基于时变关键区和时滞多变量的长江下游10-30d低频降水实时预报

利用NCEP/NCAR逐日850 hPa再分析风场资料和长江下游地区25站逐日降水资料,采用Butterworth二阶20~30 d滤波,通过变系数时滞回归和关键区自动筛选方法,构建了长江下游地区汛期(5~8月)的延伸期低频降水实时预报模型方案,对1979、2013年的汛期降水分别做了回报和预报试验。结果表明,基于多变量时滞回归方程(MLR)的实时预报方案,能客观地反映影响长江下游夏季强降水的欧亚环流季节内振荡(ISO)传播特性的时间变化,为长江下游地区强降水延伸期预报提供主要信号。提出的实时预测方案中,关键区的选择随建模样本而变化,体现了ISO变化的多样性和一定程度的不稳定性,预测模型能及时适应大气内部动力过程和外部强迫引起的时滞相关结构的改变,在一定程度上提高了延伸期预报的能力。     

大气30-60 d振荡特征及其与广东持续性强降水的联系

利用美国NCEP/NCAR的逐日再分析资料,分析了2005年6月华南持续性强降水期间850和500 hPa低频位势高度场、850 hPa低频风场和低频OLR场的水平分布及经、纬向传播特征。结果表明,2005年6月2-5日较弱的持续性降水期间,广东地区上空无明显的低频位势扰动和低频对流的发展和加强,但6月18-23日的持续性强降水过程中,大气的30-60 d振荡明显,副热带西太平洋上对流层中低层低频位势扰动有明显的西传特征,南海中北部低频位势扰动向北传播的速度比低频对流活动传播更快。6月初副热带高压带上西太平洋地区低压扰动可能是该区低频气旋和低频对流扰动的源,其中低频气旋北移和西太平洋上低频反气旋的发展是促使广东地区上空低频对流发展和加强的重要原因,为此次持续性强降水的发生提供了有利环流背景。     

基于周期分析方法的低频天气信号延伸预报

对1980—2014年的NCEP/NCAR 500 hPa高度场逐日格点资料进行Butterworth带通滤波,通过周期分析和最优子集回归方法,利用预报日前150 d的低频数据对2011—2014年全球逐年6—8月500 hPa低频高度场的低频信号进行逐日外延(至未来30 d),并对其结果进行检验.结果表明,周期分析和最优子集回归方法对500 hPa高度场对应的低频信号的拟合效果从整体上来看,北半球好于南半球,低纬度好于高纬度;随着预报时效的增长,拟合准确度逐步降低,后期趋于稳定.中国对应6个关键区的拟合效果显示,除新疆地区在第10天和第30天未通过信度检验之外,其余5个关键区均通过95%以上的信度检验.该方法对低频系统高低中心配置及落区拟合较好,符合利用低频天气图进行延伸期预报的相关思路,可在该方法的基础上,利用低频天气图方法进行预报.     

长江口咸潮入侵预报系统的设计与应用

基于长江口高分辨率FVCOM数值模型,在率定验证可靠的基础上,建立了一个驱动数据下载、模型计算、可视化处理、预报成果发布的集成自动化操作的长江口咸潮入侵预报系统,采用WRF天气模式进行长江口及临近海域的风场预测,从而能够进行未来3 d(72 h)长江口盐度的三维空间分布以及时间变化预报.并通过该系统后报检验了2011年1月份长江口南支堡镇和崇西的盐度变化过程,后报检验良好.操作便捷、自动化运行等优点使得该系统具有一定实用价值,能够方便及时地对长江口咸潮入侵进行预报.     

1965-2011年河北塞罕坝地区降水量变化规律的小波分析

采用Morlet复小波函数对河北省塞罕坝地区1965-2011年降水变化规律进行了小波分析,揭示了塞罕坝地区降水变化的多时间尺度特征.结果表明,47年来该地区月降水量、年降水量与生长季降水量距平值变化主要表现在两种尺度上:一种是4年左右的年际尺度振荡,这是经过高频滤波后的年际变化中的低频部分;另一种是18年左右时间尺度的年代际振荡.由于塞罕坝地区生长季降水平均占年降水量的83.1％,通常二者的变化趋势相同,但也不完全一致.由典型尺度小波系数过程线图可预测,2012-2015年塞罕坝地区的降水量仍然偏多,但距平值会减少.     

