ENSO组合模态可预测性的季节-年代际变化

厄尔尼诺-南方涛动组合模态(C-mode)是厄尔尼诺衰减期西北太平洋上空异常反气旋发展的主要驱动力,通常可以形成水汽输送通道,导致我国南部地区降水增多并发生严重的洪涝灾害,而在拉尼娜期间则情况相反。利用1981—2020年美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心再分析数据集的表面风场资料分析了C-mode可预测性的季节-年代际变化。结果表明:C-mode在2000年以后的可预测性明显下降,主要原因是其变率减小、强度减弱、信噪比降低等。在季节尺度上,C-mode存在“秋季预报障碍”,这与信号的季节循环密切关联,当C-mode在秋季进入衰退期时,信号强度最弱、变率最小,因此其秋季的可预测性降低。

中国东北极端持续大—暴雪事件的个例成因及可预测性

2013年11月东北大—暴雪持续日数为1982—2020年同期最多的一年。其中,2013年11月17—20日和25日先后发生两次强降雪过程,其中第一次过程降雪持续时间较长,而第二次过程日降雪强度强。基于此,从2013年11月月际异常气候背景和两次强降雪过程的角度,开展其成因和可预测性研究。研究结果表明,2013年11月北极涛动(AO)正位相异常偏强、类北太平洋涛动(NPO)负位相、巴伦支海以北的海冰月增长量(11月减9月)异常偏多和热带-南印度洋海温异常偏暖的气候背景有利于这次东北持续性大—暴雪事件的发生。其中,2013年11月巴伦支海以北的海冰月增长量偏多,意味着季节性海冰生长量增加使得向大气中释放的潜热通量增加,气温偏高,有利于AO正位相加强并激发罗斯贝(Rossby)波列,使得阿留申低压减弱;同时11月热带-南印度洋海温异常偏暖,热带印度洋对流加强和热带西太平洋对流减弱,有利于西北太平洋-阿留申地区维持“气旋-反气旋”式环流异常,呈现类NPO负位相。这样的环流形势有利于从北太平洋向东北地区持续输送水汽。第一次强降雪过程(17—20日)发生前5 d(12—16日)到降雪过程结束(20日),北大西洋涛动(NAO)维持正位相并且强度达到冬半年最强,由此激发持续东传Rossby波,使得西北太平洋-阿留申地区为持续性的南北向“气旋-反气旋”式环流异常,有利于北太平洋水汽持续输送至东北地区。在2013年11月25日第二次强降雪过程中,乌拉尔山阻塞高压显著加强,东北低涡加深,有利于热带西太平洋更为暖湿的水汽输送至东北地区,与北太平洋输送的水汽共同导致第二次强降雪过程的日降雪强度大。最后,利用CFSv2评估2013年11月异常气候背景的可预测性,结果表明CFSv2可提前1个月预测2013年11月热带-南印度洋海温异常偏暖,但对热带印度洋和西太平洋对流异常、NAO以及热带-中高纬大气遥相关预测能力较弱。在次季节尺度上,ECMWF(CMA)能提前29(12)d和13(16)d合理预测出两次过程降雪量的空间分布,这可能是由于模式能合理再现NAO和乌拉尔山阻塞高压等关键环流系统的逐日变化。因此未来还有待提升热带-中高纬大气遥相关、水汽输送以及平流层极涡的次季节-季节预测效能。

来自大气内部的季节气候可预测性初探

这是一个十分初步的工作结果。通常认为 ,气候的季节—年际可预测性主要来自缓慢变化的大气外强迫的异常 (如海表温度、积雪、土壤温度和湿度等 )。作者从大气月平均风场异常的持续性以及与东亚季风年际异常相关的全球大气环流异常特征两个方面初步探讨东亚夏季气候的可预测性。初步结果说明 ,大气月平均风场在对流层上层和平流层下层的热带区域及一些关键区域可持续性可以超过一个季节 ,并且与东亚季风有显著相关 ,从而使得从大气内部变化来考虑东亚夏季风气候仍然有一定的可预测性。

