吉林省盛夏降水季内变化特征及大气环流分析

利用1961—2017年吉林省46个地面气象观测站点降水月数据及NCEP/NCAR全球月平均位势高度场、风场再分析资料,采用EOF、SEOF、滑动相关、回归分析及合成分析等方法研究了近57 a吉林省盛夏7月、8月降水的基本特征,季内差异及其大气环流异常特征。结果表明：吉林省盛夏7月、8月降水在空间上以全区一致型为主,整个吉林省均表现为正（负）异常;吉林省7月、8月降水在1986—2004年基本呈现反位相变化,即7月多（少）,8月少（多）;2005—2017年两个月份呈现同位相变化,即7月少（多）,8月少（多）;反位相年中7月降水与北美东西遥相关（NAEW）及东亚太平洋相关（EAP）有关,8月降水与欧亚遥相关（EU）有关,同位相年中7月、8月降水与副热带高压强度和位置异常有关;吉林省盛夏降水同西太平洋副热带高压有着密切关系,反位相年高、低值年副热带高压的东西位置差异显著,同位相年期间副热带高压异常西伸北进、面积增大。     

夏季东北冷涡与副高、鄂海阻高的遥相关关系

利用1958-1997年每年的6月、7月和8月,共120个月NCAR/NCEP再分析月平均500 hPa位势高度格点资料,在全球范围内用一点相关法计算了东北冷涡与西太平洋副热带高压、鄂霍次克海阻塞高压之间的遥相关关系,结果表明,在夏季,东北冷涡与鄂海阻高之间有较好的负相关关系,是互为生消的;西太平洋副热带高压与鄂海阻高之间有较好的负相关关系,是互相制约的;东北冷涡与西太平洋副热带高压之间虽然也有负相关关系,但显著性不是很好.     

近50 a华南盛夏降水的季节内差异及大气环流异常特征分析

基于CRU、CMAP、PREC/L、CN05.1、NCEP/NCAR以及全国160个台站的月降水资料,采用经验正交函数(EOF)分解、依赖于季节的经验正交函数(SEOF)分解、滑动平均、空间相关、回归以及合成分析等多元统计方法研究了近50 a华南盛夏降水异常的基本特征及其季节内差异,并讨论了其大气环流异常。结果表明:(1)盛夏7、8月华南降水异常的空间分布都表现为区域一致性,即整个华南地区都为正(负)异常。(2)华南盛夏降水异常在月季变化的时间尺度上存在着同位相和反位相演变,1963—1993年,华南7、8月降水大致为反相演变,即7月华南全区一致偏涝(旱)而8月一致偏旱(涝);1994—2015年,二者总体表现为同相演变,即7月华南全区降水一致偏涝(旱)时8月亦一致偏涝(旱)。(3)大气遥相关型的变化是同相和反相两种演变模态产生的主要原因,同相期间对流层中层7月表现为欧亚遥相关(EU)和东亚太平洋遥相关(EAP)相互配置,8月表现为类似EU和太平洋北美遥相关(PNA)型;反相期间对流层中层7月表现为类似北美东西遥相关(NAEW)型,8月表现为类似EAP型。(4)西太平洋副热带高压的变化与华南盛夏降水季节内差异密切相关。反相期间7月与8月西太平洋副热带高压的差异主要体现在东西位置变化较大,而同相期间变化不大。     

2016年夏季内蒙古降水与环流异常特征分析

文章利用2016年前期海洋表面温度异常信号与夏季及各月阻塞高压、东北冷涡、西太平洋副热带高压、夏季风强度等环流系统关系,分析了夏季内蒙古降水异常成因和预测检验。结果表明:(1)2016年夏季500hPa欧亚中高纬高度场纬向呈"+-+"的分布,乌拉尔山和鄂霍次克海阻塞高压强,夏季风弱,同时西太平洋副热带高压位置偏南,东北冷涡强度阶段性变化,导致内蒙古降水略少,初夏与盛夏出现多雨少雨转折。(2)初夏6月,内蒙古异常降水主要为阻塞高压和东北冷涡影响;盛夏7、8月夏季风、副热带高压强度、脊线位置、阻塞高压等系统不同配置对内蒙古降水影响较大。(3)前期赤道太平洋Nino区海温指数及大西洋三极子指数(NAT)与夏季风、中高纬度环流与阻塞高压、西太平洋副热带高压等关系及对降水异常影响显著。     

