热带海温影响我国南方冬季降水年际变化的年代际差异及其成因

利用中国740个站逐月降水资料、NOAA月平均海表温度资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用统计学方法分析了近50 a(1961/1962至2010/2011年冬季)海温异常对我国南方冬季降水年际变化影响的年代际差异及其成因。结果表明:(1)中国冬季降水大致位于长江以南的我国南方地区,降水年际变化较强。1987年后,在El Niňo年中国南方冬季降水偏多。(2)中国南方冬季降水与赤道中东太平洋海温异常以及海洋性大陆西部海温异常密切相关。但相关性存在年代际差异:1987年之前,主要与海洋性大陆西部海温异常相关;1987年之后,主要与赤道中东太平洋海温异常密切相关,海洋性大陆西部海温异常次之。(3)1987年之前,海洋性大陆西部海温通过影响东亚环流形势和水汽条件影响我国南方降水;在1988年之后,海洋性大陆的影响趋于减弱,而赤道中东太平洋海温异常通过改变水汽条件影响我国南方冬季降水强度。     

1991和1994年南京夏季降水异常与副热带东北太平洋海温异常的联系及成因

利用1979-2015年降水观测资料、海表温度资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了南京夏季降水的时间变化规律,发现南京夏季降水具有明显的年际和年代际变化特征,且总体呈增多趋势。1991年南京夏季降水为极端正异常年份,距平为343.92 mm;1994年南京夏季降水为负异常年份,距平为-273.78 mm。南京夏季降水与副热带东北太平洋（美国加利福尼亚地区西海岸）海温异常存在显著的负相关关系,1991年副热带东北太平洋海温负异常,1994年副热带东北太平洋海温无显著异常。1991年副热带东北太平洋海温负异常,引起该地区上空低层辐散、高层辐合,热带中东太平洋上空低层辐合、高层辐散,这样的环流异常引起中东太平洋上空存在异常上升运动,该异常上升运动则通过纬向垂直环流引起菲律宾附近产生下沉运动并抑制该地区对流活动,激发出负位相的EAP/PJ型遥相关波列,引起了包括南京在内的长江流域降水正异常;同时,水汽由菲律宾地区向南京地区输送并辐合,有利于南京地区1991年夏季降水偏多。1994年副热带东北太平洋海温无显著异常,菲律宾附近对流活动活跃,激发出正异常的EAP/PJ型遥相关波列;同时,水汽由黑潮延伸区经日本列岛向西输送,南京地区为水汽辐散区域,使得1994年南京夏季降水负异常。     

近30a山东夏季降水特征及成因分析

利用1979—2010年山东省12个代表站的夏季降水资料、高度场和风场资料以及海温资料,分析了山东夏季降水的特征及其成因。结果表明:夏季降水在山东省区域内表现为一致性为主,在该趋势下又有明显的南部和北部以及东部和西部的差异;具有明显的年代际变化特征;东亚夏季风、西太平洋副热带高压和东亚高空西风急流,均易造成山东夏季降水一致偏多;山东夏季降水和同期夏季赤道西太平洋海温呈正相关,与同期夏季赤道东太平洋海温呈负相关。     

华南夏季降水的变化特征及其与热带太平洋海温异常的关系

根据1958-2008年华南48站降水资料、NOAA全球逐月海温格点资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF分解、相关、合成等统计方法,分析了华南夏季降水的变化特征及其与冬季热带太平洋海温的关系。结果表明,华南夏季降水变化特征主要表现为,空间分布以全区一致型为主,其次是南北反相对称型和东西反相对称型,且这3种分布模态都表现出显著的年际和年代际特征。全区一致型降水异常与热带太平洋海温显著相关,二者的相关性也具有年代际变化特征,其对应的热带太平洋海温具有沿赤道太平洋呈“负-正-负”的纬向分布型,类似于中部型El Nino。全区降水偏多时期,西南季风偏强,西太平洋副热带高压偏强、脊点位置偏西,南亚高压偏强、脊点位置偏东,总体的环流形势有利于华南地区的水汽输送和上升运动;降水偏少时期,情况相反。     

