Sub-seasonal Prediction of the South China Sea Summer Monsoon Onset in the NCEP Climate Forecast System Version 2

This study depicts the sub-seasonal prediction of the South China Sea summer monsoon onset(SCSSMO) and investigates the associated oceanic and atmospheric processes, utilizing the hindcasts of the National Centers for Environmental Prediction(NCEP) Climate Forecast System version 2(CFSv2). Typically, the SCSSMO is accompanied by an eastward retreat of the western North Pacific subtropical high(WNPSH), development of the cross-equatorial flow, and an increase in the east-west sea surface temperat...     

Why Was the Strengthening of Rainfall in Summer over the Yangtze River Valley in 2016 Less Pronounced than that in 1998 under Similar Preceding El Niño Events?——Role of Midlatitude Circulation in August

It is widely recognized that rainfall over the Yangtze River valley (YRV) strengthens considerably during the decaying summer of El Niño, as demonstrated by the catastrophic flooding suffered in the summer of 1998. Nevertheless, the rainfall over the YRV in the summer of 2016 was much weaker than that in 1998, despite the intensity of the 2016 El Niño having been as strong as that in 1998. A thorough comparison of the YRV summer rainfall anomaly between 2016 and 1998 suggests that the difference was caused by the sub-seasonal variation in the YRV rainfall anomaly between these two years, principally in August. The precipitation anomaly was negative in August 2016——different to the positive anomaly of 1998. Further analysis suggests that the weaker YRV rainfall in August 2016 could be attributable to the distinct circulation anomalies over the midlatitudes. The intensified "Silk Road Pattern" and upper-tropospheric geopotential height over the Urals region, both at their strongest since 1980, resulted in an anticyclonic circulation anomaly over midlatitude East Asia with anomalous easterly flow over the middle-to-lower reaches of the YRV in the lower troposphere. This easterly flow reduced the climatological wind, weakened the water vapor transport, and induced the weaker YRV rainfall in August 2016, as compared to that in 1998. Given the unique sub-seasonal variation of the YRV rainfall in summer 2016, more attention should be paid to midlatitude circulation——besides the signal in the tropics——to further our understanding of the predictability and variation of YRV summer rainfall.     

Sub-seasonal to Seasonal Hindcasts of Stratospheric Sudden Warming by BCC_CSM1.1(m):A Comparison with ECMWF

This study focuses on model predictive skill with respect to stratospheric sudden warming(SSW) events by comparing the hindcast results of BCC_CSM1.1(m) with those of the ECMWF's model under the sub-seasonal to seasonal prediction project of the World Weather Research Program and World Climate Research Program. When the hindcasts are initiated less than two weeks before SSW onset, BCC_CSM and ECMWF show comparable predictive skill in terms of the temporal evolution of the stratospheric circumpolar westerlies and polar temperature up to 30 days after SSW onset. However, with earlier hindcast initialization, the predictive skill of BCC_CSM gradually decreases, and the reproduced maximum circulation anomalies in the hindcasts initiated four weeks before SSW onset replicate only 10% of the circulation anomaly intensities in observations. The earliest successful prediction of the breakdown of the stratospheric polar vortex accompanying SSW onset for BCC_CSM(ECMWF) is the hindcast initiated two(three) weeks earlier. The predictive skills of both models during SSW winters are always higher than that during non-SSW winters, in relation to the successfully captured tropospheric precursors and the associated upward propagation of planetary waves by the model initializations. To narrow the gap in SSW predictive skill between BCC_CSM and ECMWF, ensemble forecasts and error corrections are performed with BCC_CSM. The SSW predictive skill in the ensemble hindcasts and the error corrections are improved compared with the previous control forecasts.     

