国家气候中心新一代ENSO预测系统及其对2014/2016年超强厄尔尼诺事件的预测

厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)作为其年际变率支配模态,对我国季节气候预测有着非常重要的指示意义。在过去30年里,ENSO自身属性、类型和气候影响发生了显著改变,为我国气候预测和防灾减灾带来了前所未有的挑战。2012年以来,国家气候中心组织研发了新一代ENSO监测、分析和预测业务系统(SEMAP2.0),目的是切实提升ENSO监测预测业务能力。SEMAP2.0综合集成了国内外多项ENSO研究新成果,并自主研发了多项ENSO诊断预测新技术。该系统包括实时监测、动力学诊断一归因分析、两类ENSO物理统计预报模型、气候模式集合预报解释应用、以及相似一动力预报订正等五个子系统。20年独立样本检验显示,集合平均Nino3.4海温指数提前6个月预报的时间距平相关系数达到0.8。该系统已于2015年底正式业务运行,每月实时提供业务产品。在业务应用方面,该系统2014年春季给出了基本反映实际的夏秋季厄尔尼诺演变趋势预测,较为准确地预报出了2014/2015年冬季弱中部型厄尔尼诺状态和2015年春季以后厄尔尼诺的持续发展趋势以及向东部型的转换过程,准确定位出2014/2016事件峰值时间和强度并预计此次事件在2016年春末结束。

国家气候中心大气模式的验证研究——AMIP-II结果分析

应用AMIP- II计划提供的 1 979～ 1 996年海温及海冰场作下边界条件运行国家气候中心的大气环流模式 ,将模式的输出结果与NCEP资料进行对比以便验证模式模拟实际大气运动变化的能力。验证的结果表明 :国家气候中心的大气环流模式能够模拟出对流层大气的大尺度运动特征 ,如高度场、温度场及风场的特征等 ,但对降水的模拟则有较大的误差 ;此外模式对对流层上层及平流层温度等要素的模拟也存在着较大的误差 ;模式的物理过程也需要进一步进行改进。

2023年夏季我国气候异常特征及成因分析

2023年夏季,我国气候特征整体表现为“温高雨少”,区域性、阶段性高温、旱涝等气象灾害明显。降水的空间分布差异显著,主要多雨区位于我国北方,松花江、海河流域出现严重汛情。生成和登陆台风频数均较常年同期偏少,但北上台风却对京津冀等地造成极其严重的雨涝灾害。2023年夏季我国气温为1961年以来历史次高,北方地区暖异常明显,华北、西北等地区阶段性高温热浪尤为突出。华北、东北地区降水偏多是由不同环流系统造成的。其中,华北南部降水异常偏多主要由7月底至8月初一次极为罕见的天气尺度持续性极端降水过程所致,台风杜苏芮和卡努外围环流与异常偏西、偏北的西太平洋副热带高压相配合,再加上太行山东麓的地形效应是其主要原因。盛夏东北东部异常偏南风引导的水汽输送在整个对流层都异常偏强,造成东北北部和东部降水明显偏多,这一异常环流与初夏巴伦支海海冰密集度减小及盛夏西北太平洋海温异常偏暖均有一定关联。

2023年汛期气候预测效果评述及先兆信号分析

2023年夏季,我国整体表现为高温少雨的特征,旱涝分布不均。夏季台风虽然生成和登陆个数均较常年偏少,但破坏力极强。华北、西北等地阶段性高温事件异常突出,但长江流域的高温干旱强度明显弱于2022年同期。从预测效果来看,2023年汛期预测较好把握了我国北方主雨带特征,对松花江流域、嫩江流域、海河流域可能出现的较重汛情做出了准确的预测预警。对夏季热带气旋的生成个数、主要路径、影响区域等的预测与实况较为相符。对夏季全国大部地区气温偏高的特征预测与实况一致,并明确指出,长江流域发生类似2022年夏季大范围持续性高温干旱事件的可能性低。汛期预测的不足之处主要在于对华南等地的降水预测与实况出现较大偏差,对华北、黄淮等地的高温过程极端性估计不足。针对2023年汛期降水的先兆信号及其预报性能进行了回顾和评估,无论是年代际尺度还是年际尺度外强迫信号,均对我国北方主雨带有较好的指示意义。同时,几乎所有先兆信号都对华南降水给出了一致的错误信息,是导致华南降水预报失败的主要原因。