前期热带太平洋次表层海温异常与东亚夏季风的可能联系

利用1979—2012年日本气象厅次表层海温资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了前期冬季热带太平洋次表层海温与东亚夏季风的关系,并讨论了其可能机制。结果表明,前期冬季热带太平洋次表层海温与后期东亚夏季风强弱有显著的相关关系。冬季次表层海温呈现东正西负的类El Nio分布型时,夏季副热带高压偏强,西北太平洋地区受反气旋型环流控制,能将大量的水汽输送到长江和淮河流域,有利于水汽在该区域辐合,为夏季降水偏多创造了条件,此时东亚夏季风活动整体偏弱,反之亦然。但类El Nio分布型对东亚夏季气候变化的影响较类La Nia分布型更显著。此外,冬季热带太平洋次表层海温可能通过其自身能够持续性地影响东亚—太平洋地区的大气环流异常,次表层海温随季节变化有明显的发展和移动趋势:冬季西太平洋暖池次表层冷(暖)海温不断堆积,沿温跃层向东传播使得中东太平洋次表层海温逐渐变冷(暖),冷(暖)海温上翻加强使得海表温度异常,进一步影响到西太平洋副热带高压的位置和强度,并在东亚地区形成经向遥相关波列,通过西北太平洋地区异常反气旋(气旋)环流的作用,影响东亚地区大气环流以及气候变化。     

长江中下游地区夏季降水的水汽路径的客观定量化研究

本文根据中国台站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料, 研究了长江中下游地区夏季降水的水汽路径并给出了客观定量化的定义。结果表明:(1)影响长江中下游地区夏季降水的水汽路径主要是来自南界的水汽输送, 据此定义了南界水汽路径的面积、中心强度、向东延伸格点的位置以及边界强度等指标;(2)对各个指标的时间演化特征进行了分析, 南界水汽路径的面积指标和中心强度指标有下降的趋势, 各个指标在20世纪90年代前后都有一个明显的转折, 面积指标、中心强度指标、边界纬向强度指标都有明显的年代际的变化;(3)对各指标与中国夏季降水和前冬海表温度进行相关分析, 夏季南界水汽路径影响我国不同地区的降水, 南界水汽路径的面积指标、中心强度指标与前一年冬季西太平洋的海温呈显著负相关, 与赤道中太平洋和东太平洋前一年冬季的海温呈显著正相关, 即前冬东太平洋发生El Ni?o时, 有利于夏季西太平洋水汽输送增强, 进而有利于长江中下游地区夏季降水偏多。     

多因子协同作用对1992年和1998年黄淮地区夏季降水异常的影响

1991年5月和1997年4月赤道中东太平洋均发生了El Ni?o事件,但是1992年夏季黄淮地区降水异常偏少,而1998年夏季却异常偏多。分析结果显示,1992年夏季西北太平洋副热带高压（以下简称副高）偏东,中高纬阻塞高压偏弱,黄淮地区降水异常偏少;而1998年夏季,副高偏西,中高纬阻塞高压活动频繁,黄淮地区降水异常偏多。对海温外强迫信号的诊断和数值模式试验显示:当西太平洋对流活动偏弱时,有利于副高西伸;鄂霍茨克海及以东海温偏高时,其上空的阻塞高压增强;北大西洋中纬度地区海温偏高时,有利于后期乌拉尔山高压脊明显增强。即在赤道中东太平洋发生El Ni?o事件的背景下,西太平洋对流、鄂霍茨克海附近亲潮区域和北大西洋中纬度区域海温异常可能是导致黄淮区域1992年夏季和1998年夏季降水差异大的主要原因。该工作显示仅根据El Ni?o事件的发生时间和强度无法完全预测黄淮地区夏季降水变化,需要综合考虑西太平洋对流、鄂霍茨克海附近海域和北大西洋中纬度区域海温异常对季风环流的影响,从多因子协同作用的角度诊断和预测黄淮地区夏季降水异常趋势,提高预测能力。     