东亚夏季风次季节变化研究进展

东亚夏季风次季节（10~90 d）变化是中国夏季持续性强降水、高温热浪等高影响天气事件的重要环流载体,处于天气预报上限和气候季节预测下限之间的预报过渡区。研究表明:东亚夏季风次季节变化是东亚夏季风的固有物理特征,它和季节进程之间的时间锁相关系是东亚夏季风次季节变化潜在可预报性的重要来源。东亚夏季风次季节变化与Madden-Julian振荡（MJO）存在显著差异,试图通过MJO来预测东亚夏季风次季节变化的不确定性较大。东亚夏季风次季节预测的另一重要来源是下垫面外强迫,包括欧亚大陆春季积雪、中国东部春季土壤湿度和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）事件。此外,去趋势偏-交叉相关分析统计方法能够分析东亚夏季风多因子和多时间尺度问题。目前,亟需解决的科学问题包括:东亚夏季风次季节模态的客观定量描述、造成东亚夏季风次季节模态年际变化的关键物理过程、不同外强迫因子对东亚夏季风次季节模态的共同影响。     

S2S气候模式产品在黄河流域径流预测中的应用

次季节气候和径流预测是主动减灾的一个关键。基于国家气候中心第三代气候模式系统的次季节到季节模式(CMA-CPS v3 S2S)的气候预测信息和HBV水文模型,应用集合预测技术研发了未来40 d时段平均径流量和时段内极端干旱概率预测模型,应用平均方差技巧评分、距平相关系数、相对操作特征曲线面积、布赖尔技巧评分开展了回报检验,并检验了2021年黄河流域径流异常预测效果。结果表明,所建模型能够以较高技巧预测黄河流域未来40 d时段平均的径流量,且表现出枯季预测技巧高、湿季技巧低的季节差异;对秋末11月和冬季3个月(12月、1月、2月)的极端干旱概率预测也有较高技巧。对于2021年5—8月黄河上中游干旱和9—10月的秋汛,该方法正确预测了除6月、9月外的其他4个月的径流异常方向,但异常程度与实况存在差异。对径流预测水平影响因素的进一步分析表明,S2S降水预测能力影响径流预测水平,特别是丰水期的径流预测,但还有降水之外的其他因素影响径流预测技巧。     

近16 a来冬季欧亚大陆中纬度地区低温事件频发及其成因

利用ECMWF的ERA-Interim再分析资料和NOAA/NCDC站点资料,通过逐日气温的季节内方差,构造了冬季冷强度指数,并研究了近16 a来欧亚大陆中纬度地区低温事件频发的原因。结果表明:近16 a来,欧亚大陆中纬度地区极端低温天气发生频率呈显著上升趋势,对应在欧洲西北部、西伯利亚以及东亚地区冬季冷强度增强趋势明显,但冬季季节内温度方差增强趋势不明显,表明新构造的冷强度指数能更好地刻画低温事件的总体变化特征。近年来欧亚大陆中纬度地区寒潮事件频发且持续时间加长,相应地,西伯利亚高压增强并向西北扩展,伴随着欧亚大陆中高纬度地区北风增强,西风减弱,对应冬季平均气温也出现显著下降趋势,导致冬季冷强度不断增强。进一步分析温度平流各项发现,近年来冬季欧亚大陆中纬度地区以冷平流为主,纬向与经向温度平流分量同等重要,除经向风及经向温度梯度变化项的作用外,纬向风与纬向温度梯度变化项也起着重要的作用。温度平流各项对各个地区的贡献不同,经向风与经向温度梯度的变化主要促使西伯利亚地区降温,纬向风变化项主要引起欧洲地区降温,纬向温度梯度变化项主要使东亚地区降温。     

