太平洋SSTA对中国东部夏季降水的影响II--数值模拟

基于观测分析的结果,采用NCARCCM3模式,设计4组7个数值试验,研究太平洋海表温度异常对中国东部夏季降水影响及其可能的物理过程。结果表明：数值模拟与观测分析所得的结果一致,前期冬季西北太平洋黑潮海区海温异常,引起亚洲中高纬和东亚东部地区大气环流异常,导致长江流域夏季降水异常;前期春季赤道中东太平洋海温异常,西太平洋副热带高压异常;同期夏季北太平洋中纬中太平洋海区海温异常,激发夏季EUP遥相关型,影响东部夏季降水。     

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。     

热带太平洋-印度洋海表温度变化及其对西南地区东部夏季旱涝的影响

利用1959—2006 年西南地区东部20 个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR 再分析月平均资料,分析了热带太平洋-印度洋海表温度异常特征及其对西南地区东部夏季降水(旱涝)的影响,结果表明:前期赤道东太平洋海表温度偏高,西南地区东部夏季降水偏多的可能性大;当前期春季印度洋海表温度偏高时,西南地区东部夏季降水可能偏多。太平洋区的海表温度距平(SSTA)分布呈“V”字型特征,赤道中东太平洋及南、北美西部沿海的SSTA 与赤道西太平洋、南北太平洋的SSTA 呈反相关分布,与西太平洋的亚洲大陆东部沿海的SSTA 呈正相关,赤道印度洋及南印度洋的大部分地区的SSTA 与赤道中、东太平洋的SSTA 变化是一致的。当春季赤道中东太平洋及印度洋海表温度(SST)偏高(偏低)时,夏季南亚高压位置偏南(偏北),强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),同时西太平洋副高强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),位置偏南(偏北),西伸(东退)明显,东亚夏季风和南亚夏季风偏弱(偏强),我国华北及华南地区盛行下沉(上升)运动,而整个长江流域及青藏高原东部盛行上升(下沉)运动,西南地区东部也盛行弱的上升(下沉)运动,这有利于西南地区东部降水偏多(偏少),出现洪涝(干旱)的可能性大。      

海表温度的增暖趋势和自然变率对长江中下游夏季极端降水强度的影响

极端降水引起的洪、涝等灾害每年给我国带来极大的人员伤亡和经济损失。全球增暖使极端降水事件发生的频率增加,强度增强。但是针对不同区域极端降水事件,其贡献究竟如何还有待于进一步认识。本文以我国长江中下游地区的极端降水事件为研究对象,通过典型年份夏季区域极端降水过程的水汽收支特征,探讨海表温度（SST）的增暖趋势和自然变率强迫对该区域典型极端降水强度的影响效应。结果表明:（1）极端降水过程及其夏季都伴随着区域整层大气的水汽辐合,且水汽辐合发生在经向方向。西北太平洋异常反气旋式环流,在区域南边界形成了稳定的西南风异常的水汽输送。（2）典型极端降水过程发生的夏季,SST在赤道印度洋和热带大西洋为强正异常,主要为增暖趋势的贡献,赤道中东太平洋SST异常表现为La Ni?a型。（3）SST增暖趋势和自然变率的数值敏感性试验表明,1998、2017和2020年的SST增暖趋势强迫的区域水汽辐合分别是其自然变率强迫的83%、210%和107%,SST增暖趋势比自然变率的影响更为重要。（4）SST增暖趋势和自然变率都是通过强迫西北太平洋异常反气旋式环流,引起长江中下游区域南边界异常的西南水汽输送,是导致极端降水发生的主要过程。     

前期热带海温分布型对6月西北太平洋异常反气旋环流的影响

研究了前期热带海温分布型对6月西北太平洋异常环流的影响。结果表明,奇异值分解(SVD)的前期夏季、秋季至冬季热带海洋第一模态呈现出印度洋全海盆一致型海温异常和东太平洋西伸显著的ENSO事件,该模态与6月西北太平洋反气旋(气旋)环流场没有明显的关联。在第二模态中,前期热带太平洋海表温度呈现为ENSO正位相向负位相转换特征,印度洋海表温度变化呈现出赤道东南印度洋（90～110 °E,10 °S～0 °）显著的准IOD事件的变化特征。而这一联合模态与6月西北太平洋异常反气旋(气旋)环流场有显著关联。关联的可能原因是前期海温为El Ni?o和正IOD时,横跨热带印度洋-太平洋的沃克环流的减弱导致在西太平洋-海洋大陆的负降水异常,在Matsuno-Gill效应下西北太平洋形成反气旋异常环流。同时由于两大洋的共同作用和局地海气相互作用使得该环流加强并维持到6月。      

