厄尔尼诺与我国汛期降水

本文详细地讨论了厄尔尼诺与我国汛期大尺度降水的关系。指出,厄尔尼诺东部型,北太平洋海温的三个主要正负距平区的结构具有PNA遥相关型;厄尔尼诺中部型,北太平洋海温的三个主要正负距平区分布在赤道东太平洋到千岛群岛一线上。进而指出,厄尔尼诺东部型峰期过后,我国汛期降水的大尺度特征是长江流域降水偏少,江南和华北地区降水偏多。在厄尔尼诺中部型峰期过后则相反,长江流域降水偏多,江南和华北降水偏少。     

1965—2019年中国夏季分钟降水空间分布与长期趋势分析

短时强降水可引起洪涝等气象灾害,揭示其气候分布和长期变化特征对于防灾、减灾和气候变化应对等工作非常重要。利用较为完整的中国夏季1965—2004年的自记纸（2225站）以及2005—2019年的自动站（2435站）分钟降水数据,分析了中国大陆分钟降水的空间分布和长期变化特征。结果表明,中国夏季分钟降水频率基本呈现从北到南增加的特征,分钟降水强度在西北地区较小,东部平原地区较大。1 min、连续5 min最大一次降水量在内蒙古、华北最多,连续10 min以上的最大一次降水量和年平均最大降水量在华南沿海地区最多,上述指标的最小值都出现在南疆一带。1965—2004年以及2005—2019年,夏季分钟降水频率都存在增加趋势,是引起中国平均夏季降水量增加的主要原因;分钟降水强度则没有明显趋势性变化。1965—2019年数分钟到一日的最大降水量距平百分率都显著增加,其中连续半小时左右的最大降水量增加最快。总体来看,中国大陆每分钟的降水并未趋向于极端化,极端降水量的增加可主要归因于暴雨过程持续时间的增加。      

1951／1952—2004／2005年中国冬季降水变化研究

以中国1960年前建站的595个气象台站1951／1952～2004／2005年冬季逐日降水资料为基础,采用面积加权平均法得到冬季全国和8个区（包括东北区、华北区、长江中下游、华南区、青藏高原、西南区、西北东部和西北西部）的平均降水日数距平与降水量标准化距平序列。通过对全国和区域平均距平序列以及全国各站的冬季降水日数和降水量的变化速率和趋势系数的分析,得出：近54年来中国冬季降水日数明显减少,降水量变化趋势不明显;东北区和西北东部的冬季降水日数减少趋势超过0．01显著性水平,而青藏高原降水量的增加趋势超过0．05显著性水平。     

虹桥机场能见度变化特征分析

以中国1960年前建站的595个气象台站1951/1952～2004/2005年冬季逐日降水资料为基础,采用面积加权平均法得到冬季全国和8个区(包括东北区、华北区、长江中下游、华南区、青藏高原、西南区、西北东部和西北西部)的平均降水日数距平与降水量标准化距平序列.通过对全国和区域平均距平序列以及全国各站的冬季降水日数和降水量的变化速率和趋势系数的分析,得出:近54年来中国冬季降水日数明显减少,降水量变化趋势不明显;东北区和西北东部的冬季降水日数减少趋势超过0.01显著性水平,而青藏高原降水量的增加趋势超过0.05显著性水平.     

我国西北和华北夏季降水的偶极子关系及其环流特征

用全国35年以上资料的672个站,讨论了华北和西北夏季降水关系及其环流特征,结果表明:(1)华北和西北夏季降水存在跷跷板式的偶极子关系,当华北夏季降水偏多时,西北降水偏少,反之亦然。华北夏季降水指数与西北夏季降水指数之间的相关系数为-0.28,超过了0.05显著性水平检验。这两条曲线的10年滑动平均的相关系数达到-0.61;而滤去年代际振荡后,它们的相关系数为-0.23,显著性水平接近0.05。这表明华北与西北夏季降水的偶极子关系主要是由年代际振荡引起的,但年际变化也是一个不可忽略的因素。(2)环流分析表明:华北与西北地区夏季降水的偶极子关系与贝加尔湖南部地区(45°~55°N,80°~110°E之间的8个格点)和西部巴尔喀什湖地区(35°~40°N,70°~90°E之间的5个格点)500 hPa高度距平符号相反有关,由它们之差(G-D)组成的华北和西北夏季降水的偶极子关系的环流指数,能很好地解释华北和西北夏季降水的偶极子关系。     

