2000年后中国北方东部地区夏季极端降水减少及水汽输送特征

本文研究了1961～2016年中国北方东部地区夏季极端降水日数和极端降水贡献率的年代际变化特征,并进一步分析了该地区极端降水和普通降水的大气环流和水汽输送的差异。主要的研究结果表明:1961～2016年中国北方东部地区夏季极端降水日数和极端降水贡献率在2000年前后发生显著年代际变化,2000年后夏季极端降水天数和极端降水贡献率显著减少。与1984～1999年相比,2000～2016年在对流层高层从欧洲大陆、中亚到东北—蒙古地区,位势高度异常呈现出“正—负—正”的大气波列,从而造成北方东部地区上空为正压的位势高度正异常控制,伴随着下沉运动,大气层结趋于稳定,这些环流条件不利于极端降水发生。2000年后负位相的太平洋年代际振荡（PDO）和正位相的北大西洋多年代际振荡（AMO）共同加强了北方东部地区上空的正位势高度异常。进一步研究表明,极端降水与普通降水的水汽输送和收支以及关键的局地大气系统存在着显著差异,较普通降水而言,极端降水在南北向水汽输送和收支上更强;北方东部地区低空为较强的闭合低压控制,并不断受到高层高位涡空气下传的影响。     

1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次年际尺度偶极子模态特征

基于观测和再分析资料,本文研究了近几十年来1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次年际变异主导模态特征及与其相联的大气背景场。结果表明,1980—2019年冬季(12月—次年2月)该地区阻塞高压频次年际变异的主导模态存在明显月际差异:12月表现为北大西洋东部-欧洲西部地区阻塞高压频次的显著同位相变化,1月为北大西洋东部-欧洲西部与乌拉尔山地区阻塞高压频次的具有显著的反位相变化即偶极子模态,2月则为北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次的显著同位相变化。进一步研究表明:1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次偶极子模态与同期局地纬向西风、纬向风垂直切变、经向位涡梯度等大气背景场异常偶极型变化相联系。当乌拉尔山地区关键大气背景场为负异常,而北大西洋东部-欧洲西部为正异常时,两个地区阻塞高压频次分别增加和减少,呈现偶极子模态;反之亦然。阻塞高压频次偶极子模态及相关的背景环流异常可通过调节水平温度平流、垂直运动和水汽输送等来影响1月欧亚北部气温和降水,以及它们的极端事件频次。当阻塞高压频次偶极子模态处于正位相时,乌拉尔山北部(南部)和欧洲南部增温(降温),极端暖、冷事件频次分别增加(减少)和减少(增加),斯堪的纳维亚半岛北部降温且极端暖事件减少,乌拉尔山及东北亚地区降水和极端降水频次减少而欧洲大陆部分地区增加;反之亦然。此外,在冬季仅1月阻塞高压频次年际变异主导模态表现为偶极子模态可能与关键大气背景场气候态及其变异的月际差异密切相关。     

北太平洋涛动与台风和飓风频次的关系研究

研究了北太平洋涛动(NPO)和西太平洋台风及热带大西洋飓风频次的联系. 结果表明, 在1949~1998年这50 a间, NPO和西太平洋台风频次的相关系数是0.37, 而和热带大西洋飓风频次的相关系数是-0.28, 都达到了95%的置信度水平. 进一步的研究揭示: 6~9月NPO的变化和西太平洋及热带大西洋区的纬向风垂直切变幅度、海平面气压以及海表面温度、区域大气辐散辐合等存在显著的关联, 而这些气候环境的变化都和台风及飓风生成与发展的热力或动力过程密切相关. 这就是NPO与台风及飓风频次相联系的原因. 还进一步研究了与NPO有关的大气遥相关以及两个区域大气环流的变化, 以便进一步理解NPO和台风及飓风活动频次的联系. 最后分析了一个海气耦合模式的积分结果, 初步印证了由观测资料所得到的结论.     

南极涛动异常及其对冬春季北半球大气环流影响的数值模拟试验

利用IAP9L-AGCM模式考察了模式中与南极涛动异常相关的海温敏感区，发现南半球高纬海温异常能够强迫出南极涛动异常，而赤道东太平洋海温异常与太平洋南美型密切相关.研究了南极涛动异常对冬春季北半球大气环流及亚洲北部气温的影响，结果表明，南极涛动加强，能够引起北半球高纬环流异常和欧亚西风加强，以及亚洲北部地表气温和850 hPa气温显著增温.数值模拟支持了已有的诊断结果，也证实了冬春季节南极涛动异常下两半球高纬间的经向遥相关存在.     

西北太平洋区域纬向风垂直切变的气候特征研究

西北太平洋区域纬向风垂直切变的变化是影响西北太平洋热带气旋生成和发展的一个重要的动力因子,弱的纬向风切变有利于热带气旋的发生、发展。文中将西北太平洋区域纬向风垂直切变幅度(MWS)定义为850与200 hPa的纬向风之差的绝对值,以研究MWS的气候特征。结果表明,西北太平洋区域的MWS有两个主要空间模态,第1空间模态表现为在15°N以南的热带西太平洋存在MWS东西向变化相反的两个区域,20°N附近的热带西太平洋MWS的变化与其以北海区的MWS的变化相反。第2空间模态表现为在热带太平洋140°E东、西的变化相反。研究了两个模态相关的大气环流特征,发现去掉强ENSO信号后,第1模态不但与低纬度大气环流有关,而且还与南、北半球中高纬度的大气环流有关,第2模态主要与热带西太平洋和北太平洋局地大气环流有关。另外,第1模态的时间系数与赤道东太平洋海温、西北太平洋台风生成频次有着密切联系;第2模态时间系数与西北太平洋台风活动频次联系密切。     