超强厄尔尼诺事件对中国东部春夏季极端降水频率的影响

利用中国国家气象信息中心提供的中国地面逐日降水0.5°×0.5°格点数据集,研究了超强厄尔尼诺事件衰减年春、夏季中国东部极端降水发生概率的变化,并通过诊断超强厄尔尼诺自身及其衍生模态各自的水汽输送和垂直运动特征,探讨了超强厄尔尼诺事件对中国东部极端降水的影响机制。结果表明,超强厄尔尼诺事件衰减年春季,整个中国东部尤其是江淮以北地区,极端降水事件发生概率显著增大。同年夏季,长江流域极端降水发生概率比常规年份高出近1倍,而在华南和华北地区则相对减小。诊断分析显示,春季超强厄尔尼诺自身及其与热带太平洋地区年循环相互作用衍生出的组合模态（C-mode）均对降水的环流背景影响显著,热带太平洋西北部低空存在强盛的反气旋性异常环流,导致大量水汽在中国东部汇聚并上升,有利于该地区极端降水事件的发生。夏季,厄尔尼诺事件已经消亡,但与C-mode影响相关联的西北太平洋异常反气旋环流仍然存在,长江流域维持极端降水事件发生的有利条件。此外,研究也显示,超强厄尔尼诺事件衰减年春、夏季中国东部对流层中上层持续有异常经向风活动,频繁的南北冷暖气流交汇可能导致强对流事件发生次数增多,这也为该区域极端降水的频发提供了支持。      

太平洋SSTA对中国东部夏季降水的影响Ⅰ--观测分析

采用旋转经验正交函数（REOF）方法对1901～2000年中国东部43个站夏季降水资料进行分析,得到：华南、西南地区和长江中下游地区及华北北部、东北西南部地区是中国东部夏季降水异常三个最主要的区域,对三个主要模态对应的时间系数序列与太平洋SSTA作相关分析,结果表明影响东部夏季降水的关键海区是：前期冬季西北太平洋黑潮海区、前期春季赤道中东太平洋和同期北太平洋中纬中太平洋海区;并对关键海区SSTA与东部120个站夏季降水作SVD分析,进一步证实：这三个关键海区SSTA与东部夏季降水有显著的耦合相关关系。另外,对三个主要降水异常区的夏季降水异常的极端年份500hPa高度场进行合成分析,其结果为数值模拟分析提供依据。     

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。     

青藏高原冬季大气冷源在海地气相互作用4年振荡中的作用

采用相关分析、合成分析及奇异值分解方法,讨论了冬季青藏高原东部大气冷源的年际变化及其与大气/海洋环流之间的关系。分析结果表明：冬季青藏高原东部异常强(弱)冷源可以使随后我国东部维持异常偏北(南)风,并诱生出赤道太平洋地区大范围的异常偏西(东)风,从而可以促使下一个冬季赤道中东太平洋的海表温度异常偏暖(冷)。而冬季赤道中东太平洋海表温度的异常变化,可以通过次年夏季西太平洋副热带高压的变化来影响下一个冬季青藏高原东部的积雪深度和大气冷源强度。     

厄尔尼诺衰减年东亚夏季大气环流和降水异常的耦合模式后报试验

利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)新一代耦合气候模式(FGOALS)进行了气候异常季节后报试验,通过对1982—2005年7个个例的分析,探讨了厄尔尼诺衰减年夏季东亚大气环流和降水异常发生的物理机制。分析结果表明:FGOALS可以模拟出厄尔尼诺衰减年夏季相关气候场的异常态特征,表现为在西北太平洋为负海温异常,在热带印度洋为正海温异常,从而导致西北太平洋地区大气中低层异常反气旋环流的维持,其反气旋的西南部及西部的偏南及西南气流造成中国长江中下游地区降水的异常增多。在提前3—9个月的预测模拟中,模式可以模拟出气候场的异常演变,随着预测时间的延长,产生局地耦合的西北太平洋海表温度异常信号变弱,使得模拟出的西北太平洋反气旋异常偏弱、中心东移,从而导致影响东亚降水的气候场的异常变弱,降水异常区偏东。模拟结果也揭示出,西北太平洋海表温度负异常是厄尔尼诺异常信号的转换模态,并且,由于局地海-气相互作用,热带海温异常信号可以持续到第2年夏季,从而引起东亚大气环流和降水异常。对于东亚降水的季节预测出现误差可能是模式对ENSO的模拟偏差造成的,随着预测时间延长,模式模拟的厄尔尼诺信号偏弱,这将使得海表温度异常偏弱,同时相关物理场的异常响应也减弱。     

EFFECTS OF PACIFIC SSTA ON SUMMER PRECIPITATION OVER EASTERN CHINA, PART Ⅱ: NUMERICAL SIMULATIONS

Based on an observational analysis, seven numerical experiments are designed to study the impacts of Pacific SSTA on summer precipitation over eastem China and relevant physical mechanism by NCAR CCM3. The numerical simulation results show that preceding winter SSTA in the Kuroshio region leads to summer precipitation anomaly over the Yangtze River valleys by modifying atmospheric general circulation over eastern Asia and middle-high latitude. West Pacific subtropical high is notably affected by preceding spring SSTA over the middle and east of Equator Pacific; SSTA of the central region of middle latitude in the corresponding period causes the summer rainfall anomaly over eastern China so as to trigger the atmospheric Eurasia-Pacific teleconnection pattern.     

