中国季节划分及其对夏季降水的预测研究

论文摘要

自然天气季节的划分研究对天气预报和气候预测,尤其对中长期天气预报和短期气候预测具有十分重要的意义。综合考虑多种气象要素开展季节更替的客观化识别和划分,是气候监测、诊断分析和预测领域的一个重要课题,相关研究的开展将有助于更好地理解季节转变在气候增暖背景下的新特征。多要素大气状态相似季节划分法是近年来新发展的一种客观化季节划分方法,已被广泛应用于气候变化研究、气候监测和短期气候预测等科研和业务之中。该方法的关键之处在于多要素的融合和典型场的选取,其中典型场是指多要素大气状态相似法中所选取的能代表冬季和夏季平均气候特征的大气状态距平场。本论文基于NCEP/NCAR再分析资料、GPCP再分析降水数据和中国台站逐月降水资料,在改进多要素大气状态相似季节划分法的基础上,运用多要素大气状态相似季节划分法和统计诊断等方法,探讨了中国地区季节转换特征,前冬季节来临时间与夏季降水的联系及降水预测的机制问题。论文创新之处在于将季节变化研究与短期气候预测联系在一起,并将季节变化的研究成果转化到短期气候预测研究中。主要的研究内容和结论如下:(1)多要素大气状态相似季节划分方法研究典型场作为多要素大气状态相似季节划分法的划分基准,其准确度对季节划分的研究结果至关重要。本文首先以1998年和2013年华中地区为例进行了分析研究,发现基于单年大气状态计算典型场能有效地减弱气候变化及季节转变阶段对季节划分结果的误差影响。基于新典型场得到的季节划分结果能准确地反映区域大气状态和大气环流的季节变化情况。研究还发现,基于单年大气状态计算的典型场与基于多年平均大气状态计算的典型场之间存在年代际变化的差异,且在气候变化转折阶段的差异尤为显著。(2)南海地区季节转换特征分析将多要素大气状态相似季节划分方法推广应用于南海地区的季节转换研究。结果表明,南海地区850hPa季节划分结果与各气象要素组成的大气整体状态的季节变化时间较吻合,各气象要素均有明显的季节变化特征,且大气环流和地表向上长波辐射也均随季节的变化而发生明显转变,这进一步验证了多要素大气状态相似季节划分方法对副热带地区的季节划分也是有效的。在南海地区,季节转变时各气象要素呈现不同的变化特征,由冬季向夏季转变时是以热力要素的变化为主导,而由夏季向冬季转变时则以动力要素的变化为主导。南海地区850hPa夏冬两季开始和结束时间的空间分布也能较为准确地反映大气环流和大气状态的季节变化空间演变特征。南海地区夏季在南海西北最先开始,在南海东南开始最晚,在南海西北地区先结束,最后在南海西南地区结束;南海冬季最早在西南部开始并逐渐向东北扩展,结束时却从西部和南部向中部和东北部地区收缩。(3)中国季节转换特征研究从中国季节的年代际演变特征角度分析发现,不同季节的持续时间与其主要影响因子之间的关联呈现明显的经纬向差异,并存在显著的此消(持续时间缩短)彼长(持续时间增长)式的互补关系。春夏、秋冬和冷暖季季节长度之间存在互补关系,其中春夏季节长度互补关系最好,互补区域也很广泛,而秋冬季节长度互补区域主要集中在西部地区。冷暖季节长度互补分布虽广泛,但其互补关系整体偏弱。对比1980年前后两个阶段发现,各季节的持续时间均表现出东西差异的年代际变化特征,其中春夏季的年代际变化集中在北部和西部地区,而秋冬季节则集中在西部地区。进一步分析影响季节变化的关键因子发现,季节持续时间年代际变化的显著区域与其关键因子年代际变化的显著区域一致,均集中在中国的北部和西部地区。(4)前冬季节特征对夏季降水的预测研究探讨了中国东部前冬季节来临早晚(即冬季开始时间)与夏季降水之间的关系,建立了二者的统计关系和物理概念模型,并据此对夏季降水情况进行预测。前冬起始时间与东亚冬季风强度、东亚夏季风强度均呈现弱的正相关关系,前冬起始时间偏早,冬季风偏弱,而前冬起始时间偏晚,冬季风强。前冬季节起始偏早的年份,我国次年夏季表现为“﹣﹢﹣”降水分布特征,主雨带位于淮河流域,即出现Ⅱ类雨型的降水特点;而前冬季节起始偏晚的年份,我国次年夏季降水总体表现出Ⅰ类(主雨带位于黄河流域及其以北地区)和Ⅲ类雨型(主雨带位于长江中下游及其以南地区)的特点。对2012~2018年的中国夏季降水进行了回报预测和检验,发现本文所建立的统计模型预测技巧较高,且预测结果稳定。本文的研究表明,季节划分结果不再仅是一个时间的节点,它可将气候变化研究与短期气候监测、气候诊断和气候预测联系在一起,是研究气候变化与气候预测的一个很好的切入点。

