Impacts of Previous Winter Kuroshio SSTA on Summer Rainfall in China

1. IntroductionAs well known, Kuroshio is a famous and strongwest boundary current in the North Pacific. It trans-fers enormous energy from the low latitudes to themid-high latitudes and releases huge heat flux to theatmosphere above (Hsiung, 1985). The variation ofKuroshio exerts great influence on weather and cli-mate in East Asian.During 1950-60s, Lü (1950, 1964) found that thewestern North Pacific SSTA had a close relation withsummer rainfall in China. In the 1970s, evidencesshowed…     

春季南半球环状模与长江流域夏季降水的关系：Ⅱ 印度洋和南海海温的“海洋桥”作用

用回归、合成、相关、ESVD等方法分析了春夏季印度洋、南海海温异常在春季南半球环状模(SAM)与夏季长江中下游降水关系中的作用.研究发现春季南半球环状模指数(SAMI)正(负)异常时,同期南印度洋中高纬、北印度洋海域海温出现了明显正(负)异常,这种海温的正(负)异常在夏季依然存在,并且北印度洋的海温异常得到加强.对印度洋和南海海域详细划分区域后的进一步分析表明春季南半球热带外大气环流(SAM)异常可以强迫南印度洋中高纬海域海温发生明显异常.这种异常可以持续到夏季,而且表现出传播特性,即南印度洋中高纬海温异常可以传播到北印度洋(包括阿拉伯海和孟加拉湾)和南海海域,加强这些海域的海温异常.对东亚夏季风与夏季海温关系的分析表明东亚夏季风异常对应的夏季北印度洋、南海海温异常与春季SAM异常对应的夏季北印度洋、南海海温异常的形势相似,符号相反.说明印度洋、南海海温是春季SAM影响夏季长江中下游降水的一个"桥梁".基本思路为强(弱)春季SAM可以引起南印度洋中高纬海域海温的偏高(偏低);南印度洋中高纬海域偏高(偏低)的海温从春季持续到夏季并且传播到阿拉伯海、孟加拉湾、南海海域;这些海区偏高(偏低)的海温可以导致东亚夏季风减弱(加强),而东亚夏季风减弱(加强)是长江中下游降水偏多(偏少)的一种有利条件.     

春季南半球环状模与长江流域夏季降水的关系：Ⅰ 基本事实

利用统计方法对春季(4~5月)南半球环状模(SAM)与夏季(6~8月)中国降水的关系作了分析,发现春季南半球环状模指数(SAMI)与夏季长江中下游降水之间存在显著的正相关关系。春季SAM偏强的同期对流层下层在欧亚大陆存在一以蒙古高原和天山山脉为中心的异常反气旋对,从中国东北到华南中纬度地区均为异常的偏北气流控制。这种环流异常形式可以持续到夏季并加强,致使东亚夏季风减弱;春季SAM偏强,夏季西太平洋副热带高压西部脊强度加强,位置偏西,这些异常环流都有利于长江中下游地区降水偏多。另外,春季SAM偏强,夏季长江中下游地区水汽含量增大,向上的垂直运动得到加强,为该地区降水偏多提供了基本的水汽条件。春季SAM偏弱时,夏季东亚大气环流和水汽条件相反。因此,春季SAM为夏季长江中下游汛期降水提供了一有用的前期信号。     

1月份黑潮区域海温异常与我国夏季降水的关系

分析了1月份黑潮区域海表温度异常与我国夏季(6—8月平均)降水的相关关系及其与夏季东亚大气环流的关系。结果表明：1月份黑潮区域海温偏高(低)时，乌拉尔山附近和雅库茨克附近的阻高加强(减弱)，在这两个阻高之间的低压槽加深(减弱)，西北太平洋副热带高压加强(减弱)、西伸(东撤)，亚洲夏季风明显偏弱(强)，导致副热带高压西侧的暖湿气流输送到长江中下游地区(我国北方地区)，从而使长江中下游地区的夏季降水增多(减少)。     

