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。     

我国华南3月份降水异常的可能影响因子分析

利用1951～2005年华南地区3月份的降水资料、NOAA海温资料、Ni?o3.4指数和NCEP再分析资料,分析了华南3月份降水异常与同期环流场、全球海温场的关系,从环流和海温的角度揭示了华南3月份降水异常的可能原因。结果表明,当华南3月份降水偏多(少)时,在对流层中低层,北太平洋海区存在气旋(反气旋)性环流异常,西太平洋及南海海面上存在反气旋(气旋)性环流异常,这样的环流异常有利(不利)于东南暖湿气流与北方东部异常冷空气在华南地区形成水汽辐合,导致降水显著增多(减少)。进一步的分析表明,ENSO和北印度洋及南海附近海温是影响华南3月份降水异常的重要外强迫因子,ENSO对华南3月降水异常的影响是通过影响春季西太平洋副热带高压和低层风场异常实现的,而北印度洋及南海附近海温对华南3月降水异常的影响则是通过垂直环流场异常和低层风场以及西太平洋副热带高压异常来实现的。     

印度洋海盆模对南北半球太平洋副热带高压非对称的影响及机制

副热带高压对于我国天气气候具有重要影响,它的形成受到印度洋海温异常的影响,但其中的影响机制并不十分清楚。因此,本文利用1980-2020年NCEP/NCAR再分析资料,研究了印度洋海盆模(Indian Ocean Basin Model, IOBM)异常偏强对于太平洋副热带高压的影响;然后从能量角度分析IOBM引起南北半球太平洋海域副热带高压不对称性的物理机制;最后利用GFDL AM2.1模式进行模拟验证。为了说明印度洋海温异常对副热带高压的独立作用,对ENSO信号进行了滤除。结果表明：(1)夏季的印度洋暖海温暖异常会激发东传的Kelvin波,在西北太平洋地区低层出现反气旋异常,使西太副高较常年偏强,我国南海到菲律宾东部降水偏少;冬季IOBM正位相时,澳洲地区东风异常,热带西太平洋地区有大范围的降水负异常。印度洋海盆模对太平洋副热带高压非对称结构的影响在环流和降水场上均有体现。(2)根据能量诊断结果发现IOBM正位相时,夏季西北太平洋低层季风风场辐合区与扰动动能增长区相重合,有利于该地反气旋异常发展,从而使得副高偏强;冬季澳洲地区季风的风场辐合区与扰动动能增长区不能很好地配合,没有明显...     

夏季西北太平洋和南中国海台风生成与前期冬春主要环境条件的关系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料、OLR资料和中国气象局编辑的<台风年鉴>及<热带气旋年鉴>资料,对西北太平洋和南中国海夏季中心附近的平均风力达8级(17 m/s)或以上的热带气旋(含热带风暴、强热带风暴和台风,以下统称台风)牛成频数与气候背景的关系进行了研究分析.对台风牛成多寡的气候背景差异和特征进行比较表明,前期冬春季海温和赤道辆合带的异常与夏季台风生成有密切的关系.前期冬春季在类似于La Nina型海温距平分布背景下,从冬至夏在赤道中太平洋160°E附近的ITCZ有一个向西北方向加强北抬的过程,太平洋ITCZ的活动偏北偏强,赤道太平洋有异常活跃的ITCZ向西太平洋台风主要源地推进,有利于后期夏季台风的生成;相反,前期冬春季在类似于E1 Nino型海温距平分布背景下,赤道西太平洋ITCZ偏弱偏南,不利于后期夏季的台风生成.在夏季多台风年,前期冬季西太平洋暖海温异常为后期台风的发展提供了重要的有利背景,在暖海温的持续作用下,对流层的风场辐合异常增强,增加了暖海温区的水汽供应.到了前期春季,热带辐合带的扰动扮演了更为重要的角色.随着赤道辐合带的北移,附加的异常辐合位于暖海温区时,会激发出低空大尺度水汽辐合与自由大气中潜热释放之间的正反馈,有利于后期台风的生成.当前期冬季至春季西北太平洋海温持续异常偏冷时,对流层的风场为辐散异常,减少了冷海温区的水汽供应,导致赤道辐合带不活跃,缺乏必要扰动,夏季台风生成偏少.     