平流层风场的火箭观测及其与模式风场的比较

美国西北研究机构(NWRA:NorthWest Research Associates)发布了1963-1992年期间在Kwajalein岛礁(8°N,167°E)上共计1862次火箭探测的平流层风场和温度剖面.本文选取测量较为连续的1969-1972年期间共计345个风场剖面来研究平流层月平均风场及其两年变化、年变化和半年变化的特征.同时与目前应用较为广泛的风场模式HWM07(Horizontal Wind Model:2007)和CIRA86(COSPAR International Reference Atmosphere:1986)进行了比较.火箭测量的4年逐月平均纬向风在夏季为西向风,并在8月41km处达到最大值45ms-1;在冬季变为东向风,并在3月57km处达到最大值47ms-1.全年的经向风在60km以下基本上是北向风且风速低于10ms-1.纬向风在20~35km之间以两年变化为主,振幅在10~17ms-1之间;在45~55km之间以半年变化为主,振幅是16~25 ms-1之间;在5km以上以年变化为主,振幅在16~25 ms-1之间.测量风场与HMW07相比,HWM07的西向风在7月46km处达到最大值38ms-1,东向风在2月60km处达到最大值37ms-1,均小于测量风场的峰值.测量风场与CIRA86相比,CIRA86的西向风在7月49km处达到最大值36ms-1,东向风在3月60km处达到最大值43ms-1,仍小于测量风场的峰值.测量风速稍大于模式风速的可能原因之一是测量风场包含了背景风场和各种波动成分,而模式风场是气候学平均的结果;此外,HWM07和CIRA86虽然包含了不少探空火箭数据,但并没有包含在Kwajalein岛礁的测量资料.     

南海夏季风强弱年青藏高原地区春季大气的低频振荡特征

利用NCEP／NCAR再分析资料和气象台站逐日地温、气温观测资料,通过带通滤波的方法对南海夏季风典型强弱年,青藏高原地区3—6月大气低频振荡信号分布和传播特征进行了分析研究．指出在春季青藏高原地区的高度场和纬向风场存在30-60d大气低频振荡、准双周和5—7d的大气振荡．揭示了在典型的南海夏季风强、弱年,200hPa,500hPa上低频振荡产生的位置,强度及传播特征各不相同．在典型强季风年份,高原北部形成低频振荡并向北传播;而在弱季风年份,高原地区的低频振荡具有原地振荡的显著特征．在强季风年,高原的非绝热加热削弱高原地区低频波,非绝热加热在高原以外的东西两侧中再现出来,与南北两支急流相联系．在弱季风年份,高原地区的非绝热加热起着加强高原地区低频波的作用;形成了以高原为中心的准南北方向上的振荡特征．     

热带和副热带大气准双周振荡特征对西北太平洋台风路径的影响

根据美国联合台风预警中心热带气旋的数据(1979—2010年)以及NCEP/NCAR再分析风场和高度场的资料,从气候学角度分析了近32年夏季西北太平洋3类路径台风的大气准双周振荡的特征,并合成分析了6~10月3类路径台风生成时刻的原始环流、低频环流以及QBWO周期内低频环流的演变过程,结果表明:对流层低层至中层的大气存在明显的10~20 d准双周振荡特征,这对西北太平洋台风路径的预报有很好的指示作用;低频环流的演变特征表明,在西北太平洋地区,QBWO是通过低频气旋和低频反气旋来影响南海的季风槽以及副热带高压的强度和位置,进而对台风的生成位置和移动路径产生影响;菲律宾以东低纬度地区生成的低频气旋易于台风的生成,低频气旋的正涡度带走向和移动趋势预示着台风未来的移动方向;另外,在副热带地区同样存在着一支自西向东传播的大气准双周振荡波列,热带与副热带大气准双周振荡的相互作用对台风的路径产生了重要影响,这对台风路径的预报有较好的参考意义.     

河南省粮食生产变化的多尺度分析

利用1978-2011年34年粮食产量数据,基于小波理论对河南省粮食生产年际变化进行了小波分析,揭示了河南粮食生产变化的多时间尺度特征,分析了不同时间尺度下粮食生产变化的周期规律,并根据主周期对未来粮食产量变化进行了预测.结果表明,自1978年以来,河南省粮食生产总体特征表现为波动中趋于上升.近34年来河南省粮食生产变化具有多层次的时间尺度结构,存在21年、13年和5年左右的时间尺度周期变化.经粮食生产变化趋势分析后得出,在2011年之后较长一段时间内,河南省粮食生产将处于低产期,但在较长的低产期内会出现短期的粮食高产阶段.     

