1998年夏第二阶段梅雨期乌拉尔山阻塞形势的维持

１９９８年夏季长江流域发生了近５０年来最严重的洪水。洪水形成最直接、最主要的原因是梅雨异常。异常梅雨的形成与东亚夏季风偏弱及热带外环流持续异常有关，其中一个明显特征是乌拉尔山地区长时间维持阻塞形势。本文结合诊断分析和数值试验，从瞬变对基本流的强迫（大气内部强迫）及热带热源强迫（外源强迫）两方面，分析了与第二段梅雨相对应的乌拉尔长时间阻塞的维持机制。利用共轭敏感性分析方法，计算了最有利于乌拉尔阻塞发展和维持的敏感扰动，发现扰动的分布位置，刚好与观测到的，从东大西洋到欧洲区域的异常增强的瞬变活动区相重叠。Ｅ矢量及斜压线性静止波模式的诊断进一步表明，异常期间的增强瞬变活动有利于乌拉尔出现正高度异常。计算了持续异常期间的高空急流及大气加热场，发现北美到大西洋的高空急流及热带加热都出现明显异常。中期天气预报模式 ＩＡＰ Ｔ４２Ｌ９的集合预报试验表明，热带地区的加热异常，尤其是热带中西太平洋和大西洋的加热异常，有利于乌拉尔正高度异常的形成。最后，提出了一种热带异常热源驱动下，瞬变波与定常波双向相互作用的阻塞形成与自维持的可能机制。     

热带环流异常对1998年长江流域特大洪涝的影响

分析了造成1998年长江流域特大洪涝灾害的大尺度热带环流成因.指出1998年处在热带环流强度偏弱的气候阶段,西太平洋暖池地区对流活动偏弱,南海热带夏季风持续异常偏弱,副热带夏季风偏强是造成长江持续强降水的主要原因;西太平洋热带对流层高低层环流系统的异常分布,为1998年长江特大洪涝提供了有利的环流背景.还探讨了热带环流异常影响我国夏季降水的可能途径,它们的关系在1998年夏季降水预测中得到应用.     

热带环流异常对1998年长江流域特大洪涝的影响

分析了造成1998年长江流域特大洪涝灾害的大尺度热带环流成因。指出1998年处在热带环流强度偏弱的气候阶段，西太平洋暖池地区对流活动偏弱，南海热带季风持续异常偏弱，副热带夏季风偏强度是造成长江持续强降水的主要原因；西太平洋热带对流层高低层环流系统的异常分布，为1998年长江特大洪涝提供了有利的环流背景，还探讨了热带环流异常影响换国夏季降水的可能途径，它们的关系在1998年夏季降水预测中得到应用。     

夏季乌拉尔地区大气环流持续异常的形成与维持

从天气尺度瞬变涡旋与时间平均基本气流双向相互作用建立异常型的角度，研究了夏季乌拉尔地区大气环流持续异常的形成与维持，首先基于合成分析，研究了持续异常期间的天气尺度瞬变波活动情况，结果表明：正异常时，在上游地区，从北大西洋中部到西欧沿岸，瞬变活动明显增强。负异常过程时相反，该地区瞬变活动减弱。利用线性正压原始方程模式，研究了在合成正异常基本流及7月气候基本流等两种基本流下，正异常时上游异常瞬变活动对异常建立的贡献。结果表明：正异常时，上游增强的瞬变波活动有利于正异常的建立与维持。利用基于线性正压原始方程模式设计的风暴轴模式，研究了时间平均基本流在组织与调控瞬变活动中所起的作用。结果表明：当乌拉尔地区高压脊发展时，有利于瞬变在上游的北大西洋中部到西欧沿岸地区组织起来。脊发展越强，越有利。结合上述两方面的结果，提出了瞬变与行星波双向相互作用的乌拉尔持续正异常形成和自维持机制。     

