宁夏春季降水异常年东亚副热带急流特征

利用1961—2016年NCEP/NCAR逐月再分析资料和宁夏20个气象台站逐日降水观测资料,分析宁夏春季降水异常年东亚副热带急流异常特征,并简要分析可能影响原因。结果表明:春季降水异常年同期及前期,副热带纬向风均存在空间结构异常,且在110°E—160°E异常年反位相特征表现更显著。在降水异常偏少(多)年同期及前期,水平及垂直方向上均存在东亚副热带急流区西风增强(减弱),但前期反位相对应关系不如同期明显;建立的春季东亚副热带急流指数与宁夏春季降水呈显著正相关,春季东亚副热带急流指数为负(正)异常时,东亚大槽较常年加深(略浅),宁夏地区受西北(南支)气流影响,850 hPa风场也表现为偏北风(偏南风)距平,不利于(有利于)形成降水。     

中国东部夏季极端降水事件及大气环流异常分析

主要利用1961~2014年中国东部地区438个台站的逐日降水资料和NCEP/NCAR的再分析资料,从大气内部动力角度对夏季不同极端降水情况下的环境场进行分析,结果表明:对长江中下游地区而言,在极端降水频次偏多年时,850 hPa风场及整层水汽输送距平场均表明东亚夏季风偏弱,有利于更多的水汽输送到长江中下游地区,500 hPa鄂霍次克海阻塞高压持续日数偏多,有利于冷空气南下,200 hPa东亚副热带急流偏南,且30°N以南偏西风异常有利于辐散,而在斜压波包从西北东南向传播为极端降水事件分发生集聚了能量;对华北地区极端降水频次偏多年而言,850 hPa风场及整层的水汽输送距平场均表明东亚夏季风偏强,有利于更多的水汽输送到华北地区,500 hPa高度距平场日本海正距平,贝加尔湖蒙古地区为负距平,华北地区东高西低,200 hPa东亚副热带急流偏北,从而导致我国华北地区极端降水频次偏多,能量传播也为西北东南向。这些结果表明极端降水的变化,与大气内部的动力作用和能量的传播有密切的关系。     

东亚夏季风北界与我国夏季降水关系的研究

为了研究东亚夏季风北界与我国东部夏季降水异常的关系,本文利用夏季850 hPa上20°N以北105°~125°E之间平均南风风速2 m/s所在的纬度,定义了一个新的东亚夏季风北界指数。初步分析表明:东亚夏季风北界在1976年之前(含1976年)位置偏北,而1976年之后位置偏南,具有明显的年代际变化,较好地反映了我国东部夏季降水异常分布型的变化。对应于东亚夏季风北界的异常,东亚夏季风强度、西北太平洋副热带高压位置与面积、亚洲大陆热低压等也发生了相应的变化,它们之间的关系如下:东亚夏季风北界位置偏北(南)时,对流层低层亚洲大陆热低压偏强(弱),东亚夏季风偏强(弱),西北太平洋副热带高压位置偏北(南)、面积偏小(大),南亚高压偏弱(强),长江中下游地区气流以下沉(上升)为主,降水偏少(多);华北地区气流以上升(下沉)为主,降水偏多(少)。     

夏季东亚西风急流Rossby波扰动异常与中国降水

利用1958～2003年NCAR/NCEP再分析和中国160 站月降水资料，探讨沿东亚西风急流Rossby波扰动动能异常对东亚夏季风环流和中国夏季（6～8月）降水的影响及其响应机理。研究发现:（1）夏季东亚西风急流Rossby波扰动动能加强（减弱), 东亚西风急流位置偏南（北)、强度偏强（弱）。（2）该扰动动能具有显著的年际和年代际变化特征， 1958～1978年处于年代际偏弱阶段，1979～1998年处于年代际偏强阶段。（3）该扰动动能加强（减弱), 200 hPa 辐合区位于30?N以南（以北）西太平洋地区，此时，500 hPa 西太平洋副热带高压位于30?N以南（以北), 850 hPa 反气旋性距平环流出现在东亚30?N以南（以北）地区，而30?N以北（以南）为气旋性距平环流，东亚热带季风环流加强（减弱), 梅雨锋加强（减弱), 夏季中国东部降水中间多、南北少（中间少、南北多）。（4）东亚高、中、低层大气环流对高层东亚西风急流Rossby波扰动动能强弱响应由对流层上层散度场及垂直速度场变化完成。     