广州春季降水的变化及其前兆信号

广州春季降水存在以准2年为主的年际变化和以30年为主的年代际变化,目前处于年代际尺度上的少雨时段。Nino3区的海温异常是广州春季降水最强的前兆信号,它与广州春季降水的显著正相关在前一年的11月份就已出现,并且一直稳定维持到4月份。前冬Nino3区海温异常对广州春季降水的影响是通过影响春季北太平洋副热带高压和低层风场异常实现的。前冬Nino3区海温正异常时,春季副热带高压偏强、位置偏西,华南处于副高边缘垂直运动的上升区,菲律宾以东的低层反气旋环流增加了向华南的水汽输送,从而使得广州春季降水偏多;前冬Nino3区海温负异常时,副热带高压偏弱、位置偏东,华南地区远离副高、处于垂直运动的下沉区,菲律宾以东低层为气旋环流控制,华南地区盛行偏北气流,不利于水汽的向北输送,从而使得广州春季降水偏少,造成春旱。     

1961—2018年九江夏季降水的年际变化特征及其可能原因

采用1961—2018年中国160站降水资料、NOAA海面温度资料及NCEP/NCAR再分析资料,利用回归分析等方法,对九江夏季降水的年际变化特征及其可能原因进行分析。结果表明：九江夏季降水具有明显的年际变化特征,存在准4 a的变化周期;九江夏季降水与中国105°E以东的长江中下游及以南地区夏季降水呈显著正相关关系;中国邻近海域的西北太平洋（140°—150°E,15°—25°N）为影响九江夏季降水的海面温度关键区。西北太平洋海温异常与九江夏季降水异常的对应关系为：当西北太平洋夏季海温偏高时,西北太平洋副热带高压偏强偏南、贝加尔湖阻塞高压偏活跃、东亚副热带夏季风偏弱,长江中下游及以南有异常南、北风交汇,且水汽充沛、垂直运动旺盛。这种环流配置有利于长江中下游及以南地区包括九江的夏季降水偏多;反之亦然。     

西北太平洋低空环流与海温异常关系的季节性差异

通过资料分析与数值模拟研究了西北太平洋低空环流特征及其与海面温度（SST）异常关系的季节性差异,得到如下结论：1）西北太平洋低空环流的空间尺度和位置在春季和夏季存在明显差异,从春季到夏季,异常环流范围缩小且中心位置向西北偏移;2）西北太平洋低空环流与西北太平洋局地海温的相互作用存在季节差异,春季西北太平洋冷海温与上空反气旋异常之间存在相互作用,而夏季则以大气影响海洋为主,异常的反气旋/气旋可以加热/冷却其下垫面的海温,大气超前3～4 d影响海洋;3）夏季异常反气旋环流（WNPAC）的维持主要来自非局地海温异常（北印度洋暖海温与中太平洋冷海温异常）的强迫,这两个海区对WNPAC的影响也存在季节性差异,北印度洋的影响主要体现在晚春至盛夏,而中太平洋则主要在晚夏发挥作用。     

2011年8月气候异常及成因分析

在总结2011年8月我国气候异常与大气环流特征的基础上,针对西南干旱和热带气旋活动偏少两大气候异常事件的成因进行了分析。结果表明：高度场偏高、西太平洋副热带高压偏强、夏季风偏弱和水汽条件较差等大气环流异常是导致高温干旱的主要原因;中部型拉尼娜事件的滞后影响和印度洋偏暖的影响是西南干旱的重要外强迫条件。南海对流活动偏弱,菲律宾以东季风槽位置偏北,热带气旋活动区域垂直风切偏大,西北太平洋副热带高压偏强等因素导致热带气旋活动偏少。     

