2021年汛期氣候預(yù)測效果評述及先兆信號分析*

趙俊虎 陳麗娟,2 章大全

1 國家氣候中心，中國氣象局氣候研究開放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081 2 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210044

提 要： 2021年較準(zhǔn)確預(yù)測了我國汛期(5—9月)“氣候狀況總體為一般到偏差，旱澇并重，區(qū)域性、階段性旱澇災(zāi)害明顯，極端天氣氣候事件偏多，主要多雨區(qū)在我國北方”的總趨勢。準(zhǔn)確預(yù)測了海河流域局部、松花江流域、長江上游和下游可能有較重汛情。對夏季(6—8月)降水預(yù)測不足包括：預(yù)測的北方多雨的異常程度與實(shí)況存在偏差，即對降水極端性的預(yù)測能力有限；預(yù)測的西北地區(qū)東部和華南東部降水偏多、長江中游偏少與實(shí)況相反，對旱情預(yù)估不足。6月發(fā)布的盛夏(7—8月)預(yù)測，擴(kuò)大了北方多雨區(qū)范圍，預(yù)測長江中下游及其以北地區(qū)大范圍降水偏多，與實(shí)況更吻合。在2021年3月發(fā)布汛期預(yù)測前，重點(diǎn)考慮了太平洋十年際振蕩冷位相事件衰減、冬季青藏高原積雪異常偏少和北大西洋三極子正位相等多個先兆信號對東亞夏季風(fēng)的綜合影響，結(jié)合動力模式對夏季東亞大氣環(huán)流的預(yù)測信息，成功預(yù)測出東亞夏季風(fēng)偏強(qiáng)和主要多雨區(qū)在我國北方地區(qū)。而對東亞夏季風(fēng)環(huán)流季節(jié)內(nèi)變化和區(qū)域降水極端性的預(yù)測有較大偏差，外強(qiáng)迫信號和國內(nèi)外主要動力氣候模式對此的預(yù)測能力均有限。最后，將2021年外強(qiáng)迫信號及大氣環(huán)流與2020年做了對比，指出影響汛期降水因素的復(fù)雜性，還需深入開展相關(guān)研究。

引 言

在全球氣候變暖背景下，災(zāi)害性天氣氣候事件頻繁發(fā)生，在缺乏有效防災(zāi)減災(zāi)措施下，氣象災(zāi)害造成的損失將越來越嚴(yán)重(張慶云等，2008；IPCC，2021)。2020年10月12日，聯(lián)合國防災(zāi)減災(zāi)署(UNDRR)為紀(jì)念“國際減災(zāi)日”(10月13日)，發(fā)布了《2000—2019年災(zāi)害造成的人類損失》報(bào)告，報(bào)告指出，全球自然災(zāi)害總數(shù)在21世紀(jì)前20年大幅攀升，特別是氣候相關(guān)災(zāi)害數(shù)量出現(xiàn)驚人的增長，1980—1999年，全球與氣候相關(guān)的災(zāi)害有3 656起，而2000—2019年增至6 681起，極端天氣氣候事件在21世紀(jì)主導(dǎo)著災(zāi)害的格局。其中，洪水和風(fēng)暴仍是最高頻發(fā)生的災(zāi)害事件(UNDRR/CRED，2020)。

我國是全球天氣氣候?yàn)?zāi)害最為頻發(fā)的國家之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年氣候?yàn)?zāi)害所造成的損失占我國國民生產(chǎn)總值的2.7%左右(黃榮輝等，2006)。2020年長江流域和淮河流域發(fā)生嚴(yán)重洪澇，氣象災(zāi)害造成的農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)1 996萬hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3 681億元，其損失較近10年(2010—2019年)平均值偏多(中國氣象局，2021)。面對嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)，若能對這些旱澇事件做出較準(zhǔn)確的預(yù)測，就可以盡早地采取應(yīng)對措施，減輕旱澇等氣候?yàn)?zāi)害帶來的損失。由于夏季是我國多數(shù)地區(qū)的主要雨季，因此夏季旱澇的預(yù)測對我國的防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。同時如何提高對旱澇災(zāi)害機(jī)理的認(rèn)識和預(yù)測準(zhǔn)確率，也是我國大氣科學(xué)界永恒的重要研究課題之一(Chou and Xu，2001；丁一匯，2011)。

