ON STRONG SIGNALS OF MONTHLY PRECIPITATION ANOMALIES IN EARLY RAINING SEASON OF GUANGDONG AND CONCEPTUAL MODELS OF PREDICTION

Reanalysis data from NCEP/NCAR are used to systematically study preceding signals of monthly precipitation anomalies in the early raining season of Guangdong province, from the viewpoints of 500-hPa geopotential height field, outgoing longwave radiation (OLR) field, sea surface temperature (SST) and fourteen indexes of general circulation depicting atmosphere activity at high, middle and low latitutes. Being multiple tools of information, a number of conceptual models are formulated that are useful for prediction of the magnitude of monthly precipitation (drought, flood and normal conditionss).

2023年汛期气候趋势预测与展望

2023年3月,中国科学院大气物理研究所开展汛期(6~8月)全国气候趋势预测会商会。通过综合大气所各数值模式和统计模型的结果,在未来4~6个月热带中东太平洋从持续3年的La Niña事件转为异常偏暖状态的背景下,预计2023年汛期,东北的北部和东部、华北大部分地区、黄河中下游、黄淮流域、东南沿海、西北地区中部、新疆和西藏的西部、西南地区中部降水正常略偏多,其中东北的北部和东部以及黄淮流域降水偏多2~5成,可能发生局地洪涝灾害。全国其他大部分地区降水正常略偏少,其中长江中下游地区、河套北部至内蒙古中东部、新疆北部降水偏少2~5成,可能发生阶段性高温热浪。预计今年夏季登陆台风数量接近正常。由于未来ENSO的演变趋势、西太平洋暖池对流的异常变化以及中高纬度环流异常的季节内变化等诸多因素都具有不确定性,因此此次汛期降水预测结果也存在一定的不确定性。将根据2023年春末、夏初大气环流和海洋等因子的实际演变趋势,做进一步补充订正预测。

华南汛期持续性降水特征及其与30~90 d大气低频振荡的联系

利用全国756站逐日降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了1961—2011年我国东部汛期持续性降水30~90 d低频变化特征及其与大气低频振荡的联系。结果表明,华南地区降水偏多型是汛期持续性降水低频变化的主导模态。对流层低层位势高度负异常和气旋型环流异常,以及高层略向北偏移的环流异常为华南汛期持续性降水低频变化提供了大尺度形势场。当西太平洋副热带高压脊线维持在22°N附近时,来自孟加拉湾和南海的水汽输送维持了华南地区汛期持续性降水活跃位相,向东北传播的副热带大气低频振荡系统对华南汛期持续性降水具有调制作用。此外,华南汛期降水低频变化还具有南北迁移的经向演变特征。

1997年华南汛期降水异常与大气低频振荡的关系

利用国家气象中心提供的逐日降水资料及NCEP逐日再分析资料,分析了1997年华南地区汛期异常降水低频特征与大气低频振荡的关系。研究表明,1997年华南前汛期和后汛期降水表现为不同的振荡特征;前汛期降水主要以10～20天准双周振荡为主,而后汛期降水的低频特征并不明显。进一步对降水和其它要素的低频振荡特征进行分析发现,该年华南地区前汛期降水和风场的低频振荡现象是普遍存在的;低频纬向风的传播变化与降水的时间分布有较好的对应。并且,高、低纬度低频风场同时向华南地区传输,会产生极强的降水。在对大气低频扰动动能的分析中也发现,华南前汛期降水伴随着低频扰动动能在该地区的集中释放。

东北地区汛期降水与全球大洋海温异常关系的SVD分析

利用中国160站月平均降水量资料和英国气象局整编的1950.1～1998.12全球逐月海温格点资料(格点分辨率2°×2°),采用相关分析和SVD方法研究了东北地区汛期(7～8月)降水异常与印度洋和大西洋海温异常的关系。结果表明:不同的海区对东北汛期降水异常有不同的影响。东北汛期降水与前一年6～7月西南印度洋海温有较好的负相关关系,东北西南部、东北部和西南印度洋KeyⅠ海区(23～13°S,57～77°E)为SVD耦合相关的显著区域。东北汛期降水与当年3～5月北大西洋KeyⅡ海区(21～27°N,61～75°W)有较好的正相关关系,对应了海温分布型是南北“翘翘板”型。两海区的海温异常共同对东北地区汛期降水异常有较好的预示作用。两海区海温异常对应的全国降水异常的空间分布在东北和华北地区是一致的。

青南高原汛期降水异常与水汽输送

根据地面气象站观测资料,分析1961—2004年青南高原汛期降水变化的区域特征,并依据NCEP/NCAR再分析资料分析了典型多雨和少雨年份的大气水汽输送.研究表明:青南高原汛期降水变化的区域性较强,其东北部、西部和中南部变化形势差异显著,各区典型异常年份出现的时段和频率以及对应的水汽来源不同.其中,来自赤道西太平洋的水汽输送是青南高原东北部地区汛期降水的主要来源,而西北冷空气是降水形成的重要促进因素;西部地区汛期降水主要受到来自孟加拉湾水汽输送和西风水汽输送的影响,同时欧洲东部和西西伯利亚地区阻塞高压活动对其亦有一定影响;中南部地区汛期降水主要来源于西南季风的水汽输送,此外也受到欧亚中高纬环流形势的影响.

