近50年川渝盆地夏季降水多尺度变化特征

利用1961-2010年川渝盆地气象站逐日降水量资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用经验正交函数展开、多锥度—奇异值分解等方法,研究了川渝盆地夏季降水的季节内尺度、年际尺度和年代际尺度变化特征。结果表明:川渝盆地夏季降水主模态空间型为东西反向分布型。MTM-SVD分析指出,川渝盆地夏季降水的季节内变化主要表现为准33天振荡,典型循环体现了盆地东西反向分布和南北反向分布的交替演变过程;川渝盆地夏季降水的年际变化特征主要表现为准2年周期循环,并且准2年周期的空间异常分布与盆地夏季降水主模态一致,即东西反向分布;在年代际变化方面,1961-2010年盆地西部夏季降水为减少趋势,盆地东部为增多趋势;川渝盆地夏季降水在1979年和1987年前后出现过两次明显的突变;当南亚高压偏北偏东时,西太平洋副热带高压(下称副高)偏北,盆地东部在副高的控制下,盆地西部则处在副高西部边缘,来自孟加拉湾的暖湿空气被副高阻挡在盆西,导致盆地降水西多东少,而当南亚高压偏南偏西时,副高偏南,来自孟加拉湾的西南暖湿空气可以直接输送到盆地东部,盆地降水西少东多。     

东亚夏季风指数的分类及物理特征分析

利用1961—2010年NCEP再分析资料,分析了较有代表性的16个东亚夏季风指数,讨论了不同季风指数反映的环流及降水之间的异同,探讨了不同季风指数与东亚夏季风不同空间模态之间的可能关联。结果表明,东亚夏季风指数大致分为两类:1)第一类季风指数存在明显的年代际变化,反映了东亚夏季风强弱的整体一致型变化,与东亚夏季风环流第一模态具有很好的对应关系。高指数年,整个东亚区域夏季风活动整体偏强;贝加尔湖地区为深厚气旋性环流控制,副高位置略偏北;华北、东北地区降水显著偏多,长江流域及其以南降水偏少,降水异常型与我国夏季偶极型季风降水相似,这类指数对我国华北地区降水有较好的指示作用。2)第二类季风指数具有明显的年际变化特征,反映的是东亚夏季风强弱的南北反相变化,与东亚夏季风环流第二模态相对应。高指数年,我国东南地区夏季风偏弱,东北部夏季风偏强;西北太平洋为深厚的气旋性距平环流控制,副高偏北,该分布型与东亚—太平洋(EAP)遥相关十分相似;我国东北、内蒙古地区,华南地区降水增多,长江流域降水显著减少,降水异常型与我国夏季三极型季风降水异常型相似,这类指数对我国长江流域降水有较好的指示作用。     

中国南方夏季降水的年代际变率主模态特征及机理研究

在气候变暖背景下,中国南方夏季降水存在明显的年代际变化特征。本文利用1920~2014年的逐月降水,以分析南方夏季降水年代际变率主模态为切入点,以研究南方夏季降水年代际变率空间分布型的年代际变化特征为重点,进一步研究了印度洋、北太平洋及北大西洋海温的年代际变率对南方夏季降水主模态年代际变率的可能影响机制。得到的主要结论包括:（1）指出中国南方夏季降水年代际变率的两个主模态为全区一致型和东西反相型降水模态。两个主导模态在1971/1972年发生了显著的年代际转变,在1925~1971年的第一主模态为东西反相型降水;在1972~2009年的第一主模态为一致型降水。不同主模态对应的海温异常关键区也在1971/1972年发生了相应的年代际变化。（2）揭示了全区一致型和东西反相型降水模态对应的环流场异常特征。一致多（少）型降水对应着中国南海及西北太平洋低空的反气旋（气旋）性异常,有（不）利于水汽自南海向南方地区输送。而贝加尔湖东侧低空的反气旋（气旋）性异常,有（不）利于冷空气向南方输送,并与来自南海地区的水汽在南方地区辐合,有利于南方地区降水一致偏多（少）。东多西少（西多东少）型降水对应着中国东南地区高空的正（负）异常中心,有利于高空辐散（辐合）及异常的上升（下沉）运动,其与南方地区东部低空的气旋（反气旋）性异常共同作用,有利于东部降水偏多（偏少）。与此同时,低空中南半岛反气旋（气旋）性异常及菲律宾地区反气旋（气旋）性异常,不（有）利于水汽自孟加拉湾及南海地区输送向南方地区西部,有利于形成东多西少（西多东少）的降水型。（3）揭示了印度洋海温、北太平洋海温和北大西洋海温协同影响南方地区东西反相型降水和一致型降水的机制。     