中国东北暖季气温变化特征及其与海温和大尺度环流的关系

利用1980~2014年CRU TS3.24月平均气温数据和NCEP/NCAR再分析资料,分析了中国东北暖季（5~9月）气温的时空变化特征及其相应的大气环流状况。结果表明:中国东北暖季气温主要表现为全区一致型和南北反位相型两个模态,二者总解释方差高达86%。全区一致型具有明显的年代际变化特征,并在1990年代中期发生了显著的年代际突变,而南北反位相型具有明显的年际和年代际变化特征。全区一致型增暖对应着中国东北地区上空500 hPa位势高度的正异常和850 hPa的反气旋环流异常。当500 hPa位势高度南北反相时,对应于中国东北暖季气温的南北反位相型。进一步分析表明中国东北暖季气温的全区一致型及其1990年代中期的年代际突变与日本海及黑潮延伸区的海温异常及太平洋年代际振荡和大西洋多年代际振荡指数紧密相关。菲律宾以东的西太平洋、北太平洋中部、我国东南沿海、靠近北美东北部的北大西洋等海域的海温异常对中国东北暖季气温全区一致型的出现具有一定的预测作用。而南北反位相变化型与黑潮延伸区的海温异常关系显著,与大尺度指数的相关普遍不明显。在1990年代中期突变前,南北反位相型受到ENSO事件的影响,之后影响不显著。     

基于SPEI的黄淮地区夏季干旱时空异常特征及成因

选取黄淮流域及周边地区147个气象站1962—2015年逐月气温、降水观测资料,利用标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)分析了该地区近54 a夏季干旱变化及其异常成因。结果表明:黄淮地区近54 a夏季呈稳定略偏旱趋势,1990年代起该地区夏季经历了先湿后干的演变。EOF(经验正交函数)分析表明黄淮地区夏季SPEI的前3个模态为一致旱涝型、南北反位相型和东北-西南反位相型。该地区夏季偏旱年份为Ⅰ类或Ⅲ类雨型且夏季各月干旱成因有所不同,其中6月亚洲区极涡强度偏弱时,同期黄淮地区降水偏少,干旱频发;7月西太平洋副热带高压(副高)西伸脊点位置偏东(位于129°E以东),黄淮地区发生干旱的可能性较大;8月副高强度越弱,干旱风险越大。夏季青藏高原地面加热场强度偏强时,中高纬冷空气势力较弱难以影响到黄淮地区,同时,副高位置异常偏北偏西,导致该地区偏旱。     

东北地区夏季旱涝的环流型及动力气候模式解释应用

基于1991 2010年东北地区91站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及国家气候中心第二代月动力延伸预报模式(BCC_DERF2.0)共20年回报资料,分析了夏季各月影响东北降水的环流型,检验了BCC_DERF2.0对东北各月降水和主要环流系统的预测能力,并建立了东北地区降水的解释应用预测模型。诊断分析显示,东北地区6月降水异常主要受东北冷涡和鄂霍茨克海阻塞高压的影响,7月主要受西太平洋副热带高压(下称西太副高)的影响,而8月主要受西太副高和东北冷涡的影响;模式性能分析显示,BCC_DERF2.0模式对东北南部的个别站点降水趋势有一定的预测能力,对6月偏南风、7月西太副高、8月西太副高和东北冷涡的预测效果较好。在此基础上,提取影响我国东北夏季降水异常的关键环流区的高技巧预测信息,建立线性回归模型,交叉检验显示提高了对8月的降水预测技巧,通过了显著性检验。进一步对比分析发现,BCC_DERF2.0直接输出的20年回报夏季各月东北降水效果好于同期国家气候中心业务发布预报,而利用模式输出的高技巧环流信息建立的东北降水回归预测模型交叉检验效果高于模式直接输出降水预报。因此,基于诊断分析和BCC_DERF2.0模式超前预报时间为10天的高技巧环流信息解释降水,可以明显提高东北夏季月尺度降水的预测能力。     

近50年东北冷涡异常特征及其与前汛期华南降水的关系分析

利用中国气象局国家气象信息中心提供的1951～2004年中国160站华南前汛期 (5～6月) 月平均降水、气温资料、欧洲中心提供的ERA-40再分析资料和Reynolds海温资料, 对东北冷涡与华南前汛期降水进行了统计分析, 定义了一个前汛期东北冷涡强度指数 (NECVI), 并研究了前汛期东北冷涡异常年同期东亚季风、西太平洋副高、对流层低层的垂直运动异常特征和前期全球海表温度 (SST) 的先兆信号, 结果表明: 前汛期东北冷涡强度与华南降水存在显著的正相关, 东北冷涡强年, 前期东亚冬季风偏弱, 同期东亚夏季风异常爆发提前且偏强, 西太平洋副高位置偏南, 华南地区低层上升运动发展, 降水偏多; 东北冷涡偏弱年, 前期东亚冬季风偏弱, 同期东亚夏季风爆发推迟且偏弱, 西太平洋副高位置偏北, 华南地区低层下沉运动发展, 降水偏少; 前汛期东北冷涡与前期中国近海海温存在显著的负相关关系, 前汛期东北冷涡异常强年, 前期对应着La Nia的成熟阶段或发展阶段, 而前汛期东北冷涡异常弱年则对应着El Nio的成熟阶段或发展阶段.     