EFFECTS OF PACIFIC SSTA ON SUMMER PRECIPITATION OVER EASTERN CHINA, PART Ⅱ: NUMERICAL SIMULATIONS

Based on an observational analysis, seven numerical experiments are designed to study the impacts of Pacific SSTA on summer precipitation over eastem China and relevant physical mechanism by NCAR CCM3. The numerical simulation results show that preceding winter SSTA in the Kuroshio region leads to summer precipitation anomaly over the Yangtze River valleys by modifying atmospheric general circulation over eastern Asia and middle-high latitude. West Pacific subtropical high is notably affected by preceding spring SSTA over the middle and east of Equator Pacific; SSTA of the central region of middle latitude in the corresponding period causes the summer rainfall anomaly over eastern China so as to trigger the atmospheric Eurasia-Pacific teleconnection pattern.     

EFFECTS OF PACIFIC SSTA ON SUMMER PRECIPITATION OVER EASTERN CHINA, PART II: NUMERICAL SIMULATIONS

Based on an observational analysis, seven numerical experiments are designed to study the impacts of Pacific SSTA on summer precipitation over eastern China and relevant physical mechanism by NCAR CCM3. The numerical simulation results show that preceding winter SSTA in the Kuroshio region leads to summer precipitation anomaly over the Yangtze River valleys by modifying atmospheric general circulation over eastern Asia and middle-high latitude. West Pacific subtropical high is notably affected by preceding spring SSTA over the middle and east of Equator Pacific; SSTA of the central region of middle latitude in the corresponding period causes the summer rainfall anomaly over eastern China so as to trigger the atmospheric Eurasia-Pacific teleconnection pattern.     

EFFECTS OF PACIFIC SSTA ON SUMMER PRECIPITATION OVER EASTERN CHINA, PART Ⅰ: OBSERVATIONAL ANALYSIS

With the methods of REOF (Rotated Empirical Orthogonal Function), the summer precipitation from 43 stations over eastern China for the 1901 - 2000 period was examined. The results show that South China and Southwest China, the middle and lower reaches of Changjiang River, North China and the southwestern of Northeast China are the three main areas of summer rainfall anomaly. Furthermore, correlation analysis is used in three time series of three mostly summer rainfall modes and four seasonal Pacific SSTA (Sea Surface Temperature Anomaly), and the results suggest that the Pacific SSTA which notably causes the summer rainfall anomaly over eastern China are the SSTA of the preceding winter over Kuroshio region of Northwest Pacific, SSTA of the preceding spring in the eastern and central equatorial Pacific, and SSTA of the current summer in the central region of middle latitude. The relationship between summer precipitation over eastern China and SSTA of Pacific key regions was further verified by SVD (Singular Value Decomposition) analysis.The composite analysis was used to analyze the features of atmospheric general circulation in the years of positive and negative precipitation anomaly. Its results were used to serve as the base of numerical simulation analysis.     

EFFECTS OF PACIFIC SSTA ON SUMMER PRECIPITATION OVER EASTERN CHINA, PART Ⅰ: OBSERVATIONAL ANALYSIS

With the methods of REOF (Rotated Empirical Orthogonal Function), the summer precipitation from 43 stations over eastern China for the 1901 - 2000 period was examined. The results show that South China and Southwest China, the middle and lower reaches of Changjiang River, North China and the southwestern of Northeast China are the three main areas of summer rainfall anomaly. Furthermore, correlation analysis is used in three time series of three mostly summer rainfall modes and four seasonal Pacific SSTA (Sea Surface Temperature Anomaly), and the results suggest that the Pacific SSTA which notably causes the summer rainfall anomaly over eastern China are the SSTA of the preceding winter over Kuroshio region of Northwest Pacific, SSTA of the preceding spring in the eastern and central equatorial Pacific, and SSTA of the current summer in the central region of middle latitude. The relationship between summer precipitation over eastern China and SSTA of Pacific key regions was further verified by SVD (Singular Value Decomposition) analysis.The composite analysis was used to analyze the features of atmospheric general circulation in the years of positive and negative precipitation anomaly. Its results were used to serve as the base of numerical simulation analysis.     

