PDF《PDO ENSO-》

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1 PDO ENSO- 【项目编号】GYHY201106017 【研究周期】2011 年1月―2013 年12 月 【国 拨经费】115 万元 【项目负责人】任雪娟 【项目骨干成员】朱益民,孙旭光,许遐祯,刘聪,胡海波,谢倩,陈晓颍, 张灵玲,孙燕,蒋薇,房佳蓓,鲍名,严文莲 【项目承担单位】南京大学 【项目协作单位】解放军理工大学气象学院,江苏省气候中心,江苏省气象台 【主要研究成果】 成果一:PDO 对ENSO 与我国夏季气候异常关系的调制作用 利用大气和海洋再分析资料和我国站点观测资料,揭示了 ENSO 与我国夏季 年际气候异常关系的年代际变化规律以及 PDO 作为背景态对 ENSO-东亚季风年际 变化关系的调制作用.

研究表明,ENSO 与我国夏季年际气候异常的关系既有稳 定的方面,又存在年代际变化特征.稳定的关系表现在:处于发展阶段的 ENSO 事件往往造成华北夏季降水偏少;

处于衰减阶段的 ENSO 事件则易引起长江流域 及江南地区夏季降水偏多. 而二者关系的年代际变化明显表现为 PDO 作为背景态 的调制:PDO 冷暖位相下不同类型 ENSO 事件发生的频数、强度明显不同;

受到 PDO 调制作用,不同类型的 ENSO 与我国夏季降水的异常关系存在显著的年代际 变化;

在PDO 冷位相期,当ENSO 事件处于发展阶段,华南地区夏季降水偏少, 东北地区夏季多低温,在其衰减阶段,华北地区和长江流域降水偏多,淮河地区 降水偏少;

而在 PDO 暖位相期,当ENSO 事件处于发展阶段,华南地区降水变为 异常偏多,而华北地区降水异常偏少,东北低温不再显著,在其衰减阶段,华北 地区降水变为偏少,长江流域降水更加异常偏多,淮河地区则趋于正常.在不同 的PDO 位相年代际背景下 ENSO 引起的东亚中高纬度大气环流异常型发生了明显 改变是 ENSO 和降水气温关系发生年代际变化的原因. 公益性行业(气象)科研专项项目成果信息快递

2 成果二:考虑 PDO 调制作用的长江中下游梅雨入梅时间定量预测模型 通过研究影响长江中下游梅雨入梅时间与 PDO 相联系的前期海洋和大气异 常信号,发现入梅时间主要与前期冬、春季乌拉尔高压脊、东亚大槽的活动、西 风急流强度、海陆温差和气压差等前兆信号关系密切,且这些前兆从冬季就已确 定,并一直延续到春季.通过大量敏感性试验对预测因子进行筛选,确立了

5 个 关键预测因子, 建立了一个可以定量预测长江中下游梅雨入梅时间的物理统计预 测模型.利用该预测模型对入梅时间的年际增量进行预测,进而得到入梅时间的 具体日期.对1998-2010 年共

13 年的入梅时间进行独立样本回报检验,结果表 明预测成功的有

8 年,多为梅雨强度偏强的年份;

预测失败的有

5 年,多为梅雨 强度明显偏弱的年份. 长期以来长江中下游梅雨入梅时间预测主要依赖于预报员 主观定性分析,只能给出 偏早 、 正常 或者 偏晚 的定性结果,无法给出 具体入梅时间, 本项目建立的预测模型充分考虑了 PDO 对影响长江中下游梅雨入 梅时间的海洋和大气异常前兆信号的调制作用,实现了提前月-季节时间尺度对 长江中下游梅雨入梅时间的客观定量化预测, 解决了长期以来汛期业务预测入梅 时间人为主观性强、预测效果不佳的问题.该预测模型自

2011 年起在江苏省气 象台应用于长江中下游梅雨入梅时间定量预测. 成果三:考虑 PDO 和ENSO 信号的我国东部和江苏汛期降水预测模型.