近五十年来华北地区旱涝特征与全球变化的研究及对未来趋势的探讨

对近五年华北地区的降水资料进行了时空分析,研究了水资源枯、丰的变迁及它们的地域特征。并对大气环流及海温异常进行了对比分析。结果表明：华北降水距平有明显的二十年左右的年代际变化。从总体上说,从５０年代初至７０年代为丰水期,７０年代至９０年代则为枯水期,而从１９９２年以后又开始变为正距平。这种年代际变化有很强的地域性,个别地区表现出与平均趋势截然不同的变化,对比丰水期和枯水期的环流状态发现,华北地区二     

全球海温异常对中国降水异常的影响

用EOF和SVD方法分析了Climatic Research Unit的1951—2005年全球逐月海温距平场的时空变化特征及其与中国160个测站的月降水距平的时滞和空间耦合关系,讨论全球海温距平场的空间分布和时间演变对我国降水异常的影响,并着重分析了关键区在其特定关键时段内对我国降水异常的影响区域。结果表明,全球海温距平场有三个影响我国降水的关键区,即北太平洋、印度洋和我国南海以及赤道中东太平洋。这三个关键区的海温距平场具有明显的年际和年代际变化特征,突变发生在1976年左右,对我国降水有较为显著的影响,其中北太平洋关键区前期冬季海温对我国7月降水的影响、印度洋及南海前期冬春海温对我国5月降水的影响以及赤道中东太平洋前期冬季海温对我国7月降水的影响显得尤为重要。讨论了这三个关键区前期的海温距平场对我国不同区域不同时期降水影响的耦合关系,为我国区域降水异常预测的不确定性提供了依据。     

5月北太平洋涛动与华北夏季旱涝的关系

利用1948 2011年NCEP/NCAR逐月再分析海平面气压场资料计算了北太平洋涛动指数NPOI,研究NPOI与华北地区夏季(6 8月平均)帕默尔干旱指数PDSI的关系。结果表明,5月北太平洋涛动与华北夏季旱涝有较好的正相关关系。NPOI正(负)位相异常年,PDSI偏大(小),华北地区夏季偏涝(旱)。可能的环流机制分析表明,NPOI正(负)位相异常年,850 hPa风矢量距平场上乌拉尔山、贝加尔湖及西太平洋附近地区分别为反气旋(气旋)、气旋(反气旋)、反气旋(气旋)距平环流,共同加强了低层西南暖湿气流在华北地区的辐合(辐散);欧亚500 hPa位势高度距平场上分别呈现"+-+"("-+-")波列分布,西太平洋副热带高压强度偏强(弱),位置偏西(东)偏北(南),冷暖气流活动使华北多(少)雨。整层水汽输送来自阿拉伯海和孟加拉湾及西太平洋上空,使华北为水汽输送正距平中心,降水偏多;华北水汽通量散度为负值,为水汽汇区,易于降水,阿拉伯海、孟加拉湾、中南半岛南部至南海及西太平洋地区为强水汽辐散中心,是影响华北地区重要的水汽来源。前冬太平洋海温异常对5月北太平洋涛动有强迫作用,继而影响华北地区夏季旱涝。     

数据处理方法对中国区域平均降水序列精度的影响

利用地面观测站点资料研究大范围地区的降水长期变化规律,选取不同的指标会使分析结果出现显著差异。利用中国大陆区域内2139个国家站的逐日降水资料,比较不同数据处理方法得到全国和中国西部、中国东部地区的降水量、降水日数和降水强度的区域平均时间序列,探讨对其变化趋势估算的偏差。研究表明,1951—1957年估算的中国区域平均降水量原始值出现虚假的偏高,使趋势估算出现较大误差;1951—2016年中国西部地区平均降水量距平百分率时间序列的波动幅度显著偏大;区域平均降水量、降水日数和降水强度的距平和标准化距平序列较为可信。全国平均降水量、降水日数的原始值和距平值序列都基本反映了中国东部湿润地区降水的变化,降水量距平百分率的变化主要由西部干燥区域的降水变化构成,降水量标准化距平则可综合反映湿润和干燥地区的降水变化。     

