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行业专项成果综述-太平洋年代际振荡(PDO)与ENSO-东亚季风年际异常关系研究

发布者:张岳   来源:   发布时间:2018/3/12 11:18:31   标签:   浏览次数:1855

项目编号GYHY201106017

研究周期2011 1—201312

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。

 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“PDOENSO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PDOENSO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PDOENSO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。

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