影响2018年汛期气候的先兆信号及预测效果评估

准确预测了2018年我国汛期降水"南北多,中间少,旱涝并重"的总体布局,尤其是准确预测了黄河流域降水异常偏多,而长江流域降水异常偏少的特征;对2018年东部地区季节内雨季进程前晚后早和夏季全国大部气温正常到偏高的预测也与实况一致;对西北太平洋和南海热带气旋生成和登陆我国的数量偏多、西北行和北上为主的移动路径、活跃程度前强后弱的预测与实况吻合。2018年汛期气候预测重点分析了冬季达到盛期的拉尼娜事件及其衰减后热带印度洋海温偏低有利于东亚夏季风偏强的机理,还参考了国内外动力气候模式预测西太平洋副热带高压脊线偏北、菲律宾为气旋式异常环流的结果。对先兆信号影响的诊断分析以及动力模式的结果均预测东亚夏季风明显偏强,西太平洋副热带高压偏北,因此拉尼娜事件和印度洋海温对其滞后响应的偏冷特征是有利于预测汛期长江中下游地区降水明显偏少、北方地区降水偏多的重要先兆信号。     

影响2018年汛期气候的先兆信号及预测效果评估

准确预测了2018年我国汛期降水"南北多,中间少,旱涝并重"的总体布局,尤其是准确预测了黄河流域降水异常偏多,而长江流域降水异常偏少的特征;对2018年东部地区季节内雨季进程前晚后早和夏季全国大部气温正常到偏高的预测也与实况一致;对西北太平洋和南海热带气旋生成和登陆我国的数量偏多、西北行和北上为主的移动路径、活跃程度前强后弱的预测与实况吻合。2018年汛期气候预测重点分析了冬季达到盛期的拉尼娜事件及其衰减后热带印度洋海温偏低有利于东亚夏季风偏强的机理,还参考了国内外动力气候模式预测西太平洋副热带高压脊线偏北、菲律宾为气旋式异常环流的结果。对先兆信号影响的诊断分析以及动力模式的结果均预测东亚夏季风明显偏强,西太平洋副热带高压偏北,因此拉尼娜事件和印度洋海温对其滞后响应的偏冷特征是有利于预测汛期长江中下游地区降水明显偏少、北方地区降水偏多的重要先兆信号。     

热带太平洋-印度洋海表温度变化及其对西南地区东部夏季旱涝的影响

利用1959—2006 年西南地区东部20 个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR 再分析月平均资料,分析了热带太平洋-印度洋海表温度异常特征及其对西南地区东部夏季降水(旱涝)的影响,结果表明:前期赤道东太平洋海表温度偏高,西南地区东部夏季降水偏多的可能性大;当前期春季印度洋海表温度偏高时,西南地区东部夏季降水可能偏多。太平洋区的海表温度距平(SSTA)分布呈“V”字型特征,赤道中东太平洋及南、北美西部沿海的SSTA 与赤道西太平洋、南北太平洋的SSTA 呈反相关分布,与西太平洋的亚洲大陆东部沿海的SSTA 呈正相关,赤道印度洋及南印度洋的大部分地区的SSTA 与赤道中、东太平洋的SSTA 变化是一致的。当春季赤道中东太平洋及印度洋海表温度(SST)偏高(偏低)时,夏季南亚高压位置偏南(偏北),强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),同时西太平洋副高强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),位置偏南(偏北),西伸(东退)明显,东亚夏季风和南亚夏季风偏弱(偏强),我国华北及华南地区盛行下沉(上升)运动,而整个长江流域及青藏高原东部盛行上升(下沉)运动,西南地区东部也盛行弱的上升(下沉)运动,这有利于西南地区东部降水偏多(偏少),出现洪涝(干旱)的可能性大。      