夏季中国华北降水、印度降水与太平洋海表面温度的耦合关系

本文基于1951~2014年的站点观测资料以及再分析资料,应用多变量经验正交分解法（MEOF）研究了年际尺度上华北夏季降水、印度夏季降水与海表面温度之间的耦合关系（主要模态）。结果表明:当印度夏季降水偏强时,若同期夏季赤道中东太平洋海温表现为La Ni?a位相,则西太平洋暖池对流加强,副热带高压偏西偏北,有利于华北夏季降水与印度夏季降水一致增强。反之,当印度大部降水偏弱时,若同期夏季赤道中东太平洋海温表现为El Ni?o位相,则华北夏季降水和印度夏季降水一致减弱。然而,两地夏季降水的协同变化关系并不总是成立。当赤道中东太平洋海温异常随时间演变表现为冬春El Ni?o衰减型时,伴随着印度洋偶极子（IOD）正位相的衰减过程,这会减弱东亚夏季风,使得华北夏季降水偏少。此时印度半岛夏季降水增强区集中在其西部,无法形成连接印度和华北夏季降水异常的环半球遥相关（CGT）波列,可能使得华北夏季降水异常与全印度夏季降水异常成相反形势。这些结论揭示了中国华北夏季降水、印度夏季降水和海表面温度之间的耦合关系,有助于进一步理解海温外强迫对两地夏季降水之间相关关系的作用,从而对华北夏季降水的预测具有参考意义。     

12月和2月热带太平洋海温与东亚水汽输送关系的年代际变化机制

利用1950～2019年NCEP/NCAR大气再分析资料、NOAA海表面温度资料以及ERA5垂直积分水汽通量资料，分析了12月和2月热带中东太平洋海温与东亚水汽输送关系的年代际变化。结果表明，12月东亚上空经向水汽输送与热带中东太平洋海温的相关性在1980年代中期之前较弱，1980年代中期之后二者呈显著正相关；2月二者关系在1950～1970年和1990～2010年呈显著正相关。12月二者关系年代际变化的主要原因是热带太平洋海温通过太平洋—东亚（PEA）遥相关型和环北半球遥相关型对东亚水汽输送的影响在1980年代中期之后增强；当热带中东太平洋海温偏暖（冷）时，影响PEA遥相关型和环北半球遥相关型，导致东亚自南向北的水汽输送异常增强（减弱）。与12月不同的是，2月二者关系在1950～1970和1990～2010年主要受PEA遥相关型影响。而在1971～1989期间，2月二者关系受环北半球遥相关型影响；当热带太平洋海温偏冷（暖）时，影响环北半球遥相关型，导致东亚经向水汽输送异常增强（减弱），该机制可以部分抵消PEA机制对东亚水汽输送的影响，导致二者关系在此期间不显著。此外1990年之后，热...     

近67a影响山东台风频数的变化特征及其与若干气候因子的关系

利用1949—2015年台风年鉴资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA资料等对近67 a影响山东的台风频数特征及其与相关气候因子的关系进行了分析。结果表明:(1)影响山东的6类台风中沿海北上类最多,登陆填塞类最少。8月和8月上旬是主要月份和旬份。台风年代际变化明显,并存在显著的26 a年代际尺度和5 a年际尺度的周期变化。(2)台风频数与同年份的东亚槽位置、亚洲区极涡面积指数分别呈显著的负、正相关关系。Ni1o3. 4区海温对台风频数存在超前的显著负相关,超前影响分别在1、2、3、4月。台风频数与冬季北大西洋涛动(NAO)指数、太平洋年代际振荡(PDO)指数分别存在显著的正、负相关关系。春、夏、秋季和年PDO冷位相时台风频数偏多,PDO暖位相时台风频数偏少,这与西太平洋副热带高压和低层水汽条件关系密切。(3)冷、暖位相年台风频数与太平洋海温分别存在显著的相关区,特别是冬季暖位相时赤道中东太平洋显著负相关区域较大。年PDO冷位相与夏季的显著相关区较相似,暖位相与秋季相似。(4)太平洋海温与台风频数相关性较好的海域主要有3个关键区:赤道中东太平洋、北太平洋中部和西太平洋暖池。其中赤道中东太平洋的的显著性表现在冬季,北太平洋中部的显著性表现在年、春、夏、秋季,西太平洋暖池的显著性表现在夏、秋季。     

