中国东部夏季风雨带向北推进与条件对称不稳定的关系研究

利用1981～2010年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）ERA-interim再分析资料和中国741站日降水资料,分析了中国东部夏季风雨季期间,条件对称不稳定（CSI）与季风雨带季节性向北推进的关系。结果表明,逐月强降水距平场显示了雨带强降水中心自华南（4～6月）先北跳到江淮（5～7月）,再到华北（7～8月）的季节性进程,特别是7～8月强降水距平场具有“北多南少”分布特征,与对应的平均雨量场相比,其表征雨带季节性北跳现象更显著。与雨带强降水中心季节性变化一致,大气负湿位涡通量中心亦先在华南停滞（4～6月）、然后移到江淮（5～7月）,最后到达华北（7～8月）。在垂直方向上,CSI区4、5及9月主要在925～600 hPa,而6～8月抬升到700～600 hPa,CSI区也很好地表征了夏季风北进加强、南撤减弱以及所伴随的雨带变化趋势。在春末夏初,夏季风建立初期的华南、江淮雨季集中期,热成风（垂直风切变）作用对倾斜对流有效位能（SCAPE）的贡献占绝对优势,盛夏的华北雨季集中期则相反,浮力作用项（CAPE）占主要作用;同时,热成风作用项的季节分布与强降水中心季节变化一致,但浮力作用项却没有这种变化关系。条件性湿位涡通量指数（CMF index）可指示雨带强降水异常区。     

El Nio次年盛夏副高北进过程及中国雨型预测

文章分析了１９５３年以来１３次ＥｌＮｉｎｏ事件发生年的次年盛夏（７～８月）西太平洋副高候平均脊线（１００°～１５０°Ｅ）的季节性北进过程,把７～８月１２个候中候平均脊线越过２５°Ｎ的候数至少在７个以上的北进过程定义为超常北进型,在７个以下的北进过程定义为滞后北进型．对应超常北进型,中国夏季往往为南北两支雨带,位于黄河流域及其以北的北方雨带一般为主要雨带,滞后北进型主要雨带通常位于长江流域或沿江江南地区．１９５３年以来较著名的长江洪水年大都发生在滞后型背景下．就同期关系而言,东亚阻塞高压的出现与否及其出现后维持时间的长短可能是造成副高两种不同形式季节性北进过程的重要因素．就前后期关系而言,春季５００ｈＰａ距平场上东亚地区从高纬到低纬的正、负、正波列分布可能是预测盛夏副高季节性北进过程的重要信息;其中４～５月西太平洋副高和南海高压的活动特征可以作为预测盛夏副高季节性北进过程及中国雨型的重要判据     

东亚副热带季风的北进及其低频振荡

本文利用1971—1980年的资料分析发现,夏季与中国东部雨带相联系的东亚季风属于副热带性质,850百帕14℃等露点线可以作为它的活动指标。副热带季风活动与500百帕上副热带长波活动相协调,它们的季节性变化与准40天周期振荡相结合可以引起副热带季风及其相伴雨带的北跳和停滞,而短的周期振荡则可引起它在停滞期内的南北摆动。     

7月东亚高空西风急流变化对我国雨带的影响

分析了7月东亚高空西风急流北跳和急流中心西移时我国雨带的变化特征,发现急流北跳与长江中下游梅雨结束有很好的对应关系;急流中心西移则与长江中下游梅雨结束无对应关系,但急流中心西移相对于急流北跳发生的早晚对雨带北移过程有重要影响:在急流中心西移晚于急流北跳发生年份,雨带北移依次为长江中下游地区—淮河流域—黄淮地区逐渐北推,其他年份雨带则从长江流域直接北跳至黄淮地区。进一步分析表明:(1)急流北跳和急流中心西移引起中纬度大气环流发生显著变化,从而引起西太平洋水汽输送发生显著变化,孟加拉湾水汽输送无变化。(2)急流北跳和急流中心西移时大气环流调整不同,导致来自西太平洋的水汽输送变化不同,进而对雨带北移产生不同的影响。急流中心西移相对于急流北跳发生时间早晚不同,大气环流调整过程和水汽输送调整过程也不同,使得雨带北推进程不同。     

