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两类El Ni（？）o的表征、演变过程及其对次年我国夏季降水的影响

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两类El Ni（？）o的表征、演变过程及其对次年我国夏季降水的影响

作者：陈圣劼南京信息工程大学

学位级别：硕士

利用月平均Hadley环流中心海表温度、美国全球海洋数据同化系统(GODAS)海洋温度、日本气象厅(JMA)海洋温度和NCEP/NCAR大气环流等资料,探讨了传统El Nino和El Nino Modoki的主要海气耦合特征,基于海洋上层热含量(HC)定义了一种新的El N... 详细信息

利用月平均Hadley环流中心海表温度、美国全球海洋数据同化系统(GODAS)海洋温度、日本气象厅(JMA)海洋温度和NCEP/NCAR大气环流等资料,探讨了传统El Nino和El Nino Modoki的主要海气耦合特征,基于海洋上层热含量(HC)定义了一种新的El Nino指数HCEI和HCEMI。根据海表温度异常SSTA沿赤道(5°—5°N)的演变特征,区分了两类事件不同的衰减型,并进一步探讨了两类El Nino的次表层海温演变过程及其对次年我国夏季降水异常分布的可能影响,得到以下主要结论： (1)两类El Nino海气耦合特征存在显著差异,El Nino Modoki期间海气耦合异常环流系统较传统El Nino明显西移。以往定量表征El Nino年际变化的指标大多基于SSTA或海平面气压SLP,本文选取HC作为研究指标,定义了一组新的El Nino海气耦合指数HCEI和HCEMI来描述两类El Nino事件及其海气响应。较以往基于SST的El Nino指数,HCEI和HCEMI不仅能更清楚地表征和区分两类El Nino(如1993年的传统El Nino和2006年的El Nino Modoki),而且能更好地反映两类El Nino期间偶极和三极型的海气响应特征,与西北太平洋夏季风强弱、江南春雨多寡、江淮梅雨建立早晚等气候异常有较好的相关,为利用El Nino信号进行短期气候预测提供了一个新工具。 (2)传统El Nino事件可以分为两种衰减型：自东向西衰减(E—WD)型,其特征是大于0.5℃的海温正距平首先在南美沿岸消失,并向西扩展;自西向东衰减(W-ED)型,其特征是大于0.5℃的海温正距平首先在赤道中太平洋消失,并向东扩展。E-WD型暖异常的发展(衰减)受到东、西太平洋次表层两个暖(冷)异常的共同作用,而W-ED型的发展(衰减)主要是由于前期中西太平洋次表层暖(冷)异常的向东向海表传播所造成。 (3) El Nino Modoki的衰减可分成三种类型[1]：对称衰减(SD)型(赤道中太平洋暖海温的发展和衰减关于某一峰值对称)、延长衰减(PD)型(衰减阶段紧接着呈现传统El Nino分布)、突然衰减(AD)型(衰减阶段紧接着发生传统La Nina事件)。El Nino Modoki发展和消亡过程中次表层冷暖海温异常也起着重要作用。SD和AD型事件的衰减均存在赤道东太平洋冷异常与源自西太平洋次表层东传的冷异常相结合的过程。但后者源自西太平洋次表层东传的冷异常更明显,从而使得AD型事件的衰减较为迅速。而PD型事件的衰减主要是源自西太平洋次表层的冷异常向东传播导致中东太平洋暖异常减弱,使得次年暖中心出现在赤道东太平洋。 (4)揭示了两类El Nino事件的不同衰减型与次年夏季我国降水异常的联系。对于传统El Nino,在华北、华南及长江—黄河之间,E—WD与W—ED型呈现完全相反的异常分布特征。E—WD型次年夏季江淮流域偏旱的可能性显著增大,其南北侧长江以南和华北地区降水异常偏多。而W—ED型传统El Nino次年,长江—黄河之间降水偏多,降水异常大值中心主要位于沿江地区,而我国华南大部和华北地区降水明显偏少。对于El Nino Modoki的三种衰减方式,次年夏季我国降水的异常分布型也呈现明显差异：降水大值带在SD型次年主要位于长江—黄河之间,在PD型次年,可能出现在长江流域,而在AD型次年主要位于黄河下游地区;SD和AD型次年东北大部尤其东北北部降水偏少,而PD型次年东北大部降水明显偏多;在西南地区,SD型次年降水总体偏多,而PD和AD次年该地区易于偏旱。不同的衰减方式均对应不同的降水异常空间分布,两类El Nino次年我国夏季降水异常显著区的分布范围和信号强度均较未区分衰减型时有较好的改善,为我国汛期降水的短期预测工作提供了重要依据。

