长江下游谷物天气产量变化与大型环流准周期性振动的分析

本文分析了近几十年谷物产量和百余年海平面气压场及降水资料。揭示我国东部长江下游粮产区的天气和谷物天气产量存在30—40年的长周期振动和2—3年的短周期振动,并且与特定的相一致的大型环流系统振动相配合。通过分析讨论,提出了一个“环流一天气一天气产量”同步振动模式。简言之,即当冬季贝加尔湖冷高压偏弱和澳洲低压偏强,相应地,春季赤道低压偏强以及夏季南方涛动偏强时,则长江下游处于(长周期振动的)多水期或(短周期振动的)多水年型,谷物天气产量偏低。反之,则处于少水期或少水年型,谷物天气产量偏高。     

近百年东亚登陆台风的长期振动

按不同地段统计分析了1884—1980年期间东亚登陆台风个数以偏多期与偏少期交替为特征的长期振动。发现东亚沿太平洋的多数地段上登陆台风数的长周期振动的主要周期为20年左右,较短周期的振动主要有5～6年和2～3年周期。不同地段上长期振动的差异主要表现在周期、位相和振幅上。还发现登陆台风数的长期振动与春夏季节关键地区的大型气压环流的低频振动有某种关联。      

关于确定东亚夏季风强度指数的探讨

文中利用作者曾定义的东亚夏季风在中国东北地区 (12 2 .5°E ,4 0°N)的建立标准 ,根据相同的方法 ,分别计算了沿 112 .5 ,117.5 ,和 12 2 .5°E上 ,2 0°N及以北每隔 5个纬度东亚夏季风建立、持续和撤退时间 (候 ) ,将某年持续和多年平均持续候数相比的标准化值 ,定义为一种沿某一经圈上某一纬度的东亚夏季风强度指数ISMΦ,还分析了该指数与中国夏季降水量场和 5 0 0hPa高度场的相关。结果表明 :(1)沿 117.5°E经度上 ,东亚夏季风在 2 0 ,2 5 ,30 ,35 ,和 4 0°N建立的平均日期分别为 2 7.2 6 ,2 8.5 4 ,34.4 3,37.12和 37.6 5 (候 ) ,撤退平均日期分别为 5 4 .4 4 ,5 3.6 9,5 1.85 ,4 8和 4 6 .76 (候 ) ,其中 117.5°E ,2 0°N代表南海的中北部 ,文中确定的该区夏季风建立、撤退日期分别为 2 7.2 6 (候 )和 5 4 .4 4 (候 ) ,与国内学者公认的 5月 4候 (2 8候 )和 10月 1候 (5 5候 )相当吻合 ;(2 )沿 112 .5°E、117.5°E和12 2 .5°E的同一纬度上 ,东亚夏季风建立的平均日期并不相同 ,西边先于东边建立 ,每隔 5个经度 ,相差约 1～ 2候 ,而撤退的平均日期 (30°N及以北 )分布则相反 ,东边先撤退 ;(3)沿 117.5°E ,30°N和 35°N的ISMΦ和沿 12 2 .5°E ,4 0°N的ISMΦ均与中国华北和东北地区大部 7～     

我国华南谷物天气产量变化与大型环流准周期性振动的分析

本文分析了我国华南水稻天气产量、降水天气、大型气压环流三者的联系。揭示了"环流—天气—天气产量"具有20—30年左右的长周期振动和2—3年的短周期振动。长期振动模式描述为,北半球春季由太平洋赤道低压带与澳洲附近高压带组合的"南方涛动"偏弱时,相应地,夏季北太平洋高压偏强,华南处于多水期。水稻天气产量偏低。反之,华南处于少水期,水稻天气产量偏高。      

