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  气象   2015, Vol. 41 Issue (5): 639-648.  DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2015.05.012

天气、气候评述

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孙林海, 宋文玲, 龚振淞, 2015. 2014年汛期气候预测先兆信号应用及其复杂性初探[J]. 气象, 41(5): 639-648. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2015.05.012.
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SUN Linhai, SONG Wenling, GONG Zhensong, 2015. Preliminary Study of Precursor and Its Application in Summer Climate Prediction and Its Complexity in 2014[J]. Meteorological Monthly, 41(5): 639-648. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2015.05.012.
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资助项目

公益性行业(气象)科研专项(GYHY201406024和GYHY201306033)、国家自然科学基金青年科学基金(41205039) 和气象关键技术集成与应用项目(CMAGJ2014Z04) 共同资助

第一作者

孙林海,主要从事气候诊断与预测研究.Email:slh@cma.gov.cn

文章历史

2015年3月02日收稿
2015年4月10日收修定稿
2014年汛期气候预测先兆信号应用及其复杂性初探
孙林海 1,2,3, 宋文玲 2, 龚振淞 2    
1. 中国气象科学研究院,北京 100081
2. 国家气候中心,中国气象局气候研究开放实验室,北京 100081
3. 南京信息工程大学大气科学学院,南京 210044
摘要:文章系统回顾了2014年汛期气候预测的主要先兆信号。其信号特征是:2014年前期赤道中东太平洋由呈正常略偏冷向偏暖状态发展,预计可能在夏季形成一次暖事件,冬季格陵兰海冰偏多、青藏高原积雪正常略偏多,这些特征对后期东亚夏季风有明显影响。通过对前期先兆信号的分析,预测了2014年我国夏季雨带位置偏北,但较2013年偏南,主要多雨区位于华北南部至江淮。从实况和预报的对比来看,夏季主雨带预测与实况有较大差异,没有预报出“北少南多”的降水分布型,但东北、华北北部、长江中游、华南西部和西南南部等地预测与实况一致。另外,热带气旋、梅雨和华北雨季的预测与实况基本一致。最后对汛期气候预测的复杂性及存在的不足进行了分析和讨论。
关键词汛期    先兆信号    多雨带    
Preliminary Study of Precursor and Its Application in Summer Climate Prediction and Its Complexity in 2014
SUN Linhai1,2,3, SONG Wenling2, GONG Zhensong2    
1. Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081;
2. Laboratory for Climate Studies, National Climate Centre, Beijing 100081;
3. School of Atmospheric Sciences, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044
Abstract: Possible precursor of the summer climate in 2014 was reviewed. Its characteristics are that in early 2014 central and eastern equatorial Pacific had a normal but a little bit cold situation, and then developed to warm state. It was projected to have an El Niño event in the summer, the Greenland sea ice would be more in the winter, and the snow cover over the Tibetan Plateau would be a bit more than normal. These features had significant effects on the East Asian summer monsoon later. By analyzing the possible effects of these precursors, summer rainfall belt in 2014 was predicted to be in the position by north, but more southerly than that of 2013. The rainfall areas are mainly located in the region from the southern part of North China to Jianghuai Area. Comparing the observation with prediction, big differences are found. The distribution pattern with more rainfall in the South and less in the North was not predicted. However, the prediction is consistent with the observation over the Northeast, North China, the middle reaches of the Yangtze River, the west of South China, and the south of Southwest. In addition, the prediction of tropical cyclones, Meiyu and the rainy season in North China agrees with the observation. Finally, the complexity and problems of flood season climate prediction were analyzed and discussed.
Key words: flood season    precursor    rainfall belt    
引言

