基于CAM3T42的云南5月降水的可预报性试验研究

取逐月地表温度作外强迫,用NCAR CAM3T42模式积分50a,获得1951～2000年的模式大气环流资料,截取40a的5月500hPa高度场与云南124个测站5月降水资料建立的基于CAM3T42公共预报因子集具有很好的一致性,可以用来讨论云南5月降水的可预报性.CAM3T42的5月500hPa高度场影响云南5月雨量的关键区主要分布在地中海、印度次大陆、西太平洋暖池、东北太平洋、北美等区域以及南印度洋、南太平洋和南大西洋等区域.应用公共预报因子集建立的云南124个测站5月雨量预报试验表明有113个复相关系数通过0.05的显著性检验,占总测站数的91%左右.利用10a样本作为独立预报检验表明复相关系数的量值与非独立样本检验的相比略有减小.试验结果和独立样本检验结果表明:5月CAMT42的500hPa高度场的变化与云南124测站5月降水间具有良好且稳定的关系,CAMT42对云南5月降水具有一定的预报能力.     

青藏高原地面加热场与春季川渝地区气温的关系

应用奇异值分解(SVD)技术,研究了青藏高原地面加热场与东亚地区上空500hPa高度场及其东侧川渝地区春季气温场的时空联系和冷暖异常成因.结果表明:前期冬季青藏高原地面加热场与后期春季高度场的第1模态代表了两场间的主要耦合特征,具有显著的时空相关;前期冬季青藏高原地面加热场通过影响后期春季500hPa高度场,导致未来春季大气环流变化,是造成川渝地区春季气温异常的重要原因.       

广东冬末春初冷暖变化时空分布特征及类型

利用主分量分析方法对广东省1954-2000年1～3月气温进行统计分析，计算该时期气温场时空分布特征及分布的主要类型，同时对典型冷暖年份分析了500hPa环流形势特征。结果表明：①广东1-3月气温分布从东南向西北减低；②有4种分布类型：即全省型，南北型，相间型，西、西南和其它地区型；③全省性特暖年数量变化趋势为：20世纪50年代没有特暖年，以后随年代增加，到90年代特暖年明显增多；两个典型全省性冷暖年的亚洲月平均500hPa西风环流指数有明显差异.     

浙江梅雨分型与梅汛期前期北半球大气环流演变关系研究

对1971-1999年浙江省梅雨的空间分布进行客观分型,研究各种雨型前期500hPa高度场的相应变化特征,初步提示历年梅雨雨型与其前期高空环流中预兆因子的关系。结果表明,前期冬季春季环流变化特征的异同是导致梅雨型各自特点的重要原因。通过对3种梅雨型一些重要环流前兆因子的分析研究,发现前冬500hPa高度场上低纬度为正异常或负异常是导致次年浙江省梅雨期北部少梅或多梅的最显著的前兆,而春季南亚到西太平洋的负距平区发展强弱情况则是预报该年浙江省西南部是否出现少梅的重要判据之一。     

全球气候变暖背景下的大气环流基本模态

利用NCEP/NCAR REANALYSIS1948年1月～2001年2月1000～100hPa的高度场资料研究全球纬圈平均大气环流的变化.EOF1显示全球纬圈平均大气高度场在高纬度和低纬度地区呈明显的反向变化,这一变化特点解释了总方差的一半左右.从时间系数上看,近53年低纬度高度上升,高纬度高度下降.这表明20世纪60年代以后,特别是20世纪80年代中期以后,对流层中纬度西风有明显的加强趋势.与全球平均地面气温变化比较证明这种大气环流的变化与全球平均地面气温的变化有显著的相关.用观测海温强迫运行大气环流模式积分两个50年(1900～1950年和1950～1999年),EOF1与再分析资料所得的EOF1特征十分相似,解释的方差大小也基本一致.伴随着近20年的全球气温的剧烈上升,低纬度高度场升高,高纬度高度场降低,两个半球中纬度西风显著加强成为全球大气环流变化的最主要特征.     