贵州冬季冻雨的大尺度环流特征及海温异常的影响

利用1981-2013年贵州冬季冻雨资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA海温资料等,分析了影响贵州冬季冻雨日数的大尺度环流系统,讨论了海温异常对冬季冻雨日数的可能影响。基于赤道中东太平洋海温异常建立冬季冻雨日数的预测模型,并检验了模型的预测能力。研究表明:贵州冬季冻雨日数偏多(少)年,大气环流异常呈现出西伯利亚高压偏强(弱)、东亚地区海陆气压差偏大(小)的强(弱)东亚冬季风环流特征,同期印缅槽偏强(弱)、东亚副热带急流偏强(弱)。贵州冬季冻雨日数多寡与ENSO事件存在密切联系,秋、冬季赤道中东太平洋冷(暖)海温发展有利于冬季冻雨日数偏多(少)。前期秋季赤道太平洋Ni?o区海温异常是显著影响贵州冬季冻雨日数的年际预报信号,对贵州冬季冻雨日数的多寡具有较好的预测指示意义。     

湖南主汛期旱涝与大气环流及春季海温的关系

利用1960-2006年NCEP/NCAR逐月再分析资料、NOAA月平均海表温度资料和湖南月降水资料等,在计算分析湖南主汛期旱涝变化特征的基础上,对湖南主汛期旱涝大气环流及其与春季海温的关系进行了分析。结果表明,湖南主汛期洪涝指数增大趋势显著,1990年代以来处于洪涝多发期。洪涝指数具有20年、9年和3~4年的周期;干旱指数存在22年、10年和2~4年周期。湖南主汛期旱涝与西太平洋副热带高压、中高纬度环流、南亚高压、低层流场、水汽输送等持续异常有关。当西太平洋副热带高压面积偏大,强度偏强,脊线偏南,西伸脊点偏西,鄂霍次克海地区多阻塞活动,南亚高压主体位置较常年偏西,来自南海的水汽输送较常年强,低层湖南大部分地区处于辐合气流控制之下,湖南主汛期易洪涝;反之,当西太平洋副热带高压面积偏小,强度偏弱,脊线偏北,西伸脊点偏东,鄂霍次克海地区少阻塞活动,南亚高压主体位置较常年偏东,来自南海的水汽输送较常年弱,低层湖南大部分地区为辐散气流控制,湖南主汛期易干旱。春季印度洋、赤道中东太平洋和黑潮海温是湖南主汛期旱涝变化的重要短期气候预测信号,春季印度洋和赤道中东太平洋海温偏高(低)有利于湖南主汛期降水偏多(少),黑潮海温偏低湖南主汛期易少雨干旱。     

2012年秋季我国气候异常及成因分析

2012年秋季我国气候异常特征总体表现为:气温偏低,降水明显偏多,其中东北、华北以及江南地区降水异常偏多。分析我国气候异常成因表明,我国东北、华北降水偏多主要与西北太平洋中高纬度地区异常的东南风水汽输送有关;而我国江南及华南地区的降水偏多则主要与西太平洋副热带高压西侧的西南暖湿水汽输送密切相关。进一步研究表明,海温异常是影响2012年秋季我国气候异常的最主要的外强迫因子,其中西北太平洋中高纬度地区海温异常偏暖主要影响东北和华北地区的降水,而热带印度洋海温偶极子的正位相分布及赤道中东太平洋地区较弱的暖海温异常分布则主要影响江南及华南地区的降水。     

