夏季长江淮河流域异常降水事件环流差异及机理研究

长江、淮河同处东亚中纬度,天气过程的大尺度环流背景相似,大量相关研究基本是把江淮流域天气气候事件作为一个整体研究,然而对长江、淮河流域夏季降水的时空变化进行分析发现,长江、淮河流域夏季异常降水事件有各自不同的年际、年代际变化特征,但环流差异及成因并不十分清楚。本文根据中国台站降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,利用物理量诊断和现代统计学等方法,重点分析长江、淮河流域梅雨期降水异常事件发生时南北半球大气环流内部动力过程的差异及成因。研究指出:长江（淮河）流域梅雨期降水异常偏多年500 hPa位势高度场亚洲中高纬度环流呈现为南北向（东西向）的波列与东亚中高纬鄂霍茨克海阻塞频次增多（减少）以及200 hPa高度场上东亚副热带高空西风急流强度加强（减弱）、稳定（移动）有关;长江（淮河）流域梅雨期降水异常偏多年主要水汽来源与南半球澳大利亚高压、马斯克林高压位置偏东（西）造成西太平洋150°E～180°（阿拉伯海50°E～60°E）地区越赤道气流加强有关。长江（淮河）流域梅雨期异常降水事件大气环流内部动力过程最显著的差异表现为:东亚副热带高空西风急流加强（减弱）以及南半球澳大利亚高压、马斯克林高压位置偏东（西）。     

北太平洋冬季天气尺度涡旋的机理分析

利用1981~2013年NOAA（美国国家大气海洋管理局）海温资料和NCEP（美国环境预报中心）大气再分析资料,采用经验正交函数（EOF）分解方法对850 hPa瞬变高度场进行分解发现:850 hPa瞬变高度场经验正交函数分解的前两模态表征同一发展型波动的传播特征,该波动在日本以西形成然后向东发展,沿东偏北移动,在日界线附近发展达到最强,之后迅速向东北衰弱直至消亡,本文将其定义为西部型天气尺度涡旋（WSE）。合成分析表明,西部型天气尺度涡旋的强弱变化与北太平洋大范围的海温、副极地海洋锋异常存在密切联系,当西部型天气尺度涡旋活动偏强时,北太平洋北部和中部的海温显著偏冷,副热带地区海温显著偏暖,副极地海洋锋大大增强。同时,西部型天气尺度涡旋的强度与大气环流异常存在明显的协同变化,表现为西部型天气尺度涡旋偏强对应于阿留申低压增强且位置偏东,中纬度上空纬向西风增强。海洋和大气环流的这种变化增强了西北太平洋上空大气的斜压性,使得有效位能向扰动动能的转换增加,从而有利于西部型天气尺度涡旋的发展。     

太原市汛期旱涝规律分析

利用子波分析和合成分析等方法，分析了太原汛期降水的多时间尺度特征和造成太原汛期旱涝的大气环流异常分布。结果表明：太原市汛期降水存在准2年、10年、16年的周期；当贝加尔湖上空500hPa高度场异常偏低（高）、西太平洋副高异常偏强（弱）时，有利于太原汛期洪涝（干旱）的形成；在850hPa水平风距平场上，来自新西伯利亚岛的偏北气流在100-140°E，50°N附近分成两支，一方面使得北来的冷空气减弱，另一方面，南下后使得低纬季风增强，太原汛期偏涝。而来源于鄂霍次克海北部的偏北气流、西北太平洋的偏东气流以及贝加尔湖以东的西北气流在60°N，115-120°E附近汇合，使入侵我国东部的偏北气流风速加大，太原在一致的西北气流控制之下，汛期偏旱。     

广东2月“冷干”和“暖干”年代际特征对比及其与海温异常的联系

根据1961—2019年广东86个站点的降水和气温以及大气环流和海温资料,采用统计分析方法,研究广东2月降水和气温的时空分布特征及其相应的大气环流与海温特征。结果表明:近59年广东2月有两个年代际降水偏少时段,但对应的气温特征显著不同,分别是1961—1981年“冷干”和1999—2019年“暖干”,其对应的大气环流特征表明,第一时段1961—1981年（第二时段1999—2019年）500 hPa高度场以经向（纬向）环流为主,东亚大槽偏强（弱）,东亚冬季风偏强（弱）,低层受异常北（南）风控制,地面冷高压偏强（弱）,偏强的冷空气阻碍了来自海上的水汽输送（偏弱的冷空气不能南下至广东）,使得广东处于水汽辐散区（青藏高原表现为反气旋式环流,南支系统不活跃,对广东地区水汽输送不足）,最终导致广东2月低温少雨（高温少雨）。进一步的分析表明,热带东太平洋和北太平洋中部海温异常是影响广东2月降水的重要外强迫因子,其中第一时段1961—1981年（第二时段1999—2019年）是热带东太平洋（北太平洋中部）海温异常偏冷（暖）通过850 hPa经向风切变偏弱（北太平洋中部异常反气旋环流）来影响广东降水。热带印度洋全区一致型、西太平洋暖池区和北太平洋中部海温异常是影响广东2月气温的外强迫因子,其中前两者主要通过东亚大槽这一环流影响广东气温,而北太平洋中部海温仅影响“暖干”期下广东2月的气温。      