低温连阴雨(雪)背景下浙中一次雨凇天气过程诊断分析

2008年初中国南方地区出现了低温连阴雨(雪)天气,浙中地区也出现了罕见的大范围雨凇天气.此次历史罕见的冻雨灾害性天气在大气环流异常背景下发生:北半球经向环流特征明显:贝湖地区有阻高形势长时间维持;欧亚大陆中高维地区500 hPa 高度场西高东低,中低纬地区则表现出西低东高的特征,锋面在30°N附近较长时间维持.贝湖西南和蒙古国西部地区是这次天气过程的主要冷空气源地.来自南海和孟加拉湾的水汽通过500～850 hPa之间的水汽通道向华东地区输送,850 hPa左右的水汽辐合及大气运动上升区的配合使浙中地区出现降雨(雪)天气.700～850 hPa逆温层的存在和接近O°C的地表温度为雨凇结成提供了温度条件.边界层内局地气象条件表现出的低温、高湿和小风速特征有利于雨凇的维持.     

基于TIGGE数据的西太平洋副热带高压多模式集成预报及检验

基于TIGGE(THORPEX Interactive Grand Global Ensemble)资料中的中国气象局(CMA)、日本气象厅(JMA)、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、美国国家环境预报中心(NCEP)和英国气象局(UKMO)等5个中心的500hPa位势高度场数据,评估了各中心对西太副高控制预报和集合预报的效果,并采用了多模式集成平均(EMN)、消除偏差集成平均(BREM)和滑动训练期超级集合(R_SUP)3种方法对各中心数据进行集成.评估方法包括Talagrand分布、相关系数、均方根误差、Brier技巧评分等.结果表明:各中心预报效果有明显差异,各模式对500hPa位势高度场控制预报中,UKMO预报效果最好,而各模式对500hPa位势高度场集合预报中,则是ECMWF预报效果最好.从均方根误差改进率来看,基于控制预报的BREM和R_SUP集成方法明显降低了对500hPa位势高度场预报的均方根误差,而EMN则无明显改进.基于集合预报的3种集成方法对500hPa位势高度场预报的改进效果不明显,综合评分略低于ECMWF单模式集合预报.     

西南涡大气边界层结构的数值模拟Ⅰ:Ekman层流场特征分析

本文利用大气边界层模式,对1979年7月24～25日的一次西南涡进行了Ekman层流场分析。在理论计算的前提下,通过加入有限的实测风资料进行动力学调整,不仅在Ekman层中能较好地表现出西南涡的气旋性环流特征,而且发现西南涡在大气边界层中具有中尺度扰动的特征,在整个气旋环流的形势中有局部的反气旋环流出现,这是850hPa、700hPa大尺度天气图上所不能得到的。     

2009年春季山西省东南部暴雨过程分析

利用Micaps系统下常规资料、云图资料和数值预报产品、物理量场,对2009年5月9-10日发生在山西省东南部的一次暴雨过程进行综合分析。结果表明：500hPa的西风槽东移加深为暴雨的产生提供了大尺度环流背景,低层的切变是暴雨产生的主要影响系统,散度、垂直速度、能量场等物理量的垂直分布有利于暴雨产生．暴雨发生在切变线前部,中尺度系统是强降水形成的直接影响系统。     

1998年7月副热带高压短期结构演变特征与垂直运动的关系

针对1998年7月长江中、下游地区二度梅期间副热带高压短期演变特征,利用大尺度大气运动的三维环流分解方法,计算出7月副热带地区Hadley环流、Walker环流以及总体垂直运动的速度场分布情况.通过分析它们的演变过程,揭示了Walker环流、Hadley环流与副热带高压短期演变特征的关系,指出大尺度大气运动的三维环流分解模型将有助于发展副热带高压的异常变化与大尺度Walker环流、Hadley环流之间的定性、定量化的动力学关系,对气候预测效果产生影响.     

2009年春季长江中下游地区连阴雨过程分析

  2009年2月14日至3月8日,长江中下游地区出现低温连阴雨天气,对该地区的工农业生产、经济发展、人民生活产生了极大的影响。本文利用合成平均方法对2009年长江中下游地区出现的低温连阴雨天气进行客观分析,并与2008年同期的连晴少雨过程进行对比,发现持续低温连阴雨过程除须有深厚、大尺度的环流背景支持外,还需干冷空气与暖湿气流在长江中下游地区交汇,促成大气的不稳定;对比连阴雨过程中的西风指数和降水强度,发现两者的对应关系非常好,一定程度上反映了大尺度环流的强弱对天气过程强度的直接影响,涡度、散度的垂直分布使较强的上升气流发生在中低层,使水汽与动力抬升条件达到最佳配置,非常有利于降水的产生;通过观察这次典型的春季低温连阴雨过程开始前5天的形势场,发现在对流层中下部,被青藏高原分成的南北两支气流的分布对此类连阴雨过程的提早预报具有一定的指导意义。     