欧亚大陆极端降水事件的区域变化特征

近年来,在全球变暖的背景下,极端气候事件特别是极端降水事件,发生频率愈发上升。本文使用美国气候预测中心提供的逐日降水资料,统计分析了1979—2018年期间欧亚大陆各个子区域极端降水事件的时空变化特征。结果表明:1)从气候态的空间分布特征来看,南欧、南亚、东南亚、东亚地区为欧亚大陆全年总降水量高值区,同时也是极端强降水频发地区;而东亚地区青藏高原、中国中西部至蒙古一带,南亚地区印度次大陆以及中亚、西亚等地的部分地区则是连续性干旱事件的高频区,极端强降水事件发生频次较少;2)在21世纪初之后,东南亚、南亚、东亚、北亚、西亚和南欧这6个地区的全年总降水量发生年代际增加,且在研究时段呈显著增加趋势。在过去近40 a,南亚、东亚和中亚的RX1day(日最大降水量)、RX5day(连续5 d最大降水量)、中雨日数(R10mm)、大雨日数(R20mm)自20世纪90年代中期年代际增加,且呈长期增加趋势。南亚、北亚、东亚、中亚这4个地区的最大连续干旱日数在20世纪80年代初显著增加,但长期趋势并不显著。需要指出的是,自2014年起极端强降水事件在东南亚、南亚和东亚地区持续增多,而连续性干旱事件在北欧地区持续增多。     

2012年我国夏季降水预测与异常成因分析

本文对2012年我国夏季降水的实况和预测进行简要回顾,发现2012年夏季降水大体呈北方涝、长江旱的分布,主雨带位于黄河流域及其以北,降水异常偏多的区域主要位于西北大部、内蒙古和环渤海湾,黄淮与江淮地区降水偏少,江汉至淮河上游一带干旱严重;预测的主雨带位于华北南部至淮河,较实况偏南。对我国北方降水异常偏多的成因分析表明:2012年夏季欧亚中高纬地区阻塞高压（简称阻高）强盛,同时东北冷涡活动频繁,中高纬500 hPa高度场从西至东呈“+-+”的分布,这种环流形势没有造成长江洪涝是因为东亚夏季风异常偏强,同时西太平洋副热带高压（副高）偏北,冷暖空气对峙于我国北方地区,导致北方降水异常偏多。分析还表明阻高、东北冷涡、东亚夏季风和副高这四个系统的不同配置影响着冷暖气流的对峙位置,进而形成我国夏季的主雨带。最后通过定量和定性判断相结合的方法,选取了2012年夏季降水的最佳相似年和最佳相反年,对比分析了2012年夏季降水与其最佳相似年和最佳相反年的海温演变与东亚夏季风环流系统主要成员的差异:1959年夏季降水作为2012年夏季降水的最佳相似年,虽然海温及东亚夏季风系统关键成员异常不明显,但是和2012年也呈近似相反的特征;而1980年夏季降水作为2012年夏季降水的最佳相反年,海温及东亚夏季风环流系统关键成员和2012年呈显著的反向特征,这些观测事实反映了我国夏季降水与海温及东亚夏季风环流系统关键成员这些主要影响因子之间关系的年代际变化。     

Impacts of 30-60-Day Oscillations over the Subtropical Pacific on the East Asian Summer Rainfall

The relationships between the precipitation over East Asia (20°-45°N,110°-135°E) and the 30-60-day intraseasonal oscillation (ISO) over the Pacific during the boreal summer are studied in the paper.The daily wind and height fields of NCEP/NCAR reanalysis data,the 24-h precipitation data of 687 stations in China during 1958-2000,and the pentad precipitation of CMAP/NOAA from 1979 to 2002 are all analyzed by the space-time filter method.The analysis results,from every drought and flood summer in four different regions of East Asia respectively during 1958-2000,have shown that the flood (drought) in the East Asian summer monsoon region is absolutely companied with the strongly (weakly) westward propagations of ISO from the central-east Pacific,and depends little on the intensity changes of the East Asian summer monsoon. And the westward ISO is usually the low-frequency cyclones and anticyclones from the Bay of Alaska in northeastern Pacific and the Okhotsk in the northwestern Pacific of mid-high latitudes,and the ISO evolving in subtropical easterlies.In mid-high latitudes the phenomena are related to the westward propagating mid- ocean trough and the retreat of blocking high.Therefore the westward propagating ISO from the central-east Pacific to East Asia is indispensable for more rainfall occurring in East Asia in summer,which results from the long-wave adjustment process in the mid-high latitudes and ISO evolving in tropical easterlies.     

