不同分布型厄尔尼诺事件及对中国次年夏季降水的可能影响

利用1951—2009年线性最优插值全球海温资料,NCEP/NCAR再分析大气资料,以及中国160个站的降水资料等,重点分析了不同分布型厄尔尼诺事件的海温演变特征及对应的热带大气的响应情况,并进一步探讨了不同分布型厄尔尼诺事件对次年夏季中国降水的可能影响。根据厄尔尼诺事件发展达到盛期时海温距平的分布特点,将1950年以来的厄尔尼诺事件分为东部型、中部型和混合型。不同分布型厄尔尼诺事件的海温演变及后期的发展都表现出较为明显的差异,对应的热带太平洋上空向外长波辐射距平分布及热带印度洋-太平洋上空的沃克环流异常也表现出明显的不同。在厄尔尼诺的次年夏季,通过影响850hPa风场、水汽输送及500hPa西太平洋副热带高压系统,东部型、中部型及混合型厄尔尼诺事件可能分别导致中国雨带呈现南方型(III类)、中间型(II类)和北方型(I类)的分布特点。     

Study of El Ni(n)o events of different types and their potential impact on the following summer precipitation in China

利用1951-2009年线性最优插值全球海温资料,NCEP/NCAR再分析大气资料,以及中国160个站的降水资料等,重点分析了不同分布型厄尔尼诺事件的海温演变特征及对应的热带大气的响应情况,并进一步探讨了不同分布型厄尔尼诺事件对次年夏季中国降水的可能影响.根据厄尔尼诺事件发展达到盛期时海温距平的分布特点,将1950年以来的厄尔尼诺事件分为东部型、中部型和混合型.不同分布型厄尔尼诺事件的海温演变及后期的发展都表现出较为明显的差异,对应的热带太平洋上空向外长波辐射距平分布及热带印度洋-太平洋上空的沃克环流异常也表现出明显的不同.在厄尔尼诺的次年夏季,通过影响850hPa风场、水汽输送及500hPa西太平洋副热带高压系统,东部型、中部型及混合型厄尔尼诺事件可能分别导致中国雨带呈现南方型(Ⅲ类)、中间型(Ⅱ类)和北方型(Ⅰ类)的分布特点.     

1998和2010年夏季降水异常成因的对比分析：兼论两类不同厄尔尼诺事件的影响

1998和2010年夏季长江流域均发生了明显的洪涝灾害,且都是厄尔尼诺事件的次年(衰亡位相).不同的是:1997/1998年冬季的厄尔尼诺事件是传统东部型,而2009/2010年冬季的厄尔尼诺事件是中部型(EL Ni(n)o Modoki).首先利用中国160个台站月降水观测资料,对比了1998和2010年降水异常情况,结果显示除长江流域多降水这一共同特征外,1998和2010年降水分布还存在一定差异.利用NCEP/NCAR再分析资料,对比了大气环流异常特征.结果表明:与1998年相比,2010年西北太平洋对流层低层异常反气旋中心位置偏北偏西,西太平洋副热带高压偏强、脊线偏北,使得南海孟加拉湾西南风减弱而东亚南风加强,导致自印度洋、南海向内陆的水汽输送减少,而自西太平洋的水汽输送增加并输送到偏北的位置,雨带比1998年偏北,中国西南地区降水比1998年偏少.进一步分析厄尔尼诺的影响,揭示环流形势的变化与中部型厄尔尼诺年赤道太平洋异常上升气流比传统厄尔尼诺年偏西、西太平洋异常下沉气流随之变化有关.利用GFDL大气环流模式AM2.1,进行了给定1998和2010年实际观测海温强迫的试验,显示海温差异能够部分解释观测到的环流异常.最后,将这两个个例与历史合成进行了比较,发现2010年与历史合成的中部型厄尔尼诺存在较大差异,表明中部型厄尔尼诺对中国夏季降水的影响比以前所认识的要复杂.     