长江中下游夏季降水与热带对流的关系

本文利用1979～2001年中国160站月平均降水资料、NCEP／NCAR月平均再分析资料，包括OLR资料、500hPa高度场、海平面气压场及850hPa风场，借助相关分析、合成分析研究了长江中下游夏季降水与热带对流活动的关系。结果表明，热带对流活动与长江中下游夏季降水之间呈显著的正相关，即夏季热带对流活动强(弱)，长江中下游降水偏少(多)，易出现干旱(洪涝)。热带对流活动异常引起中、低纬度大气环流系统异常，中、低纬度大气环流系统异常向中、高纬度传播，引起中、高纬度大气环流系统异常，构成东亚地区大气环流异常，导致长江中下游地区夏季降水异常。     

我国九大气候区降水特性及其物理成因的研究Ⅱ——我国各区降水与环流因子的关系

利用ECMWF的格点风和位势高度场资料，对1998年夏季热带内外地区大气低频振荡特征进行了分析研究。结果表明，亚洲季风区的季节内振荡非常显著。850hPa季节内振荡纬向风的经向传播揭示出南海地区的西风振荡受南北两支西风的共同影响。与长江流域特大洪涝密切相关的大气环流系统(乌拉尔阻高和西太平洋副高)对季节内振荡有较强的响应。在欧亚范围，持续性异常环流十分活跃，大气低频波的活动与环流持续异常的形成有密切的联系，季节内振荡是高低纬环流持续异常同时发生的纽带。其低频(30—60d)遥相关型的分布同江淮洪涝年的波列结构相类似。     

2020年江淮流域超强梅雨年际异常的驱动因子分析

利用观测诊断和数值模拟相结合的方法,研究了2020年江淮流域6～7月超强梅雨年际异常的环流特征和驱动因子。结果表明:（1）2020年梅雨期长度和江淮流域总降水量均为1961年以来第一位,超强梅雨主要与西北太平洋异常反气旋（WNPAC）的异常偏强和异常西伸有关,WNPAC为江淮流域梅雨期持续的强降水提供了充沛的水汽来源;（2）2019年11月至2020年3月,赤道中东太平洋发生一次弱的中部型El Ni?o事件,本次事件持续时间短、强度偏弱,不足以激发和维持2020年梅雨期异常偏强的WNPAC,而春、夏季热带印度洋和热带北大西洋海温异常持续偏暖是WNPAC异常偏强和西伸的主要驱动因子;（3）热带印度洋暖海温在其东部的西太平洋激发出大气Kelvin波响应,造成了纬向风变化的不均匀分布,通过埃克曼抽吸,抑制了局地对流活动,驱动了WNPAC的生成;而热带北大西洋暖海温则引起局地对流活动增强,导致热带北大西洋上空上升运动和热带中部太平洋下沉运动增强,在西北太平洋上空激发异常的低空反气旋;热带印度洋和热带北大西洋暖海温对2020年6～7月WNPAC异常偏强均有显著的正贡献。     

夏季乌拉尔地区环流持续异常及其背景流特征

在 Dole持续异常界定方法的基础上提出了一种适用于全球分析的界定方法 ,并利用NCEP/NCAR 1 980～ 1 998年 6月 1日～ 8月 31日逐日再分析资料 ,分析了全球大气环流持续异常的分布 ,重点研究了乌拉尔地区反复出现的、维持较长时间的强环流异常的背景流及其演变特征 ,得到以下结论 :1 )文中提出的界定方法能较好地识别全球地区持续异常分布 ;2 )乌拉尔地区环流正、负持续异常形成时 ,背景环流的发展不具有对称性 ,负异常并不是正异常的简单相反过程。正异常的发展与位于西南方的正距平扰动向东北移动、及与位于中西伯里亚的正距平扰动西移有关 ,这些扰动具有相当正压结构的 ,而负异常则主要是局地发展而形成的 ;3)正压过程对乌拉尔持续异常的形成起着主要作用 ,明显不同于北太平洋环流持续异常的发展 ;4)乌拉尔正、负持续异常期间的背景流不仅在北半球中高纬有明显差异 ,而且在南、北半球其它地区也有明显差异 ,热带的差异在低频环流上表现得更为清楚 ;5)在异常发生前 ,中纬度急流已发生了有利于异常建立的改变。     

