淮河流域土壤湿度异常的时空分布特征及其与气候异常关系的初步研究

利用中国东部1990～2000年旬平均土壤湿度、降水和气温观测资料,通过对0～50cm层次土壤湿度进行旋转主分量分析(REOF),重点分析了淮河流域土壤湿度的时空分布特征,并初步研究了土壤湿度与前期、同期和后期不同时段降水与气温的关系。发现春季以30cm为界,30cm以上各层土壤湿度异常的第一旋转空间模态十分相似,其大值中心主要位于淮河流域,而30cm以下(30～50cm)各层的第二旋转空间模态与之亦十分类似,因此称该模态为“淮河型”,而夏季和秋季虽然该模态也很显著,但特征不如春季突出。该模态在各层次土壤中具有明显的持续性特征,均存在40旬左右的显著周期;并与前期和同期降水(气温)呈显著正(负)相关关系,与约半年后的降水(气温)呈负(正)相关关系。

2011/2012年冬季我国异常低温特征及可能成因分析

2011/2012年冬季,我国大部气温异常偏低,全国平均气温仅有-4.8℃,为1986年以来最低值,同时我国内蒙古、新疆、西藏和陕西一些地区日最低气温均突破历史极值。本文利用1951—2010年的中国台站气温资料及NCEP再分析资料对冬季气温异常偏低的原因分析后表明,2011/2012年东亚冬季风异常偏强造成了我国气温大范围异常偏低。异常偏强的东亚冬季风环流系统也表现为:对流层低层西伯利亚地区为异常冷高压控制,对流层中高层从乌拉尔山到贝加尔湖地区上空阻塞异常偏强,东亚大槽异常偏深。进一步的分析表明,2011年冬季时期赤道中东太平洋地区出现的La Nina事件可能是造成东亚冬季风系统异常的原因之一。

一个ENSO动力相似误差订正模式及其后报初检验

为有效利用历史资料中的相似信息,减小模式误差对ENSO这类跨季节年际尺度预测问题的影响提高动力模式的预测水平。作者利用一种基于统计相似的模式误差订正方法,以国家气候中心简化海气耦合模式为平台建立了相应的动力相似误差订正(DAEC)模式,并着重探讨了系统相似程度(全相似或部分相似)、误差重估周期以及相似样本个数等因素对预报效果的影响。结果表明,利用该方法可以有效地改善原有模式的预报性能,其中“全相似”比“部分相似”更能反映海气耦合系统的相似程度,从而对模式误差做出更为准确的估计,使预报误差明显减小。海洋和大气的误差重估周期对结果也有较大影响,在不同相似程度下分别存在着某种最优配置使得预报效果达到最佳。另外,在对相似样本存在状况及影响的研究中则发现在当前资料长度内整体上只存在着有限个相似样本,在此范围内随着样本取样数目的增加DAEC模式的预报性能逐渐提高。

动力和统计预测信息融合预测方法及对我国夏季降水预测的检验

短期气候预测中如何将气候模式和统计方法的预测结果科学、客观的集成起来,一直是非常重要的问题.本文针对动力模式和统计方法预测结果相结合的问题,引入资料同化中信息融合的思想,采用最优内插同化方法,实现了动力模式和统计季节降水预测结果的融合.检验表明,对1982—2015年我国夏季降水百分率的回报,融合预测结果与观测的平均空间相关系数可达0.44,分别较统计预测和CFSv2模式统计降尺度订正的技巧提高了0.1左右,而均方根误差较两者可以降低5%~20%.可见,该方法可以进一步提升对我国夏季降水的预测技巧,具有显著的业务应用价值.

观测资料与模式的协调性对同化效果的影响

针对资料同化时模式与观测资料不协调导致的同化失效问题,利用国家气候中心NCCo简化海气耦合模式,基于一种提取观测资料中与模式相协调信息分量(也称模式可协调信息)的资料重构方法,探讨了观测资料和模式的协调性对资料同化效果的影响。结果发现:利用简单海气耦合模式同化海表温度距平资料时,由于模式与资料不匹配使同化后的初始场中产生与模式动力特征不协调的小尺度扰动,这些小扰动在预报阶段会迅速增长,污染预报结果,使得预报失败。研究还发现,无论在耦合或不耦合同化形式下,对海温资料中的模式可协调分量进行同化时,预报效果明显好于对原观测资料的同化。其缘于对观测海温中模式可协调信息分量同化生成的初始场中,消除了与模式动力特征不协调的小尺度扰动,突出了原始资料中与模式协调的ENSO尺度信息分量,改善了初始场与模式的协调性,从而提高了模式的预报技巧。

