夏季长江中下游地区降水持续性年(代)际变异及其与环流和Rossby波活动的联系

旱涝异常不仅与降水的频次和强度有关,在多种时间尺度上,其与降水的持续性亦存在较好的对应关系。基于1979～2013年6～7月中国东部249站点逐日降水资料及ERA-interim逐月再分析资料,研究了长江中下游地区近35年降水持续性的长期变化及其相联系的大尺度环流型和Rossby波能量频散特征。结果表明:近35年长江中下游地区降水时段平均持续时间变短而无雨时段变长,体现出了降水持续性的减弱趋势。进一步研究发现,该趋势变化与长江中下游地区在1980和1990年代持续性降水事件偏多,而在2000年以后偏少的年代际变化有关。在年代际和年际尺度上,与长江中下游地区降水持续特征变异相联系的异常环流型在我国东南部及南海地区分布较为类似,而在偏高纬度和偏低纬度地区存在较大差异。相似之处在于:在两个时间尺度上,在对流层中高层均存在显著的反气旋性环流控制我国东南部地区,而在中低层均存在由海洋向长江中下游地区的气流辐合,并在高层由长江中下游地区向海洋辐合。不同之处是:年代际尺度上,自对流层低层到高层在乌拉尔山以东及蒙古地区分别存在反气旋性环流和气旋性环流,且赤道印度洋地区的对流层中低层存在显著的气旋性环流;而在年际尺度上,由低层到高层位于贝加尔湖东、西侧均为反气旋性环流异常,但海洋性大陆的东北部,低层出现向长江中下游地区辐合的气流的源,高层则为由长江中下游地区向低纬度地区辐合的气流的汇。Rossby波扰动能量频散特征在年代际和年际尺度上亦呈现出明显的差异。年代际尺度上,中纬度地区自大西洋至蒙古地区存在一个正—负—正—负的Rossby波列,波能东传,对长江中下游地区产生影响,而在中低层,自低纬地区向长江中下游地区的波能传播相对较弱;在年际尺度上,影响长江中下游地区降水的Rossby波活动的局地性特征更为明显。在低层,波扰能量经由南海向长江中下游地区传播更明显,而在对流层高层源于贝加尔湖西侧的波扰能量传播相对较强。这些结果有助于深刻认识长江中下游地区降水的异常持续及与之相联系的洪涝灾害的形成机理。     

南海夏季风垂直结构的变化特征及其对中国东部降水的影响

采用NCEP/NCAR再分析月平均资料和NOAA全球逐日降水资料,首先利用EOF方法分析了南海夏季风的垂直结构时空变化特征,然后初步探讨了南海夏季风垂直结构对中国夏季降水的影响和机制。(1) 南海夏季风的垂直结构有明显的年际和年代际变化特征。EOF第一模态型主要表现为南海夏季风垂直结构的年际变化特征,为对流层低层西南风和对流层高层东北风同时增强(同时减弱)(简称“低层-高层同时增强”和“低层-高层同时减弱”)两种典型结构变化;EOF第二模态主要表现为南海夏季风垂直结构的年代际变化,为对流低层(高层)西南风(东北风)由下向上的增强到减弱变化和相反的对流层低层(高层)西南风(东北风)减弱到增强的变化(简称“低层强弱-高层强弱”和“低层弱强-高层弱强”)的两个不同年代(时段)的垂直结构变化。(2) 南海夏季风垂直结构变化通过改变对流层低层、高层的环流异常变化来影响中国东部夏季降水的异常变化。南海夏季风呈“低层-高层同时增强”垂直结构时,南海低纬热带季风环流异常加强,长江流域低层辐散、高层辐合及异常下沉运动,其南侧的华南地区和北侧的东北地区是低层辐合、高层辐散和异常上升运动,导致华南降水异常偏多、长江流域降水偏少、北方降水偏多;在“低层-高层同时减弱”年,则相反。南海夏季风呈“低层弱强-高层弱强”垂直结构时,我国东部地区自华南到东北,分别是低层辐合(辐散)、高层辐散(辐合)的有利于上升(下沉)运动的环流条件,华南、江淮地区降水增多,江南、东北地区降水减少;对“低层强弱-高层强弱”时段,则相反。      