1999年东亚夏季风异常活动的物理机制研究

文中从海-气相互作用的角度探讨了1999年东亚夏季风及与其相联系的雨带异常活动的物理机制。结果表明,由于1998年春季至1999年南海-热带西太平洋出现了近20 a最强的异常暧海温,该地强异常海-气相互作用的维持使得这种局地的热力强迫成为1999年东亚夏季风和降水异常的最主要外强迫机制,并使得1999年的季风活动和降水分布有别于一般的统计情形。从1998年秋到1999年,由于热带大气对南海-西太平洋暧海温所诱发的局地强加热的响应,热带西太平洋地区所出现的Gill模态的异常环流分布从冬季一直发展到夏季,并因此在海洋和大气之间形成了局地的强烈正反馈,不仅使得异常环流得以持续发展,而且也使得暖海温得以维持,成为影响1999年环流异常的最强前期信号。随着从冬到夏的季节演变,大气基本态对上述持续性异常环流的影响导致了冬、夏异常环流呈现出不同的纬向非对称,诱发了盛夏期间东亚到北美沿岸的遥相关波列。在东亚沿岸异常气旋性环流的影响下,大尺度异常东风在东亚沿岸的维持形成了极不利于季风西风在南海北部转向的条件,导致了季风在中国东部北进的异常偏弱和低纬西风转向位置的异常偏东。     

大西洋海温异常对东亚夏季大气环流影响的数值试验

近年来人们对东亚夏季大气环流年际异常及其机制已经进行了不少研究,一般认为外强迫作用尤其是热带太平洋海温异常是大气异常产生的重要原因之一,相对而言,大西洋海温异常作用及其对东亚夏季大气环流和季风环流的影响没有得到足够的重视,Rowntree(1976)和Gamb等(1987)先后研究了大西洋海温异常对冬季北半球大气的影响,表明通过激发欧亚型(EU)波列完全可以引起冬季亚洲大气环流异常。本文目的主要是研究大西洋海温增暖对夏季东亚大气环流特别是季风环流的影响及其可能的机制。     

1998年夏季东北亚阻塞高压异常的大尺度环流特征及成因初探

分析了1998年夏季东北阻塞高压异常及大尺度环流特征，研究了1979－1998年夏季东北阻塞高压年际变化，环流背景特征以及东北亚阻塞高压异常的太平洋海温异常的关系，认为夏季东北亚500hPa平均高度偏高（低），东亚地区“＋－＋”（“－＋－”）的距平波列，是典型的东北亚阻塞高压强盛（稀少）的环流型，太平洋海温的异常，激发东焉地区的遥相关波列，致使东北亚500hPa高度场异常，可能是东北亚阻塞主压异常的原因之一，在亚少中高续高度场平均偏高的环流背景下，乌拉尔册地区的阻塞高压对东北亚阻塞高压的发展和建立起到了促进作用，1998年乌拉尔山阻塞高频繁也是东北亚阻塞高压异常频繁的可能原因之一。     

