中国区域月气候预测方法和预测能力评估

利用我国台站降水和温度观测资料,评估了BCC_AGCM1.0月动力延伸预报的回算和预测、国家气候中心月气候预测业务统计方法、持续性预报以及业务发布预报对中国区域月气候要素的预测能力。结果表明,业务发布月平均温度和降水预测的技巧平均低于动力方法和统计方法的预测结果。温度的持续性预报和最优气候值统计方法预报技巧高于其它统计预报方法,考虑了综合相似特征的统计方法对降水预测有相对的优势。动力延伸预报的三种超前预报时间的预测结果总体高于统计方法,在月气候预测能力上具有明显优势。月尺度预测动力和统计方法评估的年际变化特征表明月降水和温度的可预报性一般在El Nio状态下较高,而在La Nia发生时偏低。

2006年中国气候回顾

2006年全国平均气温9.9℃,较常年偏高1.1℃,是自1951年有气象记录以来最暖的一年;与此同时,全国平均年降水量较常年略偏少,重庆、四川遭受特大高温伏旱。2006年,中国气候异常多变,气象灾害频发,其中台风和干旱造成的经济损失最为严重。年内有6个热带气旋登陆我国,且强度强、灾情重,是近10a来登陆台风造成死亡人数最多的一年。

近几十年三峡库区主要气象灾害变化趋势

利用三峡库区33站1961～2006年逐日降水量、平均气温、最高气温、雾、雷暴资料，分析了库区干旱、洪涝、连阴雨、高温、雾、雷暴主要气象灾害的变化趋势。统计结果表明：近46年来，三峡库区平均年干旱日数呈不明显的增加趋势，春、夏、冬季干旱日数的年际间基本没有变化趋势，但秋季干旱日数年际间有明显的增多趋势，增多速率为4．1d／10a；春、夏季雨涝日数变化趋势不明显，秋季雨涝日数有微弱的减少趋势；三峡库区年平均连阴雨过程次数有微弱的减少趋势，连阴雨日数的减少趋势较明显；近34年三峡库区年雷暴日数呈明显减少趋势，减少速度为2．9d／10a；库区平均年雾日数没有明显变化趋势，但1999年以来减少趋势明显；近46年三峡库区平均年高温日数、危害性高温日数有微弱的减少趋势，平均年极端最高气温均没有明显变化趋势。

山东省霾日时空变化特征及其与气候要素的关系

利用山东省70个台站1961—2005年地面气象观测资料,运用EOF等统计方法,对山东省45a来霾日数时空变化的气候特征进行了诊断分析。结果表明:山东省年平均霾日空间分布呈现鲁中、鲁南的部分地区多,鲁北、半岛大部地区少的特点。霾主要发生在秋冬季。过去45a,山东省霾日数总体具有较强的上升趋势,2000年后略下降;霾天气发生时能见度主要在5～10km,相对湿度主要为70%～90%;霾日数的变化与气温成正比,与降水量、风速呈反比。

登陆中国初、终热带气旋的变化

对1951-2005年登陆中国的初、终热带气旋①的季节变化、地理分布及年代际变化等作了初步分析。结果表明,初旋发生在4-8月,以6月份频次最多;终旋在8-12月出现,以9月份频次最多。初、终旋在广东、海南和台湾等地登陆最为频繁,尤其以海南岛东南部最为突出。初旋日期表现出明显的年代际变化和偏晚的长期趋势,终旋日期也表现出明显的年代际变化,但无显著的变化趋势。

1951—2006年三峡库区夏季气候特征

以重庆市的沙坪坝、涪陵、万州、奉节和湖北省的宜昌5个站为代表,从降水、气温、日照、风速和蒸发等5个要素系统地分析了三峡库区1951—2006年夏季的气候变化特征。结果表明:三峡库区夏季降水量总体呈增加趋势,特别是在20世纪70年代末发生了一次明显跃变;最高气温、平均气温、日照时数以及蒸发量等总体呈下降趋势,在20世纪80年代初发生了一次明显跃变;平均最低气温和平均风速的变化趋势不明显,但所有气候要素均表现出明显的年代际变化特征。

