欧亚大陆积雪两种物理效应对2010年春末夏初华南降水的影响

本文基于欧亚大陆积雪深度资料和中国台站降水资料的奇异值分析 (SVD) 结果, 使用大气环流模式 (CAM3.1) 分别进行三组集合试验来研究欧亚大陆积雪的反照率效应和水文效应对2010年5～6月华南降水的影响: 第一组试验综合考虑积雪的两种物理效应, 既有反照率效应又有水文效应; 第二组试验仅考虑积雪反照率效应, 忽略水文效应; 第三组试验只考虑积雪水文效应, 忽略反照率效应。试验结果表明, 积雪的两种物理效应都会对后期华南降水产生影响, 但是三组试验中积雪不同物理效应所导致的异常幅度和范围存在较大差异, 其中积雪水文效应比反照率效应引起的变化幅度大。当两种效应共同作用时产生的异常与统计分析结果最为接近, 变化幅度也最大, 但是并不等于单纯反照率效应和单纯水文效应作用之和。     

1—3月欧亚大陆热力变化及其与中国降水的关系

利用1979—2011年NCEP/NCAR再分析资料、我国160个站降水和气温资料,分析欧亚大陆热力变化特征,其在冬季和春季的气候变率最明显,且南北区域呈反相差异。在此基础上, 探讨1—3月欧亚大陆热力差异与中国降水异常的关系,欧亚大陆正 (负) 热力差异年,1—3月华南、西南至河套西部地区降水偏多 (少) 明显,后期夏季多雨带位于长江中下游地区 (华南地区)。大气环流异常特征显示:1—3月欧亚大陆南北热力差异与同期北极涛动 (AO)、东亚大槽、东亚高空急流等大尺度大气环流,以及后期东亚高空急流、南亚高压、低层季风风系异常的密切相关是欧亚大陆热力变化与中国降水联系的可能途径。     

中国冬季积雪特征及欧亚大陆积雪对中国气候影响

该文首先回顾了有关中国冬季积雪的研究进展,包括中国冬季积雪的空间分布气候特征以及季节、年际和年代际变化,中国冬季降雪特征,气象因子对中国冬季积雪水量平衡的影响,外强迫和大气环流系统在积雪形成中的作用等。冬春季欧亚大陆积雪对同期和后期中国气候影响的相关研究说明与欧亚大陆积雪异常相关联的中国气候异常以及积雪通过改变土壤湿度、表面温度和辐射分布,引起大气环流异常,进而对中国气候产生影响的物理过程。应用美国环境预测中心 (NCEP) 第2版气候预测系统 (CFSv2) 的回报试验结果,对CFSv2在欧亚大陆积雪变化及其与中国气候关系的可预报性方面的分析表明,CFSv2能够较好地回报出春季欧亚积雪的年际和年代际变异及其与中国夏季降水之间的联系。文章最后提出了在积雪及其气候效应研究方面一些有待解决的问题。     

冬季积雪的异常分布型及其与冬、夏大气环流的耦合关系

采用 ECMWF1 979～ 1 993年 2 .5°× 2 .5°的网格点积雪深度资料 ,研究了较为细致的积雪异常的空间分布特征 ,揭示了欧亚大陆冬季积雪的异常空间分布型 ;并采用 SVD方法研究了冬季积雪的异常分布型与冬、夏大气环流的耦合关系。结果表明 :欧亚大陆冬季积雪深度存在典型的异常空间分布型 ;积雪的异常分布型与冬、夏大气环流之间均存在一定的耦合关系。冬季积雪的异常分布型与大气 EU遥相关型存在明显的同时性相互作用 ,大气 EU遥相关型有利于冬季积雪异常分布型的出现和维持 ,而积雪异常分布型对大气 EU遥相关型的发生起一定的作用 ,进而对冬季风活动产生影响。冬季积雪的这种异常分布型与夏季大气环流 ,尤其是东亚地区的夏季大气环流 ,也存在一定的联系。积雪异常分布型可以通过影响副热带高压的南北进退 ,对东亚季风及中国夏季雨带产生影响。     