西南地区汛期降水次季节变化主模态的低频环流传播路径特征

【目的】本文探讨中国西南地区汛期（5~9月）降水次季节变化的主模态,以及中高纬和热带次季节波动如何影响该地区持续性异常低频降水,以期能为了解和预测西南地区汛期降水的次季节变化提供参考。【方法】利用西南地区111个地面气象站1961~2015年逐日降水资料和JRA-55再分析环流场资料,采用EOF经验证交分解方法,分析西南地区汛期降水次季节变化主模态的低频环流特征和传播路径。【结果】西南地区汛期逐日降水主模态的空间分布为南北纬向型分布,空间特征向量高值区域分布在西南地区的南部和东南部,其高值区对应的SWDR与PC1的相关系数达0.991（通过0.05信度检验）,PC1气候平均值的显著周期为12.9 d,且逐年PC1的显著周期主要集中在10~20 d时段,占比为60.0%;在PC1的典型低频年中,汛期季节内及其各分月的PC1均能较好地表征对应降水异常分布型的时间演变特征,且二者低频分量的正相关性更高（通过0.05信度检验）,即PC1低频分量均能更好地把握SWDPI低频分量的准双周振荡特征,尤其在6、7和8月,这可能与影响主模态降水异常分布型的同期大气低频环流信号更为稳定有关;PC1的季节内变化不仅与中国东南部和南海形成的对流异常偶极子有关,还与在西南地区对流层高层形成的位势高度异常偶极子息息相关,该对流异常偶极子的形成与前期菲律宾以东OLR正异常的西北向传播和巴尔喀什湖东南部OLR负异常的东南向传播有关,并且菲律宾以东被抑制的对流向西北方向传播总是伴随着低层的局部反气旋,而西南地区的西南部对流的增强（抑制）总是伴随着高层北部的负（正）位势高度异常,同时,西南地区对流层高层的位势高度异常偶极子的形成,与中高纬对流层高层类似Rossby低频波列东南向传播过程中在青藏高原东侧顺时针转向有关。【讨论】从气候背景看,影响PC1季节内变化的低频波列传播主要与两个方面的因子有关,一方面为对流层高层西风急流轴主体位置的南压和强度的增强,通过影响中高纬类似Rossby低频波列的东传南下,从而影响在西南地区对流层高层形成位势高度异常偶极子型分布,另一方面为印度季风槽的北抬加强了南海至菲律宾海域异常反气旋西北侧的西南气流,促使了西南地区低层异常气旋的形成,同时东亚季风槽的增强也利于热带西太平洋低频对流发展并向西北传播,从而影响在中国东南部和南海的形成的对流异常偶极子型分布。     

柴达木盆地1981-2017年降水及大气环流特征分析

基于1981~2017年柴达木盆地十个气象台站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,对柴达木盆地降水特征及主要影响的大气环流形势进行了研究。结果表明：1981~2017年柴达木盆地降水东部大于西部,年际降水总体皆呈增加趋势,且东部增势大于西部。降水具有明显周期,其中年际周期主要为1~3年,年内周期主要存在于降水较为集中的夏季,表现为显著的准单周振荡。EOF分析显示柴达木盆地夏季降水主要有两类空间模态,第一模态为空间一致型,第二模态为“中部正、东部西部负”型。进而对影响这两类主要模态的大气环流特征进行分析,结果表明：空间一致降水正异常时,以黑海—蒙古高原—日本海表现为“丝绸之路”型遥相关波列和东亚从低纬到高纬呈现“+-+”的经向型遥相关波列的异常环流形势为特征,水汽主要源于阿拉伯海、孟加拉湾,经青藏高原东侧向北输送至盆地。第二模态降水偏多时大气环流表现为对流层中层欧亚大陆大部分地区为正异常,盆地受异常反气旋的控制,对流层低层中亚异常气旋和异常反气旋相互作用使冷空气南下,西北太平洋的异常反气旋式环流南侧的偏东气流输送水汽,冷暖空气在盆地交汇,使盆地降水偏多。     