春季长江中下游旱涝的环流特征及对前期海温异常的响应

春季长江中下游降水有显着的年际、年代际变化特征,进入21世纪以来长江中下游春季降水偏少现象频繁发生.根据中国国家气候中心160站月平均降水资料和美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)月平均再分析资料,重点探讨春季(3-5月)长江中下游地区降水异常的环流特征、可能成因、机理以及对外强迫的响应.春季长江中下游降水异常偏多(少)的环流主要特征是:高层200hPa风场上东亚副热带西风急流中心位置比气候态偏北(南);中层500hPa亚洲地区的阻塞高压主要发生在乌拉尔山(鄂霍次克海)附近、西太平洋副热带高压位置偏北(南);低层850hPa风场的东亚沿海地区为偏南(北)风距平,有利于(不利于)水汽向长江中下游地区输送.大气环流内部动力过程的分析指出:东亚地区上空Eliassen-Palm(EP)通量散度在40°N为正(负)异常、30°N为负(正)异常,有利于东亚高空西风急流中心位置偏北(南),从而导致春季长江中下游降水偏多(偏少).春季长江中下游降水异常偏多(少)年最显着的前期外强迫信号表现为赤道太平洋海温呈现厄尔尼诺(拉尼娜)型.     

中国东部夏季降水型的年代际变化及其与北太平洋海温的关系

采用中国160站降水资料、NOAA ERSST海温资料以及ERA－40大气再分析资料, 分析了中国东部夏季降水型的年代际变化特征及其与北太平洋海温的可能联系。结果表明: 中国东部夏季降水型在近50年中经历了两次年代际变化, 第1次发生在20世纪70年代中后期, 北太平洋中纬度地区冬季海温由正距平向负距平转变, 太平洋年代际振荡(PDO, Pacific decadal oscillation) 由负位相向正位相转变, 通过影响东亚夏季风环流, 使东亚夏季风减弱, 中国东部夏季降水从北到南呈现出“＋－＋” 转变为“－＋－”的三极分布形态, 这次年代际变化体现了同一模态正负位相的转变; 第2次发生在20世纪80年代末90年代初, 北太平洋海温转变为日本以南西北太平洋的正距平分布, 同时菲律宾群岛附近海温偏暖, 西太平洋副热带高压偏南偏西, 使得中国东部夏季降水由北至南转变成“－＋”的偶极分布形态, 这次年代际变化体现了一种模态向另一种模态的转变。     

东亚高空急流协同变化对冬季欧亚遥相关型气候效应的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国地面735站气温和降水资料,首先分析了欧亚遥相关型的时间演变和结构特征,在此基础上探讨了欧亚遥相关型不同位相时东亚大气环流的差异,并进一步研究了欧亚遥相关型影响我国冬季气温和降水过程中东亚高空急流的重要作用。从结构上看,欧亚遥相关型位势高度异常中心位于250 hPa高度,表现出准正压的结构。欧亚遥相关型位于正位相时,东亚温带急流强度偏弱且位置向北移动;副热带急流强度偏强,两支急流在45°N附近有明显分界;西伯利亚高压和阿留申低压强度增强;东亚大槽加深,槽线倾斜不明显。负位相时则相反。欧亚遥相关型与东亚高空急流的联系是其影响我国气温降水的重要原因。正欧亚遥相关型时,偏弱的温带急流区较强的北风分量有利于北方冷空气南下,从而造成我国气温偏低;偏强的副热带急流区增强的南风将副热带地区暖湿空气向北输送,两支急流协同变化,影响我国冬季降水异常的分布。去掉温带急流或副热带急流偏强的年份,欧亚遥相关型与我国温度、降水的相关性显著减弱,说明欧亚遥相关型是通过东亚高空急流协同变化的桥梁,对我国温度和降水异常产生影响。进一步研究发现,欧亚遥相关型与副热带急流的关系不如其与温带急流稳定,导致在欧亚遥相关型同一位相时东亚高空急流存在两种不同的配置,这种高空急流配置的不唯一性使得东亚高空急流能对欧亚遥相关型的气候效应起到调控作用。     