青藏高原冬春季积雪异常对中国春夏季降水的影响

利用1956年12月～1998年12月共42a，青藏高原及其附近地区78个积雪观测站的雪深和我国160站月降水的距平资料，分析了其气候特征，并用SVD方法分析了冬春季积雪异常与春夏季我国降水异常的关系。用区域气候模式RegCM2模拟了青藏高原积雪异常的气候效应并检验了诊断分析的结果。分析表明，雪深异常，尤其是冬季雪深异常是影响中国降水的一个因子。研究证明，高原冬季雪深异常对后期中国区域降水的影响比春季雪深异常的影响更为重要。数值模拟的结果表明，高原雪深和雪盖的正异常推迟了东亚夏季风的爆发日期，减弱了季风强度，造成华南和华北降水减少，而长江和淮河流域降水增加。冬季雪深异常比冬季雪盖异常和春季雪深异常对降水的影响更为显著。机理分析指出，高原及其邻近地区的积雪异常首先通过融雪改变土壤湿度和地表温度，从而改变了地面到大气的热量、水汽和辐射通量。由此所引起的大气环流变化又反过来影响下垫面的特征和通量输送。在湿土壤和大气之间，这样一种长时间的相互作用是造成后期气候变化的关键过程。与干土壤和大气的相互作用过程有本质差别。     

青藏高原南、北积雪异常与中国东部夏季降水关系的数值试验研究

青藏高原冬、春积雪有着显著的南、北空间差异,本文利用通用地球系统模式（CESM）设计了增加高原南、北冬、春积雪的敏感性试验,结果表明:当高原南部冬、春积雪异常偏多,长江及其以北地区夏季降水偏多,华南大部分地区夏季降水偏少;而当高原北部冬、春积雪异常偏多,华北及东北地区夏季降水偏多,长江下游南部地区夏季降水偏少,雨带更偏北。青藏高原南、北部冬、春积雪异常影响中国东部夏季降水的物理机制的分析结果表明,高原不同区域（南部和北部）冬、春积雪异常引起的非绝热加热异常效应都可持续到夏季,且北部积雪异常持续时间更长。高原南部和北部积雪异常偏多均会减弱高原北侧上空大气的水平温度梯度,进而减弱高原北侧西风急流的位置及强度,进而影响下游出口区处急流的强度和位置,且高原北部积雪异常偏多的影响更大。当高原南部积雪异常偏多,急流出口区的西风急流加强且偏南;而高原北部积雪异常偏多,出口区的西风急流减弱且偏北。相应地,对流层中层500 hPa西太平洋副热带高压减弱,低层850 hPa异常反气旋环流,影响中国东部地区水汽输送,从而影响了中国东部地区夏季雨带的变化。当高原南部积雪异常偏多,异常反气旋性环流位于东海附近,有利于更多水汽输送至长江流域,华南水汽输送减少;当高原北部积雪异常偏多,异常反气旋性环流相对偏北,更有利于华北及东北水汽输送,雨带偏北。     

青藏高原冬春积雪异常与中国东部地区夏季降水关系的进一步分析

为了进一步分析青藏高原(下称高原)冬春积雪异常与中国东部地区夏季降水的关系,利用1957～1994年高原地区的实测雪深、1951～1994年6～8月中国东部地区226个均匀分布测站的实测月降水量,以及美国国家环境监测中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)1958～1994年1～12月的再分析格点值资料,对比分析了高原冬、春季多、少雪年后期中国东部地区夏季(6～8月)降水分布和环流的平均特征,也分析了高原积雪影响的机理.分析结果表明:1) 平均来说,多雪年夏季长江及江南北部降水可偏多1～2成,华北和华南的降水则偏少1～3成;少雪年夏季江淮流域及湘、黔地区少雨,华北和华南多雨.2)高原冬、春积雪不仅影响了后期高原的热状况,而且影响了后期东亚大气环流的季节变化和南亚与东亚的夏季风环流.     

