2018年夏季全國氣候趨勢展望

彭京備 布和朝魯 鄭 飛 陳 紅 郎咸梅 俞 越 林朝暉 張慶云 林壬萍李超凡 汪 君 田寶強 包 慶 穆松寧 陸日宇 朱 江

中國科學(xué)院大氣物理研究所 北京 100029

氣象災(zāi)害是影響我國最重要的自然災(zāi)害。研究表明，1994—2013 年我國因氣象災(zāi)害造成的死亡人口和直接經(jīng)濟(jì)損失占所有自然災(zāi)害的比例分別為 55% 和 87%[1]。若能較早地對這些氣候異常作出預(yù)測，就可以盡早地采取相應(yīng)的措施，以減輕氣候災(zāi)害所帶來的嚴(yán)重后果[2]。短期氣候趨勢預(yù)測主要針對跨季度的溫度、降水及氣象災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測，對于防災(zāi)減災(zāi)有著重要的意義。

目前，國際上短期氣候預(yù)測的通用做法有 2 種：① 發(fā)展大型數(shù)值模式，如歐洲、日本、美國和韓國；② 建立統(tǒng)計模型進(jìn)行直接預(yù)測或?qū)?shù)值模式結(jié)果進(jìn)行動力降尺度。由于中國地處東亞季風(fēng)區(qū)，影響我國氣候的因子眾多，數(shù)值模式對東亞氣候預(yù)測技巧低。統(tǒng)計模型依賴于預(yù)報因子與預(yù)報量關(guān)系的穩(wěn)定性。僅使用數(shù)值模式或統(tǒng)計模型進(jìn)行東亞地區(qū)的短期氣候預(yù)測都不能取得較準(zhǔn)確的預(yù)測信息。鑒于此，我國研究和業(yè)務(wù)部門發(fā)展了一套數(shù)值模式和統(tǒng)計模型相結(jié)合的預(yù)測系統(tǒng)。

作為最早開展短期氣候預(yù)測的研究機構(gòu)之一，中國科學(xué)院大氣物理研究所（簡稱“大氣所”）早在 1989 年就利用氣候模式開展了跨季度汛期降水距平預(yù)測，并獲得了初步的成功。隨后在此基礎(chǔ)上發(fā)展了一套海洋四維同化方法、海氣耦合積分方法、集合預(yù)測方法、可信度和概率預(yù)測方法以及訂正技術(shù)等，逐步建立和完善了大氣所跨季度短期氣候距平預(yù)測系統(tǒng)[2]。目前，大氣所的短期氣候預(yù)測系統(tǒng)包括：ENSO（El Ni?o/Southern Oscillation）預(yù)測系統(tǒng)，大氣環(huán)流模式、海-氣耦合模式、統(tǒng)計模型和動力-統(tǒng)計模型。ENSO 事件是指赤道中東太平洋海表溫度異常增暖或變冷。由于海洋巨大的熱容量，ENSO 事件會對大氣環(huán)流和全球氣候產(chǎn)生巨大影響。它不僅能導(dǎo)致熱帶地區(qū)正常的對流及降水分布被打亂，同時熱帶的異常信號通過大氣內(nèi)部動力學(xué)過程傳播，影響中高緯度大氣環(huán)流①http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/impacts/warm_impacts.shtml，是全球氣候年際變化的最主要外強迫，也是跨季度預(yù)測首要關(guān)注的信號。大氣所發(fā)展的 ENSO 大樣本集合預(yù)報系統(tǒng)能夠提前 1 年預(yù)測 ENSO 事件的形成、發(fā)展及衰亡過程，具有國際一流的預(yù)報技巧。大氣所的短期氣候預(yù)測首先由 ENSO 預(yù)測系統(tǒng)向數(shù)值模式和部分統(tǒng)計模型提供赤道太平洋地區(qū)的海溫演變。其次，在預(yù)測海溫異常的強迫下，利用數(shù)值模式和統(tǒng)計模型對大氣環(huán)流形勢預(yù)測。根據(jù)對大氣環(huán)流形勢的估計，結(jié)合多種模式和統(tǒng)計模型對氣溫、降水的預(yù)測，經(jīng)專家會商，最終給出預(yù)測意見，提供相關(guān)部門（圖 1）。經(jīng)過多年的預(yù)測實踐，這套預(yù)測系統(tǒng)預(yù)報效果逐步提高，趨于成熟。

