中国热带气旋降水年际变化的多尺度调制和机理研究

Both tropical cyclones (TCs) and summer monsoon are the dominant summertime rain systems in China. The interannual variation and prediction of summer monsoon rainfall were studied quite sufficiently. In contrast, although the importance of the TC precipitation to both seasonal and annual total precipitation were noticed, the interannual variation of TC precipitation and its impact factors were not understood adequately, and no any operational prediction scheme for the interannual variability of TC precipitation had been developed yet. This project attempt to investigate the inerannual variation and predictability of the TC precipitation based on the TC precipitation observation data of China and the global air-sea reanalysis data, by using statistical and dynamical analyses as well as the numerical modelling methods. Considering the multi-timescale characteristics of the TC precipitation, this project attempt to study the modulations of multi-timescale variations on the interannual variation of TC precipitation, investigate the physical factors affecting the interannual variation of TC precipitation and related essential processes, analyze the potential predictability and the sources of predictability, then establish a physical conceptual model of the interannual variation of TC precipitation. By implementation of this project, it can be expected to enhance our understanding about the inerannual variation of the total summer precipitation in China, to provide basic support to development and application of the prediction models of interannual TC precipitation, and consequently to benefit the operational system of prediction on floods or droughts partially based on the summer monsoon precipitation.

热带气旋和夏季风是我国夏季两大主要降水系统。相比研究和年际预测业务均较成熟的夏季风降水，人们虽然已经认识到热带气旋降水对季节和年总降水量的贡献不可忽视，但其年际变化规律和影响因子的研究仍然不够，预测业务亦未见开展。本项目拟运用我国热带气旋降水观测资料和海气系统的再分析资料，运用统计分析、动力诊断和数值模拟相结合的方法，对我国热带气旋降水的年际变化规律及其潜在可预报性进行研究，从热带气旋降水具有的多时间尺度变化特征出发，分析热带气旋降水不同尺度变化对其年际变化的调制作用，探讨影响热带气旋降水年际变化的物理因子及其关键作用环节，探讨其潜在可预报性及可预报性的来源，建立热带气旋降水年际变化的物理概念模型。通过研究，本项目可以增进对我国夏季降水总体变化规律的系统理解和把握，亦可为热带气旋降水年际预测模型的开发应用提供基础支撑，从而为完善我国目前偏重于夏季风降水的旱涝年景预测业务体系提供有益的补充。

本项目以我国热带气旋降水的年际变化为主要研究对象，从其多尺度变化特征出发，分析了热带气旋不同尺度变化的特征及其相互作用，在此基础上甄别了对热带气旋降水年际变化有影响的物理因子，并分析其关键作用环节和作用机理；估计了热带气旋降水年际变化的潜在可预报性，分析确定可预报性的来源，初步建立了热带气旋降水年际变化的物理图像。.本项目识别了热带气旋降水的三种显著周期性特征：周以内的天气尺度波动、年循环和56年周期的年际振荡，在此基础上对热带气旋降水的变化序列进行分解，估算了各个分量的方差贡献及其与热带气旋活动的相关性。分析热带气旋季节降水的变化得到两种空间模态，指出各模态的位相变化与热带气旋的路径趋势特征具有密切的联系，大尺度海气环境因子影响下区域环流型及引导气流的变化则是导致热带气旋不同路径趋势的主要因素。指出大尺度环流对热带气旋降水模态的影响具有复杂的非线性特征，具体表现在热带气旋降水模态的正负位相受到不同物理因子的影响，这些因子多出现在印太海盆区域，虽然位置不同但是起作用的过程具有共性：印—太暖池区的热状况影响其上空的对流活动，进而通过热力效应影响东亚—西太平洋地区的区域环流，导致不同的热带气旋路径趋势分布，从而造成不同的热带气旋降水分布。研究还指出，印太海盆区域，太平洋ENSO相关的海温对热带气旋活动的影响较为确定，而印度洋海温主动或被动作用在月尺度上并不能完全区分，需要具体甄别。针对热带气旋降水年际变化潜在可预报性的定量的估计估计表明，热带气旋降水的年际变化可预报方差大多在20%以下，少数能达到30%，极少能达到40%以上，较之季风降水约50%的可预报方差而言要低得多，说明热带气旋季节降水预测的困难，这可能也是难以找到海气环境场的相关因子、海气环境场影响呈现出复杂非线性特征的反映。