1991和1994年南京夏季降水异常与副热带东北太平洋海温异常的联系及成因

利用1979-2015年降水观测资料、海表温度资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了南京夏季降水的时间变化规律,发现南京夏季降水具有明显的年际和年代际变化特征,且总体呈增多趋势。1991年南京夏季降水为极端正异常年份,距平为343.92 mm;1994年南京夏季降水为负异常年份,距平为-273.78 mm。南京夏季降水与副热带东北太平洋（美国加利福尼亚地区西海岸）海温异常存在显著的负相关关系,1991年副热带东北太平洋海温负异常,1994年副热带东北太平洋海温无显著异常。1991年副热带东北太平洋海温负异常,引起该地区上空低层辐散、高层辐合,热带中东太平洋上空低层辐合、高层辐散,这样的环流异常引起中东太平洋上空存在异常上升运动,该异常上升运动则通过纬向垂直环流引起菲律宾附近产生下沉运动并抑制该地区对流活动,激发出负位相的EAP/PJ型遥相关波列,引起了包括南京在内的长江流域降水正异常;同时,水汽由菲律宾地区向南京地区输送并辐合,有利于南京地区1991年夏季降水偏多。1994年副热带东北太平洋海温无显著异常,菲律宾附近对流活动活跃,激发出正异常的EAP/PJ型遥相关波列;同时,水汽由黑潮延伸区经日本列岛向西输送,南京地区为水汽辐散区域,使得1994年南京夏季降水负异常。     

广东6月持续性暴雨期间的大气环流异常

利用1979—2011年共33年广东86个观测站日降水和全球大气多要素日平均资料,分析广东前汛期降水异常(包括暴雨和无雨)的环流特征。结果表明,广东6月持续性暴雨和持续性无雨期间大气存在显著的经向遥相关波列,其中,持续性暴雨过程波列更完整,非持续性暴雨(或非持续性无雨)则波列不显著,而4、5月的持续性暴雨或持续性无雨过程都没有波列出现。在经向波列存在的情况下,对流层中高层大气西风带环流经向度增大、槽脊发展增强,中高纬度这种持续稳定的环流形势,有利于冷空气和高空槽影响华南;在高层200 hPa,华南处于偏西风和西南风异常之间的气流辐散区域,有利于高层辐散;对流层中低层西太平洋副热带高压偏强、西脊点偏西,华南上升、南海下沉的垂直异常经圈环流建立;同时对流层低层来源于印度和孟加拉湾北部以及热带太平洋的水汽输送明显加强,从而为持续性暴雨过程提供有利的环流背景以及暴雨区所需的动力和水汽条件,可见经向波列通过对流层高、中、低层大气环流异常影响持续性暴雨。在没有经向波列的情况下,当500 hPa华南地区有西风槽活动、850 hPa南海北部西风偏强,广东局地动力上升条件和水汽输送条件达到一定程度,则只能出现非持续性暴雨。因此,经向波列可为区分持续暴雨与非持续暴雨预报提供参考。与广东降水持续异常相关的经向波列受中高纬度罗斯贝波、热带对流以及中低纬度太平洋地区大气异常等多方面的共同影响。     

