The African Climate as Predicted by the IAP Grid-Point Nine-Layer Atmospheric General Circulation Model (IAP-9L-AGCM)

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2023年秋季我国气候异常特征及成因分析

利用NCEP/NCAR再分析数据集和中国2400个站的气候观测数据,对2023年秋季我国气候异常特征及其成因进行分析。2023年秋季全国平均气温为1961年以来历史同期最高;全国平均降水量接近常年同期,但空间分布不均且季节内变化明显。秋季欧亚中高纬环流呈“两槽一脊”型,造成我国气温显著偏高;9月呈“两脊一槽”型,巴尔喀什湖低槽活动导致西北地区降水增多;10月呈“两槽一脊”型,导致北方地区偏暖加强;11月呈“西高东低”型,东路冷空气增强,东北地区气温偏低、降水偏多。西太平洋副热带高压总体较常年偏强、偏西,脊线9月异常偏北、10月偏南、11月接近常年。印缅槽9月显著偏强,10—11月接近常年。9月印缅槽偏强与副热带高压异常偏北共同导致了长江中下游以北至黄河下游地区多雨;10—11月东部地区水汽条件整体偏差。9—10月近海台风频繁活动,造成华南地区降水偏多。2023年秋季我国气候受到大气季节内变化的显著作用,热带海温异常的影响不典型。

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。

2006年夏季中国的异常气候——中国科学院大气物理研究所短期气候预测检验

对中国科学院大气物理研究所2006年的夏季(6-8月)降水预测进行检验,结果表明,110°E以东地区预报与实况大体上比较接近,重庆和四川的严重旱灾以及华南的严重洪涝灾害均未预报出来。另外分析了2006年夏季中国异常气候的特点。夏季风的季节内变化对夏季降水异常具有重要影响,而短期气候预测对夏季风季节内变化的预测还是一个难点。

2004年夏季短期气候集成预测及检验

分析了2004年夏季东亚大气环流的主要特点及对我国天气与气候的影响.对可能影响2004年夏季中国降水的主要物理因子及其演变的判断基本正确.跨季度预测指出2004年夏季我国大范围严重洪涝事件的可能性不大,6～8月主雨带可能位于黄河中下游与淮河之间;并较好地预测了影响我国的台风数.对2004年夏季跨季度气候预测中存在的问题进行了初步讨论,以便改进和完善中国科学院大气物理研究所短期气候预测系统.

华南前汛期开始日期异常与大气环流和海温变化的关系

利用1961—2012年美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的再分析资料、NOAA海温资料,CMAP降水资料和华南261个测站降水观测资料,首先分析华南前汛期开始日期(以下简称华南开汛)异常的气候特征,然后采用相关分析、合成分析的方法研究华南开汛异常与3—4月大气环流以及海温变化的关系。结果表明,近52 a来华南开汛具有显著的年际变化特征,但变化趋势不明显。开汛最早出现在1983年3月1日,最晚出现在1963年6月1日,1961—2012年华南平均开汛日期是4月6日。华南开汛主要出现在3—4月,占92.3%。华南开汛与3—4月华南降水相关最显著,开汛偏早(晚),对应华南3—4月降水偏多(少)。华南开汛偏早年,在3—4月,对流层高层副热带西风急流偏强,中层西太平洋副热带高压偏强偏西、低层南支槽偏强,华南上空西南气流偏强;华南开汛偏晚年则相反。华南开汛与3—4月中国南海及周边地区海温显著相关,海温偏低(高)对应华南开汛偏晚(早)。华南开汛偏晚年的海温和大气环流异常比早年显著。

