Multi-Year Simulations and Experimental Seasonal Predictions for Rainy Seasons in China by Using a Nested Regional Climate Model （RegCM_NCC） Part Ⅱ： The Experimental Seasonal Prediction

A nested regional climate model has been experimentally used in the seasonal prediction at the China National Climate Center (NCC) since 2001. The NCC/IAP (Institute of Atmospheric Physics) T63 coupled GCM (CGCM) provides the boundary and initial conditions for driving the regional climate model (RegCM NCC). The latter has a 60-km horizontal resolution and improved physical parameterization schemes including the mass flux cumulus parameterization scheme, the turbulent kinetic energy closure scheme (TKE) and an improved land process model (LPM). The large-scale terrain features such as the Tibetan Plateau are included in the larger domain to produce the topographic forcing on the rain-producing systems. A sensitivity study of the East Asian climate with regard to the above physical processes has been presented in the first part of the present paper. This is the second part, as a continuation of Part I. In order to verify the performance of the nested regional climate model, a ten-year simulation driven by NCEP reanalysis datasets has been made to explore the performance of the East Asian climate simulation and to identify the model’s systematic errors. At the same time, comparative simulation experiments for 5 years between the RegCM2 and RegCM NCC have been done to further understand their differences in simulation performance. Also, a ten-year hindcast (1991–2000) for summer (June–August), the rainy season in China, has been undertaken. The preliminary results have shown that the RegCM NCC is capable of predicting the major seasonal rain belts. The best predicted regions with high anomaly correlation coefficient (ACC) are located in the eastern part of West China, in Northeast China and in North China, where the CGCM has maximum prediction skill as well. This fact may reflect the importance of the largescale forcing. One significant improvement of the prediction derived from RegCM NCC is the increase of ACC in the Yangtze River valley where the CGCM has a very low, even a negative, ACC. The reason behind this improvement is likely to be related to the more realistic representation of the large-scale terrain features of the Tibetan Plateau. Presumably, many rain-producing systems may be generated over or near the Tibetan Plateau and may then move eastward along the Yangtze River basin steered by upper-level westerly airflow, thus leading to enhancement of rainfalls in the mid and lower basins of the Yangtze River. The real-time experimental predictions for summer in 2001, 2002, 2003 and 2004 by using this nested RegCM NCC were made. The results are basically reasonable compared with the observations.     

ENSO发生前与发展初期赤道西太平洋西风异常的爆发问题

利用 NCEP/NCAR再分析资料 ,通过对 El Nino与 La Nina发生前与发展初期低层风场的合成分析 ,发现在赤道中东太平洋增暖当年的春季与夏季 ,赤道西太平洋存在两次显著的西风局地 ( 1 40°E～ 1 80 )增强过程。其原因并不仅仅在于印度洋的西风异常东移 ,更在于南北半球的经向风在该地区强烈辐合 ,造成局地气压梯度增强 ,促进西风加强并向东爆发 ;同时由于地球自转效应的作用 ,来自北半球的东北风到达赤道附近后转西北风 ,南半球的东南风转西南风 ,直接加强了西风的强度。对比分析南北半球经向风的作用表明 ,南半球东南风的强度与位置更稳定 ,对赤道西风两次增幅过程的贡献更大。这支南半球的经向气流来自高纬极区 ,与中高纬度气压场异常有直接的关系。     

东亚地区区域气候模拟的研究进展

由于大气环流模式对东亚地区区域气候特征的模拟存在很大不足,采用区域气候模式模拟该地区特殊的季风气候成为目前发展的一个重要研究方向,并取得了显著的研究进展。通过回顾当前东亚地区区域气候模拟的现状,表明大部分区域气候模式都不同程度地模拟出了东亚季风区持续性洪涝现象的大尺度环流特征和演变过程,再现了东亚各主要气候区降水的年际、季节和季节内变化及主要雨带的季节进退和降水的时空演变特征。但是,大部分模式没能很好地模拟出大尺度特征的强度和量值,模拟的温度和降水存在系统性偏差。原因分析表明,进一步完善和改进区域气候模式的物理过程参数化方案及动力框架可以改善模拟效果。最后对区域气候模式未来的发展给出展望。     

中国近百年温度曲线的对比分析

 温度变化是全球变化研究中非常重要的基础性问题,在中国近百年温度变化方面,十几年来已取得了明显进展,这首先表现在建立了若干条全国平均气温序列,而几条主要序列间的相关系数在0.73～0.97之间。同时,这些进展也表现在基础资料质量提高、空间覆盖面扩大、序列均一性改善以及结果可靠性提高等方面。对多序列进行综合分析得到的新结果显示,1906-2005年中国的年平均气温上升了（0.78±0.27）℃,2007年是我国近百年来最暖的一年;代表性分析显示,现有的几条中国温度序列中除覆盖完整的序列外,其他序列在1920或1930年代以前可能主要反映中国东部变化情况,但在此之后则能较好地代表全国大部分地区的气候变化特征。     