东北地区汛期降水异常的大气环流特征分析

针对东北地区汛期（7～8月）的情况，分析了造成汛期降水异常的大气环流特征，结果表明：汛期多（少）雨年，低层850hPa蒙古东南的气旋（反气旋）式距平环流、我国大陆东部的西南风（东北风）距平气流及日本南面的反气旋（气旋）式距平环流的共同作用加强（减弱）了低层西南暖湿气流在东北地区的辐合；多（少）雨年，中层500hPa中高纬西风带经向运动加强（减弱），从贝加尔湖以北的高纬地区到日本附近的高度场呈＋-＋（-＋-）的波列分布。8月的环流形势比7月更容易造成严重旱涝，下游鄂霍茨克海和日本海阻塞高压的发展和减弱是造成8月降水异常的重要因子。考虑7月旱涝流型演变时，应着重关注南北向＋-＋的“波列”；而考虑8月旱涝流型演变时，则更应着重关注东西向-＋-＋-的“波列”配置。多、少雨年，高、低层的散度场、垂直速度场及水汽条件等物理量场都有明显的差异。

季平均3.2m地温距平场在汛期预报中的应用

１０年以内的各种气候变化，除正常年变化外，其余各种变化或因周期太短（如正常日变化、天气周期变化），或因气温振幅太小（如年际变化、月、季变化等），对３.２ｍ地温变化幅度的贡献均在０.０５—０.１５℃之间，故消除了正常年变化（取距平后的）３.２ｍ地温场（Ｔ′３２）在相当程度上是３２ｍ以下地热活动的反映，特别是｜Ｔ′３２｜≥０５℃的高（低）温中心，基本上是地下热活动的反映。分析了１９８０年以来逐季的Ｔ′３２图，发现其高值中心的演变颇有规律：从初生到最强阶段中心位置少动，此时Ｔ′３２水平梯度较大，强盛阶段一般与本区地震多发时段相连，在减弱和消失阶段表现为水平梯度变小，中心分裂。一个高温中心一般可维持１—５年。处在强盛阶段及稍后一些的高温中心区，当其尺度达到１０００ｋｍ时（用高温区周围的低温轴线的包围区计算），本身可以“制造多雨系统”，使得高温区多雨；当尺度小于１０００ｋｍ时，一般只能影响已有的天气气候系统。

华南前汛期降水异常与水汽输送的关系

采用1958—2000年华南57站前汛期日降水资料和NCEP/NCAR逐日水汽输送再分析资料,分析了华南前汛期降水异常与水汽输送的关系,并对旱、涝年进行了比较分析。结果表明:华南地区经向水汽输送的异常变化将导致该地区的异常旱涝,而纬向水汽输送的异常变化只导致该地区出现小范围的降水异常。旱年和涝年的异常水汽输送不是简单的反位相关系。来自印度洋和西太平洋的水汽对华南地区前汛期的降水异常没有明显的作用,南海(主要是其北部)才是华南降水异常的关键区。

华南前汛期(4~6月)降水异常特征及其与我国近海海温的关系

分析了华南前汛期降水异常，认为华南前汛期降水峰值所在月有明显的年际变化。前汛期总的降水变化趋势不明显。前汛期降水异常存在多尺度振荡，前汛期降水偏多年，偏少年的同期全国降水分布存在明显相反的特征，且通过对华南前汛期降水异常与其前期（上一年6－8月）我国近海SSTA的相关分布，找到一个稳定的影响华南前汛期降水的敏感海区，同时讨论了它的敏感时段及其同期的SSTA，后期的距平环流场特征与华南前汛期降水异常，同期的距平环流场特征的关系，最后分析了该敏感海区SSTA与全球海域SSTA的关系，由此提出一个我国近海SSTA影响华南前汛期降水异常的可能机制。

