我国短期气候动力预测模式系统的研究及试验

气候和气候异常对我国的国民经济发展具有重大影响,为提高短期气候预测的准确率,研究动力气候模式短期气候预测新技术至关重要.通过近5年的努力,建立了一套出月动力延伸预报模式,海气耦合的全球气候模式(AGCM+OGCM+海冰+高分辨率印度洋-太平洋海盆模式),区域气候模式季和年际尺度的业务动力模式组成的系统.初步把我国的短期气候预测水平由经验统计方法提高到定量和客观分析的水平上.在此基础上,已建成了一个具有物理基础的统计方法与气候动力模式相结合的综合气候预报系统.     

我国西北地区21世纪季节气候变化情景分析

使用各国政府间气候变化专门委员会(IPCC)数据分发中心提供的7个全球海气耦合气候系统模式(CCC、CCSR、CSIRO、DKRZ、GFDL、HADL、NCAR)的模拟结果,对我国西北地区未来21世纪考虑温室气体增加(GG)和温室气体与硫化物气溶胶共同影响(GS)时,冬夏季的气候变化情景进行了分析.模式集成结果分析表明,我国西北地区的变暖趋势与全球、东亚和中国一致,但变暖幅度明显高于全球、东亚和中国.对未来100年各个季节线性倾向的分析表明,西北地区GG和GS时都是冬季变暖最大,可高达5～8℃/100a,且整个西北地区中新疆地区为最大变暖区.21世纪由于人类活动,西北地区最低温度和最高温度都将明显升高,其线性趋势可达4～6℃/100 a.由于全球气候模式对区域尺度的模拟存在较大的不确定性,未来需要作更多的深入研究.     

印度夏季风与中国华北降水的遥相关分析及数值模拟

20世纪80年代中国学者揭示了印度夏季风与中国华北降水的正相关关系,以后国内外又有一些研究证实了这种正相关关系的存在.文中利用1951-2005年多种气象资料和数值模拟方法,详细讨论了印度夏季风和中国华北地区夏季降水的关系,并针对由印度西北部经青藏高原到中国华北地区形成的正、负、正的遥相关型,从动力因子和热力因子两方面探讨了其中的内在联系,所得结果不但确证了以往的结论,而且进一步揭示了印度夏季风对华北地区降水的影响机制.结果表明:(1)印度夏季风强(弱)时,华北地区容易出现降水偏多(少)的天气;华北地区降水偏多(少)时,印度夏季风偏强(弱)的机率却低一些,这说明印度夏季风的异常变化对华北地区夏季降水有更大的影响.(2)印度夏季风强度主要受印度季风槽的影响,在印度季风槽加深的同时,中高纬的低压槽也加深发展,而这时西太平洋高压脊西伸,来自低纬的西南风水汽输送和源于西太平洋的副热带高压南侧的东南风水汽输送共同作用,有利于华北地区的降水偏多;反之则不利于华北地区的降水.(3)区域气候模式模拟结果也很好地模拟出印度夏季风和华北夏季降水的遥相关关系,其相应的环流异常系统与诊断分析结果非常一致,这从另一方面证实了这种遥相关关系的存在和可靠性.     

亚洲—太平洋季风区的遥相关研究

亚洲-太平洋季风区各季风子系统间的相互作用对季风区甚至全球的气候变化都有非常显著的影响.文中根据国内外相关研究,重点分析和评述了在亚洲-太平洋季风区中4种季节内时间尺度的遥相关关系,清楚地揭示了印度夏季风、东亚夏季风和西北太平洋夏季风之间的相互作用.研究发现:(1) 在亚洲季风爆发初期,印度夏季风的爆发相对于中国长江流域梅雨的开始存在相差大约两周的超前关系,形成从印度西南部经孟加拉湾到达中国长江流域及日本南部的遥相关型,即"南支"遥相关型.(2) 在季风盛行期间,长江流域降水明显受热带西北太平洋夏季风的影响,与西北太平洋夏季风降水呈反相关关系,即当季风减弱时,长江流域夏季降水偏多.(3) 与长江流域降水相反,华北雨季(7月第4候-8月第3候)则与西北太平洋夏季风降水呈正相关关系,当西北太平洋夏季风强时,西太平洋副热带高压异常偏北偏东,副高西南侧的异常东南水汽输送在中国华北地区上空辐合,给该地区降水偏多提供了充足的水汽条件.(4) 华北夏季降水同时还与印度夏季风呈正相关关系,在夏季风盛行期间,形成由印度西北部经青藏高原到中国华北地区的西南-东北走向的遥相关型,即"北支"遥相关型. 上述4种遥相关关系,反映了亚洲夏季风季节北推过程中,印度夏季风、东亚夏季风和西北太平洋夏季风子系统之间的关联.     