海温异常对中国汛期降水的影响及预测应用

以厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)循环和其他关键区海温对东亚季风关键系统影响机理的科学认知与应用为线索,回顾我国汛期降水业务发布预测的技巧。按照三类雨型划分,1981—2020年每10年的雨型预测正确率分别为50%、60%、50%、70%;按照四类雨型划分,1981—2020年每10年的雨型预测正确率分别为30%、30%、40%、50%,即我国汛期旱涝空间分布型的预测准确率明显提高。筛选预测准确率偏低且有显著洪涝发生年用于复盘,重点分析当年的主要预测依据和预测偏差较大的原因。结果表明:对海温影响东亚夏季风系统机理的有限认知影响很大,包括ENSO循环不同位相的影响、ENSO影响的不对称性、ENSO空间型的变化、印度洋等海域海温异常的影响均起重要作用,提出多因子多时间尺度协同作用理论、客观化预测方法、精细化监测预测影响评估一体化系统建设等有助于提高精准化预测能力和精细化服务水平。

2023年全球重大天气气候事件

2023年,全球平均气温比工业化前高出约1.45℃(±0.12℃),是有观测记录以来最热的一年。全球海平面继续上升,且全球平均海平面达到了有卫星记录(1993年至今)以来的最高水平,反映了持续的海洋变暖以及冰川和冰盖的融化。北极海冰面积仍远低于常年值,南极海冰面积创下历史新低。巴基斯坦、中国京津冀地区、意大利、巴西圣保罗州北部沿海地区、新西兰北岛等地遭受暴雨洪涝灾害,非洲西北部、中国云南、中美洲和南美洲北部发生严重干旱,南欧、北美、南美、东亚和南亚等地遭遇创纪录高温热浪,欧洲和北美等地遭遇寒流和暴风雪侵袭,强对流天气频繁袭击世界各处,全球热带气旋活动频繁。

区域气候模式对中国夏季降水的10年回报试验及其评估分析

该文使用国家气候中心全球海气耦合模式嵌套区域气候模式 (RegCM- NCC)对 1 991～ 2 0 0 0年中国夏季降水进行了数值回报试验。从模式回报的降水 1 0年平均状况来看 ,模式基本上能够反映这 1 0年夏季的平均状况。用国家气候中心预报评分P、技巧评分SS、距平相关系数 (ACC)和异常气候评分TS 4种评估参数对模式的回报试验进行了总体评估分析 ,结果表明 :该模式对我国汛期降水具有一定的跨季度预报能力 ,对部分地区 (西部 ,东北 ,长江下游等 )有较强的预报能力。从相关系数来看 ,预报准确率较高 (即相关系数较高 )的地区是 :中国东北地区的北部 (内蒙古的北部和黑龙江的西北部 ) ,内蒙古—河套—长江中游地区 ,新疆的西北部 ,西藏的东部和四川的西部 ,江南部分地区 ,广西部分地区。这些地区的中心一般均超过 0 .90的信度检验。 1 60个站中相关系数高于 0 .2 0的有 5 4个 ,约占 33.73%。

中国温度、降水的长期气候趋势及其影响因子分析

根据我国温度、降水长期变化规律的分析 ,已持续 1 0多年的暖周期还将持续一段时间 ;其中北方大部分地区气温可能处于下降趋势 ,南方大部分地区可能处于上升趋势 ;冬季温度将趋于下降 ,平均温度将比 2 0世纪 90年代降低 ;夏季温度将趋于上升 ,平均温度可能会比2 0世纪 90年代升高。长江流域将可能由多雨期向少雨期过渡 ,降水将比 2 0世纪 90年代减少 ;华北和黄河流域一带可能向多雨期过渡 ,降水将增加。