贵阳市倒春寒的发生规律及其环流成因

对贵阳市倒春寒的发生规律、分布情况及其存在的年际变化和年代际变化等进行了系统的研究;在分析典型重倒春寒年和无倒春寒年环流成因的基础上,概括出典型重倒春寒年和无倒春寒年的500hPa环流模型;给出倒春寒的防御措施。     

北疆北部一次暖区暴雪天气过程的的综合分析

利用地面观测、高空探测常规资料、NCEP 1°×1°再分析以及FY-2G红外云图资料，综合分析了2016年11月10—13日北疆北部的暖区暴雪过程成因，结果表明，此次暴雪天气是在“单阻型”经向环流和有利的高低空天气系统配置下发生的，主要表现为500 hPa东欧阻塞高压脊稳定，西西伯利亚低涡和冷槽东南下至北疆境外的中亚地区，200～500 hPa低涡和冷槽系统深厚且呈前倾结构，低涡底部极锋锋区加强并压至北疆上空，700～850 hPa北疆北部有暖平流和暖脊发展，地面气压场呈“两高夹一低”形势，北疆在地面冷锋前部和暖锋后部的暖区内。中高层西北急流、低层偏西气流和偏东气流三支气流在暴雪区上空汇合，暴雪区位于高空低涡底部西北急流、低层暖平流和切变线、地面暖低压南部的高低空重叠区域内。500 hPa以下仅有一条西方水汽输送路径，最强水汽输送在600～700 hPa，最强水汽辐合位于850 hPa附近，最大暴雪中心（裕民）的水汽输送强度更强、厚度更厚、时间更长，其平均云顶黑体亮温TBB值较富蕴偏高10℃左右。     

引起华北地区夏季出现持续干旱的环流异常型

利用中国160个台站降水资料和ERA〖CD*2〗40再分析资料分析了华北地区夏季降水及其对应的大气环流年代际变化特征。分析结果如下:华北地区夏季降水自1977年之后明显减少,出现持续性干旱。1977~2000年500 hPa高度场出现与1966~1976年相反的遥相关波列;华北地区上空700 hPa出现反气旋型环流异常,并出现明显偏北风异常,且下沉气流加强,水汽出现辐散;此外,200 hPa高度上西风带偏南且减弱。相反,1966~1976年华北地区上空700 hPa出现气旋型环流异常,并出现偏南风异常,且上升气流加强,水汽输送辐合;此外,200 hPa上西风异常偏北加强。       

黑龙江省2006年冬季异常偏暖气候分析

重点分析了2006年黑龙江省冬季异常偏暖是在气候变暖的年代际变化趋势背景下形成的。厄尔尼诺事件的发生、西太平洋副热带高压增强、东亚大槽偏弱、亚洲极涡面积指数偏小和北半球500 hPa大气环流异常等是造成黑龙江省2006年冬季气温持续偏暖的主要原因。     

关键区海温年代际异常对我国东部夏季降水影响

利用1931—2010年UKMO HADISST1全球月海表温度、NOAA再分析资料及我国东部96个站月降水量资料,使用REOF,SVD及合成分析等方法探讨了关键区冬季海表温度 (SST) 年代际异常对我国东部夏季降水的影响。结果表明:当冬季黑潮区SST年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度呈“+-+”距平分布,西风带经向环流盛行,西太平洋副热带高压加强、西伸;850 hPa风场距平场上,北方地区为反气旋性异常控制,南海上空为异常偏南气流,这样的环流配置有利于我国东部夏季多雨带出现在长江中下游地区;当冬季南印度洋偶极子 (SIOD) 年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度为正距平,阻塞形势发展,经向环流盛行,有利于冷空气南下,西太平洋副热带高压强度偏强,位置略偏南、偏西;850 hPa风场距平场上,北方地区为一反气旋性异常控制,异常偏北气流延伸至我国南方地区,索马里越赤道气流偏强。这种环流配置使得副热带锋区偏南,夏季多雨带位于华南及东南沿海地区。     