三门峡市2008年1月10—22日低温阴雪天气过程分析

通过天气背景、卫星云图、数值预报产品及新一代多普勒雷达产品,对三门峡市2008年1月10—22日低温阴雪天气过程进行了分析检验,结果表明:不断南下的冷空气和源源不断的暖湿气流是产生这次低温阴雪天气的根本原因;云顶亮温在低于-50℃时降水强度是最大的,而高于-20℃时降水强度则很小;降雪时雷达回波强度比较小,回波强度主要维持在15~20 d Bz之间;欧洲144~168 h的降温预报对三门峡本站具有很好的指导作用;相对湿度的预报和实况有很好的对应关系;提前4~5 d的欧洲风场形势预报有很好的可信度;24 h晴雨预报TS值,日本明显高于德国和T213,其中T213漏报较多;3~5 d降水预报TS值,T213优于德国和日本.在24 h分量级降水检验结果中,德国的TS评分高于日本和T213.     

A physically-based statistical forecast model for the middle-lower reaches of the Yangtze River Valley summer rainfall

A new approach to forecast the middle-lower reaches of the Yangtze River Valley summer rainfall in June-August （JJA） is proposed in this paper. The year-to-year increment of the middle-lower reaches of the Yangtze River Valley is forecasted and hence the summer precipitation could be predicted. In this paper, DY is defined as the difference of a variable between the current year and the preceding year （year-to-year increment）. YR denotes the seasonal mean precipitation rate of the middle-lower reaches of the Yangtze River Valley summer rainfall. After analyzing the atmospheric circulation anomalies in winter and spring that were associated with the DY of YR, six key predictors for the DY of YR have been identified. Then the forecast model for the DY of YR is established by using the multi-linear regression method. The predictors for the DY of YR are Antarctic Oscillation, the meridional wind shear between 850hPa and 200hPa over the Indo-Australian region, and so on. The prediction model shows a high skill for the hindcast during 1997-2006, with the average relative root mean square error is at 18%. The model can even reproduce the upward and downward trends of YR during 1984--1998 and 1998--2006. Considering that the current operational forecast models of the summer precipitation over the China region have the average forecast scores at 60%--70% and that the prediction skill for the middle-lower reaches of Yangtze River Valley summer precipitation remains quite limited up to now, thus this new approach to predict the year-to-year increment of the summer precipitation over the Yangtze River Valley （and hence the summer precipitation itself） has the potential to significantly increase the operational forecast skill of the summer precipitation.     

地理地形因子对长江中下游平原降水空间分布影响的估算和分析

本文以长江中下游平原为研究区,采用2001-2010十年的降水整编资料、NCEP风向资料以及DEM数据,利用偏最小二乘法（PLS）对长江中下游平原一月、四月、七月、十月的降水空间分布与地理地形因子及风向因子的关系进行分析、检验和讨论。结果表明：与普通克里格插值法对实测降水量进行降水空间分布估算结果相比,加上地理地形因子及风向因子后的PLS回归模型更能直观反映出该区降水空间分布受到局部地理地形因子及风向因子综合影响的特征,其结果能为该区实行因地制宜的工农业生产提供科学的指导。     

Significant relationship between spring AO and the summer rainfall along the Yangtze River

The influence of spring AO on the summer rainfall along the Yangtze River is investigated. The long-term rainfall observations are filtered to remove the low-frequency variations longer than 10 years. The inter-annual components show a high correlation to AO in the last hundred years. The strongest correlation appears for May AO and summer rainfall with a value of -0.39, significant above the 99% confidence level. Associated with one standard deviation stronger May AO index, the rainfall over the Yangtze River to the southern Japan decreases by about 3%-9%, while, at the same time increases by about 3%-6% in the northern China and far-eastern Russia. The coherent changes in rainfall are significantly related to the East Asian summer jet stream in the upper troposphere. When there is stronger AO in spring, the jet stream tends to move polarward in summer, and leads the rainfall-belt to move northward too. That gives rise to a drier condition in the Yangtze River valley, wetter anomalies in northern China. This signal would be helpful for the summer rainfall prediction in China.     