SOM 方法在中国东部夏季降水分型中的应用

使用自组织映射(SOM)和经验正交函数(EOF)两种方法, 对比分析中国东部地区夏季日平均和季节平均的降水分型。结果表明, SOM比EOF能够更真实地描述降水分布。SOM得到的夏季降水分型的空间结构能够很好地用850 hPa的风扰动和700 hPa的比湿扰动解释。作为事后问题, 850 hPa的高度扰动负值中心能够很好地解释对应的降水落区; 但作为预报问题, 强降水不仅由数值模式预报中的负值高度扰动决定, 还受制于水汽和温度扰动等因素。     

重庆地区秋季连阴雨气候特征及前兆信号分析

根据1961—2012年重庆地区34个气象观测站的逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析数据集中的高度场格点资料和NOAA的海温逐月资料,分析了重庆地区秋季连阴雨的气候特征、气候背景与前兆信号.结果表明:近52年来重庆地区秋季连阴雨频数呈线性增多趋势.重庆地区秋季连阴雨偏多(偏少)同期环流对应乌拉尔山地区高度场偏低(高),欧亚中高纬度地区盛行经向(纬向)环流,赤道东太平洋区域海温偏低(偏高).前期春季、夏季孟加拉湾地区、我国南海地区500hPa高度场、赤道中东太平洋地区海温,特别是Nio3.4区的海温异常变化是重庆地区秋季连阴雨出现异常偏多(少)值得关注的前兆信号.     

西北东部一次暴雨天气过程的数值模拟研究

利用较高分辨率非静力中尺度数值模式MM5,对2003年8月28日西北东部一次致洪暴雨天气过程进行了数值模拟,重点研究了中-α和中-β尺度系统的发生发展和演变过程,对影响暴雨的物理量场进行了诊断分析.结果表明:中-α尺度低涡越山后迅速生成发展,历时约14 h,少动,并激发了多个中-β尺度系统,在这些不同尺度系统相互作用下,形成了这次区域性暴雨.强降水主要出现在低涡系统的发展与成熟阶段.700 hPa以上稳定的大气层结,抑制了水汽和能量的垂直扩散,有利于水汽和能量沿低空向雨区输送.在暴雨区上空,水汽和能量以垂直输送为主,同时伴有大量潜能释放.暴雨区上空有明显的正涡(位涡)柱和发展旺盛的上升气流区,低层辐合中心位于650 hPa,高层辐散中心位于400 hPa,无辐散层位于500 hPa.     

Spatial and temporal variations of light rain events over China and the mid-high latitudes of the Northern Hemisphere

Based on observed daily precipitation data, monthly gridded radiosonde upper air temperature and sea surface temperature data from the UK Met Office Hadley Centre, monthly surface air temperature from the Climatic Research Unit at the University of East Anglia and the NCEP/NCAR monthly reanalysis data, this study investigates the spatial and temporal variations of light rain events over China and the mid-high latitudes of the Northern Hemisphere during 1961-2010, and discusses the relationship between the change of light rain events and atmospheric stability, sea surface temperature and atmospheric circulation. The light rain events over East China display a decreasing trend of 3.0%/10 a in summer and winter half years. Over Northwest China, an increasing trend of 4.1%/10 a is found in winter half years, but there is no trend in summer half years. Using empirical orthogonal function (EOF) analysis, it is found that the first two principal components of light rain events over the mid-high latitudes of the Northern Hemisphere show long time scale variations in summer and winter half years. The first EOF modes (EOF1s) for summer and winter half years both depict a long-term increase in light rain events over North America and Southern Europe as well as Northwest China (except in summer half years), and a long-term decrease over most of the Eurasia (Central Europe, Eastern Europe, North Asia and East China). The second EOF mode (EOF2) for summer half year shows that light rain events increase over North America, Southern Europe and South China, but decrease over Eurasia north of 45°N from 1961 to early 1980s, while the trends reverse from late 1980s to 2010. The second EOF mode (EOF2) for winter half years indicates that light rain events increase over North America and South and North China, but decrease over Eurasia north of 40°N from 1961 to early 1980s, while the trends reverse from late 1980s to 2009. Correlation analysis and linear regression analysis suggest that EOF1s may be related to the change in atmospheric static stability associated with global warming, and EOF2s are possibly linked to the AMO.     

