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(qiáng) 包 慶 穆松寧 陸日宇 朱 江

中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所 北京 100029

氣象災(zāi)害是影響我國(guó)最重要的自然災(zāi)害。研究表明，1994—2013 年我國(guó)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(duì)這些氣候異常作出預(yù)測(cè)，就可以盡早地采取相應(yīng)的措施，以減輕氣候?yàn)?zāi)害所帶來(lái)的嚴(yán)重后果[2]。短期氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)主要針對(duì)跨季度的溫度、降水及氣象災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)于防災(zāi)減災(zāi)有著重要的意義。

目前，國(guó)際上短期氣候預(yù)測(cè)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(guó)和韓國(guó)；② 建立統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行直接預(yù)測(cè)或?qū)?shù)值模式結(jié)果進(jìn)行動(dòng)力降尺度。由于中國(guó)地處東亞季風(fēng)區(qū)，影響我國(guó)氣候的因子眾多，數(shù)值模式對(duì)東亞氣候預(yù)測(cè)技巧低。統(tǒng)計(jì)模型依賴(lài)于預(yù)報(bào)因子與預(yù)報(bào)量關(guān)系的穩(wěn)定性。僅使用數(shù)值模式或統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行東亞地區(qū)的短期氣候預(yù)測(cè)都不能取得較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)信息。鑒于此，我國(guó)研究和業(yè)務(wù)部門(mén)發(fā)展了一套數(shù)值模式和統(tǒng)計(jì)模型相結(jié)合的預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

作為最早開(kāi)展短期氣候預(yù)測(cè)的研究機(jī)構(gòu)之一，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所（簡(jiǎn)稱(chēng)“大氣所”）早在 1989 年就利用氣候模式開(kāi)展了跨季度汛期降水距平預(yù)測(cè)，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(cè)方法、可信度和概率預(yù)測(cè)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(cè)系統(tǒng)[2]。目前，大氣所的短期氣候預(yù)測(cè)系統(tǒng)包括：ENSO（El Ni?o/Southern Oscillation）預(yù)測(cè)系統(tǒng)，大氣環(huán)流模式、海-氣耦合模式、統(tǒng)計(jì)模型和動(dòng)力-統(tǒng)計(jì)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(huì)對(duì)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(duì)流及降水分布被打亂，同時(shí)熱帶的異常信號(hào)通過(guò)大氣內(nèi)部動(dòng)力學(xué)過(guò)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(qiáng)迫，也是跨季度預(yù)測(cè)首要關(guān)注的信號(hào)。大氣所發(fā)展的 ENSO 大樣本集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)能夠提前 1 年預(yù)測(cè) ENSO 事件的形成、發(fā)展及衰亡過(guò)程，具有國(guó)際一流的預(yù)報(bào)技巧。大氣所的短期氣候預(yù)測(cè)首先由 ENSO 預(yù)測(cè)系統(tǒng)向數(shù)值模式和部分統(tǒng)計(jì)模型提供赤道太平洋地區(qū)的海溫演變。其次，在預(yù)測(cè)海溫異常的強(qiáng)迫下，利用數(shù)值模式和統(tǒng)計(jì)模型對(duì)大氣環(huán)流形勢(shì)預(yù)測(cè)。根據(jù)對(duì)大氣環(huán)流形勢(shì)的估計(jì)，結(jié)合多種模式和統(tǒng)計(jì)模型對(duì)氣溫、降水的預(yù)測(cè)，經(jīng)專(zhuān)家會(huì)商，最終給出預(yù)測(cè)意見(jiàn)，提供相關(guān)部門(mén)（圖 1）。經(jīng)過(guò)多年的預(yù)測(cè)實(shí)踐，這套預(yù)測(cè)系統(tǒng)預(yù)報(bào)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(lái)發(fā)展趨勢(shì)

圖 2 a 和圖 2 b 是大氣所 E N S O 預(yù)報(bào)系統(tǒng)和 FGOALS-f2 季節(jié)內(nèi)-季節(jié)預(yù)測(cè)平臺(tái)對(duì) Ni?o3.4 區(qū)海表溫度距平（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“海溫距平”）的預(yù)測(cè)，圖 2c 為大氣所 NZC-PCCSM4.0 預(yù)測(cè)的夏季太平洋海溫距平，起報(bào)時(shí)間為 2018 年 3 月?？梢钥闯?，模式均預(yù)測(cè) 2017 年秋冬季出現(xiàn)的 La Ni?a 事件將會(huì)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(cè)系統(tǒng)框圖