1 2018年春夏季的赤道中東太平洋海溫狀態(tài)及未來發(fā)展趨勢

圖 2 a 和圖 2 b 是大氣所 E N S O 預(yù)報系統(tǒng)和 FGOALS-f2 季節(jié)內(nèi)-季節(jié)預(yù)測平臺對 Ni?o3.4 區(qū)海表溫度距平（以下簡稱“海溫距平”）的預(yù)測，圖 2c 為大氣所 NZC-PCCSM4.0 預(yù)測的夏季太平洋海溫距平，起報時間為 2018 年 3 月?？梢钥闯?，模式均預(yù)測 2017 年秋冬季出現(xiàn)的 La Ni?a 事件將會在 2018 年 4—5 月份之間結(jié)束，Ni?o3.4 區(qū)海溫將于 2018 年春季由負(fù)距平轉(zhuǎn)為正常位相（即海溫距平在 ±0.5℃ 之間）。

圖 1 中科院大氣所短期氣候預(yù)測系統(tǒng)框圖

圖 2 中科院大氣所對 ENSO 的預(yù)測

國家氣候中心監(jiān)測表明，2017 年 10 月開始的弱 La Ni?a 事件已于 2018 年 4 月結(jié)束[3]。2018 年 5 月，大氣所根據(jù)最新的海洋、大氣監(jiān)測進(jìn)行了汛期滾動預(yù)測。NZC-PCCSM4.0 和 FGOALS-f2 預(yù)測平臺的最新預(yù)測顯示，2018 年夏季，赤道中東太平洋為正常略偏暖狀態(tài)（圖 3）。目前海溫的演變與最新預(yù)測和 3 月份 ENSO 演變趨勢的預(yù)測基本一致。

2 2018 年夏季氣候趨勢預(yù)測

我國地處東亞季風(fēng)區(qū)，隨著季風(fēng)的向北推進(jìn)，夏季雨帶具有明顯的季節(jié)內(nèi)變化異常。一般可分為：華南前汛期（5 月中旬—6 月上旬）、長江梅雨期（6 月中旬—7 月中旬）和華北雨季（7 月下旬—8 月）。我國夏季降水和東亞夏季風(fēng)的強度密切相關(guān)。因此，我們首先關(guān)注東亞夏季風(fēng)的預(yù)測。2018 年 3 月，根據(jù)大氣所 ENSO 預(yù)測系統(tǒng)提供的海溫演變，大氣所 IAP-AGCM (2L)大氣環(huán)流模式、IAP-AGCM (9L)大氣環(huán)流模式和大氣所最近發(fā)展的 IAP-AGCM4.1 大氣環(huán)流模式預(yù)測，2018年夏季，長江流域盛行偏北風(fēng)距平，我國北方地區(qū)盛行偏南風(fēng)距平。大氣所多個海氣耦合模式——NZC-PCCSM4 耦合模式、基于中科院地球系統(tǒng)模式的短期氣候預(yù)測系統(tǒng)（以下簡稱“基于CAS-ESM-C的預(yù)測系統(tǒng)”）、FGOALS-f2 預(yù)測平臺——及動力降尺度方法也得到類似的預(yù)測結(jié)果（圖 4）。最新的滾動預(yù)測結(jié)果與 3 月的預(yù)測結(jié)果相似（圖 5）。這樣的風(fēng)場異常有利于東亞夏季風(fēng)正常略偏強。

研究表明，當(dāng)前期冬季南亞上空盛行西風(fēng)距平時，有利于冬季西風(fēng)帶偏北，南亞地區(qū)易發(fā)生冬季干旱。南亞地區(qū)冬季發(fā)生干旱時，有利于南亞大陸從春到夏增溫迅速和夏季南亞大陸偏暖，這樣有利于夏季海陸熱力對比加大，東亞夏季風(fēng)偏強[4]。觀測顯示，2018 年 2 月，南亞上空為偏西風(fēng)距平，有利于今夏東亞夏季風(fēng)偏強。表 1 為大氣所各數(shù)值模式和統(tǒng)計模型提供的 2018 年東亞夏季風(fēng)的預(yù)測。可以看出，這些模式和模型均預(yù)測東亞夏季風(fēng)正常略偏強，有利于雨帶偏北。