1982—83年厄尼诺年夏季大气涡旋活动及其物理量输送特征

本文采用ECMWF/WMO格点资料分析了1982—83厄尔尼诺年夏季北半球大气定常涡旋和瞬变涡旋活动及其动量、热量、水汽的输送特征和静止涡的E—P通量,结果表明:厄尔尼诺事件发生前后,北半球夏季大气涡旋活动有很大差异;厄尔尼诺结束后,北半球大气的定常涡旋活动明显增强,其动量、热量和水汽的向北输送异常加强,结果使太平洋等地热带高层东风减弱,副热带西风急流增强,副热带高压加强,以及东亚等地降水异常增多。本文的研究有助于理解热带海温强烈增暖对出现异常大气环流影响的物理机制。      

两次超强厄尔尼诺事件海温异常与次年中国东部夏季降水特征对比

利用NOAA逐月海表温度(SST)资料,NCEP/NCAR风场、高度场和比湿再分析资料和国家信息中心提供的753站逐日降水资料,对比分析了1997/1998年和2015/2016年两次强厄尔尼诺事件的海温异常分布特征、次年中国东部夏季降水以及环流异常特征,结果表明:1)2015/2016的厄尔尼诺事件是自1950年以来持续时间最长,强度最强的一次事件,日界线附近的海温较1997/1998年的偏高。2)1997/1998年厄尔尼诺事件次年华南西部、江南北部到长江流域、黄淮北部到华北南部以及我国东北地区降水较常年偏多。而2015/2016年厄尔尼诺事件次年降水范围和强度相对较小,强雨带主要分布在长江流域一带、黄淮地区和华北一带及河套北部。3)1997/1998年事件次年夏季西北太平洋副热带高压强盛,位置偏西,脊线偏南,向上垂直质量输送异常偏强、高低层水平风场配合以及水汽通量异常辐合偏强均有利于长江流域一带以及我国东北地区降水产生,而2015/2016年事件次年的副高相对偏弱,且脊线位置偏北、偏东,水平、垂直异常环流和水汽偏弱,因此降水范围和程度较1997/1998年的偏弱。从海温分布型和次年对我国东部夏季降水造成的影响上看,2015/2016年的超强厄尔尼诺事件有别于传统东部型事件。     

夏季热带西太平洋海温对厄尔尼诺发展阶段我国东部汛期降水的影响分析

通过分析处于厄尔尼诺事件发展阶段的我国东部汛期(6—8月)降水异常与海温的关系,指出热带西太平洋海温异常对厄尔尼诺发展阶段汛期降水的异常可能起到重要作用。尽管已有研究显示,处于厄尔尼诺事件发展阶段的夏季容易出现长江以南少雨的分布特征,但本文利用最新资料(1951—2014年)对于所有处于厄尔尼诺发展阶段的夏季降水的分析显示,降水与ENSO指标(Nino3和Nino3.4指数)的关系并不显著,却与热带西太平洋海温之间存在显著的相关。同样处于厄尔尼诺发展阶段,降水可能出现截然不同的异常特征,当热带西太平洋海温偏冷时,夏季降水容易出现以长江为界"南少北多"的分布特征,而当热带西太平洋海温偏暖时,降水则容易出现以长江为界"南多北少"的分布特征。分析还指出,当热带西太平洋海温冷、暖不同时,热带(太平洋至印度洋)海温的分布会呈现出不同的特征,从而对热带大气及东亚副热带大气产生不同的影响,最终导致我国东部降水出现不同的异常分布。对于刚刚过去的2014年夏季,热带西太平洋海温异常偏暖可能是导致降水异常分布的原因之一。2014年夏季处于厄尔尼诺事件的发展阶段,同时热带西太平洋海温是1951年以来历次厄尔尼诺发展年夏季之中的最高值,而相应于热带西太平洋偏暖的特征,降水呈现出明显的"南多北少"的异常分布。夏季降水与海温的这种显著关系说明,除了用来定义厄尔尼诺事件的热带中东太平洋海温之外,热带西太平洋海温对于汛期降水的预测也具有重要的指示意义。     

厄尔尼诺次年夏季中国地区云的变化特征及其与降水的关系

基于1961—2010年中国地面台站和卫星观测等多种数据,对不同类型厄尔尼诺事件次年夏季中国地区云的变化特征和不同类型降水的变化特征进行了分析,探讨云的变化特征与总降水异常的复杂联系。结果表明:站点数据中,厄尔尼诺事件次年夏季总云量和低云量的异常与降水异常分布形势大致相同;积雨云、雨层云和层积云等低云的出现频率有所增加。云量与降水异常在全国范围内表现出显著的正相关;通过显著性检验的正相关站点,云量与降水异常的线性关系也通过了显著性检验,总云量和低云量与降水的增加比例分别接近1:3和1:1。卫星观测数据中,厄尔尼诺事件次年夏季高云量、深对流云量、光学厚度和云水路径的变化与站点降水异常基本呈正相关;黄河以南地区总降水的变化主要来源于对流降水的异常,其贡献比例高达80%。中国东部地区低云对降水具有很好的指示作用;厄尔尼诺事件次年夏季南方地区总降水的异常主要来自对流降水的变化;对流降水异常增加与深对流云的异常增多有关。厄尔尼诺事件的发生使得次年夏季中国季风区对流活动增强,对流云云量增多,云层增厚,云顶向上发展,故而对流降水增加,异常雨带形成。      