1960～2017年华北地区气候生长季变化特征及成因分析

基于华北地区1960~2017年逐日气温数据,运用Mann-Kendall非参数检验、Morlet小波分析和R/S分析等方法,分析了华北地区气候生长季指标生长季开始(GSS)、生长季结束(GSE)、生长季长度(GSL)、生长季内≥10℃活动积温(AT10)及其对应的天数(DT10)的时空变化特征及其影响因素。结果表明:①华北地区GSS呈显著的提前趋势,变化速率为−2.43 d/10a,GSL呈现出明显延长,AT10和DT10表现为显著增加趋势,变化速率分别为2.95 d/10 a、67.14℃/10a和2.31 d/10a,GSE变化趋势不明显。近60 a来华北地区GSL的延长主要归因于GSS的明显提前。②生长季指标变化趋势在空间上存在明显差异,其中GSS与GSL,AT10与DT10变化趋势的空间分布格局较为相似。③生长季指标普遍在20世纪90年代中后期发生了明显的突变,GSS、GSE和GSL的突变年份为1994~1995年,AT10和DT10的突变年份为1997~1998年。④近60 a来华北地区生长季指标变化存在着2~3 a、5~6 a的主周期。生长季指标Hurst指数都大于0.7,表现为较强的持续性,其过去变化趋势将在未来继续延续。⑤北大西洋年代际振荡指数(AMO)是影响近60 a来华北地区生长季指标(GSS、GSE与AT10)变化的主要大气环流因子。

我国长江黄河两流域旱涝规律成因与预测研究的进展、成果与问题

本文综述了“我国长江黄河两流域旱涝规律成因与预测研究”项目这三年来所取得的研究进展。本项目对于这两流域旱涝发生的年代际、年际以及季节内变化规律及发生的环流条件进行分析,同时对于这两流域旱涝成因提出了初步看法,指出热带西太平洋暖池热力状态与暖池上空的积云对流活动的强弱以及青藏高原上空的对流活动是影响这两流域旱涝的主要原因。本研究还利用大气环流模式对这两流域旱涝发生及其环流条件进行数值模拟以及进行预测试验。 本文还对项目研究所存在的问题进行分析,以便取得更高水平的研究成果。

2021/2022年云南冬季异常气候特征及成因分析

基于云南省124个站点逐月气温和降水资料以及美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料,运用数理统计方法,分析了2021/2022年冬季云南气候异常的成因,得到(1)2021/2022年冬季,中低纬度地区维持北非槽、阿拉伯半岛脊、孟加拉湾槽的波列,有利于阿拉伯海、孟加拉湾、西太平洋和南海的水汽向云南境内输送,造成云南整个冬季降水偏多。(2)前(后)冬中高纬度的环流变化是造成冬季气温前暖后冷的直接原因。从前冬到后冬中高纬度欧洲大陆槽明显减弱北抬,西西伯利亚附近的脊增强,易形成阻塞高压;地面西伯利亚高压增强,东亚冬季风也明显增强。相应地冷空气从少而弱到频发并偏强,气温从明显偏高到显著偏低。(3)2021年12月到2022年2月东亚副热带急流从偏弱逐渐变为偏强,而极锋急流从偏强逐渐变为偏弱,导致冬季风逐渐增强,影响南下冷空气,致使云南冬季气温发生了前暖后冷的季节内异常变化。(4)云南上空整个冬季皆存在异常水汽辐合,水汽辐合抬升有利于降水生成。两个主要水汽输送通道一个是从阿拉伯海经孟加拉湾进入云南;另一个是从西太平洋海域经南海、中南半岛和孟加拉湾进入云南。

天津地区雨季降水异常年大气环流特征分析

利用1958—2009年天津地区和中国160站月总降水资料以及NCEP/NCAR月平均再分析数据资料集,采用相关分析和合成分析,分别研究了天津地区雨季降水的变化特征以及异常年同期(7—8月)和前期(前一年1 2月至当年6月)大气环流的特征。结果表明:天津地区的降水大部分集中于雨季且雨季降水存在着年际变化和年代际变化。天津地区雨季降水偏多年同期,西太平洋副热带高压主体偏北,天津地区西北部有低值系统发展,对流层低层有正涡度发展,辐合上升运动较强,南亚高压和高空副热带西风急流偏北,西南暖湿气流输送较强;雨季降水偏少年同期情况正好相反。此外,天津地区雨季降水与前期夏季6月SAM(南半球环状模)存在显著的反相关关系,这为天津地区雨季降水的短期气候预测提供了有参考意义的前兆信号。