关键词：两类El Nino 海气耦合过程垂向海温热力异常不同衰减型气候效应

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2020年梅雨期暴雨雨带预报不确定性分析

气象 2021年第11期47卷 1336-1346页

作者：苏翔康志明庄潇然陈圣劼江苏省气象台南京210008 中国气象局交通气象重点开放实验室南京210009

针对ECMWF模式在2020年我国江淮流域超长梅雨期暴雨雨带预报中的不确定性,选取10个典型的狭长暴雨雨带,基于对象诊断方法(MODE)对雨带东西段的位置预报偏差、稳定性以及偏差的连续性等进行分析,并基于集合敏感性方法(ESA)分析揭示雨带... 详细信息

针对ECMWF模式在2020年我国江淮流域超长梅雨期暴雨雨带预报中的不确定性,选取10个典型的狭长暴雨雨带,基于对象诊断方法(MODE)对雨带东西段的位置预报偏差、稳定性以及偏差的连续性等进行分析,并基于集合敏感性方法(ESA)分析揭示雨带典型偏差特征的关键天气系统。结果表明:雨带东段的预报不确定性总体高于西段,尤其是到了中期预报时效,预报不确定性进一步加强。短期时效内,雨带东西段均存在偏北的系统偏差,雨带西段的漏报率低于东段,稳定性和连续性均好于东段;中期时效内,雨带东段的预报误差增长较为明显,且纬度预报平均变幅也高于西段。集合敏感性分析结果揭示,500 hPa高空槽、副热带高压、850 hPa低空急流和切变线的预报偏差及它们与降水潜热之间存在的非自然正反馈共同作用造成雨带东段预报偏北,其中后半夜高空槽和低空急流的发展加强是出现梅雨锋暴雨雨带东段北偏的背景场特征之一。

关键词：梅雨位置预报 MODE 集合敏感性稳定性连续性

北太平洋副极地海洋锋四季变异特征及其与中纬度大气的联系

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气象学报 2024年第4期82卷 427-442页

作者：张然陈圣劼黄晶南京气象科技创新研究院中国气象局交通气象重点开放实验室南京210041 江苏省气象台南京210041 中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室广州510301

基于高分辨率海洋与大气再分析资料,结合统计分析与动力学诊断,揭示了北太平洋副极地海洋锋区(Subarctic Oceanic Frontal Zone,SAFZ)强度四季变异的特征及成因,阐释了与SAFZ四季异常相伴随的中纬度大气环流异常特征及其对应的动力学过... 详细信息

基于高分辨率海洋与大气再分析资料,结合统计分析与动力学诊断,揭示了北太平洋副极地海洋锋区(Subarctic Oceanic Frontal Zone,SAFZ)强度四季变异的特征及成因,阐释了与SAFZ四季异常相伴随的中纬度大气环流异常特征及其对应的动力学过程。结果表明,SAFZ在秋、冬、春季较强,夏季相对较弱。海温经向平流过程是秋、冬、春季SAFZ强度维持的主导因素,而海-气界面净热通量交换过程对夏季SAFZ强度减弱起决定作用。在不同季节,伴随SAFZ强度变异,边界层湍流热通量发生变化,非绝热加热异常引起锋区上方低层气温经向梯度与大气斜压性的异常,进而导致大气瞬变涡旋活动异常。由瞬变涡旋涡度强迫异常主导,中纬度北太平洋及中国东部、东北部等地上空对应产生相当正压结构的大气位势高度场异常与风场异常,相应的大气环流异常场存在季节差异。