中国东部极端降水变化特征及其与大气稳定度的关系

利用100°E以东地区通过5%质量控制的392个站逐日降水资料,对近50 a我国东部极端降水变化特征进行分析,并以1948—1976年和1977—2008年为研究子时段,讨论前后两阶段东部地区的大气湿位涡差异及大气稳定度状况。结果表明:我国东部地区极端降水表现出显著的南北差异;北方尤其是华北东部,极端降水量及其所占降水量比例均有下降趋势,而南方尤其是在长江中下游地区二者均呈增加趋势。湿位涡呈"南减北增"的趋势,对流稳定度和斜压稳定度在南方均出现变弱趋势,在北方则增强。大气性质的南北显著变化是我国东部地区极端降水呈"南增北减"分布型的一个重要原因。进一步研究表明,高纬度地区300 hPa层在1976年之后表现为温度负距平场中心,使东部地区高空热力性质产生差异,进而影响了对流稳定度的变化;同时冷中心北侧高层西风分量减小,南侧高层西风风量增大,斜压稳定度相应出现减弱和增强的变化趋势。     

Cross-season relation of the South China Sea precipitation variability between winter and summer

The present study reveals cross-season connections of rainfall variability in the South China Sea (SCS) region between winter and summer. Rainfall anomalies over northern South China Sea in boreal summer tend to be preceded by the same sign rainfall anomalies over southern South China Sea in boreal winter (denoted as in-phase relation) and succeeded by opposite sign rainfall anomalies over southern South China Sea in the following winter (denoted as out-of-phase relation). Analysis shows that the in-phase relation from winter to summer occurs more often in El Niño/La Niña decaying years and the out-of-phase relation from summer to winter appears more frequently in El Niño/La Niña developing years. In the summer during the El Niño/La Niña decaying years, cold/warm and warm/cold sea surface temperature (SST) anomalies develop in tropical central North Pacific and the North Indian Ocean, respectively, forming an east–west contrast pattern. The in-phase relation is associated with the influence of anomalous heating/cooling over the equatorial central Pacific during the mature phase of El Niño/La Niña events that suppresses/enhances precipitation over southern South China Sea and the impact of the above east–west SST anomaly pattern that reduces/increases precipitation over northern South China Sea during the following summer. The impact of the east–west contrast SST anomaly pattern is confirmed by numerical experiments with specified SST anomalies. In the El Niño/La Niña developing years, regional air-sea interactions induce cold/warm SST anomalies in the equatorial western North Pacific. The out-of-phase relation is associated with a Rossby wave type response to anomalous heating/cooling over the equatorial central Pacific during summer and the combined effect of warm/cold SST anomalies in the equatorial central Pacific and cold/warm SST anomalies in the western North Pacific during the mature phase of El Niño/La Niña events.     

夏季中国华北与印度降水之间的关联及其成因分析

本文基于1951~2012年的再分析资料以及站点观测资料,针对中国华北夏季降水和印度夏季风降水的协同变化(正相关)关系,利用集合经验模态分解法(EEMD)对两个降水序列进行时间尺度分解,并在年际尺度上分别考察了对两者正相关关系形成的有利和不利环流形势.结果表明,印度夏季风降水和华北夏季降水序列的较好正相关关系主要来自周期为2~3年的年际尺度分量,两者在该时间尺度上的相关系数为0.34,达到99%的信度水平.在年际尺度上,与印度夏季风降水异常有关的对流层中高层环半球遥相关型(CGT)波列能够衔接伊朗高原和环渤海地区上空的同位相环流异常(反气旋式或气旋式),从而有利于华北夏季降水和印度夏季风降水之间的协同变化.然而,这一协同变化关系并不总是成立.当伊朗高原上空异常中心的位置偏西时,CGT波列无法形成.这时,即使印度夏季风降水出现显著异常,华北地区却易受东亚—太平洋型或西太平洋型遥相关型的影响而其降水形势可能与印度夏季风降水形势相反.这些结论有助于进一步理解印度夏季风降水与华北夏季降水的正相关关系,从而对华北夏季降水的预测具有参考意义.     