IPCC第五次评估报告关于适应气候变化与可持续发展的新认知

IPCC发布的《气候变化2014:影响、适应和脆弱性》进一步提升了国际社会对于适应气候变化和可持续发展的认识水平,主要表现在:适应气候变化的研究视角从自然生态脆弱性转向更为广泛的社会经济脆弱性及人类的响应能力;阐明了气候风险与社会发展的关系,明确了适应在气候灾害风险管理中的积极作用;提出了减少脆弱性和暴露度及增加气候恢复能力的有效适应原则;提出了适应极限的概念,指出这一概念对于适应气候变化的政策含义;提出了保障社会可持续发展的气候恢复能力路径;强调要注重适应与减缓的协同作用和综合效应,指出转型适应是应对气候变化影响的必要选择。报告认为,气候变化、影响、适应及社会经济过程不再是一个简单的单向线性关系,需要纳入统一的系统框架下予以认识和理解。

基于新监测指标的江南入梅早晚的气候特征及影响系统分析

利用中国气象局2014年发布的《梅雨监测业务规定》中的入梅日期资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料等,重点研究了1951—2015年江南入梅早、晚的气候特征,及其与同期(5—6月)大气环流及前期海表温度变化的关系。结果表明,近65年来江南入梅日具有显著的年际变化特征,入梅平均日期为6月8日,最早和最晚相差47 d。入梅日主要出现在6月,占80.0%。江南入梅偏早和偏晚年,对流层高层至低层的同期大尺度环流存在明显的差异。入梅偏早年,高层南亚高压和东亚副热带西风急流(西风急流)的建立较早,强度较强,南亚高压北移到青藏高原上空亦偏早,西风急流北跳偏早;中层中高纬度经向环流较强,而西北太平洋副热带高压(副高)第1次北跳偏早;低层索马里越赤道气流建立较早,强度较强,西太平洋为反气旋式距平环流;入梅偏晚年上述环流系统演变特征则基本相反。冬、春季海表温度的异常是影响入梅早、晚的重要的外部强迫因子,也是重要的前期预测信号:当冬季东太平洋海表温度为负距平、澳大利亚东部海表温度偶极子为正位相及春季北大西洋三极子处于正位相时,江南入梅偏早;上一年12月澳大利亚东侧海表温度偶极子和当年3月北大西洋三极子与江南入梅早、晚关系最为密切,当12月澳大利亚东部海表温度偶极子为正位相时,副高第1次北跳偏早,当3月北大西洋三极子为正位相时,6月西风急流偏强、偏北,有利于江南入梅偏早。

江南双季稻生长模型在气候评价中的应用——以湖南省常德地区为例

以江南双季稻生长评估模型为工具,模拟了常德地区1961-2000年早稻的生长状况。利用 40年早稻各生育期干物重和成熟期穗重的模拟值,对该地早稻历年各生育期长势和产量进行差、较差、正常、较好和好五级评价。通过与1982-2000年常德地区早稻实测产量相比较,检验了模拟和评价结果的准确性。

18世纪南京、苏州和杭州年、季降水量序列的复原研究

利用清代宫廷档案“晴雨录”南京、苏州和杭州的逐日天气记录,复原了 18世纪三地的年、季和月降水量序列;论述了将“晴雨录”的逐日降水时数和降水类型的记载转换成 7级降水日数和逐步回归推算月降水量的方法及其科学依据;给出长江下游地区 18世纪典型多雨、少雨年份的降水量值。18世纪南京等三地的年、季、月降水量序列的复原,对了解在寒冷小冰期中相对温暖时段我国主要农业区长江三角洲地区的降水特征有重要意义。

