索马里越赤道气流的变化特征及其对西北地区东部夏季降水的影响*

利用NECP/NOAA再分析资料,建立了越赤道气流强度的表征指标,分析了索马里越赤道气流的变化特征及其与西北地区东部夏季降水的相关性,并从大气环流和水汽输送方面初步探讨了索马里越赤道气流对西北地区东部降水的影响。研究表明:索马里越赤道气流呈增强的趋势。夏季索马里越赤道气流强度有10、14、23 a的变化周期,且与西北地区东部降水有很好的相关性,尤其6月超过99%的置信度检验;索马里越赤道气流强盛时,东亚地区会出现异常东风,同时在欧亚大陆上空易形成西北地区东部降水偏多的500 hPa环流型,增强印度洋和孟加拉湾的水汽输送,从而造成西北地区东部降水偏多。     

索马里越赤道气流对越南降水变化的影响

基于1979-2002年CMAP全球降水资料和NCEP／NCAR再分析资料，研究了越南降水的季节和年际变化特征及其受索马里越赤道气流的影响。结果表明，越南南北方降水具有不同的季节和年际变化特征，南方降水主要集中在夏季和秋季，且夏、秋季降水的变化呈反位相关系，而北方降水则集中在夏季。夏季索马里气流与同期及后期越南南方降水有很好的相关性，同期为显著的正相关，后期为显著的负相关。相对而言，索马里越赤道气流和越南北方降水的关系不显著。另外，夏季赤道印度洋西风与越南夏秋季降水的相关与索马里气流类似，表明索马里越赤道气流可能是通过改变纬向水汽输送来影响越南南方降水。     

索马里急流和澳洲越赤道气流年际变异不同配置及其影响

使用NCEP/NCAR大气再分析资料、Hadley中心海表温度分析资料和中国160站降水观测资料,分析了夏季索马里急流与澳洲越赤道气流年际变异之间的关系及相关联的海表温度、大气环流和中国降水异常分布特征。结果表明:夏季索马里急流和澳洲越赤道气流的年际变异存在两类关系,即多数的反位相和少数的同位相关系。当夏季索马里急流和澳洲越赤道气流呈前者减弱、而后者增强的反位相变化时,热带印度洋—太平洋海气异常表现为处于发展阶段的经典的东部El Nio型,造成东亚夏季风显著减弱,中国降水呈南方偏多、北方偏少的偶极型分布;当夏季索马里急流和澳洲越赤道气流同位相增强时,海气异常表现为处于成熟阶段的中太平洋El Nio型,东亚夏季风增强,中国降水呈长江流域降水偏少、而华北和华南沿海降水显著偏多的三极型分布。     

索马里急流变异及其与东亚夏季风和中国降水异常的关系

利用近50 a大气再分析资料、海表温度分析资料和我国降水观测资料,分析揭示了索马里急流的年际和年代际变异及其与东亚夏季风和我国夏季降水异常的关系.结果表明:在年际时间尺度上,夏季索马里急流增强,对应ENSO冷事件,马斯克林高压增强,澳大利亚高压减弱,东部越赤道气流减弱,东亚夏季风增强,我国夏季北方降水偏多,南方降水偏少;反之亦然.然而,在年代际时间尺度上,夏季索马里急流增强,对应PDO暖位相,马斯克林高压和澳大利亚高压均增强,东部越赤道气流增强,而东亚夏季风减弱,我国夏季东北、西北和长江流域降水偏多,而华北、华南和西南地区降水偏少;反之亦然.     