华南地区7-10月两类区域性极端降水事件特征及环流异常对比

利用1981—2016年7—10月中国753站逐日降水资料、气象信息综合分析处理系统（MICAPS）逐日站点降水资料、日本东京台风中心西北太平洋热带气旋（TC）最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料集,分析了华南地区区域性日降水极端事件（RDPE事件）的统计特征及环流异常。根据华南地区RDPE事件的发生是否受热带气旋影响将其分为TCfree-RDPE和TCaff-RDPE两类事件,其中TCaff-RDPE事件占42%且集中发生在8月4—5候;TCfree-RDPE事件以7月发生频数最多,占其总频次的1/2以上。TCfree-RDPE事件发生时,华南地区受异常气旋性环流控制,来自西太平洋和中国南海的暖湿气流与北方冷气团在此汇合并形成一条狭长的水汽辐合带,低层辐合、高层辐散,显著强烈的上升运动为TCfree-RDPE事件的发生与维持提供了有利条件;与此同时,波扰动能量由高原东北侧及河西走廊地区向华南一带传播并在华南显著辐合,有利于华南上空扰动的发展和维持。TCaff-RDPE事件发生时,华南上空由低层到高层的斜压环流结构更为明显,异常上升运动更加强烈,热带气旋在其运动过程中携带了大量源自孟加拉湾、中国南海和西太平洋地区的水汽并输送至华南地区,水汽辐合气流更为强盛。同时,波扰动能量由高纬度地区沿河西走廊向下游传播,但在华南地区辐合不甚明显。两类极端事件发生时,加热场上的差异亦明显。华南及邻近地区上空的大气净加热及其南侧大范围区域的净冷却所形成的加热场梯度对TCfree-RDPE事件的发生有利。而TCaff-RDPE事件发生时,〈Q₁〉和〈Q₂〉在经向上由18°N以南、华南及其邻近地区、32°N以北呈负—正—负的异常分布型,正距平值更高,加热场梯度更大,有利于TCaff-RDPE事件的维持。这些结果有利于人们认识和预测华南区域性日降水极端事件的发生。      

华北地区“16·7”极端强降水事件之环流及扰动能量变化特征

2016年7月18—22日在华北地区发生了一次极端强降水事件，其中19—20日降水较为集中，20日降水最强。本文利用NCEP/NCAR再分析逐日风场资料和国家级地面气象站基本气象要素日值数据集，研究了本次事件的Rossby波活动及能量变化，结果表明：本次极端强降水事件持续时间约5 d，雨带呈西南—东北走向。华北地区受对流层中低层的气旋性异常环流和对流层上层反气旋性异常环流的控制，水汽则主要源于孟加拉湾和中国南海地区。发生极端降水期间，波扰动能量在对流层低层主要呈经向传播而在对流层上层呈纬向传播，对流层低层的波扰动能量对华北地区的影响比上层更为明显。涡动动能在华北地区的增强和维持主要是涡动非地转位势通量散度项、涡动有效位能和涡动动能的斜压转换项以及其他剩余部分与摩擦耗散引起的能量损耗之和的共同作用，涡动动能在19日增强、20日维持，随后减弱。涡动热量通量变化显示低层有暖湿空气向北输送，高层有干冷空气向南输送，支持了正压和斜压转换，而华北地区上空涡动动量通量的变化则使得基本气流中的涡动动能增强，这些变化影响到极端降水事件的发生发展。     

青藏高原夏季旱涝与大尺度环流的关系

利用欧洲中心ERA-40再分析数据和降水观测数据,分析了大尺度大气环流和海表温度对青藏高原夏季极端干旱与湿润的影响。研究指出,该地区的极端干旱和湿润事件与北大西洋／欧洲地区的环流异常以及横跨欧亚大陆的波列有关。西藏地区夏季发生干旱时,在北欧的斯堪的纳维亚上空会产生由北大西洋西南一东北向的风暴轴支配的强高压异常现象,产生沿“大圆路径”跨越欧亚向南传播至亚洲东南部的波列,并通过反气旋一气旋偶极子调整高原北部和东部流场,进而抑制孟加拉湾水汽向高原地区的输送。西藏地区夏季异常多雨时,纬向横跨大西洋的风暴轴引起欧洲中部低压异常,与之相关联的副热带西风急流和热带东风急流向北移动;与此同时,在北大西洋形成了沿着朝赤道方向路径传播的波列,使其更有利于到达副热带急流入口区（而不是进一步向南传播）。然后,当波列穿越地中海和阿拉伯海到达印度时被再次加强,并与（印度）季风的偏西风分支相互作用,为西藏地区带来充足的水汽。海表温度对于由厄尔尼诺（拉尼娜）／南方涛动和印度洋偶极子引发的青藏高原极端和严重干旱（湿润）事件具有指示意义。当热带北大西洋海表温度明显偏冷时,青藏高原同时或者滞后出现干旱。     