Niño海区冷暖事件的小波功率谱分析

根据NOAA/CPC发布的1950．1-2003-12期间Nino海区的SSTA资料，采用小波变换方法分析了SST变化的多时间尺度结构及其强度变化。结果表明，Nino各海区的SSTA序列表现出多层次相互嵌套的时频结构，经检验存在着2～7a、8-20a和30a以上尺度的变化周期；10a以上和1a以下时间尺度的周期信号能量较弱。显著性变化周期的能量主要集中在2～7a的周期振荡上；同一事件在不同海区的频率结构也不完全相同，冷暖事件的振荡能量和显著性水平从东向西有低频增大而高频减弱的变化趋势，时域中1970年以后尤为明显。     

On the role of resolution and topography in the simulation of East Asia precipitation

Summary In this paper, we investigate the role that horizontal resolution plays in the simulation of East Asia precipitation. Two sets of numerical experiments are performed using the Regional Climate Model (RegCM2) nested in one-way mode within the CSIRO global coupled atmosphere-ocean model. In the first set we use the actual RegCM2 topography at the selected model resolutions, which are 45, 60, 90, 120, 180, 240 and 360 km. In the second set of the experiments, the same coarse CSIRO model topography is used in all simulations using the different resolutions of the first set. The results demonstrate that the simulation of East Asian precipitation improves as the horizontal resolution is increased. Moreover, it is shown that the simulations using a higher resolution along with the coarse CSIRO topography perform better than the simulations using a coarser model resolution with corresponding model topography. This suggests that over East Asia adequate spatial resolution to resolve the physical and dynamical processes is more important than topography. Lastly, the results indicate that model resolutions of 60 km or higher are needed to accurately simulate the distribution of precipitation over China and East Asia.     

On the ability of the regional climate model RIEMS to simulate the present climate over Asia

A continuous 10-year simulation in Asia for the period of 1 July 1988 to 31 December 1998 was conducted using the Regional Integrated Environmental Model System (RIEMS) with NCEP Reanalysis II data as the driving fields. The model processes include surface physics state package (BATS 1e), a Holtslag explicit planetary boundary layer formulation, a Grell cumulus parameterization, and a modified radiation package (CCM3). Model-produced surface temperature and precipitation are compared with observations from 1001 meteorology stations distributed over Asia and with the 0.5 × 0.5 CRU gridded dataset. The analysis results show that: (1) RIEMS reproduces well the spatial pattern and the seasonal cycle of surface temperature and precipitation; (2) When regionally averaged, the seasonal mean temperature biases are within 1–2C. For precipitation, the model tends to give better simulation in winter than in summer, and seasonal precipitation biases are mostly in the range of ?12%–50%; (3) Spatial correlation coefficients between observed and simulated seasonal precipitation are higher in north of the Yangtze River than in the south and higher in winter than in summer; (4) RIEMS can well reproduce the spatial pattern of seasonal mean sea level pressure. In winter, the model-simulated Siberian high is stronger than the observed. In summer, the simulated subtropical high is shifted northwestwards; (5) The temporal evolution of the East Asia summer monsoon rain belt, with steady phases separated by more rapid transitions, is reproduced.     