天山北坡次季节-季节尺度降水集合预测

在新疆天山大地形背景下,实现了中国气象局研发的高分辨率气候业务预测系统CMA-CPSv3(China Meteorological Administration-Climate Prediction System version 3)在天山北坡经济带的本地化应用,分别评估控制预报、传统集合平均预报以及改进后的最优概率阈值集合方法(deterministic ensemble forecast using a probabilistic threshold,DEFPT)对该区域次季节-季节降水的预测水平。评估结果表明:基于CMA-CPSv3预测系统的DEFPT方法可以提升天山北坡次季节-季节尺度1~5 mm阈值降水落区以及持续性的预测效果,优于传统集合平均预报和控制预报。从2016年7月29日—8月2日、2017年6月7—12日以及2020年7月8—12日时段发生在天山北坡的降水事件个例分析结果看,不论从降水落区、降水异常还是降水持续性,DEFPT集合预报在天山北坡西部和南部均有更好的效果,但在天山北坡东部和北部预测能力相对略低,这与该区域水汽的预报偏差增大有关。

北京气候中心次季节-季节预测系统对西南地区夏季降水次季节预报技巧评估及误差订正

利用北京气候中心(BCC)次季节-季节(Sub-seasonal to Seasonal,S2S)预测系统20年(1994-2013年)回报试验数据,在评估BCC S2S预测系统对中国西南地区夏季降水次季节预报性能基础上,进而采用基于奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)的误差订正方案对预测结果进行订正。结果表明:BCC S2S预测系统对西南地区夏季降水的次季节预报技巧随起报时间的提前不断下降,在起报时间提前10天以内具有一定预报技巧,而在起报时间提前10天以上基本无技巧,同时存在明显的区域性和年际差异。采用SVD误差订正方案能够较好改善BCC S2S系统对西南地区夏季降水的次季节预测水平,起报时间提前0~10、11~20、21~30天原始预测结果与观测间的异常相关系数分别为0.50,0.31和0.25,订正后分别提高至0.70,0.75和0.70,同时订正后的预测结果与观测间的空间相关系数在起报时间提前0~10天提高了0.3左右,尤其对起报时间提前11~30天的预测结果改进更加明显,空间相关系数提高了0.6左右。

NCEP CFSv2模式对川渝夏季降水次季节预测技巧评估及预报偏差分析

利用NCEP的第二代气候预测系统(CFSv2)提供的2000-2009年降水场历史回报试验资料以及川渝182个测站的降水实况资料。采用时间相关系数、均方根误差、距平相关系数、距平符号一致率以及PS评分等方法,对模式在川渝地区夏季降水以及夏季降水异常的次季节尺度预测技巧进行检验,并进一步分析了模式在概率密度和降水频次方面的预报偏差特征。结果表明:该模式对川渝夏季降水的可用预报时效为3候左右,能够较好地模拟出夏季降水的高值中心,但量级偏大。预报技巧高值区主要位于四川盆地西北部及渝东北地区,对攀西地区南部及川西高原部分地区也有一定的预报技巧。该模式也能够较好地把握川渝地区夏季降水异常偏少的趋势,有效预报技巧为2候以内。模式各时效预报与观测的降水概率密度主要集中在10 mm以下量级;模式预报各量级降水频次与实况相比均偏高得较为明显,且随着预报时效延长,偏差越大,其中偏高最为明显的是小雨频次。

次季节-季节尺度热带气旋活动研究和预测技术进展

从外部强迫和大气内部变率两个方面回顾次季节-季节尺度西北太平洋热带气旋活动的主要影响因子及相关机制研究进展,分析统计、动力及混合动力-统计混合3类预测技术的发展历史和现状,对该领域尚未解决的主要科学问题及预测技术发展趋势进行了探讨。

1982-1999年我国陆地植被活动对气候变化响应的季节差异

利用NOAA-AVHRR数据,以归一化植被指数(NDVI)作为植被活动的指标,研究中国1982～1999年四季植被活动的变化,探讨植被活动对全球变化的主要响应方式.结果表明,18年来,中国植被四季平均NDVI均呈上升趋势.春季是中国植被平均NDVI上升趋势最为显著(P＜0.001)、增加速率最快的季节,每年平均增加1.3%;而秋季是NDVI上升趋势最不显著的季节(P=0.075).不同植被类型的季节平均NDVI的年变化分析表明,生长季的提前是中国植被对全球变化响应的最主要方式,但这种季节响应方式存在明显的区域性差异.夏季平均NDVI增加速率达到最大的地区主要分布在西北干旱区域和青藏高寒区域,而东部李风区域的植被主要表现为春季NDVI增加速率最大.