影响中国夏季降水的前冬北半球中高纬大气环流年际变异主模态

本文利用观测和再分析资料,通过奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)分析,发现北极涛动(Arctic Oscillation, AO)是显著影响中国夏季降水年际异常的前冬中高纬大气环流变异的主模态。AO在冬季发展成熟,在春季衰亡,在夏季发生位相反转。AO会导致华北、东北、长江中下游和华南夏季降水异常呈现三极型分布。伴随正位相的AO,在黄海至日本海上空的异常低压伴随的东北风异常引起华北和东北水汽通量异常辐散及降水减少,而西北太平洋的异常高压不仅增强其北侧的西南风水汽输送,和北部异常低压共同作用导致长江中下游水汽通量异常辐合及降水增加,而且使得华南水汽通量异常辐散,降水减少。因此,本文发现的前冬AO模态与我国夏季三极型异常降水分布的关系可为我国夏季旱涝预测提供一个重要的中高纬前期因子。     

我国东部夏季降水异常主模态的年代际变化及其与东亚水汽输送的关系

本文利用1958～2000年ERA-40再分析每日资料和我国516台站降水资料以及EOF方法,分析了我国东部季风区夏季降水异常主模态的年代际变化特征及其与东亚上空水汽输送通量时空变化的关系.分析结果表明了我国东部季风区夏季降水的时空变化存在两种主模态:第1主模态不仅显示出明显的准两年周期振荡的年际变化特征且也有明显的年...     

华南夏季降水的变化特征及其与热带太平洋海温异常的关系

根据1958-2008年华南48站降水资料、NOAA全球逐月海温格点资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF分解、相关、合成等统计方法,分析了华南夏季降水的变化特征及其与冬季热带太平洋海温的关系。结果表明,华南夏季降水变化特征主要表现为,空间分布以全区一致型为主,其次是南北反相对称型和东西反相对称型,且这3种分布模态都表现出显著的年际和年代际特征。全区一致型降水异常与热带太平洋海温显著相关,二者的相关性也具有年代际变化特征,其对应的热带太平洋海温具有沿赤道太平洋呈“负-正-负”的纬向分布型,类似于中部型El Nino。全区降水偏多时期,西南季风偏强,西太平洋副热带高压偏强、脊点位置偏西,南亚高压偏强、脊点位置偏东,总体的环流形势有利于华南地区的水汽输送和上升运动;降水偏少时期,情况相反。     

秦岭及周边地区夏季降水的主模态分析

基于秦岭及周边地区394站气象观测资料、欧洲中期数值预报中心(ECMWF)再分析ERA-Interim数据,利用小波和回归等分析方法,讨论了秦岭及周边地区夏季降水年际变化的主模态以及与其相联系的大气环流异常。结果表明:1)在年际变化的时间尺度上,秦岭及周边地区夏季降水主要表现为秦岭南北降水的气候差异性变化(EOF1)、黄土高原第二地形抬升带与其两侧降水的反位相振荡(EOF2)、秦岭西南部降水正异常和其东北部降水负异常变化(EOF3)和关中平原的地形降水贡献(EOF4)4个模态,其解释方差总贡献为73%,并且具有显著的2~4 a周期,其中EOF3和EOF4还具有4~8 a左右的年际变化周期。2)回归分析表明,EOF1正位相环流特征表现为200 hPa急流偏弱,中纬度槽填塞,西太平洋副热带高压强度偏弱,有来源于东海的水汽输送,使得秦岭北部降水偏多;EOF2和EOF3分别具有显著的蒙古低压和东北冷涡环流特征;EOF4的500 hPa环流异常不显著。3)根据新定义的秦岭季风指数回归分析表明,回归场的季风指数和降水模态的时间系数显著相关,秦岭北部降水偏多(少),南部降水偏少(多),反映了强(弱)季风年的年际转换。反之则具有多态性,不同年份强(弱)秦岭回归季风指数的环流形势存在较大的差异,可能触发多种降水模态和位相振荡。     

