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近十年来,2-4周的延伸预报成为天气和气候业务预报发展的一个方向。目前比较有效的方法是根据季节内振荡的传播,尤其是MJO振荡(30-60天周期)的传播来制作延伸期预报。本文利用东亚季风区及江淮地区的降水资料,配合其他要素及环流资料,首先提出具有气候意义的区域梅雨划分指标;采用最新的处理非线性、非平稳时间序列信号提取方法(集合经验模态分解,EEMD),揭示气候态的梅雨区降水季节内振荡特征,以及异常梅雨降水的季节内振荡特征;分别研究与气候态及异常梅雨降水相联的大尺度环流条件及关键影响系统季节内演变特征。在上述分析基础上,根据区域梅雨及其影响系统的季节内振荡,以及热带MJO强信号对梅雨区降水延伸预报的指示意义,采用最优子集回归统计方法、经验波传播(EWP)动力学方法及全球海气耦合模式产品输出,对梅雨季节内演变的延伸期预报方法进行探索和试验,以期为建立延伸期预报业务提供科学依据。主要结论概括如下:
(1)在明确区域梅雨概念的基础上,分别提出了江淮区域梅雨期和东亚梅雨期的划分指标。区域梅雨划分指标既考虑了梅雨的大范围持续性时空分布特征,又兼顾了夏季风系统的影响,可较好地反映梅雨降水的动力、热力条件,且具实用性。
(2)发现了气候态的东亚梅雨区年内降水量演变呈现三峰型分布(峰值分别位于27侯、35-37侯、47侯);进一步采用EEMD分析揭示出上述三峰型分布主要受30-60天及10-20天低频振荡影响,且前者贡献较后者大。对异常梅雨降水的季节内振荡分析表明,东亚梅雨涝年30-60天低频振荡的周期长于旱年、振幅大于旱年,由此推测强低频信号可能是东亚梅雨旱涝形成的背景条件;在少梅年、两度梅及晚梅年,10-30天的低频振荡对异常梅雨降水的季节内活动有重要贡献,30-60天低频振荡特征则不明显。
(3)通过考察东亚梅雨季节内振荡的大尺度背景,发现东亚梅雨区季节内振荡的峰值位相降水与热带环流及中高纬环流的30-60天低频振荡密切关联。在梅雨区北侧,来自中高纬里海附近的冷空气(高位涡)低频波列向东传,以及鄂霍茨克海高位涡向西南输送,共同影响东亚梅雨区。在梅雨区南侧,通过异常对流的北传,形成热带西太平洋到中国东北-鄂海的低层气旋-反气旋-气旋-反气旋的经向分布,进而导致梅雨区低层低频偏北风和偏南风的辐合;对应梅雨区中层为南高北低的低频位势高度分布;高层则为低频辐散气流控制。低、中、高层的低频环流形势为梅雨区的低频峰值降水提供了有利条件。而印度西海岸和阿拉伯海地区的异常对流活动向东北方向传播,亦可影响梅雨区的低频峰值降水。对于东亚梅雨区低频谷值降水的大气低频演变,情况与上述基本相反。此外,对异常梅雨年的大气低频振荡分析表明,西太平洋30-60天低频水汽输送反气旋性环流的活跃及其经向(向北)传播,并与北方30-60天低频水汽输送环流在江淮汇合,是江淮梅雨区夏季降水偏多的重要原因。在江淮梅雨区旱年、“二度梅”以及“异常晚梅”年,30-60天低频振荡的影响则不明显,而热带及中高纬15-30天低频振荡的经向传播在江淮梅雨区的汇合,对7月下旬出现的“二度梅”或“异常晚梅”有重要作用。
(4)揭示出东亚副热带地区在MJO不同活动位相下出现降水事件和极端降水事件的概率存在明显差异,由此提出MJO的活动位相是中国和东亚梅雨区夏季降水延伸期预报的主要热带低频信号。进一步对梅雨区降水季节内振荡相关联的大气环流低频演变进行普查,得到气候上对梅雨区降水季节内振荡有影响的低频关键区,可作为梅雨区降水季节内振荡的延伸预报信号。
(5)基于季节内振荡的统计、动力延伸预报试验发现,MJO(季节内振荡)是梅雨区降水延伸预报的可行途径。其中,通过EEMD方法提取前期降水演变及影响因子的季节内振荡分量,分别采用最优了集回归统计方法,对梅雨区逐侯降水量进行超前30天预报是有可能的。经验波传播(EWP)方法预报试验表明,该方法对热带ITCZ活跃异常的未来40天东传可能具有较好的预报效果,还可能较好地预报出延伸期的梅雨区风场距平演变,具有一定应用价值。此外,国家气候中心全球海气耦合动力模式产品分析表明,该模式输出产品在延伸期环流形势趋势预报及20天左右的MJO指数预报方面有一定的参考价值。