太平洋年代际振荡与中国气候变率的联系

利用 195 1～ 1998年的太平洋年代际振荡 (PDO)指数、全球海洋和大气分析资料及中国降水和气温站点观测资料 ,分析了太平洋年代际振荡在海洋中的特征及其与东亚大气环流和中国气候变率的联系。结果表明 ,PDO与东亚大气环流及中国气候年代际变化关系密切。对应于PDO暖位相期 (即中纬度北太平洋异常冷、热带中东太平洋异常暖 ) ,冬季 ,阿留申低压增强 ,蒙古高压也增强 (但东西伯利亚高压减弱 ) ,中国东北、华北、江淮以及长江流域大部分地区降水偏少 ,东北、华北和西北地区气温异常显著偏高 ,而西南和华南地区气温偏低 ;夏季 ,海平面气压在北太平洋的负异常较弱 ,而在东亚大陆的正异常较强 ,东亚夏季风偏弱 ,西太平洋副热带高压偏南 ,热带太平洋信风减弱 ,赤道西风增强 ,此时华北地区降水异常偏少而长江中下游、华南南部、东北和西北地区降水异常偏多 ,东北、华北及华南地区气温异常偏高 ,而西北、西南和长江中下游地区气温异常偏低。对应于PDO冷位相期 ,上述形势相反。结果还表明 ,处于不同阶段的ENSO事件对中国夏季气候异常的影响明显受到PDO的调制。在PDO冷位相期 ,当ENSO事件处于发展阶段 ,华南地区夏季降水偏少 ,东北地区夏季多低温 ,在其衰减阶段 ,华北地区和长江流域降水偏多 ,淮河地区降水偏少 ;     

夏季西太平洋副热带高压异常时的东亚大气环流特征

利用NCAR/NCEP月平均再分析资料,探讨夏季西太平洋副热带高压异常时东亚热带季风、梅雨锋及中高纬环流的变化特征.研究表明:夏季西太平洋副热带高压脊线异常偏南或脊点异常偏西时,东亚夏季风环流偏弱,850 hPa矢量风距平场上东亚热带地区出现反气旋性环流,副热带地区呈气旋性环流,500 hPa垂直速度距平场上东亚热带地区上升运动减弱,梅雨锋区上升运动加强,500 hPa高度上东亚高纬鄂霍次克海区域出现阻塞高压,高纬冷空气直达中纬度,梅雨锋扰动加强,造成江淮流域汛期降水偏多.夏季西太平洋副热带高压脊线异常偏北或脊点异常偏东时,东亚夏季风环流偏强,东亚大气环流系统的活动出现了与上述情况相反的异常型,江淮流域汛期降水偏少.     

华北近60年夏季降水年际异常与大气动力、水汽条件关系的研究

本文基于华北夏季降水数据、NCEP/NCAR再分析环流数据,采用了相关、合成和环流异常回归重构等方法,分析了东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数与华北夏季降水的关系。主要结果如下:1)东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数与华北夏季降水有很好的对应关系。当两个指数偏强时,华北夏季降水会异常偏多;两个指数偏弱,华北夏季降水异常偏少;如果两个指数强弱不一致时,华北会出现区域性降水偏多情况,但全区整体降水量基本为正常值。2)华北夏季降水异常是东亚副热带夏季风和华北大气动力上升运动协同作用的结果。在东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数偏强年,夏季500 hPa层贝加尔湖槽会加深、西北太平洋副热带高压会偏北,华北处于“东高西低”的环流型控制下,西部低槽东移受阻,在华北维持较长时间的大气上升运动;850 hPa层印度夏季风、东亚副热带夏季风会偏强,这时热带印度洋西风水汽输送以及东亚副热带地区偏南风水汽输送或东南风水汽输送会加强,华北水汽来源充足。这种高、低空环流配置非常有利于造成华北夏季降水异常偏多。反之,华北夏季降水会异常偏少。3)前期4—5月,东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数偏强,可以作为华北夏季降水异常偏多的一个气候监测预测指标。     

1986—1987年北半球冬季亚澳地区大气环流异常及其与西太平洋SST异常的联系

1986—1987年冬季亚澳地区大气环流异常主要表现在北半球中纬盛行纬向气流,副热带西风急流、西太平洋副热带高压脊及ITCZ位置异常偏北;西北太平洋热带气旋活动频繁;赤道盛行异常西风和异常南风;澳大利亚海平面气压偏高等现象。在这种大气环流异常形势下,东亚地区冬季风偏弱,冷空气主要在偏北地区东移,温度异常偏高,中国北方降水偏多,南方降水偏少。与此同时,澳大利亚夏季风偏弱并推迟一个月建立,整个澳大利亚地区降水偏少。大气环流异常是从低纬开始的。ITCZ位置异常偏于北半球,比其他环流系统异常要早一个月以上发生。1986年夏季以来,西太平洋赤道附近及其偏北地区SST始终维持异常偏高,可能是造成ITCZ异常偏北的原因,并进而引起瓦克环流减弱和南方涛动指数(SOI)偏低,从而对1986—1987年的ENSO事件的发生起了促进的作用。1986年夏秋季节西北太平洋30°N950hPa上北风异常,冬季南风异常又可能是引起西太平洋SST异常分布的原因,因此,1986—1987年冬季亚澳地区的异常事件必须从海—气相互作用的观点来加以说明。      