厄尔尼诺/拉尼娜与重庆次年夏季涝/旱的非对称关系

本文详细分析了厄尔尼诺/拉尼娜与重庆夏季典型涝/旱年之间的不对称关系。结果表明:(1)厄尔尼诺和拉尼娜对重庆次年夏季降水有不对称影响。厄尔尼诺年的大气环流异常与重庆夏季典型涝年的特征一致;然而,拉尼娜年的大气环流异常与重庆夏季典型旱年的特征不一致。(2)从冬季到次年夏季,厄尔尼诺对重庆夏季典型涝年的影响主要是通过热带印度洋海温的‘接力效应’维持的。     

厄尔尼诺/拉尼娜与重庆次年夏季涝/旱的非对称关系（英文）

本文详细分析了厄尔尼诺/拉尼娜与重庆夏季典型涝/旱年之间的不对称关系。结果表明:(1)厄尔尼诺和拉尼娜对重庆次年夏季降水有不对称影响。厄尔尼诺年的大气环流异常与重庆夏季典型涝年的特征一致;然而,拉尼娜年的大气环流异常与重庆夏季典型旱年的特征不一致。(2)从冬季到次年夏季,厄尔尼诺对重庆夏季典型涝年的影响主要是通过热带印度洋海温的‘接力效应’维持的。     

两类厄尔尼诺事件发展年秋季印度洋海温异常特征对比

基于1951—2010年逐月海气多要素观测资料,对比分析了两类厄尔尼诺事件发展年秋季印度洋的海温异常及大气响应特征,探讨了印度洋偶极子的发生与两类厄尔尼诺事件特征的可能联系。结果表明,两类厄尔尼诺事件的发展年均会出现印度洋偶极子,但出现的概率不同:大多数东部型厄尔尼诺事件都会伴有正位相印度洋偶极子发生;而仅一半的中部型厄尔尼诺事件期间会出现正位相印度洋偶极子的异常海温型,且强度较弱。从印度洋偶极子与两类厄尔尼诺事件的物理联系上看,东部型厄尔尼诺事件期间,印度洋偶极子的发生与其强度联系密切:印度洋偶极子发生在东部型厄尔尼诺事件较强期间,两者通过海洋大陆的异常强下沉运动及大范围负异常降水相联系;东部型厄尔尼诺事件偏弱时并无印度洋偶极子出现,海洋大陆异常下沉运动及负异常降水很弱。然而,中部型厄尔尼诺事件期间印度洋偶极子的发生与其强度并无显著的关系,而与太平洋高海温区的位置存在一定的可能联系:在有印度洋偶极子发生的中部型厄尔尼诺事件发展年秋季,热带太平洋异常高海温区的位置相对偏东,海洋大陆出现显著下沉运动和大范围负异常降水,热带东印度洋为大范围强异常东风控制;但无印度洋偶极子发生的中部型厄尔尼诺事件时,热带太平洋高海温区位置相对偏西,极弱的海洋大陆下沉支对热带印度洋异常海温作用非常有限。     

华北夏季降水的年代际变化

利用我国740个测站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,使用合成分析等方法,对华北夏季降水的年代际变化特征进行分析。结果表明:华北夏季降水的年代际变化与华北夏季雨带的年代际变化密不可分。在华北夏季降水偏多阶段,华北地区雨带降水量较大,华北雨带能够向西延伸,雨带位置大多数时间能够越过115°E,并且能够接近华北西部边界110°E,位置偏西;而在华北夏季降水偏少阶段,华北雨带降水量偏小,雨带虽然也能够越过115°E,但维持时间不长,且向西延伸并不明显,雨带位置很难接近华北西部边界110°E,位置偏东。华北雨带发生的年代际变化和东亚地区大气环流以及东亚夏季风的年代际变化有关。     

