章基嘉，中国工程院院士，现任中国气象科学研究院研究员，南京气象学院教授，中国气象学会理事长。安徽绩溪人，1930年1月生。1951年毕业于上海交通大学物理系，1958年毕业于苏联列宁格勒水文气象学院研究生部，获地学科学副博士学位。先后从事气象教学、科研和组织领导工作，在大气环流和中长期天气预报、青藏高原对东亚环流和天气气候影响等方面有深入的研究。近年来，他和他领导的研究组完成的《青藏高原首次气象科学实验和研究》获国家自然科学三等奖，《长期天气预报的理论和方法研究》获中国气象局科技进步二等奖。

    长期天气预报是指对未来一个月或更长时间的天气预报。目前研究的重点是月和季的天气预报，它们是一类介于中期天气预报和短期气候变化预报之间的特定时间尺度的天气预报。从理论上讲，这种时间尺度的预报对初始条件仍相当敏感，但主要应处理好边界条件变化的影响，尤其是海洋热状况和陆面过程异常所产生的非绝热加热的影响，同时还应考虑来自上边界的太阳辐射等的变化。在大气内部主要由于不同尺度的大气波动相互作用和云的生消过程及其地理分布对大气热力—动力学的调控作用形成了复杂的正、负反馈机制，因此，长期天气预报本质上是在给定初始值和适当的边界条件下求解具有耗散结构的、大气和下垫面相耦合的全球非线性的热力—动力学偏微分方程组的科学问题。从实用上讲，目前制作长期天气预报的方法原则上可分为天气气候学、物理统计学和流体动力学的方法。自70年代以来，这三种方法出现了既有相对独立发展，又有相互结合的趋势，并力求以长期天气过程的全球性和非绝热性两个基本属性为其物理基础。显然，对于这样一个极其复杂的气象科学问题是要长时间努力才能逐步解决的。章基嘉在大气低频振荡和遥相关、大气环流异常及旱涝低温长期预报方法、影响长期天气过程的非大气因子和长期数值天气预报等方面进行了比较系统的研究，取得一批有理论意义和实用价值的成果。

    用线性化的涡度方程求解可以证明，对于不同尺度的天气预报应抓住相应尺度的主导系统。对于长期天气预报，主导系统在空间上表现为超长波，在时域上表现为低频振荡，尤其是20天左右和30～60天的振荡。经过带通滤波和谱分析，章基嘉和他的同事们发现，夏半年青藏高原及其邻近地区上空30～60天振荡具有最重要的谱峰值，其均方差占未经滤波的逐日变化均方差的40％以上，占大气低频变化部分均方差的60％以上；均方差高值中心位于高原中部和东部地区，在对流层上层高原以南具有斜压结构，高原以北具有相当正压结构；在对流层下层正好相反。在水平结构上表现出两支波列，具有驻波特点。即位相基本不变，能量向下游频散，他们的研究还发现，在30～60天振荡的峰值和谷值阶段，北半球500hpa和100hpa的大气环流型有明显差异，这种差异反映了高原上的低频振荡对北半球环流的影响。数值试验结果表明，在夏季流型下高原大地形的动力作用能激发出大气低频振荡，具有准定常Rossby波列的特点，冬半年最主要的振荡周期为20天左右，其均方差占未滤波的逐日变化和低频变化部分的均方差都在60％以上，高值中心位于高原中部，其垂直结构与夏半年相反，水平结构为只有一支经过高原的西南—东北向的波列，具有驻波特点，能量向东北方向频散。这些结果初步证明了由于青藏高原的特殊地形的动力作用和作为大气热源的非绝热加热作用，成为产生大气低频振荡的源地之一；而高原的动力和热力作用正是通过低频波列向下游频散能量影响着我国的天气变化。这些结果已经在兰州区域气象中心夏季水文气象长期预报业务方法中得到应用，取得了较好的效果。

    海洋热状况的异常是长期天气异常的重要强迫因子。为此他们用现代统计学中的主振荡型（POP）分析方法研究了最近40年热带太平洋海面温度（SST）月距平场时间序列的演变规律，发现主振荡型的共扼对子能恰当地描述厄尼诺（EINino）和反厄尼诺事件的振荡过程，其平均周期为39.3个月，与实况一致。此外，还求得了低纬环流（Walker环流和Hadley环流）、东亚夏季天气（温度和降水）的伴随相关型（ACP），给出了物理意义清楚的海气相互作用图象，加深了对厄尼诺事件与我国天气异常关系的认识。

    对热带太平洋和印度洋SST异常与大气环流异常关系的奇异值分析（SVD）发现，西太平洋暖池区SST的变化与热带中、东太平洋和印度洋的SST变化位相常常相反，并进而从理论上分析了热带大气对双热源的强迫的非线性定常响应的动力特征。

