对2021年华南夏季降水预测成败的分析_王娟怀.pdf

第 卷第 期 年 月 广 东 气 象 收稿日期：基金项目：中国科学院战略性先导科技专项子课题（）；广东省气象局科学技术研究项目（）作者简介：王娟怀（年生），女，硕士，工程师，主要从事短期气候预测工作。：王娟怀，胡娅敏，杨守懋，等 对 年华南夏季降水预测成败的分析 广东气象，（）：对 年华南夏季降水预测成败的分析王娟怀，胡娅敏，杨守懋，赵亮（广东省气候中心，广东广州；广州市白云区气象局，广东广州；中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（），北京）摘 要：基于国内外动力模式和诊断分析，分析了 年华南夏季降水预测的成功和不足。结果表明：（）年夏季西太平洋副热带高压偏大偏强，水汽输送较弱；西太平洋和南海生成的台风较少，登陆及影响华南的台风偏弱。综合影响导致 年夏季华南降水偏少 以上。（）年华南夏季降水实况与 年 和 月两次预测存在较大差异，主要表现为动力模式对副高脊线和西伸脊点位置以及东亚大槽的预报与实况存在较大差异；物理因子诊断分析预测中大部分信号指示 年华南夏季降水偏多的可能性较大，与实况相差较大。关键词：降水预测；夏季；华南 中图分类号：文献标志码：华南位于我国大陆最南端，毗邻南海和西太平洋，受热带季风和副热带季风共同影响，在全球变暖和城市化发展的背景下，极端天气气候事件频发，也是气候预测难度最大的地区之一。尤其是夏季，旱涝影响因子复杂性、气候变化因素的多样性及两者相互关系的复杂性，使得业务人员对其物理过程和机制的认识仍不够全面和深入；同时预测方法的多样性，也使得预测集成技术难度非常大，这对华南降水的预测提出了挑战。关于华南夏季降水的研究已有很多。魏凤英分析了我国夏季雨带分布类型的影响因子，指出副热带高压位置偏南、夏季风偏弱时，华南夏季容易降水偏多；简茂球等发现在东亚地区夏季经向热力差异指数偏强年更有利华南夏季降水偏多，弱指数年相反；鲍媛媛等指出当南亚地区西南季风较常年更倾向于向东传播，副高偏弱、偏东，越赤道气流偏弱，同时中高纬东亚大槽偏深，诸多因素作用下华南易发生持续强降雨。华南夏季降水除了受大气环流因子（如副高、菲律宾反气旋、东亚季风等）的作用，还受到很多外强迫因子的作用，包括海温、海冰、积雪、土壤湿度、地温 等。综合前人的研究成果发现，拉尼娜事件次年夏季在菲律宾以东地区存在气旋性环流，热带对流活动活跃，台风的生成、登陆个数均较常年偏多，使得华南夏季降水偏多。前冬高原积雪偏少、东亚夏季风偏强也有利于华南夏季降水偏多。但今年的实况与之完全相反，年夏季华南降水大部异常偏少，预测结果跟实况相差较大，该季节降水业务预测评分较低，服务效果较差。本研究对华南夏季降水实况的时空分布特征、预测发布结果的评分及异常成因进行简要分析，基于预测的角度重点回顾预测过程中考虑的各种因子和取舍以及预测准确率，对成败原因进行总结。资料与方法本研究所用资料主要包括：（）年华南 个国家地面气象站的逐日降水资料；（）美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心（）提供的 年逐日、逐月再分析资料，资料水平分辨率为.。本研究中各要素的气候平均值均为 年的 年平均。夏季华南降水气候特征及预测检验 从 年夏季华南降水空间分布（图）来看，降水量大值区主要集中在广东的 大暴雨中心：珠三角北部清远 佛冈、粤西信宜 阳江 恩平一带、粤东沿海的海丰县；另外还集中在珠三角的沿海深圳、珠海一带，广西的防城港、东兴、凌云等地。图 显示出 年夏季华南大部分地区降水量较常年明显偏少，华南平均降水量.，较常年同期（.）偏少.，为 年以来历史同期第 少，第 少为 年夏季。降水距平百分率除了广东的斗门、珠海、兴宁、新兴、清远、广州、佛冈、上川岛、信宜、化州、深圳、花都、南海，广西的西林、资源、凌云、扶绥以及海南的儋州等地降水偏多外，其余大部地区降水偏少 以上。