中国东部夏季雨型的人工神经网络集合预测

在BP(back propagation)人工神经网络方法的基础上,考虑到历史资料的个体差异及其年代际变化会影响到样本均值,由此使得中国东部夏季雨型模拟和预测效果产生差异,故引入交叉检验及集合预报思想,以改进人工神经网络独立预报方法。在利用不同历史样本资料建立人工神经网络模型,并进行交叉检验的同时,对预测年的雨型进行预测,可获得预测年的多次预测结果。该方法在中国东部夏季四类雨型的试验预报中表现出较好效果。

我国秋季连阴雨的气候特征及大气环流特征

采用1961—2010年全国753站逐日降水资料,给出了我国秋季连阴雨的定义,分析我国秋季连阴雨和不同级别（5～7 d、8～10 d和11 d及以上）秋季连阴雨的气候特征;将我国秋季连阴雨划分为华北、西南、江淮和华南地区4区,并分析华北地区秋季连阴雨期间和不同级别秋季连阴雨期间的大气环流特征。结果表明：1）我国秋季连阴雨及不同级别秋季连阴雨50 a累计频次在长江中上游地区较大,黄河以北地区较小;随着连阴雨级别的增加,连阴雨频次大值区由东南地区移向西南地区;频次标准差与频次的分布特征类似。2）华北地区连阴雨及不同级别连阴雨期间,巴尔喀什湖与贝加尔湖间的阻塞高压增强,850 h Pa上增强的偏北和偏南气流交汇于华北地区,500 h Pa上东亚大槽槽后偏北气流引导北方冷空气南下,副热带高压西侧偏南气流引导南方暖空气北上,冷、暖空气在华北地区交汇,易形成连阴雨天气。

东北夏季降水分型及其大气环流特征

利用1961—2010年中国东北122站逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及中国国家气候中心整理的160站月平均温度资料,对东北6月、7月、8月的降水进行分型,在此基础上分析各类降水型对应的环流形势。结果表明:东北6月、7月、8月降水均可划分为两大类四小类,6月与8月的分型结果相同,为全区一致型(同多型、同少型)和南北反位相型(南部型、北部型),7月可分为全区一致型(同多型、同少型)和东西反位相型(东部型、西部型)。6月东北降水主要受东北冷涡影响,冷涡越强,降水越多,且当鄂霍次克海阻塞高压出现明显异常时,6月东北降水将呈现南北反位相特征;7月、8月降水主要受东亚夏季风影响,其中东北降水全区一致型与西太平洋副热带高压的位置以及沿亚洲西风急流东传的波列有关,而降水南北(东西)反位相型则与西太平洋副热带高压的强度有关。

7月不同形态南亚高压与北半球大气环流的关系

利用NCEP/NCAR月平均高度场和风场再分析资料,分析了1948—2013年7月南亚高压多中心特征及其与北半球大气环流的关系。结果表明:1)南亚高压存在1至5个中心不等,其中以双中心类和三中心类为主,占总样本数的82%,其次是单中心类,占总样本数的14%,四中心类和五中心类仅占总样本数的3%。2)根据高压中心个数、经向位置和环流特征,将不同类高压分成了不同型,其中单中心类分为Ⅰ1型和Ⅰ2型,分别占该类的44%和56%,双中心类分为Ⅱ1型、Ⅱ2型和Ⅱ3型,分别占该类的66.7%、18.5%和14.8%,三中心类仅考虑了Ⅲ1型,占该类的67%。3)Ⅰ1型高压中心在伊朗高原上空,Ⅰ2型高压中心在青藏高原上空,Ⅱ1型两高压中心分别在伊朗高原和青藏高原上空,Ⅱ2型两高压中心分别在伊朗高原和我国东部西太平洋上空,Ⅱ3型两高压中心分别在青藏高原和我国东部西太平洋上空,Ⅲ1型三个高压中心分别在伊朗高原、青藏高原和我国东部西太平洋上空。4)不同类型的高压中心所在地区高层位势高度场和对流层中上层温度场都表现为显著正异常,且不同区域温度场异常的维持机制不相同。

人工神经网络方法在夏季降水预报中的应用

在夏季雨型预报中引进了人工神经网络方法。首先，根据雨型与前期（冬季）环流和海温的关系，从前期冬季资料场中找预报因子；然后，用人工神经网络方法对我国夏季的雨型进行模拟预报，以前４０年资料做训练样本，让网络在一定的学习规则下进行学习，最后得到一种分类预报模型。经对１９９２～１９９６年夏季雨型做独立试报，结果与实况基本相符。