云南2009—2012年4年连旱的气候成因研究

利用云南124个气象站逐月降水资料、NCEP/NCAR大气环流再分析资料、全球海表面温度(SST)资料以及向外长波辐射(OLR)资料,分析了云南2009—2012年连续4年干旱的气候特征,并从异常大气环流、海温、局地对流等方面分析了4年连续夏季干旱发生的成因.结果表明:①云南2009—2012年干旱是一次持续时间长,跨越春、夏、秋、冬四季、影响范围广的全省性严重干旱,最严重的区域主要是滇中及滇东南.并且是发生在云南降水减少的气候背景下.②2009—2012年夏季500 hPa欧亚地区高、中、低纬度的高度场分布不是很相似,但4年的环流配置形势表明东亚冷空气路径偏东,影响中国西南地区的冷空气偏弱,不利于冷空气南下影响云南.另外2009年和2010年副高位置偏西偏强,云南在其控制之下,不利于降水;而2011年和2012年副高位置偏北偏东,其外围的水汽不易输送到云南.③2009—2012年云南大部地区及其南侧的孟加拉湾地区高度场持续偏高,孟加拉湾附近的印缅槽不活跃或偏弱,也不利于南方水汽向云南界内输送.④El Nino事件发展期、La Nina事件衰弱期以及印度洋海温偏暖时都有利于云南干旱的发生和发展.⑤2009—2012年夏季云南局地及其以南大部地区基本维持低层辐散、高层辐合的垂直散度场配置,不利于上升运动的生成和发展.孟加拉湾及南海一带基本为西北或偏东气流控制,向北输送的水汽较常年偏弱,是造成云南连续4年夏季干旱少雨异常气候的直接原因之一.⑥2009—2012年连续4年夏季云南局地对流相对常年偏弱,这也是云南降水偏少的重要因素之一.     

2012年11月福建省多暴雨过程成因分析

为分析2012年11月福建省降水异常偏多的现象,利用统计学和天气学的分析方法,对11月的降水气候特征和下旬3场暴雨的环流形势、影响系统及水汽输送特征进行了分析。整个11月,200 hPa西风急流偏强,在福建省上空有气流的辐散;500 hPa乌拉尔山脊偏强,贝加尔湖槽偏深,有利于冷空气南下;850 hPa为较强西南急流。下旬3场暴雨期间,500 hPa南支槽位于105°～110°E,副高强度偏强;中低层700,850 hPa有切变线和西南急流,850 hPa比湿大于8 g/kg。结果表明,稳定的环流形势、频繁出现的天气系统以及充沛的水汽条件是发生多暴雨现象的主要原因。     

Projected change in extreme rainfall events in China by the end of the 21st century using CMIP5 models

Projection of future climate changes and their regional impact is critical for long-term planning at the national and regional levels aimed at adaptation and mitigation. This study assesses the future changes in precipitation in China and the associated atmospheric circulation patterns using the Couple Model Intercomparison Project 5 Phase (CMIP5) simulations under the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. The results consistently indicate that the annual precipitation in China is projected to significantly increase at the end of the 21st century compared to the present-day levels. The number of days and the intensity of medium rain, large rain and heavy rain are obviously increased, while the number of trace rain days is projected to decrease over the entire area of China. Further analysis indicates that the significant increase of annual precipitation in Northwest China is primarily due to the increase of light rain and the increases in North and Northeast China are primarily due to the increase of medium rain. In the region of southern China, the increases of large rain and heavy rain play an important role in the increase of annual precipitation, while light rain events play a negative role. Analysis of the changes in atmospheric circulation indicates that the East Asian summer monsoon circulation is projected to be considerably stronger, and the local atmospheric stratification is projected to be more unstable, all of which provide a background benefit for the increase of precipitation and extreme rainfall events in China under global warming scenarios.