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。     

印度洋海温异常对西北太平洋台风的影响及机制研究

基于近40 a NCEP/NCAR再分析月平均高度场、风场、涡度场、垂直速度场以及NOAA重构的海面温度（sea surface temperature,SST）资料和美国联合台风预警中心（Joint Typhoon Warning Center, JTWC）热带气旋最佳路径资料,利用合成分析方法,研究了前期春季及同期夏季印度洋海面温度同夏季西北太平洋台风活动的关系。结果表明：1）前期春季印度洋海温异常（sea surface temperature anoma1y,SSTA）尤其是关键区位于赤道偏北印度洋和西南印度洋地区对西北太平洋台风活动具有显著的影响,春季印度洋海温异常偏暖年,后期夏季,110°～180°E的经向垂直环流表现为异常下沉气流,对应风场的低层低频风辐散、高层辐合的形势,这种环流形势使得低层水汽无法向上输送,对流层中层水汽异常偏少,纬向风垂直切变偏大,从而夏季西北太平洋台风频数偏少、强度偏弱,而异常偏冷年份则正好相反。2）春季印度洋异常暖年,西北太平洋副热带高压加强、西伸;而春季印度洋异常冷年,后期夏季西北太平洋副热带高压减弱、东退,这可能是引起夏季西北太平洋台风变化的另一原因。     

我国秋季降水的年际变化及与热带太平洋海温异常分布的关系

利用我国160个站点58年(1951～2008年)的降水资料、NCEP/NCAR再分析环流资料和Hadley海表温度资料,对我国秋季降水年际变化的特征和可能成因进行了分析。结果显示,秋季降水前两模态分别反映长江流域及以南地区和长江以北的江淮、黄淮、华北、四川盆地北部至河套等地降水的变化,两降水模态的变化都以年际尺度为主,年代际变化特征不明显。就环流形势而言,第一模态的年际变化主要与西太平洋副热带高压的强度及相应的对流层低层菲律宾群岛附近的异常气旋/反气旋联系紧密,第二模态的年际变化则可能受到副热带高压的南北位置和相应的日本岛附近的异常气旋/反气旋的影响。同时,两模态及相应的异常环流还分别与热带东印度洋和热带西太平洋附近的异常垂直运动关系密切,热带地区的异常垂直运动可能通过经圈方向的异常环流影响到东亚地区。此外,两降水模态不仅与热带地区的异常环流关系密切,而且与热带海温异常也存在紧密的联系。与两模态相关联的热带太平洋海温异常显示出不同的分布特征,当热带东太平洋偏暖/冷,西太平洋偏冷/暖时,长江以南地区降水偏多/少。而当热带东太平洋和中太平洋一致偏暖/冷时,长江以北地区降水易偏少/多。两降水模态与热带海温及热带地区异常环流之间的密切关系显示热带太平洋海温异常的不同分布可能通过激发不同的热带地区异常垂直环流形势而对降水产生影响。     

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。      

2011年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

本文基于实时和历史观测资料,利用气候统计和气候机理诊断方法,对2011年气候异常及成因进行总结分析。结果表明,全球海洋外源强迫和大气内部动力过程共同作用下的大气环流系统组合异常,是造成2011年中国大部地区降水异常偏少,温度明显偏高,呈现暖干型气候特征的主要原因。具体表现为,拉尼娜事件在2011年夏季短暂中断后,9月再次进入拉尼娜状态;西太平洋副热带高压在5月之前异常偏弱、偏东,致使长江中下游出现严重春旱,之后副热带高压有所加强,尤其在6月异常偏强,使长江中下游地区梅雨量偏多、旱涝急转;秋季副热带高压脊线偏北、中高纬度冷空气活动阶段性活跃,致使华西、黄淮地区秋雨异常偏多;热带印度洋海温演变经历负偶极型海温模态后,夏季转为全区一致型暖海温;2010／2011年东亚冬季风偏强,2011年南海夏季风爆发偏早、结束偏晚,东亚夏季风正常偏弱;西北太平洋和南海热带气旋生成数量处于偏少的年代际时段,2011年热带气旋生成数量偏少。     

2004年夏季经向型雨带及其与印度洋偶极模异常海温的关系

针对2004年夏季降水为南北向雨带分布的异常特点,利用NCEP/NCAR再分析资料对可能造成2004年准经向降水分布的海温场、高度场及水汽输送特征进行了分析,并与夏季降水呈纬向分布的2003年进行了比对.分析结果表明,2004年夏季西太平洋副热带高压偏北、偏东,中国大陆中纬度地区东部为异常偏东水汽输送,西部为异常偏西的水汽输送,东、西风在110°E形成南北向交界,有利于形成南北经向型的水汽辐合和降水分布.而在2003年夏季,西太平洋副热带高压偏南、偏西,在长江以南形成稳定的带状副高,有利于雨带长时间稳定在副高北侧的淮河流域,同时中国大陆35°N以南地区为异常偏西水汽输送,以北地区为异常偏东的水汽输送,正、负异常纬向风形成东西向交界,有利于形成东西纬向型的水汽辐合和带状降水分布.对海温状况的分析发现,虽然2003年和2004年太平洋异常海温信号较弱,但印度洋和中国大陆近海海温却有明显的差异,2004年夏季西北太平洋异常海温北高南低,西印度洋海温异常偏冷,赤道热带印度洋海温呈东暖西冷的偶极模负相位特征.而在2003年淮河强降水发生同期,西北太平洋异常海温南高北低,西印度洋海温异常偏暖,赤道热带印度洋海温呈东冷西暖的偶极模正相位特征.因此,印度洋异常海温偶极模的不同相位可能是造成2003、2004年中国夏季降水不同雨带分布型的重要原因.利用中国160个代表站1950～1999的降水资料,进一步分析了印度洋偶极模不同相位异常海温对中国夏季降水的影响,结果发现,印度洋偶极模正相位有利于中国南方降水的西移和北方降水的东进,趋向于形成东西纬向型降水分布; 而印度洋偶极模负相位有利于中国南方降水的东退和北方降水的西移,趋向于形成南北经向型降水分布.     