圖 2 中科院大氣所對(duì) ENSO 的預(yù)測(cè)

國(guó)家氣候中心監(jiān)測(cè)表明，2017 年 10 月開(kāi)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(cè)進(jìn)行了汛期滾動(dòng)預(yù)測(cè)。NZC-PCCSM4.0 和 FGOALS-f2 預(yù)測(cè)平臺(tái)的最新預(yù)測(cè)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(cè)和 3 月份 ENSO 演變趨勢(shì)的預(yù)測(cè)基本一致。

2 2018 年夏季氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)

我國(guó)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(zhǎng)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(guó)夏季降水和東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)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(cè)。2018 年 3 月，根據(jù)大氣所 ENSO 預(yù)測(cè)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(cè)，2018年夏季，長(zhǎng)江流域盛行偏北風(fēng)距平，我國(guó)北方地區(qū)盛行偏南風(fēng)距平。大氣所多個(gè)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(cè)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“基于CAS-ESM-C的預(yù)測(cè)系統(tǒng)”）、FGOALS-f2 預(yù)測(cè)平臺(tái)——及動(dòng)力降尺度方法也得到類(lèi)似的預(yù)測(cè)結(jié)果（圖 4）。最新的滾動(dòng)預(yù)測(cè)結(jié)果與 3 月的預(yù)測(cè)結(jié)果相似（圖 5）。這樣的風(fēng)場(chǎng)異常有利于東亞夏季風(fēng)正常略偏強(qiáng)。

研究表明，當(dāng)前期冬季南亞上空盛行西風(fēng)距平時(shí)，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(shí)，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(duì)比加大，東亞夏季風(fēng)偏強(qiáng)[4]。觀(guān)測(cè)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(qiáng)。表 1 為大氣所各數(shù)值模式和統(tǒng)計(jì)模型提供的 2018 年?yáng)|亞夏季風(fēng)的預(yù)測(cè)。可以看出，這些模式和模型均預(yù)測(cè)東亞夏季風(fēng)正常略偏強(qiáng)，有利于雨帶偏北。

圖 3 中科院大氣所對(duì) ENSO 的滾動(dòng)預(yù)測(cè)

圖 4 中科院大氣所數(shù)值模式對(duì) 2018 年夏季 850 hPa 風(fēng)場(chǎng)異常的預(yù)測(cè)起報(bào)時(shí)間為 2018 年 3 月

圖 5 中科院大氣所數(shù)值模式對(duì) 2018 年夏季 850 hPa 風(fēng)場(chǎng)異常的滾動(dòng)預(yù)測(cè)起報(bào)時(shí)間為 2018 年 5 月

表 1 大氣所數(shù)值模式和統(tǒng)計(jì)模型對(duì) 2018 年?yáng)|亞夏季風(fēng)強(qiáng)度的預(yù)測(cè)

西太平洋副熱帶高壓是影響我國(guó)夏季降水的最重要的環(huán)流系統(tǒng)之一。夏季，我國(guó)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(cè)系統(tǒng)預(yù)測(cè)，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(dòng)預(yù)測(cè)也支持這一結(jié)果（圖 7）。

我國(guó)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(dòng)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(shí)，華北地區(qū)易出現(xiàn)強(qiáng)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(cè)系統(tǒng)和 FGOALS-f2 預(yù)測(cè)平臺(tái)均預(yù)測(cè)，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(dòng)預(yù)測(cè)也得到類(lèi)似的預(yù)測(cè)結(jié)果（圖 9）。