华南春季降水的年代际变化及其与大气环流和海温的关系

利用1960—2010年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA提供的海表温度资料以及太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)指数,分析了华南春季降水的年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:华南春季降水经历了偏少(1960—1971年)—偏多(1972—1992年)—次偏少(1993—2010年)三个阶段。第一阶段少雨期,500 hPa上西风气流较平直,不利于北方冷空气南下,华南地区的暖气团也不活跃,对应的水汽通量散度为异常辐散。第二阶段多雨期,500 hPa高度上,高原北部脊偏强,利于冷空气南下,与华南地区活跃的暖湿气团汇合,对应的水汽场上为水汽异常辐合。第三阶段少雨期,500 hPa西风气流上的槽脊系统偏强,利于北方强冷空气南下,孟加拉湾地区的南支槽填塞,南方暖湿空气向华南的输送减弱。华南春季降水与PDO指数存在正相关关系,从不同季节来看,在年代际时间尺度上,前期秋季的PDO指数与华南春季降水的正相关显著,PDO处于负位相时,华南春季降水偏少,反之亦然;从华南春季降水年代际变化的不同阶段来看,PDO指数与华南春季降水的正相关在1960—1971年少雨期较显著。

中国华北地区冬季降水异常特征及其与大气环流和海温的关系

利用1951—2012年中国冬季160站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料,分析了中国华北地区冬季降水的异常变化特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:华北地区冬季降水主要呈现为全区一致变化的特征,且年际变率较大,具有2~4 a的年际变化周期。降水异常偏多(少)年,西伯利亚高压偏弱(强),阿留申低压偏弱(强),850 h Pa上华北地区盛行的西北风较弱(强),控制该地区的东亚冬季风偏弱(强),该地区有偏南(北)风距平,500 h Pa上东亚槽脊系统偏弱(强)。影响华北地区冬季降水的异常水汽主要来源于南海及其以东的西太平洋。前期夏季日本以东的西风漂流区、同期冬季近海的黄渤海区域的海温均与中国华北地区冬季降水存在显著的正相关关系。

北半球冬季风暴轴维持的一种可能机制

利用对欧洲中期天气预报中心（ＥＣＭＷＦ）每日客观分析资料所作的观测分析及Ｔ４２Ｌ９大气环流模式（ＧＣＭ）所作的数值试验结果，提出了外热源强迫是北半球冬季风暴轴维持的一种可能机制，并试图给出了影响过程的物理图象。

冬半年青藏高原及其附近地区15—25天振荡的传播特征

利用欧洲中期预报中心客观分析资料,分析了冬半年青藏高原及其附近地区15—25天振荡的传播特征.结果表明,15—25天振荡经阿拉伯海附近向东北传播的过程中,在青藏高原附近加强,再经我国东部和日本,向北太平洋传播并减弱.这种振荡表现出波列的传播特点.另外,还分析了15—25天振荡的垂直结构.

基于气流轨迹模式的西北地区强冷空气特征研究

冷空气的爆发路径及其变化是气象科学研究和业务预报关注的重点问题.使用1970—2013年NCEP-NCAR再分析资料以及中国基本基准825站地面气温均一化数据集,采用改进后的三维风速轨迹倒推方法,追踪了冬半年(10月至次年4月)入侵中国西北地区的强冷空气路径.结果显示,有西北路径88次,偏西路径143次,奇异路径20次.临近爆发前的环流演变导致西北路径和偏西路径冷气团不同程度增温,削弱了源地差异对冷气团强度的影响.西北路径年频次增加幅度为0.37次/10 a,而偏西路径年频次有所减少.相比之下,西北路径强冷空气易于在我国北方地区、东部地区引发极寒事件.偏西路径强冷空气易于在西北、华北地区造成持续时间较长的冷害.