夏季长江中下游和华南两类雨型的环流特征及预测信号

利用中国南方66站降水观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用经验正交函数分解（EOF）、合成分析和相关分析等方法,对夏季长江中下游和华南两类雨型进行了划分,对比分析了两类雨型同期大气环流和前期海温及环流的差异,以探讨两类雨型的形成机制及前期预测信号。结果表明:20世纪80年代之前华南型出现的频次较高,之后长江中下游型出现频次增多;长江中下游型年西太平洋副热带高压（副高）偏强偏西偏南,东亚夏季风（EASM）偏弱,副热带西风急流位置偏南,乌拉尔山阻塞高压（乌阻）和鄂霍次克海阻塞高压（鄂阻）较强,欧亚中高纬以经向环流为主,冷暖空气在长江中下游辐合,导致长江中下游降水偏多;华南型年大气环流与长江中下游型年大体相反,登陆华南的台风偏多,冷暖空气在华南地区辐合,导致华南地区降水偏多;其中副高的脊线位置和中高纬阻塞强弱是长江中下游型和华南型形成的关键因素。两类雨型前期海温分析表明,长江中下游型年,前冬赤道中东太平洋和印度洋偏暖,为典型的东部型El Ni?o,副热带南印度洋偶极子（SIOD）呈负位相,春季El Ni?o衰减,SIOD负位相也减弱,但印度洋持续增暖;华南型年,前冬和春季的海洋演变与长江中下游型年大体相反;关键区域海温与长江中下游夏季降水（YRR）和华南夏季降水（SCR）的年际关系存在年代际变化,YRR和SCR与前冬Ni?o3.4指数、SIOD指数和春季热带印度洋全区一致海温模态（IOBW）指数的相关关系在80年代之后逐步减弱,这主要是由于这三个关键海温指数与EASM及副高脊线的相关关系在80年代之后逐步减弱;两类雨型前期大气环流差异分析表明,春季大气环流的差异性要比前冬显著,长江中下游型年,春季副高、南海副高、马斯克林高压（马高）、澳大利亚高压（澳高）均偏强,大西洋欧洲区极涡强度偏弱,北太平洋涛动（NPO）呈正位相;华南型年春季的关键环流系统异常不明显,仅大西洋欧洲区极涡强度偏强,NPO呈负位相。前期海温演变及春季大气环流关键系统的异常可以作为两类雨型年的一些预测信号。     

近50年来中国夏季降水及水汽输送特征研究

利用1951-2006年中国448站夏季降水资料、NCEP/NCAR VersionⅠ的再分析资料,研究了近50年来中国夏季降水年代际变化特征及其分区,并从季风性水汽输送的变化角度出发,讨论了影响中国一些主要地区降水变化的可能机制.研究发现:(1)从总体上来说,自1951年至今,中国夏季降水存在3个突变时段,即1956-1960年,1980年前后以及1993年以后.且90°E以东突变后的主要变化特征都是多雨区由北向南传播,而90°E以西则是多雨区由南向北传播;2)近56年来就110°E以东的中国东部夏季降水而言,1980年以后多雨区由华北南移到长江中下游,又于1993年以后由长江中下游继续南移至华南;3)中国东部各地区降水和850 hpa风场、整层水汽输送场的相关分布一致表明,中国110°E以东各降水区以南为来自偏东偏南的季风性异常水汽输送,而以北为来自偏北风和相应的异常水汽输送,两者在降水区汇合造成风和水汽输送异常辐合.因而,西太平洋副热带高压南侧的东南季风及其异常水汽输送、北方冷槽的偏北风及其异常水汽输送是中国东部夏季降水异常的主要成员,这和一般认为的这些地区降水异常来自孟加拉湾的季风性异常水汽输送的观点不同,需要作进一步研究.总之,对于中国东部旱涝的形成,应该重点注意来自西北太平洋副热带高压西侧的直接或间接经南海到达的异常四南季风性水汽输送.     

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。     

春季长江中下游旱涝的环流特征及对前期海温异常的响应

春季长江中下游降水有显着的年际、年代际变化特征,进入21世纪以来长江中下游春季降水偏少现象频繁发生.根据中国国家气候中心160站月平均降水资料和美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)月平均再分析资料,重点探讨春季(3-5月)长江中下游地区降水异常的环流特征、可能成因、机理以及对外强迫的响应.春季长江中下游降水异常偏多(少)的环流主要特征是:高层200hPa风场上东亚副热带西风急流中心位置比气候态偏北(南);中层500hPa亚洲地区的阻塞高压主要发生在乌拉尔山(鄂霍次克海)附近、西太平洋副热带高压位置偏北(南);低层850hPa风场的东亚沿海地区为偏南(北)风距平,有利于(不利于)水汽向长江中下游地区输送.大气环流内部动力过程的分析指出:东亚地区上空Eliassen-Palm(EP)通量散度在40°N为正(负)异常、30°N为负(正)异常,有利于东亚高空西风急流中心位置偏北(南),从而导致春季长江中下游降水偏多(偏少).春季长江中下游降水异常偏多(少)年最显着的前期外强迫信号表现为赤道太平洋海温呈现厄尔尼诺(拉尼娜)型.