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Abstract

第一章绪论

1.1 引言

1.2 相关研究回顾和进展

1.2.1 季节的分类及划分

1.2.2 南海的季节变化

1.2.3 中国东部季节特征的年代际变化特征

1.2.4 东亚冬季大气环流与夏季大气环流之间的联系

1.3 问题提出

1.4 研究内容和章节安排

1.5 本文主要创新点

第二章资料和方法

2.1 常规历史资料

2.1.1 降水资料

2.1.2 环境场资料

2.2 季节划分方法

2.3 气候统计诊断方法

2.3.1 互补性指数

2.3.2 敏感性分析

2.4 气候分区

第三章多要素大气状态相似季节划分方法的改进

3.1 引言

3.2 典型场的对比与差异

3.2.1 不同典型场划分结果对比

3.2.2 典型场差异的年际变化

3.3 华中地区季节转变时气候态和大气环流变化

3.3.1 1998年和2013年的典型场与多年平均典型场的差异

3.3.2 1998年和2013年华中季节转变时气象要素的变化

3.3.3 2013年华中季节转变时大气环流的变化

3.4 小结

第四章南海地区季节起始时间的时空分布特征

4.1 前言

4.2 资料与方法

4.2.1 资料

4.2.2 方法

4.3 南海地区季节划分结果及气象要素季节变化

4.3.1 南海地区的季节与5 项基本气象要素的季节变化

4.3.2 南海地区地表向上长波辐射与垂直速度的季节变化

4.4 南海地区气候平均状况气象要素场演变特征

4.4.1 南海春季

4.4.2 南海夏季

4.4.3 南海秋季

4.4.4 南海冬季

4.5 南海夏季起始时间多年平均空间分布

4.6 小结

第五章中国各季节持续时间及其关键影响因子的时空特征

5.1 引言

5.2 中国各季节持续时间与关键影响因子的空间分布特征

5.2.1 中国各季节持续时间空间分布

5.2.2 中国各季节持续时间的互补性分析

5.2.3 中国四季持续时间的关键影响因子分析

5.3 中国各季节持续时间和关键影响因子的时间变化特征

5.3.1 中国各季节持续时间的变化

5.3.2 影响中国四季持续时间的关键因子

5.4 小结

第六章前冬季节特征及其与中国汛期降水的关系研究

6.1 前言

6.2 资料和方法

6.3 我国东部区域平均前冬季节特征

6.3.1 中国东部近40年前冬季节来临时间特征

6.3.2 中国东部近40年前冬季节结束时间特征

6.3.3 中国东部近40年前冬季节持续时间特征

6.3.4 中国东部近40年前冬季节典型度指数特征

6.3.5 中国东部近40年前冬季节峰值指数特征

6.4 我国东部区域平均汛期降水的变化特征

6.5 我国东部区域平均前冬季节特征与汛期降水的关系

6.5.1 前冬来临时间与汛期降水的相关关系

6.5.2 前冬结束时间与汛期降水的相关关系

6.5.3 前冬持续时间与汛期降水的相关关系

6.5.4 前冬典型度指数与汛期降水的相关关系

6.5.5 前冬峰度指数与汛期降水的相关关系

6.5.6 与我国汛期降水相关关系最为显著的前冬季节特征指数分析

6.5.7 前冬季节特征与夏季风指数的相关性

6.6 基于前冬季节特征相似年合成预测汛期降水

6.6.1 预测效果检验

6.6.2 前冬季节特征相似年份高度场和相对湿度场分布形势

6.7 相空间相似对夏季降水的预测

6.7.1 相空间相似预测方法的操作步骤

6.7.2 预测效果检验

6.8 小结

第七章基于中国东部前冬起始时间对次年中国夏季降水的预测和检验

7.1 前言

7.2 前冬季节开始时间与东亚季风的关系

7.3 前冬季节来临早晚与次年夏季中国降水的关系

2018 年中国夏季降水的预测'> 7.4 利用前冬季节开始时间对2012²018 年中国夏季降水的预测

7.5 小结

第八章总结与展望

参考文献

作者简历及已完成和发表的论文

致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王正

导师: 丑纪范,封国林

关键词: 多要素大气状态相似法,季节划分,年代际变化,夏季降水预测

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学,气象学

单位: 兰州大学

分类号: P45;P193

DOI: 10.27204/d.cnki.glzhu.2019.000035

总页数: 131

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