2017年山东夏季降水特征及预测初探

2017年夏季山东平均降水量为453.0 mm,较常年（400.3 mm）偏多13.2%,降雨过程较多,降水空间分布不均匀。夏季北半球极涡为单极型分布,中高纬整体以纬向环流为主,西太平洋副热带高压较常年同期强度偏强,西伸脊点较常年偏西。6月降水主要由华北、东北冷涡偏强造成,7月和8月副热带高压偏强、偏西,副热带高压边缘暖湿气流为山东降水提供了充足水汽,导致7、8月降水偏多。此外,进一步分析了历史上相似年份确定和客观预测方法对山东夏季降水预测的作用。     

四川盆地夏季降水年际变化的主模态分析

利用1979～2018年四川盆地134站夏季降水观测资料、ERA-Interim再分析资料以及英国气象局哈德莱中心的海表温度及海冰资料,对比分析了四川盆地夏季降水异常主模态及其同期大气环流和前期海温海冰演变特征的差异,以探讨其形成机制及前期预测信号。结果表明:四川盆地夏季降水存在两类优势空间模态:全区一致型和东西反相型,在20世纪80年代多出现东西反相型,90年代到21世纪初以一致型为主,进入21世纪10年代后又多表现为东西反相型。不同模态所对应的大气环流和海温海冰的演变具有明显差异,全区一致型降水分布受低纬系统影响显著,在500 hPa高度场上主要表现为西太平洋副热带高压的位置及强度异常;850 hPa风场为辐合或辐散特征,受到来自孟加拉湾、南海、西太平洋三条水汽通道的共同影响,其中与南海水汽通道的相关性最高,一致型降水多/少年水汽在盆地区域南北边界为同收/同支;环流可能受到前期ENSO事件衰减的显著影响。东西反相型降水分布受中高纬环流的影响较大,在500 hPa高度场上的特征类似于极地欧亚型（POL）遥相关;水汽在区域南北边界为一收一支,西多东少型为南收北支,而西少东多型为北收南支,与西太平洋水汽通道关系显著;环流可能受到前期北极海冰异常的影响。     

初夏东北地区冷涡降水“累积效应”

采用1960~2012年5~6月中国东北地区实况降水资料,依据东北冷涡活动客观识别方法,研究东北冷涡活动对东北地区初夏降水的影响,结果表明:5~6月每次东北冷涡过程维持时间以3~7天为主,且具有频发特征,东北冷涡降水累计量占总降水量的62.5%,给出冷涡降水月强度指数,与同期月降水量年际变化具有很好一致性;东北地区初夏降水与东北冷涡降水EOF分解主要模态十分相近,前两个模态分别为全区一致和东北、西南降水相反分布,各占方差贡献的46.8%与42.7%。冷涡降水具有显著“累积效应”,该累计效应可总体反映初夏东北地区降水异常分布特征,进一步揭示东北冷涡活动的气候学特征。     

The Major Interannual Modes of Late-Summer Precipitation Over the Northern China Monsoon Region