关键词：副极地海洋锋区海温异常四季变异大气瞬变涡旋强迫中纬度大气环流

北亚洲大陆冬季地表感热通量对我国江淮梅雨的影响

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高原气象 2012年第2期31卷 359-369页

作者：陈圣劼李栋梁何金海南京信息工程大学大气科学学院/气象灾害省部共建教育部重点实验室江苏南京210044

利用1979—2008年NCEPⅡ月平均地表感热通量再分析资料、江苏省气象台整编的江淮出入梅日期和全国753个测站逐日降水资料,分析了亚洲北部(60°～135°E,32°～75°N,简称北亚洲)大陆冬季地表感热通量对我国江淮梅雨的影响及其可能机制... 详细信息

利用1979—2008年NCEPⅡ月平均地表感热通量再分析资料、江苏省气象台整编的江淮出入梅日期和全国753个测站逐日降水资料,分析了亚洲北部(60°～135°E,32°～75°N,简称北亚洲)大陆冬季地表感热通量对我国江淮梅雨的影响及其可能机制。结果表明,北亚洲大陆地表在冬季总体为感热冷源,对大气起到强冷却作用。通过定义WSH指数来表征北亚洲大陆冬季地表感热冷源的强度,该指数值越小,冷源越强;反之,冷源越弱。当冬季北亚洲大陆地表感热冷源偏强时,夏季梅雨锋北侧的冷空气强度大范围加强,东北冷涡增强,且冷空气向南输送增强;7月高空副热带西风急流位置偏南,南亚高压呈青藏高压型;江淮流域上升运动增强,且该流域上空高层变干、低层变湿,大气层结的不稳定度增加,对流活动增强,有利于梅雨降水,出梅偏晚。冬季地表感热冷源偏弱时,情况则相反。因此,冬季北亚洲大陆地表感热通量的异常对汛期江淮梅雨的预测具有一定的指示意义。

关键词：北亚洲大陆冬季地表感热通量江淮梅雨东北冷涡

太平洋年代际振荡与江苏夏季雷暴日数年代际变化的联系

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高原气象 2016年第4期35卷 1015-1026页

作者：陈圣劼孙燕韩桂荣江苏省气象台南京210008

利用1961年1月至2012年12月太平洋年代际振荡指数(Pacific Decadal Oscillation Index,PDOI)、NCEP/NCAR再分析环流数据集和江苏13个市级观测站点的夏季雷暴日数观测资料,分析了PDO与江苏夏季雷暴日数年代际变化的联系及其可能原因。结... 详细信息

利用1961年1月至2012年12月太平洋年代际振荡指数(Pacific Decadal Oscillation Index,PDOI)、NCEP/NCAR再分析环流数据集和江苏13个市级观测站点的夏季雷暴日数观测资料,分析了PDO与江苏夏季雷暴日数年代际变化的联系及其可能原因。结果表明,春季PDOI与江苏夏季雷暴日数均具有明显的年代际波动,两者年代际变化的趋势几乎相反:20世纪70年代中期以前和2006年以来,均对应PDO的冷位相和江苏夏季雷暴的多发时期,而20世纪70年代中后期至21世纪初,PDO处于暖位相期,江苏夏季雷暴频数明显偏少。PDO冷期,欧亚大陆和西太平洋地区夏季海平面气压和500 h Pa位势高度呈现大范围的负距平环流异常,近地面亚洲热低压显著增强,对流层中层极涡易于偏向亚洲区,青藏高原北部亚洲中部大槽加深,西太平洋副热带高压偏弱偏东,印缅槽偏强。在此环流形势下,夏季江淮流域上空低层有较强的异常西南水汽输送,江苏上空低层偏湿、中层偏干,上干下湿的垂直分布有利于对流不稳定的产生。同时,PDO冷期,江苏上空低层辐合、高层辐散,有明显的上升运动,并具有较强的低层垂直风切变,为夏季雷暴的发生、发展提供了有利的气象条件;PDO暖期,则情况相反。PDO作为一种比较稳定的年代际尺度的气候变率强信号,其对应的环流异常为雷暴现象这类中小尺度天气现象的发生、发展提供了重要的环境背景和气象条件。

