我国南方冬季异常低温和异常降水事件分析

统计分析1951 年以来1 月份以及1880 年以来冬季, 我国南方的异常低温与降水事件, 结果表明1 月异常低温(温度距平< -1σ) 有12 次, 降水异常偏多(降水距平> +1") 有10 次, 冷湿组合有3 次(1969、1993、2008); 冬季异常低温有29 次, 降水异常偏多有16 次, 冷湿组合有2 次(1886/87、1904/05)。利用NCEP/NCAR 再分析资料等, 采用合成方法分析异常低温与异常降水事件时大气环流特征, 结果表明有利于南方低温的环流特征是: 西伯利亚高压、东亚大槽及东亚急流异常偏强。有利于降水偏多的环流特征是: 东亚大槽偏弱; 200 hPa 上中东急流异常偏强、东亚急流偏弱; 东亚从对流层低层到中高层都有异常南风。当发生冷湿组合时, 低温主要是受到西伯利亚冷高压异常偏强的影响, 而降水主要受对流层850 hPa 至200 hPa 环流异常的作用。南方冬季水汽主要来自南支槽的西南气流和南海上空的转向 气流, 在降水偏多时有异常西南水汽输送距平。西伯利亚高压、欧亚遥相关型、西太平洋遥相关型、北极涛动4 个环流因子能解释南方1 月和冬季气温方差的47.2%和51.5%; 而中东 急流、东亚经向风、欧亚遥相关型则能共同解释南方1 月和冬季降水方差的49.4%和48.4%。 统计降水异常与ENSO 的对应关系表明, 当发生El Niño 事件时南方冬季降水偏多的概率较 大, 当发生La Niña 事件时, 降水偏少的概率较大, 而温度与ENSO 没有明显的统计相关。     

江淮下游汛期降水与ENSO冷暖事件的关系——以里下河腹部地区为例

应用综合Niño指数,分析了江淮下游里下河腹部地区1957-2006年间汛期降水与ENSO冷暖事件的关系及环流形势。结果显示:汛期降水与ENSO冷暖事件的遥相关具有较为显著的阶段性特征。El Niño、La Nina的翌年汛期降水分别以负、正距平偏多,汛期降水的正负距平转换出现在1970年代末左右。汛期降水与Niño指数具有2-7 a左右的相似周期,且二者在1980年前后出现了明显的相位转换。El Niño翌年汛期降水为正距平的环流场显示,东亚环流经向呈“+、-、+”高度距平配置,且副高范围扩大,偏西偏北,存在典型的梅雨锋面,雨带停留在江淮下游地区,利于降水形成。而La Nina翌年汛期降水为正距平的环流场表明,副高位置偏东偏北收缩,东亚经向环流呈“-、-”位势高度距平,低、中层分别为西南风、偏东南风距平,缺少梅雨锋面,汛期降水偏多的程度较小。     

西南地区冬季旱涝特征及其与北极涛动关系

利用1951-2010年我国西南地区内32站月平均降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,对西南地区冬季旱涝时空分布特征及其与北极涛动(AO)的关系进行了研究分析.结果表明:近60a西南地区冬季降水量和旱涝事件平均发生频次均呈东南向西北递减分布,其中滇、黔、桂交界处和四川南部为降水偏多事件多发区,而渝、滇西南、黔东部及四川盆地是干旱事件多发区,特旱事件的发生概率也较高,并有逐年增加的趋势;冬季旱涝以周期为12 a、8 a左右的低频振荡最为显著,近几年均处于负位相;冬季AO与西南地区同期降水呈显著的正相关,AO异常偏强(弱)时,则西南地区降水异常偏多(少).     