基于非负矩阵和典型相关的场定量预测方法研究

设计了一种基于非负矩阵分解和典型相关的短期气候预测模型（NMF-CCA）,通过选择适当的影响要素场,建立与预测对象之间的联系,从而实现对气象场序列的预测。并将NCEP再分析前冬青藏高原积雪作为因子场,华中五个省市的1971-2008年近38年夏季（6~8月）降水资料作为预报对象场,分别使用EOF-CCA和NMF-CCA 2种预报模型,做1999-2008年10年独立样本交叉检验。结果表明,EOF-CCA与NMF-CCA都取得了较好预报效果,但NMF-CCA模型近10年交叉检验的3种评分的平均值要略好于EOF-CCA方法,ACC,Ps,Ss评分方法的评分分别为0.33,76.68和0.12,显示出该模型具有一定的应用价值。

基于统计方法的典型冬季海温变率分类研究

选取国家气候中心监测业务中代表区域海温变率的25项海温指数,利用聚类分析法,对1951—2014年冬季的海温指数进行系统聚类,研究全球海温(除北冰洋外)变率的主要类型。通过分析区域海温之间的关联性,将全球海温指数分为了四类,结合四类指数指示海区空间分布和时间演化特征,提出了四类具有不同演变特征的冬季海温分布特征类型:ENSO区海温异常东部型(Ⅰ类)、ENSO区海温异常中部型(Ⅱ类)、西太暖池与北大西洋海温年代际变化型(Ⅲ类)及赤道信风洋流与西边界流作用下的海温异常扩散分布型(Ⅳ类)。Ⅰ类和Ⅱ类指数均表现出明显的年际变化特征,而Ⅲ类指数表现出明显的年代际变化特征。并根据聚类结果对各个类别的指数进行了综合,将全球海温变率合并为较少的自由度,为进一步研究全球海温演变以及多海区海温异常的协同作用对气候变率的影响打下基础。

半干旱草地地表土壤热通量的计算及其对能量平衡的影响

利用2008年7月兰州大学半干旱气候与环境观测(SACOL)站的观测资料,对比分析了地表土壤热通量的三种计算方法,即谐波法、温度预报校正法(TDEC法)以及结合自校正热通量板(HFP01SC)测量的温度积分法(ITHP法);进而分析了三种不同方法的计算结果对地表能量平衡的影响。比较5cm深度处谐波法和TDEC法的计算结果与HFP01SC的实测结果,三者的相位基本一致,相互之间均具有很好的线性关系;谐波法与TDEC法的计算值较为接近,但分别比HFP01SC的实测值偏大了2%和6%(主要发生在夜间)。对于地表的土壤热通量(G0),谐波法与TDEC法两者的计算结果仅偏差约1%;TDEC法与ITHP法的计算结果之间也具有很好的线性关系(R2=0.99),但偏差达到9%左右。相对于HFP01SC的实测结果,由谐波法和TDEC法计算的G0可将SACOL站的地表能量闭合率分别提高6%和7%左右;利用温度积分法将HFP01SC的实测结果校正到地表后,地表能量闭合率也提高了约6%。因此,在对涡动相关通量做了常规订正的情况下,当充分考虑了土壤热存储后,SACOL站的地表能量闭合率可提高6%～7%,达到82%～83%左右。

