2010年华南前汛期持续性降水异常与准双周振荡

利用中国台站逐日降水资料以及NCEP-DOE逐日再分析资料,分析了2010年华南汛期降水异常的低频特征及大气环流的影响。结果表明,2010年华南汛期降水异常呈显著的低频振荡特征,其中前汛期以10~20天振荡(准双周振荡)为主,后汛期以20~50天振荡(季节内振荡)为主。重点讨论了准双周尺度上前汛期持续性降水异常与中高纬和热带地区大气低频振荡的关系。中高纬地区的低频环流可通过Rossby波能量沿着低频遥相关波列的频散影响华南低频环流的变化。波活动通量分析显示,西西伯利亚作为Rossby波源,其波能量沿着横跨欧亚大陆的低频遥相关波列向我国东部地区频散,引起该地扰动加强,从而引起华南低频环流及垂直运动的变化进而造成华南降水的异常。热带东印度洋的准双周振荡是影响华南前汛期降水的另一低频来源。当赤道东印度洋对流旺盛(抑制),其上空为强上升(下沉)气流,低层辐合(辐散)高层辐散(辐合),而华南上空盛行下沉(上升)运动,不利于(有利于)华南降水。来自中高纬和低纬的低频信号的叠加并配合低频水汽输送共同影响了华南环流异常的低频变化,从而引起华南的低频降水异常,有利于华南持续性降水异常的发生。     

2010年华南前汛期持续性降水异常与准双周振荡

利用中国台站逐日降水资料以及NCEP-DOE逐日再分析资料,分析了2010年华南汛期降水异常的低频特征及大气环流的影响。结果表明,2010年华南汛期降水异常呈显著的低频振荡特征,其中前汛期以10~20天振荡（准双周振荡）为主,后汛期以20~50天振荡（季节内振荡）为主。重点讨论了准双周尺度上前汛期持续性降水异常与中高纬和热带地区大气低频振荡的关系。中高纬地区的低频环流可通过Rossby波能量沿着低频遥相关波列的频散影响华南低频环流的变化。波活动通量分析显示,西西伯利亚作为Rossby波源,其波能量沿着横跨欧亚大陆的低频遥相关波列向我国东部地区频散,引起该地扰动加强,从而引起华南低频环流及垂直运动的变化进而造成华南降水的异常。热带东印度洋的准双周振荡是影响华南前汛期降水的另一低频来源。当赤道东印度洋对流旺盛（抑制）,其上空为强上升（下沉）气流,低层辐合（辐散）高层辐散（辐合）,而华南上空盛行下沉（上升）运动,不利于（有利于）华南降水。来自中高纬和低纬的低频信号的叠加并配合低频水汽输送共同影响了华南环流异常的低频变化,从而引起华南的低频降水异常,有利于华南持续性降水异常的发生。      

华南汛期持续性降水特征及其与30~90 d大气低频振荡的联系北大核心

利用全国756站逐日降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了1961—2011年我国东部汛期持续性降水30~90 d低频变化特征及其与大气低频振荡的联系。结果表明,华南地区降水偏多型是汛期持续性降水低频变化的主导模态。对流层低层位势高度负异常和气旋型环流异常,以及高层略向北偏移的环流异常为华南汛期持续性降水低频变化提供了大尺度形势场。当西太平洋副热带高压脊线维持在22°N附近时,来自孟加拉湾和南海的水汽输送维持了华南地区汛期持续性降水活跃位相,向东北传播的副热带大气低频振荡系统对华南汛期持续性降水具有调制作用。此外,华南汛期降水低频变化还具有南北迁移的经向演变特征。     

