近55年影响广州的强冷空气及其准双周变化

利用1951~2005年冬半年(10月~次年3月)广州逐日地面气温资料及NCEP/NCAR逐日资料,采用功率谱分析、小波分析、Lanczos滤波器等方法对近55年来冬半年影响广州的强冷空气变化特征及其与低频振荡的关系进行了研究,并用合成分析的方法建立了影响广州的强冷空气准双周振荡的大气环流模型。结果表明,虽然20世纪80年代后期以来广州冬半年升温的趋势很明显,但90年代~2003年影响广州的强冷空气次数却偏多。影响广州的强冷空气具有明显的准2~3年、9年左右的周期振荡。广州冬半年逐日气温具有明显的准单周、准双周振荡,而30~60天的振荡较弱,且影响广州强冷空气活动主要受准双周振荡低频波控制,与我国北方的强冷空气活动主要受30~60天周期的低频波控制有明显的不同。El Ni^no(La Ni^na)事件发生的冬半年,准双周振荡的强度以偏强(弱)为主,影响广州的强冷空气次数以正常至偏多(偏少)为主。所建立的广州强冷空气准双周振荡的大气环流模型较好地反映了广州强冷空气爆发前后准双周振荡不同演变阶段的大气环流及地面气压场的变化特征,可为中期预报提供参考。

近50年广东冬半年降水的变化及连旱成因

利用EOF分析、小波分析、相关分析等方法,对广东近50年(1957—2006年)冬半年(当年10月—次年3月)降水的变化特征及其与太平洋海温场的关系进行了研究。结果表明,广东冬半年降水存在显著的准40年、准2年左右的变化周期,偏少阶段主要发生在1950年代末—1970年代初、1990年代末至今。冬半年发生连旱的频率远大于连涝的频率。广东冬半年降水与赤道中东太平洋的海温具有明显的正相关,与菲律宾以东的西北太平洋的海温具有明显的负相关。连续干旱年出现在Nio3.4区的海温为负、正异常年的频率分别为61.5%、38.5%。通过对冬半年异常连旱年Nio3.4区海温分别为正、负异常时的大气环流场进行合成分析,可知极涡偏弱,欧洲槽偏强,巴尔喀什湖附近的高压脊偏强,广东为一致的偏北风距平场控制,冷空气活跃,而亚洲大陆中低纬度西风带低压扰动不活跃,南支槽活动偏弱,是导致广东冬半年产生连续干旱的共同原因。

广东前汛期降水与南海北部风场准双周振荡的关系

利用1961—2008年广东逐日降水、NCEP/NCAR逐日再分析资料,先采用EOF分析、相关分析定义了影响广东前汛期降水的850 hPa关键区——"南海北部风场指数",再利用功率谱分析、Lanczos时间滤波器等方法研究了近48年广东前汛期降水与南海北部风场指数的低频振荡特征,并研究了广东暴雨与南海北部风场指数准双周振荡的关系。结果表明,广东前汛期降水与南海北部风场指数均以准单周、准双周振荡为主,而30～60天的季节内振荡不显著。南海北部风场指数与广东前汛期降水准双周振荡序列存在显著正相关,且明显高于准单周振荡序列的相关。近48年4—6月南海北部风场指数的准双周振荡波峰前后3天(个别4天)的广东省前汛期暴雨出现概率为78.2%。最后利用合成分析方法分析了南海北部风场指数准双周振荡的波峰附近有典型西南风暖区暴雨发生的大气环流场演变特征,可为广东暖区暴雨过程的中期预报提供参考依据。

近48年来广东春旱的变化

为了更好地做好广东省春旱的短期气候预测，用EOF分析、小波分析和相关分析等方法，对近48年（1957—2004年）来广东受害较大的春旱（2—5月）的变化规律及其成因进行了研究。结果表明，广东春季降水具有明显的2～3年和4年左右的年际变化以及36年左右的年代际变化。春旱主要发生在1960—1971年和1994—2004年，20世纪90年代以来严重春旱的发生呈增多趋势。1976／1977年之后，阶段性的冷与涝、暖与旱相对应，而其之前的这一相关性则不好。广东春季降水的异常主要与极涡、西太平副热带高压的强弱、亚洲大陆及其以北的500hPa环流异常有关。异常春早年500hPa同期环流场上极涡较强，偏向鄂霍次克海，亚洲大陆及其以北为明显的正高度距平，冷空气的活动偏强，副高偏东偏弱。850hpa流场上广东到南海盛行偏北气流，不利于降水的产生。异常涝年的情况则基本相反。