雅浦-马里亚纳海沟连接区深层流季节内变异的特征和机制

雅浦-马里亚纳海沟连接区东深水通道是太平洋深层经向翻转环流携带南极绕极水进入西太平洋的首要入口。基于高分辨率的再分析数值模型结果,研究发现该通道深层流速和温度具有显著的40~90d周期的季节内变异,且季节内变异强度随深度的增加而增加,进一步研究揭示地形罗斯贝波(topographic Rossby waves,TRW)是引起上述季节内变异的主要原因,TRW波解可以解释深层流和温度季节内振幅的垂向变化。通过建立全水体的动力关联研究发现TRW在不同时刻具有不同的能量来源,首先次表层强涡旋经过时可以通过位涡守恒激发深层的TRW;第二,大洋中层存在的强涡旋也可激发深层的TRW;第三,深层平均流可以主要通过正压不稳定过程向季节内TRW提供能量。

基于11月初乌拉尔山积雪展开的中国南方冬季降水的次季节预测研究

众多研究表明,秋季积雪的时空演变是次季节尺度气温预测的重要依据,然而其与降水变化的关系还未得到充分研究。本文分析发现,在1979/80至2016/17时期,11月前期(1至14日)乌拉尔山地区雪水当量与该年11月15至21日及次年1月6至15日中国南方降水有显著的正相关关系。乌拉尔山雪水当量在11月前期(1至14日)偏少时,可以通过非绝热加热过程增暖其上空大气,表现为显著的陆-气耦合。同时乌拉尔山地区出现准定常Rossby波列,并沿极锋急流向东传播。在11月中期(15至21日),该波列向下游传播至东亚地区,增强了东亚大槽强度,使得中国南方水汽输送强度减弱,降低了该地区的降水强度。在其后的11月22日至次年1月5日,乌拉尔山地区陆-气耦合较弱,其上空环流异常也较弱。在次年1月前期(6至15日),积雪向南扩展至地中海北侧地区,并通过陆-气耦合作用冷却其上方大气。气旋性环流异常出现在欧洲上空,同时伴随着沿副热带西风急流传播的准定常Rossby波列。该波列加深东亚大槽,并减弱了中国南方地区的降水强度。本文研究结果可用于中国南方冬季次季节尺度降水的预测。

亚洲-西太平洋夏半年季节内振荡:热带气旋活动强、弱年的对比

应用有限区域波数-功率谱和滞后线性回归统计方法,对比分析1979—2004年热带气旋(TC)活动强、弱年亚洲-西太平洋区域(AWP)夏半年大气季节内振荡(ISO)的传播特征及海气相互作用过程。分析结果表明:在整个AWP和西太平洋区域都存在TC强年ISO东传特征更显著的特征,ISO对流传播在纬向上伸展更偏东,强年沿赤道东传20～60 d周期波动更强,西太平洋区域是传播特征强弱年区别较显著的区域,与TC活动密切联系;TC强、弱年ISO过程中海气相互作用过程相同,海洋和大气间的能量交换对维持ISO西北传播时起作用;TC强年的海气相互作用比弱年更加强烈,尤其是对流凝结潜热的释放在强年比弱年强,这可能是导致TC强、弱年ISO特征区别的原因之一。

BCC第二代气候预测模式系统对2015年一次寒潮过程的预报能力评估

利用BCC第二代气候预测模式系统(BCC_CSM2)的回报试验结果,评估了BCC_CSM2对2015年1月27—31日一次强寒潮过程的次季节预报能力,结果表明:(1)此次寒潮过程主要由新地岛以西的短波槽不断东移发展而形成的,模式能够提前10 d较好地预报过程期间降温以及高空环流形势,相关系数、距平符号一致率以及均方根误差都定量表明模式在10 d左右具有较好的预报能力,但是对降温程度的预报能力随起报时间的延长逐渐降低;(2)为了探讨随起报时间延长模式预报能力降低的原因,从位势倾向方程出发,分析相对涡度平流和温度平流随高度变化发现,在模式提前10 d之内的预报时段内,模式预报的相对涡度平流和温度平流随高度变化与再分析资料的诊断结果基本一致,能够合理预测短波槽的东移和槽脊的强度变化,当预报超过10 d后,模式中相对涡度平流的配置不利于短波槽的东移,模式预报的低层出现暖平流,并随高度增加而减小,不利于槽的加深,使模式预报的环流形势产生偏差,导致模式预报能力降低。

Classification analysis of prediction skill among ensemble members in MJO subseasonal predictions——based on the results of the CAMS-CSM subseasonal prediction system