江淮梅雨期降水异常分布型及其与东亚副热带高空西风急流的关系

利用1980—2010年的NCEP/NCAR再分析资料与江淮地区44个站逐日降水资料,分析了江淮地区1980—2010年梅雨期(6月16日—7月15日)降水的基本空间分布型及其与东亚副热带西风急流的关系。结果表明,江淮梅雨降水的第一分布型为"南正(负)北负(正)",该型受副热带高空西风急流位置的影响,急流位置偏南(北),则雨带位于江淮南(北)部地区;第二分布型为"中间负(正),两边正(负)",该型受副热带高空西风急流强度的影响,急流强度异常偏弱(强),则雨带位于江淮地区西北、东南部(中部)。合成分析表明,高空急流位置异常偏南时,500 h Pa副高偏弱、偏南,850 h Pa江淮南部地区为水汽、风场辐合区,高低空配置有利于降水呈"南正北负"的分布型。高空急流强度异常偏弱时,从我国江淮中东部地区至日本南部,500 h Pa上无明显垂直运动,850 h Pa上有水汽和风场的辐散区,高低空配置有利于降水呈"中间负,两边正"的分布型。     

东亚副热带西风急流位置异常对长江中下游夏季降水的影响

利用NCEP/NCAR 200 hPa月平均风场再分析资料,定义东亚大陆对流层上层不同经度上最大西风所在位置的平均纬度为东亚副热带西风急流轴线指数,该指数能准确反映东亚副热带西风急流位置的南北变化及其对长江中下游降水的影响,并能较好地体现东亚夏季风盛行期间对流层低层与高层的纬向风场变化特征。分析表明,该指数的时间变化具有与长江中下游夏季降水较一致的年代际变化及年际振荡特征。对东亚副热带西风急流位置异常年的大气环流差异分析表明,急流异常偏北时,南亚高压偏弱,位置偏北偏西,呈伊朗高压型;西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏弱、位置偏东偏北;气流的辐合上升区北移至华北一带,而长江流域低层风场为辐散异常,上升气流较常年偏弱,降水偏少。急流异常偏南时,南亚高压偏强,位置偏南偏东,呈青藏高压型;西太副高偏强、位置偏西偏南;长江流域地区上空低层有较强辐合上升气流,高层有较强的气流辐散,对流旺盛,雨带在此维持,容易引发洪涝。     

亚洲-太平洋大气主模态与东亚副热带夏季风年代际变化关系

基于1950～2005年NCEP/NCAR月平均再分析资料,利用REOF方法提取了亚洲-北太平洋地区低层大气的主要模态,着重研究分析了亚洲-北太平洋地区低层大气耦合模态的年代际变化特征及其与东亚夏季风的年代际变化关系。结果表明:①夏季亚洲-北太平洋大气主要耦合变化型反映了蒙古低压和北太平洋高压之间的变化关系。它们之间的耦合变化主要表现为年代际的变化特征,在20世纪50年代到60年代中期为负位相,即蒙古低压中心值相对较低,北太平洋副高中心值相对较高,60年代中期到70年代中期耦合变化处在正负交替的过程,70年代中期以后,耦合模态为一致的正位相,即蒙古低压中心值相对较高,北太平洋副高中心值相对较低。②蒙古低压和北太平洋副热带高压之间的耦合变化与东亚副热带夏季风风场强度的年代际变化有显著的负相关关系,当蒙古低压和北太平洋副高之间的耦合变化处于负位相时期,东亚副热带季风偏强,耦合变化处于正位相时期则相反,即东亚副热带季风偏弱。     

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。     

热带副热带高度异常对长江流域和华北旱涝影响的数值模拟与分析

前期南亚高压的异常增强或者减弱,热带、副热带地区100 hPa高度的异常增高或者降低,热带西风的异常增强或者减弱,对长江流域和华北地区夏季的降水异常具有预示作用。文中设计了一系列的数值试验进行模拟研究,包括控制试验、敏感试验和4组合成试验。合成试验模拟结果表明,前期热带、副热带高度异常分布,能够再现长江流域、华北旱涝情况。前期南亚高压、热带、副热带高度、风异常对长江流域和华北地区夏季降水的异常均有预示作用。100 hPa叠加高度、风异常的敏感试验结果表明:前期南亚高压、热带与副热带地区100 hPa高度场和环流场的异常不仅可以预示、事实上能够引起长江流域和华北夏季降水的异常———前期南亚高压异常增强、热带、副热带地区100 hPa高度场异常增高、西风异常增强,易引起长江流域降水偏多、华北降水偏少;反之,则容易引起长江流域降水偏少、华北降水偏多。     

Simulation and Analysis about the Effects of Geopotential Height Anomaly in Tropical and Subtropical Region on Droughts or Floods in the Yangtze River Valley and North China

