异常分析在长江中下游暴雨分析和预报中的应用

极端天气事件极易造成严重的气象灾害,对人类的生命财产和国民经济建设及国防建设等造成严重损害。使用欧洲中心(ECMWF)的ERA5再分析资料,选择对极端天气有分析和预报有效的原始异常度(RA)和标准化异常度(NA)对南通地区2016年7月11日极端强降水过程进行分析和预报。研究表明,相比于常用的原值场,RA和NA等异常场对分析和预报该次强降水过程更有优势。日常业务中常用的原值场,很难明显给出对极端降水有较好指示意义的预报指标,相比之下,RA和NA这种异常场,可以给出更为有效的极端降水预报指标。这表明,极端降水事件与气象要素的异常部分直接相关。极端降水的落区与位势高度RA和NA的负异常中心接近,湿度的RA和NA正异常出现的时段和位置也与降水出现的时段和位置有较好的相关性,降水强度与湿度和位势高度的RA和NA的异常强度也有一定关系。综合分析不同高度和位置位势高度和湿度的RA和NA,对分析和预报潜在极端天气的落区、强度和出现时段有重要帮助。使用ECMWF的模式预报资料,通过分析不同时效对该次过程的降水和850 hPa位势高度的预报结果,相比于对降水本身的预报,模式对850 hPa位势高度NA场的预报更为稳健,更有利于预报员该次极端降水事件的把握。     

基于EOF迭代的月径流长期预报

应用经验正交函数分析方法,以月平均500hPa,100hPa高度场及月平均海温场为预报因子,对广东省Weng江流域的月径流进行预报。结果表明,基于EOF迭代的预报方法是一种有效的月径流长期预报新方法,具有明显的应用价值。     

Community Climate Model 3模拟夏季极端降水的初步分析

采用累积频率的统计方法和Community Climate Model 3(CCM3)模拟的10年逐日降水结果,分析了模拟的夏季极端降水事件的时空分布特征.结果表明,CCM3模拟的极端降水阈值的大值区主要在我国黄河和长江流域的上游、印度半岛及其邻近海域和孟加拉湾及其北部地区.CCM3能够模拟出我国长江流域极端降水量与极端降水日数显著增加的趋势.对极端降水平均强度、降水日数以及极端降水量与总降水量比值的经验正交函数(EOF)分析可知,我国大部分地区的极端降水基本呈现同相变化,且以长江和黄河中游地区较为显著.CCM3模式基本能够模拟出观测到的极端降水阈值与总降水、极端降水日数及其距平的高空间相关性.     

南海夏季风爆发与华南前汛期锋面降水气候平均的联系

利用1958-2000年NCEP/NCAR再分析日平均资料、中国气象局气候中心常规地面观测日降水资料,从气候平均角度诊断分析了南海夏季风爆发和撤退前后大气结构特征及其与南亚季风的差异,探讨华南前汛期锋面降水对南海夏季风爆发的可能影响。结果表明:①季节转换期间南海地区大气热力结构、动力结构的配置具有与孟加拉湾和南亚地区明显不同的特征,大气低层(850 hPa以下)温度梯度的逆转(由负变正)发生在西南季风爆发之后。②850hPa西风建立在南海大气低层(850 hPa以下)经向温度梯度为弱负值的时候,是受热成风约束的结果。③季节转换期间南海地区大气热力结构、动力结构的配置具有独特性,是由于东亚地区独特的地理位置,受来源于中纬度冷空气影响的缘故。④随着华南降水强度加强,对流释放潜热加热了中高层大气,有利于南海经向温度梯度的逆转,从而在热成风关系约束下使高层南亚高压的北移,因此华南前汛期第一阶段锋面降水是南海夏季风爆发的有利因素。     

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。     

重庆“8.22”暴雨ECMWF模式中期预报转折分析

2018年8月22-23日重庆中部地区一次暴雨过程的预报出现了明显的偏差,本研究利用降水实测资料、高空探测资料和ECMWF(以下简称EC)模式的形势预报对降水产生原因、影响系统以及EC模式不同起报时间的预报效果进行了分析,结果表明:(1)此次暴雨过程是在高空槽和中低层切变线的共同影响下产生的.(2)EC模式降水预报在8月19日前后出现了突变,其原因是影响重庆地区的500 hPa高度场发生了转折性的变化.(3)在500 hPa高度场预报与实况基本一致的情况下,重庆中部地区的中低层切变线是20日主观预报降水落区与实况出现明显误差的原因.     

华北夏季降水年代际变化与东亚夏季风、大气环流异常

利用华北夏季降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,对华北夏季降水、东亚夏季风年代际变化特征及大气环流异常进行研究,发现一些有意义的结果:华北夏季降水变化存在明显的8a、18a周期,东亚夏季风变化18a、28a周期性比较明显,二者年代际变化特征明显,但华北夏季降水变化和东亚夏季风变化的周期不完全一致.华北夏季降水量变化在60年代中期发生了突变,东亚夏季风变化在70年代中期发生了突变.华北夏季降水与东亚夏季风变化存在很好的相关关系,强夏季风年,华北夏季降水一般偏多,弱夏季风年,华北夏季降水一般偏少,但又不完全一致.东亚夏季风减弱是造成华北夏季降水减少的一个重要因素,但不是唯一因素,华北夏季降水减少还与环流异常密切相关.在地面上,青臧高原地区、华北地区气温下降造成华北低压系统活动减少,不利于降水.在850 hPa层上,东亚中纬度的西南季风和副热带高压南部的偏东风、西北部的西南风异常减弱,使得西南气流输送水汽很多难以到达30°N以北的地区,而副热带高压西部外围偏东南、偏南气流输送到华北地区的水汽也大量减少,水汽不足造成华北夏季降水偏少.在500 hPa高度场上,80年代欧亚遥相关型表现与50年代相反,变为欧洲( )、乌拉尔山(-)、中亚( )形势,这种环流使得乌拉尔山高压脊减弱,贝加尔湖至青藏高原高空槽变浅,纬向环流表现突出,不利于冷暖空气南北交换.同时在500 hPa气温场上,80年代,西伯利亚至青藏高原西北部的冷槽明显东移南压到蒙古至华北地区,锋区位于华北以东以南位置,使得华北地区冷暖空气交汇减少,降水也因此减少.华北夏季降水减少是由于东亚夏季风减弱和大气环流异常造成的.     