近50年华北干旱的年代际和年际变化及大气环流特征

利用1948～2000年NCEP/NCAR再分析逐日及月平均位势高度、风、温度、垂直速度等物理量和中国气温、降水资料,分析近50年中国华北地区干旱的年代际、年际变化及其环流特征,并探讨1999和2000年华北地区持续干旱环流型及其成因.研究指出:20世纪80年代以来华北地区降水持续偏少,干旱强度有所增加,这与夏季200 hPa矢量风距平场亚洲中纬度西风环流加强,850 hPa风矢量距平场中国东部110～120°E范围内偏南气流比气候平均状况偏弱有关.夏季华北降水偏少的一种主要大气环流型是:500hPa位势高度场上40～50°N的欧亚大陆位势高度偏高并叠加欧亚(EU)遥相关型,华北大部分地区受高压控制.1999和2000年夏华北地区持续严重干旱的主要环流特征是:亚洲大陆高压持续发展、长期维持并相当稳定,华北地区上空受闭合暖性高压控制,高空暖性高压气流强烈下沉,引起空气绝热增温,近地面感热增加使得干旱区气温升高,下垫面非绝热强迫作用与大陆暖高压加强形成正反馈过程.     

江苏省冬季连阴雨（雪）期间异常环流特征及其成因

利用江苏省24个国家站降水、日照时数观测资料,以及NCEP/NCAR再分析资料、海温指数、HadISST全球海表温度资料,采用EOF分析、合成分析等方法,分析了1961—2019年江苏省冬季连阴雨（雪）出现次数全省一致偏多年份的异常环流特征及其成因。结果表明：江苏省冬季连阴雨（雪）出现次数的空间分布主要为全省一致型和南北相异型,前者为主要模态。连阴雨（雪）出现次数全省一致偏多型年份,中高纬高层欧亚地区上空环流形势为“＋ － ＋”分布型,位于青藏高原北部高压脊以及东亚大槽和欧洲东部低压槽均较常年偏弱。低层位于欧亚地区中部的冷高压较常年偏弱,导致冷空气势力偏弱。中低纬低层西太平洋(菲律宾附近)存在异常反气旋环流,其西部的异常偏南气流加强了水汽的向北输送,冷暖气流在30°N交汇抬升,为江苏省连阴雨（雪）天气过程提供了有利的水汽条件和抬升条件。当中部型El Nio事件发生时,Walker环流在西太平洋的异常下沉气流会激发出异常反气旋,使得东亚冬季风减弱,向北水汽输送加强,导致江苏省一致偏多型连阴雨（雪）天气的发生。     

不同时间尺度上黄淮地区夏季降水异常成因及预测研究

利用1961—2006年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA海表温度资料,分析了黄淮地区夏季降水的年代际和年际变化特征,研究了不同时间尺度上降水异常成因。结果表明,年代际尺度上,当太平洋年代际振荡处在暖(冷)位相时,南方涛动偏弱(强),黄淮地区夏季降水偏多(少)。在年际及以下尺度上,当印度洋北部海温偏高、南部偏低时,500 hPa位势高度场上,中高纬乌拉尔山以东和鄂霍次克海附近出现明显的双阻塞高压,副热带高压偏强;200 hPa风场上,西风急流略偏南,黄淮流域上空西风偏强,为反气旋环流;850 hPa风场上,黄淮流域上空出现西南—东北风的切变,使得急流出口区右侧次级环流的异常上升支恰好位于黄淮流域上空,高低空环流的这种配置导致了黄淮流域上空降水偏多。进一步分析发现,利用印度洋海温作为预测因子,建立预测模型,对黄淮流域降水年际变率有较高的预测能力。     

山东5月降水异常环流型及其与海温异常的联系

利用 1981—2019 年 NCEP/NCAR再分析资料和观测降水资料,对山东5月降水多（少）雨年环流特征进行分型,分析前期海温影响大气环流进而影响降水的过程。结果表明：典型多（少）雨年,亚洲中高纬环流呈“－、＋”（“＋、－” ）距平分布,盛行纬（经）向环流,东亚大槽偏弱（强）。前期冬春季黑潮区和热带印度洋海温是影响山东5月降水的关键外强迫因子,黑潮区海温偏暖（冷）时,其上空500 hPa高度场为明显正（负）距平,低层风场呈现异常反气旋（气旋）,山东受异常东南风（偏西风）控制,加强（削弱）了水汽输送, 利于降水偏多（少）。热带印度洋偏暖年,山东地区 500 hPa高度场上表现为西低东高,低层处于异常反气旋后部的东南气流中,这与典型多雨年的环流特征基本一致,印度洋偏冷年对应环流特征与偏暖年大致相反。     