青藏高原冬春积雪异常对中国东部夏季降水频次和强度变化的影响

基于多种大气再分析和降水资料、青藏高原台站、卫星观测等高原冬春积雪资料,采用合成分析、相关分析、回归分析等多种数理统计以及理想数值模拟试验等方法,分析了青藏高原冬春积雪异常与中国东部夏季降水频次和强度变化的关联及可能原因。分析表明：（1）基于站点观测的高原积雪年际变化特征显著,大气再分析数据、卫星反演资料分析呈现出一致性变化趋势。（2）高原积雪异常对中国夏季降水频次与强度分布的影响具有显著的空间差异。高原冬春积雪偏多,使得我国华北、长江中下游地区夏季降水发生频次增加,但华北中雨和小雨类型的增加占比较大,而长江中下游地区则主要表现为大雨和暴雨发生频次增加的贡献。（3）积雪异常偏多年,高原热源作用减弱,500 hPa位势呈现清晰的“负—正—负”异常波列结构,西风急流位置偏南并加强,副高脊线偏南。在上述环流条件下,西北太平洋异常反气旋北侧的气旋性环流使得水汽输送停滞在长江中下游流域,伴随大气垂直运动增强,导致该区域强降水的强度增强、频次偏多;华北地区受“鞍型”场环流结构控制,虽然较小量级降水频次增加,但水汽输送较弱,降水强度变化不显著。上述研究结果,可为高原积雪异常相关的中国夏季降水变化及其...     

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。      

欧亚积雪异常分布对冬季大气环流的影响 II.数值模拟

基于观测分析的结果 ,采用NCARCCM2模式 ,设计了三组数值试验方案 ,研究了积雪的异常分布对冬季大气环流的影响及其可能的物理过程。结果表明 ,数值模拟与观测分析所得结果一致 ,冬季积雪的异常分布 ,通过积雪的辐射冷却效应 ,可以改变地表的热状况以及地表对大气加热的异常 ,引起大气温度、位势高度场的调整 ,激发冬季大气EUP遥相关型 ,导致东亚冬季风环流的异常     

春夏季青藏高原积雪对中国夏末秋初 降水的影响及其可能机制

本文首先利用最大协方差分析方法,探讨青藏高原积雪与中国降水之间的联系,发现中国夏末秋初（8～10月,简称ASO）降水与前期及同期高原积雪有着显著联系,当春夏季青藏高原西部多雪时,其后ASO中国长江及其以南地区多雨,而东部沿海的狭长区域少雨。进一步引入最大响应估计等方法,研究中国区域降水对高原积雪异常的响应及其可能的物理机制,结果表明,冬春季高原多雪异常可持续到夏季,并通过改变地表热力状况,导致ASO南亚高压减弱,同时在高、低空激发出两支波列:高层200 hPa波列沿中高纬西风急流传播,自高原经蒙古到达日本呈现明显的“负—正—负”位势高度异常传播,日本上空为气旋性异常环流;低层850 hPa波列起于高原,经孟加拉湾至中国南海,沿着西南气流传播,导致台湾附近的反气旋性异常环流,其西侧的偏南气流,将南海丰富的水汽输送至中国南部湖南、广西;而高层中心位于日本的气旋性异常环流西侧的偏北气流利于北方天气尺度扰动向南移动,它们为长江中下游及其以南地区多雨提供了有利条件。进一步计算定常波波数也表明,高层西风急流与低层西南季风气流作为波导,有利于高原上空的扰动沿着高、低空2支通道向东传播。由于东部沿海浙江、福建为正位势高度异常区,低层反气旋性异常环流则抑制了该区域的降水。     

Relationship between winter snow cover days in Northeast China and rainfall near the Yangtze River basin in the following summer

