中国夏季降水预测的能量互补模型（蔡尔诚）

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1、中国夏季降水预测的能量互补模型（蔡尔诚） 　　摘要：统计结果表明，冬季最大能量特征线(副热带高空西风急流轴)与夏季最小能量特征线(副高脊线)在长江流域上空9—15km近于重合，冬季高空西风急流轴位于夏季西太平洋副高588线的西北侧，即平均雨带附近。据此，可预测夏季主雨带。经1997-XX年实时预报，主雨带均无漏报。 　　关键词：夏季降水预测；冬夏能量互补；西风指数；副热带高压 　　中图分类号：P456．3文献标识码：A文章编号：1673—7148(XX)02—0027—03 引言 　　当代大气科学界处理短期气候预测的基本哲学思路是“分析的”，即将影响大气运动的全部环境条件划分为5个圈层(大气

2、、岩石、冰雪、生物与水圈)，逐个剖析各圈层间的相互作用与因果关系，然后用动力学或统计学手段将其拟合为气候变化模型。“分析法”的基本优点是每前进一步就能回答一个“为什么”，但由于宇宙间事物的普遍联系性，第一位原因的背后还有第二位、第三位……许多位原因，剖析愈深入(由宏观至微观)，问题也变得愈庞大和繁杂。难怪我国第一流的气象专家们对用数值模式解决短期气候预测这一“世界性难题”，得出了“需要漫长而大量的研究”的结论[1]。 　　人类认识自然的另一哲学思路是“综合法”，它着眼于各个圈层间相互加强、相互抵消后所形成的最终的“合力”的作用，而不追究各因子的相互作用。综合法难于说清“为什么”(常常只说“是

3、什么”)，更难做到的是宇宙间繁杂纷芸的众多过程(现象)中哪一个才是“合力”的真正表现。 　　笔者从1996年起开始“综合法”探索，目前，初步认识到气候系统各圈层间相互作用形成的制约大气运动的“合力”最终表现为大气层内能量分布由不均衡通过时空互补而达到平衡的过程，对于短期气候预测最有价值的是冬夏能量互补过程。 1平均状态下大气能量冬夏互补的表现形式 　　自对流层顶至平流层的高层大气中，全球有两个最大能量中心，分别位于南北半球。由冬(12—2月)至夏(6—8月)北半球最大能量区变为最小能量区，南半球则相反(见图1)口。这一能量冬夏互补过程推动了大气环流的冬夏变化。对北半球而言，能量变为最小的过程

4、恰为副热带高压向北扩张至最北位置的过程。 　　北半球的能量冬夏互补在中国表现为一种“线相关”：冬季最大能量的特征线(副热带高空西风急流轴)与夏季最小能量特征线(副高脊线)在长江流域上空9—15km近于重合(见图2)。这一事实，使得用冬季西风指数直接预测夏季副高成为可能[3-4]。 　　中国夏季主雨带是由500hPa上副热带高压的位置与形态决定，冬季200hPa左右高空急流轴与夏季高空副高脊线的能量互补关系反映到中空，表现为冬季高空西风急流轴位于夏季500hPa西太平洋副高的588线的西北侧(见图3)，也即在平均主雨带附近。据此，粗略地说，夏季主雨带是可以预测的。 　　高空能量互补关系“下传”

5、至中低空后，表现为冬季850hPa、700hPa、500hPa上西风急流指数的大值区(图4上排阴影区)和夏季5、6、7、8月由西太平洋副高与西风槽所形成的不同类型的辐合区相对应(图4上排阴影区内的粗实线)。通过辐合带对降水形成的作用，又分别与3种类型降水(按中央气象台划分)的正距平区(见图4下排)相对应，形成西风指数与降水的“面相关”。这样，从原理上讲，把主雨带具体为3类降水分布预测是可行的。它也表明，对远离副高的西风槽降水(东北区)效果较差。 2非平均状态下的预报实践 　　每年的大气状态对平均态(值)而言，总有不同程度的偏差，因此用图4预测夏季降水时有两个急需解决的技术问题[5]。 　　第

6、一，从大尺度看，冬季850、700、500hPa3个高度上的西风指数高值区较好地反映了夏季黄河以南降水正距平区的分布(东北区属西风槽降水，受副高影响小，故互补关系的预测能力弱)，但从较小尺度看仍有失误，例如700hPa上河南附近为西风指数低值区，常漏报此处Ⅱ型降水的正距平雨区。此种失误在非平均态预报实践中会扩大到何种程度?如何解决? 　　第二，中央气象台用46a资料得出3类平均态雨型，实际发生的雨型有的年份既似I型又似Ⅲ型，或者既似Ⅱ型又似Ⅲ型。因此如何从850、700、500hPa3层中选出最优预报指标层，成了十分关键的预报技巧。 　　笔者在对以上问题尚无认识和缺乏解决办法之前，已做了9年

7、(1997-XX)实时预报(见图5)，从中看出：①每年夏季最主要的一条多雨带基本无漏报，可见图2、3所揭示的互补关系年年都起作用。②Ⅱ型降水的2000、2003、1998年3年中，2年(2000和2003年)都漏报了河南雨区，这正是受了冬季平均700hPa河南上空不出现高值区的影响。经XX年设计出新的西风指数计算公式后，Ⅱ型降水的主雨带已可以较完整预报出来。③XX年出现了自南向北3条多雨带(华南、淮河、东北南