模式气候吸引子信息约束下的动力协调初始化方法及其在ENSO预测中的应用

为了改善模式初始场质量,减少初值与模式不协调对ENSO预测的影响,针对国家气候中心NCCo海-气耦合模式原初始化方案动力不协调的问题,从利用模式长期耦合模拟资料中的模式气候吸引子信息的角度出发,发展了一种获取观测资料中与模式相协调分量的信息重构方法,提出了一种模式气候吸引子信息约束下的动力协调初始化方案。对该方案回报检验的结果表明:通过反演NCCo海-气耦合模式模拟资料中的模式气候吸引子信息,有助于获取观测资料中与模式相协调的信息分量特征,实现了初始化过程中动力模式与所同化观测资料间的协调。这种基于信息重构方法的动力协调初始化方案,既可以延续原初始化方案利用观测信息较多的优势,又克服了原方案中观测资料和动力模式不协调的缺陷。这种新的初始化方案,消除了观测资料和模式不协调和初始场中产生的小尺度高频噪声,突出了与NCCo模式动力特征相适应的ENSO尺度信息。进而抑制了初始场中高频噪声所引起的快变预报误差的增长,提高了模式的预测技巧。

2008年1月我国大范围低温雨雪冰冻灾害分析:Ⅱ.成因分析

2008年1月10日至2月初,我国发生了大范围低温雨雪冰冻灾害,其主要特征为灾害范围广、灾害强度大、连续低温时间长、雨雪持续时间长、冰冻日数多和灾害损失严重。为今后更好地开展此类事件的短期气候预测业务,作者从气候角度分析了这次灾害的可能成因。分析表明,2007年8月发生至今的拉尼娜事件发展非常迅速,其所造成的大气环流异常是导致我国大范围持续低温雨雪冰冻灾害的重要原因。在1月,乌拉尔山地区位势高度场异常偏高、中亚至蒙古国西部直到俄罗斯远东地区位势高度场偏低的环流异常持续时间很长,非常有利于冷空气不断分裂南下;西太平洋副热带高压异常偏北,有利于大量暖湿空气向我国输送,并决定了低温暴雪冻雨灾害发生的区域;青藏高原南缘的南支槽异常稳定活跃,有利于来自印度洋和孟加拉湾的暖湿气流沿云贵高原不断向我国输送,为我国长江中下游及其南部地区的强降雪天气提供了更加充足的水汽来源。分析还表明,1月中旬以来,湖南、贵州等地逆温层不断加强并长时间维持是上述地区大范围冻雨持续出现的主要原因。

极端天气气候事件监测与预测研究进展及其应用综述

极端天气气候事件(简称"极端事件")分为单站极端事件和区域性极端事件。本文回顾了极端事件的研究进展,首先回顾了单站极端温度、极端降水和干旱事件的观测研究及相关指数,进而对近年来不断增多的区域性极端事件研究做了简要回顾,最后还回顾了极端事件气候预测研究进展。同时,对国内外在极端事件气候监测和预测业务现状进行了初步总结,并指出:在极端事件气候监测方面中国的业务产品较丰富,并率先开展了针对区域性极端事件的监测业务,但在产品表现形式上缺乏统一组织,特别是英文产品表现力严重不足;在极端事件气候预测方面,国家气候中心发展了两种方法:一个是基于物理统计的BP-CCA和OSR的干旱预测方法,另一个基于国家气候中心月动力延伸预报模式(DERF)的高温预测方法。最后,对极端事件监测和预测业务发展及相关科学问题给出展望,指出应根据极端事件的业务需求继续加强相关研究和业务能力建设。

2011年秋季华西秋雨异常及成因分析

本文对2011年秋季我国的降水异常特征及成因进行了分析,结果表明2011年秋季,华西秋雨较为典型,主要呈现以下3个特点:多雨区位置较常年偏东、偏北,阴雨日数偏多;秋雨阶段性显著;极端性强。2011年华西秋雨异常突出表现为对2011年9月开始的La Nina事件响应的特征。此外,年代际的变化也可能是造成华西秋雨异常的重要原因之一。