我國是全球開展短期氣候預(yù)測研究和業(yè)務(wù)工作最早的國家之一。從1954年開始正式發(fā)布相關(guān)的預(yù)測產(chǎn)品，經(jīng)過幾十年的科學(xué)研究和業(yè)務(wù)實(shí)踐，預(yù)測理論和預(yù)測方法均有顯著的提高：從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，到以數(shù)值模式為基礎(chǔ)的動力學(xué)預(yù)報(bào)(曾慶存等，1990；丁一匯等，2004；吳統(tǒng)文等，2013)，到多模式集合預(yù)測(Krishnamurti et al，1999；Wang et al，2009；康紅文等，2012；劉長征等，2013)，以及動力與統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的預(yù)測理論和方法(丑紀(jì)范，1986；黃建平和王紹武，1991；李維京和陳麗娟，1999；陳麗娟等，2003；任宏利和丑紀(jì)范，2005；王會軍等，2008；鄭志海等，2009；顧偉宗等，2009；封國林等，2013；2015；李維京等，2013；趙俊虎等，2015)。我國短期氣候預(yù)測的科技水平、業(yè)務(wù)能力和現(xiàn)代化程度都有了顯著提升，為國家和政府部門的防汛抗旱和防災(zāi)減災(zāi)提供了科技支撐(李維京，2012；宋連春等，2013；賈小龍等，2013)。

受東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜性的影響，我國是短期氣候預(yù)測難度最大的國家之一。夏季旱澇受到多因子、多時間尺度的復(fù)雜影響，每年的預(yù)測信號強(qiáng)弱不同造成可預(yù)報(bào)性有差異，且目前動力氣候模式對東亞夏季風(fēng)和降水的刻畫仍不夠完善，導(dǎo)致預(yù)測技巧穩(wěn)定性有限。因此，加強(qiáng)氣候異常成因機(jī)理的研究和預(yù)測技術(shù)的總結(jié)分析，對提高短期氣候預(yù)測水平，增強(qiáng)我國防災(zāi)減災(zāi)能力有重要的理論意義和應(yīng)用價值。近年來，國家氣候中心每年都組織汛期預(yù)測團(tuán)隊(duì)，及時分析汛期氣候異常的成因(司東等，2016；袁媛等，2017；鄭志海和王永光，2018；顧薇和陳麗娟，2019；Chen et al，2019；丁婷和高輝，2020；劉蕓蕓等，2021b)，并加強(qiáng)預(yù)測效果評估和預(yù)測信號總結(jié)(陳麗娟等，2013；2016；2019a；柯宗建等，2014；孫林海等，2015；高輝等，2017；王永光和鄭志海，2018；丁婷和高輝，2020；劉蕓蕓等，2021a)。以期逐步積累認(rèn)知，提高短期氣候預(yù)測水平和服務(wù)能力。

2021年夏季我國天氣氣候極為異常，雖然全國平均降水量接近常年同期并略偏多，但旱澇空間分布差異很大，主要多雨區(qū)在我國北方，長江中下游及其以北大部分地區(qū)降水偏多，雨型分布不是傳統(tǒng)認(rèn)識上的四類雨型(孫林海等，2005)。3月發(fā)布夏季預(yù)報(bào)強(qiáng)調(diào)主要多雨區(qū)在我國北方，但是未能準(zhǔn)確預(yù)測長江中游降水偏多。這與當(dāng)時對異常先兆信號的分析和認(rèn)識有關(guān)。6月訂正時擴(kuò)大了北方多雨區(qū)范圍，預(yù)測長江及其以北地區(qū)大范圍偏多。此外，夏季降水的季節(jié)內(nèi)變率大，極端性降水和高溫事件頻發(fā)，臺風(fēng)強(qiáng)度總體為中等到偏弱(趙俊虎等，2022)。本文首先回顧了對2021年汛期降水、東部雨季進(jìn)程、熱帶氣旋、氣溫等主要變量的預(yù)測效果，然后總結(jié)了發(fā)布汛期預(yù)測前重點(diǎn)考慮的多時間尺度先兆信號以及這些信號的實(shí)際應(yīng)用情況，最后就季節(jié)氣候預(yù)測的可預(yù)報(bào)性和今后需要深入研究的問題進(jìn)行了討論。