Previous study comes to the conclusion:based on the anomalies of the South Asian high (SAH),100-hPa geopotential height,and 100-hPa circulation over tropical and subtropical regions,we can predict precipita- tion anomaly in the Yangtze River Valley and North China.To test its validity,a series of experiments have been designed and operated,which include controlled experiment,sensitivity experiment (which has added anomalies into 100-hPa geopotential height and wind field),and four-composite experiments.Experiments based on the composed initial field such as EPR-CF,EPR-CD,EPR-HF,and EPR-HD,can reproduce the floods or droughts in the Yangtze River Valley and North China.It suggests that anomalies of the SAH,100- hPa geopotential height,and circulation over tropical and subtropical regions may probably imply summer precipitation anomalies in the two regions.Sensitivity experiment results show that anomalies of the SAH, 100-hPa geopotential height,and southwest flow in the previous period is a signal of droughts or floods for the following summer in the Yangtze River Valley and North China.And it is also one of the factors that have impact on summer precipitation anomaly in the two regions.Positive anomaly of 100-hPa geopotential height and the anomalous intensifying of the SAH and southwest flow will induce floods in the Yangtze River Valley and droughts in North China;while negative anomaly of 100-hPa geopotential height and anomalous weakening of the SAH and southwest flow will induce droughts in the Yangtze River Valley and floods in North China.     

高层大气三维热力结构异常及其遥相关特征对江淮流域旱涝的影响

文中分析了江淮流域旱涝过程与南北半球经向波列遥相关特征,结果表明,前期赤道地区高层大气的三维热力结构异常与中国江淮流域夏季旱涝异常存在显著相关。进一步研究发现,江淮流域夏季旱、涝年与前期春季低纬高层大气热力结构呈显著的反位相特征,且两者垂直方向均呈跨越南北半球经向波列结构特征,该波列扰动源可追溯到南极冰盖强信号因子。采用EP通量诊断分析可进一步揭示出与江淮流域旱涝过程相关的经向波列传播及高层大气波射线折射特征。     

亚洲夏季风的年际和年代际变化及其未来预测

本文是对我们近五年在亚洲夏季风年代际与年际变率及其未来预测方面研究的一个综述.主要包括下列三个问题:(1)根据123年中国夏季降水资料和印度学者的分析,检测出亚洲夏季风具有明显的年代际尺度减弱,这种年代际变化使中国东部(包括东亚)和南亚夏季降水的格局在过去60年中发生了明显变化.在东亚,从1970年代后期开始,主要异常雨带有不断南移的趋势,结果造成了南涝北旱的降水分布,这主要受到60～80年年代际振荡的影响.青藏高原前冬和春季积雪的年代际减少与热带中东太平洋海表温度的年代际增加是东亚降水型改变的主要原因,这是通过减弱亚洲地区夏季海陆温差与夏季风强度而实现的.未来亚洲夏季风的预测表明,东亚夏季风和南亚夏季风对气候变暖有十分不同的响应.东亚夏季风在本世纪将增强,雨带北推,尤其在2040年代之后;而南亚夏季风环流将继续减弱.这种不同的变化是由于两者对高低层海陆热力差异的不同响应造成.(2)年际尺度的变率在亚洲夏季风区主要表现为2年与4～7年的振荡.本文着重分析了2年振荡(TBO)形成的过程、机理及其对东亚降水的影响.对TBO-海洋机理进行了具体的改进,说明了东亚夏季风降水深受TBO影响的原因,尤其是阐明了长江型(YRV) TBO和淮河型(HRV) TBO的特征及其形成的循环过程.(3)在总结亚洲夏季风时期遥相关型的基础上,本文提出了季节内和年际尺度的低空遥相关型:即西北太平洋季风的遥相关型与印度“南支”和“北支”遥相关型.它们基本上反映了沿低空夏季风强风速带Rossby波群速度传播的结果.据此可以根据西北太平洋和印度夏季风的变化分别预测中国梅雨和华北雨季来临和降水异常.最后研究还表明,在本世纪亚洲夏季风可能更显著地受到人类活动造成的全球变暖的影响,未来的亚洲夏季风活动是人类排放的CO2引起的全球变暖与自然变化(海洋和陆面过程(积雪))共同作用的结果.     