黄淮地区夏季降水的统计降尺度预测

利用1991-2011年黄淮地区夏季降水、NCEP/NCAR再分析资料和国家气候中心第2代动力气候模式（BCC_CSM1.1m）夏季回报结果,研究黄淮地区夏季降水降尺度预测模型和可预报性来源。诊断发现,黄淮地区夏季降水与同期南亚高压、乌拉尔山附近阻塞高压、西风急流、西太平洋赤道上空200 hPa纬向风场呈明显正相关。分析BCC_CSM1.1m对夏季环流的回报结果发现,模式对200 hPa和500 hPa位势高度场、200 hPa纬向风场和850 hPa经向风场上影响黄淮地区夏季降水的部分关键区域有较好的模拟能力。利用模式预报技巧较高且对黄淮地区夏季降水的影响有物理含义的环流特征作为预测因子,对比预测因子进行独立性筛选前后分别建立的降尺度预测模型发现,黄淮地区夏季降水预测与实况的距平符号一致率由61%提高到72%。预测技巧来源分析发现,降尺度预测能力与BCC_CSM1.1m对影响黄淮地区夏季降水的3个关键因子乌拉尔山附近环流、南亚高压、西太平洋赤道上空西风强弱的预测技巧密切相关,尤其是模式对西太平洋赤道上空西风的模拟能力起到决定性作用。     

Contrasts of Atmospheric Circulation and Associated Tropical Convection between Huaihe River Valley and Yangtze River Valley Mei-yu Flooding

The significant differences of atmospheric circulation between flooding in the Huaihe and Yangtze River valleys during early mei-yu(i.e.,the East Asian rainy season in June) and the related tropical convection were investigated.During the both flooding cases,although the geopotential height anomalies always exhibit equivalent barotropic structures in middle to high latitudes at middle and upper troposphere,the phase of the Rossby wave train is different over Eurasian continent.During flooding in the Huaihe River valley,only one single blocking anticyclone is located over Baikal Lake.In contrast,during flooding in the Yangtze River valley,there are two blocking anticyclones.One is over the Ural Mountains and the other is over Northeast Asia.In the lower troposphere a positive geopotential height anomaly is located at the western ridge of subtropical anticyclone over Western Pacific(SAWP) in both flooding cases,but the location of the height anomaly is much farther north and west during the Huaihe River mei-yu flooding.Furthermore,abnormal rainfall in the Huaihe River valley and the regions north of it in China is closely linked with the latent heating anomaly over the Arabian Sea and Indian peninsula.However,the rainfall in the Yangtze River valley and the regions to its south in China is strongly related to the convection over the western tropical Pacific.Numerical experiments demonstrated that the enhanced latent heating over the Arabian Sea and Indian peninsula causes water vapor convergence in the region south of Tibetan Plateau and in the Huaihe River valley extending to Japan Sea with enhanced precipitation;and vapor divergence over the Yangtze River valley and the regions to its south with deficient precipitation.While the weakened convection in the tropical West Pacific results in moisture converging over the Yangtze River and the region to its south,along with abundant rainfall.     

Cause of Extreme Heavy and Persistent Rainfall over Yangtze River in Summer 2020

Record-breaking heavy and persistent precipitation occurred over the Yangtze River Valley (YRV) in June-July (JJ) 2020. An observational data analysis has indicated that the strong and persistent rainfall arose from the confluence of southerly wind anomalies to the south associated with an extremely strong anomalous anticyclone over the western North Pacific (WNPAC) and northeasterly anomalies to the north associated with a high-pressure anomaly over Northeast Asia. A further observational and modeling study has shown that the extremely strong WNPAC was caused by both La Ni?a-like SST anomaly (SSTA) forcing in the equatorial Pacific and warm SSTA forcing in the tropical Indian Ocean (IO). Different from conventional central Pacific (CP) El Ni?os that decay slowly, a CP El Ni?o in early 2020 decayed quickly and became a La Ni?a by early summer. This quick transition had a critical impact on the WNPAC. Meanwhile, an unusually large area of SST warming occurred in the tropical IO because a moderate interannual SSTA over the IO associated with the CP El Ni?o was superposed by an interdecadal/long-term trend component. Numerical sensitivity experiments have demonstrated that both the heating anomaly in the IO and the heating anomaly in the tropical Pacific contributed to the formation and maintenance of the WNPAC. The persistent high-pressure anomaly in Northeast Asia was part of a stationary Rossby wave train in the midlatitudes, driven by combined heating anomalies over India, the tropical eastern Pacific, and the tropical Atlantic.     