1 資 料

本文使用的資料包括：中國氣象局國家氣象信息中心整編發(fā)布的“中國地面基本氣象要素日值數(shù)據(jù)集(V3.0)”，包含中國2 474個基本氣象站、基準(zhǔn)氣象站、一般氣象站1951年1月以來逐日氣溫和降水量觀測資料(任芝花等，2012)；美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP)和美國國家大氣研究中心(NCAR)發(fā)布的大氣環(huán)流再分析資料(Kalnay et al，1996)，水平分辨率為2.5°×2.5°；美國NOAA提供的全球逐月海溫資料(Reynolds et al，2007)，水平分辨率為2°×2°；大氣環(huán)流和海溫資料時間長度均為1948年1月至2021年8月。文中前冬指上一年12月至當(dāng)年2月，春季為當(dāng)年3—5月，夏季為當(dāng)年6—8月。氣候常年值為1981—2010年的平均值。

動力氣候模式資料包括目前短期氣候預(yù)測業(yè)務(wù)上常用的國內(nèi)外三個短期氣候預(yù)測模式：(1)國家氣候中心第二代季節(jié)預(yù)測模式系統(tǒng)BCC-CSM1.1m 模式(吳統(tǒng)文等，2013)，垂直方向?yàn)?6層，氣候態(tài)為1991—2010年；(2)NCEP第二代氣候預(yù)測系統(tǒng)模式(以下簡稱CFSv2；Saha et al， 2014)，模式分辨率為1.0°×1.0°，氣候態(tài)為1982—2010年；(3)歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心第四代耦合模式(以下簡稱ECMWF4；Kim et al，2012)，模式分辨率為1.5°×1.5°，氣候態(tài)為1981—2010年。本文選用張慶云等(2003)定義的東亞夏季風(fēng)指數(shù)，Wang et al(2000)定義的菲律賓反氣旋指數(shù)。西北太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)各指數(shù)采用劉蕓蕓等(2012)定義的方法計(jì)算。文中部分圖形出自國家氣候中心開發(fā)的“氣象災(zāi)害影響評估系統(tǒng)”和“氣候與氣候變化監(jiān)測預(yù)測系統(tǒng)”。積雪面積資料源自美國Rutgers大學(xué)(http:∥climate.rutgers.edu/snowcover/)。

2 2021年夏季氣候預(yù)測效果評估

2021年的汛期氣候預(yù)測比較成功，較準(zhǔn)確預(yù)測了汛期(5—9月)“我國氣候狀況總體為一般到偏差，旱澇并重，區(qū)域性、階段性旱澇災(zāi)害明顯，極端天氣氣候事件偏多，主要多雨區(qū)在我國北方”的總趨勢；準(zhǔn)確預(yù)測了我國東部雨季進(jìn)程(華南前汛期、梅雨和華北雨季的開始時間及強(qiáng)度)、氣溫和臺風(fēng)活動的趨勢。

2.1 降 水

2021年夏季(6—8月)，全國的平均降水量為334.1 mm，較常年同期偏多2.7%。但旱澇分布有明顯的空間差異，我國東部降水異常主要呈現(xiàn)長江中下游及其以北大部地區(qū)偏多、以南偏少的“北澇南旱”型分布。其中內(nèi)蒙古中東部、東北西部、華北東部、黃淮、江淮、江漢、江南東部、西南地區(qū)東北部、新疆西南部等地降水偏多2成至1倍；華南大部、江南南部、新疆、西北地區(qū)東北部偏少2成以上(圖1a)。