长江中下游梅雨量与西北地区东部夏季降水的联系

应用1951—2000年长江中下游梅雨量资料及全国160个站1951—2000年历年降水量资料,分析了长江中下游梅雨量与西北地区东部夏季降水量之间的联系。结果表明：梅雨量偏多年份,西北地区东部夏季降水正常或偏旱;梅雨量偏少年份,西北地区东部夏季降水偏多。梅雨特多(少)的合成流型与西北地区东部特征的干旱(多雨)流型相对应。并用MM5模式数值研究了多(少)梅雨年500hPa高度场演变的不同特征及其与西北地区东部降水的联系。     

西北地区夏季降水异常及其水汽输送和环流特征分析

利用NCEP/NCAR 1951～2000年共50a的再分析资料及我国西北地区内31个代表站的降水资料,对西北地区近50a来夏季降水异常的时空特征、环流形势及水汽输送进行了研究。分析发现,西北地区夏季降水异常与东部沿海地区的降水呈反位相分布,说明西北地区和东部沿海地区的降水影响系统不同,影响时期不一致。分析结果表明,影响西北地区夏季多、少雨年的相关区域环流特征和水汽输送特征有显著差异。     

索马里越赤道气流与淮河流域夏季降水关系的年代际增强

基于1961~2016年淮河流域172个测站逐日降水资料,分析了淮河夏季降水的多时间尺度变率,发现其具有显著的准两年周期,1990年代以来亦呈现出明显的年代际变化。EOF分析结果显示,淮河夏季降水的异常主要表现为全流域一致偏多或偏少型（第一模态）,其方差贡献高达37%。相比于长江中下游地区,淮河夏季降水与东亚500 hPa位势高度场上的EAP遥相关型关系很弱,但和对流层低层西南水汽输送有更好的对应关系,表现为从索马里半岛至淮河流域的多个正负交替的相关波列。这一波列表明当索马里越赤道气流加强时,通过热带印度洋西风的纽带作用加强了进入淮河流域的西南暖湿气流,并在淮河上空低层形成水汽辐合,造成淮河多雨,反之当索马里越赤道气流强度弱时,淮河夏季降水偏少。索马里越赤道气流和中国台站降水的空间相关同样显示出最显著的相关区位于淮河流域。进一步的分析发现,研究时段内二者关系并非稳定维持,而是表现出显著的年代际变化,近二十年来索马里越赤道气流对淮河流域夏季降水的影响明显增强,且在季节预测上的指示意义也在增强。这一增强的可能原因是索马里越赤道气流与流域南侧的经向水汽输送和西侧的纬向水汽输送的关系均发生了年代际反转,并且这两条水汽输送带对流域夏季降水的影响发生了年代际增强。     

夏季南海低空越赤道气流变化与亚澳季风区降水异常的联系

基于1979—2014年ERA-Interim逐月风场和水汽通量资料及GPCP逐月降水率资料,采用相关分析及合成分析等方法研究了夏季南海低空越赤道气流的变化特征及其与亚澳季风区降水异常的联系。结果表明:1)夏季南海低空越赤道气流强度的年际变化特征明显,具有3~4 a的周期。2)夏季南海低空越赤道气流强度变化与热带东印度洋和海洋性大陆区域降水异常具有显著的负相关关系、与热带西太平洋降水异常存在明显的正相关关系、与我国中部地区降水异常存在较好的负相关关系。3)当夏季南海低空越赤道气流强度偏强时,850 hPa上自阿拉伯海向东一直延伸到热带西太平洋为西风异常,这种环流形势有利于热带西太平洋出现水汽辐合,使得该区域降水出现明显偏多,同时热带东印度洋低层为东风异常,受其影响,热带东印度洋和海洋性大陆区域出现水汽辐散,使得该区域降水偏少;此外,在我国东南沿海为一个气旋式风场异常,不利于来自热带海洋的水汽输送到达我国中部地区,使得该地区降水偏少;反之亦然。4)当夏季南海低空越赤道气流偏强时,东亚地区局地Hadley环流表现为异常偏弱,低空偏南越赤道气流异常在20°N附近与来自北半球的冷空气交汇上升,赤道附近及30~40°N地区出现异常下沉运动,使得热带海洋性大陆区域和我国中部地区降水减少;反之亦然。     