东亚冬季风对ENSO事件的响应特征

基于美国NOAA在ENSO诊断分析中使用的海洋Ni?o指数 （Oceanic Ni?o Index, 简称ONI）,将1950～2005年冬季分成强El Ni?o、强La Ni?a、弱El Ni?o、弱La Ni?a和没有发生ENSO事件5类,用分类合成方法研究了冬季东亚大气环流对ENSO事件的响应。结果表明,在低纬度,大气环流对ENSO事件的响应具有较明显的准线性特征,即大气对海洋暖事件与冷事件的响应大致是反位相的,对弱ENSO事件的响应与强ENSO事件相似但强度较弱。中高纬度大气环流与ENSO事件也有一定的联系,但同等强度暖事件与冷事件下大气环流距平场上的系统分布没有呈现明显的反位相,表明大气对海温异常的响应是复杂的。强El Ni?o事件时大气的响应信号显著,主要表现在东亚中高纬西风气流增强, 亚洲北部地区气温偏高,距平风场上的切变线从长江中下游向东伸展,菲律宾海距平反气旋西北侧的偏南气流和南支槽前西南气流加强,其共同作用使南海和中国东南沿海出现显著的偏南风距平;强La Nia事件时,长江中下游向东伸展的脊线不明显,中国南方至南海处于偏北风距平区,但通过统计检验的范围减小;弱El Ni?o事件时,菲律宾海距平反气旋西北侧的西南气流偏东,与南支槽前西南气流分开,使得华南和南海的偏南风距平没有强El Ni?o时显著; 弱La Ni?a事件时,西风带纬向气流减弱,亚洲北部地区气温偏低。对ONI指数与亚洲北部温度指数（NTI）的散点图的分析显示,9个强El Ni?o冬季中有8年亚洲北部温度距平偏高,7个弱El Ni?o冬季中只有1年温度偏高;8个强La Ni?a冬季有4年温度偏低,12个弱La Ni?a冬季中有11年温度偏低;亚洲强暖冬和强冷冬的发生与ENSO事件的联系不紧密。     

江淮地区梅雨的新定义及其气候特征

用Cressman客观分析方法得到我国1954～2005年0.5°×0.5°的逐日降水格点资料,并定义了一个新的江淮地区的 “广义梅雨评定标准”,研究了包括长江中下游地区和淮河流域地区的整个江淮地区（28°N～34°N,110°E～122°E）梅雨期降水的气候特征。结果表明:江淮梅雨有显著的年际和年代际变化特征,主要存在2～3年、6～8年、 12～15年和18～20年的周期变化,2～3年的显著周期主要集中在20世纪70年代末以后。江淮地区梅雨在1965年前后、70年代末～80年代初和90年代初发生了三次显著的气候跃变。最后,从季风气流的水汽输送和副热带高压及阻塞高压的稳定维持三个方面讨论了江淮梅雨丰梅年和弱梅年时大气环流的异常特征。     

长江下游夏季降水与东亚夏季风及春季太平洋海温的关系

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料、NOAA月平均海表温度资料及中国站点逐日降水资料,研究了长江下游夏季降水、东亚夏季风(区分南海热带夏季风和副热带夏季风)及春季太平洋海温之间的关系。结果表明,南海夏季风强度与长江下游夏季降水量呈反相关,而副热带夏季风强度与长江下游夏季降水量呈正相关;春季赤道东太平洋海温与当年长江下游夏季降水存在正相关,是夏季长江下游夏季降水变化趋势的较好前期预测信号;南海夏季风和副热带夏季风强度对春季赤道东太平洋海温异常的响应是相反的。     