2009年秋至2010年春我国西南地区严重干旱的成因分析

我国西南地区从2009年秋季到2010年春季发生了严重干旱,这次干旱无论持续时间和发生区域或降水减少程度都是近50年来所罕见的,因而本文利用ERA-40再分析资料和海温资料从热带西太平洋和热带印度洋热力异常对热带西太平洋和南亚上空大气环流的影响来分析了这次西南地区干旱发生的成因。分析结果表明:从2009年秋到2010年春季,热带西太平洋和热带印度洋处于升温状态,它使得热带西太平洋上空产生反气旋异常环流,造成了西南气流异常在我国东南沿海加强,而华南和华中地区上空处于低槽控制,因而在高原东部为槽后西北气流和下沉气流所控制,造成了从孟加拉湾来的水汽很难到达云贵高原,从而引起了此区域降水长期偏少。并且,分析结果还表明了中高纬度地区的环流异常对此次严重干旱也有重要影响。由于从2009年冬季到2010年春季中高纬度准定常行星波传播的极地波导偏强,而低纬波导偏弱,这导致波的E-P通量在60°N附近对流层和平流层为辐合,而在35°N附近对流层中、上层为辐散,从而引起纬向平均西风在60°N附近对流层和平流层减弱,而在35°N附近对流层中、上层加强,造成了北极涛动(AO)为很大的负值。由于AO为负值,东亚冬季冷空气活动强且路径偏东,使得到达西南地区冷空气偏弱,从而引起西南地区持续性严重干旱的发生。     

2016年和1998年汛期降水特征及物理机制对比分析

利用多种大气环流、海表温度、积雪面积等数据,并利用个例对比分析和统计方法,研究了2016年汛期（5-8月）中国旱、涝特征及与1998年的异同点,并对比分析了这两年导致降水异常的大气环流和外强迫因子。结果表明:（1）2016年汛期中国降水总体偏多,长江中下游和华北各有一支多雨带。与1998年相比,这两年南方多雨带均位于长江流域,梅雨雨量均较常年偏多1倍以上,但梅雨季节进程有显著差异,1998年发生典型的“二度梅”,而2016年梅雨结束后长江流域降水显著偏少,主要降水区移至北方。（2）2016年5-7月乌拉尔山高压脊明显偏弱,而1998年欧亚中高纬度呈“两脊一槽”型,这与北大西洋海温距平在这两年前冬至春季几乎完全相反的分布型密切相关。（3）这两年5-7月热带和副热带地区环流较为相似,副热带高压偏强、偏西,东亚夏季风偏弱,来自西北太平洋的水汽输送通量均在长江中下游形成异常辐合区,这主要是受到了前期相似的热带海温异常的影响,均为超强厄尔尼诺事件和热带印度洋全区一致偏暖模态。（4）这两年8月环流形势有显著差异,2016年8月副热带高压断裂,西段与大陆高压结合持续控制中国东部上空,夏季风迅速转强,长江流域高温少雨。而1998年8月夏季风进一步减弱,长江流域发生“二度梅”。2016年8月MJO异常活跃并长时间维持在西太平洋地区,激发频繁的热带气旋活动,对副热带地区大气环流的转折有重要作用。而1998年8月MJO主要活跃在印度洋地区,使得副高持续前期偏强的特征。除海洋和上述环流差异外,2016年前冬至春季青藏高原积雪的冷源热力效应远不及1998年强,这可能是导致2016年夏季风偏弱的程度不及1998年,而2016年汛期华北降水较1998年偏多的原因之一。      