1979年季风试验期间东亚地区夏季风爆发时期的观测研究

本文分析1979年季风试验期间5—7月从春到夏的季节转变过程。在亚洲南部和西北太平洋地区大范围夏季风爆发前1—2候,南半球40°—160°E之间中纬度地区高空西风急流有一次增强过程。南半球对流层中部的经向环流发展,对流层低层的越赤道偏南气流加强,这时亚洲南部和西北太平洋热带地区低空西南风风速增大,并且范围向北扩展,南亚地区对流层上部热带东风加大,季风环流圈加强,我国东部雨带出现季节性北移。看来南半球大气环流的变化对东亚地区夏季风的建立及其向北推进起着触发作用。     

江淮流域梅雨环流结构特征及其演变分析

通过对比1954—2001年江淮流域各省入梅日与国家气候中心划定的入梅日，选取入梅一致年份进行合成，分析了入梅前后大尺度环流场的变化特征及梅雨期间的典型环流结构，并用多年平均的逐候资料追踪了典型环流结构的演变过程。研究发现：(1) 入梅后，低空急流向西伸展至长江以南地区，高空急流北抬，有利于江淮流域垂直运动的发展。中、低层高度差值场出现“印度-我国东海-日本岛以东洋面-北太平洋中部”的波列，其中印度半岛、江淮流域及东部沿海、北太平洋中部变化显著。入梅前、后，低层辐合中心均与雨带配合，经向风散度的变化在总散度中起主导作用；(2) 梅雨期典型环流结构在我国东部经向剖面图上，表现为“双脚型”涡度场和“鞍型”温湿场及高而窄的θse 密集带(锋面/锋区)，密集带与雨带对应。入梅前此典型结构已存在并与江南雨带相伴随，入梅后典型结构与雨带一致北推影响江淮。追踪其演变过程发现，梅雨期典型环流结构于3月底4月初开始建立，与东亚-西太平洋海陆温度热力差异的转向一致，可认为是东亚副热带季风开始的表现。     

梅雨雨带北跳过程研究

利用1979～2007年逐日再分析资料和高分辨率逐日降水资料,通过定义确定了每年梅雨雨带北跳的日期,对梅雨雨带的北跳过程及其可能的物理机制进行了研究。分析结果表明:梅雨雨带北跳日期存在明显的年际变化,本文合成得到的雨带北跳过程与前人的工作相一致。水汽输送的变化和对流层中层的垂直运动是影响梅雨雨带位置分布的关键因素。Omega方程诊断结果表明,在梅雨雨带北跳前期,对流层高层的环流异常导致江淮流域出现异常下沉运动,不利于梅雨雨带的北跳;而涡度方程的诊断结果表明,江淮流域的异常下沉运动导致的非绝热冷却在中国东部的对流层低层引起异常反气旋涡度倾向,有利于副热带高压西伸,从而有利于梅雨雨带的北跳。因此,当对流层高层环流发生变化（主要受纬向涡度平流影响）,使得江淮流域的异常下沉运动转变为异常上升运动时,高低层相互配合,造成了梅雨雨带的突然北跳。     

中国东部地区夏季降水和环流的年代际转型及其与PDO的联系

利用1951—2013年全国160个测站逐月降水资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料和NOAA全球月平均海表温度等资料,分析了中国东部地区夏季降水的年代际转型及相关大气环流变化。研究结果表明,1970s中后期和1990s PDO两次位相转换给中国东部地区夏季降水带来显著的年代际变化,前者使得东亚夏季风进一步减弱,夏季雨带南退至长江中下游地区,后者使得东亚夏季风恢复增强,雨带北移至淮河流域。进一步研究发现,1990s PDO年代际突变导致东亚夏季大气环流场发生显著变化,贝加尔湖地区增暖导致向北的经向温度梯度增大以及副热带高压的东退北抬是导致1990s东部地区夏季降水年代际变化的可能原因。     

近50年来夏季西风指数变化与中国夏季降水的关系

使用1951～2002年夏季500 hPa高度月平均格点资料，运用多变量方差分析的方法，找到夏季不同雨带类型对应的西风指数变化关键区，再对关键区西风指数与夏季160个站的降水进行相关分析，找到降水显著高相关区。最后，采用NCEP/NCAR月平均再分析资料，通过合成风场检验的方法，找到高低西风指数年对应的风场显著差异区以及不同雨带类型对应的风场显著差异区，对高低西风指数和正常年西风指数各自对应的环流场以及三种类型雨带对应的环流场进行比较。研究发现，夏季西风指数差异最大的关键区在(35?N～55?N, 110?E～140?E)。在关键区内，I 类雨带对应高指数环流，II 类雨带对应多年平均环流形式，III 类雨带对应低指数环流。而降水场上的高相关区在长江和江南一带，为负相关。高低指数年的u、v风场显著性关键区和 I、III 类雨带的u、v风场的显著性关键区基本相同，经度在100?E～130?E， 纬度分别位于35?N～55?N（A关键区）和25?N～30?N（B关键区）。高指数年对应 I 类雨带，在关键区A南风加强，在关键区B东风加强。低指数年对应 III 类雨带，在关键区A东北风加强，在关键区B西风加强。而多年平均环流形式对应 II 类雨带，A、B两个关键区主要是西风控制。归结原因是由于西风带的南进北退导致冷空气南下北上的路径、强度发生变化，从而影响夏季雨带的分布。     

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.     