影响海南岛的台风降水及水汽输送源地分析

利用1986—2016年中国气象局台风最佳路径资料、海南岛区域站降水数据以及基于拉格朗日方法的轨迹模式对近30 a影响海南岛的台风降水和大气环流特征进行分析,并探讨了台风影响降水期间水汽输送通道和源地。结果表明：6—10月是台风影响海南岛的主要时段,也是台风降水主要时段。在台风降水偏多(少)年,长江以南地区冷空气影响偏弱(强),副热带高压偏弱(强),南支槽偏强(弱),低层水汽通量场呈现异常气旋性(反气旋性)环流。降水偏多年,海南岛受到来自西北太平洋异常东北气流与印度洋、孟加拉湾的异常偏强西南气流影响;降水偏少年,水汽主要来自西太平洋的偏东气流和南海较弱的西南气流。海南岛台风降水的四个主要水汽源地分别为西太平洋、孟加拉湾、南海和印度洋,在台风降水偏多年,水汽输送贡献最大的是西太平洋和孟加拉湾,分别为33%和30%,来自东西两路的水汽供应充足,而在偏少年西太平洋水汽输送贡献最大,为38%,其余水汽源地贡献均在30%以下,以110°E以东的水汽输送为主。     

华南冬春季连续性降水异常的成因分析

根据1959 ～2010年华南逐月降水资料、全球月平均高度场、风场和海表温度等资料,采用合成分析的方法,对华南冬春季连续性降水异常的可能原因进行了初步分析.结果表明:华南冬、春降水的影响系统各不相同,冬季偏旱(涝)年东亚大槽较常年偏强(弱),冬季风偏强(弱),西北太平洋海温偏暖(冷);春季偏旱(涝)年孟加拉湾以北的南支槽偏弱(强),东太平洋海温异常偏冷(暖).影响冬、春季降水的系统之间又不是绝对独立的,在一定程度上存在着相互联系,乌拉尔山阻塞高压偏强,哈德莱环流偏强会导致冬春季持续性降水偏少.西北太平洋海温持续偏暖易导致冬春连旱,热带东太平洋海温持续偏暖易导致冬春连涝.     

前期印度洋海温异常对夏季高原“湿池”水汽含量的影响及其可能原因

利用Hadley中心提供的逐月海温资料、ERA-Interim再分析资料以及NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）的逐月向外长波辐射（OLR）资料探讨了1979~2011年夏季青藏高原“湿池”的水汽含量与前期印度洋海温异常的关系,并对可能的原因进行了分析。结果表明,夏季青藏高原水汽（去趋势）EOF第二模态与前期印度洋海温存在密切的正相关,前期3~4月关键区（5°S~20°N,45°E~75°E）的海温异常可以作为夏季高原水汽的预测信号。在暖水年,赤道附近显著的东风异常对夏季高原水汽输送起到了至关重要的作用。500 hPa上副热带高压显著增强并西移,600 hPa上赤道附近为显著的异常东风,将水汽从西太平洋、南海、孟加拉湾向西输送到印度半岛,并在异常反气旋环流西侧的南风作用下,将水汽带向青藏高原。高层风场上,西太平洋地区辐合,青藏高原上空辐散。以上环流形势表明暖水年夏季青藏高原水汽偏多;冷水年则相反。就影响机制而言,前期春季印度洋海温显著偏暖,引起其上空异常的对流上升运动,驱动异常沃克环流从春到夏显著维持,副热带高压的季节性北跳和异常增强西移,有利于赤道东风异常的增强和西移,并经过水汽输送通道将水汽带向青藏高原上空。     

Indo-Pacific remote forcing in summer rainfall variability over the South China Sea

This study investigates summer rainfall variability in the South China Sea (SCS) region and the roles of remote sea surface temperature (SST) forcing in the tropical Indian and Pacific Ocean regions. The SCS summer rainfall displays a positive and negative relationship with simultaneous SST in the equatorial central Pacific (ECP) and the North Indian Ocean (NIO), respectively. Positive ECP SST anomalies induce an anomalous low-level cyclone over the SCS-western North Pacific as a Rossby-wave type response, leading to above-normal precipitation over northern SCS. Negative NIO SST anomalies contribute to anomalous cyclonic winds over the western North Pacific by an anomalous east–west vertical circulation north of the equator, favoring more rainfall over northern SCS. These NIO SST anomalies are closely related to preceding La Niña and El Niño events through the “atmospheric bridge”. Thus, the NIO SST anomalies serve as a medium for an indirect impact of preceding ECP SST anomalies on the SCS summer rainfall variability. The ECP SST influence is identified to be dominant after 1990 and the NIO SST impact is relatively more important during 1980s. These Indo-Pacific SST effects are further investigated by conducting numerical experiments with an atmospheric general circulation model. The consistency between the numerical experiments and the observations enhances the credibility of the Indo-Pacific SST influence on the SCS summer rainfall variability.     