對比實(shí)況(圖1a)與3月底發(fā)布的預(yù)報(bào)(圖1b)可見，2021年夏季預(yù)報(bào)準(zhǔn)確預(yù)測了“我國北方降水偏多”的特征。內(nèi)蒙古、東北大部、華北大部、黃淮北部、江南東部、西南西部等地降水偏多，而西北大部、江南西部降水偏少與實(shí)況一致；并準(zhǔn)確預(yù)測了海河流域局部、松花江流域、長江上游和下游可能有較重汛情。不足之處有兩點(diǎn)：一是對北方多雨的異常程度預(yù)測與實(shí)況偏差較大。預(yù)測華北和東北等地降水偏多1～2成，局部地區(qū)偏多2～5成；而實(shí)況北方降水偏多區(qū)域普遍偏多2成至1倍，其中河南北部、新疆西部等地偏多1～2倍，局地偏多2倍以上，即對降水的極端性估計(jì)不足。二是對西北地區(qū)東部、華南東部、長江中游的預(yù)測和實(shí)況相反，由于北方雨季的延遲，9月西北地區(qū)東部的降水明顯增強(qiáng)，因此對汛期整體而言，主要是對華南的干旱估計(jì)不足。長江中下游梅雨期降水強(qiáng)度偏弱，8月出現(xiàn)罕見的“倒黃梅”天氣，導(dǎo)致長江中下游地區(qū)降水異常偏多。在6月底對盛夏(7—8月)的滾動預(yù)報(bào)中做了及時訂正，擴(kuò)大了北方多雨區(qū)范圍，預(yù)測長江中下游及其以北地區(qū)大范圍降水偏多，新疆中東部、華南北部至江南南部降水偏少(圖2b)，與實(shí)況較一致(圖2a)；但是對華南南部的預(yù)測仍與實(shí)況偏差較大，旱情估計(jì)不足。

圖1 2021年汛期(6—8月)降水距平百分率實(shí)況(a)和3月底發(fā)布的季節(jié)預(yù)報(bào)(b)Fig.1 Observed precipitation anomaly percentages in the flood season (June-August) of 2021 (a) and corresponding seasonal predictions isssued at the ends of March in 2021 (b)

圖2 2021年盛夏(7—8月)降水距平百分率實(shí)況(a)和6月底發(fā)布的預(yù)報(bào)(b)Fig.2 Observed precipitation anomaly percentages in the mid-summer (July-August) of 2021 (a) and corresponding seasonal predictions isssued at the ends of June in 2021 (b)

2.2 我國東部汛期雨季進(jìn)程

表1 2021年汛期中國東部雨季進(jìn)程的預(yù)測與實(shí)況Table 1 Prediction and observation of the process of rainy season in eastern China in the flood season of 2021

2.3 熱帶氣旋

表2給出了2021年6—8月在西北太平洋和南海地區(qū)的熱帶氣旋(臺風(fēng))各特征量的實(shí)況與預(yù)測結(jié)果。實(shí)況顯示，2021年夏季西北太平洋編號及登陸我國臺風(fēng)個數(shù)(9個，3個)均比常年同期(11.2個，4.6個)偏少。登陸臺風(fēng)路徑以西行和北上為主。生成臺風(fēng)中有3個強(qiáng)度達(dá)到臺風(fēng)級別，另外6個為熱帶風(fēng)暴，平均強(qiáng)度總體為中等到偏弱。

表2 2021年汛期熱帶氣旋的預(yù)測與實(shí)況Table 2 Prediction and observation of tropical cyclone features over the Western North Pacific and the South China Sea in the flood season of 2021

準(zhǔn)確預(yù)測了夏季臺風(fēng)強(qiáng)度趨勢和盛行路徑，尤其是預(yù)測“盛夏可能有北上臺風(fēng)明顯影響我國”，與實(shí)況一致。2021年第6號強(qiáng)臺風(fēng)煙花于7月18日編號，登陸前為河南特大暴雨提供了充足的水汽；分別于7月25日和26日在浙江舟山和平湖登陸，成為1949年以來首個在浙江省內(nèi)兩次登陸的臺風(fēng)，登陸后一路北上，先后給華東、華北和東北西南部帶來大風(fēng)和強(qiáng)降水，最后在渤海灣減弱為熱帶低壓，7月30日停止編號。