ABSTRACT

Summer precipitation in the northern China monsoon region (NCMR; 35°–55°N, 108°–135°E) shows significant intraseasonal variability. The early-summer (June) and late-summer (July–August) precipitation patterns show clear differences in their formation mechanisms and the systems that affect them. We used empirical orthogonal function (EOF) analysis to investigate the two leading modes of July–August precipitation over the NCMR and their associated atmospheric circulation anomalies using linear regression. The results show that the first (EOF1) and second (EOF2) modes correspond to a pan-NCMR precipitation variation pattern and a precipitation oscillation pattern between North China (NC) and Northeast China (NEC), respectively. These two modes account for 22.1% and 10.1% of the total variance, respectively. The associated principal components (PCs) both have significant interannual variability with a period of 2–4 years. In addition, PC1 has significant interdecadal variability with a period of 20–30 years. Further analysis suggests that EOF1 and EOF2 clearly have a different relationship with the summer monsoon circulation system. In the positive phase of PC1, the East Asian subtropical westerly jet stream (EAWJS) shows a northward trend with higher intensity than normal the blocking high at mid- to high latitudes is inactive; and the western Pacific subtropical high (WPSH) is located to the north of its normal position. The NCMR is controlled by stronger southerly winds, which cause the convergence of water vapour, favouring more precipitation in this region and vice versa. In the positive phase of PC2, the EAWJS swings to the south of Lake Baikal. Significant positive height anomalies exist from western NC to NEC. Significant negative height anomalies occur to the subtropical northwestern Pacific. This indicates that the cold vortex in Northeast China is inactive, the WPSH tends to be weaker and located to the south of its normal position, and NEC (NC) is dominated by anomalous northeasterly (southeasterly) winds. The convergence (divergence) of water vapour in NC (NEC) favours more (less) precipitation in NC (NEC) and vice versa. Therefore, EOF1 is related to the large-scale circulation anomalies over East Asia and the northwest Pacific in July and August, whereas EOF2 is more closely related to the anomalies in the regional circulation over the NCMR and the subtropical northwestern Pacific.     

Influence of the Northeast Cold Vortex on Flooding in Northeast China in Summer 2013

Severe flooding occurred in Northeast China (NEC) in summer 2013. Compared with the rainfall climatology of the region, the rainy season began earlier in 2013 and two main rainy periods occurred from late June to early July and from mid July to early August, respectively. During the summer season of 2013, the western Pacific subtropical high (WPSH) was located farther westward, which strengthened the southerly winds on its west side in the lower troposphere. Under this circulation pattern, more water vapor was transported to North China and NEC. Another moisture transport pathway to NEC was traced to the cross-equatorial flow over the Bay of Bengal. In mid–high latitudes in summer 2013, the Northeast Cold Vortex (NECV) was much stronger and remained stable over NEC. Thus, the cold air flow from its northwest side frequently met with the warm and wet air from the south to form stronger moisture convergence at lower levels in the troposphere, resulting in increased precipitation over the region. Correlation analysis indicated that the NECV played a more direct role than the WPSH. Synoptic analyses of the two heaviest flood cases on 2 and 16 July confirmed this conclusion. The four wettest summers in NEC before 2000 were also analyzed and the results were consistent with the conclusion that both the WPSH and the NECV led to the intense rainfall in NEC, but the NECV had a more direct role.     

The interannual variation in monthly temperature over Northeast China during summer

The interannual variations of summer surface air temperature over Northeast China （NEC） were investigated through a month-to-month analysis from May to August. The results suggested that the warmer temperature over NEC is related to a local positive 500-hPa geopotential height anomaly for all four months. However, the teleconnection patterns of atmospheric circulation anomalies associated with the monthly surface air temperature over NEC behave as a distinguished subseasonal variation, although the local positive height anomaly is common from month to month. In May and June, the teleconnection pattern is characterized by a wave train in the upper and middle troposphere from the Indian Peninsula to NEC. This wave train is stronger in June than in May, possibly due to the positive feedback between the wave train and the South Asian rainfall anomaly in June, when the South Asian summer monsoon has been established. In July and August, however, the teleconnection pattern associated with the NEC temperature anomalies is characterized by an East Asia/Pacific （EAP） or Pacific/Japan （PJ） pattern, with the existence of precipitation anomalies over the Philippine Sea and the South China Sea. This pattern is much clearer in July corresponding to the stronger convection over the Philippine Sea compared to that in August.     

东北夏季降水预测技巧偏低的原因探讨

1978～2018年全国夏季降水实时业务预测技巧显示东北地区明显偏低,尤其是近几年在对全国夏季旱涝的总体分布预测效果明显提高的情况下,对东北地区的预测却与实况相反,因此有必要分析该区域预测技巧偏低的原因。利用站点资料、再分析格点数据、实时预测历史数据及统计诊断等方法,探讨了动力气候模式预测能力以及东北夏季降水预测的认识缺陷。通过系统地回顾东北夏季旱涝的气候特征、影响因子及预测方法等方面的研究进展,以及东北夏季降水实时预测检验,得出预测技巧偏低的可能原因:（1）东北初夏降水主要受东北冷涡活动的影响,盛夏主要受西太平洋副热带高压、东北南风和中高纬环流型的共同作用,而业务常用的国内外主要动力气候模式无法准确反映与东北初夏和盛夏降水相联系的关键环流系统;（2）东北夏季降水与全球海温的关系较弱且不稳定,尤其是与ENSO的关系较为复杂,年际关系随年代际变化而波动,即ENSO不是预测东北夏季降水的强信号;（3）东北夏季降水具有明显的季节内、年际和年代际等多时间尺度变率,夏季降水受到多种时间尺度信息的叠加和调控,不同尺度变率的贡献相当,且影响系统不同,导致预测难度较大。最后,进一步探讨了东北夏季降水预测存在的科学问题及可能的解决途径,以期为夏季业务预测提供参考。     

