CMA-TYM对台风“杜苏芮”预报的综合评估与误差分析

2023年第5号台风“杜苏芮”给我国东部—北部地区造成了大范围洪涝灾害和损失,本文综合评估了中国气象局区域台风预报系统对该台风的预报性能和误差状况。结果表明:台风路径预报前期主要为偏东的移向偏差,中后期主要为偏快的移速偏差;在台风生成阶段预报倾向于高估其强度,但较长的预报时效对快速增强过程中的台风强度增速预报较慢,导致台风强度峰值预报明显偏弱;提前24 h以内的预报登陆时间、强度和位置误差较小,提前48 h仍能较好地预报出登陆位置;副热带高压、西风槽以及对同期另一个台风“卡努”的预报存在偏差,是产生较大路径预报偏差的原因;系统能够预报出台风过程降水形态,但主要降水落区的降水量预报偏少,随着预报时效增加,模式刻画的海上以及登陆后的降水中心向东北偏移。

德国气候预测系统中东亚冬季风的季节预测及可预报性

东亚冬季风(EAWM)作为北半球冬季最强的中纬度环流系统之一,主导着东亚的冬季气候。因此,开展东亚冬季风季节预测和可预报性研究具有十分重要的意义。本研究使用德国气候预测系统(German Climate Forecast System,简称GCFS2)输出的回报数据(1993~2016年)对EAWM的预测性能进行全面评估。GCFS2很好地预测了EAWM气候态的主要特征,包括西伯利亚高压、阿留申低压、东亚大槽、东亚高空急流及东亚上空的地表气温和降水,并可以熟练地预测东亚大槽及东亚地表气温的年际变化。GCFS2对一个海平面气压定义的EAWM指数(EAWMI)显示出了预测技巧,同时可以很好地预测与EAWM相关的位于海洋上的大气环流、地表气温及降水异常。GCFS2中EAWM的预测技巧主要得益于对观测中的EAWM–ENSO关系及ENSO遥相关的成功再现,模式中增强的EAWM–ENSO[强于观测,观测中整个24年(1993~2016)EAWM与ENSO的相关系数为-0.46]关系,有助于提前2个月或更长时间预测EAWM。GCFS2中12月初始化的EAWMI在去除ENSO信号后仍有0.42的预测技巧,说明有另一预测源,为冬季巴伦支—喀拉海区域海冰覆盖度(BK_SIC)。观测中BK_SIC减少,增强西伯利亚高压,EAWM从而增强;模式中BK_SIC的变化可以增加西伯利亚高压东北部的可预测性,使得12月初始化的EAWM预测技巧增加。

川渝盆地夏季旱涝变化特征及成因分析

利用川渝盆地18个观测站1955—2008年的月平均降水资料,分析了川渝盆地东、西部夏季降水的年代际变化特征;通过NCEP/NCAR再分析资料、NOAA OLR资料,分析了川渝盆地东、西部多雨年和少雨年的环流形势,结果表明:(1)川渝盆地东、西部夏季区域平均降水量呈负相关关系,且川渝盆地东、西部夏季降水的长期变化周期也有一定的差异。(2)在川渝盆地西部多雨年,500 hPa高度上北半球欧亚地区两脊一槽型环流发展,孟加拉湾的低气压有利于水汽从西南方向输送到我国,同时南亚高压西部增强,使得川渝盆地西部和我国河套地区降水偏多。而在川渝盆地东部多雨年,东亚高纬度地区经向环流有利于我国东部冷空气南下,配合副热带高压西伸,南亚高压东部减弱,我国中部地区和川渝盆地东部降水偏多。(3)前期春季OLR场特征对后期夏季川渝盆地夏季降水的预测有一定的指示意义。在川渝盆地西部多雨年,印度洋到孟加拉湾整个地区前期春季OLR减小,印度洋和孟加拉湾地区的对流活动增强,有利于水汽输送到川渝盆地西部地区。而川渝盆地东部多雨年,从南海向我国的水汽输送增强,盆地东部地区降水偏多。