影响陕西汛期降水空间分布的强信号

为了寻找影响陕西省汛期降水空间分布的前期强信号,应用 陕西省1959～2003年36个气象代表站汛期（6～9月）降水量标准化资料,进行经验正交EOF分解。根据特征向量分布,确定陕西汛期降水典型分布场为“全省一致”型、“南北振荡”型和由北向南的“两头多（少）、中间少（多）”型。通过分析关键区的海温异常和大气环流变化等因子与EOF分解前3个时间系数的相关性,得到了汛期降水预测的一些重要前期强信号,如西风漂流区海温,Nion 3区海温、北太平洋涛动、东亚冬季风等,对陕西汛期降水分布预测具有明显的预示作用。

辽宁汛期降水异常的环流因子分析

在分析辽宁汛期降水的气候特征基础上,着重对影响辽宁汛期降水的环流特征进行了分析,结果表明:(1)近44年辽宁汛期降水呈下降趋势并出现显著的年际、年代际变化特征。(2)辽宁汛期水汽来源于西南夏季风和我国东部海域,汛期降水异常与低空的西南、东南夏季风、中空的极涡、西风槽、西太平洋副热带高压活动及高空的南亚高压关系密切。

2022年汛期气候趋势预测与展望

中国是自然灾害频发的国家,气象灾害造成的损失占自然灾害造成损失的70%。2020年夏季出现超长梅雨期,长江和淮河发生洪水;2021年夏季,华北雨季开始早,结束晚,期间发生了“21·7”河南地区特大暴雨事件。这些气象灾害都对人民生命财产造成严重损失。因此,有必要提前对气候异常进行预测,以提高国家的防灾减灾能力。2022年3月,中国科学院大气物理研究所开展汛期(6~8月)的全国汛期气候趋势预测会商会。通过综合大气所各个数值模式和统计模型的结果,在未来4~6个月全球短期气候仍处在La Niña事件恢复到ENSO正常状态的背景下,预计2022年汛期(6~8月),东北东部和中部、华北大部分地区、黄河中下游、东南沿海、西北地区中部、西藏大部分地区、西南地区东部和云南大部分地区降水正常略偏多,其中环渤海湾地区降水偏多2~5成,可能发生局地洪涝灾害。全国其他大部分地区降水正常略偏少,其中长江下游地区和新疆北部降水偏少2~5成。预计今年登陆台风数正常略偏多。由于未来ENSO的趋势演变具有一定的不确定性以及夏季降水受到中高纬大气环流季节内变化的影响,因此,此次汛期预测结果具有一定的不确定性。我们将根据2022年春末、夏初大气环流和海洋等因子的实际演变趋势,做进一步补充订正预测。

地气耦合法对1993年汛期降水预报的总结

１９９３年的汛期降水预报除了多年来的一套常规方法外，还利用了近两年的两个新研究结果。（１）地震场与降水场的关系：太平洋西岸及台湾“弱震”，将有利于我国东部多雨。另外，１９９３年７月至１９９３年３月长江流域发生６次２—３级地震，我国北方地震很弱，这预示长江中、下游的高地温区将发展扩大，故预报本年江南北部多雨；（２）３．２ｍ地温距平场本身的演变规律。在１９９２年１２月－１９９３年２月的图上共有１４个高温中心，逐个追查其历史演变，高地温中心仍存在或加强，预报为多雨，相反则少雨。

海温异常对云南5月降水主要模态的影响

利用1961~2016年云南125个气象观测站逐月降水数据,结合同期NCEP/NCAR再分析资料和英国Hadley中心海表温度资料,在揭示云南5月降水主要模态特征的基础上,分析发现北太平洋、赤道中东太平洋和赤道印度洋是影响云南5月降水的三个主要关键海区,由此定义了对应不同关键区的类PDO指数、类ENSO指数、Dsst指数和Esst指数,进一步探究云南5月降水主要模态与海温异常的关系。结果表明:(1)云南5月降水的主要模态为全区一致型和东西差异型,其中东西差异型模态表现出明显不对称特征,东多西少时的东西差异特征比较明显,而东少西多时西部地区降水偏多的范围很小,主要以中东部地区降水偏少为主。(2)北太平洋地区的类PDO和类ENSO海温异常模态是影响云南降水全区一致型变化的主要因子,类PDO主要影响水汽输送变化,而类ENSO主要影响冷空气活动,即当北美沿岸海温偏低、北太平洋中部海温偏高和赤道中东太平洋海温偏低时,有利于云南全区一致型降水偏多,反之则有利于降水偏少。(3)Dsst指数表征的赤道印度洋海温变化是影响云南降水出现东西差异的主要因子,当印度洋海温偏高时,有利于云南降水西多东少,反之则有利于云南降水西少东多,而Esst指数表征的赤道中东太平洋海温变化却会减弱Dsst指数对降水东西差异型的影响,使云南降水更趋向于全区一致型的变化。