前冬澳大利亚周边海温与我国长江流域夏季降水的联系

利用1980～2012年Hadley中心的HadISST再分析海温资料、美国NCEP/NCAR月平均再分析资料和中国160站月平均降水资料,研究了前冬澳大利亚周边海温与长江流域夏季降水关系。研究表明,澳大利亚周边冬季逐月海表温度距平（SSTA）EOF分解第一模态具有全区一致模形式,澳大利亚周边海温一致模具有季节持续性,可从前一年冬季一直维持到当年的夏季。用Ni?o3.4指数剔除海温场中ENSO线性信号后,表明澳大利亚周边海温一致模可能是独立于ENSO位相的区域局地现象。基于冬季澳大利亚周边海温一致模形式,定义了表征长江流域夏季降水一致模指数（CMI）,对长江流域夏季降水具有一定的短期预测意义。澳大利亚周边海温一致模与长江流域夏季降水显著相关,一方面是因为澳大利亚周边海温异常能激发南北半球遥相关,造成西太平洋副热带高压异常,从而影响长江流域夏季降水;另一方面,澳大利亚周边海温异常导致热带地区南北半球对流异常,尤其使得菲律宾周边地区的对流活动异常,进而造成长江流域夏季降水异常。     

东亚海陆热力差指数及其与环流和降水的年际变化关系

利用 196 1～ 1999年海温和地温月平均资料 ,定义了一个海陆热力差指数 ,来表示东亚季风环流的纬向和经向海陆热力差异的变化强度 ,研究了夏季指数与东亚夏季风环流场和中国东部夏季降水的年际变化关系。结果表明 :(1)海陆热力差指数可用来表示东亚夏季风的强弱变化。强指数年东亚季风区低空西南夏季风气流和高层的东风气流明显偏强 ,表明这一年夏季风偏强 ,弱指数年反之。 (2 )海陆热力差指数能较好地反映东部季风区夏季降水的异常状况。强指数年 ,雨带偏北 ,江淮流域和长江中下游明显干旱 ,华南、华北降水偏多 ,弱指数年反之。这一降水异常特征可以从强弱海陆热力差指数年的环流场得到解释。 (3)海陆热力差指数所反映的东亚夏季风具有明显的准 2a和 3～ 6a周期的年际振荡 ,但其振幅和周期具有显著的年代际异常     

Temporal Variations of the Spring Persistent Rains and South China Sea Sub-high and Their Correlations to the Circulation and Precipitation of the East Asian Summer Monsoon

National Meteorological Information Center （NMIC） rainfall data and NCEP/NCAR daily circulation reanalysis data are employed to establish the onset-pentad time index of the spring persistent rains （SPR） and the decay-pentad time index of the South China Sea （SCS） sub-high. These indexes are used to study the relationship between the factors in SPR period and their relations to the circulation and precipitation of the East Asian summer monsoon （EASM）. Results show that, the summer rainfall over southeastern China decreases when SPR onset is late. For then EASM strengthens and the cyclonic circulation around the Tibetan Plateau （TP） strengthens, which makes abnormal anti-cyclonic circulation （cyclonic convergent circulation weakens） appear over southeastern China. When the decay of SCS sub-high delays, abnormal flood prevails over the middle and lower reaches of the Yangtze River （MLYR） and to the south. That is mainly caused by EASM weakening while SCS sub-high strengthening, then the abnormal southwesterly over South China and the abnormal northerlies of anti-cyclonic circulation around the TP converge over the Yangtze Valley. The two indexes have high correlations with multivariate ENSO index （MEI） in March, indicating that the climate abnormity in East Asia is related to global climate abnormity tightly. The two time indexes are independent of each other, which is favorable for the prediction of the anomalies of the circulation and precipitation of EASM. From this point of view, we must take the global climate background into account when we analyze and predict the East Asian summer circulation and precipitation.     

中国东部夏季降水80年振荡与东亚夏季风的关系

利用中国东部1470－1999年夏季降水级别资料和1951－1999年夏季降水观测资料，以及1871－2000年北半球海平面气压资料研究了中国东部夏季降水与东亚夏季风的关系。研究表明华北及东北南部、长江中下游地区和华南夏季降水存在明显的80年振荡，华北夏季降水的80年振荡与华南同位相，与长江中下游反位相。华北夏季降水与海平面气压在120°－130°E，20°－25°N区域内呈负相关，在121°－130°E，20°－25°N区域内呈正相关，并达到 95％信度。因此，利用这两个区域平均海平面气压差定义了一个表征夏季西南风强度的东亚夏季风指数。当东亚夏季风强时，华北夏季降水偏多，同时长江中下游少雨；当东亚夏季风接近正常时，华北干旱，长江中下游多雨。最后，利用530年的华北夏季降水长序列资料研究了东亚夏季风的年代际变率。     