短期气候预测为国家防灾减灾提供重要的参考依据,每年的汛期气候趋势预测更是气候预测服务的重中之重。我国自1954年开始正式发布短期气候预测产品,是世界上开展此项业务最早的国家之一(陈兴芳等,2000)。随着气候研究领域的不断拓展以及研究的深入,气象工作者对海洋大气的演变规律认识不断加深,尤其是对影响我国夏季气候的主要系统有了更好的了解,短期气候预测的业务能力、科技水平和现代化程度都迈上了一个新台阶(李维京,2012),为政府部门部署防汛抗旱和防灾减灾提供了有力的科技支持。但是,气候系统的演变具有不同时间尺度的特征,且受不同圈层相互作用的影响,区域气候的年际变化异常复杂,这些都使得短期气候预测存在较大的不确定性,目前它仍是世界性难题。近年来,在气候变暖的背景下,极端天气气候事件频发加大了气候预测的难度,因此深入认识气候异常的成因、总结预测的成败将有助于气象工作者提高认知能力。国家气候中心加强分析了历年汛期气候异常的成因分析(张培群等,2009艾婉秀等,2010贾小龙等,2011司东等,2012; 2014王遵娅等,2012; 2013;袁媛等,2012; 王艳姣等,2013朱艳峰等,2007),及时总结各种预测方法和技术的优劣及汛期预测先兆信号和应用(梁潇云等,2012陈丽娟等,2013柯宗建等,2014),以求加强对我国气候异常机理的认识,从而有望提高短期气候预测能力,更好地满足用户的服务需求。

本文在回顾2014年汛期气候预测效果的基础上,从影响汛期气候的年代际和年际因子入手,分析了2014年汛期气候异常的主要先兆信号,并对汛期气候预测的可预报性及今后值得深入研究的问题进行讨论。

1 资料

本文所用到的资料有中国气象局国家气候中心整编的单站逐月和逐日降水资料。大气环流资料为逐月再分析格点资料,水平分辨率2.5°×2.5°(Kalnay et al, 1996)。海温资料为美国提供的线性最优插值全球海温数据,分辨率是1°× 1°(Reynolds et al, 2002)。积雪资料为国家气候中心业务用1973年以来的北半球逐月积雪日数格点资料(郭艳君等,2004)和1998年以来的IMS资料(Helfrich, 2007),气候平均值采用1998—2010年平均。极冰监测原始资料取自OI. V2 Monthly SST Analysis(Reynolds et al, 2002),气候平均值采用1982—2010年平均。如无特别说明,其他变量的气候平均值均为1981—2010年平均。

2 2014年夏季实况及预测评估

2014年夏季,全国平均降水量为320.1 mm,较常年同期(325.2 mm)偏少1.6%。从空间分布看,新疆北部至东南部、内蒙古东南部、东北中南部、华北东部、黄淮至江淮西部、华南中部、西北地区东南部等地降水较常年同期偏少2~5成,局部偏少8成以上;内蒙古北部、新疆西部、西藏东部至青海南部、西南地区北部、江南大部以及海南等地降水较常年同期偏多2~5成,局部地区偏多5成以上(图 1a)。季内,东北及华北地区平均降水量为262.6 mm,较常年同期(340.9 mm)偏少23.0%,为2000年以来历史最小值;江南南部(浙闽赣湘)平均降水量665.6 mm,较常年同期(563.3 mm)偏多18.2%,为2003年以来的最大值。2014年夏季,全国平均气温为21.1℃,较常年同期(20.9℃)偏高0.2℃。从空间分布看,新疆西部、西北地区东南部至华北西部,以及江淮、江汉至江南地区北部气温偏低0.5℃以上。新疆东北部及黑龙江北部局部气温偏高1~2℃(图 1b)。季内,江淮地区平均气温为25.6℃,较常年同期(26.6℃)偏低1.0℃,为2000年以来历史最低值。

图 1 2014年夏季全国降水量距平百分率(a,单位:%)和气温距平(b,单位:℃)空间分布 Fig. 1 Spatial distribution of rainfall anomaly percentages (a, unit: %) and temperature anomaly (b, unit: ℃) in summer 2014

总体来看,夏季主雨带预测与实况有较大差异,没有预报出“北少南多”的降水分布型,但东北、华北北部、长江中游、华南西部和西南南部等地预测与实况一致;全国大部地区气温接近常年或偏高,与预测基本吻合;5—7月热带气旋活跃,初台偏早预测准确;南海夏季风于6月2候爆发,较常年明显偏晚,预测与实况有偏差;中国梅雨开始偏晚,梅雨期短,梅雨量接近常年略偏少,预测与实况一致;华北地区没有出现明显的降雨集中期,降水量偏少,出现空汛,预测华北雨季偏晚、偏弱,不排除空汛,预测与实况接近。

3 汛期降水预测的主要先兆信号及其应用

汛期预测的重点在于主要多雨带的分布,而主要多雨带的位置与很多因素有关。通常在做汛期预测时考虑外强迫和大气自身的影响因子,在时间尺度上又会考虑年代际、年际、季节和季节内尺度的影响因子。本节首先介绍夏季雨型的分类及其简要特征,然后从年代际和年际时间尺度回顾汛期预测的主要先兆信号及其应用。

