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不同区域海温对中国东部冬季雾日年际变化影响的对比研究

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高原气象 2024年

作者：岑琦胜刘鹏南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京大学大气科学学院

利用观测资料，发现中国东部冬季雾日数明显高于其余月份，且冬季雾日数的气候统计诊断变量分布不均匀，从而可将中国东部分为南、北方两个区域。又根据雾日数变化趋势的强弱，以及南北方间雾日数相关性的特点，可将冬季分为早冬（11-1... 详细信息

利用观测资料，发现中国东部冬季雾日数明显高于其余月份，且冬季雾日数的气候统计诊断变量分布不均匀，从而可将中国东部分为南、北方两个区域。又根据雾日数变化趋势的强弱，以及南北方间雾日数相关性的特点，可将冬季分为早冬（11-12月）和晚冬（次年1-2月）。通过分析早晚冬时南北方雾日与海表温度的关系发现，在早冬，南北方两区域的雾日都受热带太平洋区域海温显著影响；在晚冬，北方雾日受北大西洋区域海温影响显著，而南方仍受热带太平洋区域海温显著影响。通过分析环流发现，早冬时，热带太平洋区域海温的暖异常，有利于中低纬西太副高显著增强北抬，促使中高纬日本北部上空出现深厚的反气旋异常、西伯利亚高压明显减弱，从而使整个中国东部出现一致的偏南风异常，有利于南北方雾日都增加。在晚冬，热带太平洋对东亚中高纬地区的影响显著减弱，异常偏南风仅能维持在南方，仅使南方雾日偏多，并不能影响北方的雾日变化；而此时北大西洋区域海温暖异常通过波列的作用，对东亚中高纬地区的影响显著，使得北方地区受到异常东南风控制，有利于北太平洋水汽的输送，配合冬季气候态极强的下沉气流，大气层结相对稳定，使得北方地区雾日显著增多。

关键词：中国东部冬季雾日海表温度年际变化

基于下投式探空资料的热带气旋边界层结构分析

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地球物理学报 2024年第6期67卷 2085-2095页

作者：苏媚媚明杰李晨南京大学大气科学学院中尺度灾害性天气教育部重点实验室南京210023 中国气象局雷达气象重点开放实验室南京210023 中国气象局雄安大气边界层重点开放实验室河北雄安新区071800 南京大学连云港高新技术研究院江苏连云港222000

本文使用来自大西洋海域5218个探空仪和西北太平洋海域448个探空仪资料,以及全球海表面温度资料、热带气旋路径资料和强度统计预测方案资料,分析了46个大西洋飓风和11个西北太平洋台风所处的环境特征和边界层结构,并对热带气旋快速增强... 详细信息

本文使用来自大西洋海域5218个探空仪和西北太平洋海域448个探空仪资料,以及全球海表面温度资料、热带气旋路径资料和强度统计预测方案资料,分析了46个大西洋飓风和11个西北太平洋台风所处的环境特征和边界层结构,并对热带气旋快速增强时的边界层结构做了进一步研究.结果表明:两海域增强组热带气旋更多地受到偏北的垂直风切变的影响,增强组热带气旋所处的环境也明显比减弱组热带气旋要更加湿热;且与大西洋飓风相比,西北太平洋台风所处的环境相对湿度更大,海洋热容量亦较高;从径向分布特征来看,增强组的热带气旋总体而言边界层更加温暖,比湿相对较低;相比于快速减弱的飓风,快速增强的飓风所受到的中低层垂直风切变方向更偏向北方,所处环境更湿热,温度分布更对称,但比湿较小.研究结果能为热带气旋的强度预报特别是快速增强(减弱)的预报提供参考.

关键词：热带气旋边界层结构下投式探空仪快速增强

海河流域盛夏降水预测模型的研发和适用性分析

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大气科学 2024年第4期48卷 1345-1356页

作者：洪洁莉陈丽娟国家气候中心中国气象局气候研究重点开放实验室北京100081 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044

海河流域初夏(6月)和盛夏(7~8月)的降水有显著的年代际变化差异,尤其在2002年之后,海河流域初夏和盛夏的年代际变化特征相反,因此有必要分别针对夏季不同阶段建立预测模型。本文基于年际增量的思想,寻找影响海河流域盛夏降水异常的预测... 详细信息