ENSO空间形态变异对ENSO-IOD关系年代际减弱的可能作用

基于1979—2017年哈得来中心的逐月海表温度资料（HadISST）和美国环境预报中心/美国大气研究中心（NCEP/NCAR）提供的大气环流再分析数据,研究了北半球秋季厄尔尼诺和南方涛动（ENSO）与印度洋偶极子（IOD）关系的年代际变化特征及其可能原因。结果显示,ENSO-IOD关系存在显著的年代际变化:21世纪初期前,二者呈显著正相关,厄尔尼诺（拉尼娜）年秋季常对应显著的印度洋偶极子正（负）异常;21世纪初期以后,ENSO-IOD关系显著减弱,统计上不显著。进一步研究表明,ENSO空间型态的变异对于该关系的年代际减弱起重要作用。在第二时段（2004—2017年）,中部型厄尔尼诺事件和东部型拉尼娜事件频发,中部型厄尔尼诺事件与印度洋偶极子强度的关系与其纬向位置密切相关,与其强度的线性关系较弱;而东部型拉尼娜事件,由于海温距平位置偏东（位于赤道东太平洋冷舌区）,在偏低的气候态海温作用下,其引起的大气局地响应很弱,对印度洋的遥强迫作用较弱,因而对印度洋偶极子强度的影响也较弱。在二者的共同作用下,ENSO-IOD的关系发生了年代际减弱。      

亚洲地面气温异常对中国汛期雨带位置的影响研究

利用1980—1999年NECP/NCAR地面气温资料和中国气象局国家气象中心中国汛期雨带类型资料,计算并分析了亚洲地区地面气温与中国汛期雨带位置的关系。结果表明,亚洲地面气温与中国汛期雨带位置关系最好的区域在青藏高原,该地区的地面气温与中国汛期雨带位置之间的正相关关系具有较好的持续性,其中关系最密切的时间是5月份。对相应大气环流的合成分析发现,当5月青藏高原地面气温偏高时,热力作用使得高原地区上升气流加剧,并在115°E,25°N附近强迫出一支相对偏强的下沉气流,导致在110°～120°E,20°～25°N附近出现一个相对的反气旋性环流,该环流有利于夏季西太平洋副热带高压的北上,最终使得中国汛期雨带位置偏北。     

厄尔尼诺事件对中国夏季水汽输送和降水分布影响的新研究

基于1961-2016年中国地面台站降水观测资料和多种再分析资料,分析了东部型和中部型两类厄尔尼诺事件对中国夏季水汽输送和降水的不同影响。结果表明：（1）厄尔尼诺事件对中国夏季降水的影响在发生当年和次年有明显的不同,主要影响是在其发生的次年,中国大部分地区的夏季降水明显偏多。（2）东部型厄尔尼诺事件当年夏季,西北太平洋副热带高压（副高）偏东偏弱,水汽输送条件较弱,不利于中国大范围降水的发生;中部型事件当年夏季,低纬度印度洋和西太平洋蒸发异常偏强,来自阿拉伯海、孟加拉湾和西北太平洋向华南地区的水汽输送和净水汽收支增加,有利于华南地区降水的异常增多。（3）东部型厄尔尼诺事件次年夏季,副热带太平洋蒸发异常偏强,副高西伸,由于东亚-太平洋（EAP）遥相关型的建立,副高西侧的强西南气流将来自太平洋蒸发的大量水汽持续输送至中国中东部地区。此外,在东亚-太平洋遥相关型影响下中高纬度地区建立了亚洲双阻型环流,其间的低槽冷涡与上游阻高之间的强偏北气流有利于北冰洋的水汽持续输送到西北和华北北部地区,中国大部分地区净水汽收支均增加,中国北方和南方地区的降水均产生了明显的同步性增多响应,形成了南北两条异常雨带。中部型厄尔尼诺事件次年夏季,副高较常年偏西且偏北,来自太平洋蒸发的大量水汽输送到江淮地区,使其净水汽收支增加和降水偏多。因此,厄尔尼诺事件的发生不仅对长江流域和淮河流域等南方地区的降水有重要影响,对华北、东北和西北地区的降水异常也有相当的作用。     

长江中下游2015年盛夏低温的大气环流特征及ENSO的影响

利用NCEP再分析资料和ERSST资料分析了长江中下游2015年盛夏低温的大气环流特征,并探讨2015/2016年厄尔尼诺事件的可能影响。研究表明：长江中下游2015年盛夏气温为1961年以来第二低。造成长江中下游低温的直接原因是2015年盛夏欧亚大气环流异常稳定,在亚洲地区表现亚洲北部阻塞高压与东亚低槽形成的偶极子形势,导致冷空气不断南下影响到长江中下游地区;而2015年夏季厄尔尼诺快速发展可能是2015年盛夏欧亚大气环流异常的主要原因。     