卑尔根气候模式中亚洲—太平洋涛动和影响西北太平洋热带气旋频数的环流背景的关系

利用挪威卑尔根的全球大气-海洋-海冰耦合模式的300年气候态数值积分结果,结合观测资料,分析了夏季亚洲-太平洋涛动(APO)的年际变化对与西北太平洋热带气旋生成频数相关联的大尺度环流背景的影响。模式结果表明,当夏季APO异常偏强(弱)时,西太平洋副热带高压位置偏东(西)偏北(南),南亚高压位置偏北(南),西北太平洋低层大气异常辐合(辐散),高层大气异常辐散(辐合),对流活动加强(减弱)。这种环流背景条件有(不)利于西北太平洋热带气旋的发生发展,西北太平洋热带气旋频数因而偏多(少)。     

全球气候变暖背景下索马里急流变化的预估研究

索马里急流的变化对亚洲季风和气候变动具有重要的影响,未来索马里急流到底会如何演变?如何受全球变暖的影响?针对这个问题,文中利用IPCC第四次评估报告(IPCC AR4)的多个海气耦合模式的模拟结果,评估了多个模式在当前气候(20C3M)条件下对夏季低空索马里急流的模拟能力;预估模式在SRESA2排放情景下对21世纪(2010-2099)的索马里急流变化.研究结果表明,18个模式在现代气候条件下对索马里急流有较好的模拟能力;18个模式的集合平均结果预测夏季索马里低空急流在21世纪的变化过程是:初期(2010-2040)增强至减弱,中期(2050-2060)增加至最强,末期(2070-2090)减至最弱.与现代气候条件模拟结果相比,夏季索马里低空急流在未来气候变暖背景条件下是趋于减弱的过程,在21世纪末期最弱.研究还表明了夏季低空索马里急流的变化幅度与全球平均气温的变化幅度是一个非线性的关系,各模式对二者关系的描述存在不确定性,鉴于索马里急流对印度季风和东亚季风及中国气候的重要性,索马里急流的变化规律和未来演变是科学界特别需要深入研究的问题.     

A STATISTICAL PREDICTION MODEL FOR SPRING RAINFALL OVER NORTHERN CHINA BASED ON THE INTERANNUAL INCREMENT APPROACH

The spring (March-April-May) rainfall over northern China (SPRNC) is predicted by using the interannual increment approach. DY denotes the difference between the current year and previous years. The seasonal forecast model for the DY of SPRNC is constructed based on the data that are taken from the 1965-2002 period (38 years), in which six predictors are available no later than the current month of February. This is favorable so that the seasonal forecasts can be made one month ahead. Then, SPRNC and the percentage anomaly of SPRNC are obtained by the predicted DY of SPRNC. The model performs well in the prediction of the inter-annual variation of the DY of SPRNC during 1965-2002, with a correlation coefficient between the predicted and observed DY of SPRNC of 0.87. This accounts for 76% of the total variance, with a low value for the average root mean square error (RMSE) of 20%. Both the results of the hindcast for the period of 2003-2010 (eight years) and the cross-validation test for the period of 1965-2009 (45 years) illustrate the good prediction capability of the model, with a small mean relative error of 10%, an RMSE of 17% and a high rate of coherence of 87.5% for the hindcasts of the percentage anomaly of SPRNC.     

用年际增量方法预测华北汛期降水

建立了一个华北汛期（7—8月）降水预测的新方法：通过预测华北汛期降水的年际增量（当年的变量值减去前一年的值）,进而预测华北汛期降水．通过考察与华北汛期降水年际增量相配合的年际增量的大气环流,从中确定5个关键的预测因子;然后,采用多元线性回归方法建立一个华北汛期降水年际增量的预测模型．首先预测出降水的年际增量,然后再预测华北汛期降水（将当年预测的降水年际增量值加上前一年实际的降水量值）．华北汛期降水年际增量的预测模型在1965—1999年中拟合率是0．8,对华北降水距平百分率的拟合平均均方根误差是19％．利用新预测模型回报2000～2007年,对降水距平百分率的回报的平均均方根误差是21％．预测模型能再现1965～2006年华北汛期降水的下降趋势．由于目前我国汛期降水预测水平是60％～70％,华北地区的降水预测更为困难,因此,通过预测降水的年际增量,进而再预测降水率的新方法能显著地提高华北汛期降水预测水平,并具有潜在的应用意义．     

基于CFS模式的中国站点夏季降水统计降尺度预测

本研究针对中国夏季站点降水,研制建立了基于Climate Forecast System(CFS)实时预测数值产品及观测资料的统计降尺度预测系统。此预测系统选取了CFS模式中当年夏季500 hPa高度场和观测资料中前一年秋、冬季海表面温度场作为预测因子,两因子的关键区分别为泛东亚地区和热带太平洋地区。统计降尺度模型对1982~2011年中国夏季降水的回报效果较CFS模式原始结果显著提高,空间距平相关系数由0.03提高到0.31,时间相关系数在中国大部分地区显著提高,最大可达0.6。均方根误差较CFS模式原始结果明显降低,同时,此降尺度模型较好的回报出2011年汛期降水的距平百分率的空间分布型。