秋季巴伦支海海温异常对冬季我国渤海冰情的可能影响

本文利用美国NCEP/NCAR逐月的再分析资料、HadISST海温、中国160台站气温和反映渤海冰情轻重的渤海冰情等级资料,研究了前秋巴伦支海海温异常对后期渤海冰情和东亚冬季风的影响,并对相关的物理过程进行分析。结果表明,前秋巴伦支海关键区海温与该区域海冰密集度呈显著的负相关,且具有较好的持续性,通过调节随后冬季向大气释放的热通量,引起后期环流变化。偏高(偏低)年冬季亚洲纬向环流偏弱(偏强),东亚大槽加深(减弱),东亚冬季风加强(减弱),我国东北、华北及西北地区地区显著偏冷(偏暖),这与冬季渤海海冰异常的强度和范围都偏大(小)及与之相联系的环流异常相一致。进一步的分析揭示了联系上游关键区海温变化与后期东亚地区气候异常的重要途径,前秋巴伦支海海温偏高会导致200hPa高度场形成一个自西向东的波列形式,在东亚局地Hadley环流异常的作用下,加强了我国北方地区地表的北风异常。因此,前秋巴伦支海海温异常可以作为冬季渤海冰情的预报因子。

陕西8月降水时空分布特征及成因

基于1961-2013年陕西月降水观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF和REOF方法分析了陕西8月降水的区域气候特征,并用合成分析方法讨论了陕西8月一致多雨和少雨年的大气环流特征。结果表明：陕西8月降水的EOF分析前3个特征向量场较好地反映了降水区域分布特征,而REOF分析则显示了陕西8月降水区域差异特征。陕西8月一致多雨年南亚高压范围偏大、强度偏强,西太平副热带高压强度偏强、位置偏北偏西,欧亚中高纬度西风带乌拉尔山长波脊偏强,青藏高原低值系统活跃,印缅槽偏深;一致少雨年我国北方大部主要受大陆带状高压控制,相应的对流层低层高原东侧为偏北风距平,这支偏北风距平减弱了偏南风的水汽向北输送。

内蒙古春季降水的气候特征及预测思路

采用1961—2016年春季(3—5月)内蒙古逐月降水资料,应用统计相关分析、REOF,对比分析等方法分析研究了内蒙古地区春季降水类型的气候特征以及海洋和大气环流特征。可以发现,内蒙古春季降水具有明显的地域性特征,分为4个类型:全区偏少型,全区偏多型,中西部偏多、东部偏少型,东部偏多、中西部偏少型。研究结果说明,春季降水的大气环流形势受ENSO事件影响。AO的正、负位相对内蒙古不同地区造成不同影响,正位相时有利于中西部降水偏多,负位相时有利于东部偏多。西伯利亚高压偏强,东亚大槽偏弱、偏西,冬季青藏高原积雪偏多,西太平洋副热带高压偏强、偏西,降水落区处在低压槽后,冷空气较为活跃,配合暖湿水汽输送条件,冷暖气流在内蒙古地区交汇便形成多雨区;反之亦然。研究结果对预报员预测思路具有预测指导意义。

2005年夏季中国东部气候异常分析——中国科学院大气物理研究所短期气候预测检验

简要比较了中国科学院大气物理研究所对2005年夏季中国降水跨季度预测与实况的异同,并对2005年夏季我国主要雨带及降水偏少区的形成与东亚热带、副热带以及中高纬度大气环流系统的配置进行了分析。对2005年夏季西太平洋副高的异常活动预测不好,这是造成跨季度降水预测有失误之处的主要原因之一。2005年夏季在亚洲对流层中高层,沿着副热带急流轴准静止Rossby波有几次能量传播过程,西太平洋副高的北抬与西伸与副热带急流中Rossby波的活动强度有一定的对应关系,因而产生了亚洲不同地区高影响性的灾害性天气。

2011年汛期预测回顾

2011年夏季(6—8月),全国降水偏少,气温偏高,高温日数偏多,区域性、阶段性旱涝灾害重,旱涝转换快,登陆热带气旋(中心附近最大风力≥8级)强度弱,灾害损失偏轻。本文对2011年夏季(6—8月)天气气候异常特征进行了成因分析,并对2011年的汛期预测进行了回顾和总结。总的来说,2011年汛期预测总体趋势与实况接近,但是对于长江中下游的降水偏多估计不足。