夏半年青藏高原及附近地区30—60天振荡的分布特征

本文用1980—1982年3个夏半年(5—9月)的ECMWF客观分析资料,对青藏高原及其附近500hPa位势高度场进行了最大熵谱分析和滤波分析。结果表明:青藏高原及其附近地区夏半年存在着30-60天振荡,高原东部为一相对的30-60天振荡中心。本文还讨论了振荡的年际变化特征。

冬季积雪的异常分布型及其与冬、夏大气环流的耦合关系

采用 ECMWF1 979～ 1 993年 2 .5°× 2 .5°的网格点积雪深度资料 ,研究了较为细致的积雪异常的空间分布特征 ,揭示了欧亚大陆冬季积雪的异常空间分布型 ;并采用 SVD方法研究了冬季积雪的异常分布型与冬、夏大气环流的耦合关系。结果表明 :欧亚大陆冬季积雪深度存在典型的异常空间分布型 ;积雪的异常分布型与冬、夏大气环流之间均存在一定的耦合关系。冬季积雪的异常分布型与大气 EU遥相关型存在明显的同时性相互作用 ,大气 EU遥相关型有利于冬季积雪异常分布型的出现和维持 ,而积雪异常分布型对大气 EU遥相关型的发生起一定的作用 ,进而对冬季风活动产生影响。冬季积雪的这种异常分布型与夏季大气环流 ,尤其是东亚地区的夏季大气环流 ,也存在一定的联系。积雪异常分布型可以通过影响副热带高压的南北进退 ,对东亚季风及中国夏季雨带产生影响。

1月中国地温异常与北半球500hPa高度场异常关系的合成分析

在对中国区域１月份０．８ｍ月平均地温距平场进行ＥＯＦ分析的基础上，研究了中国地温异常与北半球５００ｈＰａ高度异常的关系。结果表明：地温异常与大气环流有一定的关系；与地温异常同月和前一月的大气环流距平分布相似，而与后一月的大气环流不同。进一步分析表明，前一月的大气环流异常至少部分地激发了１月份的地温异常，反过来地温又影响大气环流。

冬季北半球风暴轴能量演变的个例分析

利用观测资料 ,从扰动能量变化方程出发 ,通过分析能量的逐日演变过程 ,对风暴轴的各种内部因素在其维持中的作用进行了详细探讨。结果发现 ,涡动非地转位势通量所引起的“下游发展效应”

南海表面温度距平对我国夏季风和降水影响的数值试验

我国东部夏季降水不仅与副高脊线的向北推进有关,而且与对流层低层夏季季风向北推进有关。Shukla,在研究印度季风降水量对阿拉伯海域海表温度响应时也指出,对季风环流模拟的真实性直接影响印度季风降水模拟的真实性。本文以观测分析结果为依据。

冬季北大西洋地区海表温度与500百帕高度的奇异值分解

本文介绍奇异值分解方法的原理及其在分析两个要素场之间线性关系中的应用。并用其对冬季北大西洋地区海表温度与500百帕高度标准化距平进行分析。结果表明,冬季北大西洋地区海表温度主要分布型与该地区的大气遥相关型密切相关。理论分析和实际计算结果都表明,奇异值分解方法在分析两个要素场之间的线性关系是很有效的。

北半球理想地形对冬季大气低频变化动力作用的数值试验

本文用一个二层原始方程谱模式考虑纬向对称加热作用和北半球理想大地形进行数值试验,讨论了北半球理想大地形对冬季大气低频变化的动力作用。结果表明,在仅考虑纬向对称加热条件下,大地形可以激发出低频变化,这种变化有明显的地域特征,其传播有准定常Rossby波列的特征,与观测分析结果比较可以看出,大地形纯动力作用激发的大气低频变化方差对实际大气的变化方差有显著贡献。

冬半年青藏高原及其附近15-25天振荡的统计特征

本文用欧洲中心客观分析资料,分析了冬半年青藏高原及其附近地区上空大气中的低频振荡。结果表明,15-25天振荡是冬半年最主要的振荡分量,还进一步分析了15-25天振荡的统计特征及其与大气环流的关系。

用逐步迭代法插补海表温度的研究

本文以自然正交函数分析为基础,建立了对缺测值进行插补的逐步迭代插补法。应用这种方法对太平洋海表温度1950年到1980年缺测值进行插补,收到了相当好的结果。最后,在分析的基础上,指出该法所具有的特点及在应用中应注意的问题。

年代际气候变化的研究进展

年代际气候变化是月、季、年际气候变化及预测的背景。20世纪90年代以来,年代际气候变化的研究引起了国内外学者的极大关注,开展了大量富有成效的研究工作。本文从大气环流、中国气温和降水、海洋以及海气系统等4个方面对年代际气候变化的研究进展进行了总结,提出了年代际气候变化,尤其是东亚地区的年代际气候变化研究需要进一步解决的科学问题。