圖 3 中科院大氣所對 ENSO 的滾動預(yù)測

圖 4 中科院大氣所數(shù)值模式對 2018 年夏季 850 hPa 風(fēng)場異常的預(yù)測起報時間為 2018 年 3 月

圖 5 中科院大氣所數(shù)值模式對 2018 年夏季 850 hPa 風(fēng)場異常的滾動預(yù)測起報時間為 2018 年 5 月

表 1 大氣所數(shù)值模式和統(tǒng)計模型對 2018 年東亞夏季風(fēng)強度的預(yù)測

西太平洋副熱帶高壓是影響我國夏季降水的最重要的環(huán)流系統(tǒng)之一。夏季，我國東部的降水多發(fā)生在它的西北側(cè)。受其控制的地區(qū)，通常出現(xiàn)高溫晴熱天氣[5-9]。2018 年 3 月，IAP-AGCM (2L) 模式、IAP-AGCM4.1 和基于 CAS-ESM-C 的預(yù)測系統(tǒng)預(yù)測，夏季西太平洋副熱帶高壓正常偏弱（圖 6），有利于雨帶偏北。此外，大氣所 AGCM4.1 的滾動預(yù)測也支持這一結(jié)果（圖 7）。

我國夏季降水通常發(fā)生在北方冷空氣和南方暖濕空氣交綏處。北方冷空氣活動受中高緯度環(huán)流異常影響。如，當(dāng)貝加爾湖地區(qū)為一低壓槽，東北亞地區(qū)為一高壓脊時，華北地區(qū)易出現(xiàn)強降水。2018 年 3 月，IAP-AGCM (2L) 和 IAP-AGCM (9L) 模式、AGCM4.1、基于 CAS-ESM-C 的預(yù)測系統(tǒng)和 FGOALS-f2 預(yù)測平臺均預(yù)測，2018 年夏季，日本以東地區(qū)有正高度距平中心，有利于華北和東北南部降水偏多（圖 8）。滾動預(yù)測也得到類似的預(yù)測結(jié)果（圖 9）。

圖 6 中科院大氣所數(shù)值模式對夏季西太平洋副熱帶高壓的預(yù)測

除了海溫的影響，積雪是影響我國夏季氣候的另一個重要因子。海陸熱力差異是產(chǎn)生東亞季風(fēng)的直接成因。夏季，大陸偏暖，海洋相對偏冷，我國盛行偏南風(fēng)。冬季，海陸熱力對比相反，我國盛行偏北風(fēng)。當(dāng)冬季大陸積雪偏多時，春季至夏季融雪慢，大陸升溫慢，海陸熱力對比降低，夏季風(fēng)易于偏弱[10]。研究表明，歐亞大陸積雪和青藏高原積雪是影響我國夏季降水的重要因子[11-14]。近年來的研究表明，冬季歐亞大陸北部新增雪蓋面積與我國夏季氣候異常有顯著的關(guān)系[15]。當(dāng)冬季新增雪蓋面積偏大時，我國江南至華南地區(qū)降水偏少。而且歐亞大陸新增雪蓋對我國的氣候的影響?yīng)毩⒂?ENSO 事件。監(jiān)測顯示，2017/2018 年冬，青藏高原積雪偏少，不利于長江流域降水偏多；歐亞大陸北部新增雪蓋面積正常略偏少，有利于華南地區(qū)夏季降水偏多。

IAP-AGCM (9L) 模式預(yù)測 2018 年夏季西北太平洋對流受抑制，不利于臺風(fēng)生成。大氣所還發(fā)展了基于年際增量的統(tǒng)計模型和動力統(tǒng)計模型預(yù)測全年登陸臺風(fēng)數(shù)量。兩個模型均預(yù)測 2018 年登陸臺風(fēng)正常略偏少。