春季印度洋SSTA对夏季中国西北东部极端降水事件的影响研究

基于近47年来NCAR/NCEP再分析月平均高度场、风场、地面气压,比湿以及NOAA重构的印度洋海表温度资料和中国西北东部97个气象台站逐日降水资料,首先利用百分位法定义了极端降水事件的阈值,运用SVD及合成分析等方法,研究了前期秋季、冬季、春季及同期夏季印度洋海表温度同夏季中国西北东部极端降水事件的关系,结果表明前期春季印度洋海温异常对预测夏季中国西北东部极端降水事件的变化特征具有较明确的指示意义,关键区位于赤道印度洋地区。如果春季赤道印度洋海温异常偏暖,从同期春季到后期夏季,100～110 °E平均经圈环流在赤道附近表现为异常上升气流,对应30 °N附近在对流层中、上层表现为异常的下沉气流,同时来自印度洋的西南季风异常偏弱,使得后期夏季由于没有异常的水汽输送到我国西北东部地区,从而极端降水事件偏少,而偏冷年份正好相反。另外在春季赤道印度洋海温异常暖年,后期夏季南亚高压偏强,且呈西部型;而在异常冷年,南亚高压偏弱,且呈东部型,这可能是引起夏季中国西北东部极端降水事件变化的另一原因。     

SVD分析揭示的澳大利亚高压年际变化对中国夏季降水的可能影响

澳大利亚高压是东亚夏季风系统的重要成员之一,其对中国夏季气候存在显著影响.为了进一步弄清年际时间尺度上的澳大利亚高压变化对中国东部夏季降水的影响,利用澳大利哑海平面气压和中国夏季降水站点资料,使用SVD和线性回归方法揭示了澳大利亚高压的年际变化与中国夏季降水异常的联系,得到:SVD的第1模态的时间系数与通常使用的澳大利亚高压指数相关可达到0.98.在有无考虑ENSO的影响时,SVD的第1模态均反映出澳大利亚高压的年际变化与中国江南地区夏季降水存在密切联系,也即澳大利亚高压增强(减弱)时,江南地区降水增多(减少).澳大利亚高压对中国夏季降水的可能影响途径为:澳大利哑高压通过影响赤道纬向气流和越赤道气流并通过类似PJ波列的方式影响到中国东部地区:澳大利亚高压增强时,造成西太平洋副热带高压偏南、偏西,同时,105°E处越赤道气流显著加强,为江南地区提供充足水汽源,利于中国江南地区降水;澳大利亚高压减弱时,情况相反;在强(弱)澳大利哑高压年,印度尼西亚及热带辐合带海区SSTA负(正)异常使得低层风场的异常辐散(辐合),激发了澳大利哑南部以及西太平洋地区异常反气旋(气旋)环流,同时江南地区出现异常辐合(辐散),引起大气异常上升(下沉)运动,有利于中国江南地区夏季降水异常偏多(偏少).     

南海周边越赤道气流的多时间尺度变化特征及其与环流和降水的联系

利用NCAR/NCEP-1再分析资料、NOAA的OLR资料以及GPCP降水资料等,通过功率谱分析、超前滞后回归等方法,对夏季南海周边105 °E、125 °E以及150 °E三支越赤道气流进行了多尺度特征分析,重点探讨三支越赤道气流季节内振荡与热带大气环流异常及南海周边降水的联系。结果表明,在季节内时间尺度上,105 °E与125 °E越赤道气流均具有10~20 d以及30~60 d低频振荡显著周期,而150 °E越赤道气流则以10~20 d周期为主。在年际尺度上,105 °E、125 °E、150 °E越赤道气流分别具有2~4年、2~3年、2~6年振荡周期。无论是季内还是年际变化,皆以105 °E与125 °E这两支越赤道气流之间关系较密切。南亚-南海-西太平洋地区对流层低层10~20 d振荡的气旋(对流加强)和反气旋(对流减弱)的环流活动变化,决定着105 °E及125 °E越赤道气流的10~20 d振荡的演变。这两支越赤道气流之30~60 d振荡所伴随的异常变化与热带夏季季节内振荡(BSISO)的演变过程非常相似,而150 °E越赤道气流之30~60 d振荡所伴随的异常低频环流则与南半球热带辐合带关系密切。105 °E及125 °E越赤道气流的季节内振荡及年际异常均与南海周边降水异常密切相关。      