关键词：太平洋年代际振荡夏季雷暴日数年代际变化反位相

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江苏梅汛期不同天气背景水汽特征量分析

资源科学 2017年第11期39卷 2141-2152页

作者：刘梅王磊陈圣劼吴海英江苏省气象台南京210008

本文利用2010—2014年6—7月逐日ERA再分析资料(0.75°×0.75°),以及2010—2015年6—7月江苏71个基本站点降水实况观测资料、24个地基GPS遥感监测数据反演PWV资料,对江苏梅汛期不同背景的水汽特征量对比探讨,分析结果表明,不同天气背... 详细信息

本文利用2010—2014年6—7月逐日ERA再分析资料(0.75°×0.75°),以及2010—2015年6—7月江苏71个基本站点降水实况观测资料、24个地基GPS遥感监测数据反演PWV资料,对江苏梅汛期不同背景的水汽特征量对比探讨,分析结果表明,不同天气背景下水汽特征量反映不同,相对湿度和有无降水关系较好,比湿与PWV均可用于判断降水量级大小,并制定了不同降水量级所对应比湿与PWV值判断指标,梅汛期暴雨过程平均PWV值均在60mm左右,较弱降水过程高10mm左右,无降水天气一般在30~33mm。江苏不同区域暴雨过程中PWV空间分布呈现明显差异,当全省PWV均较高时,暴雨出现在江苏北部地区,仅沿江苏南PWV较大时,暴雨出现在江苏南部地区,暴雨区与PWV大值区相对应。不同区域暴雨区均出现在相对湿度大值区与水汽含量高值重叠区域,但南北不同区域暴雨过程中湿度和大气中水汽含量分布型态不同,在此基础上建立了江苏不同区域暴雨形势与水汽配置图。

关键词：梅汛期不同天气背景水汽特征量暴雨江苏

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一种新的El Nio海气耦合指数

大气科学 2013年第4期37卷 815-828页

作者：陈圣劼何金海吴志伟南京信息工程大学大气科学学院/气象灾害省部共建教育部重点实验室南京210044

利用1980～2010年月平均Hadley中心海表温度、美国全球海洋资料同化系统(GODAS)海洋温度和NCEP/NCAR大气环流再分析资料,通过对2个海洋要素(海表温度SST、上层热含量HC)和5个大气要素(海平面气压SLP、850hPa风场、200hPa速度势和对外长... 详细信息

利用1980～2010年月平均Hadley中心海表温度、美国全球海洋资料同化系统(GODAS)海洋温度和NCEP/NCAR大气环流再分析资料,通过对2个海洋要素(海表温度SST、上层热含量HC)和5个大气要素(海平面气压SLP、850hPa风场、200hPa速度势和对外长波辐射OLR)的多变量经验正交函数展开(multivariateEOF,简称MV-EOF)探讨了热带太平洋的主要海气耦合特征。结果表明,MV-EOF分析的前两个耦合模态分别很好地对应了传统型ElNio和ElNio Modoki的海气耦合特征:传统型ElNio期间,伴随着赤道中东太平洋SST的异常增温,HC、SLP、200hPa速度势等要素总体呈东西反相的"跷跷板"变化,低层850hPa赤道中太平洋出现较强西风距平,西北太平洋上空为反气旋性异常环流;ElNio Modoki期间,SST持续增温和HC正异常中心均显著西移至中太平洋,低层SLP和高空200hPa速度势均呈现纬向三极型异常分布,低层异常强西风向西移至暖池东部,西北太平洋上空呈现气旋性异常环流。两类ElNio的海气耦合特征存在显著差异,较优的ElNio指数应不仅可以客观描述和区分ElNio现象本身,更要紧密联系两类事件所产生的大气响应。以往定量表征ElNio年际变化的指标大多立足于SST或SLP,本文选取HC作为研究指标,定义了一组新的ElNio指数HCEI和HCEMI。较以往基于SST的ElNio指数,HCEI和HCEMI不仅能更清楚地表征和区分两类ElNio(如1993年的传统型ElNio和2006年的ElNio Modoki),而且能更好地反映和区分两类ElNio与大气间的海气耦合特征,为ElNio的监测和短期气候预测工作提供了一个新工具。