1998年长江流域洪水与海温异常关系的数值模拟研究

用IAP／LASG GOALS模式对1998年长江流域洪水与太平洋和印度洋海表温度异常之间的关系进行了数值模拟研究。利用观测的全年海表温度，模式能再现1998年夏季长江流域的暴雨，模式也能再现观测的1998年夏季西太平洋副高异常的基本特征。设计了一系列不同海区和不同时段的海温异常的敏感性试验。试验结果表明：印度洋海温异常是造成1998年长江流域洪水的主要因子；印度洋和西太平洋海温异常与西太副高的异常有更紧密的关系；夏季海表温度异常对1998年长江流域暴雨和西太副高异常的作用与冬春海温异常的作用相比要大得多。     

热带印度洋-西太平洋水汽输送异常对中国东部夏季降水的影响

利用1979~2015年NCEP/NCAR发布的月平均全球再分析资料,分析了热带印度洋-西太平洋水汽输送异常对中国东部夏季降水的影响及其形成机理。研究结果表明:热带印度洋-西太平洋地区（10°S~30°N,60°~140°E）夏季异常水汽输送主要包括两个模态,他们可以解释总的水汽输送异常34%的方差。其中,第一模态（EOF1）表现为异常水汽沿反气旋从热带西太平洋经过南海及孟加拉湾输送到中国东部上空,对应南海、孟加拉湾水汽路径输送均偏多,此时西太平洋副热带高压显著偏强,异常水汽在长江中下游地区辐合并伴随显著上升运动,有利于长江中下游降水偏多;第二模态（EOF2）表现为异常水汽从热带印度洋沿阿拉伯海、印度半岛、中南半岛等呈反气旋式输送,华南上空相应出现气旋式水汽输送异常,并对应异常水汽辐合和上升运动,有利于华南降水偏多。就可能的外部成因而言,EOF1与ENSO关系密切,表现为前冬热带中东太平洋显著偏暖,夏季同期热带北印度洋、南海上空显著偏暖,造成西太平洋副热带高压显著偏强,异常水汽主要来源于热带西太平洋和南海;EOF2与同期热带印度洋偶极子（TIOD）异常有关,TIOD为正位相时热带印度洋上空出现异常东风,华南上空出现异常气旋并伴随水汽异常辐合,异常水汽主要来源于热带南印度洋。     

华东冬季异常冷暖与大气环流和海温的关系

利用1951-2007年华东地区14个代表站冬季(12-2月)温度资料和北半球500 hPa高度及北太平洋海温资料,通过合成分析、相关分析等方法,研究了华东地区冬季气温的气候变化及其与北半球500 hPa高度场、北太平洋海温场的关系.结果表明:华东地区冬季气温具有明显的年代际气候变化特征;前期夏季北半球500 hPa高度距平场和前期春季北太平洋海温距平场分布可作为华东冬季异常冷暖年的前兆信号;夏季北太平洋中部地区500 hPa高度场变化及前期10月西太平洋副高强弱变化,对华东地区冬季气温变化具有很好的指示性;春季南赤道海流区和西风漂流区海温异常变化,对华东地区冬季气温变化也具有很好的指示意义.     