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.     

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.     

EOF分解与Kalman滤波相结合的副高位势场数值预报优化

用经验正交分解和Kalman滤波相结合的方法,建立了夏季500 hPa位势高度场数值预报误差修正模型,以改进副高数值预报效果,提高副高预报准确率.首先用经验正交分解（EOF）方法将T106数值预报500 hpa位势高度场分解为彼此正交的空间结构模态和相应的时间系数的线性组合,随后选取前15个模态的时间系数（其方差贡献98.7%）序列,分别建立了各自的Kalman（卡尔曼）滤波模型,最后用优化出的时间系数与相应的空间结构场进行EOF重构,进而得到修正后的副高位势预报场.修正后的位势场与原始的数值预报场的对比结果表明,该修正模型可对副高数值预报误差进行有效修正,优化后的预报效果较原始数值预报场有明显改进提高.     

华北地区1972年和1997年干旱特征及其影响系统分析

利用华北地区实测的月降水量资料,美国NCAR/NCEP 850 hPa的矢量风5、00 hPa和850 hPa的位势高度等再分析资料,分析了华北地区1972年和1997年这2个干旱年干旱的空间分布、强度分布和持续时间,以及西太平洋副热带高压变化、季风进退和欧亚大气环流异常情况.结果表明:1972年是季风正常年,但该年亚洲大陆高压偏强且持续存在、西太平洋副热带高压持续偏弱,导致了干旱的发生与持续;而1997年由于持续偏强的亚洲大陆高压、持续偏弱的季风和西太平洋副热带高压造成该地区严重干旱.     

夏季青藏高原东部热源异常与环流场和降水的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国160个站点的月平均降水资料,选取了2008年9月四川汶川地区特大暴雨实例,分析并验证了夏季青藏高原东部热源异常和中国局部降水异常的关系。结果表明:1夏季高原东部热源偏强会引起500h Pa风场能量偏大,其能量大值区与强降水区域分布相对应;2夏季高原东部热源偏强会引起南亚高压偏东偏强,从而引起西太副高西伸,使得水汽源源不断的向降水区域输送;3夏季高原东部热源异常时,通过加热场-高度场-降水场的同期及滞后效应,进一步影响到中国局部地区的降水异常。     

北半球冬季大气环流变化对中国汛期雨带类型分布的影响

 基于1951～2001年1～5月500hPa高度场资料,研究了前期大气环流与中国汛期雨带类型分布的关系.通过分析前期各雨带类型对应的距平合成场和格点样本平均值显著性检验图,以及各雨带类型相应的前期大气环流特征.指出1～2月500hPa层次上,大气环流明显的表现为大尺度分布特征,而3～5月的大尺度分布特征不明显.这表明冬季(1～2月)各雨带类型的显著性关键区的大气环流异常是影响中国汛期雨带类型分布的一个重要因素.从而提出了一些预报线索,可供夏季我国大范围旱涝趋势的长期预报参考.     

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。     

中国汛期月降水量距平场的时空综合分析

本文应用时空综合的经验正交函数分析方法，对１９５１～１９８４年中国１６０个站点的月降水量距平场进行展开，得到了能够反映我国汛期（４～９月）各月降水量距平场时空变化的特征向量场时间系数，分析结果表明，我国汛期月降水异常存在着几种典型的空间分布型并具有明显的季节变化规律和年际演变特点。     

中国东部四季降水量变化空间结构的研究

利用观测资料和史料所重建的中国东部（110°E以东）71站1880?2004年的四季降水量序列,通过EOF分析得到了各个季节降水量空间分布的主要形态,并且按其特点分为两类,冬春秋季为一类,夏季为一类。利用重建的1880?1950年和观测的1951?2004年的500 hPa高度场资料,分析了大气环流对各季降水异常的影响。结果表明,各季的降水异常分布形态与高空环流形势有很好的对应关系,并且近百年来这种对应关系比较稳定。最后研究了各季降水量空间结构的周期变化特征,结果显示各个季节降水量空间分布形态都存在高频的年际变化和低频的年代际变化。功率谱和子波分析表明,高频集中于2～4年、5～8年,而低频则集中在15年、20～25年、60年,共同代表了中国季节降水异常变化的主要周期。     

东亚夏季风异常的研究

本文运用经验正交函数分析方法,对10～65°N,90°E～175°W范围内近30年逐年7月和8月平均海平面气压场进行了分析研究.结果表明,第一、第三特征向量与东亚季风异常有关,第二特征向量与西风环流异常有关.讨论了东亚季风异常与大气环流的关系,以及季风异常对华北东部地区降水时空分布的影响.