2012年夏季我国降水异常及成因分析

2012年夏季我国降水呈现雨带位置偏北,雨量偏多的异常特征.进一步对201 2年夏季我国北方地区降水异常偏多成因分析表明,2012年夏季东亚夏季风显著偏强,副热带高压脊线位置偏北,将大量的暖湿水汽持续向我国北方地区输送,而欧亚中高纬大气多短波槽活动,短波槽带来的冷空气和来自南方的暖湿空气频繁在我国北方地区汇合,造成我国北方地区降水异常偏多.此外,前期拉尼娜事件和太平洋PDO冷位相是造成我国北方降水异常偏多的重要外强迫条件.     

GMS TBB揭示的1998年长江大水的异常天气成因

利用 Ｇ Ｍ Ｓ Ｔ Ｂ Ｂ资料分析了 １９９８ 年夏季长江大水的天气成因。结果指出：在强厄尔尼诺事件和青藏高原强降雪及积雪造成的异常大气环流背景下,副热带高压异常强大且位置偏南偏西,赤道辐合带和夏季风显著偏弱,中纬度地区冷空气不断东移南下,冷暖空气频繁交汇,形成 ４ 个持续性暴雨和大暴雨时段,酿成了这场大水。     

厄尔尼诺事件与陕西夏季降水及历史旱涝

应用陕西41个测站1960～1990年夏季（6～8月）降水量资料，分析了厄尔尼诺事件当年与次年陕西夏季降水的特点及差异性。在厄尔尼诺事件当年，陕北夏季降水偏少，易发生干旱。而厄尔尼诺事件次年，陕北夏季降水偏多，易发生涝；陕南南部夏季降水偏少，易发生干旱。陕北夏季降水差异最显著。另外，陕西历史旱涝分布与厄尔尼诺事件关系较为密切。特别是陕西历史上的几个大旱年往往出现在厄尔尼诺事件连续发生的年份里。     

2016年和1998年夏季长江中下游持续性强降雨及大气环流特征异同

超强厄尔尼诺事件衰减年背景下的2016年和1998年夏季,长江中下游地区出现阶段性持续性强降雨,分别为2016年6月19日—7月7日(简称2016年段)与1998年6月12—27日(简称1998年第Ⅰ段)、7月17日—8月2日(简称1998年第Ⅱ段),给国家防汛工作带来很大挑战。基于中国大陆2 407个气象台站逐日降水量、NCEP/NCAR逐日大气再分析等资料,对比分析了2016年和1998年夏季长江中下游持续性强降雨及其大气环流特征异同。结果表明:(1)上述三段持续性强降雨的雨带位置,2016年段最北,1998年第Ⅰ段最南;降雨强度,2016年段与1998年第I段大体相当,强于1998年第Ⅱ段。(2)三段持续性强降雨期间大气环流特征相似之处表现为我国东部沿海附近均有低槽,西北太平洋副热带高压(简称副高)和南亚高压相较常年同期其范围偏大、强度偏强,高空西风急流和低空西南急流的强度以及副高南侧偏东气流的水汽输送也均较常年同期偏强。(3)三段持续性强降雨期间大气环流特征的差异是,2016年(1998年)持续性强降雨期间我国东部沿海附近低槽较浅(深),同时副高、南亚高压脊线北侧与西风急流带南侧之间的高空辐散区、低空急流带及辐合切变线的位置、南半球澳大利亚高压位置等也偏北(南),形成的强降雨带位置亦偏北(南);2016年段和1998年第Ⅰ段持续性强降雨期间副高、南亚高压、高空西风急流的强度明显强于1998年第Ⅱ段,形成的降雨强度也更强。     

南方涛动与我国夏季降水

本文分析了南方涛动、赤道东太平洋海温与我国夏季降水的关系。分析表明,前一年春季到冬季,赤道东太平洋海温偏高,南方涛动偏弱,夏季我国主要雨带位置偏北,位于黄河流域及其以北地区(即1类雨型),反之,夏季我国主要雨带位置偏南,位于黄河与长江之间(即2类雨型)。由此得出了预报我国夏季1、2类雨型的预报方案。并分析了南方涛动和北半球大气环流的遥相关联系及对北太平洋海温场热源异常的响应。