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

除了海溫的影響，積雪是影響我國(guó)夏季氣候的另一個(gè)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(duì)偏冷，我國(guó)盛行偏南風(fēng)。冬季，海陸熱力對(duì)比相反，我國(guó)盛行偏北風(fēng)。當(dāng)冬季大陸積雪偏多時(shí)，春季至夏季融雪慢，大陸升溫慢，海陸熱力對(duì)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(guó)夏季降水的重要因子[11-14]。近年來(lái)的研究表明，冬季歐亞大陸北部新增雪蓋面積與我國(guó)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(shí)，我國(guó)江南至華南地區(qū)降水偏少。而且歐亞大陸新增雪蓋對(duì)我國(guó)的氣候的影響?yīng)毩⒂?ENSO 事件。監(jiān)測(cè)顯示，2017/2018 年冬，青藏高原積雪偏少，不利于長(zhǎng)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(cè) 2018 年夏季西北太平洋對(duì)流受抑制，不利于臺(tái)風(fēng)生成。大氣所還發(fā)展了基于年際增量的統(tǒng)計(jì)模型和動(dòng)力統(tǒng)計(jì)模型預(yù)測(cè)全年登陸臺(tái)風(fēng)數(shù)量。兩個(gè)模型均預(yù)測(cè) 2018 年登陸臺(tái)風(fēng)正常略偏少。

根據(jù)上述動(dòng)力數(shù)值模式結(jié)果和統(tǒng)計(jì)模型結(jié)果，我們預(yù)計(jì)，2018 年夏季（6—8月），全國(guó)總體形勢(shì)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(guó)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(guó)其余地區(qū)降水正常略偏少；登陸臺(tái)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(duì)夏季西太平洋副熱帶高壓的滾動(dòng)預(yù)測(cè)

圖 8 中科院大氣所數(shù)值模式對(duì)夏季 500 hPa 位勢(shì)高度距平場(chǎng)的預(yù)測(cè)起報(bào)時(shí)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(duì) ENSO 的預(yù)測(cè)，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(jì)汛期（2018 年 6—8月），全國(guó)總體形勢(shì)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(guó)其余地區(qū)降水正常略偏少；預(yù)計(jì)今年登陸臺(tái)風(fēng)數(shù)正常偏少。

圖 9 中科院大氣所數(shù)值模式對(duì)夏季 500 hPa 位勢(shì)高度距平場(chǎng)的滾動(dòng)預(yù)測(cè)起報(bào)時(shí)間為 2018 年 5 月。陰影部分如標(biāo)尺所示

圖 10 2018 年夏季我國(guó)降水趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖（臺(tái)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(qiáng)迫信號(hào)并不顯著，本文對(duì) 2018 年夏季中國(guó)氣候趨勢(shì)的預(yù)測(cè)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(cè)結(jié)果，及時(shí)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行訂正。

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

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

3 國(guó)家氣候中心. 全球海洋監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)簡(jiǎn)報(bào)（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.

4 張慶云, 陶詩(shī)言, 陳烈庭. 2003: 東亞夏季風(fēng)指數(shù)的年際變化與東亞大氣環(huán)流. 氣象學(xué)報(bào), 2003, 61(5): 559-568.

5 衛(wèi)捷, 楊輝, 孫淑清. 西太平洋副熱帶高壓東西位置異常與華北夏季酷暑. 氣象學(xué)報(bào), 2004, 62(2): 308-316.

6 衛(wèi)捷, 孫建華. 華北地區(qū)夏季高溫悶熱天氣特征的分析. 氣候與環(huán)境研究, 2007, 12(3): 453-463.

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.

9 史軍, 丁一匯, 崔林麗. 華東極端高溫氣候特征及成因分析. 大氣科學(xué), 2009, 33(2): 347-358.

10 張順利, 陶詩(shī)言. 青藏高原積雪對(duì)亞洲夏季風(fēng)影響的診斷及數(shù)值研究. 大氣科學(xué), 2001, 25(3): 372-390.

11 陳烈庭. 青藏高原異常雪蓋和ENSO在1998年長(zhǎng)江流域洪澇中的作用. 大氣科學(xué), 2001, 25(2): 184-192.

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

13 許立言, 武炳義. 歐亞大陸春季融雪量與東亞夏季風(fēng)的可能聯(lián)系. 大氣科學(xué), 2012, 36(6): 1180-1190.

14 楊秋明. 冬半年歐亞雪蓋變化對(duì)東亞環(huán)流的影響. 氣象學(xué)報(bào),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(guó)夏季氣候異常的關(guān)系. 大氣科學(xué), 2010, 34(1): 213-226.