中国华北地区冬季降水异常特征及其与大气环流和海温的关系

利用1951—2012年中国冬季160站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料,分析了中国华北地区冬季降水的异常变化特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:华北地区冬季降水主要呈现为全区一致变化的特征,且年际变率较大,具有2~4 a的年际变化周期。降水异常偏多(少)年,西伯利亚高压偏弱(强),阿留申低压偏弱(强),850 h Pa上华北地区盛行的西北风较弱(强),控制该地区的东亚冬季风偏弱(强),该地区有偏南(北)风距平,500 h Pa上东亚槽脊系统偏弱(强)。影响华北地区冬季降水的异常水汽主要来源于南海及其以东的西太平洋。前期夏季日本以东的西风漂流区、同期冬季近海的黄渤海区域的海温均与中国华北地区冬季降水存在显著的正相关关系。     

近55 a中国西北地区夏季降水的时空演变特征

利用1961—2015年中国西北地区274个气象观测站点的日降水数据和再分析大气资料,采用EOF分析及累积距平等方法,研究了近55 a中国西北地区夏季降水的时空演变特征。结果表明：1）1961—2015年中国西北地区夏季降水的演变可分为三个时段,1961—1975年,该区域降水普遍偏少;1976—1996年,西北地区的东部降水偏多,西部降水偏少;1997—2015年,其东部降水偏少,而西部降水偏多。2）1976—1996年,西北地区东部降水偏多,是因为该地区夏季降水强度和降水频次明显增加,而西部降水偏少,则是该区域小雨与中雨的频次减少,降水强度偏弱造成的;1997—2015年,由于有效降水日数减少,降水强度偏弱等原因导致西北地区东部降水偏少,与此同时,西北地区的西部却因降水强度明显增强,持续降水日数和极端降水事件增加使得该区域降水呈现偏多的态势。3）降水区的转移,伴随着北半球对流层中层中纬度波列的演变,同时来自东欧与印度季风的水汽输送也对降水的异常起到了关键作用。     

华北地区春季和夏季降水特征及与气候相关的分析

利用美国NCEP再分析月平均资料及我国华北地区25个气象站1951~2003年53年的月降水资料,研究了华北春季和夏季降水的年代际和年际变化特征及与大气环流的联系。结果表明,华北春季和夏季的年代际和年际变化特征有一定的差别,春季降水存在3种典型降水类型,即“全部一致型”、“东西型”和“东北西南型”。第一特征向量为主导,其时间变化系数与春季降水量特征基本一致,说明华北春季降水主要受西北气流影响,具有降水偏多(少)一致性特征。降水偏多、偏少年异常场差值显示春季华北主要受东亚上空的异常反气旋环流影响,其底部偏东气流在南海、台湾海峡一带转向向北一直吹到华北。华北夏季降水存在3种典型降水类型,即“全部一致型”、“南北型”和“东西型”。降水偏多、偏少年异常场差值显示夏季华北受副高西侧西南气流的影响从印度孟加拉湾携带大量水汽从西南方向吹向华北,带来较多的降雨。     

Regional features of precipitation over Asia and summer extreme precipitation over Southeast Asia and their associations with atmospheric–oceanic conditions

The variations of both total and extreme precipitations over Asia are characterized by large regional features and seasonality. Extreme precipitation mainly occurs in summer and then in autumn over South Asia but it is a prominent phenomenon in all seasons over Southeast Asia. It explains above 40% of the total precipitation in winter over India, while the ratio of extreme precipitation to total precipitation is 30% or smaller in all seasons over southern-central China. Over Southeast Asia, the largest ratio appears in winter. The extreme precipitation over Southeast Asia (EPSEA) exhibits significant positive trends in all seasons except autumn. The long-term increase in summer EPSEA is associated with significant surface warming over extratropical Asia and the Indo-Pacific oceans and linked to a large-scale anomalous cyclonic pattern over Southeast Asia. An increase in de-trended summer EPSEA is associated with less significant surface warming. However, it is still clearly linked to an anomalous cyclonic pattern over Southeast Asia, contributed by intensifications of monsoon flow from the west, trade wind from the east, and cross-equatorial flow over Indonesia. The antecedent features of increased summer EPSEA include an overall warming over the tropical–subtropical northern hemisphere and an anomalous cyclonic pattern over Southeast Asia in winter and spring. When the large-scale Asian monsoon (measured by the Webster-Yang monsoon index) or the South Asian monsoon is strong, summer extreme precipitation mainly increases over tropical Asia. When monsoon is strong over Southeast Asia or East Asia, extreme precipitation increases over Southeast Asia and decreases over East Asia. A strong summer monsoon over Southeast Asia or East Asia is also followed by decreased autumn extreme precipitation over Southeast Asia.     