2.4 氣 溫

2021年夏季，全國平均氣溫較常年同期偏高0.8℃，為1961年以來第六高。除內(nèi)蒙古中部局部、華北北部、東北西南部等地氣溫較常年略偏低外，全國其余大部地區(qū)氣溫接近常年同期或偏高，其中東北東部、西北中東部、西藏大部、西南西部、江南西部等地偏高1～2℃(圖3a)。我國中東部出現(xiàn)7次階段性區(qū)域高溫天氣過程，導(dǎo)致高溫區(qū)域發(fā)生的階段性變化明顯，而季節(jié)平均特征不突出。

2021年3月底發(fā)布預(yù)測指出“夏季全國大部地區(qū)氣溫偏高，黃淮、江淮、江漢、江南大部、新疆北部等地區(qū)高溫(≥35℃)日數(shù)較常年同期偏多，可能出現(xiàn)階段性高溫?zé)崂?，東北地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)性低溫的可能性較小”，見圖3b夏季的氣溫預(yù)測體現(xiàn)出全國氣溫偏高以及我國南方和新疆高溫日數(shù)偏多等主要趨勢特征，與實(shí)況一致。不足之處是對華北北部和川渝局部地區(qū)氣溫預(yù)測與實(shí)況有偏差。

圖3 同圖1，但為氣溫距平Fig.3 Same as Fig.1, but for air temperature anomaly

3 2021年汛期預(yù)測先兆信號及應(yīng)用

2021年發(fā)布汛期預(yù)測前對氣候系統(tǒng)先兆信號進(jìn)行了全面梳理，并對動力氣候模式預(yù)測技巧進(jìn)行了評估，提取了部分有效信息。首先分析了預(yù)報(bào)對象和預(yù)報(bào)因子的多時間尺度特征及聯(lián)系，從年代際尺度、年際尺度和次季節(jié)尺度等多方面進(jìn)行診斷，并在不同超前時段提供詳略不同的預(yù)測信息：2月至3月底給出汛期氣候趨勢展望；4—6月，根據(jù)亞洲夏季風(fēng)的季節(jié)推進(jìn)特征，對汛期氣候趨勢進(jìn)行訂正，同時提供雨季進(jìn)程特征預(yù)測。

3.1 年代際尺度先兆信號

預(yù)報(bào)對象和預(yù)報(bào)因子的年代際尺度特征是預(yù)報(bào)員進(jìn)行氣候預(yù)測時首先關(guān)注的內(nèi)容。我國汛期主雨帶有明顯的年代際變化特征(陳麗娟等，2013)，這與北太平洋十年際振蕩(Pacific decadal oscillation，PDO)冷暖位相的變化有密切的聯(lián)系。在PDO冷位相期，東亞夏季風(fēng)偏強(qiáng)，副高偏北，華北地區(qū)降水異常偏多(朱益民和楊修群，2003；李剛等，2020)。監(jiān)測顯示2017年7月，PDO指數(shù)由正轉(zhuǎn)負(fù)，至2021年2月期間，大部分月份為明顯的負(fù)值(圖4)，即PDO處于冷位相。2017—2020年，我國北方有一條明顯的多雨帶，與PDO的冷位相特征吻合(王永光和鄭志海，2018；陳麗娟等，2019a；丁婷等，2020；劉蕓蕓等，2021b)。2021年3月PDO指數(shù)為-1.67，結(jié)合動力氣候模式對全球海溫的預(yù)測，預(yù)計(jì)2021年全年P(guān)DO將維持明顯的冷位相，即PDO冷位相的影響將持續(xù)或加強(qiáng)，可以作為年代際尺度的主導(dǎo)信號，可能對年際變化有明顯的調(diào)制作用。后期PDO指數(shù)的監(jiān)測顯示，至2021年8月，PDO指數(shù)一直維持在-1.0以下，證明當(dāng)初的判斷是正確的。而華北大部降水明顯偏多，其中可能有年代際尺度信號的貢獻(xiàn)。

圖4 2000年1月至2021年8月PDO指數(shù)逐月演變Fig.4 Monthly PDO indices from January 2000 to August 2021