1951～2009年东亚地区日降水趋势特征分析

研究大陆或次大陆尺度日降水长期趋势变化规律,对于检测、理解区域气候和陆地水循环对全球气候变暖的响应特征十分重要。利用美国国家气候资料中心(NCDC)和中国基准气候站、基本气象站网降水观测资料,在对该站点资料进行基本质量控制基础上,选取东亚地区619个站1951～2009年日降水数据,按照百分位阈值对降水进行分级,共分为弱、中、强、极强4个级别,用经纬度网格面积加权平均方法构建区域平均的时间序列,分析了各类降水事件长期变化趋势的时空特征。结果表明:东亚地区近59年平均总降水量表现出不显著下降趋势,降水日数没有出现趋势性变化,平均日降水强度略有减小;区域平均的年降水量、降水日数和日降水强度在中国北方大部、蒙古东部、俄罗斯远东地区南部和日本列岛多呈减少趋势,而在俄罗斯中西伯利亚南部、朝鲜半岛南部和中国长江中下游流域一般表现为增加。从季节上看,近59年东亚区域平均的冬、春季降水量、降水日数和日降水强度均呈增加趋势,而夏、秋季一般呈减少趋势,仅夏季日降水强度略有增加。降水的年内分配出现均匀化趋势。从不同级别降水事件看,近59年来东亚区域平均的各级别降水量均为下降趋势,中降水、强降水和极强降水日数也呈现下降趋势,弱降水日数表现出较明显增加;仅有全区秋季强降水量、日数减少趋势和冬季中降水量、日数增加趋势通过了显著性水平检验。分析还发现,近30年(1980～2009年)东亚地区日降水趋势变化出现了新的特征,主要表现为大部分地区降水日数呈现增加,日降水强度减少,45°N以南多数台站降水量也增加,全区降水有向非极端化方向发展趋势。     

Interdecadal Variability of East Asian Summer Monsoon Precipitation over 220 Years （1777-1997）

In this study, long-term (1777–1997) precipitation data for Seoul, Korea, wetness indices from eastern China, and modern observations are used to identify the interdecadal variability in East Asian summer monsoon precipitation over the last 220 years. In the East Asian monsoon region, two long-term timescales of dry–wet transitions for the interdecadal variability and quasi-40-and quasi-60-year timescales are dominant in the 220-year precipitation data of Seoul, as well as in the wetness indices over China....     

北半球副热带—中纬度太平洋大气季节内扰动的纬向传播与东亚夏季旱涝

用时空滤波和Morlet小波方法,分析了1958—2000年夏季东亚(20°—45°N,110°—135°E)不同纬带(由南到北分为4个区域)的降水分别与太平洋同一纬带上大气30—60 d振荡(ISO)沿纬圈传播的关系及其成因机制。发现太平洋上经向风ISO向西传播的强或弱,是东亚夏季风区降水偏多或偏少的必要条件。对逐年夏季的分析表明,无论当年东亚夏季风强与否,在所划分的几个东亚季风区所有涝的年份里,太平洋同一纬带上大气ISO向西传播都明显较强,而在这些区域绝大多数旱的年份里,相应的ISO向西传播明显较弱。进一步分析发现,经向风ISO的纬向传播对应着大气经向型环流系统的移动,向西传影响东亚夏季风区降水的ISO有来自低纬中东太平洋东风流中的低频气旋(如副热带东风带中ISO的演变);也有来自中高纬度阿拉斯加湾及鄂霍次克海一带低频低压(如洋中槽)和高压(如阻塞高压和东北太平洋高压)的向南向西频散。因此东亚夏季旱涝不但与热带季风有关,而且与中东太平洋副热带东风系统中ISO的向西传播、中高纬度长波调整时低频扰动向西南经北太平洋副热带的传播密切相关。     

用 IAP／LASG GOALS模式模拟CO2增加引起的东亚地区气候变化

Two simulations, one for the control run and another for the perturbation run, with a global coupled ocean-atmosphere-land system model (IAP / LASG GOALS version 4) have been carried out to study the global warming, with much detailed emphasis on East Asia. Results indicate that there is no climate drift in the control run and at the time of CO2 doubling the global temperature increases about 1.65℃. The GOALS model is able to simulate the observed spatial distribution and annual cycles of temperature and precipitation for East Asia quite well. But, in general, the model underestimates temperature and overestimates rainfall amount for regional annual average. For the climate change in East Asia, the temperature and precipitation in East Asia increase 2. l℃ and 5% respectively, and the maximum warming occurs at middle-latitude continent and the maximum precipitation increase occurs around 25°N with reduced precipitation in the tropical western Pacific.     