西南地区汛期降水次季节变化主模态的低频环流传播路径特征

【目的】本文探讨中国西南地区汛期（5~9月）降水次季节变化的主模态,以及中高纬和热带次季节波动如何影响该地区持续性异常低频降水,以期能为了解和预测西南地区汛期降水的次季节变化提供参考。【方法】利用西南地区111个地面气象站1961~2015年逐日降水资料和JRA-55再分析环流场资料,采用EOF经验证交分解方法,分析西南地区汛期降水次季节变化主模态的低频环流特征和传播路径。【结果】西南地区汛期逐日降水主模态的空间分布为南北纬向型分布,空间特征向量高值区域分布在西南地区的南部和东南部,其高值区对应的SWDR与PC1的相关系数达0.991（通过0.05信度检验）,PC1气候平均值的显著周期为12.9 d,且逐年PC1的显著周期主要集中在10~20 d时段,占比为60.0%;在PC1的典型低频年中,汛期季节内及其各分月的PC1均能较好地表征对应降水异常分布型的时间演变特征,且二者低频分量的正相关性更高（通过0.05信度检验）,即PC1低频分量均能更好地把握SWDPI低频分量的准双周振荡特征,尤其在6、7和8月,这可能与影响主模态降水异常分布型的同期大气低频环流信号更为稳定有关;PC1的季节内变化不仅与中国东南部和南海形成的对流异常偶极子有关,还与在西南地区对流层高层形成的位势高度异常偶极子息息相关,该对流异常偶极子的形成与前期菲律宾以东OLR正异常的西北向传播和巴尔喀什湖东南部OLR负异常的东南向传播有关,并且菲律宾以东被抑制的对流向西北方向传播总是伴随着低层的局部反气旋,而西南地区的西南部对流的增强（抑制）总是伴随着高层北部的负（正）位势高度异常,同时,西南地区对流层高层的位势高度异常偶极子的形成,与中高纬对流层高层类似Rossby低频波列东南向传播过程中在青藏高原东侧顺时针转向有关。【讨论】从气候背景看,影响PC1季节内变化的低频波列传播主要与两个方面的因子有关,一方面为对流层高层西风急流轴主体位置的南压和强度的增强,通过影响中高纬类似Rossby低频波列的东传南下,从而影响在西南地区对流层高层形成位势高度异常偶极子型分布,另一方面为印度季风槽的北抬加强了南海至菲律宾海域异常反气旋西北侧的西南气流,促使了西南地区低层异常气旋的形成,同时东亚季风槽的增强也利于热带西太平洋低频对流发展并向西北传播,从而影响在中国东南部和南海的形成的对流异常偶极子型分布。     

冬季东太平洋峡谷风的季节内变化及相联系的海气特征

基于高分辨的卫星资料和再分析资料,本文采用合成分析、相关分析和带通滤波等方法研究了季节内时间尺度上东太平洋峡谷风的变化,并首先发现冬季东太平洋峡谷风存在4~16 d的季节内变化周期。进一步分析表明在该时间尺度上峡谷风异常与局地海温异常之间的关系存在由负相关到正相关的明显转变,在峡谷风强度达到最大之前及最大时,峡谷风异常与局地海温异常之间的关系主要表现为大气对海洋的强迫作用,北风分量的加强使中高纬度干冷空气进入峡谷风地区,海表面的净热通量损失使得海温降低。在峡谷风强度达到最大之后其与局地海温异常的关系则转变为海洋对大气的强迫作用,冷海温异常可一直持续到峡谷风强度达到最大后的第六天。冷海温异常的维持使得湍流混合受到抑制,导致其上的海表面风速减小。此外,峡谷风的季节内变化可能与东太平洋至北美上空的大气环流异常及其演变有关。在湾区峡谷风达到最大之前,北太平洋海平面气压正异常逐渐东移南下并在其最大时到达墨西哥湾上空,使得北美高压增强,湾区两侧气压差增大,对应湾区峡谷风达到最大。     

次季节-季节尺度热带气旋活动研究和预测技术进展

从外部强迫和大气内部变率两个方面回顾次季节-季节尺度西北太平洋热带气旋活动的主要影响因子及相关机制研究进展,分析统计、动力及混合动力-统计混合3类预测技术的发展历史和现状,对该领域尚未解决的主要科学问题及预测技术发展趋势进行了探讨。     

关于骤旱研究的一些思考

骤旱是一类特殊的干旱现象,以快速发展为主要特征。在全球变暖背景下,骤旱可能会成为干旱的一种"新常态",亟须开展深入研究。针对目前存在的骤旱定义争论,本文指出其本质为如何理解骤旱与传统干旱之间的区别与联系,并从骤发性、持续性、爆发和消亡过程等方面进行阐述,指出骤旱的典型时间尺度为次季节尺度,应纳入多尺度干旱体系中。在此基础上,回顾了极端个例诊断分析、人类活动检测与归因、生态环境效应等方面的研究进展。认为：未来应加强骤旱驱动机制（包括内部变率和外部强迫）、骤旱与生态系统之间的相互作用、骤旱可预报性来源以及预测方法等方面的研究;应从全球变化的视角,利用地球系统科学的研究方法,发展先进的监测和模拟预测技术,以应对日益增加的骤旱风险。