热带北太平洋海温异常对2018年华南前汛期降水负异常事件的影响

本文利用1979—2018年中国地面气象台站1 767个站点降水资料、HadISST海温数据及NCEP/NCAR再分析资料,滤除同期ENSO影响后,分析了2018年华南前汛期降水负异常与热带北太平洋海温异常之间的联系。研究结果显示,2018年华南前汛期降水负异常事件和热带北太平洋(Tropical Northern Pacific,TNP)海温偏暖有关。热带北太平洋海温正异常,通过Mastuno-Gill响应引起西北太平洋气旋式环流异常,中国南海东风异常,减弱了南海夏季风,华南至中国南海地区对流层低层存在异常反气旋环流。水汽存在由中纬度北太平洋经黑潮海区-华南地区-中国南海-菲律宾群岛向热带太平洋的异常输送,且华南地区为水汽的异常辐散区域。另一方面,TNP区域暖海温异常引起了该区域低层异常辐合、高层异常辐散、异常上升运动,使得华南地区高层异常辐合、低层异常辐散、异常下沉运动。这样的环流配置对华南地区降水的产生有不利影响,引起了2018年华南前汛期降水异常偏少。2018年TNP区域暖海温异常引起华南前汛期降水负异常的物理机制还在ECHAM5模式30个成员集合平均的试验结果中得以验证。     

夏季长江中下游流域性极端日降水事件的环流异常特征及其与非极端事件的比较

利用1979—2008年夏季(6—8月)的NCEP/NCAR再分析逐日资料与中国743测站的逐日降水资料,对长江中下游地区流域性极端降水(99百分位,也称为极端强降水)、85～90百分位、75～80百分位降水事件进行合成分析,比较了不同百分位降水事件的环流异常特征。结果表明:长江中下游地区流域性极端日降水量的99百分位阈值为25 mm/d。各类降水事件在梅雨汛期出现频率较高。1990年代以后的极端日降水事件明显偏多。在各百分位降水事件中,在对流层中、低层,长江中下游地区均受气旋性异常环流控制,但对流层高层异常环流特征明显不同。无论在低层还是高层,极端事件的异常环流比非极端事件的异常环流强。不同百分位降水事件的水汽主要来源亦有所不同。极端降水事件中,由孟加拉湾直接辐散至长江流域的水汽较强,而在非极端降水事件中,则是来自南海地区的水汽明显偏强。非绝热加热率、与-的异常分布在各百分位降水事件中的分布较为一致,但强度随降水强度的减小而明显减小。另外,极端日降水事件与85～90百分位的降水事件在太平洋上都存在着北负南正的海温分布,但极端降水事件相应的海温异常明显偏强。而在75～80百分位降水事件中,海温并未出现明显异常。说明极端日降水事件的形成与较强的局地环流异常、与中纬度和热带西太平洋-南海区域的环流异常直接相关,与太平洋海温异常存在可能的密切联系,而非极端事件则主要与局地性异常环流有关。这些结果有利于人们认识和预测极端日降水事件的发生。     