海河流域初夏(6月)和盛夏(7~8月)的降水有显著的年代际变化差异,尤其在2002年之后,海河流域初夏和盛夏的年代际变化特征相反,因此有必要分别针对夏季不同阶段建立预测模型。本文基于年际增量的思想,寻找影响海河流域盛夏降水异常的预测因子,以突出年际变化异常的影响信号。前冬欧亚中高纬度关键区域海平面气压指数SLPI(Sea Level Pressure Index)、6月热带中东太平洋海温Niño3指数以及表征厄尔尼诺—南方涛动现象(El Niño–Southern Oscillation,简称ENSO)演变速度的Niño3指数在6月与1月之差的年际增量作为三个关键预测因子,建立回归方程。进一步利用多模式的2022年6月Niño3指数的预报结果代入预测模型,对海河流域2022年盛夏降水进行预报试验。相对各动力气候模式3月起报的盛夏降水异常预测,基于年际增量的回归模型对海河流域盛夏降水异常拟合和回报的准确率更高,尤其是降水显著偏多年份,预测技巧更突出。进一步对预报偏差较大的年份复盘归因发现,前冬海平面气压指数对冬季风和夏季风转换关系的描述可能受到后期春夏热带太平洋和印度洋海温异常演变的干扰。当前冬海平面气压指数预示的后期海温演变与实际海温演变信号差异较大时,需关注动力模式对临近热带海温尤其是热带印度洋海表温度距平的预报以及海温变化对海河流域盛夏降水的可能影响。

关键词：海河流域盛夏年际增量气候模式预测方法

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2023/2024年冬季北半球大气环流特征及对我国天气气候的影响

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气象 2024年第7期50卷 887-896页

作者：章大全刘芸芸中国气象局气候研究重点开放实验室国家气候中心北京100081 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044

利用国家气象信息中心整编发布的中国台站观测资料和全球大气再分析资料,分析了2023/2024年冬季我国气候异常特征和可能成因。2023/2024年冬季,全国平均气温较常年同期偏高0.3℃,气温冷暖起伏大,总体呈现“前冬暖、后冬冷”的季节内变... 详细信息

利用国家气象信息中心整编发布的中国台站观测资料和全球大气再分析资料,分析了2023/2024年冬季我国气候异常特征和可能成因。2023/2024年冬季,全国平均气温较常年同期偏高0.3℃,气温冷暖起伏大,总体呈现“前冬暖、后冬冷”的季节内变化特征。全国平均降水量较常年同期偏多19.8%,中东部大部地区降水偏多。东亚冬季风和西伯利亚高压强度接近常年,东亚槽偏弱。欧亚中高纬500 hPa位势高度场呈西低东高的分布形势,并具有显著的阶段性变化特征,2023年12月和2024年1月以纬向环流为主,2月转为异常经向型环流,有利于中高纬冷空气南下入侵我国。受赤道中东太平洋厄尔尼诺、热带印度洋和大西洋海温异常偏暖以及北太平洋年代际涛动负位相等因子的协同影响,冬季西太平洋副热带高压偏强、偏西,菲律宾及南海上空异常反气旋阶段性活跃,欧亚对流层高层出现沿西风急流传播的波列,有利于热带水汽向我国中东部输送,配合中高纬冷空气南下,导致该地区发生多次大范围雨雪冰冻天气过程。

关键词：东亚冬季风冷空气厄尔尼诺西太平洋副热带高压季节内变化

水稻高温热害强度时空变化特征与预报模型构建

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农业工程学报 2024年第10期40卷 97-106页

作者：徐敏徐经纬徐萌徐忆菲江苏省气候中心南京210019 南京信息工程大学大气科学学院南京210044 金坛国家气候观象台金坛213200

构建定量表征水稻高温热害强度的指数,揭示时空变化特征,并建立中长期预报模型,准确预报高温热害发生的强度趋势对提前部署抗高温工作至关重要。该研究充分考虑高温热害累积效应,结合致灾指标,构建了强度指数,并采用Fisher分割法对其进... 详细信息