我国华南3月份降水年代际变化的特征

利用1951～2005年华南3月份降水资料、太平洋年代际振荡(PDO)指数以及NCEP再分析资料,对华南3月份降水年代际变化特征、及其对应的大尺度环流以及与PDO的关系进行了分析。结果表明,华南3月份降水存在显著的年代际变化特征,并且Mann-Kendal突变检验表明华南3月份降水在1978年左右发生年代际突变,从之前的降水偏少转变为降水偏多。我国华南3月份降水与PDO有着显著的相关。进一步研究表明,在年代际降水偏少时期,PDO处于负位相(北太平洋海温偏高,中东太平洋海温偏低),北太平洋海平面气压场和高度场偏高,亚洲大陆海平面气压场和高度场偏低,赤道西太平洋到赤道东印度洋附近的海平面气压场偏低,赤道辐合带附近地区的高度场偏低,东亚对流层大气偏暖,西太平洋副热带高压偏东,东亚高空急流偏北,东亚Hadley环流偏弱。在年代际降水偏多时期,PDO处于正位相,情况则与降水偏少时期相反。     

2011年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

本文基于实时和历史观测资料,利用气候统计和气候机理诊断方法,对2011年气候异常及成因进行总结分析。结果表明,全球海洋外源强迫和大气内部动力过程共同作用下的大气环流系统组合异常,是造成2011年中国大部地区降水异常偏少,温度明显偏高,呈现暖干型气候特征的主要原因。具体表现为,拉尼娜事件在2011年夏季短暂中断后,9月再次进入拉尼娜状态;西太平洋副热带高压在5月之前异常偏弱、偏东,致使长江中下游出现严重春旱,之后副热带高压有所加强,尤其在6月异常偏强,使长江中下游地区梅雨量偏多、旱涝急转;秋季副热带高压脊线偏北、中高纬度冷空气活动阶段性活跃,致使华西、黄淮地区秋雨异常偏多;热带印度洋海温演变经历负偶极型海温模态后,夏季转为全区一致型暖海温;2010／2011年东亚冬季风偏强,2011年南海夏季风爆发偏早、结束偏晚,东亚夏季风正常偏弱;西北太平洋和南海热带气旋生成数量处于偏少的年代际时段,2011年热带气旋生成数量偏少。     

东亚夏季风北界与我国夏季降水关系的研究

为了研究东亚夏季风北界与我国东部夏季降水异常的关系,本文利用夏季850 hPa上20°N以北105°~125°E之间平均南风风速2 m/s所在的纬度,定义了一个新的东亚夏季风北界指数。初步分析表明:东亚夏季风北界在1976年之前(含1976年)位置偏北,而1976年之后位置偏南,具有明显的年代际变化,较好地反映了我国东部夏季降水异常分布型的变化。对应于东亚夏季风北界的异常,东亚夏季风强度、西北太平洋副热带高压位置与面积、亚洲大陆热低压等也发生了相应的变化,它们之间的关系如下:东亚夏季风北界位置偏北(南)时,对流层低层亚洲大陆热低压偏强(弱),东亚夏季风偏强(弱),西北太平洋副热带高压位置偏北(南)、面积偏小(大),南亚高压偏弱(强),长江中下游地区气流以下沉(上升)为主,降水偏少(多);华北地区气流以上升(下沉)为主,降水偏多(少)。     

Interannual Variability of Autumn Precipitation over South China and its Relation to Atmospheric Circulation and SST Anomalies

The interannual variability of autumn precipitation over South China and its relationship with atmospheric circulation and SST anomalies are examined using the autumn precipitation data of 160 stations in China and the NCEP-NCAR reanalysis dataset from 1951 to 2004. Results indicate a strong interannual variability of autumn precipitation over South China and its positive correlation with the autumn western Pacific subtropical high （WPSH）. In the flood years, the WPSH ridge line lies over the south of South China and the strengthened ridge over North Asia triggers cold air to move southward. Furthermore, there exists a significantly anomalous updraft and cyclone with the northward stream strengthened at 850 hPa and a positive anomaly center of meridional moisture transport strengthening the northward warm and humid water transport over South China. These display the reverse feature in drought years. The autumn precipitation interannual variability over South China correlates positively with SST in the western Pacific and North Pacific, whereas a negative correlation occurs in the South Indian Ocean in July. The time of the strongest lag-correlation coefficients between SST and autumn precipitation over South China is about two months, implying that the SST of the three ocean areas in July might be one of the predictors for autumn precipitation interannual variability over South China. Discussion about the linkage among July SSTs in the western Pacific, the autumn WPSH and autumn precipitation over South China suggests that SST anomalies might contribute to autumn precipitation through its close relation to the autumn WPSH.     