我国华南3月份降水年代际变化的特征

利用1951～2005年华南3月份降水资料、太平洋年代际振荡(PDO)指数以及NCEP再分析资料,对华南3月份降水年代际变化特征、及其对应的大尺度环流以及与PDO的关系进行了分析。结果表明,华南3月份降水存在显著的年代际变化特征,并且Mann-Kendal突变检验表明华南3月份降水在1978年左右发生年代际突变,从之前的降水偏少转变为降水偏多。我国华南3月份降水与PDO有着显著的相关。进一步研究表明,在年代际降水偏少时期,PDO处于负位相(北太平洋海温偏高,中东太平洋海温偏低),北太平洋海平面气压场和高度场偏高,亚洲大陆海平面气压场和高度场偏低,赤道西太平洋到赤道东印度洋附近的海平面气压场偏低,赤道辐合带附近地区的高度场偏低,东亚对流层大气偏暖,西太平洋副热带高压偏东,东亚高空急流偏北,东亚Hadley环流偏弱。在年代际降水偏多时期,PDO处于正位相,情况则与降水偏少时期相反。     

江西省夏季降水年际变化的机理研究

通过对观测资料和大气再分析资料的诊断分析,研究了影响江西省夏季降水变率的物理机制。结果表明江西省夏季降水存在显著的年际变率。极端条件下,降水偏多的夏季可达降水偏少的夏季的降水量的三倍。中纬度地区的准静止波列和热带关键海区的海温异常是造成江西夏季降水异常的主要原因。当江西省夏季降水偏多时,欧亚大陆地区存在"正—负—正"的准正压Rossby波列结构,位于贝加尔湖的正活动中心能引导干冷空气南下,从而有利于江南地区的锋生和江西降水的增加。此外,当江西省夏季降水偏多时,前期冬季中东太平洋地区有El Ni1o事件的活动,并能通过大气桥在夏季印度洋地区形成正海温异常。通过"印度洋电容器"机制,印度洋的暖海温能激发向东传播的Kelvin波,引起菲律宾地区降水的减少。菲律宾地区抑制的降水能激发向北传播的EAP/PJ波列,使得西太平洋副热带高压西伸增强,从而有利于水汽向江南地区的输送,并造成江西夏季的降水增加。     

青藏高原西侧地区冬季降水的年际变率及其影响因子

基于全球降水气候中心（GPCC）和全球降水气候计划（GPCP）的降水数据及ERA-interim再分析资料,分析了1979~2012年冬季青藏高原（简称高原）西侧地区降水的基本特征及影响其年际变率的潜在因子。结果表明高原冬季降水主要发生在其西侧地区且为全区变化一致型,降水所需的水汽主要来自上游地区,从该区域的西边界输入。然而,高原西侧地区冬季降水的年际变率主要由水汽输送的动力过程所决定,表现为高原西侧的西南风异常。此外,高原西侧冬季降水的年际变率与其上游典型的大气内部变率北大西洋涛动和北极涛动相关性不强,而与赤道西印度洋和热带中东太平洋的海温显著相关。热带中东太平洋海温异常通过影响大气环流变化,在印度洋北部激发一个反气旋式的环流异常,使得高原西侧地区出现异常西南风,从而加强了水汽通量输送的动力作用。同时在赤道异常东风的作用下,暖水也向印度洋西部输送堆积。赤道中东太平洋海温的异常可进一步导致西风急流发生南北移动,从而也在一定程度上影响了高原西侧冬季水汽输送以及降水的年际变率。     

春季黑潮区海温异常与我国夏季降水的关系

利用海温资料、NCEP/NCAR 53 a(1951～2003年)再分析资料和全国160个站的月降水资料,采用小波、合成和相关分析等方法,分析了春季黑潮区域海表温度异常与我国夏季(6～8月)降水及其与夏季500 hPa高度场、水汽输送的关系。结果表明:春季黑潮区域海表温度具有明显的年际和年代际变化特征,海温的增加趋势非常显著,存在不同尺度的周期振荡,其中23 a左右的周期最显著。春季黑潮海温偏高时,中高纬地区的槽和脊加深,西北太平洋副热带高压加强、西伸,导致副热带高压西侧的暖湿气流输送到长江中下游及华南地区,从而使长江中下游及华南地区的夏季降水增多;水汽输送合成场表明来自南海、西太平洋的水汽输送较气候平均年偏强,向长江流域以北的水汽输送减少,使长江中下游及华南地区夏季降水增多;相反,海温偏低时,长江中下游及华南地区的夏季降水减少。     