根據(jù)上述動力數(shù)值模式結(jié)果和統(tǒng)計模型結(jié)果，我們預(yù)計，2018 年夏季（6—8月），全國總體形勢為降水趨于常年。部分地區(qū)可能呈現(xiàn)偏多或偏少的情況。具體為，我國東北東部、華北大部、西北地區(qū)東部、江南大部、華南北部和中部降水正常略偏多，其中河套地區(qū)降水偏多 2—5 成，可能發(fā)生局地洪澇；我國其余地區(qū)降水正常略偏少；登陸臺風(fēng)數(shù)正常略偏少（圖 10）。

圖 7 中科院大氣所數(shù)值模式對夏季西太平洋副熱帶高壓的滾動預(yù)測

圖 8 中科院大氣所數(shù)值模式對夏季 500 hPa 位勢高度距平場的預(yù)測起報時間為 2018 年 3 月。陰影部分如標(biāo)尺所示

3 結(jié)論

根據(jù)大氣所對 ENSO 的預(yù)測，2018 年夏季，赤道中東太平洋的海溫將處于正常位相。在這樣的海溫背景下，預(yù)計汛期（2018 年 6—8月），全國總體形勢為降水趨于常年。部分地區(qū)可能呈現(xiàn)偏多或偏少的情況。具體為，東北東部、華北大部、西北地區(qū)東部、江南大部、華南北部和中部降水正常略偏多，其中河套地區(qū)降水偏多 2—5 成，可能發(fā)生局地洪澇；我國其余地區(qū)降水正常略偏少；預(yù)計今年登陸臺風(fēng)數(shù)正常偏少。

圖 9 中科院大氣所數(shù)值模式對夏季 500 hPa 位勢高度距平場的滾動預(yù)測起報時間為 2018 年 5 月。陰影部分如標(biāo)尺所示

圖 10 2018 年夏季我國降水趨勢預(yù)測圖（臺灣省詳細(xì)資料暫缺）陰影部分如標(biāo)尺所示

值得注意的是，目前海洋等重要外強迫信號并不顯著，本文對 2018 年夏季中國氣候趨勢的預(yù)測存在一定的不確定性。因此，我們將密切關(guān)注最新的海洋、大氣監(jiān)測結(jié)果，及時對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行訂正。

1 吳吉東, 傅宇, 張潔, 等. 1949—2013年中國氣象災(zāi)害災(zāi)情變化趨勢分析. 自然資源學(xué)報, 2014, 29(9): 1520-1530.

2 林朝暉, 李旭, 趙彥, 等. 中國科學(xué)院大氣物理研究所短期氣候預(yù)測系統(tǒng)的改進(jìn)及其對1998年全國汛期旱澇形勢的預(yù)測. 氣候與環(huán)境研究, 1998, 3(4): 52-61.

3 國家氣候中心. 全球海洋監(jiān)測預(yù)測簡報（2018年第23期）.[2018-05-18]. http://cmdp.ncc-cma.net/Monitoring/cn_enso_briefing.php?download=1&file=%C8%AB%C7%F2%BA%A3%D1%F3%BC%E0%B2%E2%D4%A4%B2%E2%BC%F2%B1%A8-%B5%DA23%C6%DA.pdf.

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7 鄒旭愷, 高輝. 2006年夏季川渝高溫干旱分析. 氣候變化研究進(jìn)展, 2007, 3(3): 149-153.

8 彭京備, 張慶云, 布和朝魯. 2006年川渝地區(qū)高溫干旱特征及其成因分析. 氣候與環(huán)境研究, 2007, 12(3): 464-474.

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12 陳烈庭, 吳仁廣.青藏高原雪蓋與我國季風(fēng)雨年際和年代際變化的關(guān)系, 東亞季風(fēng)和中國暴雨：慶賀陶詩言院士八十華誕.北京: 氣象出版社, 1998: 230-239.

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14 楊秋明. 冬半年歐亞雪蓋變化對東亞環(huán)流的影響. 氣象學(xué)報,1998, 56(5): 627-634.

15 穆松寧, 周廣慶. 冬季歐亞大陸北部新增雪蓋面積變化與中國夏季氣候異常的關(guān)系. 大氣科學(xué), 2010, 34(1): 213-226.