构建定量表征水稻高温热害强度的指数,揭示时空变化特征,并建立中长期预报模型,准确预报高温热害发生的强度趋势对提前部署抗高温工作至关重要。该研究充分考虑高温热害累积效应,结合致灾指标,构建了强度指数,并采用Fisher分割法对其进行了客观化分级;根据中长期天气预报原理,基于海温和大气环流指数两类预报因子,利用二维寻优技术,分别构建了水稻高温热害强度指数预报模型,并进行了验证和比较。结果表明:1)2010年以来江苏省水稻高温热害年频次增加且强度明显增强,其中2013年、2022年高温热害强度均达最高等级4级,高温热害强度指数存在明显的年代际差异,从20世纪90年代开始江苏省水稻高温热害强度逐年代增强,空间上呈现出高温热害强度指数年代累加值不低于10的区域从南向北随年代逐步扩大,至21世纪10年代已扩展至淮北西部,其中淮河以南水稻高温热害强度增强明显,为历年代最强。2)构建的两类水稻高温热害强度指数预报模型可在7月初进行预报,预报提前量均为1~2个月,总体都能较好地模拟出强度指数的年际波动特征,但模拟值波动幅度与实际值存在不同程度的差异。3)通过拟合检验和试报检验,预报因子经过最优化相关技术处理后,能有效增加因变量和自变量的相关度,提高预报模型的模拟效果,其中海温因子经最优化处理后的高温热害强度指数预报模型效果最佳,可在农业气象业务服务中进行应用。研究结果对主动防御高温灾害和保障粮食安全具有重要科学意义和参考价值。

关键词：预报强度指数水稻高温热害二维寻优海温大气环流指数

非静力地形重力波参数化方案对气候模式大气环流模拟的影响

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地球物理学报 2024年第9期67卷 3277-3289页

作者：张蓉蓉季玉枝徐昕路屹雄王元南京大学大气科学学院中尺度灾害性天气教育部重点实验室南京210023 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

本文通过在中国气象局BCC-AGCM3-MR(middle-atmosphere version of Beijing Climate Center Atmospheric General Circulation Model version 3)数值模式中引入非静力地形重力波参数化方案,研究非静力效应对次网格地形重力波垂直动量传输及大气环流的影响.本研究开展了两组次网格地形重力波参数化方案试验,分别采用原有的静力地形重力波参数化方案以及考虑非静力效应的新方案.结果表明,在南半球冬季,新方案相比原方案在南极地区将更多的地形重力波动量通量上传至平流层高层,产生更强的地形重力波拖曳.地形重力波拖曳经向梯度的增强导致更强的绝热下沉增温,从而减弱南极极涡的冷偏差和西风偏差.此外,南半球中高纬地区的行星Rossby波上传也增强,同样有利于极涡西风偏差的减少.在两者共同作用下,有效缓解了模式中的南极极涡破碎延迟问题.在北半球冬季,新方案对大尺度环流的整体影响并不显著,但是能够显著改善青藏高原复杂地形区的东风偏差.

关键词：地形重力波参数化极涡青藏高原数值模式

中国极端天气气候研究——“地球系统与全球变化”重点专项项目简介及最新进展

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大气科学学报 2024年第1期47卷 23-45页

作者：陈海山张耀存张文君尹志聪华文剑况雪源陈国森马红云韩婷婷南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估省部共建协同创新中心江苏南京210044 南京信息工程大学大气科学学院江苏南京210044 南京大学大气科学学院江苏南京210093

全球变暖背景下,极端天气气候事件频发,并表现出群发性、持续性、复合性等特点,不可预测性增加;持续性强降水、极端低温、复合型极端高温干旱、群发性热浪和台风等极端天气气候事件对我国经济社会和可持续发展影响巨大。然而,上述极端... 详细信息

全球变暖背景下,极端天气气候事件频发,并表现出群发性、持续性、复合性等特点,不可预测性增加;持续性强降水、极端低温、复合型极端高温干旱、群发性热浪和台风等极端天气气候事件对我国经济社会和可持续发展影响巨大。然而,上述极端天气气候事件的新特征、关键过程和机理尚不完全清楚,重大极端事件的预报预测水平亟待提升。文章首先简要介绍“地球系统与全球变化”重点专项项目“中国极端天气气候事件的形成机理及其预测和归因”的基本情况。项目拟在分析全球变化背景下对我国造成重大影响的极端天气气候事件新特征的基础上,深入研究多尺度海-陆-气耦合过程影响极端天气气候事件的机理,挖掘极端天气气候事件次季节-季节预测的前兆信号;发展动力与物理统计相结合的极端事件预测新方法,研制针对中国极端事件的新一代高分辨率数值预报与检测归因系统。文章重点总结了自2022年12月项目立项至今取得的最新研究成果和进展。