为了做好中国夏季旱涝趋势预测,自20世纪70年代以来,我国气象工作者在中国夏季降水分型方面作了大量有益的工作(廖荃荪等,1992赵振国,1999陈兴芳等,2000王绍武等,1998)。综合考虑不同分型各自优缺点和业务预报实际应用的适用性,选取中国东部季风区夏季4类雨型(孙林海等,2005)作为夏季雨型预报对象。

图 2给出了中国东部季风区夏季雨型的4种空间分布,第一型(E1,图 2a)主要雨带在黄河流域至华北一带,共23年,占37%。第二型(E2,图 2b)主要雨带位于黄河与长江之间,共20年,占32%。第三型(E3,图 2c)主要雨带位于长江流域一带,共10年,占16%。第4型(E4,图 2d)主要雨带在江南、华南一带,共10年,占16%(表 1)。

图 2 中国东部季风区夏季雨带4种类型(单位:%) Fig. 2 Four types of summer rainfall belts in China (unit: %)

表 1 中国东部季风区1951—2013年夏季各类雨型情况统计

从近63年中国夏季降水量距平百分率分布(图略)可以清楚地看出,东部季风区夏季降水总体分布特征的年代际演变特征为:20世纪50年代至70年代后期,主要雨带位置以偏北为主,降水呈北多南少分布,反映了E1、E2类雨型占优势的特点,是典型的北方多雨型。20世纪70年代后期至90年代末,主要雨带位置以偏南为主,降水呈北少南多分布,反映了E3、E4类雨型占优势的特点,是典型的南方多雨型。但2000年以来的降水分布形态既不同于典型的北方多雨型,也不同于典型的南方多雨型,主要多雨带摆动于黄河与长江之间,淮河流域明显多雨,长江流域降水偏少。

3.1 年代际信号

年代际信号主要考虑两个方面,一个是夏季降水的自身气候背景,另外一个是太平洋海温年代际振荡(PDO)(Ding et al, 2009; 朱益民等,2003)。

我国夏季降水具有明显的年代际特征,从1950—2013年各年代雨带平均纬度位置的变化(图 3)上可以看出夏季雨带经历了从北到南又从南到北的演变。由图 3可知,20世纪70年代多雨带平均位置最偏北,位于华北地区,而90年代多雨带位置最为偏南,多雨带位于江南华南。21世纪初开始夏季雨带位置逐渐由南向北移动,淮河流域降水偏多概率增加,2000—2013年,夏季出现E2型(黄河长江之间)的年份占一半,仅有一年出现E3类(长江流域)雨型。

图 3 1950—2013年中国东部季风区夏季4类雨型年代平均纬度位置及PDO年指数变化 Fig. 3 Average latitude for the four types of summer rainfall belts in China and annual PDO index in 1950-2013

因此,从中国夏季雨型的年代际气候背景上分析,2014年处在夏季降水偏北的年代际背景下,但雨带位置会较2013年南移,有利于出现E2类雨型,即黄河至长江之间降水偏多的概率最大。另外,长江流域出现降水偏多的可能性最小,基本排除E3类雨型。E4类雨型虽然不能排除,但出现的概率不大,为小概率雨型。

有研究表明,PDO冷位相期,东亚夏季风偏强,西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)偏北,热带太平洋信风增强,赤道西风减弱,华北地区降水易偏多而长江中下游地区降水偏少。从我国20世纪50年代至今每个年代夏季降水的主要雨带位置变化与PDO年指数有着较为紧密的关系(图 3),即PDO为负位相时,我国夏季雨带位置偏北,PDO正指数时,夏季雨带位置偏南。PDO指数与我国夏季降水的相关分布(图略)也说明这一关系。在20世纪50—70年代,PDO多为负指数,在此阶段我国夏季雨带位置偏北。20世纪80—90年代,PDO多为正指数,我国夏季雨带位置偏南。21世纪以来,PDO指数由正转负,我国夏季雨带位置由南向北移动。在做2014年夏季降水预测时认为:虽然2014年1月开始PDO指数由负转正,但认为这种变化是小波动,PDO仍处在负位相,因此判断2014年有利于夏季主雨带位置偏北。