华南地区汛期极端降水的概率分布特征

利用1960-2005年华南地区71个测站的逐日降水量资料和NCEP/NCAR南半球月平均海平面气压场再分析资料,采用Le Page榆验、广义极值分布等统计诊断方法,研究了华南地区近46 a前汛期(4-6月)和后汛期(7-9月)极端降水的时空变化及概率分布特征.并讨论了南半球澳大利亚高压和马斯克林高压强度指数与华南汛期暴雨日数间年代际变化的关系.结果表明:(1)1992年华南地区降水发生了由减少趋势到增多趋势的突变,降水趋势发生突变后前汛期极端降水量和日极端降水强度有所下降,而后汛期则是显著增强.(2)华南汛期年平均日最大降水量、50 a一遇日最大降水量极值和暴雨日数的空间分布特征相似,即前汛期的空间分布自南向北呈现"低-高-低"的分布趋势,后汛期呈现由沿海到内陆的"高-低"的分布趋势.(3)1992年发生突变后,前、后汛期年平均日最大降水量和年平均暴雨日数显著增加和减少的空间分布基本一致.(4)就年代际变化而言,南半球澳大利亚高压和马斯克林高压的强度变化是华南汛期降水异常的重要气候背景,即当两高压处在同时增强时期时,华南前汛期极端降水处于偏少阶段,后汛期则处于偏多阶段.     

广东前汛期降水与南海北部风场准双周振荡的关系

利用1961—2008年广东逐日降水、NCEP/NCAR逐日再分析资料,先采用EOF分析、相关分析定义了影响广东前汛期降水的850 hPa关键区——“南海北部风场指数”,再利用功率谱分析、Lanczos时间滤波器等方法研究了近48年广东前汛期降水与南海北部风场指数的低频振荡特征,并研究了广东暴雨与南海北部风场指数准双周振荡的关系。结果表明,广东前汛期降水与南海北部风场指数均以准单周、准双周振荡为主,而30～60天的季节内振荡不显著。南海北部风场指数与广东前汛期降水准双周振荡序列存在显著正相关,且明显高于准单周振荡序列的相关。近48年4—6月南海北部风场指数的准双周振荡波峰前后3天(个别4天)的广东省前汛期暴雨出现概率为78.2%。最后利用合成分析方法分析了南海北部风场指数准双周振荡的波峰附近有典型西南风暖区暴雨发生的大气环流场演变特征,可为广东暖区暴雨过程的中期预报提供参考依据。      

湖南省汛期强降水的30~60d低频振荡特征及延伸期预报指数研究

基于1986—2015年湖南逐日降水资料、同期美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)再分析资料,通过分析强低频振荡年的汛期强降水特征和低频环流场演变对强降水的影响,建立了湖南省汛期延伸期强降水过程预报指数。结果表明:(1)汛期33%的强降水过程均发生在具有显著30~60 d低频振荡的年份中,且大多位于低频降水峰值阶段。(2)通过对强低频振荡年进行合成发现,在活跃位相,南亚高压偏强偏东,副热带高压偏西偏强,这种环流配置导致中国南方大部分地区的高层环流为辐散,底层环流为辐合,有利于降水的产生。在中断位相,南亚高压呈东西带状分布且其位置偏西、强度偏弱,副热带高压偏东偏弱,使得向湖南地区输送水汽的西南气流减弱,进入降水中断期。(3)基于低频散度场不同位相的变化特征,选取了与低频降水相关的两个关键区,从而建立延伸期预报指数,该指数对低频降水显著年的强降水回报准确率能够达到73%。(4)前期4月黑潮的海温异常(SSTA)可作为湖南省强低频振荡年的预测指标。     

1997—1998年青藏高原大气低频振荡及对降水影响

利用1979—1998年NCEP/DOE逐日再分析资料和国家气象信息中心的常规观测站资料,研究了1997/1998年冬季、1998年夏季青藏高原 (简称高原) 季风的低频振荡特征,研究夏季高原和周边区域高低层大气低频环流系统的配置及其与我国降水的联系。结果表明:1997/1998年冬季和1998年夏季,高原季风不仅表现出很强的30~60 d的周期振荡特征,还伴随有较强的准双周低频振荡;相应区域对流层上层200 hPa上的环流系统则是30~60 d为主的周期变化。1998年夏季,高原地面气压也存在两个频带的低频振荡变化,且其强度存在明显的经向变化,即自南向北30~60 d低频振荡信号有逐渐减弱趋势,准双周信号则呈增强趋势。对30~60 d的低频信号而言,高原夏季风低频信号较强 (弱) 时,高原地面表现为低频低 (高) 压环流系统,在同纬度带的我国东部地区和西太平洋沿岸,是较强的低频北 (南) 风和低 (高) 压环流系统;相应地,在80°~90°E之间,自孟加拉湾到我国西北中部地区,是低频反气旋-气旋-反气旋的经向低频波列;受低频环流系统影响,高原东部、长江中下游地区降水偏多 (少)、川西高原、云南西南部降水偏少 (多)。     