西江流域致洪暴雨的准双周振荡及大气环流模型

为了做好西江流域致洪暴雨的中期预报,采用小波分析、Lanczos滤波器分析了1961—2008年西江流域13次致洪暴雨期间降水与850 hPa风场的低频振荡特征,研究了850 hPa风场的10～30天低频传播对致洪暴雨的影响,并采用合成分析建立了由西风带系统导致的致洪暴雨准双周振荡的大气环流模型。结果表明,致洪暴雨期间降水主要以10～20天的准双周振荡为主,它们多数与西江流域850 hPa风场8～35天振荡的正位相有较好的对应关系。来自西江流域以南逐渐向北传播的低频纬向风或来自30°N附近逐渐南传并加强的低频纬向风与多数来自西北太平洋向西传播的低频纬向风在西江流域相遇,是导致致洪暴雨具有准双周振荡的可能原因之一。当500 hPa巴尔喀什湖以东的高压脊开始隆起并逐渐东移,我国东北-华北-长江中下游逐渐转为明显的华北低槽控制,华南由青藏高原东部弱的西风槽转为明显的高空槽控制,副高不断加强西伸,同时850 hPa上空来自孟加拉湾穿过中南半岛的西南风不断加强,位于华南急流轴以西弱的气旋性弯曲也不断加强,地面上转为东高西低、等压线经向度明显,西江流域致洪暴雨开始并逐渐达到强盛期。这些特征可作为西江流域致洪暴雨的中期预报提供参考依据。

广东开汛日期的多尺度物理统计预测模型

采用小波分析、Lanczos滤波器、相关分析、最优子集回归和交叉检验等方法,研究了广东开汛日期的多尺度变化特征及其与全球不同地区前期海温场、500hPa高度场的关系,建立了广东开汛日期的多尺度最优子集回归预测模型并进行了检验。结果表明,广东开汛日期存在显著的准6年和较明显的准17年周期振荡。广东开汛日期在年际和年代际变化尺度上与前冬海温场和500hPa高度场上共有20个显著相关区域,分别取对应时间尺度上显著相关区域的平均值作为预报因子,对相应时间尺度的广东开汛日期做最优子集回归,建立了相应的预测模型,以年际和年代际尺度上的预测值之和为广东开汛日期的预测值。所建立的预测模型具有较好的拟合效果,其中拟合值与实况值相差在5天以内的事件命中率为41.5%,10天以内的为60.4%。1951—2010年的交叉检验结果表明,广东开汛日期预测值和实况值之间的相关系数为0.33,通过了α=0.01的显著性水平检验。预测值与实况值相差在5天以内的事件命中率为26.7%,10天以内的为45.0%,因此,所建立的多尺度最优子集回归预测模型对广东开汛日期具有较好的预测能力。

平流层行星波对CH_4季节变率的影响

分析了1992-2000年各季节卤素掩星试验（Halogen Occultation Experiment）HAOLE的CH4混合比资料，并用美国国家大气研究中心（the National Center for Atmospheric Research）NCAR的平流层二维模式（Simulation of Chemistry,Radiation,and Transport of Environmentally important Species）SOCARTES研究了CH4在冬,夏季节变率与平流层行星波对CH4浓度输送之间的关系，结果表明：观测和模拟的CH4混合比季节变化都很明显，而模拟的CH4浓度季节变率比观测值小30%-60%。分析结果还表明，模式中行星波引起的CH4浓度变化主要贡献于30km以下的季节变率。比较了模拟和观测的行星波对CH4的输送结果，结果显示模式明显低估了行星波的输送，这也是模式中季节变率比观测偏小的一个主要原因。