赤道中东太平洋关键区海温对宁夏春季降水的影响

基于宁夏全区范围内24个常规气象站近53 a春季降水量资料和美国气候预测中心1961-2013年Niño1+2和Niño3.4月平均海平面温度指数资料及NCEP/NCAR北半球月平均500hPa高度距平场再分析资料,采用经验正交函数分解(EOF)及滑动相关分析方法,对宁夏逐年春季降水量的空间分布进行分型,并分析了各空间分布型的时间演变特征,进一步研究了赤道中东太平洋关键区(Niño1+2、Niño3.4)海温是如何通过对西太平洋副高及500 hPa中高纬大气环流的影响来影响宁夏的春季降水。结果表明:近53 a来,宁夏春季降水全区一致偏多或偏少分布型的占比超过70%,21世纪后全区降水一致偏少型明显减少;前一年夏秋季节赤道中东太平洋关键区海温与次年宁夏春季降水存在持续5~8个月的显著高相关,其中7~9月相关最显著,且相关程度逐步提高;研究发现,前一年夏秋季节,赤道中东太平洋关键区海温异常,通过海气相互作用,对次年春季北半球500 hPa高度距平场上中高纬度大气环流的配置以及西太平洋副热带高压的位置产生明显的影响,近而影响形成次年春季宁夏降水的水汽来源以及空间分布。因此,这些前期的稳定强信号对宁夏春季降水预测具有明确的指示意义。     

西南地区春季降水异常与大尺度环流关系

根据1961-2013年NCEP/NCAR逐月再分析资料、NOAA月平均海表温度资料和西南地区(四川、重庆、贵州、云南)116个气象台站逐月降水资料,利用EOF分析等方法分析了西南地区春季降水空间分布特征,研究了西南地区春季降水异常与大气环流的关系。结果表明:西南地区春季降水不仅有区域一致的增加趋势,还表现出纬向偶极型空间分布;西南地区春季东部降水偏多西部偏少时,受到印度洋和太平洋两个反气旋气流影响,利于印度洋地区的暖湿水汽和西太平暖湿气流的输送,有利于该地区降水偏多;东部降水偏少西部偏多时,东亚大槽、乌拉尔山高压脊、南支槽分别加强,抑制了西风气流向东推进,使水汽更容易在西南地区西部辐合上升形成降水。结合海表温度分析发现,这种槽脊和反气旋强度变化和太平洋海表温度的变化有重要关系。     

中国北方百年四季降水趋势与海平面气压形势

根据中国东部33站1884～1995年的四季降水进行了经验正交函数(EOF)开展,得到了前三个模态随时间的演变,重点分析与我国北方降水变化有关的趋势及与同期海平面气压距平的关系.夏季降水的第一模态反映在长江和黄河中部与华南沿海的降水位相相反.这一降水模态在20年前的变率较大.当夏季东北亚出现稳定的地面高压距平,中国东部处于气压槽中时长江和黄河中部降水偏多,而当地面高压距平稳定于我国西北和低压距平处于东部海上时降水为负距平.夏季降水的第三模态表现为以长江为界的南北反向变化.秋季降水的第二模态表现为以长江为界的南北反向变化,第三模态表现为东部沿海与西部的反向变化.这些降水模态与一定环流形势相联系,特别是秋季降水的第三模态受台风路径的环流形势所决定.冬季降水的第一模态中心也出现在长江和黄河中部,年代际变化的幅度趋于增强.对春季降水,第一模态表现为长江及其以北的降水与华南的降水反位相.2～3年变化幅度大于年代际变化的幅度.第2模态反映出华北和东北的降水与其它地区的降水位相相反,存在30年左右的位相转换关系.北方地区的春旱从1980年代开始有所加重.     

1951年以来ENSO事件对中国西北不同气候区的影响

通过对中国西北典型半湿润区、半干旱区、干旱区和半荒漠区4个不同气候区1951-2015年降水和气温资料的搜集、整理和处理,分析研究区1951年以来降水和气温的变化,并对其进行M-K突变检验,总结ENSO事件对气候与旱涝灾害的影响.研究结果表明:①4个气候区降水量逐年变化幅度差异明显,半干旱区为变化幅度最小区域,半湿润区和干旱区变化幅度最大但出现降低的趋势,而半荒漠区则是降水量增长最明显的区域;降水的集中度由东往西变化逐渐增大,东部比西部滞后5d左右.②4个气候区气温上升幅度存在差异,半湿润区气温上升幅度最大,干旱区气温上升幅度最小.③El Ni(n)o事件使4个气候区发生不同程度的降水减少、气温升高,而La Ni(n)a事件则使降水增加、气温降低.④El Ni(n)o事件会给4个气候区当年带来旱灾,次年带来涝灾;La Ni(n)a事件则会给当年带来涝灾,次年带来旱灾.     