新会单站降水的多尺度振荡特征

利用新会国家站1957—2014年逐日降水数据,通过功率谱分析、Morlet小波变换对新会单站年降水、年内逐日降水进行周期分析,使用Butterworth带通滤波对年内各尺度降水振荡进行滤波分析,并对汛期少雨年景与汛期降水正常年景的降水周期对比分析。分析表明:新会单站降水在多个尺度上表现有明显周期振荡特征,其中年降水在整个分析时段内并不存在稳定周期,以阶段性周期递增演变为主;年内逐日降水周期基本表现为5 d及以下天气尺度振荡、准单周振荡、准双周振荡、季节内振荡和季节振荡等5种尺度。在少雨汛期,逐日降水振荡趋向短周期、高频率,而正常降水汛期则在低频振荡表现更明显。     

2008年5—6月华南地区强降水过程的大尺度环流背景

利用华南地区逐日降水量资料以及美国NCEP/NCAR逐日再分析资料,对2008年5—6月华南连续强降水过程的大尺度环流、水汽输送及其与南半球相联系的环流背景进行分析。结果表明:(1)强降水期间西太平洋副高偏强,位置偏西偏南;鄂霍次克海地区多有阻高出现,形成一脊两槽的经向环流形势,有利于冷空气分裂南下与西南暖湿气流交汇。(2)4次强降水期间索马里急流的水汽输送均异常偏强,孟加拉湾及南海的水汽输送亦偏强;4次降水过程的水汽输送特征又有所差异。(3)4次强降水过程的发生与越赤道气流及南半球马斯克林高压、澳大利亚高压的加强密切相关,索马里越赤道气流的特别强劲是华南发生暴雨的主要原因之一。前期马斯克林高压、澳大利亚高压以及索马里、西太平洋越赤道气流的异常活动,对于华南强降水过程具有预报指示意义。     

淮河流域典型旱涝年夏季大气低频振荡特征

分析了淮河流域典型旱涝年夏季逐日降水的主要周期,涝年30 d以上低频振荡的方差贡献大于旱年。500 hPa高度场30～60 d低频振荡方差贡献大值区与持续正高度异常对应,涝年欧亚中高纬度的低频振荡方差贡献大于旱年,而副热带、热带地区方差贡献小于旱年。旱年夏季,南半球澳大利亚高压较涝年弱,北半球低纬度地区850 hPa低频西风和印尼附近低频越赤道气明显强于涝年。涝年中国大陆沿海的低频反气旋位置较旱年偏南,江南、华南为低频西南气流控制。涝年ITCZ位于菲律宾附近,位置也比旱年偏南。旱、涝年夏季,200 hPa伊朗高原均为低频反气旋,南亚高压呈伊朗高压模态。旱年夏季,欧亚中纬度的低频反气旋导致南亚高压活动偏北,而涝年夏季南亚高压活动偏南。     

南亚夏季风系统双周振荡机制的探讨

本文用ECMWF以及OLR资料,分析印度和东亚两个季风子系统之间的相互作用,提出一个关于南亚季风系统双周振荡的机制。机制的主要内容是:(1)南亚季风系统的双周振荡以澳大利亚高压为启动系统,通过两条途径影响北半球;(2)印度季风槽的振荡通过自西向东传播影响ITCZ,使两者活动存在一定的位相差;(3)季风向大陆的水汽输送制约着东亚副热带地区环流系统的变化,影响到南亚高压的东西振荡,最终通过东亚季风环流圈影响澳大利亚高压。      