Large and meso-α scale characteristics of intense rainfall in the mid — and lower reaches of the Yangtze River

Meteorological conditions associated with intense rainfall and great floods over mid- and lower reaches of Yangtze River are studied by analyzing the large-, synopticand meso-tα-scale circulation systems for 1991, 1996 and 1998. It is found that the advance and retreat of subtropical high over the West Pacific, the monsoon moisture surge from the South China Sea, cold air outbreak over mid- and high-latitudes, and the meso- tα scale systems (250-2500 km)from the Tibetan Pleateau as well, are responsible for intense rainfall over the Yangtze River Valley. The persistent and heavy rains and great floods over the Yangtze River Valley occurred when all these four systems are synergetic or in phase lock.``     

CFD Simulations of Wind Effect on Net Solar Heat Gain of South Walls with Internal Insulation

Computational fluid dynamics( CFD) techniques are used to investigate effects of both wind direction and wind speed on net solar heat gain of south wall with internal insulation in winter.Results show that wind effect has a significant influence on the net solar heat gain,where the impact of wind direction is stronger than that of wind speed. For regions in lower reaches of the Yangtze River,difference of their average net solar heat gains( NSHGS) is about 20% due to various wind speeds and wind directions.Buildings in districts with a dominant wind direction of north achieve the highest solar energy utilization.     

长江中下游河流沉积物磁性特征初探

通过多参数磁性测量分析,探讨长江中下游干、支流河流沉积物的磁性特征,为研究长江水沙环境积累基础资料.研究结果表明,长江中下游干、支流河流沉积物中,磁性矿物类别均以磁铁矿为主,晶粒均以假单畴-多畴为主.与干流相比,支流沉积物中不完整反铁磁性物质含量较多,晶粒较细,Χ值仅是干流的1/10.随着支流泥沙的汇入,入江口以下江段沉积物的磁性特征相应发生变化.支流泥沙物源贡献的研究是探讨长江中下游干流沉积物环境特征的主要因子.     

长江流域岩体的时空分布与碎屑锆石物源示踪

结合区域大地构造演化,系统总结并讨论了长江流域火成岩的时空分布特征及其对长江中下游沉积物物源的指示意义.结果表明,长江流域岩体的时空分布特征与区域构造演化密切相关;青藏高原新生代酸性侵入岩和火山岩以及云贵川高原晚二叠世峨眉山玄武岩及伴生酸性岩是长江上游地区的特征岩体;汉江和湘江—赣江流域早古生代中酸性侵入岩是长江中游地区的特征岩体;白垩纪中酸性侵入岩和火山岩是长江下游地区的特征岩体.这一成果可直接用于指导长江中下游地区利用碎屑锆石U-Pb年代学和Hf同位素进行物源示踪的工作.在钻孔沉积物中准确识别出这些特征年龄信息,并结合沉积物古地磁年代的标定对研究长江的地质演化历史具有重要指示意义.     

The spring soil moisture and the summer rainfall in eastern China

The relation between the soil moisture in spring and the rainfall in summer in eastern China is investi- gated. Results show that the summer rainfall in eastern China is closely related to the spring soil moisture in the area from North China to the lower reaches of Yangtze River (NCYR). When spring soil moisture anomalies over NCYR are positive, the summer precipitation exhibits positive anomalies in Northeast China and the lower reaches of Yangtze River, and negative anomalies in southern China and North China. The higher soil moisture over NCYR cools land surface and reduces the land-sea tem- perature gradient, which weakens East Asian summer monsoon. The western Pacific Subtropical High (WPSH) is located to the south and shifts westward, resulting in more rainfall in the lower reaches of Yangtze River and less in southern China and North China.     

青藏高原积雪异常对亚洲夏季风气候的影响

为了研究青藏高原积雪异常对亚洲夏季风气候的影响,从季风环流和季风降水等方面综合分析了高原积雪异常对气候的影响,并利用IAP 9L AGCM模式,对高原雪量进行了增加和减少的数值试验。从而提出高原多(少)雪年南亚夏季风偏弱(强),东亚夏季风反而偏强(弱)的新观点。高原积雪异常会导致高原上空大气垂直运动的扰动,扰动传播到下游致使我国长江流域和西太副高所在区域大气对流运动发生变化。高原多(少)雪,夏季我国南方的偏南风增强(减弱),有利于水汽从孟加拉湾和南海向我国大陆输送,但到长江流域时,由于偏南风存在较强(弱)的辐合,江淮流域偏涝(旱)。