3.2 年際尺度先兆信號

圖5 2020年1月至2021年8月逐月海溫指數(shù)(a)，2021年3月多模式起報(bào)的逐月指數(shù)(b)，1981—2021年前冬青藏高原積雪面積距平百分率(c)Fig.5 The monthly variation of SST index from January 2020 to August 2021 (a), multi-model prediction of monthly indices (b), and percentage of the Tibetan Plateau snow cover area anomaly in pre-winter from 1981 to 2021 (c)

圖衰減年我國夏季2 400個站降水距平百分率合成圖(a)北方型，(b)中間型，(c)南方型，(d)全國多雨型(打十字區(qū)域通過了0.05顯著性水平檢驗(yàn))Fig.6 The summer precipitation anomaly percentage compositions of La decaying years (a) northern China rainfall pattern years, (b) intermediate rainfall pattern years, (c) southern China rainfall pattern years, (d) wetter rainfall pattern years(Cross represents those having passed the significance test at 0.05 level)

圖7 衰減且春季NAT為正位相年衰減且前冬青藏高原積雪偏少年(b)的夏季850 hPa風(fēng)場距平合成圖，以及2021年夏季850 hPa風(fēng)場距平實(shí)況(c)(C:氣旋，AC：反旋)Fig.7 Composites of summer 850 hPa wind anomalies in years of La decaying with positive phase of NAT in spring (a) and La decaying with the less snow in pre-winter in Tibetan Plateau (b), observed summer 850 hPa wind anomaly in summer 2021 (c)(C: cyclone, AC: anticyclone)

3.3 動力氣候模式的預(yù)測

汛期預(yù)測中除物理診斷外，還重點(diǎn)參考了國內(nèi)外主流動力氣候模式3月起報(bào)的夏季預(yù)測結(jié)果。國家氣候中心BCC_CSM1.1m模式預(yù)測2021年夏季 500 hPa東北半球高度場均為正距平分布，北半球極渦較常年同期偏弱，歐亞中緯度高度場為顯著的正距平，中心位于烏拉爾山和鄂霍次克海地區(qū)，有利于阻塞高壓偏強(qiáng)，副熱帶西北太平洋地區(qū)高度場為正值，但是略強(qiáng)于氣候態(tài)，有利于副高強(qiáng)度略偏強(qiáng)、位置偏北(圖8b)。美國CFSv2模式(圖8c)和歐洲ECMWF5模式(圖8d)對東北半球環(huán)流的預(yù)測與國家氣候中心類似。與實(shí)況(圖8a)對比可見，上述動力模式預(yù)測的夏季平均的500 hPa高度場距平，除了極區(qū)趨勢與實(shí)況相反外，其余大部分地區(qū)與實(shí)況較為一致。BCC_CSM1.1m模式預(yù)測2021年夏季西北太平洋副熱帶地區(qū)為氣旋性距平環(huán)流，我國長江中下游地區(qū)及其以北為東南風(fēng)距平(圖略)。CFSv2模式預(yù)測西北太平洋副熱帶地區(qū)為明顯的氣旋性距平環(huán)流，日本島及其以北為反氣旋性距平環(huán)流(圖略)。ECMWF5模式與CFSv2模式預(yù)測結(jié)果相似，但西北太平洋副熱帶地區(qū)的氣旋性距平環(huán)流及以北地區(qū)的反氣旋性距平環(huán)流位置相對偏南，我國長江中下游地區(qū)及其以北為東南風(fēng)距平(圖略)，與觀測風(fēng)場最為接近。

圖8 2021年夏季500 hPa位勢高度場和3月多模式預(yù)測場(a)實(shí)況，(b)BCC_CSM1.1m模式，(c)CFSv2模式，(d)ECMWF5模式(等值線：位勢高度，填色：位勢高度距平，單位：gpm)Fig.8 Observaed 500 hPa geopotential height and its anomaly in summer 2021 (a) and seasonal prediction field initiated from March 2021 by BCC_CSM1.1m (b), CFSv2 (c) and ECMWF5 (d), respectively (solid line: geopotential height, colored: anomaly, unit: gpm)