2010年我国南方两次持续性强降水的环流特征

通过对2010年夏季我国南方两次持续性强降水期间对流层高、中、低多个大尺度关键影响系统的时空演变特征及其影响机制的分析和比较,讨论了我国南方持续性强降水的大气环流特征。结果表明:这两次持续性强降水均出现了东亚西风带沿海低槽不断快速重建或加深,且中纬度锋区位置稳定维持,低空西南急流反复加强,且其轴线左侧的南风经向强梯度带位置相对稳定,副热带高空西风急流和南亚高压脊线及西太平洋副热带高压的纬度带位置相对稳定;相应地,在强降水带上空反复出现强烈的低层水汽辐合抬升、高层辐散抽吸及垂直上升运动发展,进而形成持续性强降水。西西伯利亚低槽的不断快速重建与加深 (东移)、马斯克林高压西侧高压及马斯克林高压的不断加强东移、副热带高空西风急流的建立和维持对南方持续性强降水具有超前指示意义。强降水带位于东亚低空西南急流轴左侧南风经向强梯度辐合带、高空西风急流南侧至南亚高压脊线北侧之间的强辐散区及中层垂直上升速度大值带中。     

1997年华南汛期降水异常与大气低频振荡的关系

利用国家气象中心提供的逐日降水资料及NCEP逐日再分析资料,分析了1997年华南地区汛期异常降水低频特征与大气低频振荡的关系。研究表明,1997年华南前汛期和后汛期降水表现为不同的振荡特征;前汛期降水主要以10～20天准双周振荡为主,而后汛期降水的低频特征并不明显。进一步对降水和其它要素的低频振荡特征进行分析发现,该年华南地区前汛期降水和风场的低频振荡现象是普遍存在的;低频纬向风的传播变化与降水的时间分布有较好的对应。并且,高、低纬度低频风场同时向华南地区传输,会产生极强的降水。在对大气低频扰动动能的分析中也发现,华南前汛期降水伴随着低频扰动动能在该地区的集中释放。     

NCEP/CFS模式对东亚夏季延伸预报的检验评估

利用NCEP的气候预报系统（Climate Forecast System, CFS）所提供的1981—2004年历史回报试验结果,检验和评估了该系统对夏季东亚地区大气环流的预报技巧和系统误差;在此基础上通过提取模式预报和观测的10~20 d及30~60 d低频振荡分量,重点对我国南方3次典型持续性暴雨过程的预报技巧进行检验和诊断分析。结果表明:CFS系统对东亚整体大气环流逐日预报的可靠时效为5 d左右,60°N以北的对流层中高层高度场预报系统性偏低,而在40°~60°N则为系统性偏高。系统性误差随预报时间的延长而增加,但10 d以上预报的系统性误差大小和空间分布逐渐趋于稳定;CFS系统对低频分量的延伸期预报技巧好于对其整体大气环流的预报技巧,并且在典型持续性暴雨过程中,CFS系统对影响强降水过程的主要环流系统低频振荡特征有一定预报能力。     

南海登陆热带气旋对长江三角洲地区降水的影响

利用热带气旋年鉴资料统计了1949~2000年南海热带气旋影响期间我国长三角地区的最大降水量，计算有南海热带气旋影响时最大降水量大于50 mm的条件概率为60%。并把历年引起长三角地区50 mm以上降水的南海气旋频数序列作小波变换，发现其具有周期性振荡的特点，并且振荡周期在频率的分布上也有一定的规律。把南海热带气旋频数序列与夏季3个月副高面积指数之和的序列做交叉谱分析，发现两者具有准2年和准5年的耦合周期，气旋频数序列在位相上超前约半年。最后用1951~1999年的500 hPa月平均高度资料统计频数异常年的500 hPa高度场的距平和t统计量，发现在西太平洋、大西洋和极地都有显著的异常。     

Spatio-temporal Variability Sea Level Pressure （SLP） the Mid-to-Low Reaches of Northern Hemipheric and Precipitation over of the Yangtze River

