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20-30 天延伸期天气预测 的理论基础和实践

20-30 天延伸期天气预测 的理论基础和实践. 琚建华 教授（ 云南省气象局 ） jujh@cma.gov.cn. （中山大学大气科学系） 2012 年 11 月 23 日 广州. 主要内容. 无缝隙气象预报 20-30 天延伸期天气预测的基础 ( 季节内振荡） 热带印度洋 MJO 及实时 MJO 新 指数介绍 利用 MJO 活动的规律对云南降水延伸期预测试验 利用 MJO 和季风涌进行短期气候预测的研究. 一、无缝隙气象预报. 存在一个“ 10-30 天”预报的大缝隙！ 这也是国际上的一个 热点问题 ！ 同时也是一个 难点问题 ！.

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20-30 天延伸期天气预测 的理论基础和实践

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  1. 20-30天延伸期天气预测的理论基础和实践 琚建华 教授（云南省气象局 ） jujh@cma.gov.cn （中山大学大气科学系） 2012年11月23日 广州

  2. 主要内容 无缝隙气象预报 20-30天延伸期天气预测的基础(季节内振荡） 热带印度洋 MJO 及实时 MJO 新指数介绍 利用MJO活动的规律对云南降水延伸期预测试验 利用MJO和季风涌进行短期气候预测的研究

  3. 一、无缝隙气象预报 存在一个“10-30天”预报的大缝隙！ 这也是国际上的一个热点问题！ 同时也是一个难点问题！ 临近预报： 0-2小时预报 短期预报： 48小时-72小时预报 中期预报： 3-7天预报 短期气候预测： 月季预测、汛期预测 年际预测： 年度旱涝预测、年际预测 年代际预估： 10年至30年预估 气候变化情景预估： 30年以上情景预估

  4. 一、无缝隙气象预报

  5. 国内开展梅雨降雨延伸期预报的主要手段和方法国内开展梅雨降雨延伸期预报的主要手段和方法

  6. 二、20-30天延伸期天气预测的 理论基础 （季节内振荡理论）

  7. 亚洲季风环流系统

  8. 选择东亚夏季风指数 众所周知，季风是一种多种要素共同作用的综合产物。既包含动力学因子的作用，又包含热力学因子的作用。如果仅考虑动力学因子的作用，或仅考虑热力学因子的作用，都不能全面的反映出季风的变化特征。因此，把动力学因子和热力学因子相结合来构造季风指数，在反映季风上有更好的物理意义，而且可以比较全面的描述季风的变化特征。

  9. 长江中下游夏季降水指数和同期的850hPa V (a) 以及OLR (b) 的相关分布（浅色阴影区为通过95%显著性检验，深色阴影区为通过99%显著性检验，矩形区为本文定义的东亚副热带季风区）

  10. 新定义一个东亚季风指数 ： IM = － 其中= （u+v）/ 是东亚季风区夏季（６－８月逐日）的平均风在西南方向上的投影，R为OLR。 东亚副热带季风活动指数 IEAS： IEAS － (IM,112.5-135°E, 22.5-32.5°N) -

  11. IEAS与夏季降水的同期相关分布

  12. IEAS与我国160站夏季降水的同期相关分布 （浅色阴影区为通过95%显著性检验，深色阴影区为通过99%显著性检验）

  13. IEAS与我国160站夏季气温的同期相关分布 （浅色阴影区为通过95%显著性检验，深色阴影区为通过99%显著性检验）

  14. IEAS的离散功率谱检验 （直线为各周期的F值,虚线为99%显著性的F值，纵轴为F值，横轴为周期）

  15. 1998年30-60天带通滤波的IM沿120°E的时间-纬度剖面

  16. 1998年30-60天带通滤波的IEAS的时间分布

  17. 1998年经过30-60天和10-20天带通滤波后的IEAS以及长江中下游9个代表站的实测降水（实线为30-60天带通滤波后的IEAS，虚线为10-20天带通滤波后的IEAS）