El Nino 位相期间印度洋海温异常对中国南部初夏降水及初夏亚洲季风影响的数值模拟研究

基于中国科学院大气物理研究所的IAP 9L大气环流模式，设计并完成了赤道太平洋暖异常海温和印度洋地区的不同结构异常海温的强迫试验，以研究在El Ni o位相期间印度洋不同海温异常分布对初夏亚洲季风及我国南部地区初夏降水的影响。结果表明：El Ni o位相期间印度洋异常海温的作用是不可忽视的。在El Ni o位相期间，印度洋不同的海温结构对越赤道气流异常，对印度、中南半岛及中国南方的降水分布有重要的影响。利用NCEP的资料进行合成分析，进一步证实了数值模拟结果的可靠性。     

北太平洋冬季次表层热状况及其与中国东部夏季气候的关系

利用北太平洋次表层海温及热容量资料和我国160个台站1951-2002年夏季(6-8月)降水、气温资料,分析了北太平洋冬季次表层热状况的特征,研究了中国区域气候与热容量变化之间的关系,并用SVD方法研究了北太平洋热容量变化与中国东部夏季气候的耦合关系.结果表明:北太平洋冬季次表层海温按其特征可分为40 m和240 m两类,两者的年代际特征都很明显;北太平洋冬季热容量异常变化与其相似,并与中国东部夏季气候异常有较好的耦合关系,北太平洋中部偏北和东南部地区冬季热容量异常偏高时,中国华南和华北区夏季降水将会偏多,华南区夏季气温将会偏低;黑潮延续体及北太平洋中部偏东地区冬季热容量异常偏高和北美西海岸地区异常偏低时,中国东北和长江流域地区夏季降水将会偏少,东北和华北地区夏季气温将会偏低,其关系有着明显的年代际特征.     

东部型和中部型厄尔尼诺事件对山东夏季降水的不同影响

利用1951—2017年NOAA月平均海面温度、NCEP/NCAR的再分析资料以及中国160站月降水观测资料,通过分类合成分析方法研究了东部型（eastern Pacific,EP）和中部型（central Pacific,CP）厄尔尼诺（El Niño）事件当年及次年对山东夏季降水年际变化的影响。结果表明,两类El Niño发生年,山东夏季降水均较常年显著偏少,但EP El Niño对山东夏季降水的影响强度和范围略弱于CP El Niño：EP El Niño发生年夏季,仅鲁西北部分地区以及胶州湾附近降水较常年显著偏少,而CP El Niño当年夏季山东全区降水较常年显著偏少。EP El Niño和CP El Niño次年对山东夏季降水异常的影响呈反位相,且影响大值区空间位置也完全相反：EP El Niño次年夏季山东东部尤其是半岛地区降水较常年异常偏少（青岛地区最为突出）,而CP El Niño次年夏季山东中部和北部尤其是西北部地区降水较常年异常偏多。EP El Niño当年和次年夏季、CP El Niño当年夏季500 hPa高度场异常分布形势不利于西北太平洋副热带高压的北上,850 hPa风场为偏北风和偏东风异常,山东水汽输送条件差,水汽无明显辐合,造成大部分地区降水偏少。CP El Niño次年夏季西北太平洋副热带高压偏强,位置偏西偏北,850 hPa显著西南风场异常,山东中西部水汽辐合明显,这些是降水偏多的重要原因。