中国西南区域雨季开始和结束日期划分标准的研究

为了更好地开展区域关键期气候监测业务,满足国家级气象服务的需求,本文从区域角度出发,利用1961～2011年西南地区92个气象观测站的逐日雨量资料和1981～2010年美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)逐日的高低层大气环流再分析资料,研究了西南区域雨季开始和结束日期定义的标准问题。结果表明西南区域多年平均雨季开始日期在5月3候(27候),结束日期在10月3候(57候),季节转换期间高低层环流的突变特征进一步表明了该结论的合理性。并通过对多种雨季开始和结束日期判断标准的对比分析,最终提出了西南雨季开始和结束日期的划分标准。同时,对影响西南地区雨季开始和结束日期变化的机理也进行了初步的讨论。

2013年夏季气候异常特征及成因简析

2013年夏季,全国平均降水量339.9 mm,较常年同期偏多4.5%;降水分布呈"北多南少"态势,东北和华北降水异常偏多,而黄淮至江南北部降水明显偏少。全国平均气温21.7℃,较常年同期偏高0.7℃,与2006和2010年并列为1961年以来同期最高;黄淮至江南北部等地区气温异常偏高,极端高温事件突出。此外,欧洲东南部至东亚北部被浅薄的低槽区控制,不利于冷空气深入影响中国南方地区;东亚夏季风偏强,西北太平洋副热带高压(以下简称副高)明显偏北,有利于低纬度暖湿气流沿着副高外围北上,冷暖空气在我国华北和东北地区交汇,形成水汽的异常辐合区,造成北方地区降水异常偏多。同时,副高持续加强西伸,副高西侧持续稳定控制我国南方大部分地区,导致该地区持续受异常下沉运动控制,对流活动受到抑制,从而造成了中国南方地区的持续高温事件。

全球气候变化对我国气候安全影响的思考

依据政府间气候变化专门委员会(IPCC)第5次评估报告以及国内相关科学研究成果,使用最新的观测资料凝练了对全球气候变化的有关认识;从极端天气气候事件和气候承载力角度,分析了气候变化给我国带来的气候风险。研究发现:1961—2015年我国平均高温日数增加了28.4%,暴雨日数增加了8.2%。21世纪以来,登陆我国热带气旋的强度明显增加。在全球气候变暖的背景下,我国气候承载力将发生明显变化,未来面临的气候风险将加大。因此,保障我国气候安全,需要科学认识气候,提高气候风险意识;主动适应气候,提高应对极端事件能力;努力保护气候,减缓气候变化的影响。

中国南方旱涝年际年代际变化及成因研究进展

基于气候变暖背景下中国南方旱涝时空格局发生变化的基本事实,回顾了中国南方降水的主要模态和旱涝年际年代际尺度变化特征及其成因的主要研究进展。研究指出,El Nino发展年,中国南方大部地区降水偏少,尤其在长江及其以南地区,而El Nino衰减年则相反。强调热带印度洋海盆一致偏暖使西太平洋副热带高压增强,位置偏南,导致西北太平洋反气旋异常的形成和维持,有利于中国南方降水加强。青藏高原冬春季积雪多,春夏季高原感热和上升运动较弱,导致夏季风偏弱,有利于长江流域降水偏多易涝,反之亦然。关于多因子协同作用对南方旱涝影响,指出南方旱涝是多因子协同影响的结果,如菲律宾反气旋受冬季青藏高原积雪、El Nino与前期春季印度洋海温等多因子协同影响。南方旱涝与影响因子发生了年际关系的年代际变化,在气候变暖背景下,随着后者的年代际转型,其对前者的影响关系也发生了年代际变化。因此,提出了应该关注南方旱涝的预测策略与方法,提高旱涝预测技巧。

中国近50 a地温的变化特征

利用1954—2001年中国532站的月平均0.8 m层地温资料,对我国及其不同区域地温的变化特征进行了分析。结果表明,近50 a,全国年平均地温的年代际变化大致为下降阶段,相对气候冷期及上升阶段。地温的区域变化特征显著,90年代后东北地区地温增温最显著,西南东部地区地温下降趋势明显,青藏高原东部地温在1980年前后发生一次急剧下降的突变过程。地温季节变化中,冬季地温年代际变化特征与其他季节相比差异较显著,而春季地温年际变化出现异常的频率最大。

近20年我国气候监测诊断业务技术的主要进展

气候监测诊断是了解气候系统变化及其成因的重要手段。经过二十多年的发展,目前国家气候中心建立了一套多时间、多空间尺度的气候系统监测诊断业务系统,并且在业务应用中不断发展和完善。同时,加强了关键异常信号及其对我国气候异常的影响机理的研究,在海温、冰雪、±壤温湿度、大气低频振动、北极涛动、季风、平流层异常等对我国气候影响的监测诊断等方面提出一些新理论、新技术和新方法,并在业务中得以应用。本文回顾了近20年来我国气候监测诊断业务的发展历程,介绍了我国气候监测诊断业务的技术现状,重点总结了近些年来在实时气候监测诊断业务中发展和应用的一些新技术和气候异常机理。