两类El Ni■o事件对华南前汛期降水异常的影响

利用观测资料及模式结果探讨了EP/CP El Nino事件对华南前汛期(4-6月)降水异常的影响。结果发现,EP和CP型相关的华南前汛期降水异常分布之间存在明显月际差异,表现为4、5月EP(CP)型相关的降水异常以偏多(少)为主;6月则相反,EP(CP)型的降水呈负(正)异常分布。分析表明,EP型相关的4、5月偏强的副热带高压与850hPa上西北太平洋反气旋异常相配合,有利于水汽从海洋向陆地输送,且两广地区水汽辐合,降水异常偏多;而6月相关的500hPa异常场上对应偏强的东亚大槽,不利于水汽输送,且广东地区处于水汽辐散区,对应降水偏少。CP型相关的4、5月对应500hPa上东亚大槽偏强,不利于水汽往陆地输送,且华南为水汽辐散,降水偏少;6月的500hPa上呈现“+-+”的东亚-太平洋遥相关波列(EAP)型,华南地区为明显的水汽辐合,降水偏多。GFDL模式较好地再现了EP/CP型的4、5月降水异常分布及大气环流形势,但是对6月的模拟存在一定偏差。

佛山市前汛期旱涝及其环流异常特征

基于佛山市降水量和NCEP/NCAR再分析资料,采用二维风场差异的显著性检验方法等,分析了佛山市前汛期降水异常特征及旱、涝年水平风场和垂直经圈环流的差异。结果表明,佛山市前汛期降水量存在多时间尺度振荡,降水量的气候变化趋势不明显。旱、涝年热带低纬度的南海中北部及西太平洋地区的850 hPa风场存在显著差异,影响前汛期旱涝的关键区是副高的西北侧和南侧。分析还表明,旱、涝年经圈环流差异显著,北半球风场显著区位于南海区域和华南地区,层次集中在大气低层和中层。

不同PDO背景下华南前汛期锋面和季风降水的水汽输送差异

基于华南地区60个站点的逐日降水资料及NCEP再分析资料,采用拉格朗日后向气流轨迹模式(HYSPLIT_4.9),分析了1960—2012年PDO(Pacific Decadal Oscillation,太平洋年代际振荡)不同相位期间,华南前汛期锋面和季风降水的水汽输送轨迹、主要源地及不同源地水汽的降水贡献率的差异。结果表明:1)锋面降水阶段,在PDO正相位期间,西太平洋-中国南海-孟加拉湾水汽较多;夏季风降水阶段,在PDO正位相期间,北印度洋-孟加拉湾-中国南海的整层水汽含量较多。2)锋面降水阶段,水汽主要来自西北太平洋与中国南海,在PDO正相位期间,副热带高压位置偏北,使得西太平洋水汽输送路径偏北,有更多水汽向华南输送,有利于华南季风降水形成,降水与PDO呈显著的正相关关系。3)季风降水阶段,在PDO正位相期间,尽管北印度洋-孟加拉湾-中国南海的整层水汽含量大,但并未都输送至华南,故形成的有效季风降水偏少,降水与PDO呈显著的负相关关系。

海口秋汛期(9-10月)降水异常变化特征及影响因子分析

利用1951—2008年海口降水量资料和北半球500 hPa高度及相关环流特征指数资料,北太平洋海温及相关NINO区海温特征指数资料,分析了海口秋汛期(9—10月)旱涝的气候特征及其与500 hPa高度场、北太平洋海温场和相关特征指数的关系。结果发现:海口秋汛期(9—10月)降水年际变化大,旱涝年代际变化特征明显;北半球副高及太平洋各副高单体和东亚槽强度与位置异常变化以及西藏高原高度场异常变化,是影响海口秋汛期降水的主要因子;前期冬季12月和1月太平洋各副高单体位置变化和前期冬、春季各月份北半球极涡面积、东亚槽位置及西藏高原高度场异常变化,对海口秋汛期旱涝具有较好的指示性;前期11—2月赤道东太平洋海温距平分布型和11月关键区海温高低变化,也对海口秋汛期旱涝预测具有较好的指示意义。

投影寻踪回归与BP神经网络方法在前汛期降水预测中的比较研究

以1962—2006年粤北地区7个站4—6月前汛期降水量资料为基础,将前汛期降水量与74项环流指数资料进行灰色关联度分析,确定了影响粤北地区前汛期降水量的16个关键环流指数因子,分别应用投影寻踪回归、BP神经网络和逐步回归方法,建立前汛期降水趋势预测模型,对粤北地区前汛期降水趋势进行预测。结果表明:投影寻踪回归和BP神经网络方法的预测能力均优于传统的逐步回归模型。其中,PPR模型比BP神经网络方法的预测效果更好。