,水汽充沛,TC登陆后强度能得到较好的维持。     

奇异谱分析方法在夏季降雨预测中的应用

运用奇异谱分析方法对石家庄市83年降水进行了统计分析，结果表明：石家庄市近百年夏季降水的趋势变化不太显著，主要以波动变化为主，主振荡周期分别为5－6年、10年左右及30－40年左右的长周期变化，各重建分量振幅、位相具有明显的年代际变化。利用重建分量进行降水趋势预测，1998－2001年试报表明，效果较好。