一种综合监测两类不同分布类型ENSO事件指标的研究

针对1950—2009年的东部型(EP)和中部型(CP)ENSO事件,比较了目前国际上常用的ENSO监测指数对它们的监测能力。结果表明:单一的指数无法同时区分EP和CP型ENSO事件,其中Ni o 3指数只能有效识别EP型ENSO事件,而Ni o 4指数则对CP型事件具有较强的监测能力。据此提出同时以Ni o 3和Ni o 4指数构建指数组的形式来监测不同类型的ENSO事件,结果表明,该指标组能够较全面监测历史上发生的不同分布类型ENSO事件,且能准确判定事件的峰值强度、起止时间和成熟期等其他特征。

2011年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

本文基于实时和历史观测资料,利用气候统计和气候机理诊断方法,对2011年气候异常及成因进行总结分析。结果表明,全球海洋外源强迫和大气内部动力过程共同作用下的大气环流系统组合异常,是造成2011年中国大部地区降水异常偏少,温度明显偏高,呈现暖干型气候特征的主要原因。具体表现为,拉尼娜事件在2011年夏季短暂中断后,9月再次进入拉尼娜状态;西太平洋副热带高压在5月之前异常偏弱、偏东,致使长江中下游出现严重春旱,之后副热带高压有所加强,尤其在6月异常偏强,使长江中下游地区梅雨量偏多、旱涝急转;秋季副热带高压脊线偏北、中高纬度冷空气活动阶段性活跃,致使华西、黄淮地区秋雨异常偏多;热带印度洋海温演变经历负偶极型海温模态后,夏季转为全区一致型暖海温;2010/2011年东亚冬季风偏强,2011年南海夏季风爆发偏早、结束偏晚,东亚夏季风正常偏弱;西北太平洋和南海热带气旋生成数量处于偏少的年代际时段,2011年热带气旋生成数量偏少。

2012年夏季我国降水异常及成因分析

2012年夏季我国降水呈现雨带位置偏北,雨量偏多的异常特征。进一步对2012年夏季我国北方地区降水异常偏多成因分析表明,2012年夏季东亚夏季风显著偏强,副热带高压脊线位置偏北,将大量的暖湿水汽持续向我国北方地区输送,而欧亚中高纬大气多短波槽活动,短波槽带来的冷空气和来自南方的暖湿空气频繁在我国北方地区汇合,造成我国北方地区降水异常偏多。此外,前期拉尼娜事件和太平洋PDO冷位相是造成我国北方降水异常偏多的重要外强迫条件。

2014年全球重大天气气候事件及其成因

2014年全球平均表面温度持续偏高,比1961—1990年平均值偏高0.57℃左右,是自1850年有历史记录以来最暖的一年。年内,赤道中东太平洋基本维持暖水状态,全球平均海表面温度突破历史纪录;北极海冰范围仍处于记录中最低水平之一,而南极海冰范围再创历史新高。受大气环流异常以及海洋和海冰等外强迫因子的共同影响,世界范围内出现了显著的气候异常和极端事件。尤其是,2014年1—4月美国西南大部降水偏少20%~60%,平均降水量为1981年以来最少的一年,干旱发展并持续,部分地区干旱严重;6月上、中旬,印度平均气温31.2℃,较常年同期偏高1.2℃,局部偏高4℃以上,是1961年以来历史同期最高值,印度首都新德里8日最高气温达47.8℃,创该市62年来最高记录。进一步研究发现,1—4月,美国西南部地区持续处于高空脊的控制下,来自东北太平洋和墨西哥湾的水汽输送严重不足是导致干旱发生的直接原因;而印度夏季风北推进程滞缓和高压脊的持续控制是造成6月印度高温的主要原因。

2014年夏季我国气候异常及成因简析

2014年夏季,全国平均气温为21.1℃,较常年同期偏高0.2℃。全国平均降水量为320.1 mm,较常年同期偏少1.6%,空间分布呈现北少南多的显著特征,其中黄淮地区平均降水量与1999年并列历史同期最少。进一步对2014年夏季我国降水异常成因分析表明,东亚夏季风偏弱及西北太平洋副热带高压偏强、偏南是造成我国夏季降水北少南多的直接原因;印度洋海温偏暖和厄尔尼诺状态共同作用导致副热带高压持续偏强偏南;两者是造成降水异常的重要外强迫条件。