夏季长江中下游旱涝年季节内振荡气候特征

利用1951—2004年我国740站逐日降水资料对夏季长江中下游典型旱涝年季节内振荡周期、强度和位相等特征进行合成对比分析发现:长江中下游涝年降水季节内振荡周期较旱年长, 涝年以30~60 d周期为主, 而旱年以10~30 d周期为主。旱涝年长江中下游地区夏季降水的10~30 d振荡整体上均强于30~60 d振荡; 10~30 d及30~60 d振荡, 涝年的强度都大于旱年。季节内振荡在旱年的北传较涝年强, 能达到50°N附近; 而涝年不仅有明显的季节内振荡从低纬度地区向北传播, 同时还有弱的振荡从中高纬度地区向南传播, 两者汇合于长江流域形成强的振荡中心。影响我国低频降水的低频异常环流分布模态在旱涝年是一致的, 但涝年的低频环流强于旱年, 而这种低频环流场的差异正是造成涝年的低频降水强于旱年的原因之一。     

云南雨季开始期东亚副热带西风急流变化和冷空气活动

利用1961—2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料和云南站点降水资料,通过数理统计和动力诊断方法分析了东亚副热带西风急流(东亚急流)的低频变化特征、形成机理及其与云南雨季开始的关系。研究显示,东亚急流南移增强是云南雨季开始的重要触发因子,即伴随云南雨季开始东亚急流明显南移且强度增强,急流入口区的垂直环流也随之南移增强,而云南正好处于垂直环流上升支的影响范围;与此同时,东亚中纬度冷空气活跃,急流入口区的垂直环流下沉支为干冷气流,十分有利于对流层中低层冷暖空气在云南交汇形成降水。上述过程与欧亚大陆中高纬10～30天低频波列(EU型)的传播密切相关,当波列上的冷性气旋在东亚上空向东南方向移动时即可造成副热带西风急流的增强南移和冷空气的活跃南下。分析还显示EU型波列对4—7月的云南降水也有显著影响,并且波列的年际异常及其与夏季风的相互作用是影响云南雨季开始早晚的重要原因。      

未来百年东亚夏季降水和季风预测的研究

利用最新一代气候模式结果对政府间气候变化委员会0PCC）SRESA1B情景（中等排放情景）下的东亚夏季降水和季风环流未来演变特征进行了预测．结果表明,东亚地区的降水在未来将会增加,在21世纪40年代末（2040s年代末）出现阶段性变化,在此之前降水的增加量较小（～1％）,并有较明显的振荡特征,而在2040s年代末之后降水明显增加（～9％）,中国东部地区进入全面的多雨期．这种变化以华北最为明显,华南和长江中下游地区次之．而气候模式对未来中国东部夏季降水型预测的EOF分析表明,未来百年中国东部的雨型将以多雨型为主,相应的时间系数在2040s年代末后进入正位相的高值期,而其它降水型的方差贡献较小,无明显变化趋势．相应,未来东亚地区的夏季风环流将会加强,在低层这主要是由于西北太平洋地区的副热带反气旋西北侧西南气流加强的结果;而在高层主要是由于南亚上空异常反气旋东侧东北气流加强的结果．这一季风环流的加强在中国东部也呈现出阶段性的变化特征,在2040s年代末之后东亚夏季风得到全面加强．同时,未来东亚大气中的水汽含量将会逐渐增加,进入中国东部地区的西南水汽输送在2040s年代末也出现阶段性的增强．这说明,在全球气候变化的背景下,东亚地区的水循环和环流场对全球变暖的响应基本一致,即降水和水汽的增加对应着季风环流的加强,降水的变化是气候变暖条件下动力和热力学因子共同作用的结果．