春夏东亚大气环流年代际转折的影响及其可能机理

本文通过多变量联合经验正交分解(MV-EOF)方法揭示了近30年(1979~2010年) 春季和夏季东亚大气环流所发生的年代际转折及其与中国南方降水年代际季节反相变化的内在联系,探讨了局地性大气热源年代际变化影响东亚大气环流年代际转折的可能机理.结果表明:(1)东亚大气环流春季第一模态和夏季第二模态在90年代中期都发生了明显的年代际转折;(2)与春季大气环流第一模态和夏季大气环流第二模态年代际转折相对应的是中国南方降水明显的年代际季节反相变化,即春季降水年代际减少,夏季降水年代际增多;(3)春季青藏高原和夏季贝加尔湖地区大气热源年代际变化对东亚大气环流年代际转折有一定贡献,是造成中国南方降水年代际季节反相变化的直接原因;(4)春季青藏高原大气热源的年代际减弱,使得高原东南侧的西南风减弱,导致中国南方上空水汽输送不足,春季降水减少.夏季贝加尔湖大气热源偶极型分布由“南负北正”转变为“南正北负”,由此在贝湖上空激发高压异常,使得夏季雨带北进受阻而停滞南方,造成中国南方夏季降水增多.     

东亚夏季经向水汽输送的变异及其对极端降水的影响

东亚夏季降水的异常与水汽输送的变异密切相关。基于1958—2016年资料,研究了夏季东亚季风区经向水汽输送的主要变异特征及其对东亚夏季极端降水的影响。经向水汽输送的第一主变异模态表现出中国东部和西北太平洋上的水汽经向输送呈现反向异常,以年际变化为主。当中国东部向北输送的水汽增强(减弱)而西北太平洋向北输送减弱(增强),则中国东部大范围的极端降水量及频次增加(减少)。该模态与西太(西太平洋)副高西伸(东撤)有关,并主要受到热带中东印度洋海温的影响。第二变异模态以年代际变化为主兼有年际变化,表现在1980年后中国东部及邻近海域上空的经向水汽输送减弱,使得环渤海地区和华南沿海的极端降水量及频次减少而长江上、下游和贵州的极端降水量及频次增加。该模态与西太副高的减弱有关,并受到热带西太海温年代际增温的影响。第三变异模态以年际变化为主兼有年代际变化,反映中国长江以北地区和日本南部及附近区域的经向水汽输送的反相变化结构。长江以北水汽输送减弱(增强),可导致华北、东北的极端降水量及频次减少(增加)和长江下游及江南地区的极端降水量及频次的减少(增加)。该模态主要受欧亚大陆上空中高纬度纬向遥相关波列和热带印太（印度洋太平洋）海温异常的影响。      

江苏省近50 a夏季降水变化及其与ENSO的关系

利用中国气象局2 400余个台站观测资料制作的数据集CN05.1中的降水资料、美国国家大气海洋局气候预测中心(NOAA/CPC)扩展重建的海表温度资料(ERSST v4)及美国国家环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)联合制作的逐日再分析资料NECP-1中的500 hPa位势高度场资料、850 hPa风场资料及海平面气压场资料,采用经验正交函数分解、功率谱分析等方法,探讨了近50 a江苏省夏季降水变化特征及其与ENSO的关系。结果表明:(1)江苏夏季降水呈现出两种典型的空间分布模态,第一模态呈现了全省降水一致变化的空间分布格局;第二模态反映了江苏省降水南北反向变化的特征。(2)两种降水模态对应的时间序列具有不同的周期。第一模态对应的时间序列存在明显的年际振荡(主周期为4～5 a);而第二模态则存在显著的年代际振荡(主周期为16 a)。(3)El Niňo事件次年江苏省夏季降水整体增多;La Niňa年江苏省夏季降水呈现南涝北旱的空间格局。     