海温异常对东亚夏季风影响机理的研究进展

从短期气候预测关注的外强迫信号角度出发,回顾了国内外在海温异常对东亚夏季风和我国汛期降水影响机理方面的主要研究进展,重点评述了热带太平洋ENSO循环、热带印度洋全区一致型海温模态、热带印度洋海温异常偶极子、南印度洋偶极子和北大西洋海温三极子模态的年际变化及其对东亚夏季风年际变率的影响。从研究成果在短期气候预测业务中应用的角度,重点关注海温异常和东亚夏季风年际变率以及我国汛期降水多雨带位置的关系,总结了海温异常作为外强迫信号对我国汛期降水预测的指示意义以及汛期降水预测的难度。最后指出气候预测业务对东亚夏季风影响的机理研究和动力气候模式发展方面的需求。     

Validation of Daily Precipitation from Two High-Resolution Satellite Precipitation Datasets over the Tibetan Plateau and the Regions to Its East

Daily precipitation amounts and frequencies from the CMORPH (Climate Prediction Center Morphing Technique) and TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) 3B42 precipitation products are validated against warm season in-situ precipitation observations from 2003 to 2008 over the Tibetan Plateau and the regions to its east. The results indicate that these two satellite datasets can better detect daily precipitation frequency than daily precipitation amount. The ability of CMORPH and TRMM 3B42 to accurately detect daily precipitation amount is dependent on the underlying terrain. Both datasets are more reliable over the relatively flat terrain of the northeastern Tibetan Plateau, the Sichuan basin, and the mid-lower reaches of the Yangtze River than over the complex terrain of the Tibetan Plateau. Both satellite products are able to detect the occurrence of daily rainfall events; however, their performance is worse in regions of complex topography, such as the Tibetan Plateau. Regional distributions of precipitation amount by precipitation intensity based on TRMM 3B42 are close to those based on rain gauge data. By contrast, similar distributions based on CMORPH differ substantially. CMORPH overestimates the amount of rain associated with the most intense precipitation events over the mid-lower reaches of the Yangtze River while underestimating the amount of rain associated with lighter precipitation events. CMORPH underestimates the amount of intense precipitation and overestimates the amount of lighter precipitation over the other analyzed regions. TRMM 3B42 underestimates the frequency of light precipitation over the Sichuan basin and the mid-lower reaches of the Yangtze River. CMORPH overestimates the frequencies of weak and intense precipitation over the mid-lower reaches of the Yangtze River, and underestimates the frequencies of moderate and heavy precipitation. CMORPH also overestimates the frequency of light precipitation and underestimates the frequency of intense precipitation over the other three regions. The TRMM 3B42 product provides better characterizations of the regional gamma distributions of daily precipitation amount than the CMORPH product, for which the cumulative distribution functions are biased toward lighter precipitation events.     

Relationship Between Soil Temperature in May over Northwest China and the East Asian Summer Monsoon Precipitation

This study investigates the relationship between the soil temperature in May and the East Asian summer monsoon （EASM） precipitation in June and July using station observed soil temperature data over Northwest China from 1971 to 2000.It is found that the memory of the soil temperature at 80-cm depth can persist for at least 2 months,and the soil temperature in May is closely linked to the EASM precipitation in June and July.When the soil temperature is warmer in May over Northwest China,less rainfall occurs over the Yangtze and Huaihe River valley but more rainfall occurs over South China in June and July.It is proposed that positive anomalous soil temperature in May over Northwest China corresponds to higher geopotential heights over the most parts of the mainland of East Asia,which tend to weaken the ensuing EASM.Moreover,in June and July,a cyclonic circulation anomaly occurs over Southeast China and Northwest Pacific and an anticyclonic anomaly appears in the Yangtze and Huaihe River valley at 850 hPa.All the above tend to suppress the precipitation in the Yangtze and Huaihe River valley.The results also indicate that the soil temperature in May over Northwest China is closely related to the East Asia/Pacific （EAP） teleconnection pattern,and it may be employed as a useful predictor for the East Asian summer monsoon rainfall.     