2021年陕西极端秋雨事件环流特征及成因

利用国家气候中心提供的88项环流指数资料、 陕西省101个气象站逐日降水资料、NCEP/NCAR 25°×25°逐日再分析资料,分析了2021年陕西极端秋雨期间的大气环流特征及成因,结果表明：持续受冷暖气流共同影响,陕西出现了长达52 d的秋雨事件,秋雨出现早、结束晚,呈现自北向南增多的空间分布特征,较气候态降水量异常偏大;500 hPa高度场距平在中高纬“东高西低”的环流分布形态和巴尔喀什湖到贝加尔湖地区的显著负异常区,有利于引导高空槽底部分裂冷空气南下;低纬度异常偏强、偏西、偏大的副热带高压有利于外围暖湿气流向西北地区东部输送水汽和能量;850 hPa风场上东北地区东部存在的异常反气旋环流引导偏东路径的冷湿气流与来自孟加拉湾、南海及西北太平洋的充沛暖湿气流在西北地区形成水汽汇,造成陕西降水偏多;陕西持续位于40°N的高空急流入口区南侧,具备高空辐散、低层辐合的有利动力条件;稳定维持在105°E～110°E的θse能量锋区,多次受弱冷空气侵入,是导致秋雨中出现暴雨的主要原因。     

东亚副热带西风急流位置异常对长江中下游夏季降水的影响

利用NCEP/NCAR 200 hPa月平均风场再分析资料,定义东亚大陆对流层上层不同经度上最大西风所在位置的平均纬度为东亚副热带西风急流轴线指数,该指数能准确反映东亚副热带西风急流位置的南北变化及其对长江中下游降水的影响,并能较好地体现东亚夏季风盛行期间对流层低层与高层的纬向风场变化特征。分析表明,该指数的时间变化具有与长江中下游夏季降水较一致的年代际变化及年际振荡特征。对东亚副热带西风急流位置异常年的大气环流差异分析表明,急流异常偏北时,南亚高压偏弱,位置偏北偏西,呈伊朗高压型;西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏弱、位置偏东偏北;气流的辐合上升区北移至华北一带,而长江流域低层风场为辐散异常,上升气流较常年偏弱,降水偏少。急流异常偏南时,南亚高压偏强,位置偏南偏东,呈青藏高压型;西太副高偏强、位置偏西偏南;长江流域地区上空低层有较强辐合上升气流,高层有较强的气流辐散,对流旺盛,雨带在此维持,容易引发洪涝。     

偏东气流诱发川西高原东侧两次对流暴雨过程的对比分析

利用区域自动站加密观测资料、NCEP/CFSR 0.5°×0.5°再分析资料以及0.01°×0.01°全球地形资料等,对2013年夏季发生在川西高原东侧两次对流暴雨天气过程中偏东气流的作用和特征进行了对比分析,重点研究两次过程中中低层偏东气流的活动特征、风场的垂直结构和温湿特征及其在对流暴雨中的作用等。结果表明：（1）7月3日过程高原东侧偏东风活动在850 hPa以下,持续时间约20 h,风速平均为2 m·s-1;8月6日过程偏东风活动在700 hPa以下,持续时间也能达到20 h,风速约为4 m·s-1;两次过程均是在天气尺度的西风槽东移与地形的共同作用下,诱生了高原东侧对流层中低层偏东气流,偏东气流形成时间比对流降水发生时间早约12 h。（2）两次过程偏东气流具有高相当位温属性,在其上方存在干冷空气活动,形成了有利的对流不稳定层结。相比较而言,后一次过程偏东气流出现的高度和风速明显增强后,与偏西风形成了更大的低层垂直风切变,暖湿能量局地集中特征更为显著,对于水汽和能量持续输送能力更强,因而引发的对流降水强度明显更大。（3）前一次过程盆地内起伏波动的偏东风与辐合中心及气旋性涡度中心配置关系较差,只是当偏东风受强迫抬升后,在地形附近激发出对流,并使降水主要位于地形附近;后一次过程盆地内平直的偏东风与辐合中心及涡度中心配置关系较好,尺度相当,因此激发出的对流强度和范围有明显增大,强降水沿地形向盆地西部发展。     