1901-2012年陕西降水、气温变化特征

利用英国东英格兰大学气候研究中心CRU最新发布的1901-2012年的月平均气候资料,分析陕西近百年降水、气温的时空分布特征。结果表明:(1)年平均降水南北差异较大,陕南降水多且年际变化最大,西安为年际变化的第二高值中心。(2)陕西降水具有明显的年代际变化周期,20世纪40年代之前降水变化较平缓,40年代后降水变化幅度变大,异常偏多或偏少的年份较多。(3)降水的EOF1表现为整体的正异常,体现了陕西年平均降水的一致变化,EOF2主要表现为陕西南部和陕西东北部的反相位振荡,且具有显著年际变化周期。(4)陕西气温近112年有两个偏冷期:20世纪20年代之前和50年代到90年中期,20世纪20年代到50年代和90年代后期以来为偏暖期。与全国气温变化不同,第二个暖期是从90年代开始迅速升温,滞后于全国气温变化,且气温的最高值出现在90年代而不是40年代。(5)气温的第一模态解释了总模态的88.4%,且表现为陕西一致的正异常,表明陕西平均气温空间变化的一致性,Morlet小波分析显示其有2~4年的周期震荡和16年左右的年代际变化周期。     

近百年北极涛动对中国冬季气候的影响

北极涛动 (AO) 是北半球冬季热带外行星尺度大气环流最重要的一个模态,对北半球及区域气候有重要影响。利用中国近50年和近百年气温和降水资料分析了北极涛动对我国冬季气候的影响。当AO指数偏强时,我国大部分地区冬季气温偏高,同时降水也偏多。AO和西伯利亚高压对我国冬季气候的影响在年际和年代际尺度上有不同的特征, 在年际尺度上西伯利亚高压对我国气温的影响要远强于AO,而AO对我国降水的影响则比西伯利亚高压的影响要显著。这种关系也可以通过比较分析对流层低层和中高层环流形势在AO不同位相时的变化得到进一步验证。这说明AO对我国冬季气温和降水影响的机制是不一样的。在年代际尺度上,AO对气温和降水都有显著的影响。AO和西伯利亚高压一起能解释近百年来我国冬季温度和降水方差的35% 和11%。     

近50年来河西走廊平原区气候变化的区域特征及突变分析

近50年来,河西走廊平原区的气温在20世纪60~80年代偏低,90年代以后明显偏高,其中冬季升温显著,而降水在60年代偏少,70年代最多,80年代又偏少,90年代以后又偏多,2000年以来秋季降水增加显著。在全球变暖背景下,走廊平原区的气温突变明显,而降水突变不明显;区域气温突变比较一致,春、夏、秋季在90年代中后期发生升温突变,冬季在80年代中期发生升温突变,年平均气温在80年代中期和90年代中后期也发生升温突变;降水突变存在一定的区域差异,东、西部降水在60年代中后期发生突变,突变后降水量增多。     

西南地区冬季气温和降水的时空变化

In recent years,the socio-economic impacts of winter extreme climate events have underscored the importance of winter climate anomalies in Southwest China (SWC).The spatio-temporal variability of surface air temperature (SAT) and precipitation in SWC and their possible causes have been investigated in this paper based on observational data from 1961 to 2010.The results indicate that SAT anomalies in SWC have two dominate modes,one is homogenous,and the other a zonal dipole.The former is caused by the anomalies of East Asian winter monsoon;the latter arises from the anomalies of both subtropical west Pacific high and regional cold air in lower troposphere.The most dominant mode of precipitation anomalies in SWC is homogenous and it has a high correlation with northern hemisphere annular mode (NAM,AO).Neither NAM nor ENSO has significant impacts on SAT in SWC.The anomalies of NAM are associated with the anomalies of tropical circulations,and there-fore precipitation over the SWC.When NAM is in positive (negative) phase,the winter pre-cipitation is more (less) than normal in SWC.Winter precipitation increase over the whole SWC is associated with the El Nino.However,during La Nina winter,the pattern is not uni-form.There is an increase in precipitation over the central parts and a decrease in western and eastern parts of SWC.The severe drought in SWC in winter 2010 is more likely caused by anomalies of NAM,not El Nino.     