夏季大西洋Niňo基本特征及其与中国夏季降水异常的联系

利用NCEP-DOE AMIP-Ⅱ再分析资料、Hadley中心海表温度资料以及全国160站降水资料,运用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)分解和回归分析等方法,研究了夏季大西洋Niňo的变化特征及其与中国夏季降水异常的联系。结果表明:夏季大西洋Niňo是热带大西洋海温异常的第一EOF模态,其方差贡献率为33.7%,具有明显的年际变化特征。当夏季大西洋Niňo处于暖位相时,对流层低层西北太平洋地区出现明显的异常反气旋,受其影响,西太平洋副热带高压强度增强、位置西伸,中国华南地区出现显著的西南风异常,有利于西太平洋副热带高压西南侧的水汽向中国长江流域及其以北地区输送,使中国长江流域和华北地区降水增多,而中国东南沿海地区则受西北太平洋异常反气旋控制,不利于降水发生;反之亦然。     

四川盆地夏季降水年际变化的主模态分析

利用1979～2018年四川盆地134站夏季降水观测资料、ERA-Interim再分析资料以及英国气象局哈德莱中心的海表温度及海冰资料,对比分析了四川盆地夏季降水异常主模态及其同期大气环流和前期海温海冰演变特征的差异,以探讨其形成机制及前期预测信号。结果表明:四川盆地夏季降水存在两类优势空间模态:全区一致型和东西反相型,在20世纪80年代多出现东西反相型,90年代到21世纪初以一致型为主,进入21世纪10年代后又多表现为东西反相型。不同模态所对应的大气环流和海温海冰的演变具有明显差异,全区一致型降水分布受低纬系统影响显著,在500 hPa高度场上主要表现为西太平洋副热带高压的位置及强度异常;850 hPa风场为辐合或辐散特征,受到来自孟加拉湾、南海、西太平洋三条水汽通道的共同影响,其中与南海水汽通道的相关性最高,一致型降水多/少年水汽在盆地区域南北边界为同收/同支;环流可能受到前期ENSO事件衰减的显著影响。东西反相型降水分布受中高纬环流的影响较大,在500 hPa高度场上的特征类似于极地欧亚型（POL）遥相关;水汽在区域南北边界为一收一支,西多东少型为南收北支,而西少东多型为北收南支,与西太平洋水汽通道关系显著;环流可能受到前期北极海冰异常的影响。     

西藏夏季降水的季节内变化特征及其影响系统

利用西藏地区1980-2013年夏季降水量资料、NCEP再分析资料等,分析了西藏地区夏季降水主模态季节内变化特征,尤其是盛夏7和8月降水异常对应的大尺度环流特征和影响系统。结果表明:西藏夏季降水存在明显的季节内变化,6和7月降水主模态的时间系数变化具有较好的持续性,而7和8月降水主模态的时间系数的相关关系明显减弱。西藏地区7和8月降水偏多年,西藏地区上游低层纬向风场均呈西风异常,但是水汽来源有差异;同时欧亚中高纬地区对流层中高层环流存在显著差异。西藏7月降水与南亚高压强度存在显著负相关关系,南亚高压偏强/弱时,降水偏少/多。西藏8月降水与南亚高压的位置关系更密切,南亚高压偏南/北,降水偏多/少。     