前期青藏高原积雪与ENSO对南海夏季风强度的协同影响

基于1980—2018年罗格斯大学全球积雪实验室积雪面积、英国气象局哈得来中心海温、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第5代再分析（ERA-5）土壤湿度、美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析、美国国家海洋大气管理局（NOAA）气候预测中心降水（CMAP）和全球降水气候计划降水（GPCP）等数据,采用相关、合成和回归等分析方法,分析了前期青藏高原积雪和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）年际尺度变化对南海夏季风强度及降水的协同影响。结果表明:在年际尺度上,青藏高原积雪、ENSO与南海夏季风变率有密切关系,当青藏高原春季积雪西部偏多且东部偏少时,夏季高原西部对流层温度偏低,在高原上空产生异常下沉气流并向外辐散,引起中国南海地区对流层中低层为异常下沉气流。另外,赤道中东太平洋海温异常偏高则会使夏季印度洋海温异常偏高,对流层温度偏高,在西北太平洋产生东北风异常,加强西北太平洋和中国南海上空的反气旋性环流异常。在青藏高原积雪和ENSO共同影响下,夏季850 hPa中国南海上空反气旋异常进一步加强,南海夏季风强度减弱,降水减少。      

华南夏季降水两次年代际转折的水汽输送异常成因初探

本文利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2374站日降水资料,通过水汽收支方程分解方法分析了华南夏季降水在1993~2002年时段年代际增多以及2003~2013年时段年代际减少的水汽输送特征及其成因。结果表明:1993~2002年时段（2003~2013年时段）,局地环流导致异常下沉（上升）气流,南亚高压偏东（偏西）和西太平洋副热带高压（简称副高）偏西（偏东）,菲律宾及副高西南侧水汽输送加强（减弱）,华南地区低层出现强的水汽辐合（辐散）,导致降水偏多（偏少）。华南地区夏季降水两次年代际变化主要与风速变化引起的水汽输送动力散度项的异常有关,同时还受到与比湿变化引起的水汽输送热力散度项异常、及天气尺度的涡旋引起的水汽输送涡流散度项异常影响。此外,研究发现水汽输送的异常与环流和海温异常均密切相关。     

华南夏季风降水开始日的异常与前冬大气环流和海温的关系

利用1951～2004年NCEP/NCAR再分析资料及ERSST海温资料,研究了华南夏季风降水开始日期的变化特征及其与前期冬季大气环流和海温的关系。小波分析表明,夏季风降水开始日期具有明显的年际和年代际变化,年际变化以准2～3年变化为主,年代际变化周期约16年。华南夏季风降水开始偏早年在大气环流上的前兆信号表现为前期冬季乌拉尔山阻塞高压偏强、东亚大槽较深,阿留申低压偏强,冷空气活动偏强。冬季,鄂霍次克海附近的海温异常为华南夏季风降水开始迟早有物理意义的、稳定正相关前兆信号。合成分析表明,冬季鄂霍次克海附近SST正异常时,5月100 hPa青藏高压偏东偏北偏弱,异常偏西风控制华南;850 hPa环流在华南表现为东北风,华南受冷空气影响为主,华南夏季风降水开始日期偏晚。相反时,若冬季鄂霍次克海附近SST负异常,5月100 hPa青藏高压偏西偏南偏强,异常偏东风控制华南;850 hPa环流在华南表现为偏南风,华南受热带系统影响为主,华南夏季风降水开始日期偏早。并提出冬季中高纬度地区冷空气活动影响华南夏季风降水开始日异常的物理机制。     

湖北省春季降水低频特征及其与海温的联系

利用1961—2018年湖北省68站逐日降水资料和美国国家海洋和大气管理局（NCEP/NCAR）环流、海温资料，分析了湖北省春季降水低频特征，并讨论了其年际变化与海温的联系。结果表明：①湖北省春季降水存在显著的准双周低频周期。春季涝（旱）年，准双周活动活跃（不活跃）。②春季印度洋和黑潮海温分别通过影响中低纬、日本海附近不同区域上空的环流，进而影响湖北省春季降水的低频活动。③2018年受黑潮海温异常偏暖的影响，日本海附近500 hPa高度场呈正距平，具有明显的低频振荡特征，其后部东南气流和华南上空的西南气流构成了暖切，从而给湖北省带来低频降水，造成当年春季降水准双周活动指数异常。