中国西北干旱、半干旱区春季地气温差的年代际变化特征及其对华北夏季降水年代际变化的影响

利用我国1951~2000年夏季降水观测资料分析了我国夏季降水的年代际变化特征,表明了我国夏季降水在1976年前后发生了一次明显的气候跃变,在1976年之后华北地区和黄河流域夏季降水明显减少,出现了严重持续干旱,而西北地区从20世纪70年代后期开始,降水增多,且西北地区降水振荡位相要超前于华北地区降水振荡位相5~8年。并且,本文从1960~2000年我国西北干旱、半干旱区的地温、气温观测资料分析了我国西北干旱、半干旱地区的地气温差(Ts-Ta)的变化特征,其结果表明了在20世纪70年代后期以前,我国西北干旱、半干旱地区的地气温差大部分年份偏低,低于平均值,而从70年代后期之后到2000年,我国西北干旱、半干旱地区的地气温差偏高。此外,本文还分析了西北干旱区地气温差变化的最大地区新疆西部春季地气温差与我国夏季降水的相关关系,其正相关区分别位于西北地区、东北地区和长江流域,而负相关区分别位于华北地区东部和西南地区,这表明我国西北干旱、半干旱区春季地气温差可能是华北地区夏季降水年代际变化的原因之一。     

Interdecadal Variations of Precipitation and Temperature in China Around the Abrupt Change of Atmospheric Circulation in 1976

The interdecadal characteristics of rainfall and temperature in China before and after the abrupt change of the general circulation in 1976 are analyzed using the global 2.5°×2.5° monthly mean reanalysis data from the National Centers for Environmental Prediction of US and the precipitation and temperature data at the 743 stations of China from the National Climate Center of China. The results show that after 1976, springtime precipitation and temperature were anomalously enhanced and reduced respectively in South China, while the reverse was true in the western Yangtze River basin. In summer, precipitation was anomalously less in South China, more in the Yangtze River basin, less again in North China and more again in Northeast China, showing a distribution pattern alternating with negative and positive anomalies （＂ , ＋, -, ＋＂）. Meanwhile, temperature shows a distribution of warming in South China, cooling in the Yangtze and Huaihe River basins, and warming again in northern China. In autumn, precipitation tended to decrease and temperature tended to increase in in South China and warming was most parts of the country. In winter, the trend across all parts of China. precipitation increased moderately The interdecadal decline of mean temperature in spring and summer in China was mainly due to the daily maximum temperature variation, while the interdecadal increase was mainly the result of the minimum temperature change. The overall warming in autumn （winter） was mostly influenced by the minimum （maximum） temperature variation. These changes were closely related to the north-south shifts of the ascending and descending branches of the Hadley cell, the strengthening and north-south progression of the westerly jet stream, and the atmospheric stratification and water vapor transport conditions.     

近50年华南前汛期降水、江淮梅雨和华北雨季旱涝特征对比分析

利用全国160站逐月降水资料,统计分析了1951～2000年50年华南前汛期降水、江淮梅雨和华北雨季旱涝事件的分布特征,结果表明:近50年无论是华南前汛期降水、江淮梅雨还是华北雨季,旱(涝)事件频率相当,华南和江淮洪涝强度大于干旱强度,华北干旱与洪涝强度相当,华南前汛期降水和华北雨季总体呈趋旱的趋势,而江淮梅雨呈趋涝的趋势;华南前汛期降水年际变化最为显著,江淮梅雨次之,华北雨季最弱,年代际变化的情况正好相反;从同期500 hPa高度场来看,华南前汛期降水多少与其北侧有无低值系统向南发展关系密切,江淮梅雨和华北雨季均与副高相关显著,不同在于前者还和鄂霍茨克阻塞高压呈显著正相关,而后者受其西北侧中高纬地区的环流影响较大;从前期海温来看,华北雨季与大西洋西部和北太平洋海温关系比华南前汛期降水和江淮梅雨更为密切,江淮梅雨与中国近海海温相关关系最为显著,而华南前汛期降水与孟加拉湾附近海温相关最明显.     

东北夏季降水的气候及异常特征分析

采用统计分析的方法对近50 a东北夏季降水的气候及异常特征进行了分析。结果表明:东北夏季降水空间分布很不均匀,除三江平原地区外东北大部7月降水最多;夏季全区出现较重干旱的概率大于较重雨涝,旱灾更为突出,其中辽西是较重旱涝频发的地区;近50 a夏季降水没有明显变干或变湿的倾向,而是具有阶段性旱涝交替特征,存在27、11 a左右的年代际尺度周期和3~6 a左右的年际尺度周期变化;6月旱灾几率大,易形成6~7月的连续干旱,7月易形成区域性特大涝灾,6月和8月在年代际尺度上具有反位相变化的特征。