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。

2008年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

2008年,尽管总体来看,全国天气气候的持续异常较弱,未发生大范围持续干旱和严重洪涝灾害,但依然出现了非常显著的天气气候异常特征,如全国平均年降水量比常年偏多,为近10年来降水最多的年份;夏季华南降水异常偏多,黄淮降水偏多;年平均气温偏高,但冬季气温偏低,年初南方遭遇罕见低温雨雪冰冻灾害;在南海和西太平洋生成的台风个数明显偏少,但是登陆台风偏多,初台异常偏早。分析发现,2008年赤道中东太平洋总体处在冷水位相,受海洋异常强迫和海气相互作用的影响,北半球大气环流表现出的主要特征是:500hPa西太平洋副高强度和位置变化较大;冬夏季风均偏强;冬春季西太平洋暖池区热带对流活动偏强,夏秋季则偏弱;1月份,亚洲中高纬度经向环流异常发展,2至4月份则以纬向环流为主,春季后期至秋季,经纬向环流的转换较快,环流的持续性较弱。这些环流异常是影响2008年中国气候异常的主要原因。

2009年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

2009年总体来看,全国天气气候的特征为气温偏高,平均降水偏少,夏季为近10多年来降水最少的年份,区域性和持续性干旱非常显著:黄淮、华北发生了严重的秋冬季连旱,东北西南部夏秋旱严重,江南西部、华南西部和西南南部夏秋旱明显等。2009年在南海和西太平洋生成的热带气旋个数明显偏少,但是登陆的偏多,初次登陆时间偏早。分析发现,2009年赤道中东太平洋春季前处于冷水位相,4月以后进入暖水位相,6月开始了一次厄尔尼诺事件。受海洋异常强迫和海气相互作用的影响,北半球大气环流表现出的主要特征是:500 hPa西太平洋副高强度和位置变化较大;东亚冬季风偏弱,夏季风偏强;西太平洋暖池区冬春季热带对流活动偏强,夏秋季正常;亚洲中高纬度经纬向环流交替转换,其中5月纬向环流盛行,6月、10月和11月经向环流盛行。这些环流异常是影响2009年中国气候异常的主要原因。

中国农业气候年景的评估及预测

采用历年逐旬降水量距平绝对值累积值、负距平累积值、正距平累积值为指标 ,分别表示旱涝、干旱、洪涝程度 ,以此分别建立旱涝受 (成 )灾面积、干旱受 (成 )灾面积、洪涝受 (成 )灾面积与逐旬降水量距平绝对值累积值、负距平累积值、正距平累积值之间的回归评估模型。然后 ,利用百分位数方法 ,将受 (成 )灾面积分为 5级 ,进行农业气候年景旱涝评价。经历史回代检验和预报检验 ,效果较好。

2004年北半球大气环流及对中国气候异常的影响

20 0 4年上半年,赤道中、东太平洋大气、海洋状况总体上处于正常状态。7月以来,赤道中、东太平洋海表温度明显增暖;2 0 0 4年西太平洋副热带高压持续偏强,夏季西伸脊点位置偏东、脊线位置偏北;6月上中旬贝加尔湖以西地区50 0hPa高度场偏高,7月中旬和8月中旬贝加尔湖地区高度场偏高;2 0 0 4年南海季风爆发时间接近常年,南亚夏季风偏强;青藏高原50 0hPa高度场偏高,冬季积雪较常年稍偏多;2 0 0 4年上半年,赤道太平洋对流活动普遍受到抑制,7月后期开始,1 6 0°W以西海域上空对流活动较常年明显增强。2 0 0 4年中国气候异常可能是下垫面热力异常和大气环流异常共同作用的结果。