  18. 结论 我们用动力学因子和热力学因子结合，构造IM和IEAS，着重研究了IEAS在反映副热带季风区风场、高度场和降水场的能力，并研究了季节内振荡（ISO)在东亚沿海的经向传播，得到以下结论： （1）IEAS能够很好地反映东亚夏季风的物理本质，即能很好地描述季风环流的特征，又能很好地描述我国长江中下游地区夏季降水和气温的变化特征，并能很好的描述我国雨带活动的特征。

  19. （2）中国东部汛期降水与东亚热带季风以及与东亚副热带季风的关系为：东亚热带季风活动偏弱时，对应东亚副热带季风活跃（梅雨锋偏强），江淮流域降水偏多，气温为低温 ；反之，东亚热带季风活跃时，对应弱的东亚副热带夏季风，江淮流域降水偏少，气温为高温。 （3）IEAS反映出了很强的30-60天的低频振荡特征，表现为东亚沿海存在着南北向的波列，其实质是东亚夏季风的季节内振荡。 1998年东亚副热带季风的低频振荡是造成长江中下游洪涝的主要原因。 ISO的经向传播表明在东亚地区存在着夏季风涌，它对我国东部地区的大尺度降水可能起着调控作用。

  20. 参考文献：

  21. 根据季风涌的经向传播可以开展延伸期预报 1998年夏季风涌沿120°E的经向传播图

  22. 东亚季风季节内振荡 (ISO) 的 纬向－经向接力传播特征

  23. 1998年30~60天带通滤波的850hPa纬向风沿120°E的纬度-时间剖面图

  24. 1998年30~60天带通滤波的850hPa纬向风沿25°N的经度-时间剖面图

  25. 1998年30-60天带通滤波后850hPa纬向风的经度-时间-纬度综合剖面图1998年30-60天带通滤波后850hPa纬向风的经度-时间-纬度综合剖面图 （a）经度-纬度-时间剖面图； （b）纬度-经度-时间剖面图

  26. 结论 （1）夏季东亚季风区存在着明显的大气季节内振荡（30~60天振荡），其活动强度呈波动形式，当这种低频波分别处于波峰和波谷时，对应的我国长江中下游地区将出现降水集中阶段和间歇阶段，说明东亚季风区ISO的活动对我国东部夏季大尺度降水有一定的调控作用。 （2）夏季东亚季风区ISO的传播主要分为经向传播和纬向传播，经向上表现为热带地区的向北传播，纬向传播路径则分为两部分，即来源于印度季风区沿青藏高原南侧的ISO向东传播以及来源于西太平洋菲律宾东侧强对流区的ISO向西传播。

  27. （3）在副热带地区，ISO的传播表现出纬向与经向接力特征，当纬向上分别向东、向西传播的ISO 在110°~120°E汇合后补充到由低纬度热带向北传播的ISO中，使得其可以继续加强北传，最北界可以延伸到35°N以北，并导致我国长江中下游地区的大尺度降水过程。 • 由于ISO活动存在着年际变化，各年在纬向上和经向上的传播特征并不完全一致，其补充过程究竟是单一的由纬向对经向进行补充，还是双向的相互补充还不是很明确，因此需要进一步的深入研究。

  28. 参考文献：

  29. 新的问题： 东亚夏季风涌概念的提出，东亚夏季风演变过程的实质有了新的认识。但能不能将其用于实际业务预报当中？需要回答以下几个科学问题： 1、季风涌的源地在哪里？ 2、季风涌年际变化的原因是什么？ 3、监测季风涌的时效性如何解决？

  30. 参考文献：

  31. 三、热带印度洋MJO介绍及实时MJO新指数（RMM1、RMM2)（Real-time Multivariate MJO series 1、2）CPC MJO指数

  32. The Life Cycle of the Madden Julian Oscillation(30-60天带通滤波波动传播示意图） 2.科学背景 MJO是全球大气运动中规律性最强的季节内振荡 热带大气运动为全球大气环流的能量、水汽、角动量源地