通過對PDO、海溫和積雪等主要先兆信號的綜合分析，并結(jié)合國內(nèi)外主流動力氣候模式的預(yù)測結(jié)果，預(yù)測2021年東亞夏季風(fēng)偏強(qiáng)，副高偏北，有利于多雨區(qū)位于我國北方地區(qū)。這是支持2021年汛期降水趨勢預(yù)測成功的主要依據(jù)。

3.5 夏季降水預(yù)測不足的原因分析

基于外強(qiáng)迫先兆信號和動力氣候模式在3月起報(bào)的夏季環(huán)流信息，有利于預(yù)測東亞夏季風(fēng)偏強(qiáng)和我國北方降水偏多的特征。但是預(yù)測也有不足之處：首先是今年夏季降水的極端性突出，而在提前2～3個月通過海溫、積雪等特征以及動力氣候模式很難準(zhǔn)確獲得極端性信息。如何進(jìn)一步提取季節(jié)尺度中的極端性特征、分析可預(yù)報(bào)性，并提供相應(yīng)的預(yù)測服務(wù)是需要深入研究的內(nèi)容。其次是對西北地區(qū)東部、華南東部、長江中游的預(yù)測和實(shí)況相反，主要原因是受到夏季風(fēng)季節(jié)內(nèi)變率的影響。由于北方雨期的延長，西北地區(qū)東部的降水在6—8月偏少，但是9—10月明顯增強(qiáng)。長江中下游梅雨期降水強(qiáng)度偏弱，但是8月出現(xiàn)罕見的“倒黃梅”天氣，導(dǎo)致長江中下游地區(qū)降水異常增多，整個夏季的降水異常較氣候值偏多。而華南的干旱也是與后汛期降水不足有關(guān)，尤其是8月臺風(fēng)不活躍，導(dǎo)致前汛期的干旱持續(xù)到后汛期。

動力氣候模式對于夏季風(fēng)季節(jié)內(nèi)變率的預(yù)測有一定的技巧，但是在提前2～3個月的預(yù)測還是有限。國內(nèi)外多個模式3月起報(bào)的集合預(yù)測結(jié)果顯示：2021年6—8月各月副高強(qiáng)度接近常年(圖9a)，各月副高脊線均偏北，其中8月偏北近2個緯度(圖9b)，各月菲律賓反氣旋指數(shù)均為負(fù)值(圖9c)，各月東亞夏季風(fēng)均偏強(qiáng)(圖9d)。即模式預(yù)測季節(jié)內(nèi)環(huán)流主要特征沒有明顯的轉(zhuǎn)折。而實(shí)況顯示8月副高強(qiáng)度異常偏強(qiáng)偏南、菲律賓反氣旋偏強(qiáng)、東亞夏季風(fēng)偏弱，這是導(dǎo)致長江流域降水異常偏多、華南降水持續(xù)偏少的重要原因(趙俊虎等，2022)。與實(shí)況相比，動力氣候模式在東亞夏季風(fēng)季節(jié)進(jìn)程上的預(yù)測偏差較大，尤其是8月預(yù)測與實(shí)況完全相反，從而導(dǎo)致根據(jù)季節(jié)和逐月的環(huán)流特征低估了長江中下游地區(qū)的降水強(qiáng)度和華南的旱情程度。

圖9 2021年3月起報(bào)的逐月副高強(qiáng)度指數(shù)(a)、副高脊線指數(shù)(b)、菲律賓反氣旋指數(shù)(c)和東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度指數(shù)(d；張慶云等，2003)Fig.9 The multi-model prediction of monthly atmospheric circulation indices initiated from March 2021, including intensity (a) and ridge line (b) indices of western Pacific subtropical high, the Philippine Sea anomalous anticyclone index (c) and the intensity index of East Asian summer monsoon (d; Zhang et al, 2003)

此外，動力氣候模式直接預(yù)測的夏季降水距平百分率(圖10)也顯示了“長江以北多，東南沿海多”