华北夏季旱涝与同期500 hPa高度异常

采用中国气象局整编的月降水量、500hPa月平均高度场资料,利用相关、合成和奇异值分解等方法分析了华北夏季旱涝的时空分布特征及其环流异常特征,得到了500hPa高度场与同期降水的主要耦合模态。结果表明：华北旱涝年,北半球环流从高纬到低纬都存在显著的异常,其中显著区域有4个：北非到西亚的低纬地区、青藏高原地区、乌拉尔山东北部及加拿大东部。环流的异常变化与华北夏季降水的异常变化趋势较一致。亚洲地区由高纬到低纬,涝年环流异常表现为“ - ”分布;旱年为“- -”分布。     

华南6月降水异常及其与东亚—太平洋遥相关的关系

利用1959～2010年共52年的大气环流和降水资料,我们分析了华南前汛期季风降水 (6月降水) 的变化特征,发现6月华南降水与同期EAP (East Asia-Pacific,东亚—太平洋) 遥相关型有显著的相关关系,两者之间的相关系数为0.35.EAP指数为正时,长江中下游以南的地区降水偏多,而长江以北和黄河之间的地区降水偏少.将华南6月降水分为与EAP相关的降水序列和与EAP独立的降水序列,比较了二者所对应环流异常的异同点.结果表明,与EAP相关的降水异常对应着EAP相关型的环流异常分布特征,降水为正异常时,850hPa风场从低纬度到高纬度呈现“反气旋、气旋、反气旋”的异常分布,湿的偏南风和干的偏北风在华南上空交汇,降水增多;而整个淮河流域上空为偏北风异常,导致南风带来的水汽输送减少,降水偏少,因此降水异常呈现偶极子分布.相比之下,与EAP独立的降水正异常对应的环流异常表现为热带西北太平洋上空的反气旋性环流异常,华南地区上空为显著的西南风异常,输送到华南地区的水汽增多,导致降水偏多.     

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.     

Spatial and temporal relationships between global land surface air temperature anomalies and Indian summer monsoon rainfall

Summary Using the 60 year period (1931–1990) gridded land surface air temperature anomalies data, the spatial and temporal relationships between Indian summer monsoon rainfall and temperature anomalies were examined. Composite temperature anomalies were prepared in respect of 11 deficient monsoon years and 9 excess monsoon years. Statistical tests were carried out to examine the significance of the composites. In addition, correlation coefficients between the temperature anomalies and Indian summer monsoon rainfall were also calculated to examine the teleconnection patterns.There were statistically significant differences in the composite of temperature anomaly patterns between excess and deficient monsoon years over north Europe, central Asia and north America during January and May, over NW India during May, over central parts of Africa during May and July and over Indian sub-continent and eastern parts of Asia during July. It has been also found that temperature anomalies over NW Europe, central parts of Africa and NW India during January and May were positively correlated with Indian summer monsoon rainfall. Similarly temperature anomalies over central Asia during January and temperature anomalies over central Africa and Indian region during July were negatively correlated. There were secular variations in the strength of relationships between temperature anomalies and Indian summer monsoon rainfall. In general, temperature anomalies over NW Europe and NW India showed stronger correlations during the recent years. It has been also found that during excess (deficient) monsoon years temperature gradient over Eurasian land mass from sub-tropics to higher latitudes was directed equatowards (polewards) indicating strong (weak) zonal flow. This temperature anomaly gradient index was found to be a useful predictor for long range forecasting of Indian summer monsoon rainfall.With 12 Figures     