由于模式误差和初始误差所致,次季节-季节预报技巧整体偏低.国际上多数模式都采用集合预报的方式来提高次季节预报的准确率.热带大气季节内振荡(MJO)作为次季节尺度可预报性的重要来源,其预测水平取决于模式性能和MJO事件本身的物理特性.根据中国气象科学研究院气候系统模式次季节预测系统的回报结果,结合不同类型MJO事件的特征,对模式集合成员间的预报技巧进行了分类和比较.在集合成员预报技巧普遍较高的一类MJO事件中,对流异常信号持续时间较长,强度较大,强对流异常中心主要位于印度洋区域,并逐渐东传至西太平洋.在集合成员预报技巧多数较差的MJO事件中,对流异常信号的强度最弱,维持时间最短.在集合成员预报技巧优劣参半的类别中,MJO往往持续时间较短,强度较低,在后续传播过程中,对流异常中心多停驻在海洋性大陆区域.

2007年南海夏季风季节内振荡的北传及影响因子

利用2007年全球降水气候计划GPCP(the Global Precipitation Climatology Project)卫星红外窗口导出的全球降水指数GPI(the Global Precipitation Index)的日降水资料及频率-波数分析方法,分析2007年南海夏季风季节内振荡(Intraseasonal Oscillation,ISO)的传播特征,并使用美国国家环境预报中心(NCEP)/美国大气研究中心(NCAR)再分析的逐日资料,探讨影响其传播的主要因子。结果表明,南海夏季风ISO有明显的北传趋势,并且明显比南传分量占优。影响南海夏季风ISO北传的主要因子是平均纬向风垂直切变和平均经向风对异常水汽的输送。之所以异常经向风对平均水汽的输送及海-气相互作用的影响在南海地区不重要,而在印度季风区有一定的贡献,是因为平均水汽和纬向风分布在两个地区的差异。

亚热带红壤丘陵区季节性干旱成因及其发生规律研究

结合多年气象资料系统研究亚热带红壤丘陵区季节性干旱成因与发生规律结果表明 ,该区季节性干旱严重 ,“土壤 作物”干旱年发生概率为 85 .7% ,其中≥中等干旱年发生概率为 5 0 .0 % ,7～ 8月份和 11～ 12月份为年内高发期 ,以夏秋干旱危害最大 ;气候性干旱 (Z值法 )年发生概率为 5 9.5 % ,其中≥中等干旱年发生概率为31.0 %。“土壤 作物”干旱明显大于气候性干旱 ,且二者发生概率和危害程度均为 2 0世纪 90年代 >80年代 >70年代 >6 0年代 ,表明红壤丘陵区抵御季节性干旱的能力呈下降趋势 ,农业生态系统抗逆性能仍在不断退化。

南海大气季节内振荡特征及其与ENSO循环的关系

采用1979—2009年NCEP/NCAR再分析资料、NOAA向外长波辐射(outgoing long-wave radiation,简称OLR)及扩展重建海表面温度资料,对南海大气季节内振荡(Intra-seasonal Oscillation,简称ISO)特征及其与ENSO循环的关系进行了诊断分析。结果表明:1)南海大气ISO的30~60 d周期在5—10月均显著。一般年南海大气ISO的对流传播在纬向上存在东传和西传,在经向上具有南北半球季节性摆动的特征。以低频动能表征的南海大气ISO强度年代际变化特征明显,近31 a来趋势增强,年变化呈单峰结构,峰值在7—8月。2)南海大气ISO的对流与ENSO循环显著相关,其强度在El Nio(La Nia)年减弱(增强)。与一般年对比,南海大气ISO对流在El Nio和La Nia年均表现为西传减弱、北传显著。北传特征表现为强对流活跃带于春季(4—5月)北跳至北半球(在La Nia年最北可至35°N),但在北半球的传播方向与一般年相比存在显著差异。3)南海大气ISO强度与ENSO循环关系密切,在El Nio(La Nia)年减弱(增强),两者表现为约半年(6~8个月)的滞后相关。Nio3区海表面温度异常序列与南海大气ISO强度的相关在中西太平洋地区和El Nio成熟前的春、秋季最显著,同时相关中心伴随低频动能高值区东移。

燃气机热泵热水器季节运行模式及其性能实验

针对燃气机热泵热水器在全年制取生活热水的同时可满足对建筑冬季供暖夏季供冷的需求,对系统不同季节运行模式下的性能进行了实验研究,并利用季节一次能源利用率(SPER)的评价方法对系统性能进行评价.结果表明:夏季供冷兼制生活热水模式下,系统SPER为2.16,比单纯制取生活热水模式季节性能提高了46.9%;春/秋自然通风兼制生活热水模式下,转速为1,000,r/min时系统SPER最高为1.99;冬季供暖兼制生活热水模式下,系统SPER为1.82,比单纯制取生活热水模式季节性能提高了15.9%.