2020/2021年冬季中国气候冷暖转折成因分析

2020/2021年冬季,我国气候"前冬冷干、后冬暖湿"特征明显,冷、暖两个阶段气温振幅极大,多地观测气温分别打破了建站以来的最低、最高纪录。前冬(2020年12月1日至2021年1月10日),全国大部地区气温偏低、降水偏少,而后冬(2021年1月13日至2月28日),全国大部地区转入明显偏暖期,且2月上旬开始我国北方地区降水增多,暖湿特征明显。分析发现,乌拉尔山阻塞高压、西伯利亚高压和东亚冬季风强度、极地冷空气主体位置以及西北太平洋副热带高压的强度和位置等均发生了转折性变化,这是导致我国冬季气候由冷干转为暖湿的直接原因。进一步分析表明:La Nina事件配合北极冰偏少和北大西洋中纬度暖流,符合启动前冬"暖北极、冷欧亚"效应的条件,导致前冬欧亚中高纬经向环流偏强、乌拉尔山阻塞高压发展、及西伯利亚高压和东亚冬季风偏强,致使我国出现干冷型气候;而后冬,北极平流层发生爆发性增温事件,导致北极涛动持续负位相,极涡主体偏向西半球,但同时乌拉尔山阻塞高压崩溃,东亚冬季风转弱,我国大范围回暖增温。

气候变暖背景下气候平均值更替对中国气候业务的影响

气候平均值的改变意味着气候平均态(以下简称气候态)的改变,由于不同气候态之间的差异,当气候态更替时,相应会改变各种气象要素、环流系统等变化特征的判识结果。不同气候态之间的差异越大,对判识结果的影响就会更加明显,这种影响即是气候态更替的影响。对于2022年1月1日执行的气候平均值由1981—2010年改为1991—2020年的新规定,将会对中国气候监测、预测和评价等业务产生怎样的影响?针对气候平均值的改变,分别从中国160个站气温和降水,以及大气环流和海洋关键因子的变化等多方面,首先对比分析了不同时段气候态变化的差异及影响,然后重点讨论了1991—2020年新气候态更替的影响。结果表明不同时段气候态更替的影响不同,其中气温气候态更替的影响比降水气候态更替的影响显著,这种影响存在一定的季节差异,冬半年的影响大于夏半年,而降水气候态更替的影响主要集中在4—6月和9—11月两个转换季节。分析气候态更替的影响,发现基于新气候态,中国大部分地区的气温距平减小,其中减小最明显的区域位于河套附近,幅度在0.3~0.7℃,对降水的影响主要在夏季和秋季,夏季中国南方和秋季华北多雨的特征减弱;对500 hPa大气环流的影响表现为冬季乌拉尔山脊加强、东亚槽偏东和蒙古高压减弱,而夏季则刚好相反;对东亚冬夏季风活动也有一定影响,表现为冬季风减弱,而夏季风加强;对海洋关键海区海温变化的影响表现为IOD正位相减弱和Ni?o1+2区海温距平指数偏高的特征。

2006年北半球大气环流及对中国气候异常的影响

2006年,赤道中东太平洋经历了一次从LaNina状态到El-Nino事件的过程。500hPa高度场上,欧亚中高纬度地区前冬为经向型环流,后冬亚洲地区盛行纬向环流;夏、秋季,亚洲高纬度地区为经向型环流而中纬度为纬向环流,这种环流形势不利于冷空气南下,导致我国2006年的夏、秋季变得异常暖。2006年西太平洋副热带高压面积偏大、强度偏强且西伸脊点异常偏西。夏季没有出现持续性的较强的阻塞形势,从而使长江中下游地区降水较常年同期偏少,梅雨较弱。东亚夏季风异常偏强。2005/2006年冬季,青藏高原温度异常偏高,各季的高度场也较常年同期偏高,这有利于副高的加强西伸,而7—8月、10月太平洋暖池区对流活动强盛,为热带气旋的生成发展提供了有利的动力条件,并在副高的引导下多为西行路径。