关键词：极端天气气候事件海气相互作用陆面过程海陆气耦合机理预测归因

La Nina衰减年夏季西北太平洋热带气旋生成的差异性分析:2018年和2021年的对比

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中国科学：地球科学 2024年第10期54卷 3149-3161页

作者：刘芸芸龚振淞中国气象局气候预测研究重点开放实验室国家气候中心北京100081 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044

作为热带海气耦合年际变率的最主要模态,厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)对西北太平洋区域的热带气旋(TC)活动有显著影响.2018年和2021年均为拉尼娜(La Nina)衰减年,但这两年夏季(6~8月)西北太平洋TC活动却呈现出显著差异.2018年夏季TC活动异... 详细信息

作为热带海气耦合年际变率的最主要模态,厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)对西北太平洋区域的热带气旋(TC)活动有显著影响.2018年和2021年均为拉尼娜(La Nina)衰减年,但这两年夏季(6~8月)西北太平洋TC活动却呈现出显著差异.2018年夏季TC活动异常活跃,共生成18个TC,较常年同期(11个)明显偏多,TC生成源地主要位于西北太平洋中东部.而2021年夏季仅生成9个TC,且生成源地主要集中在西北太平洋西部.文章通过对比分析夏季TC生成源地的大尺度环境场、热带海洋热力条件和低频振荡活动等特征,揭示了这两年处于相似的La Nina衰减年背景下,西北太平洋TC活动却显著不同的可能原因.热带印度洋海盆一致模(IOBM)2017/2018年冬季转为冷海温距平,并持续至2018年夏季;同时太平洋经向模(PMM)也一直维持正位相,导致夏季西太平洋副热带高压偏东偏北,季风槽向东延伸,有利于西北太平洋TC生成和发展;此外2018年夏季热带大气低频振荡(MJO)位于5~6位相的日数偏多近150%,也为TC的形成提供了有利的动力条件.而2021年IOBM 3月迅速转正且维持至夏季,PMM则从1月转为负位相并维持到夏季;同时MJO在第2~3位相停滞长达47天,此时对流中心位于海洋性大陆西部,不利于西北太平洋TC的生成.可见,尽管处于相似的La Nina衰减年背景下,2018年和2021年春夏季IOBM和PMM演变以及MJO活动的不同是导致2018年和2021年夏季西北太平洋TC活动显著不同的主要原因,其中IOBM和MJO活动异常的贡献较PMM更为重要.

关键词：热带气旋(TC) La Nina事件热带印度洋海盆一致模(IOBM) 太平洋经向模(PMM) 热带大气低频振荡(MJO) 西北太平洋副热带高压季风槽

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CMA-BJ系统总云量预报性能检验评估

气象 2024年第9期50卷 1057-1070页

作者：张帅吴捷陈敏仲跻芹黄向宇卢冰杨扬北京城市气象研究院北京100089 中国气象局城市气象重点开放实验室北京100089 中国气象局气候预测研究重点开放实验室国家气候中心北京100081 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044

云是天气气候中最重要、最活跃的因子之一,对大气系统的辐射能量平衡和水分循环起到重要调制作用。对总云量进行有技巧的预报也为更好把握天气现象、预测光伏发电等新能源出力提供客观依据。中国气象局北京快速更新循环数值预报系统(CMA... 详细信息

云是天气气候中最重要、最活跃的因子之一,对大气系统的辐射能量平衡和水分循环起到重要调制作用。对总云量进行有技巧的预报也为更好把握天气现象、预测光伏发电等新能源出力提供客观依据。中国气象局北京快速更新循环数值预报系统(CMA-BJ)可提供我国逐小时高分辨率总云量预报产品,本文采用时间尺度分离的方法对其预报性能开展系统性评估,并对误差来源进行分析,从而为产品释用和模式改进提供参考。结果表明,CMA-BJ总体能够抓住总云量的空间分布以及日变化强度特征,在1~24 h时效预报和观测的总云量空间相关系数在各月均超过0.6,但在冬季(1月)对总云量和日变化强度存在较为明显的低估,全国平均云量负偏差达-0.133。随着预报时效的延长,模式对云量逐时变率的预报能力有所下降,预报第1至第4天的平均TCC分别为0.470、0.409、0.355、0.315,有技巧的预报可维持至48~72 h。诊断分析表明,模式中相对湿度偏小可能是造成总云量预报负偏差的主要来源之一,垂直速度预报偏差也是影响云量预报误差的重要原因。

关键词：总云量 CMA-BJ 性能评估