1979-2013年东亚中纬度春、夏温带气旋活动特征及其与东北地区同期降水的联系

利用江苏近10 a（2005-2014年）暖季（5-9月）69站逐时降水资料,详细分析了短时强降水的空间分布、年际变化、季节内演变以及日变化特征。分析结果表明：短时强降水空间分布不均,整体上北部比南部活跃,最活跃区均位于沿淮西部,高强度短时强降水多发生在淮北东部,且空间分布集中。近10 a来江苏短时强降水整体呈减少趋势,主要表现为北部地区减少最为显著。短时强降水季节内分布不均匀,以7月最为活跃,高强度短时强降水在8月最为频繁;其逐候分布显示,梅期短时强降水骤增,于7月第2候达到峰值,盛夏期间高强度短时强降水增多,8月第3候达到峰值。江苏短时强降水的日变化整体呈双峰结构,主峰和次峰分别出现在傍晚17时（北京时间,下同）和清晨07时,高强度短时强降水多发于午后;短时强降水日变化存在季节内演变的阶段性特征和地域性差异,其中梅期和盛夏两个高发阶段均呈单峰结构,但梅期峰值出现在清晨,盛夏阶段峰值则出现在傍晚;由南向北,日变化特征由单峰向双峰、多峰演变,在淮河以南地区日峰值大多出现在午后至傍晚,而淮河以北地区多出现在夜间至清晨。     

近30余年来盛夏东亚东南季风和西南季风频率的年代际变化及其与青藏高原积雪的关系

利用地面观测资料和NCEP/NCAR再分析资料集,使用相关分析、合成分析等方法,在将地面风分为东南季风和西南季风的基础上,分析了近30余年来盛夏东亚季风频率的年代际变化特征。结果表明:盛夏东南季风、西南季风频率和前期春季青藏高原积雪均在21世纪初期发生了显著的年代际变化;东南季风、西南季风频率由较少改变为较多,春季青藏高原积雪则由深变浅。由于青藏高原积雪厚度发生了年代际变浅,说明青藏高原发生了年代际变暖和南亚高压变强,南亚高压的年代际变强,使得其下游对流层低层(18°~28°N,108°~118°E)的反气旋性环流异常增强,有利于东亚西南季风频率的增加;同时,由于高原发生湿反馈作用,使得淮河地区降水发生年代际变多,由Sverdrup涡度平衡关系,降水的异常增多通过潜热释放,使得东亚副热带高压异常加强,而副热带高压异常变强则有利于盛夏东亚东南季风频率发生年代际增加。     