华北汛期降水与亚洲季风异常关系的研究

文中诊断分析了华北汛期降水与亚洲季风区环流异常以及低纬地区热源异常的关系,结果表明:在华北汛期干旱年,亚洲季风偏弱,而在华北汛期降水偏多年,亚洲季风较强,并巳存在两个明显的变化中心,一个位于印度半岛中北部地区,另一个位于菲律宾群岛附近。华北汛期干旱年上述两个地区的热源偏弱,而降水偏多年则偏强。 华北地区干旱年和降水偏多年的前期亚洲季风区热源就已存在明显的不同:华北汛期干旱年前期,亚洲季风区的热源偏弱且位置偏南,表现出季节变化推迟的趋势;华北汛期降水偏多年前期,亚洲季风区的热源偏强且位置偏北,表现出季节变化提早的趋势。 利用IAP L9R15 AGCM气候数值模式,进一步研究了亚洲季风区凝结潜热加热异常对大气环流和华北地区降水的影响,结果表明,印度半岛中北部地区和菲律宾附近地区的凝结潜热加热异常将引起青藏高压和西太平洋副高的异常变化,进而影响到华北地区的降水。     

1998年和2016年北大西洋海温异常对中国夏季降水影响的数值模拟研究

基于1979-2016年ERA-Interim再分析资料和CAM5.3模式,研究了2016年和1998年北大西洋海温异常对中国夏季降水以及大尺度环流的可能影响及其机制。结果表明,这两年前夏（6-7月）长江中下游及其以南地区降水均异常偏多,但1998年降水异常较2016年更为显著。后夏（8月）,2016年长江以南地区降水异常偏多,长江-黄河流域降水异常偏少,而1998年降水异常分布与之相反。2016年和1998年夏季中国东部降水异常的差异与西北太平洋对流层低层异常反气旋以及欧亚中高纬度环流变化的共同作用直接相关。敏感性数值试验的结果表明,北大西洋海温异常的显著差异是导致2016年和1998年夏季中国东部降水以及大尺度环流异常存在明显差异的重要原因之一。一方面,北大西洋海温异常可以通过改变欧亚中高纬度环流进而对中国夏季降水产生影响。1998年北大西洋海温异常自热带至副极地呈类似"+ - +"型分布,这种海温异常型能够在前夏欧亚中高纬度地区激发出双阻型的环流异常响应。2016年北大西洋海温异常自热带至副极地呈相对弱的"- + -"型分布,欧亚中高纬度环流异常响应总体偏弱。另一方面,北大西洋海温异常还可以通过影响热带纬向环流进而对西北太平洋对流层低层异常反气旋起调制作用。1998年北大西洋海温异常对夏季西北太平洋异常反气旋起增强作用,这与热带印度洋-太平洋海温的强迫作用相协调。然而,2016年北大西洋海温异常则有利于西北太平洋异常反气旋的减弱,这与热带印度洋-太平洋海温的强迫作用相反。因此,在这3个大洋的协同作用下,2016年和1998年前夏西北太平洋异常反气旋均偏强,但前者的振幅弱于后者。在后夏,1998年西北太平洋对流层低层仍受异常反气旋控制,2016年则为异常气旋控制。      

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。     

西北太平洋SST季内振荡及其与中国东部夏季降水季内振荡的关系

利用NOAA逐日海表面温度(sea surface temperature,SST)资料、NCEP/NCAR逐日风场和比湿资料以及中国国家气象信息中心提供的逐日降水资料,研究了西北太平洋气候SST的低频周期,进一步分析了夏季西北太平洋SST季节内振荡与中国东部同期降水异常的关系。结果表明:夏季西北太平洋季节内SST异常影响中国东部同期季节内降水最显著的三个区域为:长江中游及华南沿海;江淮流域;华北大部。其影响途径主要是通过西北太平洋季节内海温与850 h Pa环流场之间相互作用,在东亚沿岸自南向北逐渐形成气旋—反气旋—气旋(反气旋—气旋—反气旋)的波列结构,引起东亚沿海局地水汽的辐合辐散,使得中国东部夏季季节内雨带从江淮流域向华北推进(从华北南撤到长江中游及华南沿海地区)。