1961-2005年中国霾日气候特征及变化分析

利用1961-2005年中国霾日统计资料,对中国霾的时空气候分布特征、变化趋势进行了详细分析,并探讨了霾变化的可能原因及其与太阳总辐射、日照时数变化的关系。结果表明:近45年来,中国年和四季霾日的空间分布特征均呈现东多西少的空间分布态势,东部地区集中在三个多发区,分别为长江中下游、华北和华南;季节变化,除东北地区、青藏高原、西北西部四季霾日均很少且变化不明显外,其余大部分地区均呈现为冬季多,夏季少,春秋季居中的特点。近45年,全国平均年霾日数呈现明显的增加趋势,2004年为最高值。我国东部大部地区主要呈现增加趋势,尤其霾多发地区,如长江中下游、珠江流域及河南西部等地,霾日增加幅度大,趋势显著,人类活动造成的大气污染物增加及天气气候变化是这些地区霾日呈现增加趋势的可能原因,我国西部地区和东北大部地区则以减少趋势为主。华北、长江中下游地区、华南地区霾日变化趋势与日照时数变化趋势相反,霾的增加是造成太阳总辐射减少的主要原因之一。东北地区、西北地区、西南地区、青藏高原霾日变化和日照时数变化均呈现不明显的减少趋势,但由于这些地区霾日发生少,其变化不会对日照时数和太阳总辐射变化造成很大的影响。

2021/2022年冬季中国气候异常特征及南方降水异常偏多成因分析

2021/2022年冬季,东亚冬季风较常年同期偏强,西伯利亚高压偏强,我国平均气温较常年同期偏低,在空间型上整体表现为“北暖南冷”的异常分布,全国平均降水量较常年同期偏多,尤其是青藏高原、西南、华南等地偏多较为明显。冬季北极涛动长时间维持正位相,有利于乌拉尔山阻塞高压偏弱;而鄂霍次克海阻塞高压异常活跃,500 hPa高度场上正距平中心从鄂霍次克海向西延伸至贝加尔湖—巴尔喀什湖附近;此外,冬季北极涛动正位相还通过南欧亚遥相关型的间接途径影响东亚冬季气候,造成中东急流偏强,高原高度场持续偏低,与赤道中东太平洋的La Nina事件相配合,使得东亚地区500 hPa高度场整体呈现近似“北高南低”的距平分布,我国冬季平均气温在空间型上整体表现为“北暖南冷”的异常分布,南方地区降水异常偏多。在季节内变化方面,我国冬季气温呈现“前冬暖、后冬冷”的特点,主要与东亚冬季风“前冬偏弱、后冬偏强”的季节内变化特征密切相关。

2013年中国夏季降水动力—统计气候预测及检验分析探讨

2013年夏季(6—8月),中国降水呈北多南少的异常分布,东北、华北、四川盆地东部及西北大部降水偏多,而淮河流域至江南大范围地区及青藏高原等地降水偏少。动力—统计预测和动力统计—诊断预测两种方法对夏季北方多雨和长江少雨的总体形势预测基本正确,预测评分(PS)分别为71分和74分,空间距平相关系数(ACC)分别为0.09和0.20。对西太平洋副热带高压、欧亚阻塞高压和东北冷涡区500h Pa高度距平场的动力—统计预测结果也较理想,为夏季旱涝分布的诊断预测提供了依据。指出了目前动力—统计预测可能存在的问题,如预测结果对模式预测能力依赖性强,采用多因子选取相似年时,部分因子与降水之间的物理机制不清晰,等等;并指出了可能的解决途径,如通过多模式评估和集合预报来克服预测结果对模式的依赖性,通过深入分析因子对降水的影响机制、因子与降水之间年际关系的年代际变化等来解决因子的筛选问题。

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。