前期北太平洋海温异常对贵州夏季降水的影响

利用1979 2011年夏季贵州83个台站降水月资料及前期北太平洋逐月海温资料,对二者的耦合关系进行了SVD分析,对异常年份进行了合成分析,并对前期海温影响贵州夏季降水的可能机制进行了探讨。结果表明:(1)影响贵州夏季降水的海温关键区,从前一年夏季至当年春季由北太平洋的加利福尼亚冷流区转移到了黑潮区,前一年夏、秋及冬季海温的变化与贵州夏季降水关系更为密切,同期春季与贵州夏季降水的相关最差,且前期北太平洋海温与贵州中东部降水的异性相关更好。(2)贵州夏季降水偏多年,前一年夏季北太平洋海温分布从西北到东南为"+-+"分布,而降水偏少年为"-+-"分布,降水偏多年与El Nino事件关系不密切,而降水偏少年与La Nina事件关系较密切;在北太平洋夏季海温正异常年翌年,贵州夏季降水呈全区一致的偏多,而在负异常年翌年,贵州夏季降水呈全区一致的偏少。(3)前期北太平洋海温异常是影响贵州夏季降水的可能机制,北太平洋海温异常升高可引起向中纬度西太平洋传播的波列,通过加强西风造成西太平洋副热带高压西伸、偏强,有利于贵州降水异常偏多;而北太平洋海温异常降低对贵州降水的影响不如海温异常显著,它可造成西风减弱,使得西太平洋副热带高压东退、偏弱,从而抑制贵州夏季降水。     

夏季大西洋Niňo基本特征及其与中国夏季降水异常的联系

利用NCEP-DOE AMIP-Ⅱ再分析资料、Hadley中心海表温度资料以及全国160站降水资料,运用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)分解和回归分析等方法,研究了夏季大西洋Niňo的变化特征及其与中国夏季降水异常的联系。结果表明:夏季大西洋Niňo是热带大西洋海温异常的第一EOF模态,其方差贡献率为33.7%,具有明显的年际变化特征。当夏季大西洋Niňo处于暖位相时,对流层低层西北太平洋地区出现明显的异常反气旋,受其影响,西太平洋副热带高压强度增强、位置西伸,中国华南地区出现显著的西南风异常,有利于西太平洋副热带高压西南侧的水汽向中国长江流域及其以北地区输送,使中国长江流域和华北地区降水增多,而中国东南沿海地区则受西北太平洋异常反气旋控制,不利于降水发生;反之亦然。     

2021年山东秋季降水异常偏多成因分析

利用1961—2021年山东123个国家级气象观测站逐日降水资料、ERA5逐月再分析资料和NOAA海温数据,对2021年山东秋季降水异常偏多成因进行分析。结果表明,500 hPa位势高度场上中高纬地区上空存在着“两脊一槽”双阻型的环流形势,贝加尔湖以西地区长波槽加深加强,有助于西路冷空气南下东传影响山东。西太平洋副热带高压(以下简称副高)较常年面积偏大,强度偏强,脊点偏西,脊线偏北,将外围充足的暖湿气流向北输送至黄淮地区,为山东地区提供了充足的水汽。冷空气与暖湿气流交汇于黄淮地区,导致降水异常偏多。进一步分析表明,在赤道中东太平洋冷水状态和印度洋海温持续暖位相的协同影响下,导致副高偏强偏西偏北,从而为暖湿气流输送提供有利的水汽条件。副高异常偏强偏北、南美东海岸和北太平洋海温异常偏暖、赤道中太平洋海温异常偏冷是造成山东9月降水异常偏多的主要原因。