跨季度汛期气候数值预测试验

利用国家气候中心全球大气环流模式BCC_AGCM2.0.1开展季节预测,对模式预测与观测值进行相关分析。结果表明:该模式对夏季大尺度环流场、降水及气温等都有一定的跨季度预测能力,但对中国不同区域的要素预测能力有所不同。总体来说,夏季大气环流场的预测效果在海洋上优于陆地上,在低纬优于高纬,在新疆及蒙古也较好。从距平相关系数指标看,气温预测效果在中国西北部分地区较好,降水在中国北方及西南部分地区预测效果较好。由预测效果的年际变化看,在不同年份模式预测效果不同。另外,在不同海温情况下,该模式对不同区域的汛期气候预测效果不同,进而说明春季海温预测的正确性对汛期预测的重要性。

陕西汛雨开始日期异常的气候特征及其影响系统

利用陕西省1961—2018年逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料,基于合成分析、相关分析等方法,研究了陕西汛雨开始早晚的气候特征及其影响系统。结果表明:陕西入汛日具有显著的年际和年代际变化特征,20世纪60年代主要以偏晚为主,70、80年代以偏早为主,90年代偏晚,进入21世纪以后以偏早为主,雨季主要集中在7月上旬至中旬中期。入汛偏早年,东亚副热带西风急流于6月下旬北跳,强度偏强,北跳偏早,欧亚中高纬为两槽一脊,副高偏强、偏西、偏北;低层,孟加拉湾至中国南海为巨大的气旋式距平环流,西北太平洋为显著的反气旋距平环流。入汛偏晚年,环流系统与偏早年相反。入汛早晚与冬春季海表温度相关,当冬季印度洋、春季热带北大西洋海温偏高,有利于入汛。

我国冬季气候数值预测潜力的初步分析

20世纪80年代以来,我国南方地区先后在1984年冬季和2008年冬季发生了两次过程相似的极端天气事件。为了考察该类天气事件的气候预测潜力,分别利用中国科学院大气物理研究所的2层和9层全球大气环流模式进行了跨年度集合回报试验。结果表明,两个模式都表现出了一定的预测能力,但针对我国不同的区域和气候因子,预测能力存在差异,例如,2层模式对我国东部近地面风场异常的预测潜力相对较大,而9层模式对月平均降水距平百分率的预测能力则更为突出一些。综合两个模式的集合回报结果来看,包含该类极端天气事件的关键区月平均降水异常和近地层风场异常都具有一定程度的气候可预测性。与降水的预报技巧相比,模式对近地面风场的预测能力要更为稳定一些。

热带气旋频数的二次型预测模型

使用1951—2005年北半球500 hPa高度场格点资料1、949—2005年海温场(SST)格点资料,计算与后期热带气旋发生频数的相关系数,分析两个相关场显著相关区的统计特征,进一步分析其天气气候学意义和物理意义。选取若干相关系数高的格点,构成组合因子,建立二次型曲线预测方程,进行西北太平洋、南海及登陆我国、登陆广东的热带气旋年月频数的预测。预测试验和检验表明,二次型预测模型有较高的拟合能力,在业务应用中有较好的效果。

2006年杭嘉湖平原夏秋天气异常分析

2006年杭嘉湖平原出现夏季特长、秋季极短,梅雨量极少、高温天数多、夏旱连秋旱的气候异常现象,对大气环流进行分析发现,西太平洋副高持续偏强偏西,北半球极涡偏弱,冷空气活动偏北,亚洲地区盛行纬向环流。区域气候的异常与大气环流的季节转换异常有关,并且大气环流的异常可以追溯到其前期环流的异常。2006年前冬和春季中高纬度较强的经向环流和持续偏强的副热带高压使得该年夏季副高继续偏强,并且春季的这一环流异常现象,导致秋季大气环流向冬季过渡较快。对涡动高度的分析表明,5月平流层正中心的异常西移、6～7月平流层持续分裂出两个正中心,以及9月正中心的异常增强,预示和促进了夏季低层大气环流的异常发展,从而夏季偏长、夏秋季节转换推迟;11月冷低压的异常增强南压和暖高压的突然减弱,使秋冬季节转换较快,从而秋季极短。