东北冷涡下辽宁省短时强降水统计与合成分析

利用2000—2014年6—8月常规资料、FNL资料和辽宁省逐时降水资料,将东北冷涡分为北涡、中间涡和南涡,统计每类冷涡短时强降水特征,并进行动态合成分析。结果表明:短时强降水共755次,冷涡下227次,冷涡强降水多发生在1~3 h内。6月短时强降水主要由中间涡引起,7、8月中间涡与北涡共同影响,有一定周期变化;而南涡没有在辽宁产生强降水。北涡水汽输送充沛,中间涡水汽条件较差,切变辐合场与水汽输送的结合是有利于强降水的重要因子。降水基本处于斜压区内,冷涡中心降水处在斜压区北侧和高空急流左前方,高空槽前或槽后的降水处在斜压区南侧和急流中心右后方,降水区附近多有高空急流形成的次级环流配合。槽后降水区干侵入活动明显,冷涡中心降水主要通过高位涡诱发气旋性环流而触发上升运动。     

2014年春季我国主要气候特征及成因简析

提2014年春季（3-5月）,我国大部气温偏高,与2013年春季并列为1961年以来历史同期第二高值。全国平均降水量较常年同期略偏多,其中东北地区降水显著偏多。分析表明,东北降水偏多时段主要发生在5月2-28日,这期间较强的东北冷涡活动是导致东北地区降水偏多的重要原因,其水汽主要来源于东北冷涡从日本海带来的水汽以及偏强偏西的西太平洋副热带高压（简称西太副高）西侧的转向水汽输送。文章还初步探讨了2014年春末南海夏季风爆发偏晚的可能原因。2014年南海夏季风于6月2候爆发,是历史上南海夏季风爆发最晚年之一。导致其爆发偏晚的直接因素是西太副高在4月下旬至5月底持续偏强偏西。进一步的分析结果表明,西太副高在此期间的偏强偏西可能主要由热带印度洋海表迅速增暖所致。     

华南降水季节演变的年代际变化

利用中国测站的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了近35年华南降水季节演变的年代际变化特征及其相关的大气环流异常特征。华南地区降水季节分布型在1990年代初期发生了年代际转变,其中,华南西部降水在1990年之前为双峰型分布,1990年之后变为以6月为峰值的单峰型分布;华南东部降水在1990年之前是以5月、8月为峰值的弱双峰型分布,1990年之后变为以6月、8月为峰值的显著双峰型分布。华南东、西部降水季节分布的年代际变化分别与华南全区6月降水量的年代际增加以及8月华南东、西部降水显著反相的年代际变化（东多西少）密切相关。1990年之后,大雨及以上强降水事件发生频率的增强是导致上述年代际变化的主要原因。华南6月降水年代际的增强与南海区域的西北太平洋副热带高压（简称西太副高）脊线位置的年代际异常偏南密切相关。7月华南地区降水的年代际增加与西太副高年代际东撤及影响华南地区的热带气旋频数年代际增多有关。8月华南东、西部降水显著反相的年代际变化（东多西少）,一方面受印度洋及南海上空夏季风年代际减弱的影响,使得输送到华南西部的水汽减少,另一方面西太副高的年代际增强并西伸,使得源自副高西南侧的水汽更直接输送至华南东部地区有关;同时也与登陆和影响华南东、西部的热带气旋的年代际增多和减少有关。      

1990年代初东北8月极端高温频次的年代际减少

东北夏季极端高温频次在1990年代中期出现年代际增多.本文指出该年代际增多只出现在6-7月,而8月则呈现特殊性,即在1990年代初出现年代际减少.进一步分析表明,东北8月极端高温频次的年代际减少由日最高温度变率的年代际减小造成.东北日最高温度受到欧亚遥相关,丝绸之路遥相关和东亚-太平洋遥相关的共同调制.1990年代初之后,西风急流上的经向风变率显著减小,丝绸之路遥相关对下游的影响减弱,导致东北日最高温度变率减小.同时,西北太平洋热带对流的变率也在1990年代初出现年代际减小,通过东亚-太平洋遥相关使东北日最高温度变率进一步减小.