关键词：海气耦合特征热含量指数 MV-EOF

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江苏暴雨概率预报及其业务应用

气象科学 2016年第2期36卷 269-274页

作者：陈圣劼孙燕刘安宁罗兵江苏省气象台南京210008

以未来12~36 h、36~60 h和60~84 h的暴雨预报为目标,利用2011年—2013年夏季6—8月欧洲细网格数值模式预报产品分析了江苏夏季暴雨的可能预报因子。通过对各因子进行相关性、敏感性和代表性分析后,优选了22个对不同强度降水具有较好区... 详细信息

以未来12~36 h、36~60 h和60~84 h的暴雨预报为目标,利用2011年—2013年夏季6—8月欧洲细网格数值模式预报产品分析了江苏夏季暴雨的可能预报因子。通过对各因子进行相关性、敏感性和代表性分析后,优选了22个对不同强度降水具有较好区分能力的暴雨预报因子。以这些因子为基础建立了一种简单的江苏省暴雨概率预报方法。其预报产品已在江苏省气象业务一体化平台上投入业务使用。该方法在2011—2013年7月,针对提前12 h预报的历史回报试验中,TS技巧评分平均为13.6,明显高于EC细网格24 h降水预报产品（平均TS评分仅为4.5）。在2014年梅汛期的6月25—26日、7月1—2日和7月4—5日三次区域性暴雨个例的预报试验中,提前60、36、12 h的预报效果均较好,其平均TS评分（44.6）也明显高于欧洲细网格数值模式的降水预报（20.4）。

关键词：暴雨 EC细网格模式预报因子选取概率预报方法检验评分

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一次江淮气旋大暴雨的诊断分析和数值模拟

气象科学 2021年第1期41卷 86-98页

作者：吴琼陈圣劼白杨夏露汪婵娟扬州市气象局江苏扬州225000 江苏省气象台南京210008

利用ERA Interim Daily的0.5°×0.5°资料对2011年6月9—10日的一次江淮气旋大暴雨天气过程进行天气学分析。结果表明:江淮气旋和低空急流是本次大暴雨过程的主要影响系统;高空200 hPa西风急流右侧的上升支和锋面的抬升作用提供了动力... 详细信息

利用ERA Interim Daily的0.5°×0.5°资料对2011年6月9—10日的一次江淮气旋大暴雨天气过程进行天气学分析。结果表明:江淮气旋和低空急流是本次大暴雨过程的主要影响系统;高空200 hPa西风急流右侧的上升支和锋面的抬升作用提供了动力条件;低空西南急流提供了水汽条件,此次过程对流条件较好,具有较大的对流有效位能(Convective Available Potential Energy, CAPE);大气的对流不稳定性远大于斜压性,强降水发生在湿位涡正负值过渡的等值线密集带附近。过程最强降水时段由一次长生命史的中尺度飑线过程导致,利用WRF v3.9可以进行较好地模拟。研究飑线的环境条件和结构特征发现,环境大气具有较大的CAPE值和较小的对流抑制能(Convective Inhibition Energy,CIN),有利于对流的触发;较强的0~3 km垂直风切变,有利于飑线的维持;尽管冷池较浅薄,但冷池出流的抬升作用有利于对流的触发和飑线的维持。

关键词：大暴雨江淮气旋 WRF 飑线 RKW