赤道平流层QBO与我国7月雨型的关联

根据1953～1991年赤道平流层纬向风资料分析,得出我国东部地区7月份主要雨带位置与赤道平流层30～50 hPa平均纬向风准两年振荡（以下简称赤道平流层QBO）有较好的关联。在西风位相条件下,我国7月主要雨带位置较偏北;在东风位相条件下,我国7月主要雨带位置易偏南。它们之间的关系主要是通过对对流层环流的影响相联系的。利用赤道平流层纬向风的变化规律并结合冬季北太平洋对流层环流特征,对我国7月主要雨带类型的预报,有一定实用意义。     

梅汛期南亚高压活动的谱特征分析——波能密度谱

本文是应用100hPa北半球高度场格点资料,选取2003-2005年6-7月南亚高压季节性东进、北移的15个过程,其中包括这3年中在入、出梅期间500 hPa副热带高压有响应的季节性北移个例.计算了40 °N的波谱物理量-1～7波的方差比和波能密度,分析其西风带长波-超长波的调整和南亚高压的东进、北移的相关,并从波能密度的演变特征来识别何种长波波动对南亚高压的季节性变化具有最大的贡献.从而得出100hPa 40 °N的超长波的调整是南亚高压季节性东进、北移的环流背景,而西风带4～6波的长波槽波能密度的激增是诱发南亚高压季节性演变的最大贡献者.     

南亚高压进退与甘肃降水趋势

南亚高压北进或南退,决定了我国东部雨带的南北移动。中央气象台陈兴芳等的工作指出,副高周期转换容易在秋季发生。我台徐国昌等则发现20°N 1、2波振幅以及高原温度也容易在秋季转换。由此看来,夏秋过渡时期,也正是副热带环流转换时期。南亚高压脊线历年的平均位置,在7月底8月初达最北,以后开始南退。我们在实际工作中注意到,副高由最北位置开始南退的演变方式与我省第二年春季降水有较密切的关     

1979年夏季我国东部各纬带水汽输送周期振荡的初步分析

本文根据1979年5—8月逐日850hPa的探空和测风资料计算了我国东部各纬度带平均的经向水汽输送,并进行了功率谱分析。结果发现与我国夏季雨带季节性北移紧密联系的水汽输送随着地理位置的变化呈现明显不同振荡特性。南海到华南地区,存在准40天和4天左右的显著周期;长江流域存在80天和8天左右的显著周期;华北地区存在5天左右的显著周期。并且综合分析表明,我国华南和东部地区的降水也呈现出40—50天的振荡特性,且与来自南海地区水汽输送的变化位相一致。      

从海平面气压场的波谱分析比较南、北半球大气环流的变化

本文应用沿纬圈的谐波分析,对1951—1960年各年逐月南、北半球海平面气压进行分解,对比两个半球的副热带(30°N,30°S)及中纬度(50°N,50°S)的超长波活动发现:(1)南、北两个半球月平均大气环流都存在有性质不同的两类变化,即季节性变化与非季节性变化。在海陆对比明显的北半球,不论西风带还是副热带季节性变化都比较清楚。而南半球仅副热带季节性变化明显,西风带则是非季节性变化占优势。(2)南、北两个半球大气环流的季节变化,都有明显的年际差异。通常,北半球夏季建立(南半球是夏季结束)的年际差异大,北半球夏季结束(南半球是夏季建立)的年际差别较小。(3)超长波位置的年际变化与海陆分布有密切关系。陆地面积大的地区,占优势的超长波位置比较稳定,在几乎全为海洋的50°S,则超长波无论占优势与否,波槽位置的年际变化都较大。     

