北半球夏季热带次季节信号影响我国夏季降水的规律和预测方法

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次季节振荡广泛存在于全球大气中,其中热带大气次季节振荡现象最为显著,并对我国降水有重要影响。我国夏季降水具有明显的次季节变化特征,北半球夏季热带次季节振荡是导致我国夏季降水季节内变化的重要因子之一。作为天气预报和季节气候预测的“桥梁”,发展次季节预报,提高我国夏季降水季节内变化预报能力,是我国无缝隙气象预报业务发展的当务之急,也是国民生活和社会生产的重大需求。本文对北半球夏季热带次季节信号影响我国夏季降水的规律和预测方法开展了研究。首先,利用非传统滤波即异常相对倾向(Anomalous Relative Tendency,ART)方法获取了气象要素的次季节变化分量,并采用EOF分析方法提取了北半球夏季热带主要次季节振荡信号,揭示了该信号对我国夏季降水的影响规律;然后,将提取的热带主要次季节振荡信号作为预报因子,利用多元线性回归方法构建了我国夏季降水次季节预报模型;通过历史回报和交叉检验,评估了该模型对梅汛期我国江淮地区降水(包括2020年梅汛期异常降水)的次季节预报能力。获得的主要结果如下:(1)北半球夏季热带次季节信号影响我国夏季降水的规律。利用异常相对倾向(ART)方法有效地提取出北半球夏季主要热带变量(射出长波辐射,OLR)的次季节分量,并通过EOF分析方法提取出最主要的北半球夏季热带次季节振荡信号,结果表明OLR异常相对倾向EOF的前两个模态在位相上是准正交的,共同反映了北半球夏季起源于印度洋并可向东和向北传播的季节内振荡(Boreal Summer Intra-Seasonal Oscillation,BSISO)信号;该信号可一直向东传播到中东太平洋,向北传播到20°N附近,周期大约是40-50天。回归分析表明,该次季节振荡信号能够导致当地及其北面地区低层风场和位势高度场异常,影响该地区及其北面地区的水汽辐合辐散,从而能引起我国尤其是我国南方地区季节内的旱涝变化,并一定程度上反映了我国异常雨带的向北推进过程。2020年我国长江中下游地区发生了历史记录的梅雨期异常降水事件,分析表明:2020年梅汛期降水具有显著的次季节变化特征,主要表现为雨带的南北摆动,而雨带的南北摆动是副高南北摆动的直接结果,其中南海地区OLR异常对副高南北摆动有重要影响,而本文所提取的BSISO信号是造成南海地区OLR异常的重要原因。(2)北半球夏季热带次季节信号影响我国夏季降水的预测方法。基于异常相对倾向,将提取出的热带次季节振荡信号作为预报因子,利用多元线性回归方法构建了我国夏季降水次季节预报模型。将OLR异常相对倾向观测数据投影到其EOF前两模态上得到相应的投影系数,带入构建的次季节预报模型,得到降水异常相对倾向的预报值;再将前期降水异常的观测量加上降水异常相对倾向的预报值,从而得到次季节降水总距平的预报结果。基于上述原理,分别构建了提前一旬、提前两旬和提前三旬的次季节预报模型。近40年建模样本的历史回报和交叉检验结果表明,该次季节预报模型在提前一旬的时候对我国南方降水有较好的预报能力,对长江中下游地区梅雨期降水在提前一旬、两旬和三旬的时候都具有较好的预报结果。利用构建的次季节降水预报模型对2020年长江中下游地区梅汛期降水进行了回报,也得到了较好的预报结果。本文揭示的北半球夏季热带次季节信号影响我国夏季降水的规律有助于理解我国夏季降水次季节变化的成因,构建的北半球夏季热带次季节信号影响我国夏季降水的预测方法对于我国东部旱涝次季节预报具有应用价值。
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