夏季长江中下游和华南两类雨型的环流特征及预测信号

利用中国南方66站降水观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用经验正交函数分解(EOF)、合成分析和相关分析等方法,对夏季长江中下游和华南两类雨型进行了划分,对比分析了两类雨型同期大气环流和前期海温及环流的差异,以探讨两类雨型的形成机制及前期预测信号。结果表明:20世纪80年代之前华南型出现的频次较高,之后长江中下游型出现频次增多;长江中下游型年西太平洋副热带高压(副高)偏强偏西偏南,东亚夏季风(EASM)偏弱,副热带西风急流位置偏南,乌拉尔山阻塞高压(乌阻)和鄂霍次克海阻塞高压(鄂阻)较强,欧亚中高纬以经向环流为主,冷暖空气在长江中下游辐合,导致长江中下游降水偏多;华南型年大气环流与长江中下游型年大体相反,登陆华南的台风偏多,冷暖空气在华南地区辐合,导致华南地区降水偏多;其中副高的脊线位置和中高纬阻塞强弱是长江中下游型和华南型形成的关键因素。两类雨型前期海温分析表明,长江中下游型年,前冬赤道中东太平洋和印度洋偏暖,为典型的东部型El Ni?o,副热带南印度洋偶极子(SIOD)呈负位相,春季El Ni?o衰减,SIOD负位相也减弱,但印度洋持续增暖;华南型年,前冬和春季的海洋演变与长江中下游型年大体相反;关键区域海温与长江中下游夏季降水(YRR)和华南夏季降水(SCR)的年际关系存在年代际变化,YRR和SCR与前冬Ni?o3.4指数、SIOD指数和春季热带印度洋全区一致海温模态(IOBW)指数的相关关系在80年代之后逐步减弱,这主要是由于这三个关键海温指数与EASM及副高脊线的相关关系在80年代之后逐步减弱;两类雨型前期大气环流差异分析表明,春季大气环流的差异性要比前冬显著,长江中下游型年,春季副高、南海副高、马斯克林高压(马高)、澳大利亚高压(澳高)均偏强,大西洋欧洲区极涡强度偏弱,北太平洋涛动(NPO)呈正位相;华南型年春季的关键环流系统异常不明显,仅大西洋欧洲区极涡强度偏强,NPO呈负位相。前期海温演变及春季大气环流关键系统的异常可以作为两类雨型年的一些预测信号。

2016年我国梅雨异常特征及成因分析

利用国家气候中心梅雨监测资料和NCEP再分析资料,对2016年我国梅雨异常特征及其大尺度环流成因进行了分析。结果表明:(1)2016年我国梅雨有明显的区域特征,其中江南区入梅偏早14天,与1995年并列成为1951年以来入梅最早的年份,出梅偏晚11天,梅雨期(量)偏长(多),但梅雨期日平均降水量偏少;长江区入梅和出梅均偏晚,梅雨期接近常年,但梅雨量偏多一倍以上,梅雨量和梅雨期日平均降水量分别为1951年以来历史同期第三和第二高值;江淮区入梅、出梅及梅雨期接近常年,但梅雨量偏多。(2)对流层高、中、低层环流系统冬夏季节性调整和转变显著提前的共同作用,导致了2016年江南区入梅显著偏早;东亚副热带西风急流、西太平洋副热带高压(副高)和东亚夏季风涌在7月中旬阶段性地南落导致了江南区和长江区出梅偏晚。(3)受到前冬超强厄尔尼诺衰减和春、夏季热带印度洋全区一致海温模态偏暖的影响,梅雨期副高异常偏强,副高西南侧转向的水汽输送异常偏强,并在长江区和江淮区与北方弱冷空气辐合,造成梅雨量异常偏多。

多因子协同作用对1992年和1998年黄淮地区夏季降水异常的影响

1991年5月和1997年4月赤道中东太平洋均发生了El Ni?o事件,但是1992年夏季黄淮地区降水异常偏少,而1998年夏季却异常偏多。分析结果显示,1992年夏季西北太平洋副热带高压(以下简称副高)偏东,中高纬阻塞高压偏弱,黄淮地区降水异常偏少;而1998年夏季,副高偏西,中高纬阻塞高压活动频繁,黄淮地区降水异常偏多。对海温外强迫信号的诊断和数值模式试验显示:当西太平洋对流活动偏弱时,有利于副高西伸;鄂霍茨克海及以东海温偏高时,其上空的阻塞高压增强;北大西洋中纬度地区海温偏高时,有利于后期乌拉尔山高压脊明显增强。即在赤道中东太平洋发生El Ni?o事件的背景下,西太平洋对流、鄂霍茨克海附近亲潮区域和北大西洋中纬度区域海温异常可能是导致黄淮区域1992年夏季和1998年夏季降水差异大的主要原因。该工作显示仅根据El Ni?o事件的发生时间和强度无法完全预测黄淮地区夏季降水变化,需要综合考虑西太平洋对流、鄂霍茨克海附近海域和北大西洋中纬度区域海温异常对季风环流的影响,从多因子协同作用的角度诊断和预测黄淮地区夏季降水异常趋势,提高预测能力。