The spatio-temporal variability of Northern Hemisphere Sea Level Pressure （SLP） and precipitation over the mid-to-low reaches of the Yangtze River （PMLY） is analyzed jointly using the multi-taper/singular value decomposition method （MTM-SVD）. Statistically significant narrow frequency bands are obtained from the local fractional variance （LFV） spectrum. Significant interdecadal （i.e., 16-to-18-year periods） and interannual （i.e., 3-to-6-year periods） signals are identified. Moreover, a significant quasi-biennial signal is identified but only for PMLY data. The spatial joint evolution of patterns obtained for peaks in the LFV spectrum sheds light on relationships between SLP and PMLY： the Arctic Oscillation （AO） modulates the variability of the PMLY while the interannual variability of PMLY is in phase with the Northern Atlantic Oscillation （NAO） and the Northern Pacific Oscillation （NPO）.     

中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景

基于中国测站的降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,取第95百分位数作为极端降水阈值,通过经验正交函数分解(EOF)方法将中国东部分为华南、长江中下游、华北和东北三个地区,定义极端降水事件,并对中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景进行研究。结果表明,极端降水事件随日期的变化与中国东部夏季雨带的南北移动相吻合。近54年来,华南极端降水事件频数在1991年左右突增,长江中下游地区有两次突变,1991年左右突增,2000年左右突减。华北和东北地区在1999年左右突减。发生极端降水事件时,低层850 hPa出现局地异常气旋环流,位势高度异常降低,对应低空异常辐合;中层500 hPa,西太副高位置异常偏南有利于华南极端降水的发生,副高西伸有利于长江中下游的极端降水,位置偏北易造成华北和东北极端降水;高层200 hPa,发生极端事件时降水关键区位于西风急流轴右侧,对应异常反气旋环流,这种高层辐散低层辐合的环流配置为极端降水提供动力条件。极端降水的气候平均态水汽主要来源于南半球和西北太平洋。副高的位置异常影响我国东部水汽输送异常,造成不同地区的极端降水。      

南海夏季风北推时间及相关环流变化特征

利用1958—2004年NCEP/NCAR逐日再分析资料和我国730站降水资料分析了南海夏季风爆发后影响到华南地区的时间差异及其环流变化特征。结果表明:南海夏季风向北推进影响到华南地区的时间存在明显差异，最早的可以1 d就推进影响到华南地区，最晚的却要42 d，并且这种变化具有明显的年代际变化特征，即20世纪70年末以前，南海夏季风影响到华南地区的时间总体上要偏早，而70年代末以后，南海夏季风影响到华南地区的时间总体上要偏晚；当南海夏季风建立后，若东亚大槽较深，冷空气活动较活跃，索马里越赤道气流形成的西南风、110°~120°E地区越赤道气流形成的偏南风以及副热带高压西侧边缘的偏南风均偏弱，南亚高压和东亚地区急流位置偏南，就会使得南海夏季风影响到华南地区的时间偏晚，反之，则偏早；南海夏季风推进影响到华南地区的时间偏晚（早）年期间，索马里、105°E和130°E越赤道气流输送的水汽通量和西太平洋副热带高压南部的东南气流水汽输送均较弱（强），华南地区前汛期的锋面降水较强（弱）。     

Spatio-temporal Variability of Northern Hemipheric Sea Level Pressure(SLP)and Precipitation over the Mid-to-Low Reaches of the Yangtze River

The spatio-temporal variability of Northern Hemisphere Sea Level Pressure(SLP)and precipitation over the mid-to-low reaches of the Yangtze River(PMLY)is analyzed jointly using the multi-taper/singular value decomposition method(MTM-SVD).Statistically significant narrow frequency bands are obtained from the local fractional variance(LFV)spectrum.Significant interdecadal(i.e.,16-to-18-year periods)and interannual(i.e.,3-to-6-year periods)signals are identified.Moreover,a significant quasi-biennial signal is identified but only for PMLY data.The spatial joint evolution of patterns obtained for peaks in the LFV spectrum sheds light on relationships between SLP and PMLY:the Arctic Oscillation(AO)modulates the variability of the PMLY while the interannual variability of PMLY is in phase with the Northern Atlantic Oscillation(NAO)and the Northern Pacific Oscillation(NPO).