3.2 年际信号

年际信号主要是指发布预报前期(前一年冬季至当年初春)各种外强迫因子的特点以及对当年夏季气候的影响。在我国的季节气候预测业务中,考虑了海温、积雪、陆面过程等重要的下垫面外强迫年际信号,早在20世纪末就提出了对汛期降水有重要影响的“东、西、南、北、中”的五大影响因素(陈兴芳等,2000),包括东面的太平洋、西面的青藏高原、南面的季风、北面的中高纬阻塞高压以及中间的西太副高。这些影响系统或因子都与我国夏季降水关系密切,且它们之间也存在紧密的联系(陈烈庭,1998李栋梁等,2001)。在做2014年汛期预报时年际信号主要考虑两方面:一是外强迫因子,包括:海温(太平洋、印度洋、大西洋等)、积雪(欧亚、高原)、北极海冰。另外一方面是影响夏季气候的环流因子,如西太副高、中高纬阻塞高压、东亚夏季风、热带对流(台风)等。

3.2.1 海温

2014年3月21日,气候中心组织专家对ENOS进行了会商,预计2014年春季至夏季,赤道东太平洋海温距平将逐渐转为正常偏暖状态, 并可能在夏季形成一次暖事件。根据春夏季El Nino发展对我国夏季降水的影响,具体分析了不同发生时间、不同强度和不同爆发类型之间的差异(图 4),由图 4可知,考虑春夏季发生、中等强度以下的El Niño对夏季降水的影响比较一致,即夏季主要雨带位置偏北,位于华北南部至长江之间。当El Niño强度偏强或爆发为混合型(东部与中部混合发展)时,夏季主要雨带偏南,位于江南南部至华南(符淙斌等,1988陈文,2002高辉等,2012郭其蕴,1983黄刚等,1999)。在做预报时认为今年的El Niño强度不会太强,且没有明显的混合型发展,因此排除1997和2002年这种夏季主雨带位于长江以南的年份。

图 4 春夏季发生El Nio对夏季降水的影响 Fig. 4 Impact of El Nio on summer precipitation in spring and summer

根据相关研究,前期夏秋季的南印度洋偶极模(SIOD)对次年我国大陆东部夏季降水异常有显著的影响(Zuo et al, 2013),对应偶极子负位相,次年夏季印度洋、南海(东亚)夏季风偏强,南亚高压偏弱且位置偏西,易形成我国长江流域降水偏少,雨带相对较弱,位于华北至黄淮地区(图略)。前期SIOD对降水的影响研究与2014年夏季降水实况有较大差异:两者在长江中游降水偏少一致,但在长江下游及江南北部存在相反趋势。

考虑冬春季北大西洋三级子(NAT)对夏季环流及降水的影响,认为冬春季NAT正位相,不利于夏季欧亚中高纬出现异常的阻塞形势,贝加尔湖南侧为负距平控制,有利于我国北方降水偏多(图略)。

赤道中东太平洋(El Niño)、印度洋(SIOD)、大西洋(NAT)海温异常对2014年夏季降水的影响分析均认为:夏季主要雨带位置偏北,位于华北南部至黄淮地区,长江流域降水偏少。但夏季降水实况却呈现“北少南多”的分布,海温对夏季降水的影响预估与降水实况出入较大,充分说明气候预测的复杂性,对海温影响气候的机理研究还需要进一步提高。

3.2.2 积雪

冬春季积雪是影响夏季环流和降水的外强迫因素之一,不同区域的积雪异常对我国夏季气候的影响存在差异。青藏高原积雪改变了高原春夏季的陆面热状况,造成亚洲季风系统较大的年际变化。关于青藏高原积雪对东亚气候的影响已经开展了大量的研究(陈烈庭等,19791981Wu et al,2003)。高原积雪对夏季气候的影响研究仍存在一定程度的差异,但从高原的热力和动力异常角度分析其对我国夏季气候影响的主要机制得到较为广泛的认可(张顺利等,2001竺夏英等,2013孙秀荣等,2002)。当高原积雪偏少时,高原春夏季的感热强,感热加热引起的上升运动强有利于高原感热通量向上输送,因而高原上空对流层的加热增强,使高原对流层温度增高,高原南侧温度对比强,进而造成亚洲夏季风强,我国长江流域降水偏少。2013/2014年冬季青藏高原积雪正常略多,但没有体现积雪偏多的热力效应(图略),不利于长江流域多雨。根据冬季欧亚积雪增量与我国夏季气候异常关系的机理研究(穆松宁等,20102012),当冬季欧亚积雪增量为正值时,江南容易干热。监测表明冬季欧亚积雪增量为正,江南大部地区易出现干热。