2000 年以来,PDO 模态发生了转变,因此建立了适用于

2000 年以来新的背 景态下我国东部汛期降水预测模型.对2001-2010 年的夏季我国东部

48 站(江苏67 站)的降水进行 EOF 分析,提取影响 48(67)站夏季降水异常的主要信号. 根据方差贡献,取了前面 6(3)个模态结果,前6(3)个模态的方差贡献达到 了85%(80%) ,基本抓住了中国东南部(江苏)夏季降水异常的变率.基于相关 性,挑选前年秋冬季至当年春季的

74 项环流指数(FODAS 系统中的

126 项指数 亦可)中关系比较密切的指数;

就此对 6(3)个模态的时间系数分别进行多元 线性回归,建立统计预报模型,且在模型建立之前确保,模型中各个因子之间相 关不显著.通过 6(3)个模态的时间系数预报模型的建立,从而建立

48 个站点 (江苏

67 站)夏季降水异常百分率的预报模式.通过最近

10 年(2001-2010 年) 的回报试验,找到统计预报模式中的若干最优预报模型.并根据选定的若干最优 预报模型预报近几年的夏季降水异常百分率,以其算术平均作为最终的预报结 果.该模型自

2012 年起应用于江苏的汛期预测中.该预测模型以 PDO 位相作为 选择预报样本的标准,充分考虑了同一 PDO 背景态的相似年代际影响.成果所解 公益性行业(气象)科研专项项目成果信息快递

3 决的主要问题:由于降水的年代际变化显著,预报因子与夏季降水的年际关系不 稳定.仅利用同位相下的降水异常作为预报样本,较好地解决了预报因子和夏季 降水关系不稳定的问题. 【成果应用情况】 成果一 PDO 对ENSO 与我国夏季气候异常关系的调制作用 ,该研究成果 加深了东亚季风和我国气候年际异常成因的理解, 特别是为何如理解 ENSO 与我 国季风降水关系的不确定性给出了一种合理解释. 为短期气候预测模型和指标体 系中如何考虑年代际信号对 ENSO 的调制作用提供了重要的观测和理论基础. 是 成果二和三的重要理论基础. 成果二 考虑 PDO 调制作用的长江中下游梅雨入梅时间定量预测模型 的 应用情况:考虑 PDO 调制作用的长江中下游梅雨入梅时间定量预测模型自

2011 年起在江苏省气象台应用于长江中下游梅雨预测,实现了提前月-季节时间尺度 对长江中下游梅雨入梅时间的客观定量化预测, 预测入梅时间和实际入梅时间的 偏差

2011 年为

5 天,2012 年为-4 天,2013 年为

4 天,2014 年为

4 天,偏差在 ±5 天以内,显示出较好的预测技巧,表明该模型对于目前长江中下游梅雨气候 预测业务有较好的技术支撑和应用价值,在汛期预测中能发挥重要作用.转化应 用中存在的问题主要是:预测模型对梅雨强度较强、易发生洪涝灾害的年份入梅 时间预测较准,而对梅雨强度较弱或非典型性梅雨(如空梅、二度梅)年份的入 梅时间预测准确率较低,统计模型对此类梅雨入梅时间缺乏较好的预测技巧. 成果三 考虑 PDO 和ENSO 信号的我国东部和江苏汛期降水预测模型 的 应用情况: 运用 考虑 PDO 和ENSO 信号的我国东部和江苏汛期降水预测模型 进行江苏的汛期预测,夏季降水预测的 PS 评分为

70 分(2012 年) ,77 分(2013 年)和85 分(2014 年) ,比未使用该模型的常规预测准确率均提高 5%-10%,证 明该模型对于目前江苏短期气候预测业务来说有较好的技术支撑, 在汛期预测中 能发挥重要作用. 转化应用中存在的问题: 1) 考虑到 PDO 位相转换的样本较少, 上一年的情况都要包含在预报模型中.每年预报都要重新建模,预报模型并不固 定,预报样本的年限也并不固定.2)往后的 PDO 转换年份,有可能预报效果不 佳的情况.3)模型主要建立在统计的基础上,物理意义还需要进一步明确. 公益性行业(气象)科研专项项目成果信息快递

4 【成果代表图片】 PDO 对ENSO 与我国夏季气候异常关系的调制作用 的代表图片以及简要说明. 图1ENSO 发展阶段华北地区(a) 、华南地区(b) 、东北地区(c)和江淮地区(d)夏季降 水距平与同年冬季 Nino3 指数的滑动相关系数分布. (滑动窗区为

21 年.点线为 90%置信度水平线,点虚线为 95%置信度水平线. ) 公益性行业(气象)科研专项项目成果信息快递

5 图2ENSO 衰减阶段长江流域(a) 、华北地区(b)和江淮地区(c)夏季降水距平与前一 年冬季 Nino3 指数的滑动相关系数分布. (滑动窗区为

21 年.点线为 90%置信度水平线,点 虚线为 95%置信度水平线. ) ........