20世纪50年代以来我国气温的区域变化

利用中国气象局提供的1951-2004年中国均一化历史气温数据,分析了近50年我国地面气温及各区域气温的年际变化和长期变化趋势。结果表明,近50年来,我国气温呈持续增长的趋势,尤其是从20世纪80年代初期开始,气温的增长非常明显,其中冬季温度上升趋势最为明显,春、秋季增暖趋势次之,夏季增暖趋势最小;1951-1965年,西南区呈明显的降温趋势,1965年以来,气温呈比较弱的上升趋势;其他6个区域的气温都呈一定的上升趋势。同时,各个区域的增温大小有着明显的不同,东北区、西北区、青新区的增暖趋势比较强,东南区、中南区的增暖趋势比较弱。

ECMWF和HALOE平流层温度资料对比

利用ECMWF和HALOE资料,分析了1991～2002年两种资料中温度垂直廓线、平方差水平分布,并通过线性趋势分析方法分析了平流层不同高度温度变化趋势的差异.研究结果表明:在中低纬度地区,10 hPa以下两种资料中温度垂直廓线非常吻合;10～2 hPa高度,HALOE资料中温度比ECMWF资料中温度要高;1 hPa高度上,两种资料也有比较小的差异.在南北半球的中高纬度地区,温度的差异比较明显,整个平流层中,HALOE资料中温度比ECMWF资料中温度要高.平流层中温度的水平分布差异随着高度而增大.中低纬度地区温度差异相对较小,南北半球50°以上地区差异比较大.在平流层的中低层100 hPa、50 hPa和10 hPa高度,两种资料中温度的变化趋势一致,但是HALOE资料中温度的递减趋势要更明显.在平流层高层2 hPa,1996年后两种资料中温度的变化趋势相反.本研究将为平流层温度研究的资料选择提供一定的依据.

平流层剩余环流及其时间演变特征

平流层剩余环流是由剩余速度ν^-＊和ω^-＊构成的平流层经向-垂直环流，它对于对流层-平流层相互作用和物质交换起着十分重要的作用。作者利用1979-2003年NCEPⅡ再分析资料计算了剩余速度ν^-＊和ω^-＊，并与数值模拟结果进行了比较，再用计算的剩余环流讨论了它的季节变化、年际变化和长期变化趋势。计算结果表明，剩余环流的上升气流从低纬度赤道地区对流层顶上升到平流层下部，然后向极向下运动，在中纬度地区下沉，进入对流层，这也就是Brewer-Dobson环流。计算结果同数值模拟结果比较一致。由此可见，可以利用NCEP资料得到比较清晰的剩余环流和Brewer-Dobson环流。剩余环流有明显的季节变化，上升气流的中心随着季节的变化在赤道地区南北移动，春秋季节其中心基本上位于赤道附近，南北半球大致呈对称分布，只是北半球副热带地区的下沉气流要比南半球强。在冬夏季节，上升气流的中心分别位于南北纬10°附近。北半球夏季的上升气流要比南半球夏季的上升气流强，同时冬半球的下沉气流比夏半球的下沉气流强。剩余环流还有年际变化和准两年周期振荡特征，在纬向风为西风位相时，赤道地区的上升气流比较弱；而在东风位相时，上升气流和水平方向的输送相对比较强。剩余环流的十年际变化表现为，1979-1983年、1990-1995年、2000-2003年较强，其他年份则较弱。在过去25年，就总的变化趋势而言，剩余环流的上升气流有所增强，平流层下部向中纬度地区的输送也有所增强，环流整体形势是增强的。

行星波波动对平流层剩余环流的影响

利用ECMWF/ECR-40全球再分析资料,通过计算剩余速度,分析了剩余环流的分布特征,同时利用位势高度场资料做了行星波的谐波分析,计算了行星波1波振幅以及2波振幅。最后通过合成分析、谐波分析等方法,分析了行星波活动强弱不同时期剩余环流的变化以及波动发生转化过程中剩余环流的变化。结果表明,行星波1波、2波振幅与剩余速度三者之间有很好的相关性,2波与剩余速度的相关性要好于1波。此外,波动振幅与-v*的位相比较一致,超前于-w*大约1～2个月。当波动较强时,剩余环流也较强。当行星波由1波转化为2波后,剩余环流在平流层50 hPa以下是增强的,在30 hPa以上却是减弱的。当2波转化为1波以后,平流层30 hPa以下的剩余环流减弱,但20 hPa以上却是增强的。