圖10 BCC_CSM1.1m模式(a)，CFSv2模式(b)和ECMWF5模式(c)于2021年3月起報(bào)的2021年夏季降水距平百分率(單位：%)Fig.10 Prediction of precipitation anomaly percentage in summer 2021 by BCC_CSM1.1m (a), CFSv2 (b) and ECMWF5 (c) initiated from March 2021(unit: %)

的降水異常特征，BCC_CSM1.1m模式預(yù)測我國西北地區(qū)中東部降水偏多、長江下游降水偏少(圖10a)，CFSv2模式預(yù)測西北地區(qū)中東部降水偏多、長江中游降水偏少(圖10b)，ECMWF5模式預(yù)測長江下游降水偏少、華南南部降水偏多(圖10c)，上述預(yù)測結(jié)果與實(shí)況均有不一致的地方，顯示了動力模式預(yù)測的有限性。而在6月對盛夏進(jìn)行滾動預(yù)測時，有利于長江流域降水偏多的信號有所顯示(圖略)，因此對季節(jié)內(nèi)變率的預(yù)測顯示了初值的重要性。

4 結(jié)論與討論

2021年汛期較準(zhǔn)確預(yù)測了“我國氣候狀況總體為一般到偏差，旱澇并重，區(qū)域性、階段性旱澇災(zāi)害明顯，極端天氣氣候事件偏多，主要多雨區(qū)在我國北方”的總趨勢。準(zhǔn)確預(yù)測了海河流域局部、松花江流域、長江上游和下游可能有較重汛情，及華南前汛期開始時間較常年偏晚、強(qiáng)度弱，梅雨開始偏早、強(qiáng)度弱，華北雨季開始偏早、強(qiáng)度強(qiáng)等季節(jié)進(jìn)程。對全國氣溫偏高趨勢以及高溫?zé)崂税l(fā)生區(qū)域、臺風(fēng)強(qiáng)度和路徑等主要特征的預(yù)測與實(shí)況一致。汛期預(yù)測的不足之處主要是對北方多雨的異常程度、極端性估計(jì)不足；對華南大部的預(yù)測和實(shí)況相反，旱情估計(jì)不足。6月發(fā)布的盛夏預(yù)測及時做了訂正，擴(kuò)大了北方多雨區(qū)范圍，預(yù)測長江中下游及其以北地區(qū)大范圍降水偏多，與實(shí)況較一致。

通過對2021年汛期預(yù)測分析，并結(jié)合近幾年汛期旱澇異常及預(yù)測檢驗(yàn)，還有很多亟待解決的科學(xué)問題：

(2)需科學(xué)評估全球變暖背景下極端天氣氣候事件發(fā)生的規(guī)律及對季節(jié)尺度氣候異常的可能影響。氣候變暖對今年汛期降水異常性的貢獻(xiàn)還需要深入研究，但在全球變暖的大背景下，全球極端天氣氣候事件有增多增強(qiáng)趨勢，其影響越來越顯著。2021年夏季，全球多次出現(xiàn)極端天氣氣候事件，北美西部于6月下旬到7月上旬發(fā)生了極端高溫?zé)崂颂鞖?，西歐于7月上中旬發(fā)生嚴(yán)重洪澇災(zāi)害。我國夏季氣候也出現(xiàn)了明顯的階段性、區(qū)域性、極端性等特征：6月至7月初，東北冷渦異?；钴S，導(dǎo)致內(nèi)蒙古東部和黑龍江降水異常偏多，黑龍江流域出現(xiàn)嚴(yán)重汛情；7月17—22日，河南發(fā)生特大暴雨洪澇災(zāi)害；25日強(qiáng)臺風(fēng)煙花在浙江登陸并北上，給我國東部地區(qū)帶來較大的風(fēng)雨災(zāi)害；而8月長江中下游地區(qū)則出現(xiàn)了強(qiáng)度較強(qiáng)、持續(xù)時間較長的“倒黃梅”天氣。因此，在未來的汛期預(yù)測中，需要及時組織開展次季節(jié)尺度的災(zāi)害性極端天氣氣候事件預(yù)測及可能的影響，科學(xué)評估并提供滾動預(yù)測，以更好地滿足氣候預(yù)測服務(wù)需求。