两种形态ENSO对南半球热带外气候变化特征的影响

本研究利用1979—2012年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ORAP5(Ocean Reanalysis Pilot 5)海洋/海冰再分析资料和ERA-Interim气象再分析资料,采用回归分析方法,分1979—1998年和1999—2012年两个时间段探讨了南半球热带外地区气候变化对两种不同形态ENSO的响应特征。结果表明,南半球热带外区域气候在1999年前后两个时段对ENSO的响应表现出了较大的年代际变化特征。1979—1998年南半球热带外气候变量对Nio3指数在时间上的相关性和空间上的响应强度都普遍大于Nio4指数,说明这一时段东部型ENSO对南半球热带外区域气候变化的影响要更强一些。在1999—2012年,不同形态ENSO与气候变量的相关性大小并无明显的规律,而且空间响应场的差异性并不大。海平面气压、风场和气温对ENSO变化的响应在南半球冬季表现最为强烈,在夏季最弱。三者在1999—2012年秋季对Nio3指数和Nio4指数的响应场中出现了纬向三波数结构。1999—2012年冬季,有异于海平面气压和风场,在罗斯海和阿蒙森海海域海表气温对Nio4变化的正响应明显强于对Nio3的响应,该特征在混合层温度中也有体现,表明海表气温随ENSO的变化受海洋特征变化影响较大。混合层深度和混合层温度的响应场之间存在很大的相关性,混合层温度响应在秋季表现最强,春季最弱,混合层深度响应与之相反。在1979—1998年,海冰密集度对不同Nio指数变化的响应差异主要出现在海冰结冰季节,而海冰厚度对不同Nio指数变化的响应差异在夏季表现较强。海冰密集度和厚度对Nio3变化响应的年代际差异在秋冬季节更加明显,对Nio4变化响应的年代际差异在秋、冬、春季都较明显。     

多种东亚冬季风指数及其与中国东部气候关系的比较

利用NCEP/NCAR再分析资料及气温和降水观测资料,对比分析了12种不同定义的东亚冬季风(EAWM)指数及其与中国东部冬季温度和降水的关系。结果显示:多数EAWM指数具有较好的一致性,同时也存在差异,体现了不同定义的指数反映东亚冬季风整体性和局部性特征的侧重点有所不同。有10个EAWM指数均反映出近60年东亚冬季风呈减弱趋势,尤其是近30年最为明显,平均减弱速率达-0.25σ/10a,各指数均有强烈的年际变率和年代际波动。有10个(8个)EAWM指数与我国东部冬季温度(降水)第1模态呈显著负相关;其中西伯利亚高压指数对冬季温度年际变率方差解释率最高(53.3%),而对降水年际变率方差解释率最高的是对流层中高层东亚经向风指数(50.4%)。此外,不同EAWM指数与温度和降水的对应关系在El Niňo状态、La Niňa状态有不同的变化,表明在利用单个EAWM指数监测冬季气候时,要考虑到各个指数在ENSO不同状态下具有的差异性参考意义。     

1970—2018年秦岭南北冷季降雪量时空变化及其影响因素

基于72个气象站点逐日观测数据,对1970/1971—2018/2019年秦岭南北冷季（11月~次年5月）降水类型（降雪、降雨和雨夹雪）进行识别;重点关注降雪时空变化特征,探讨降雪与气温、湿球温度的响应关系;依据“夏季-秋季-冬季”Niño 3.4区海温异常状态,细化4种不同发展过程的厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）事件,分析降雪异常与不同ENSO事件的对应关系。结果表明：① 相比气候平均态（1970—2000年）,1990—2018年,秦岭南坡（山地暖温带）降雪量下降了3.1 mm,基本与关中平原降雪量（17.1 mm）持平;② 空间趋势上,低海拔河谷地带降雪量以年代波动为主,山地高海拔地区为降雪下降区;③ 秦岭高山地区气温或湿球温度每升高1.0℃,降雪量分别下降23.1 mm和24.3 mm;从地带性角度分析,由北向南气温或湿球温度每升高1.0℃,秦岭南北降雪量分别下降3.0 mm和2.8 mm;④ 当厄尔尼诺/拉尼娜持续型发生时,关中平原降雪异常偏多;当拉尼娜发展型发生时,秦岭山地和大巴山区降雪异常偏少。当厄尔尼诺发展型发生时,秦岭南北降雪异常呈现“东西分异”,秦岭山地东部和关中平原为降雪异常偏少区。     