平流层各层温度变化的时空特征分析

利用欧洲中心的ECMWF月平均温度场再分析资料分析了平流层各个层次温度变化的空间分布特征，结果表明1958-2001年全球平流层不同高度温度的变化有一定的差异．在平流层上层2hPa，温度呈显著的下降趋势；平流层中层20hPa温度场低纬度地区和高纬度地区相反变化，低纬度地区呈显著的下降；平流层下层70hPa温度场除了南半球高纬度地区外也呈下降趋势．同时，分析了不同区域温度变化的趋势和周期特征，平流层不同层次温度变化周期有着一定的差异，温度下降区域和温度上升区域的突变时间也有着明显的不同．

平流层Brunt-Vaisala频率的分布特征

讨论了Brunt-Vaisala频率的重要性,并利用NCEP/NCAR再分析资料和HALOE资料分析了平流层中它的空间分布和时间变化特征.结果表明:从对流层到平流层Brunt-Vaisala频率在垂直方向上有明显的变化,特别是在低纬度地区,它在对流层向上迅速增加,在平流层向上减小;在平流层下层,它随着纬度的增加而减小,在平流层则经向分布比较均匀;在陆地上空Brunt-Vaisala频率的垂直梯度明显大于海洋上空,且出现高值中心;无论在对流层还是在平流层,Brunt-Vaisala频率冬季的值皆大于夏季的值;该频率也有准两年周期的变化.作为一个例子,我们运用实际计算出的Brunt-Vaisala频率对行星波垂直传播的影响进行了初步的讨论.

川西高原植被和陆面温度变化

川西高原是我国南水北调西线工程的引水区,是我国长江上游地区的一个重要水资源补给区,研究川西高原植被覆盖和陆面变化具有非常重要的意义。利用MODIS反演的NDVI和LST资料,分析了川西高原地区植被和陆面温度的变化。高原的NDVI和LST变化趋势有明显的季节差异。春季高原的NDVI表现为南少北多的趋势,夏季高原的ND-VI变化不明显。秋季和冬季,高原大部分地区的NDVI表现为减少的趋势,冬季的NDVI减少最明显。春季高原的陆面温度表现为降低的趋势,夏季高原陆面温度为增加趋势。在秋季,高原的西部和西北部地区,陆面温度是增加的,高原南部和东部地区陆面温度有比较明显的降低趋势。在冬季,高原主体陆面温度表现为比较明显的增温趋势。在春季和冬季,高原主体部分的NDVI和LST变化相反。夏季和秋季,高原主体部分的NDVI和LST的变化趋势一致。

继往开来谋发展,砥砺奋进再扬帆--成都信息工程大学学科建设与研究生教育介绍

学科建设成效与水平学校以信息学科和大气学科为重点,以学科交叉为特色,以工学、理学、管理学为主要学科门类,工、理、管、经、文、法、艺多学科协调融合发展,形成了大气科学、信息技术、管理经济三大学科群。学校拥有级学科硕士学位授权点14个,专业学位类别硕士学位授权点12个。

近46年西南地区云量的时空变化特征

利用中国西南地区85个测站1960-2005年的月平均云量资料,采用小波分析、线性趋势分析和SVD分析等方法,分析了我国西南地区云量的时空分布和变化趋势等特征。结果表明,西南地区云量变化具有明显的季节特征,冬、春和秋季总云量和低云量分布均呈"东多西少"型,夏季相反,呈"东少西多"型;总云量和低云量均呈减少趋势,并存在较明显的准8年周期变化。年平均总云量及夏季总云量在西南大部分地区呈逐年递减趋势,冬季总云量在川西高原西北部和云南南部、东部呈减少趋势。而低云量的变化趋势比较一致,主要在四川盆地呈减少趋势;西南地区的温度场与总云量场呈明显的负相关关系,但温度场与低云量场的相关关系不显著。