ENSO及其组合模态对中国东部各季节降水的影响

基于1961-2016年中国地面台站降水观测资料和多种再分析资料,分析了东部型和中部型两类厄尔尼诺事件对中国夏季水汽输送和降水的不同影响。结果表明：（1）厄尔尼诺事件对中国夏季降水的影响在发生当年和次年有明显的不同,主要影响是在其发生的次年,中国大部分地区的夏季降水明显偏多。（2）东部型厄尔尼诺事件当年夏季,西北太平洋副热带高压（副高）偏东偏弱,水汽输送条件较弱,不利于中国大范围降水的发生;中部型事件当年夏季,低纬度印度洋和西太平洋蒸发异常偏强,来自阿拉伯海、孟加拉湾和西北太平洋向华南地区的水汽输送和净水汽收支增加,有利于华南地区降水的异常增多。（3）东部型厄尔尼诺事件次年夏季,副热带太平洋蒸发异常偏强,副高西伸,由于东亚-太平洋（EAP）遥相关型的建立,副高西侧的强西南气流将来自太平洋蒸发的大量水汽持续输送至中国中东部地区。此外,在东亚-太平洋遥相关型影响下中高纬度地区建立了亚洲双阻型环流,其间的低槽冷涡与上游阻高之间的强偏北气流有利于北冰洋的水汽持续输送到西北和华北北部地区,中国大部分地区净水汽收支均增加,中国北方和南方地区的降水均产生了明显的同步性增多响应,形成了南北两条异常雨带。中部型厄尔尼诺事件次年夏季,副高较常年偏西且偏北,来自太平洋蒸发的大量水汽输送到江淮地区,使其净水汽收支增加和降水偏多。因此,厄尔尼诺事件的发生不仅对长江流域和淮河流域等南方地区的降水有重要影响,对华北、东北和西北地区的降水异常也有相当的作用。     

东亚冬季风中非地转风的初步研究

本文对非地转风在东亚冬季冷空气活动过程中的作用及影响非地转风的主要因子等问题进行了初步研究,并讨论了非地转风在有限区动能收支中的作用。结果表明,非地转风是冷空气过程中地面偏北大风加强的主要原因之一,非地转风次级环流使东亚高空西风急流和Hadley环流得以加强,而高空西风急流具有次地转的特征。变高、惯性平流和摩擦作用是影响非地转风的主要因子。此外,位温局地变化,位温平流和非绝热作用对非地转风的形成亦有相当大的贡献,但该三项非地转风分量的向量和接近于零。非地转风在有限区动能的收支中也起着十分重要的作用。     

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.     

印度洋海表温度主模态及其与亚洲夏季季风的关系

分析了印度洋SST主模态的时空特征,并探讨其对亚洲夏季季风的影响,结果表明:印度洋SST主模态的主要特征为整个海盆一致的增温趋势,主要具有准3a和准11a周期,在1976/1977年和1997/1998年分别具有两次年代际显著增温.印度洋SST主模态与中国雨区夏季降水有很好的关系,其增温趋势与华北、东北南部、华南东部和西南西部降水减少,长江中下游地区、东北北部和西北地区降水增多具有很好的关系,并与长江中下游梅雨雨量具有较好的正相关关系;其变化趋势对亚洲夏季季风系统具有显著影响,在高空,使南亚高压、高原南侧的高空东风以及从南海、东南亚至西南印度洋的高空越赤道气流减弱,但增强10°-20°N、40°-110°E的北风;在中层,使西北太平洋副热带高压强度偏强,面积偏大;在低层,增强索马里越赤道气流,但却削弱印度夏季季风低层环流,并且在加强东亚地区的低层南风在中国长江中下游地区及其以南地区的同时减弱华北地区的低层西南风;地面,使亚洲大陆的气压升高;与对流层整层垂直积分水汽输送通量的相关分布与低层环流的相似.因此,印度洋SST主模态的上升趋势是亚洲夏季季风趋于减弱和中国雨带南移的一个原因.     

LARGE-SCALE CIRCULATION CONDITIONS AFFECTINGTHE TYPHOON FORMATION OVER THENORTHWEST PACIFIC

A contrasting study of the large-scale circulation features responsible for months with many typhoons and months with tew typhoons has revealed that the frequency of typhoon formation over the Northwest Pacific is related to the following conditions:Over the Northwest Pacific, a well-defined ITCZ (Intertropical Convergence Zone) extending eastward to 160°E was displaced to 20°N. At 200 mb, an extensive anomalous anticyclonic circulation prevails over the western and central Pacific. The condition characteristic of a break in the monsoon prevailed in India. The monsoon trough at 500 mb and at the surface over the Indian Peninsula was relatively weak and was accompanied by higher-than-normal rainfall in the northern part of India and lower-than-normal rainfall over the peninsula. In addition, the polar vortex tends to be weak and move to the side of the Northern Hemisphere, opposite to the North Pacific. Finally, abnormally warm water was observed over the Central and Eastern Pacific and abnormally cold     

江南南部初夏汛期降水特征Ⅱ：雨季指数与影响雨季的大气环流关键区

借鉴梅雨指数的定义,选取贵溪、德兴、玉山、衢州、龙泉为5个代表站,建立了江南南部初夏雨季指数。近50a来,江南南部初夏雨季平均开始日和结束日分别是6月10日和7月1日,比江淮梅雨早约8d左右;雨季平均长度为20．5d,雨季内雨日数平均为15．5d;江南南部初夏雨季开始日经历了一个显著的“V型”变化过程,结束日呈“纺锤型”振荡变化;雨季的长度和雨日数没有明显的线性趋势变化,但20世纪80年代期间的雨季长度和雨日数年际变化大,旱涝频率高、强度强;20世纪60年代和21世纪以后雨季偏弱年较多。影响江南南部初夏雨季开始早晚的大气环流关键区主要在乌拉尔山附近,若乌拉尔山附近为阻高型（低槽型）,则雨季开始早（晚）;中高纬系统、太平洋副高和南亚高压也都有影响。影响雨季强度的大气环流关键区分别在东半球的北极区、中低纬度西北太平洋和鄂霍次克海附近上空。