春季热带南大西洋海表温度异常与夏季亚澳季风区降水异常的联系

利用1979—2019年Hadley中心的海表温度资料、GPCP的降水资料以及NCEP-DOE的再分析资料等,分析了北半球春季热带南大西洋海表温度异常与北半球夏季亚澳季风区降水异常的联系。研究表明,北半球春季热带南大西洋海表温度异常与随后夏季热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区的降水异常为显著负相关（正相关）关系。北半球春季热带南大西洋的海表温度正异常可以引起热带大西洋和热带太平洋间的异常垂直环流,其中异常上升支（下沉支）位于热带大西洋（热带中太平洋）。热带中太平洋的异常下沉气流和低层辐散气流引起热带中西太平洋低层的异常东风,后者有利于热带中东太平洋海表温度出现负异常。通过Bjerknes正反馈机制,热带中东太平洋海表温度异常从北半球春季到夏季得到发展。热带中东太平洋海表温度负异常激发的Rossby波使得北半球夏季热带西太平洋低层出现一对异常反气旋。此时,850 hPa上热带西太平洋到海洋性大陆地区为显著的异常东风,有利于热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区出现异常的水汽辐散（辐合）,导致该地区降水减少（增加）。     

El Nino事件对其衰减阶段夏季中国降水季节内演变的影响及其机理

利用1979—2007年NOAA重建海温逐月资料和中国160站夏季降水资料,使用扩展奇异值分解（extended singular value decomposition,ESVD）方法,研究了冬季热带太平洋海温异常与次年夏季中国降水异常季节内演变型之间的关系,指出前冬El Nino事件是与次年夏季中国降水季节内变化相联系的最重要的热带太平洋海温异常模态。相应的降水异常季节内变化情况为：6月在长江以南为正异常,江淮流域有负异常;7月在华南沿海有负降水异常,而正异常北进到长江流域,华北地区也出现正降水异常;8月在长江南北分别为少雨和多雨。进一步研究前冬El Nino事件与次年春夏印度洋、太平洋海温异常、对流层低层风场异常以及副热带高压等的联系,结果表明：El Nio事件发生的次年春夏,热带西太平洋周边存在东负西正的海温异常分布;西太平洋反气旋异常较强;副高在6月、7月偏西偏北,但在8月迅速南退。虽然与El Nino事件相联系的6月与7月、8月的降水型不同,但是西太平洋反气旋异常带来的充沛水汽造成7月长江流域雨季多雨,8月副高迅速南退带来的又一次长江流域降水,造成了El Nino事件发生次年夏季长江流域涝而华南沿海旱的夏季平均降水异常型。     

前冬印度洋海盆一致模对ENSO衰减期华南春季降水的影响

利用逐月台站观测降水、HadISST1.1海温和ERA5大气再分析资料,研究了前冬印度洋海盆一致模（Indian Ocean Basin,IOB）对华南春季降水（SCSR）与ENSO关系的影响,并分析了IOB通过调控ENSO环流异常进而影响SCSR的可能机制。结果表明:当前冬El Ni?o（La Ni?a）与IOB暖（冷）位相同时发生时,SCSR显著增多（减少）;而当El Ni?o或La Ni?a单独发生而IOB处于中性时,SCSR并无明显多寡倾向。其原因在于,当El Ni?o与IOB暖相位并存时,前冬热带印度洋和赤道中东太平洋均为正海温异常（Sea-Surface Temperature Anomaly,SSTA）,且印度洋SSTA强度可一直维持至春季。在对流层低层,春季赤道中东太平洋的正SSTA激发出异常西北太平洋反气旋（Western North Pacific Anticyclone,WNPAC）。而热带印度洋的正SSTA在副热带印度洋激发出赤道南北反对称环流,赤道以北的东风异常有利于异常WNPAC西伸;赤道以南的西风异常与来自赤道西太平洋的东风异常在东印度洋辐合上升,气流至西北太平洋下沉,形成经向垂直环流,有利于春季WNPAC维持。在对流层高层,印度洋的正SSTA在热带印度洋上空激发出位势高度正异常,随之形成的气压经向梯度加强了东亚高空副热带西风急流,进而在华南上空形成异常辐散环流。WNPAC的西伸和加强可为华南提供充足的水汽,同时高空辐散在华南引发水汽上升运动,共同导致SCSR正异常。而若El Ni?o发生时IOB处于中性状态,El Ni?o相关的SSTA衰减较快,春季WNPAC不显著,SCSR无明显多寡趋势。