我国前冬和后冬气温年际变化的特征与联系

基于我国160个台站观测的月平均地面气温资料,通过考察冬季各月气温之间的联系将11月和12月划分为前冬,次年的1月至3月划分为后冬,并利用160站资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过经验正交函数(EOF,empirical orthogonal function)分解和依赖于季节的EOF(SEOF,season-reliant EOF)分解对近62年来我国前冬和后冬气温各自的年际变化特征、它们之间的联系以及对应的大气环流进行了分析。结果表明,我国前冬和后冬气温年际变化的前两个EOF模态在空间上均表现为全国一致的变化和南北相反的变化;其时间系数的分布表明,当前冬出现全国性偏暖(冷)或北冷(暖)南暖(冷)的气温异常时,后冬出现类似气温异常和相反气温异常的概率均在50%左右。进一步,通过SEOF分解得到了年际变化时间尺度上我国冬季气温演变的两个主要模态。第一模态(SEOFl)为前冬到后冬同相演变型,即前冬全国一致偏暖(冷)时后冬亦全国一致偏暖(冷),该模态在20世纪80年代中期有明显的年代际增暖;第二模态(SEOF2)表现为前冬到后冬反相演变型,即前冬全国一致偏冷(暖)而后冬全国一致偏暖(冷),该模态以年际变化为主。对环流场的分析表明,中纬度大气过程特别是大气遥相关型的变化是同向和反向两种演变模态产生的主要原因。SEOF1的环流表现为对流层中层斯堪的纳维亚遥相关型在整个冬季的持续性同号异常,与此相伴的海陆气压差强度和东亚高空急流强度的变化使得前、后冬中的东亚冬季风环流呈一致加强或减弱,从而引起同相演变模态。SEOF2的环流在前冬表现为欧亚遥相关型的特征,整个对流层的变化都很显著,而后冬的环流信号主要在对流层中低层显著,此时表现为类似斯堪的纳维亚遥相关型的特征且符号发生了反转,从而引起反相演变模态。

青藏高原年日照时数的年代际变化趋势

利用1961~2007年青藏高原68个气象台站日照时数观测资料,通过统计方法分析了近47 a来青藏高原年日照时数的年代际变化趋势,得到以下几点初步认识：青藏高原年日照时数整体上呈现自东南向西北增加的特点,并且其空间变化趋势也存在明显的区域差异。青藏高原东南部、西藏中部和西藏西南部以及青海北部地区年日照时数减少较为明显,高原西部、西藏中东部地区和青海南部年日照时数呈增加趋势;近47 a来青藏高原年日照时数具有明显的年代际变化特征,年日照时数增加区和减少区分别存在12.1和21.1 a左右的时间尺度;增加区在20世纪60年代至80年代年日照时数处于偏多阶段,90年代至21世纪初日照时数呈明显的减少趋势;减少区则表现为20世纪60年代至70年代年日照时数有所增加,90年代日照时数开始急剧减少,21世纪初达到最低值。各年代之间年日照时数变化特点同样具有明显的区域差异。

平流层极涡变化与我国冬季气温、降水的关系

利用国家气候中心提供的1951-2010年逐月环流指数资料,分析了北半球极涡强度指数、面积指数和中心强度指数的相关关系,并通过极涡强度指数的变化讨论了冬季北半球极涡强度的时间变化特征。结果表明,冬季极涡强度指数与面积指数和中心强度指数有较好的相关性,能够更好地反映冬季极涡强度的变化特征;冬季极涡存在准13年的年代际振荡周期,准5年的年际振荡周期在20世纪90年代后期较为明显。结合气温、降水观测资料和NCEP/NCAR月平均再分析资料,探讨了极涡强、弱不同年份我国冬季气温、降水和大气环流形势的变化。相对极涡弱值年而言,极涡强值年我国北方地区、东部地区特别是东北地区的气温偏高,西南大部分地区的气温偏低,长江流域和华南地区的气温变化不明显;我国南方地区降水偏多,长江中下游和华南地区的降水偏多最为明显,北方地区的降水略有减少;500hPa高度场上高纬度地区的位势高度降低,中高纬度的位势高度升高,冷空气向极地聚集,东亚大槽减弱,我国东北和东部地区的气温偏高;同时东亚冬季风减弱,湿空气向我国内陆输送,长江流域和我国南方地区的降水偏多。

平流层爆发性增温期间行星波的活动

利用逐日的NCEP再分析资料分析了1978-2004年期间发生的18次强爆发性增温时平流层中下层行星波1波和2波的异常以及极涡崩溃的形式。分析表明，爆发性增温前期1波都异常增幅，波振幅达到峰值之后的一段时间内发生爆发性增温，然而在增温过程中行星波2波的变化却有明显不同，可分为三种情况：（1）在增温前期，行星波2波很弱；在增温期间，行星波2波异常发展，伴随着极涡崩溃的形式是由偏心型向偶极型过渡。（2）在增温前期，行星波2波较强；在增温期间，行星波2波明显减弱，极涡的变化形式是远离极地，在极地外围活动，但不发生分裂。（3）在增温前期，行星波2波不太强；在增温期间，行星波2波有所发展，但始终强不过1波，极涡的变化是先偏离极地，然后发生不对称的变形。作者还计算和分析了EP通量及其散度，利用波流相互作用理论对这三种行星波的异常变化及其与爆发性增温的关系进行解释。