Based on observed snow and precipitation data and NCEP/NCAR reanalysis data,the relationship between the number of winter snow cover days in Northeast China and the following summer’s rainfall in the northern part of southern China is analyzed and the possible underlying mechanisms are discussed.The results indicate that a negative relationship is significant throughout the study period,especially more obvious after the 1980s.The pre-winter circulation patterns in years with more snow cover days and less summer rainfall in the south bank of the Yangtze River are almost the same.In years with more snow cover days,lower temperatures at the lower level over Northeast China are found in winter and spring.The winter monsoon is weaker and retreats later in these years than in those with fewer snow cover days.In spring of years with more snow cover days,anomalous cyclonic circulation is observed over Northeast China,and anomalous northerly wind is found in eastern China.In summer of these years,anomalous northeasterly wind at the lower level is found from the area south of the Yangtze River to the East China Sea and Yellow Sea;and with less southwesterly water vapor transport,the rainfall in the area south of the Yangtze River is less than normal,and the opposite patterns are true in years with fewer snow cover days.In recent years,the stable relationship between winter snow cover in Northeast China and summer rainfall in the Yangtze River basin can be used for summer rainfall prediction.The results are of great importance to short-term climate prediction for summer rainfall.     

青藏高原积雪与亚洲季风环流年代际变化的关系

利用高原测站的月平均雪深资料和NCEP／NCAR再分析资料，分析了20世纪70年代末以来，青藏高原积雪的显著增多与亚洲季风环流转变的联系。研究表明，高原南侧冬春季西风的增强及西风扰动的活跃是造成青藏高原冬春积雪显著增多的主要原因，高原积雪的增多与亚洲夏季风的减弱均是亚洲季风环流转变的结果；20世纪70年代末以来，夏季华东降水的增多、华南降水的减少及华北的干旱化与青藏高原冬春积雪增多及东亚夏季风的减弱是基本同步的，高原冬春积雪与华东夏季降水的正相关、与华北及华南夏季降水的负相关主要是建立在年代际时间尺度上，因此，高原积雪与我国夏季降水关系的研究应以亚洲季风环流的年代际变化为背景。     

多因子和多尺度合成中国夏季降水预测模型及预报试验

根据青藏高原60个站平均的月积雪深度、热带太平洋Nino 3区月海温和中国160个站月降水量等资料,用小波变换和相关分析,分析了1958～1998年秋冬季青藏高原异常雪盖与El Nino-南方涛动(ENSO)的关系、多时间尺度变化的特征及其与中国夏季降水的相关型式.并取青藏高原积雪和Nino 3区海温的年际变化、年代际变化和线性趋势三种不同时间尺度的小波分量作为预报因子,对我国夏季降水距平作线性回归,建立了相应的预测模型.最后,利用1999～2002年的独立资料进行了预报试验,并在2003年和2004年应用于实际预报.研究表明,青藏高原雪盖与ENSO这两个物理因子彼此具有一定的独立性.它们都是多时间尺度现象,并与中国夏季降水有较好的关系.在不同时间尺度上不仅有不同的相关型式,而且相对贡献也有变化.回归预测模型的拟合情况和预报试验表明,综合考虑前期秋冬季青藏高原雪盖和ENSO这两个物理因子的年际变化、年代际变化和线性趋势作为预报因子建立的预测我国夏季降水距平分布的模型,有一定的预报能力.     

The Decadal Shift of the Summer Climate in the Late 1980s over Eastern China and Its Possible Causes

In this paper, it is pointed out that a notable decadal shift of, the summer climate in eastern China occurred in the late 1980s. In association with this decadal climate shift, after the late 1980s more precipitation appeared in the southern region of eastern China （namely South China）, the western Pacific subtropical high stretched farther westward with a larger south-north extent, and a strengthened anticyclone at 850 hPa appeared in the northwestern Pacific. The decadal climate shift of the summer precipitation in South China was accompanied with decadal changes of the Eurasian snow cover in boreal spring and sea surface temperature （SST） in western North Pacific in boreal summer in the late 1980s. After the late 1980s, the spring Eurasian snow cover apparently became less and the summer SST in western North Pacific increased obviously, which were well correlated with the increase of the South China precipitation. The physical processes are also investigated on how the summer precipitation in China was affected by the spring Eurasian snow cover and summer SST in western North Pacific. The change of the spring Eurasian snow cover could excite a wave-train in higher latitudes, which lasted from spring to summer. Because of the wave-train, an abnormal high appeared over North China and a weak depression over South China, leading to more precipitation in South China. The increase of the summer SST in the western North Pacific reduced the land-sea thermal contrast and thus weakened the East Asian summer monsoon, also leading to more precipitation in South China.     