2018年和2008年1～2月影响我国的持续低温事件及其对比分析

2018年1月中下旬至2月初我国发生了一次大范围的持续低温异常事件,给国民经济和人们生活带来了很大的不利影响。这次持续低温事件与众所周知的2008年1月发生在我国南方的持续雨雪冰冻事件（简称“0801”事件）有一个共同点,二者都是发生在La Ni?a和前秋北极海冰显著减少的背景之下。对比这两次事件发生的大气环流和热力背景,对认识冬季持续极寒事件的形成有重要意义。本文利用NCEP/NCAR大气环流再分析资料和NOAA卫星观测OLR资料,对这两次过程进行了比较。结果显示,与“0801”事件相比,2018年1月中下旬的低温事件表现出以下明显不同的特征:（1）过程持续短,冷空气路径偏东;（2）乌拉尔阻塞和东亚大槽并存,呈“西高东低”型,不同于“0801”高纬阻塞和低纬南支槽并存的“北高南低”型;（3）异常的环流型与自大西洋经乌拉尔山至东亚传播的波列有关,西伯利亚高压持续时间短;（4）热带对流活跃在海洋性大陆和西太平洋,不同于“0801”主要在印度洋。后者对该年南支槽和西太平洋副热带高压增强有显著贡献。最后,2018年过程期间水汽输送也不如“0801”强,导致降水弱。     

强El Niño衰减年东亚夏季风的季节内变化:1998年和2016年的对比分析

本文对比分析了1998年和2016年这两个强El Ni?o衰减年东亚夏季风的季节内变化。结果表明,在6~7月期间,由于热带印度洋海温偏高、对流偏强,造成西太平洋暖池对流偏弱,西太平洋副热带高压（副高）偏西偏强,长江流域降水偏多,华南偏少,东亚夏季风异常具有典型的El Ni?o衰减年特征。但两年的8月份有很大差异,虽然1998年8月与6~7月相似,但2016年8月份则完全不同。受乌拉尔地区异常反气旋的影响,源自西伯利亚东部的北风异常穿越东亚并直抵暖池地区,造成副高分裂并减弱东退,同时激发暖池对流发展,而对流的发展则进一步促使副高减弱。因此,2016年8月东亚夏季风异常与1998年8月相反,中国北方夏季降水异常也呈现很大差异。另外,1998年热带大西洋偏暖,并通过热带环流变化影响到东亚夏季风异常,其强迫作用与热带印度洋类似。而2016年大西洋海温异常较弱,对东亚夏季风影响也较弱。因此,El Ni?o对东亚夏季风的影响不仅与其强度有关,还与El Ni?o衰减之后造成的印度洋和大西洋海温异常有关。本文的分析结果表明,即使在强El Ni?o衰减年夏季,由于El Ni?o之间的个性差异以及其他因子的影响,东亚夏季风季节内变化仍然能呈现出显著差异,特别是在8月份。因此,在预测东亚夏季风异常时,宜将6~7月和8月分别考虑。此外,为进一步提高东亚夏季风预测水平,除传统的季度预测外,还需要进一步加强季节内尺度的预测。     

INFLUENCE OF THE SURFACE AIR TEMPERATURE OVER ASIAN-PACIFIC REGION ON THE SUMMERTIME NORTHEASTERN ASIAN BLOCKING HIGH*

Synthesis analysis and singular value decomposition (SVD) methods were used to study the impact of surface air temperature (SAT) over Asian-Pacific region on the summertime northeastern Asian blocking high (NABH) with NCEP/NCAR Reanalysis Data.The results showed that 500 hPa geopotential height and SAT fields over Asian-Pacific region shared the similar pattern of East Asian Pacific (EAP) wave train;there was steady remote response relationship between the EAP wave train in summer and the "+-+" pattern of tropical SAT in zonal direction from former winter to summer;there were two relative negative(positive) Walker circulations over the tropical Indian Ocean and Pacific when being more(less) summertime NABH. The influence of sea surface temperature anomaly (SSTA) on the summertime NABH was possibly as follows.The special distribution of SSTA in tropical zonal direction continuously forced the tropical convection and zonal circulation from former winter to summer,and led them to act anomaly.Finally the abnormal conditions were transported to middle-high latitudes through EAP wave train and yielded the advantageous or disadvantageous atmospheric circulation background for the summertime NABH.