对比积雪对夏季降水的影响和2014年夏季降水实况,长江中游少雨基本正确,但长江下游及其江南北部降水偏多,江南大部也未出现气温高、降水少的特征,因此2013—2014年冬春季欧亚和高原积雪对夏季降水的影响预估与实况存在一定的差异,说明积雪作为下垫面外强迫因子影响我国夏季气候的复杂性和不确定性值得我们进一步深入研究。

3.2.3 北极海冰

海冰的异常会对中高纬的大气环流造成影响,进而影响不同地区的气候。秋冬季喀拉海、巴伦支海海冰偏少时,北极增温,极地与欧亚中高纬之间的热梯度减弱,导致欧亚北部西风减弱,经向环流增强,有利于东亚冬季风偏强(Wu et al,2011;Zhao et al)。而喀拉海、巴伦支海海冰的多寡与后期春季白令海海冰呈明显的反相关关系(武炳义等,2004; 马洁华等,2011)。冬季格陵兰海冰偏多,有利于夏季贝加尔湖南侧低槽发展,淮河以北降水偏多。冬季喀拉海—巴伦支海海冰偏少预报后期春季白令海海冰偏多,春季白令海—鄂霍次克海海冰偏多不利于夏季东亚地区出现阻塞高压,长江流域降水偏少。

几个关键区海冰对夏季气候的影响均预测夏季主雨带位于淮河以北地区,长江流域降水偏少。上述降水预测与实况有较大差异,说明在多种影响因子的共同作用下,北极海冰的实际影响远比我们预想的复杂。

3.2.4 西太平洋副热带高压

国内外动力模式和客观方法对夏季西太副高的预测基本一致,预测2014年夏季西太副高强度接近常年或略弱,偏东,南北位置接近常年(图略),有利于夏季主要雨带出现在黄河与长江之间。一般来说El Niño发展年当年副高强度一般偏弱、偏东。El Niño发展年,前期冬春季赤道中东太平洋为冷海温时,夏季雨带位置明显偏北,位于东北至华北地区,黄河以南大部地区降水偏少。当前期冬春季赤道中东太平洋为暖海温时,夏季主要雨带位于黄河和长江之间,江南中东部降水也偏多(图略)(徐群等,2001杨义文,2002)。

但实况表明,2014年夏季西太副高强度偏强、偏西、偏南(图 5)。实况与预测有较大差异。副高北跳偏晚,第二次北跳不明显,长期维持偏南状态,导致江南华南降水偏多,而华北至长江之间降水明显偏少。

图 5 2014年夏季西太副高逐日强度(a)、脊线(b)和西伸脊点(c)指数 Fig. 5 Daily WPSH indexes of strength (a), the ridge line (b), west ridge point (c) in summer 2014
3.2.5 东亚夏季风

东亚夏季风(Huang et al, 1989; 2006; 张庆云等,2003)的强弱对于我国夏季雨带的位置有着直接的关系,当夏季风偏强时,夏季雨带偏北,长江流域降水偏少。当夏季风偏弱时,夏季降水主要在长江以南地区(王艳姣等,2013施能等,1996刘宣飞,1998赵汉光等,1994)。根据东亚夏季风预测的前兆信号,预测东亚夏季风正常略偏强,2014年夏季主雨带位置偏北,长江流域及江南降水偏少。

2014年夏季东亚夏季风强度正常(图略),6、7月偏强,8月偏弱,因此6月在华北以北地区降水较常年同期偏多,而在7月受到夏季风阶段性偏弱以及大陆高压的阶段维持,我国长江以北地区降水偏少。8月夏季风持续偏弱,不利于水汽向北输送,长江以南降水偏多,长江以北地区降水偏少。

在实际预测中,我们发现夏季风指数虽然与夏季雨带有一定的对应关系,但夏季风的阶段性变化特点无法在季节平均中得到体现,另外夏季降水受多种因素影响,即使夏季风偏强,但如果出现阻塞形势或大陆高压、副高位置偏南等因素的影响,雨带在长江以南。