2020年江淮流域超强梅雨年际异常的驱动因子分析

利用观测诊断和数值模拟相结合的方法,研究了2020年江淮流域6~7月超强梅雨年际异常的环流特征和驱动因子。结果表明:(1)2020年梅雨期长度和江淮流域总降水量均为1961年以来第一位,超强梅雨主要与西北太平洋异常反气旋(WNPAC)的异常偏强和异常西伸有关,WNPAC为江淮流域梅雨期持续的强降水提供了充沛的水汽来源;(2)2019年11月至2020年3月,赤道中东太平洋发生一次弱的中部型El Ni?o事件,本次事件持续时间短、强度偏弱,不足以激发和维持2020年梅雨期异常偏强的WNPAC,而春、夏季热带印度洋和热带北大西洋海温异常持续偏暖是WNPAC异常偏强和西伸的主要驱动因子;(3)热带印度洋暖海温在其东部的西太平洋激发出大气Kelvin波响应,造成了纬向风变化的不均匀分布,通过埃克曼抽吸,抑制了局地对流活动,驱动了WNPAC的生成;而热带北大西洋暖海温则引起局地对流活动增强,导致热带北大西洋上空上升运动和热带中部太平洋下沉运动增强,在西北太平洋上空激发异常的低空反气旋;热带印度洋和热带北大西洋暖海温对2020年6~7月WNPAC异常偏强均有显著的正贡献。

青藏高原感热异常对沙尘暴影响的数值模拟

利用最新版的RegCM3模式,通过改变青藏高原冬季地面向大气的感热输送,分析了高原冬季感热异常对春季沙尘暴的影响。结果表明:当冬季高原地区的感热通量增大时,春季在我国上空蒙古气旋加强,位势高度西高东低,即西风加强,有利于沙尘暴增多。西风加强最显著区域在南疆盆地;西北地区降水以减少为主,这也有利于沙尘暴的增多。降水减少最显著区域在新疆东部、内蒙古和甘肃的西部;反之亦然。

海洋模式中垂直混合参数化方案介绍

介绍了海洋垂直混合过程参数化方案的发展,以及不同参数化方案在海洋模式中的应用情况。首先,介绍不同垂直混合参数化方案的物理问题、理论依据、数学表达和特征,并对不同参数化方案进行了比较。其次,针对中尺度涡、亚中尺度涡以及波浪、潮流混合参数化的最新研究进展进行了总结并对垂直混合参数化的未来发展提出了一些建议。

1957—2004年影响我国的强热带气旋频数和强度变化

以中国气象局西北太平洋热带气旋资料为基础,分析1957—2004年影响我国并达到台风强度以上的三类热带气旋,即生成热带气旋、影响热带气旋和登陆热带气旋的频数和强度的变化。结果表明:强热带气旋频数在1957—2004年间呈显著减少趋势,强度越强,其减少趋势越明显。近50a台风以上强度的强热带气旋频次占总频次的比例没有明显的增加或减少趋势,强台风和超强台风比例呈减少趋势。1957—2004年热带气旋的最大强度呈线性减弱趋势,生成热带气旋和影响热带气旋的平均强度亦呈减弱趋势,登陆台风的平均强度也呈减弱趋势。