冬季和春季印度洋海温异常年际变率模态对中国东部夏季降水的可能影响过程

印度洋热力状况是影响全球气候变化和亚洲季风变异的一个重要的因素,但以往研究更多关注热带印度洋海温的变化,对南印度洋中高纬地区海温变化关注不够,由此限制了我们对印度洋的全面认识.本文研究了年际尺度上整个印度洋海温异常主导模态的特征及其对我国东部地区夏季降水的可能影响过程,以期望为气候变异研究及预测提供理论依据.研究结果表明:全印度洋海温异常年际变率的主导模态特征是在南印度洋副热带地区海温异常呈现西南—东北反向变化的偶极子模态,西极子位于马达加斯加以东南洋面,东极子位于澳大利亚以西洋面;同时,热带印度洋海温异常与东极子一致.当西极子为正的海温异常,东极子、热带印度洋为负异常时定义为正的印度洋海温异常年际变率模态;反之,则为负的印度洋海温异常年际变率模态.从冬至春,印度洋海温异常年际变率模态具有较好的季节持续性;与我国长江中游地区夏季降水显著负相关,而与我国华南地区夏季降水显著正相关.其可能的影响过程为:对于正的冬、春季印度洋海温异常年际变率模态事件,印度洋地区异常纬向风的经向大气遥相关使得热带印度洋盛行西风异常,导致春、夏季海洋性大陆对流减弱,使夏季西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东偏北,造成华南地区夏季降水增多,长江中游地区降水减少;反之亦然.同时,印度洋海温异常年际变率模态可通过改变印度洋和孟加拉湾向长江中游地区的水汽输送而影响其夏季降水.     

柴达木盆地1981-2017年降水及大气环流特征分析

基于1981~2017年柴达木盆地十个气象台站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,对柴达木盆地降水特征及主要影响的大气环流形势进行了研究。结果表明：1981~2017年柴达木盆地降水东部大于西部,年际降水总体皆呈增加趋势,且东部增势大于西部。降水具有明显周期,其中年际周期主要为1~3年,年内周期主要存在于降水较为集中的夏季,表现为显著的准单周振荡。EOF分析显示柴达木盆地夏季降水主要有两类空间模态,第一模态为空间一致型,第二模态为“中部正、东部西部负”型。进而对影响这两类主要模态的大气环流特征进行分析,结果表明：空间一致降水正异常时,以黑海—蒙古高原—日本海表现为“丝绸之路”型遥相关波列和东亚从低纬到高纬呈现“+-+”的经向型遥相关波列的异常环流形势为特征,水汽主要源于阿拉伯海、孟加拉湾,经青藏高原东侧向北输送至盆地。第二模态降水偏多时大气环流表现为对流层中层欧亚大陆大部分地区为正异常,盆地受异常反气旋的控制,对流层低层中亚异常气旋和异常反气旋相互作用使冷空气南下,西北太平洋的异常反气旋式环流南侧的偏东气流输送水汽,冷暖空气在盆地交汇,使盆地降水偏多。     

西南地区夏季大气水汽含量及其与南亚高压关系

利用欧洲中期天气预报中心 (ECMWF) 提供的ERA-interim高分辨率资料,借助经验正交函数 (EOF) 分解、距平合成和相关分析等方法,讨论1979—2014年我国西南地区夏季大气水汽含量的时空变化特征及其与南亚高压的关系。研究结果表明:我国西南地区夏季大气水汽含量空间分布形态主要有全区一致型、南北振荡型和东西振荡型。全区一致型 (EOF1) 能够反映西南地区夏季水汽含量的主要特征,西南地区夏季大气水汽含量具有明显的年际变化特征;西南地区夏季大气水汽含量与南亚高压强度指数、面积指数及东伸指数均存在非常显著的正相关关系;南亚高压的异常偏强,有利于南海地区水汽向西南地区输送,且在西南地区气流由低层向高层的上升运动显著增强,引起西南地区大气水汽含量的异常偏多。     

西南地区夏季高温热浪时空分布特征及其成因

利用98个测站逐日最高气温资料和ERA-interim再分析数据集,对1979~2018年西南地区夏季高温热浪的时空分布特征及其年际变化异常成因进行研究。结果表明:(1)气候平均西南地区夏季高温热浪频次从东南向西北减少,空间差异显著。近几十年来,西南地区高温热浪总体上显著增多,并表现出明显的年际和年代际变化特征。(2)EOF分解第1模态主要表现为全区一致型,可以反映西南地区夏季高温热浪变化的主要特征。第2模态空间分布大致呈现出南正北负的反相变化特征。(3)西南地区高温热浪偏多可能与对流层中层青藏高原以东至朝鲜半岛的明显高压异常相联系。在这个高压异常的控制下,西太平洋副热带高压向西移动,这有利于西南地区降水减少,云量减少,到达地表的太阳短波辐射增加。同时,东亚西风急流位置北移,可以阻止来自中高纬的冷空气入侵西南地区,引起这里降水减少干旱频发。最终,异常干燥和炎热的地表条件,与有利的大气环流背景相配合,从而造成西南地区夏季高温热浪事件的发生。      