北方雨季中国东部降水异常模态的环流特征及成因分析

根据1958～2011年中国东部（105°E以东）316站逐日降水资料及NCEP/NCAR逐日再分析资料,利用统计分析、物理量诊断等方法,探讨北方雨季（7月11日至8月31日）中国东部降水异常模态及同期、前期的大气环流特征。分析发现,北方雨季中国东部降水异常表现为三个相互独立的降水模态:第一模态为偏西型,当其时间系数为正（负）时,河套地区降水偏多（少）,江淮流域上游降水偏少（多）,南方大部降水偏多（少）;第二模态为北方一致型,当其时间系数为正（负）时,北方降水一致偏多（少）,长江流域降水偏少（多）;第三模态为偏东型,当其时间系数为正（负）时,东北南部至长江中游降水偏多（少）,华东沿海降水偏少（多）。研究发现,造成北方雨季三个降水异常模态的环流特征各不相同:偏西型降水主要受西亚高空副热带西风急流位置南北偏移影响;北方一致型降水主要由东亚-太平洋遥相关波列导致;偏东型降水主要与海陆气压异常对比造成的东亚夏季风变化有关。此外,三个模态与前期环流异常有密切联系。第一模态的正（负）异常由7月上旬200 hPa来自北大西洋的异常波列造成乌拉尔山位势高度负（正）异常和巴尔喀什湖以南位势高度正（负）异常引起。第二模态的正（负）异常与前期7月上旬200 hPa北大西洋上位势高度负（正）异常产生的沿中纬度（高纬度）路径向下游传播的波列有关。第三模态的正（负）异常由春季3月份低层蒙古上空异常的气旋（反气旋）持续至同期造成。     

江南春雨和南海副热带高压的时间演变及其与东亚夏季风环流和降水的关系

使用国家气象信息中心整理的逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,创建了江南春雨建立时间指数和南海副热带高压(副高)减弱时间指数,研究了江南春雨各要素的相互关系及其与东亚夏季风环流和降水的关系.分析表明,当江南春雨建立较晚时,夏季江南地区的降水也较少,这是由于东亚夏季风加强,高原近侧气旋性环流加强,使江南地区出现异常反气旋性环流(气旋性辐合环流减弱)所致;当南海副高减弱较晚时,长江中下游至江南地区降水偏多,易发洪涝,这主要是由于东亚夏季风减弱,南海副高偏强,华南的异常西南风与围绕高原的异常反气旋环流的偏北风在长江中下游流域形成异常气旋性环流所致.江南春雨的建立时间和南海副高减弱时间之间又具有线性无关性,可以为东亚夏季风环流和降水异常的预报提供重要线索.两指数与3月ENSO综合指数MEI关系密切,表明东亚的气候异常与ENSO 全球气候异常紧密联系,因此在分析预测东亚气候异常时必须同时关注全球气候异常背景.     

长江中下游地区冬夏干湿韵律特征分析

通过分析中国160站1952—2013年的月平均降水观测资料,揭示了长江中下游地区冬季和夏季降水间存在显著的韵律现象,即当该地区冬季降水异常偏少(偏多)时,次年夏季降水也趋于异常偏少(偏多),这里称之为干(湿)韵律现象。对干、湿韵律年大气环流背景的分析结果显示,干韵律年和湿韵律年对应的环流形势基本相反:在干(湿)韵律年冬季,东亚地区500 hPa位势高度距平呈现西高东低(东高西低)的分布型,中国南方东部主要受偏北(南)风异常控制,这不利(有利)于低纬度暖湿气流向长江中下游地区输送,导致该地区冬季降水异常偏少(多);在次年夏季,西北太平洋副热带高压异常偏弱(强),不利(有利)于西南暖湿气流向中国东部地区输送,使得长江中下游地区夏季降水也异常偏少(多)。研究进一步指出,长江中下游地区的冬夏干、湿韵律现象与东亚冬夏季风活动的强度密切相关。干、湿韵律现象多在东亚冬夏季风强度变化一致的情况下出现:冬、夏季风一致偏强时多导致干韵律现象,而一致偏弱时易导致湿韵律现象。     

长江中下游梅雨与北太平洋大气热源诊断分析

利用长江中下游1954-2001年梅雨量资料和NCEP/NCAR 1954-2001年逐日高度场、风场、比湿场和地面气压场资料, 采用EOF分解、合成分析、SVD分解等方法, 详细讨论了北太平洋大气热源与长江中下游梅雨的关系。结果表明:西北太平洋大气热源与长江中下游梅雨量存在显著负相关, 东太平洋大气热源与长江中下游梅雨量存在显著正相关, 通过信度为95%的Monte-Carlo检验, 具体表现为当菲律宾群岛附近洋面、西太平洋暖池区及西北太平洋西风飘流区大气热源异常增加 (减少) 时, 赤道中东太平洋大气热源异常偏低 (偏高), 会造成长江中下游梅雨异常偏少 (偏多), 反之亦然, 合成分析、点相关分析和SVD的分析结果完全一致。     