2011/2012年冬季中国气温异常的成因及前兆信号

采用国家气候中心整理的全国160站月平均气温资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA全球海温资料,在探讨1986年以来中国冬季气温异常机理基础上,对2011/2012年冬季气温异常特征及其前兆信号进行分析。结果表明:地面西伯利亚高压、东亚冬季风及500 hPa乌拉尔山与贝加尔湖南侧的异常环流等系统是影响中国冬季气温的主要中高纬环流系统,而中低纬环流系统主要包括西太平洋副高环流和印缅槽。前期热带印度洋和中东太平洋关键区海温异常与后期冬季气温关联的环流系统有密切的关系:前期夏季7、8月西印度洋海温偏高时,冬季西伯利亚高压将偏强,有利于冬季风偏强和中国冬季气温偏低;而当8—10月中东太平洋海温偏高时,西太平洋副高将偏强偏大偏西,北界位置偏北,印缅槽偏强,中国气温容易偏高,反之亦然。两者对后期环流的影响存在一定的独立性,中国冬季地面气温异常是它们共同作用的结果。     

冬季北太平洋南北海温异常对我国汛期雨带类型的影响研究

使用1951—2002年前期（1—5月）北太平洋海温场月平均资料，运用合成分析、多因变量方差分析、判别分析及相关分析方法，探讨我国汛期雨带类型与前期北太平洋海温的时空分布关系。分析表明:尽管汛期各雨带类型对应着前期不同的海温距平场，但它们之间只有部分海域存在显著性差异，且在1月表现最显著。各雨带类型对应海温距平场显著差异关键区主要位于北太平洋的南北海域，即北部中高纬亲潮附近（40°~50°N, 160°E~180°），北太平洋西风漂流区（30°~40°N，175°~145°W）及南部近赤道太平洋中部（10°S~0°, 175°~145°W），且南北海温呈反相关关系。将海温关键区作为判别因子，对雨带类型进行判别分析表明:用多个海温关键区作为判别因子建立的判别方程，其判别准确率比仅用某一海温关键区或海温区之间的和差简单定义的指数作为判别因子建立的判别方程判别准确率高，说明我国东部汛期降水型的分布与多个海温关键区的综合作用是密切相关的。进一步分析判别方程定义的1月海温判别指数与前期高度场和夏季副热带高压各特征量的相关关系表明，该指数对我国汛期雨带类型影响的可能途径是:一是造成大气环流异常，特别是北太平洋涛动的异常，并形成PNA大气遥相关型，从而引起我国汛期降水异常；二是造成西太平洋副热带高压的异常，主要是面积、强度和西伸脊点位置的异常，从而引起我国汛期降水异常。可见，冬季北太平洋海温南北异常与我国汛期雨带类型关系密切，且具有重要的天气气候学意义。     

A STUDY ON THE RELATIONSHIP BETWEEN THE SUMMER PRECIPITATION IN NORTHEAST CHINA AND THE GLOBAL SEA SURFACE TEMPERATURE ANOMALY (SSTA) IN PRECEDING SEASONS

1 INTRODUCTION Chilling damage, flooding and drought in summer are the major climatic disasters inNortheast China. Before the 1980s chilling damage often occurred, and after 1990s flooding and drought disasters were more noticeable in this region. These c…     

Factors favorable to frequent extreme precipitation in the upper Yangtze River Valley

Extreme precipitation events in the upper Yangtze River Valley (YRV) have recently become an increasingly important focus in China because they often cause droughts and floods. Unfortunately, little is known about the climate processes responsible for these events. This paper investigates factors favorable to frequent extreme precipitation events in the upper YRV. Our results reveal that a weakened South China Sea summer monsoon trough, intensified Eurasian-Pacific blocking highs, an intensified South Asian High, a southward subtropical westerly jet and an intensified Western North Pacific Subtropical High (WNPSH) increase atmospheric instability and enhance the convergence of moisture over the upper YRV, which result in more extreme precipitation events. The snow depth over the eastern Tibetan Plateau (TP) in winter and sea surface temperature anomalies (SSTAs) over three key regions in summer are important external forcing factors in the atmospheric circulation anomalies. Deep snow on the Tibetan Plateau in winter can weaken the subsequent East Asian summer monsoon circulation above by increasing the soil moisture content in summer and weakening the land–sea thermal contrast over East Asia. The positive SSTA in the western North Pacific may affect southwestward extension of the WNPSH and the blocking high over northeastern Asia by arousing the East Asian-Pacific pattern. The positive SSTA in the North Atlantic can affect extreme precipitation event frequency in the upper YRV via a wave train pattern along the westerly jet between the North Atlantic and East Asia. A tripolar pattern from west to east over the Indian Ocean can strengthen moisture transport by enhancing Somali cross-equatorial flow.