3.2.6 热带对流/台风

从逐月的OLR来看,在西太平洋,尤其是菲律宾以东地区6和8月对流不活跃,7月对流活动旺盛(图略)。与之对应的影响或登陆我国的台风活动也有类似特点,7月下旬2个超强台风活动严重影响我国,造成华南西部至西南东部、江南东部至江淮南部降水偏多。8月对流活动偏弱,仅有一个编号台风,无登陆或影响台风,这一现象也极为异常。造成8月台风偏少的主要原因如下:(1) 南海夏季风偏弱,研究表明西北太平洋和南海有70%以上的热带气旋生成于季风槽中,2014年8月南海季风偏弱,不利于季风槽的形成和发展,使得西北太平热带气旋生成源地附近盛行东北风,使得常年季风槽活跃的菲律宾以东洋面不利于气旋性涡旋生成。(2) 南半球冷空气不活跃,越赤道气流弱。受澳大利亚以东海温偏高影响,2014年8月越赤道气流非常弱,进而导致北半球热带洋面上的西风或西南风弱,从而不利于热带辐合带的形成和发展,不利于台风的生成。(3) 热带大气季节内振荡(MJO)和西太平洋对流不活跃。MJO是热带大气活动的强信号,MJO对于南海季风活跃程度和西北太平洋热带气旋活动有十分重要影响。8月上中旬MJO不活跃,下旬处于2~3位相。2014年8月,赤道中东太平洋暖水较7月略有发展,而热带西太平洋暖海温略有减弱。受东太平洋暖海温发展影响,热带地区的垂直纬向环流(Walker环流)表现出减弱的特征,热带西太平洋地区为异常下沉运动控制,对流不活跃,不利于台风发展。(4) 副高偏强、偏南。副高控制区域为下沉气流,不利于对流云团发展。热带洋面主要由副高南侧的偏东风控制,缺少西风或西南风,不利于热带辐合带的形成和发展,从而不利于台风的形成。

4 2014年汛期降水预测的复杂性及思考

综合年代际和年际多种物理因子的诊断分析,2014年夏季主要雨带位于华北南部至黄淮一带的可能性最大,这是我们综合决策的一个主要依据。分析可知,绝大多数年代际和年际因子都未预报出“北少南多”的降水分布,这是主雨带预报失误的主要原因之一。

4.1 深入分析ENSO事件对中国气候影响的复杂性

研究发现,ENSO的发生频率和强度都存在着明显的年代际变化,20世纪70年代末以后ENSO事件的发生频率增多,强度增大(Wu et al, 2009; Wang et al, 2000; Xie et al, 2009; 李晓燕等,2000倪东鸿等,2000薛峰等,2007)。90年代以来发生的El Niño事件,其偏暖中心经常出现在热带太平洋中部地区,而偏暖中心出现在东太平洋地区的传统El Niño事件相对减少。中部型El Niño对气候的影响也与传统El Niño有明显的差异,甚至相反。20世纪90年代以后发生的8次El Niño事件中,有5次都是中部型,而另外3次则兼有中部型和东部型的共同特征。目前研究认为中部型El Niño事件在1990年代后发生的频率显著增加,这可能与全球气候变暖,尤其是赤道太平洋海温的年代际增暖有关(Yuan et al, 2012)。

2014年是ENSO暖位相发展年,3月初就开始讨论ENSO可能的发展趋势,3—7月,全球多家预测机构都多次调整对El Niño事件发展的预测,说明2014年El Niño事件发展的复杂性远比我们预想的复杂。关于ENSO暖位相发展对我国天气气候的影响就更为复杂,尤其是2014年的ENSO发展与传统的El Niño事件发展有很多不同之处,历史上的相似个例很少,给气候预测造成困扰,因此需要加强ENSO发展的相关研究,提升ENSO发展对中国气候影响规律的认识。

4.2 加强夏季西太副高南北位置的研究

2014年3月底,预测班组根据前期气候异常特征预测西太副高较常年略偏强、偏西,位置正常,东亚夏季风强度略偏强,我国多雨带位置偏北。2014年夏季,西太副高较长时间位置偏南,导致季节内长江以南大部地区降水持续偏多。2014年春末夏初(5—6月),热带印度洋海温持续偏暖,产生偏暖的海温有利于印度洋地区对流活动的发展,通过激发“西升东降”的局地纬向环流(袁媛等,2012),下沉气流在西北太平洋地区,影响西太副高,导致夏季中前期西太副高偏强偏南。7月中下旬以后,受前期赤道中东太平洋海温持续偏暖影响,热带大气开始对厄尔尼诺响应,西北太平洋地区对流活动受到抑制,使得西太副高维持偏强、偏南形势。在偏暖的印度洋海温和厄尔尼诺的共同作用下,入夏以来西太副高强度偏强、位置偏南。这种西太副高在ENSO暖位相发展年的变化以及持续稳定的形成机理和预测技术还需要进一步的深入研究。