1880—2010年中国东部夏季降水年代际变化特征

利用1880—2010年中国东部66站夏季降水数据,开展夏季长序列降水的年代际变化特征研究。结果表明,中国东部夏季降水年代际变化特征显著,华北、江淮和华南地区存在明显的差异。经验正交分解结果表明,偶极型("-+"和"+-")和三极型("+-+"和"-+-")分布是中国东部夏季的两种主要降水模态。夏季500 h Pa高度场年代际分量与同期太平洋SST典型相关分析(BP-CCA)得出,太平洋年代际振荡(PDO,Pacific Decadal Oscillation)正位相可以激发出负的PJ型遥相关波列,导致长江中下游地区降水偏多,华北降水偏少;反之亦然。同时,通过滑动相关分析发现,中国东部不同区域的夏季降水对PDO不同位相的响应特征存在差异。     

中国东部夏季气候20世纪80年代后期的年代际转型及其可能成因

指出了中国东部夏季气候在20世纪80年代末出现了一次明显的年代际气候转型.伴随着这次年代际转型,80年代末以后中国东部南方地区降水明显增多,500 hPa西太平洋副热带高压西伸且南北范围变大,西北太平洋上空850 hPa反气旋增强.中国东部夏季80年代后期出现南方多雨的年代际转型与欧亚大陆春季积雪、西北太平洋夏季海面温度的年代际变化存在密切联系,它们也都在80年代末出现年代际转型.从80年代末以后,伴随着欧亚大陆春季积雪明显减少和西北太平洋夏季海面温度明显增高,中国夏季南方降水明显增加.文中分析了欧亚大陆春季积雪和西北太平洋夏季海面温度影响中国降水的物理过程,指出欧亚大陆春季积雪能够在500 hPa激发出大气中的遥相关波列,所激发出的波列可以从春季一直持续到夏季,造成中国北方为高压控制,南方为微弱低压控制,使得降水出现在中国南方.西北太平洋夏季海面温度的升高能够减小海陆热力差异,使得夏季风减弱,导致中国南方地区降水增多.     

Assessing the Impacts of Initial Snow Conditions over the Tibetan Plateau on China Precipitation Prediction Using a Global Climate Model

Two ensemble experiments were conducted using a general atmospheric circulation model. These experiments were used to investigate the impacts of initial snow anomalies over the Tibetan Plateau（TP） on China precipitation prediction. In one of the experiments, the initial snow conditions over the TP were climatological values; while in the other experiment, the initial snow anomalies were snow depth estimates derived from the passive microwave remote-sensing data. In the current study, the difference between these two experiments was assessed to evaluate the impact of initial snow anomalies over the TP on simulated precipitation. The results indicated that the model simulation for precipitation over eastern China had certain improvements while applying a more realistic initial snow anomaly, especially for spring precipitation over Northeast China and North China and for summer precipitation over North China and Southeast China. The results suggest that seasonal prediction could be enhanced by using more realistic initial snow conditions over TP, and microwave remote-sensing snow data could be used to initialize climate models and improve the simulation of eastern China precipitation during spring and summer. Further analyses showed that higher snow anomalies over TP cooled the surface, resulting in lower near- surface air temperature over the TP in spring and summer. The surface cooling over TP weakened the Asian summer monsoon and brought more precipitation in South China in spring and more precipitation to Southeast China during summer.     

春季欧亚积雪异常影响中国夏季降水的数值试验

 利用NCAR的新一代GCM CAM3.1版本模式,研究了欧亚大陆春季积雪异常对北半球大气环流和中国夏季降水的影响。结果表明,春季积雪异常通过改变其后夏季的土壤湿度和温度分布,造成对流层厚度场的异常,激发一个从欧洲西部到东亚的500 hPa高度场异常波列。我国南、北方处于符号相反的高度场异常区,同时降水也呈现南北相异的态势,这表明春季欧亚积雪异常是影响我国夏季降水分布的一个重要因子。