Characteristics of Subtropical Monsoon and Rainfall over Eastern China and Western North Pacific

Using the NCAR/NCEP (National Center for Atmospheric Research/National Centers for Environmental Prediction) reanalysis and the NOAA Climate Prediction Center's merged analysis of precipitation (CMAP)during 1981-2000, we investigated the seasonal evolution of the southwesterly wind and associated precipitation over the eastern China-subtropical western North Pacific area and its relationship with the tropical monsoon and rainfall, and analyzed the reasons responsible for the onset and development of the wind. It was found that the persistent southwesterly wind appears over southern China and the subtropical western Pacific the earliest in early spring, and then expands southwards to the tropics and advances northward to the midlatitudes. From winter to summer, the seasonal variation of surface heating over western China and the subtropical western Pacific may result in an earlier reversal of the westward tropospheric temperature gradient over the subtropics relative to the tropics, which may contribute to the earliest beginning of the subtropical southwesterly wind. Additionally, the strengthening and eastward expanding of the trough near the eastern Tibetan Plateau as well as the strengthening and westward moving of the western Pacific subtropical high also exert positive influences on the beginning and development of the subtropical southwesterly wind.In early summer,the northward expansion of the southwesterly wind over southern China is associated with a northward shift of the subtropical high, while the southward stretch of the southwesterly wind is associated with a southward stretch of the trough in the eastern side of the plateau. With the beginning and northward expansion of the subtropical southwesterly wind (namely southwest monsoon), convergences of the low-level air and water vapor and associated upward motion in front of the strongest southwesterly wind core also strengthen and move northward, leading to an increase in rainfall intensity and a northward shift of the rain belt. Accordingly, the subtropical rainy season occurs the earliest over southern China in spring, moves northward to the Yangtze-Huaihe River valley in early summer, and arrives in North China in mid summer.Compared with the subtropical rainy season, the tropical rainy season begins later and stays mainly over the tropics, not pronouncedly moving into the subtropics. Clearly, the Meiyu rainfall over the Yangtze-Huaihe River valley in early summer results from a northward shift of the spring rain belt over southern China,instead of a northward shift of the tropical monsoon rain belt. Before the onset of the tropical monsoon,water vapor over the subtropical monsoon region comes mainly from the coasts of the northern Indo-China Peninsula and southern China. After the onset, one branch of the water vapor flow comes from the Bay of Bengal, entering into eastern China and the subtropical western Pacific via southwestern China and the South China Sea, and another branch comes from the tropical western North Pacific, moving northwestward along the west edge of the western Pacific subtropical high and entering into the subtropics.     

The early 1950s regime shift in temperature in Taiwan and East Asia

A summer climate regime shift in temperature in Taiwan and East Asia during the early 1950s was identified in this study. The event was characterized by a cooling land-warming ocean dipole in East Asia and the western North Pacific, marking the decreasing land–sea thermal contrast from the 1940s to the 1950s. The corresponding sea surface temperature (SST) anomaly was characterized by the sign flipping of a north–south dipole in the western North Pacific from north/cool-south/warm to north/warm-south/cool, indicating a weakening north–south SST gradient in the area. The corresponding change in mean sea level pressure was characterized by the rising pressure in continental East Asia and the Philippine Sea, and the falling pressure over the extratropical western North Pacific to the east of Japan. This change was the reflection of a weakening thermal low in the continental East Asia, a weakening monsoon trough in the tropical western North Pacific, a strengthening and southwestward-expanding ridge in the subtropical western North Pacific, and a deepening mid-latitude trough over eastern China and Japan. The phase reversal of the SST anomaly in the western North Pacific exhibited the characteristics of the Pacific Decadal Oscillation (PDO), but lagged behind the phase reversal of the PDO in the extratropical North Pacific by several years. The connection with the PDO is speculated, although the mechanism is not understood. This paper is a contribution to the AMIP-CMIP Diagnostic Sub-project on General Circulation Model Simulation of the East Asian Climate, coordinated by W.-C. Wang.     