华北地区持续性极端暴雨过程的分类特征

利用1960—2015年日降水资料,筛选出华北地区56次持续性极端暴雨过程。基于距平相关系数的客观聚类分析方法和天气学检验,将它们进行分类,并使用NCEP（2.5°×2.5°）再分析资料进行分类合成,对比分析不同环流背景下华北地区持续性极端暴雨过程的基本特征。结果表明,这些持续性极端暴雨事件按照环流背景可分为经向型、纬向型、减弱的登陆热带气旋型和初夏型4类。它们一般都与不同天气系统配置结构下的锋面动力学过程有关,由于锋面结构特征、环境大气层结状态以及与低空急流有关的暖湿气流输送通道和强度不同,造成不同环流形势背景下,暴雨日的高频站点与过程平均累计降水量在空间分布上存在差异。（1）纬向型对应的锋区强度明显强于经向型,但是其对应的层结稳定度与整个夏季状态相当,而经向型存在弱的层结不稳定异常,这表明,纬向型的对流活动一般不如经向型强,持续性锋面降水特征更清晰,造成站点上日降水量超过50 mm的最大频率明显低于经向型,但是过程累计平均最大降雨量却比经向型大。（2）从水汽输送通道来看,源于西太平洋副热带高压南侧的水汽通道只在纬向型环流主导下的华北区域持续性极端暴雨过程中起主导作用。初夏型以及减弱的登陆热带气旋与西风带系统相互作用造成的极端暴雨过程中,活跃的印度季风造成25°N以南异常强盛的纬向低空西南气流携带充沛的水汽,穿过中南半岛后以西南低空急流或者通过减弱的登陆热带气旋“中转”,是这两类暴雨区的主要水汽供应方式;经向型环流背景下的水汽输送也与这支源于青藏高原南侧的西风气流异常有关。这可能是华北地区夏季降水与印度季风降水的相关显著强于中国东部其他地区的主要原因。（3）减弱的登陆热带气旋与西风带系统相互作用造成的极端暴雨事件同样由经向型环流主导,但是,更充沛的水汽输送、更强的上升运动和更深厚的大气不稳定层结状态是它比一般的经向型强度更大的直接原因;此外,中高纬度弱冷空气侵入对减弱的登陆热带气旋顶部形成持续性极端暴雨过程非常重要。      

海洋性大陆区域OLR的气候低频振荡及其与中国降水的可能联系

利用1979—2009年NCEP/NCAR再分析资料和地面观测站降水资料,研究了海洋性大陆（Maritime Continent,MC）区域的低频振荡气候学特征及其与中国东部降水扰动的关系。结果表明:气候平均状况下MC区域存在显著的低频振荡（CLFO）,30～60 d季节内振荡在4—9月强度最大,且MC区域为低频OLR方差贡献率大值区。低频时间尺度上,MC区域OLR在4—9月有4次比较明显的活跃过程,在1～4（5～8）位相,对流相对较弱（活跃）。OLR的CLFO在热带地区显著东传,在南北方向亦存在位相的传播。从MC区域经南海、菲律宾群岛至中国长江流域存在类似于EAP波列（或P-J型遥相关）的扰动环流分布。不同位相上,低频环流及加热场的变化表明,中国降水的扰动在4—9月间受到MC区域CLFO的可能影响。低频热力场在南北方向上呈现EAP波列状或P-J型遥相关状分布。在OLR的CLFO的峰（谷）位相时,MC区域低层辐散（辐合）,高层辐合（辐散）,低频对流相对较弱（较强）,在MC区域至日本海激发EAP波列（或P-J型遥相关）;在对流层上层南亚高压因低频气旋（反气旋）而位置偏东（偏西）;中国的江南及河套地区降水偏少（偏多）,西南及青海、甘肃等地降水增加（减少）。在转换位相时,MC区域低频对流在部分地区更为活跃,在对流层低层激发低频的气旋-反气旋-气旋的波列,南亚高压偏南,长江中上游、吉林地区出现明显的辐合区,降水偏多,黄淮之间及云贵地区降水偏少。这些结果有助于人们深刻认识气候学意义上的低频振荡特征及LFO的季节锁相问题,有利于进一步认识中国不同地区降水扰动的成因。      