图 年华南夏季降水量（单位：）（）及降水距平百分率（）（）的空间分布 年夏季华南降水距平百分率预报的趋势异常综合检验 评分 平均为 分（广东、广西和海南 省平均），国家气候中心的指导预报 分。年夏季降水趋势及异常级预报的评估结果显示，除广西外，广东和海南两省对降水偏少的趋势把握均失误，预报评分低。华南夏季降水异常的物理成因分析 年华南降水异常偏少的原因主要有两方面：一方面西太平洋副热带高压偏大偏强（图 和图），长期控制华南地区，水汽输送较弱，导致华南夏季长期温高雨少，出现严重气象干旱；另一方面西太平洋及南海生成的台风较少，登陆华南的台风个数较少，且对华南的影响较小。从中高纬度环流形势（图）来看，年夏季欧亚中高纬呈现两脊一槽分布，中国上空大部分区域呈高度场正常态势，东亚槽偏弱偏东，经向度较弱。在低纬度地区，西太平洋副热带高压较常年同期明显偏强、面积偏大、西伸脊点异常偏西、脊线南北振荡（图），南支槽偏强，菲律宾以东及孟湾反气旋明显，华东地区存在气旋性环流，华南大部受偏北风环流控制，为水汽辐散区，水汽输送弱（图），整体不利于华南降水偏多。（图 中红色等值线为气候平均态下 和 等值线，单位：；图 中矢量为水汽输送异常，单位：（），阴影区为水汽输送散度异常，单位：（）图 年夏季 位势高度（等值线）及距平场（阴影区，单位：）分布（）以及 整层积分水汽输送和辐合辐散距平场（）第 期 王娟怀等：对 年华南夏季降水预测成败的分析 图 年 月西太平洋副热带高压各指数逐日演变特征 面积；西伸脊点；脊线；强度 此外，年夏季登陆及影响华南的热带气旋总共 个，具体为第 号台风“小熊”于 月 日影响华南地区；第 号台风“查帕卡”于 月 日：（北京时，下同）以台风级在阳江江城区沿海地区登陆；第 号台风“卢碧”于 月 日：前后以热带风暴级（级，）在汕头市南澳县沿海地区登陆。整体来说，当年夏季登陆及影响华南的热带气旋强度偏弱。另外，从 年夏季华南区域平均降水量逐日变化（图）来看，次台风过程（红色直方图）带来的降水整体偏少，这也是造成华南降水明显偏少的主要原因。图 年 月 日 月 日夏季华南区域平均降水量逐日变化 年华南夏季降水预测失败的原因目前，常规气候预测业务主要参考动力模式结果、本地化客观化方法以及诊断分析订正，其中诊断分析订正包括年代际变化、前兆因子影响以及已有研究成果等。预报员通过综合集成动力模式结果、动力统计的客观化结果以及诊断分析订正结果，得出最终预测结果。下面就动力模式和诊断分析订正进行详细预测成败分析。动力模式近年来，随着动力模式水平的不断提高以及准确率的提升，在气候预测中，也越来越多的参考动力模式预测结果。相对来说，动力模式对于环流和海温的预测技巧要高于要素（气温、降水，尤其是降水）的预报技巧，而要素的分布特征受到环流和海温配置的直接影响，因此每次预测时要首先关注动力模式的大尺度环流和海温预测结果。根据国家气候中心监测，年 月中东太平洋形成一次拉尼娜事件（月出现峰值），当时 年 月做预测时仍维持拉尼娜状态，但是中东太平洋冷趋势、西太平洋暖趋势均有所减弱，拉尼娜状态有所衰减。通过综合考虑国内外动力模式对海温场的预测结果，预计赤道中东太平洋在夏季维持中性偏冷状态。整体来说，模式对于海温的把握还是比较准确。通过综合考虑国内外动力模式对高度场、风广东气象第 卷 场的预测结果，预计中高纬环流以纬向环流为主，北高南低，东北冷涡、东亚大槽均偏强、菲律宾东部地区为气旋性环流异常（这点也考虑环流对中东太平洋冷海温的响应）。进一步结合国家气候中心多模式预测结果以及王东阡等的研究成果诊断得出西太平洋副热带高压在夏季可能偏强、位置偏西、脊线偏北。对比实况，中高纬环流以纬向环流为主预计正确，但对中高纬两脊一槽的形势以及东亚槽的强度预测偏差较大（月滚动预报时调整为偏弱），同时对中国上空大部的高度场较实况预计偏高；低纬环流中西太平洋副热带高压偏大偏强偏西预测较一致，同时对于印度洋一致模态为正位相预测较准确，但菲律宾东部地区气旋性环流异常预测偏差较大。