    乌拉尔山阻塞高压也是一种低频系统，对我国天气有重要影响。分析冬季乌拉尔山阻塞与SST异常的关系发现有三个关键区：即北太平洋热带东部地区，北大西洋中部区，阿留申群岛西南海区。用数值模式试验表明，这三个区域的异常加热激发出来的准定常Rossby波列有利于乌拉尔山阻塞的形成，为乌山阻塞的长期预报提供了一种依据。

    鉴于全球海洋热状况对长期天气过程的重要性，他们进一步利用COADS（全球海洋大气资料集）提供的全球海温资料计算和分析了全球87个海区月平均海温与北半球500hpa上576个格点的月平均非绝热热流量和温度场的遥相关空间分布型和时间滞后相关矩阵，发现特定海区的海温与大气非绝热热流量和温度之间存在由夏到冬和由冬到夏的确定的时空遥相关，指出夏季南印度洋、北太平洋西部的热带地区和西南太平洋的中纬度洋面是一些大尺度海气相互作用的活跃区，而在冬季南大西洋和南太平洋的一些海区变成了这样的活跃区。根据海气系统的时空遥相关关系建立了非绝热热流量和温度的预报模型，进行了非独立和独立资料的预报试验，结果表明这个预报模型作为6个月左右的长期预报的基础是可行的。

    研究表明，近40年来夏半年西太平洋副热带高压（以下简称副高）脊线位置呈现出两种明显的长期变化趋势：一种是11年左右的准周期振荡，另一种是位置偏南的气候趋势，并发现在南方涛动指数（SOI）和太阳黑子数的高值期，副高易偏南，反之易偏北。夏季各月当黑潮区在副高脊线北侧海温偏高，南侧海温偏低时，副高位置易偏北，反之易偏南，说明副高位置有避冷趋势，上述副高脊线位置的变动与我国汛期雨带的位置关系极大。他们还发现东亚中高纬度阻塞形势的建立和发展对我国夏季降水有非常大的影响，是造成夏季持久旱涝的主要环流条件之一。在东亚阻塞形势下西风带出现明显分支现象，副热带锋区显著偏南偏强，迫使副高位置异常偏南，造成我国西风带位置也显著偏南，特别是6～7月份出现这种形势常使梅雨期推迟，北方雨季不明显。夏季南亚高压位置及强度的变化对夏季我国广大地区的降水亦有明显影响。研究发现，当春季西风漂流区海温偏高，赤道冷水区海温偏低时，7～8月南亚高压的位置偏西偏北，反之，易偏东偏南。综上所述，我国夏季旱涝主要取决于三大环流系统，即北方的东亚阻塞，东部的西太平洋副热带高压脊和西部的南亚高压的位置、强度的异常和它们的相互配置。在这个基础上，再考虑太平洋中的厄尼诺事件和太阳黑子活动的位相等外部因素，并根据多年的实践经验，建立了我国夏季旱涝趋势预报的概念模型和方法，已于1990年在中央气象台使用，取得了良好的效果。

    低温是一种不可忽视的灾害性天气。极涡的位置和强度变化与我国气温变化的关系密切。为了定量地表示极涡活动的特征，他们根据近40年资料，计算了逐年逐月的极涡面积、强度和位置的指数，并研究了这些指数与我国大范围气温异常的关系。结果表明，冬季极涡面积指数与我国大部分地区的气温呈明显的负相关，但夏季呈负相关的区域仅限于东北和西北地区。这和乌拉尔山阻塞高压指数与我国气温的关系是一致的。极涡指数的谱分析表明，6个月左右的准周期变化最明显。此外，还发现极涡有明显的多年变化。50年代初为收缩期，60年代进入扩展期，70年代末又进入收缩期，两次收缩期相距约20年，这对分析短期气候变化是有意义的。分析表明，当冬季极涡偏弱，面积偏小，且副高也弱时，夏季极涡要转强，面积要扩大，东北地区夏季易出现低温冷害，反之则东北夏季不易出现低温。上述结果得到非定常地气耦合距平模式模拟试验和1976年实例计算的支持。极涡环流与下垫面冷热源异常分布有一定关系。当冬春欧亚大陆雪盖面积偏大时，未来春夏极涡面积也偏大，反之亦然。在上述极涡活动规律及其与我国气温关系的基础上，建立了线性和非线性的月、季气温等级预报方程，并已于1988年在中央气象台投入长期天气预报业务使用，其预报准确率明显超过气候预报和持续性预报。

    以上述规律性研究为依托，他们还研制成功适用于中央、省和地区气象台相结合的五种长期预报微机业务系统。由于系统结构合理，功能较齐全，自动化程度较高，便于扩充移植，已在全国气象、水文、部队等部门的40多个单位推广使用，发挥了很好的作用。
　　本文标题：章基嘉与中长期天气预报
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