印度洋海盆模影响西北东部5月降水的数值模拟研究

利用海洋大气完全耦合模式FOAM模拟研究了热带印度洋海盆模影响我国西北地区东部5月降水的异常及其物理机制。结果表明:当热带印度洋为暖海盆异常模态时,FOAM模式模拟的西北地区东部5月降水异常偏多,这与观测分析结果相一致。模拟发现春季热带印度洋暖海盆模态可在大气中引起类似"Matsuno-Gill Pattern"的异常响应,在对流层高层青藏高原西南侧形成异常高压,并在北半球中纬度沿高空急流轴形成异常遥相关波列,西北地区东部处于异常遥相关波列在东亚地区正异常中心的西部,正好为"西低东高"这一典型降水偏多的大气环流形势控制,对应对流层高层风场为明显的异常反气旋环流,气流辐散,低层有小范围的弱辐合,形成气流上升运动和水汽异常大值中心,引起降水偏多,模拟的海盆模引起的大气环流异常场与观测分析结果基本一致。FOAM模式对热带印度洋海盆模影响西北地区东部5月降水异常及其物理过程进行了较好的模拟验证。     

1994年印度洋偶极子对两广地区后汛期降水异常的影响机理

利用1979—2017年中国地面气象台站2 400站中广东省和广西壮族自治区（简称两广地区）174站的逐日降水资料、英国Hadley中心的逐月海表温度资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料,分析了1994年华南后汛期（7—9月）期间印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole,IOD）对两广降水极端正异常的影响机理。结果表明,1994年的正位相IOD事件引起了两广地区后汛期偏多,影响机制主要为两方面：一方面,IOD东极子区域海温负异常时,水汽沿着印度北部-孟加拉湾北部-中南半岛-两广地区和孟加拉湾中部-中南半岛-两广地区的异常水汽输送通道向两广地区输送,使得两广地区水汽异常辐合;另一方面,IOD东极子区域海温异常偏低时,该地区对流层低层异常辐散、高层异常辐合、存在异常下沉运动,两广地区对流层低层异常辐合、高层异常辐散、受异常上升运动控制。上述物理机制共同作用,导致1994年后汛期两广地区降水极端正异常。     

一个表征江南春雨的环流指数及其天气学特征

利用东亚和西太平洋对流层低层850 hPa纬向风的经向差异,定义了一个可以表征江南春雨变化特征的环流指数,通过诊断分析探讨该指数与降水和大气环流的关系。结果表明:该指数可以较好地反映江南春雨的年际和逐日变化特征。在年际时间尺度上,高指数年江南春雨偏多,而低指数年江南春雨偏少。该指数的逐日变化与江南地区同期逐日降水变化呈显著正相关。在高指数日,我国江南地区的低压系统和西北太平洋地区的副热带高压偏强,江南地区对流层高层辐散增强,低层辐合和高层辐散的增强为春雨发生提供动力抬升条件,有利于春季江南地区降水的产生;低指数日,西北太平洋副热带高压位置偏南,江南至华南地区对流层低层存在弱辐散,这种形势配合下不利于江南春雨的产生。     

南方极端雨雪冰冻过程东亚冬季风环流特征及与EINino/La Nina事件的关系

根据南方极端雨雪冰冻过程的定义,确定1964、1969、1977、1984、2008年的强降水、降温过程为南方极端雨雪冰冻过程。对发生在EINino/LaNina事件之后的南方极端雨雪冰冻过程的分析表明:EINino/LaNina是造成中国东部1月降水异常的一个主要原因,但不能解释气温异常。前一年秋季热带中东太平洋发生暖事件时,利于1月降水黄河流域偏少,长江以南偏多,而发生冷事件时,则利于1月降水黄河流域偏多,长江以南偏少。南方极端雨雪冰冻过程期间对流层低层和高层矢量风距平场表明:发生月对流层低层在1977、1984年南方极端雨雪冰冻过程中,北太平洋出现大范围气旋环流异常,中国长江中下游及以南至菲律宾出现气旋环流异常,长江中下游及以南为东风距平控制。1964、1969、2008年北太平洋出现大范围反气旋环流异常,中国长江中下游及以南出现大片偏南风距平。其共同点是均存在洋面上空暖湿空气向长江中下游及以南地区的输送。南方极端雨雪冰冻过程的前一年11月北太平洋无一例外地出现大范围气旋环流异常,发生月对流层高层副热带西风急流在中国黄海至日本一带较常年都有不同程度的偏强。     