同时，模式也给出了降水的直接预测结果，国内外多家模式略有差异（图略），中国模式（）预测降水大部偏少，与实况较为一致；美国模式（）和欧洲中心模式（）信号不明晰；其他多家模式均预测降水西多东少。总体来看大部分模式预测出了广东降水偏少，月模式对降水预报也进行了微调，但整体还是没有报出降水异常偏少。诊断分析订正首先选取历史上华南区域平均的降水距平百分率大于或小于 个标准差的年份作为涝年或旱年进行合成分析（图），再结合模式预测的环流来判断 年夏季是否会出现极旱、极涝。当时所有模式预测高低纬的环流与极旱或极涝年的环流分布特征差异较大，因此排除了华南 年夏季出现极旱、极涝的可能性。但模式对环流预测与实况差异较大，实况东亚中高纬环流型更接近偏旱年，并且比较接近 第（全区一致偏少）和第（西多东少）模态，呈现华南夏季降水大部尤其是广东地区偏少的特点（图略）。图 华南夏季极旱（）和极涝（）年 高度场分布（单位：）研究夏季降水当然离不开东亚夏季风的影响。根据 的研究成果，当东亚夏季风偏强时，有利于华南夏季降水偏多。较之实况，对东亚夏季风偏强预测较一致（图略），但是概念模型下对应的降水却与实况完全相反（图）。根据前冬海温有利于次年南海夏季风偏强以及广州热带海洋气象研究所对南海夏季风偏强的预测，选取了历史上南海夏季风偏强年份对华南夏季降水进行合成分析，结果为华南降水大部偏多，但实况为南海夏季风整体偏弱、阶段性明显，导致合成的年份选取错误，从而对降水的预测与实况差异较大。对于海温的情况，虽然模式对中东太平洋在夏季的中性偏冷状态预测效果较好，但不同海区对华南夏季降水的影响却不尽相同，同时预测时对不同海区的协同或者拮抗作用也没有过多考虑。例如当时参考了 的两广夏季与春季海温的关系，但是仅仅片面地考虑了南印度洋正位相（实况也为正）有利于华南夏季降水偏多的影响，对澳大利亚东部海区和北美东南部海区的影响（反相关）未作考虑，导致对降水的预测效果并不令人满意。同时也考虑到冬、春季黑潮区的海温偏高、夏季东中国海及邻近海域的暖异常均有利于华南夏季降水增多，而这些概念模型对应的降水结果均与实况相反。另外，对于台风生成的个数及影响程度预测与实况也差异较大，也是造成对降水预测失误的重要原因之一。当时预测时考虑到台风偏多，将会导致降水偏多，实际情况为登陆台风较少，影响较轻。结论本研究对 年华南夏季降水的时空分布第 期 王娟怀等：对 年华南夏季降水预测成败的分析 特征、预测效果评分以及异常的成因进行了分析，总结预测得失，以期加强对华南夏季气候异常成因机理的认识，提高对华南夏季降水的预测能力。年夏季中高纬度欧亚呈现两脊一槽分布，中国上空大部分区域呈高度场正常态势，东亚槽偏弱偏东，经向度较弱；低纬地区西太平洋副热带高压偏大偏强，长期控制华南地区，菲律宾以东及孟湾反气旋明显，华南大部受偏北风环流控制，为水汽辐散区，水汽输送较弱；西太平洋及南海生成的台风较少，登陆华南的台风个数较少，综合导致 年华南夏季降水异常偏少，出现严重气象干旱。值得一提的是，年夏季实况特征与拉尼娜背景下的大气环流和气候异常不相一致，同时针对华南地区的降水实况与大部分历史统计规律或前人的研究结果相反。一方面，可能与大气对海洋响应的滞后效应有关；另一方面，可能是以前的概念模型属于大概率事件，对于异常年或者不同年代际背景下可能需要视当时的具体情况而定。海洋与大气的关系以及对华南气候的影响还需要进一步深入研究，同时以往的概念模型对于普适性和特殊性还有待进一步验证总结。参考文献：魏凤英 我国夏季雨带分布类型的集成估算模型 自然科学进展，（）：简茂球，周荣燊 东亚经向热力差异与华南夏季风及降水年际变化的关系 广东气象，（）：鲍媛媛，金荣花，琚建华，等 年初夏亚洲季风异常及对华南强降雨影响 应用气象学报，（）：赵振国，蒋伯仁，陈国珍，等 事件对中国气候的可能影响 山东气象，（）：赵振国 我国汛期旱涝趋势预测进展：气候预测研究 北京：气象出版社，廖荃荪，赵振国 我国东部夏季降水分布的季度预报方法 应用气象学报，（增刊）：，（）：张顺利，陶诗言 青藏高原积雪对亚洲夏季风影响的诊断及数值研究 大气科学，（）