  33. OLR (ISO) wave eastward and northward propagation(夏季MJO纬向+ISO经向传播图） 夏季MJO在向东传播的过程中在几个特定海域激发向北传播的季风涌  

  34. 850hpa、200hpa纬向风场和OLR场合成分析的EOF1和2的空间结构850hpa、200hpa纬向风场和OLR场合成分析的EOF1和2的空间结构 EOF1，方差贡献：12.8% EOF1：当MJO在 东印度洋—印尼附近对流加强：低层西风的异常扩张贯穿印度洋和印尼，低层东风带在太平洋附近，而高层纬向风异常的位相相反。 EOF2：西太平洋对流加强，纬向风型与EOF1闭合正交。 EOF1、2的方差和接近25%，与其余EOFs很好地区别开。 OLR：实线 u850：虚线 u200：点线 EOF2，方差贡献：12.1% OLR：实线 u850：虚线 u200：点线

  35. MJO二维分布图 利用(RMM1+RMM2 指数)可对MJO活动强度与位置进行描述。

  36. 可以从以下网址获得MJO逐日指数 RMM1、RMM2、MJO强度、MJO位相 http://cawcr.gov.au/staff/mwheeler/maproom/RMM/ 39

  37. CPC提供的MJO指数 用EEOF对1979-2000年间非ENSO年和弱ENSO年冬季（当年11月-次年4月）0-30°N纬带上侯平均CHI200距平场进行分析，用逐侯CHI200距平在第一个EEOF的10个滞后模态上的投影分别构造出10个逐侯MJO指数（MJO1-10），分别对应MJO对流主体位于不同经度位置时的变化。

  38. 1979-2000年非ENSO年和弱ENSO年冬季（当年11月-次年4月）0-30°纬带上侯平均CHI200距平在第一个EEOF的10个滞后模态1979-2000年非ENSO年和弱ENSO年冬季（当年11月-次年4月）0-30°纬带上侯平均CHI200距平在第一个EEOF的10个滞后模态

  39. 可以从以下网址获得CPC-MJO逐候指数 每天对MJO的监测、预测图像 http://www.cpc.ncep.noaa.gov/ 42

  40. 动力模型的15天集合预报MJO活动中心的预测图

  41. 3个统计模型的15天预报MJO活动中心的预测图

  42. 经验波动模型的40天预测图

  43. 四、利用MJO活动的规律 对云南降水延伸期预测试验

  44. 意义：自2009秋季以来，云南连续三年出现极端干旱，对经济和社会发展造成了较严重的影响意义：自2009秋季以来，云南连续三年出现极端干旱，对经济和社会发展造成了较严重的影响 未来的降水能缓解旱情吗？ 雨季何时开始？ 社会需求

  45. 云南省地处印度季风和东亚季风的交汇区，同时受到热带印度洋和热带太平洋的影响，有独特的低纬高原和季风气候特点。MJO是热带大气季节内振荡的强信号，MJO的传播不仅对热带天气和气候产生影响，也会通过对流强迫或遥相关对热带外天气和气候产生影响 。 前期研究表明，MJO在有规律的东传过程中，会在几个特别海域（阿拉伯海、孟加拉湾、南海和西太平洋）会激发向北传的ISO波动。

  46. 目前，通过预判MJO的传播规律来研究其对云南延伸期降水条件的影响在云南省气象台已经成为一种新的手段。目前，通过预判MJO的传播规律来研究其对云南延伸期降水条件的影响在云南省气象台已经成为一种新的手段。 云南雨季（5-10月）降水占全年降水的85%，主要受季风环流影响，MJO影响季风涌活动，进而影响降水集中期和降水间歇期。 云南干季（11月-来年4月）特点：冷空气频繁，水汽条件差。MJO在干季延伸期天气预测中具有优势

  47. MJO影响云南的两条ISO传播路径（水汽输送）示意图

  48. 三次延伸预报试验 1、2011年秋末延伸期预测试验 2011.10.08—11.10 2、2011年冬季延伸期预测试验 2011.11.12—12.15 3、2012年春节前延伸期预测试验 2011.12.16—2012.1.15 MJO活动中心位置示意 2011年8月-10月MJO逐日演变图

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