全球变暖背景下青藏高原夏季气温在对流层上下反相变化及其与降水和环流的关系

本文利用NCEP/NCAR月平均再分析资料及中国596个测站月降水资料,采用线性倾向估计、经验正交函数分解(EOF)、相关分析、合成分析等方法,对青藏高原夏季对流层气温垂直变化及其与降水和环流的关系进行了分析。气温垂直变化特征分析表明:自1971年以来,青藏高原夏季对流层低层至对流层中上部气温呈现显著增暖趋势,对流层上部气温呈现显著变冷趋势,高原对流层低层至中上部气温及对流层上部气温在年际、年代际尺度上均呈较显著负相关,且均存在2~4 a及8~13 a的周期;夏季青藏高原地区沿27.5°N~40°N平均的气温距平垂直分布的EOF分解第一模态特征向量在对流层表现为"下降温上增温"的反相变化,其时间系数呈显著负趋势,且存在1978年及1994年的突变点。高原夏季气温在对流层的上下反相变化与我国夏季降水的关系在年际、年代际尺度上均显示:当高原对流层低层至对流层中上部升温而对流层上部降温时,我国夏季降水表现为南方型,其中以江南至华南地区降水显著偏多而我国东北地区降水显著偏少为主要分布特征;另外,长江流域的局部地区及我国西北的部分地区降水也明显偏少,而华北东部的局部地区、青藏高原中部及东部地区以及新疆西北部地区降水明显偏多;降水异常分布在年代际尺度上比年际尺度更显著。环流分析显示:当高原对流层低层至对流层中上部升温而对流层上部降温时东亚中高纬度地区为异常高压控制,中低纬度地区受异常低压影响。环流场与降水分布有较好的配置关系。     

与厄尔尼诺和拉尼娜相联系的中国南方冬季降水的年代际异常特征

利用NCEP/NCAR再分析大气环流资料、哈得来中心海温资料、中国700多站降水资料以及全球格点降水资料,详细分析了中国南方冬季降水异常的特征,并揭示了其所对应的欧亚大气环流和东亚冬季风异常与ENSO事件的联系,以及ENSO暖/冷位相对其影响的非对称性。研究进一步证明了厄尔尼诺是导致中国南方冬季降水偏多的重要外强迫因子,并指出拉尼娜对中国南方冬季降水的影响表现出明显的年代际变化特征。1980年之前的拉尼娜年冬季,东亚冬季风显著偏强,东亚大槽偏深,西北太平洋副热带高压偏弱偏东,中国南方受一致偏北风影响,气温偏低,降水偏少,多表现为冷干的气候特征。但1980年之后的拉尼娜年冬季,东亚大槽偏弱,印缅槽偏强,同时在菲律宾以西激发出异常气旋性环流,使得异常偏东风控制中国南方,有利于热带水汽输送增强,因此降水偏多。同时,1980年之后的拉尼娜事件还使得东亚副热带西风急流偏强偏北,中国南方处于急流入口区的右侧,通过二级环流使得中国南方上空的上升运动偏强,有利于降水偏多。因此,1980年之后的拉尼娜年冬季,中国南方易表现出冷湿的气候特征,有时也容易发生低温雨雪冰冻灾害。进一步分析表明,1980年以后拉尼娜成熟期海温异常空间分布型的变化,以及北半球大气环流的年代际变化可能是导致拉尼娜对东亚大气环流的影响在1980年之后发生变化的重要原因。     

2015/2016年超强El Nio事件背景下我国月预测技巧差异分析

利用中国站点观测降水资料、国家气候中心第2代月动力延伸预报模式(BCC_DERF2.0)的回报和预报数据、NCEP/NACR再分析资料和国家气候中心实时发布的月尺度降水预测评分数据,通过评估和诊断分析发现,在2015/2016年超强El Nio事件背景下,这两年内业务发布的月降水预报能力有明显不同,BCC_DERF2.0对月环流的预测技巧也存在差异:在2015年(El Nio发展位相),降水预报和环流预测技巧较高且稳定,而在2016年(El Nio衰减位相)的预报技巧总体偏低。进一步的研究显示,亚洲—太平洋涛动(Asia-Pacific Oscillation,APO)可能是导致2015年和2016年夏季预测技巧高低的重要影响因素。2015(2016)年夏季为APO低(高)指数年,且2016年具有高指数年的典型环流特征。而APO高指数对应的环流特征与El Nio衰减位相对西北太平洋环流的影响不同,在El Nio和APO的物理影响途径不一致时,将直接影响东亚环流可预报性的高低及动力气候模式的预报技巧,即El Nio在发展和衰减位相与APO型不同组合的影响是2015和2016年月预测技巧有差异的重要原因。