1951—2010年西太平洋副热带高压脊线季节性变化特征分析

文章通过对1951—2010年NECP/NCAR再分析逐日资料的分析,发现西太平洋副热带高压存在明显的季节性变化。夏季,副热带高压(以下简称副高)脊线出现两次显著的北跳,而且均伴随着副高强度指数的降低和西伸脊点的东退。脊线北跳过程也影响着东亚大气环流系统,南亚高压与西风急流在副高北跳后均同时减弱。但两次北跳过程仍然存在各自的特点:第一次副高脊线北跳时受到高纬地区纬向型环流调整与中低纬环流变化的共同影响,而第二次副高脊线北跳则主要受中低纬环流调整(太平洋负EAP事件)的影响。     

近二十年北太平洋700毫巴月平均环流型

为了进一步探讨北太平洋高压进退活动及我国大部分地区旱涝变化的规律,我们对近廿年(1954—1973年)北太平洋区(15—65°N;30°N以北120°E—120°W,30°N以南100°E一100°W)700毫巴月平均高度的环流形势进行分析。初步发现:(1)在不同的旱涝年份,北太平洋700毫巴的月平均环流形势分别具有一定的特点。(2)北太平洋区700毫巴月平均环流分布与演变的一些特征与中国海附近副热带高压(以下简称副高)的进退活动以及北太平洋海温的变化具有较好的相互关系。(3)逐年与逐月之间,北太平洋700毫巴月平     

不同纬度天气尺度扰动影响2020年夏季梅汛期降水的数值模拟

利用观测资料和区域气候模式RegCM4.6,研究了高纬和低纬天气尺度扰动对2020年梅雨期降水的可能影响。观测分析表明:2020年6月、7月长江中下游降水在周期上表现为10 d以下的天气尺度扰动,在降水过程中存在多次中高纬度天气尺度扰动的南传与低纬扰动的北传。在此基础上,设计改变不同纬度天气尺度扰动(10 d)输入的侧边界敏感性试验。数值模拟结果表明:从平均环流来看,当中高纬西北侧边界的天气尺度扰动减弱时,大气平均环流动能向天气尺度扰动动能转换的位置发生北移,影响副高北侧纬向西风带北移,使得梅雨期降水中心从长江中下游地区北移到淮河流域;从时间演变来看,当去除中高纬西北侧边界的天气尺度扰动时,850 hPa上E矢量散度南传减弱,低纬纬向风异常能够向北传播。纬向风异常产生的涡度变化有利于副热带高压北抬,使得雨带可以较早北抬到34°N以北,标志江淮地区出梅。低纬南侧边界的天气尺度扰动减弱时,梅雨期降水略有增强,但对雨带的进退影响较小。因此,观测和数值模拟结果表明,2020年夏季梅雨期降水强度和雨带的维持主要与中高纬度天气尺度扰动异常密切相关,中国北部尤其中国西北部到巴尔喀什湖地区天气尺度扰动偏强且南传是此次梅雨强度偏强和雨带维持的重要原因。     

区域气候模式对东亚季风和中国降水的多年模拟与性能检验

利用高分辨率区域气候模式 (NCC/RegCM)对 1998～ 2 0 0 2年的东亚环流及中国区域降水进行了数值模拟。对模拟结果的检验表明 ,模式能较真实地模拟出东亚地区多年平均的月季环流特征、季风的年变化、中国各主要气候区温度、降水的季节变化及中国主要雨带的季节性进退。但模拟的气温场在夏季对流层中、低层海洋偏暖、陆地偏冷 ,由于温度场的这种系统性误差加大了夏季海、陆温差 ,导致模拟的东亚夏季风偏强 ,使夏季雨带位置向北偏移 ,从而使华北地区降水估计偏高 ,没能很好地反映最近 5a来中国降水呈南涝北旱的气候特征。模式中地形的作用及云 辐射参数化方案等的处理可能是模拟误差的主要来源 ,这也反映了模式对于准确模拟中国区域降水的长期异常分布还比较困难 ,今后应进一步改进模式的模拟能力。     

陕北生态治理对当地降水影响的数值模拟

利用中尺度模式MM5V3．5模拟了陕北地区两种植被改进方案对一次降雨过程的敏感性试验,结果表明,陕北植被改善后,能够使区域性降雨的雨带北移,平均降水量增加,降雨时间延长。另外,还分别从环流、大气稳定性、水汽条件、垂直运动等四个方面对上述变化的机理进行了分析,认为植被治理使背景环流的气旋性增强,低层大气不稳定范围向北增强扩展,高空风场辐合汇集的水汽增多,同时垂直上升运动有所增强,导致局地雨带北移、降雨量增加、降雨时间延长。模拟结果同时表明,下垫面生态治理的范围和规模越大,上述影响也越显著。