气候变暖背景下中原腹地冬小麦气候适宜度变化

通过构建冬小麦光照、温度、降水及综合气候适宜度计算模型,探讨气候变化对冬小麦气候适宜性的影响。结果表明:冬小麦全生育期温度、光照、降水及综合气候适宜度均值分别为0.54、0.64、0.37及0.50;冬小麦对光照适宜性较好,降水是限制冬小麦生长发育的主要因子;温度和降水适宜度以0.001·a^-1线性趋势下降,光照适宜度以0.002·a^-1线性趋势下降,气候因子匹配效果变差对冬小麦的生长不利。冬前生长阶段温度、光照和降水适宜性较弱,各气候因子匹配效果较差。出苗-拔节期降水适宜性较强,各气候因子组合效果较差;拔节-抽穗期和抽穗-乳熟期温度与光照适宜性较强,水分胁迫较大,气候因子组合效果趋好。乳熟-成熟期光照和降水适宜性较强,综合气候适宜性变差。光照、温度和降水适宜度在全生育期的中后期与冬小麦产量的相关性比较显著。     

云南2009～2010年秋冬春连旱成因分析

2009年秋季至2010年春季,云南降水量比常年同期偏少50%～78%,创有记录以来最少,气温比常年同期偏高0.9～2.5℃,发生了百年不遇的秋、冬、春连旱。分析其发生的原因主要是：2009年秋季开始,西太平洋副热带高压偏强,阻断了从孟湾和南海到云南的水汽输送,加之东亚大槽偏弱偏北、亚洲极涡偏弱,导致冷暖空气不能在云南上空＂相遇＂,造成降水偏少。2009年6月开始El Nino事件开始显现,冬季达到旺盛期,在其影响下,南海、中南半岛到西印度洋的对流活动受到抑制,造成输送至云南的水汽偏弱。全球气候变暖使各种气象要素的变化偏离了平均值,容易引发极端气候事件,导致近年来干旱发生的频率增多增强。     

Spatiotemporal characteristics of seasonal precipitation and their relationships with ENSO in Central Asia during 1901–2013

The vulnerable ecosystem of the arid and semiarid region in Central Asia is sensitive to precipitation variations. Long-term changes of the seasonal precipitation can reveal the evolution rules of the precipitation climate. Therefore, in this study, the changes of the seasonal precipitation over Central Asia have been analyzed during the last century (1901–2013) based on the latest global monthly precipitation dataset Global Precipitation Climatology Centre (GPCC) Full Data Reanalysis Version 7, as well as their relations with El Niño- Southern Oscillation (ENSO). Results show that the precipitation in Central Asia is mainly concentrated in spring and summer seasons, especially in spring. For the whole study period, increasing trends were found in spring and winter, while decreasing trends were detected in summer and fall. Inter-annual signals with 3–7 years multi-periods were derived to explain the dominant components for seasonal precipitation variability. In terms of the dominant spatial pattern, Empirical orthogonal function (EOF) results show that the spatial distribution of EOF-1 mode in summer is different from those of the other seasons during 1901–2013. Moreover, significant ENSO-associated changes in precipitation are evident during the fall, winter, spring, and absent during summer. The lagged associations between ENSO and seasonal precipitation are also obtained in Central Asia. The ENSO-based composite analyses show that these water vapor fluxes of spring, fall and winter precipitation are mainly generated in Indian and North Atlantic Oceans during El Niño. The enhanced westerlies strengthen the western water vapor path for Central Asia, thereby causing a rainy winter.     

中原腹地气候变化对冬小麦产量的影响——以商丘地区为例

为探明气候变化对商丘地区冬小麦产量的影响,根据1991～2010商丘市气候资料和小麦产量资料,利用数学统计与Thornthwaite Memoriae模型,结合未来气候预测结果定量分析了气候变化对冬小麦产量的影响。结果表明,冬小麦产量整体上呈波动上升趋势;主成分分析表明,气温、降水量、蒸发量与极端温度为影响冬小麦产量的主要气候因子,蒸发量过大及极端低温对冬小麦生产不利。商丘地区"暖湿型"气候有利于冬小麦生产力的提高,"冷干型"气候对冬小麦生产最为不利;未来几十年内气候可能将向"暖湿型"变化,对商丘地区粮食作物产量的提升较为有利。