2011年7月七大江河流域气候特点及降水异常成因分析

利用国家气候中心723站降水和气温资料、JRA-25和NCEP/NCAR I再分析资料数据集、NOAA气候预测中心海温资料等,采用线性趋势、动力诊断、相关分析、小波分析等方法,开展2011年7月我国七大江河流域气候特点及其变化特征研究,揭示长江流域主汛期降水异常的可能机理。结果表明：2011年7月七大江河流域降水量总体偏少,长江流域降水属异常偏少;流域气温持续气候变暖特征,以松嫩流域异常偏暖最为显著。降水变化线性趋势显示：珠江流域和长江流域为线性增加型;淮河流域为基本不变型;辽河流域、海河流域、黄河流域和松嫩流域为线性减少型。但降水具有显著年际变化外,长江流域、淮河流域、海河流域、黄河流域等具有显著年代际变化周期。2011年7月长江流域降水异常偏少的主要原因：大气对赤道中东太平洋外强迫的响应持续着La Nina的形态;副热带高压异常活动与东亚南风环流强度指数偏弱;长江流域整层水汽收支显著亏损,降水效率低。     

东北亚地区初夏、盛夏和传统夏季降水特征及环流型的异同性研究

本文利用1979~2015年GPCP（Global Precipitation Climatology Project）逐月降水资料,采用经验正交函数（EOF）分解和Morlet小波分析方法,对东北亚地区初夏、盛夏和传统夏季降水的时空分布特征以及环流型开展了系统性的研究,揭示了东北亚地区传统夏季降水表现为盛夏降水贡献占主导,其年际和年代际特征以及环流特征同盛夏降水特征相一致,而初夏降水和盛夏降水特征及形成机制则具有显著差异。空间分布上,初夏的降水EOF第一模态表现为“+－+”的三极型分布,而盛夏和传统夏季则表现为南北相反的偶极型特征;时间演变方面,初夏降水表现为5~6 a振荡周期,盛夏为2~3 a为主的振荡周期,传统夏季则兼具上述两类振荡周期;在年代际调整方面,在1990年代末,盛夏降水和传统夏季降水在华北和东北地区发生了显著的年代际转折。此外,分析降水与环流的联系发现:初夏,由于西太平洋上空异常反气旋将西太平洋等地的水汽向北方地区输送,且受欧亚Ⅱ型（EUII）遥相关的作用,东北亚地区初夏降水异常具有明显纬向特征。盛夏,东北亚地区降水主要受到西太平洋副热带高压西伸北进、孟加拉湾和南海等地水汽加强的影响。欧亚Ⅰ型（EUI）遥相关和亚洲太平洋型（EAP）遥相关与我国东北以西和沿海地区的降水具有显著相关性。EU型遥相关的作用使东北亚夏季降水的异常中心存在西北—东南向的波列特征,EAP型遥相关的作用则使夏季降水存在经向三极型或偶极型特征。     

南亚高压的南北偏移与我国夏季降水的关系

该文定义了一个能较好反映南亚高压南北偏移的指数,并发现该指数与我国夏季降水,尤其是华北和长江流域的降水,无论在年际变化上还是长期趋势上都具有十分显著的相关关系。南亚高压位置偏北时,在我国东部至日本上空存在一个显著的异常反气旋,其中心自上而下向南倾斜,在高层给华北地区带来辐散,在低层使得气流在长江流域辐散,在华北地区辐合,造成华北地区降水偏多,长江流域降水偏少。同时,南亚高压偏北对应着高层西风急流以及中层西太平洋副热带高压偏北,使得我国整个雨带偏北。此外,通过与海温的相关分析发现,南亚高压的长期偏南趋势可能受到印度洋增暖的直接影响。南北偏移指数可作为预测我国夏季区域降水的重要指标,在气候预测业务中有一定的应用价值。