冬,春季海温异常关键区对长江中下游夏季降水影响的敏感性试验

本文利用9层菱形截断15波的全球大气环流谱模式（L9R15）研究了前期冬季和春季海温异常的关键区对我国长江中下游地区夏季降水的影响,数值试验结果表明,冬季赤道东太平洋和黑潮区海温异常及春季印度洋和黑潮区海温异常使得长江中下游地区的夏季降水明显增多,同时500hPa副热带高压和100hPa南亚高压增强,但从范围和强度上来看,冬季赤道东太平洋和黑潮区海温异常时我国西南至长江中下游地区一带的夏季降水异常比春季印度洋和黑潮区海温异常时更明显,由此证实了观测资料的分析结果。     

Simulation of extreme precipitation over the Yangtze River Basin using Wakeby distribution

Based on the daily observational precipitation data at 147 stations in the Yangtze River Basin during 1960–2005 and projected daily data of 79 grid cells from the ECHAM5/ MPI-OM model in the 20th and 21st century, time series of precipitation extremes which contain AM (Annual Maximum) and MI (Munger Index) are constructed. The distribution feature of precipitation extremes is analyzed based on the two index series. Three principal results were obtained, as stated in the sequel. (i) In the past half century, the intensity of extreme heavy precipitation and drought events was higher in the mid-lower Yangtze than in the upper Yangtze reaches. Although the ECHAM5 model still can’t capture the precipitation extremes over the Yangtze River Basin satisfactorily, spatial pattern of the observed and the simulated precipitation extremes are much similar to each other. (ii) For quantifying the characteristics of extremely high and extremely low precipitation over the Yangtze River Basin, four probability distributions are used, namely: General Extreme Value (GEV), General Pareto (GPA), General Logistic (GLO), and Wakeby (WAK). It was found that WAK can adequately describe the probability distribution of precipitation extremes calculated from both observational and projected data. (iii) Return period of precipitation extremes show spatially different changes under three greenhouse gas emission scenarios. The 50-year heavy precipitation and drought events from simulated data during 1951–2000 will become more frequent, with return period below 25 years, for the most mid-lower Yangtze region in 2001–2050. The changing character of return periods of precipitation extremes should be taken into account for the hydrological design and future water resources management.     

夏季青藏高原东南部水汽收支气候特征及其影响

采用1961—2005年NCEP/NCAR再分析资料, 研究了夏季青藏高原东南部水汽收支的气候特征及其影响效应。结果表明:夏季青藏高原东南部总体上是一个水汽汇区, 平均总收入为39.9×106 kg/s。东亚夏季风的建立、推进对青藏高原东南部的水汽输入有重要影响, 而青藏高原东南部的水汽输出则与夏季我国东部雨带的推进过程密切相关。该区对周边地区的水汽收支有重要影响, 是向我国西北地区东部、长江中下游地区输送水汽的重要通道, 青藏高原东南部的水汽“转运站”效应是长江中下游流域洪涝和北方夏季干旱异常的关键因子之一。青藏高原东南部东、北边界夏季水汽收支均具有准两年周期振荡特征, 并分别与长江中下游、西北地区东部夏季降水的准两年振荡特征具有一定的联系。     

冬季黑潮SSTA影响东亚夏季风的数值试验

利用NCAR CCM3模式研究了前期冬季黑潮区域海温异常（SSTA）对东亚夏季风的影响，结果表明：当前期冬季黑潮区域海温异常偏高时，西北太平洋副热带高压位置偏西、强度偏强，夏季风较弱，梅雨锋位置偏南，江淮流域及长江中下游地区降水偏多，而华北和东北地区降水偏少；反之亦然。     

太平洋—印度洋海温与我国东部旱涝型年代际变化的关系

对我国东部各区域的夏季降水的正交小波分解表明,其大于28年的分量可以很好地表示华北和长江中下游地区在20世纪70年代前后旱涝相反的年代际变化特征。合成分析表明,北太平洋、热带印度洋海温和东亚高空急流与我国东部夏季旱涝型的年代际变化密切相关。东亚高空急流和西太平洋副热带高压在70年代前后的年代际差异对旱涝型发生年代际变化起到重要作用;北太平洋和热带印度洋海温的年代际变化近百年来是协同一致的,二者有可能共同对旱涝型的变化产生影响。进一步分析指出,北太平洋—热带印度洋海温的变化与急流和副高的南北位置在年际和年代际尺度上都密切相关。可见,北太平洋-热带印度洋海表温度异常(SSTA)对于我国东部旱型涝的年代际变化确实具有重要的预示作用。