4.3 加强夏季东亚中高纬环流异常的研究

2014年汛期气候预测服务总体效果不好,主要雨带位置预报失败。主要原因除了夏季西太副高持续偏南造成我国南方降水偏多外,北方地区降水偏少与中高纬环流异常密切相关。3月底和5月底预测时,根据模式和影响因子针对分析,基本排除中高纬度出现异常阻塞形势的可能,但在夏季出现阶段性大陆高压发展,导致北方地区降水偏少。这就需要加深特定环流形势对区域气候的影响和机理认识,加强在全球变暖背景下,我国汛期降水新特征新规律的研究,从而提高短期气候预测的水平,更好地为气候防灾减灾服务。

4.4 认识极端性降水事件频发对短期气候预测的影响

2014年入夏以后,我国极端强降水事件多发、过程雨量大,区域性特征显著且集中于南方地区。夏季全国平均暴雨日数1.5 d,江淮东部、江南大部、华南北部、西南东部等地暴雨日数有3~7 d,其中江南东部及贵州北部和西南部、云南东部等地暴雨日数比常年同期偏多1~3 d。夏季我国南方地区出现11次(6月4次,7月4次,8月3次)暴雨过程,全国共有138站发生极端日降水量事件,28县(市)日降水量突破历史极值,频繁的强降水天气导致江南、华南、西南东部等地出现严重暴雨洪涝灾害。

这些强降水事件往往由天气系统造成,大气环流的异常即使在月平均流场图上都无法体现,更难以从季节预测的角度识别。如何在现有预测技术能力下提升对极端性降水的预测与服务水平,值得深入思考。

5 结论与讨论

本文总结了国家气候中心2014年汛期气候预测的效果,回顾分析了汛期预测主要的先兆信号及应用。总体来看,夏季主雨带预测与实况有较大差异,没有预报出“北少南多”的降水分布型,但东北、华北北部、长江中游、华南西部和西南南部等地预测与实况一致。5—7月热带气旋活跃,初台偏早预测准确;南海夏季风于6月2候爆发,较常年明显偏晚,预测与实况有偏差;中国梅雨开始偏晚,梅雨期短,梅雨量接近常年略偏少,预测与实况一致;华北地区没有出现明显的降雨集中期,降水量偏少,出现空汛,预测华北雨季偏晚、偏弱,不排除空汛,预测与实况接近。

2014年夏季我国主要雨带位置预报效果不理想,原因较为复杂,绝大多数年代际和年际异常因子都未预测出“北少南多”的降水分布特点,包括动力模式在内的多种客观方法也没有很好地预测出这种降水分布形态,这是主雨带预报失误的主要技术原因。

预报失败恰恰也说明短期气候预测存在较大的不确定性,目前它仍是世界性难题。2014年的El Niño事件发展的复杂性远比我们预想的复杂,关于ENSO暖位相发展对我国天气气候的影响就更为复杂,与2014年ENSO发展相似的历史个例很少,给气候预测造成极大困扰。另外,对中高纬和中低纬度的环流异常估计不足也是造成夏季主要雨带位置错误的直接因素,目前国内外多种动力数值模式对超前2~3个月的东亚地区环流预测均没有稳定的预报效果,这更使得超前2~3个月的季节气候预测存在很大不确定性。此外,极端性降水频发增加了短期气候预测的难度。2014年入夏以后,我国极端强降水事件多发、过程雨量大,区域性特征显著,这些强降水事件往往由天气系统造成,大气环流的异常即使在月平均流场图上都无法体现,更难以从季节预测的角度识别。

虽然2014年汛期气候预测总体效果不好,距离服务的需求还有较大的差距,但这更激励我们对其异常成因和机理做出更深入的研究分析,加强在全球变暖背景下,对气候异常主导影响因子相互配置相互作用的分析,以求揭示我国汛期降水异常更为清晰的物理图像,从而提高短期气候预测的水平,更好地为气象防灾减灾服务。

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