华南前汛期降水的年代际异常特征及其成因

利用1981—2013年中国160站逐月降水资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料及NOAA海表温度资料,研究了华南前汛期降水年代际异常的时空特征及其可能成因。结果表明:1)华南前汛期降水在1992前后发生由异常偏少转为偏多的显著年代际转折,最显著异常中心位于广西东北部和广东北部。2)1990年代初发生的对流层高层南冷北暖(40°N附近为界)、对流层下暖上冷的年代际转折,使得高低层环流场均出现了有利于北方干、湿冷空气和孟加拉湾、西太平洋暖湿水汽在华南区域交汇并辐合上升的形势,造成华南前汛期降水发生偏少转偏多的显著年代际转折。年代际转折的前后两个时段中,位于热带的孟加拉湾槽、东亚沿岸EAP遥相关型波列中的西太平洋副高、阿拉斯加湾附近的脊,以及中纬度贝加尔湖以西以南脊的强度或位置均具有显著差异,故这些环流系统的年代际异常是华南前汛期降水年代际异常的重要原因。3)南太平洋关键区海温在1990年代初开始呈现增暖趋势,在偏暖(偏冷)时期,华南低空受异常气旋(异常反气旋)环流控制,对流层上层西风急流偏弱偏南(偏强偏北),造成华南地区降水异常偏多(偏少)。     

2002年夏季中高纬大气准双周振荡对华南降水的影响

利用JRA55大气再分析资料和TRMM卫星降水资料,分析了2002年夏季（5~8月）华南地区降水的低频振荡特征,重点揭示了对其影响显著的中高纬大气季节内振荡的环流结构及演变。小波和功率谱分析表明,2002年夏季华南降水表现为主周期为10~30 d的准双周低频振荡。典型低频降水事件及合成分析指出,准双周降水的强（弱）变化除了受低空西北太平洋副热带高压西伸进入（东移退出）南海的影响以外,还显著地依赖于中高纬地区高空大气环流的季节内振荡。在对流层高层,中高纬度地区存在一支自大西洋经欧亚大陆的气旋—反气旋相间排列的低频波列。该波列在欧亚大陆地区向东南传播,当异常反气旋和气旋分别位于青藏高原和华北上空时,这种偶极型环流之间的高空辐散场有利于华南地区上升运动的发展,因而华南降水偏强;反之,华南降水偏弱。研究还表明,低频波列南移造成了对流层异常温度平流和副热带高层异常绝对涡度的变化,使得华南地区上升与下沉运动交替出现以及相应的经向环流圈反转,从而导致华南准双周振荡干湿位相的转换。局地异常感热加热对干湿位相转换也起一定作用。时滞相关分析发现,当青藏高原地区500 hPa位势高度异常场超前于华南异常降水4 d（即位相差为1/4周期）时,二者出现显著正相关,表明青藏高原地区500 hPa位势高度异常对预测华南地区季节内降水变化有潜在的应用价值。     

2000—2015年华北地区8月极端干旱的异常环流型及其波活动特征

利用1961—2015年华北地区54个国家级气象观测站夏季8月逐日降水资料和2000—2015年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)再分析数据,研究了华北地区8月极端干旱的异常环流型及原因。结果表明:华北地区极端干旱事件以年际变化为主,2000—2015年华北地区极端干旱年在中高纬500 hPa高度距平场上存在“-、+、-、+”的异常波列结构,乌拉尔山西部地区上空存在较强的反气旋性距平使得暖脊加强向北收缩,同时贝加尔湖上空存在较强的反气旋性距平使得此处的高空脊强度异常加强,影响范围加大,这种异常环流形势导致高空脊前干冷西北气流输送到华北地区。欧洲西部地区是北半球中高纬波作用通量的关键区,该地区地表2 m温度呈明显增加趋势,同时该关键区对应的500 hPa垂直波作用通量TNZ也呈现明显增加趋势。由于异常热力强迫作用激发出EU波列,低层能量向上传输,高层能量向外频散影响下游乌拉尔山西部地区暖脊加强,造成中高纬环流异常,导致华北地区极端干旱事件频发。