青藏高原与热带大气季节内振荡的关联及其对我国春夏季持续性降水异常的协同影响

Anomalously persistent rainfall (APR) is one of dominant meteorological disasters causing destructive economic losses, and its occurrence and development depend on the atmospheric intraseasonal oscillations (ISOs). Such an intraseasonal weather forecast becomes a great difficulty to realize the “seamless” dynamical prediction, but it is indeed the national indispensable demand for preventing and minimizing meteorological disasters. As a planetary-scale eastward-propagating wave-like coupled circulation-convection system with evident poleward propagations especially during boreal summer, the tropical ISO significantly affects the weather and climate over China as well as all over the world. Thus, it is a major source of predictability globally for forecasting anomalously persistent weather. The Tibetan Plateau is an area where the extratropical ISO is more active and/or generated, thus the ISOs around the Tibetan Plateau are another major source of predictability for forecasting anomalously persistent weather over China. Therefore, this project is proposed to investigate the dynamical processes for the formation and evolution of the extratropical ISO and its interactions with the tropical ISO. From the perspective of energetics, the physical mechanisms will be examined for both extratropical and tropical ISOs influencing cooperatively the APR over eastern China during spring and summer. The derived mechanisms for the cooperative impacts will be further validated via the CMIP5 simulation results. Finally, the precursor signals associated with ISOs in tropics and the Tibetan Plateau are extracted to develop the extended medium-range weather statistical forecasting model to predict the APR over eastern China.

持续性降水异常是造成巨大经济损失的主要气象灾害之一，它的发生和发展取决于大气季节内振荡。这种季节内尺度预报是实现“无缝隙”动力预报的难点，却是提高防灾减灾能力的国家重大需求。热带大气低频振荡作为海气耦合系统中一种行星尺度的向东传播的对流-环流耦合的波动，强烈地影响着我国及全球天气和气候，是持续性天气异常可预报性的主要来源。青藏高原是热带外大气低频振荡的活跃区和重要源地，因而青藏高原大气季节内振荡是我国持续性天气异常的另一可预报性来源。本项目拟通过观测和再分析资料研究青藏高原大气季节内振荡形成和演变规律及其与热带洋面大气低频振荡的相互作用，从能量学角度揭示它们对我国东部地区春、夏季持续性降水异常“协同”影响的物理机理；利用CMIP5模拟试验结果验证其协同影响机制。提取青藏高原和热带大气季节内振荡的前兆信号，发展和建立持续性降水异常的中期延伸统计预报模型。

持续性降水异常是造成巨大经济损失的主要气象灾害之一，它的发生和发展取决于热带和中高纬大气季节内振荡（ISO）的协同作用。这种季节内尺度气象预报是我国提高防灾减灾能力的重大需求，但又是动力数值预报的难点。本项目基于1979～2015年我国台站和TRMM卫星观测的逐日降水量、NCEP2和JRA55等大气再分析资料，利用小波谱、功率谱和经验正交分解等方法揭示出中国东部地区（特别是长江流域和华南）持续性降水异常的时空变率与亚洲季风区夏季30～60天大气ISO和10～30天大气准双周振荡（QBWO）以及与中纬度低频波列的联系。在此基础上，通过分析典型个例如1998年夏季长江流域强降水的30～60天ISO、2002夏季和2006年春季华南地区降水的QBWO，重点揭示了热带和中高纬大气30～60天ISO和10～30天QBWO在青藏高原附近的相互作用动力学过程及其对春、夏季中国东部持续性降水异常发生发展的协同影响。南亚和东亚30～60天ISO主要通过高层辐散环流发生相互作用，南海‒西北太平洋的异常抑制（活跃）对流伴随着显著的斜压散度，从而激发出一个连接南海和长江中下游的经向垂直环流圈，该环流圈又与青藏高原上空的纬向低频波列相耦合，使得长江中下游高空维持辐散（辐合）环境，造成持续性强降水（少雨）。对于QBWO，我国东部地区夏季降水的时空结构是以长江流域及其以南地区（SMLY）为核心的单极型降水异常分布。单极型降水正（负）异常除了依赖中纬度高层涡度平流引起SMLY地区异常上升（下沉）运动以外，还依赖热带大气准双周振荡导致的非绝热的水平梯度在孟加拉湾北部制造异常反气旋（气旋）。少数CMIP5模式（如CNRM-CAM5）能够验证热带和中高纬大气ISO协同影响我国降水异常的机理。将青藏高原上空经向风、热带ISO相关的赤道印度洋、西太平洋对流和赤道纬向风等要素作为预报因子应用于贝叶斯小波频段统计预报方案，对中国东部夏季季节内降水开展了时效为15天的中期预报试验，表明该预报方案在未来的延伸期天气预报业务中有一定的应用前景。