南半球环流异常与我国夏季旱涝分布关系及其影响机制

利用1951—2000年NCEP/NCAR风场和高度场再分析资料及全国160站降水量资料, 采用奇异值分解、相关和合成分析方法, 研究6—8月南半球500 hPa高度、高低层纬向风距平差异常 (Δu₈₅₀-Δu₂₀₀) 与我国夏季旱涝分布的关系及其影响机制。结果表明:当500 hPa澳大利亚高压脊偏强及西南太平洋热带地区高低层纬向风距平差为负值时, 来自南半球冷空气活动偏弱, 有利于西北太平洋副热带高压位置偏南, 热带季风偏弱, 我国夏季雨带偏南。反之, 当澳大利亚高压脊偏弱及西南太平洋热带地区高低层纬向风距平差为正值时, 我国北方降水偏多。同时, 定义了澳大利亚冬季风指数, 指出澳大利亚冬季风强年和弱年影响我国夏季旱涝分布异常的水汽输送型式不同。     

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。     

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。     

中国东部—西太平洋副热带季风和降水的气候特征及成因分析

利用1981—2000年候平均NCEP/NCAR再分析资料和CMAP全球降水资料,分析了从中国东部大陆到西太平洋副热带地区季风和降水季节变化的特征及其与热带季风降水的关系,探讨了季风建立和加强的原因。夏季东亚—西太平洋盛行的西南风开始于江南和西太平洋副热带的春初,并向北扩展到中纬度,热带西南风范围向北扩展的迹象不明显。从冬到夏,中国西部和西太平洋副热带的表面加热季节变化可以使副热带对流层向西的温度梯度反转比热带早,使西南季风在副热带最早开始;从大气环流看,青藏高原东侧低压槽的加强和向东延伸,以及西太平洋副热带高压的加强和向西移动,都影响着副热带西南季风的开始和发展;初夏江南的南风向北扩展与副热带高压向北移动有关,随着高原东侧低压槽向南延伸,槽前的偏南风范围向南扩展。随着副热带季风建立和向北扩展,其最大风速中心前方的低层空气质量辐合和水汽辐合以及上升运动也加强和向北移动,导致降水加强和雨带向北移动。热带季风雨季开始晚,主要维持在热带而没有明显进入副热带,江淮梅雨不是由热带季风雨带直接向北移动而致,而是由春季江南雨带北移而致。在热带季风爆发前,副热带季风区水汽输送主要来自中南半岛北部和中国华南沿海,而在热带季风爆发后,水汽输送来自孟加拉湾和热带西太平洋。     

西太平洋暖池海温和山西盛夏降水关系研究

利用1961—2016年山西盛夏(7—8月)平均降水和同期NOAA重构海温资料,分析了山西盛夏降水分别与赤道中东太平洋海温和西太平洋暖池海温相关性的变化。结果表明:山西盛夏降水和赤道中东太平洋海温之间呈现稳定的显著负相关;和西太平洋暖池海温呈现正相关,并在20世纪70年代末到80年代初之后相关性加强,通过了0.05显著性检验。进一步分析表明,这种西太平洋暖池海温对20世纪80年代以来山西盛夏降水指示意义加强的事实,主要体现在赤道中东太平洋海温偏冷的背景下。西太平洋暖池海温异常通过影响与山西盛夏降水密切相关的大气环流、季风槽位置和东亚夏季风,导致山西盛夏降水异常。盛夏赤道中东太平洋海温偏冷时,西太平洋暖池海温偏暖(冷),通过遥相关引起中高纬度大气欧亚—太平洋型遥相关(EUP)和负太平洋—日本(PJ)波列,通过影响季风槽位置偏西偏北(偏东偏南),引起西太平洋副热带高压偏北(南)和季风指数偏小(大),导致山西盛夏降水偏多(少)。     

两广地区前、后汛期降水异常反位相现象及可能机理

利用1961—2018年中国地面气象台站2 400站中广东省和广西壮族自治区(两广地区)134站逐日降水资料、英国Hadley中心逐月海表温度资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料,筛选了两广地区前汛期降水正(负)异常、后汛期降水负(正)异常的年份,即前、后汛期降水异常反位相年份。结果表明,近60 a来,两广地区前、后汛期降水反位相现象与热带西太平洋海温异常存在密切联系。前汛期期间,当热带西太平洋海温为负异常时,大气对该冷源的Rossby波响应引起西北太平洋反气旋环流异常,且水汽由热带西太平洋向两广地区输送并辐合,同时两广地区为水汽的湿平流区域、风场异常辐合区域,其上空受异常上升运动控制,这样的环流配置有利于两广前汛期期间降水正异常。热带西太平洋海温负异常可持续至后汛期期间,大气的Rossby波响应所致的西太平洋反气旋较前汛期偏西北,两广地区为水汽异常辐散区域,同时水汽干平流且风场异常辐散,受异常下沉运动控制,不利于两广地区降水的产生。反之亦然。