近40年来渭干河-库车河三角洲绿洲气候变化特征分析

利用库车、沙雅、新和气象站1961-2000年日照、气温、降水和蒸发观测资料，分析渭干河-库车河三角洲绿洲近40年来日照、气温、降水和蒸发量年际变化、季节变化及特征。结果显示：近40年来年均日照总体呈减少趋势，减少倾向率为31．64h／10a，减少幅度从大到小依次为冬、夏、秋和春季；近40年来年均气温总体呈增加趋势，增长倾向率约0．17℃／10a，年内冬、秋两季呈上升趋势，春、夏两季呈下降趋势；近40年来年降水量总体呈增长趋势，增长倾向率约10．16mm／10a，年内除秋季外，夏、春、冬季降水均呈增长趋势；近40年来年蒸发量总体呈减少趋势，减少倾向率约149mm／10a，年内蒸发量减少幅度从大到小依次为夏、春、秋和冬季。

18β-甘草次酸对变应性鼻炎大鼠鼻黏膜中水通道蛋白5及黏蛋白5AC的影响

目的观察18β-甘草次酸(18β-glycyrrhetinic acid,18β-GA)对变应性鼻炎(AR)鼻黏膜中水通道蛋白5(aquaporin 5,AQP5)与黏蛋白5AC(mucin 5AC,MUC5AC)表达的影响并探讨其意义。方法将30只大鼠随机分为正常对照组、AR模型组、18β-GA组,每组10只,采用OVA致敏法建立大鼠AR模型,18β-GA组大鼠灌胃给予18β-GA(23.4 mg/kg),模型组灌胃给予同体积的生理盐水;给药期间每周末次给药后,对大鼠进行行为学评分测定;随后麻醉大鼠取鼻黏膜组织光镜下观察病理形态学变化;免疫组织化学法观察AQP5及MUC5AC的蛋白表达情况;同时测定小鼠血清中白细胞介素-4(IL-4)、特异性IgE(sIgE)、干扰素-γ(IFN-γ)的含量及鼻黏膜组织中AQP5及MUC5AC的表达情况。结果大鼠AR模型建立成功,与AR模型组比较,18β-GA组大鼠的行为学评分明显降低(4.63±1.02 vs 8.74±1.88,t=7.567,P<0.01);已损伤的黏膜上皮出现好转,腺体和扩张的腺管趋于正常,肥大的杯状细胞明显减少,黏膜固有层浸润的炎性细胞减少。与AR模型组比较,18β-GA组大鼠的血清IL-4、sIgE的含量显著降低[(5.63±1.08)ng/ml vs(6.98±1.24)ng/ml,(0.772±0.185)ng/ml vs(1.886±0.394)ng/ml,t=2.608、8.096,P<0.01],IFN-γ含量显著升高[(65.42±8.02)pg/ml vs(35.14±4.83)pg/ml,t=10.237,P<0.01];AQP5蛋白表达量升高(0.84±0.13 vs 0.57±0.03,t=9.234,P<0.01),而MUC5AC蛋白表达量显著降低(1.46±0.34 vs 1.82±0.31,t=6.318,P<0.01)。结论18β-GA可能通过改变AR小鼠体内的炎症因子的含量,同时升高鼻黏膜组织中AQP5的表达及降低MUC5AC表达的方式来达到治疗AR的效果。

Subseasonal transition of Barents-Kara sea-ice anomalies in winter related to the reversed warm Arctic-cold Eurasia pattern

“暖北极-冷欧亚”模态(WACE)的次季节反转会触发中国东部冬季的极端冷/暖转换以及春季沙尘暴.在这一显著的高纬度大气模态反转的驱动下,巴伦支海-喀拉海(BKS)的海冰异常也表现出次季节转换.当北极变暖以及乌拉尔山高压增强时,BKS异常向下的湍流热通量和增强的向下红外辐射有利于海冰融化;近地面的异常偏南风使海冰从薄冰区向多年冰区漂移,进一步扩大了开阔洋面.相反的机制出现在WACE反位相,导致BKS海冰异常偏多.当WACE次季节反转时,上述机制分别发生在前冬和后冬,使得BKS海冰异常出现显著的次季节转换.近10年随着WACE反转频率增多,BKS海冰前后冬的次季节变化增强.本文构建了WACE次季节反转的综合示意图,有助于更好地理解和预测中国东部极端气候.