热带印度洋-太平洋夏季OLR变化的时空特征及其与我国夏季降水的关系

利用美国NOAA卫星观测1979-2007年OLR(Outing Longwave Radiation)资料和中国气象局国家气候中心的我国160站月降水资料,分析了热带印度洋-太平洋地区(22.5°S-22.5°N,40°E-80°W)OLR的时空变化特征及和我国夏季降水的关系。结果表明:近29年来热带太平洋南部地区OLR值有增加趋势,而热带印度洋和热带太平洋北部呈减少趋势。EOF分析表明热带印度洋一太平洋地区夏季OLR场具有东西反位相和南北反位相的变化特点,小波分析表明,这种变化主要存在着准5 a和准12 a左右的周期振荡。SVD分析表明,热带印度洋-太平洋夏季OLR场与我国夏季降水密切相关。

平流层极涡偏移对我国冬季降水的影响

利用1970—2010年NCEP/NCAR再分析资料、我国160站月平均降水资料分析了平流层极涡向欧亚大陆偏移与我国冬季降水的关系。结果表明:1月极涡偏欧亚大陆强度指数与同期1月降水的显著正相关区域主要分布在我国中部大面积地区及新疆西南部的少数地区,显著负相关区域主要分布在新疆中部;相对1月而言,与后期2月显著正相关区域仍然主要分布在我国的中部地区但向西北方向延伸,使得华中北部、华北南部相对减少,而华北西部、西北东部等地区增大。对流层环流形势显示出在欧亚型强极涡年的1月,东亚冬季风和东亚大槽异常减弱,我国内陆中东部东南风距平显著,而贝加尔湖北部北风距平显著,南下的冷空气与暖湿气流交汇地区较常年偏北,同时我国中部地区低层水汽向上传播也明显增强,存在显著的水汽强辐合中心。

改则地区气候变化对植被生理过程的影响及反馈效应的模拟研究

利用1997年10月1日至1998年9月30日设置在青藏高原西部改则的自动气象站观测资料作为强迫场,采用大气-植被相互作用模式(AVIM)对改则地区气候变化对植被生长过程的影响及反馈效应进行了模拟研究。结果表明,AVIM模式对青藏高原西部陆面过程具有一定模拟能力,能够较真实地模拟出地表特征量的变化特点。通过敏感性试验发现,青藏高原气候变化对植被生理生长过程有明显影响:降水增加有利于植被生长,尤其在雨季最为明显,其他季节无太大变化;气候变暖对植被生理过程的综合作用是植被净光合作用的变化,即春季增强,夏季减弱,秋季和冬季变化不大;"暖湿化"对高原植被生态系统的影响主要是春季和夏季植被活动增强,尤其春季最为明显。植被物理特性参数可以在相当大程度上改变陆面过程,进而导致高原热源发生变化,因此,为准确估计地表能量收支,对模式陆面参数进行深入研究是必要的。

基于逐步回归模态投影方法的BCC气候系统模式ENSO预报订正

本文利用国家气候中心气候系统模式(Beijing climate center climate System Model,BCC_CSM1.1m)提供的1991—2014年海表温度回报数据,将逐步回归模态投影方法(stepwise Pattern Projection Method,SPPM)应用到改进BCC_CSM1.1m模式El Nino和南方涛动(ENSO)预报研究。SPPM是一种经验性模式误差订正方法,其主要思路是在大尺度模式预报因子场中找寻出与格点观测预报变量相关性高的信号,通过投影将这种信号反演出来,然后建立回归方程得到订正后的预报结果。本文交叉检验和滚动独立样本检验的结果表明,利用SPPM可以有效地提高BCC_CSM1.1m气候系统模式的预报技巧,尤其是在热带太平洋地区以及印度洋海区,24年交叉检验Nino3.4指数提前6个月预报的相关系数技巧可以提高8%~10%,预报误差得到显著降低。不同季节SPPM订正效果略有不同,其中对秋季的预报技巧提升最为显著。与此同时,交叉检验结果还显示,SPPM对El Nino中心纬向位置的预报也有一定程度的改进。