中国北方农牧交错带春季风速的年际变化与冬季海温的关系

利用中国北方农牧交错带1979—2016年64个气象台站的逐日风速资料、ERSST海温数据以及ERA-Interim再分析资料,探讨了前期冬季海温与北方农牧交错带春季风速年际变化的关系。研究表明,北方农牧交错带春季的风速存在强烈的逐年波动,年际方差占总方差的比例为36%。影响农牧交错带春季风速年际变化的前期冬季海温在北大西洋20°N~65°N区域呈现“负、正、负”的异常分布,在北太平洋10°N~55°N、130°W~180°区域呈现“负、正”的异常分布。冬季的海温异常与研究区春季风速年际变化联系的桥梁是北半球大尺度大气环流的异常。当北大西洋海温从高纬至低纬呈现“负、正、负”的异常分布时,从北大西洋至东亚位势高度呈明显的“正、负、正、负”的波列特征;当北太平洋海温从高纬至低纬呈现“负、正”的异常分布时,从北太平洋至东亚位势高度呈“负、正、负、正、负、正”的三波型分布。二者均能影响东亚地区春季大气环流的变化,导致东亚地区上空产生一个异常的气旋性环流,该气旋性环流在对流层中层与低层均存在,是造成研究区风速变化的直接原因。冬季海温与研究区春季风速的显著相关,说明冬季海温对农牧交错带春季风速的年际变化具有超前指示意义。利用北大西洋和北太平洋海温异常中心区的冬季海温作为预报因子,建立春季风速预报模型,可以解释风速年际变化的32%,回报交叉验证结果表明,海温与风速的时间滞后关系是显著和稳健的。     

河西走廊春末夏初降水异常与大气环流及海温场关系

使用1961-2010年NCEP/NCAR逐月再分析资料、NOAA月平均海表温度资料和河西走廊月降水资料,在分析河西走廊春末夏初降水变化特征的基础上,对春末夏初降水异常的大气环流及其与早春3~4月海温场的关系进行了分析。结果表明:河西走廊春末夏初降水变化主要以全区一致型为主,存在3 a、5 a、10a和13~15 a显著周期变化。春末夏初降水异常多年850hPa距平风场河西走廊盛行东风,散度场为辐合;500hPa欧亚中高纬度高度距平场呈"+-+"分布,类似负欧亚遥相关型(EU);距平风垂直环流为印度洋上升,高原下沉、35~45°N上升的经圈环流;整层水汽通量距平场上,我国西北以东地区的东风气流有利于东部暖湿空气向西北地区输送,河西走廊为水汽辐合区;前期3~4月赤道南印度洋和赤道中东太平洋海温为大范围正异常。降水异常少年上述特征正好相反。通过3~4月海表温度与5~6月500hPa高度场相关分析表明,赤道南印度洋海温正(负)异常时,欧亚中高纬度会出现+-+(-+-)的类似EU遥相关型波列,说明前期赤道南印度洋海温异常对后期中高纬度EU遥相关型有激发或增强作用,进而影响河西走廊春末夏初降水异常。     

1994年东亚夏季风异常与中高纬度环流调整及其动力特征分析

1994年是东亚夏季风影响东北地区最显著的年份,受东亚夏季风进退和中高纬度环流演变的共同影响,整个夏季有4个显著强降水过程.利用三维波作用通量进一步分析这4个强降水过程的Rossby波传播特征,发现对应各降水过程的中高纬度Rossby波的传播特征存在较大差异,其波源来自不同地区,且传播路径不同;还发现,急流波导的波动能量辐合、辐散利于副热带高压维持在偏北的位置以及副热带高压后部低值系统的发展,从而直接影响东北地区降水,北支波动的能量辐合、辐散则利于高纬异常环流的维持,间接影响东北地区降水.     

初夏东亚季风强度指数与陕西降水异常关系

应用1979-2011年NCEP/NCAR再分析资料和陕西地面月降水资料,分析计算东亚初夏季风强度指数和陕西降水距平一致率,采用统计相关分析方法分析初夏东亚季风强度指数与陕西降水异常的统计关系,并采用合成分析方法讨论了初夏强(弱)东亚季风年陕西多雨(少雨)的大气环流特征。结果表明:初夏东亚季风偏强,陕西易多雨,且陕北、关中比较显著,而初夏东亚夏季风偏弱,陕西易少雨,偏少的程度陕北北部最明显;初夏东亚季风偏强时,欧亚中高纬度距平场自西向东呈"+-+"的波列分布,环流场中乌拉尔山长波脊偏强,贝加尔湖到巴尔喀什湖低槽偏深,西太平洋副热带高压偏强,相应的对流层低层青藏高原东侧为偏南距平风,而华北为弱偏东距平风,在西北地区东部形成了距平风的气旋性切变,有利于该区域初夏多雨;初夏东亚夏季风偏弱时,欧亚中高纬度距平场距平自西向东呈"-+-"的分布,中亚长波脊强盛,西太平洋副热带高压偏弱且位置偏东。陕西主要受中亚高脊前西北气流控制,陕西初夏多晴热天气,易少雨;但初夏东亚季风偏弱时,东亚中纬度盛行平直西风气流,西风锋区位于40°N附近,西太平洋副热带高压位置偏西偏南,青藏高原位势高度偏低,并多短波槽或低值系统活动,陕西初夏受西风带系统和高原东移的低气压系统影响,陕西大部易多雨。     

西北地区春季多雨与少雨年的高空环流特征

对西北地区1961—2000年119个气象站的春季降水,分析了其空间分布和时间变化及其多雨与少雨年的500 hPa高度场、OLR场、700 hPa风场、湿度场。结果表明:多雨年中纬度500 hPa春季高度距平场东正西负,东亚大槽弱,欧洲低槽强,700 hPa春季矢量风距平场非洲至欧洲、西伯利亚海和菲律滨海盆为辐散区,印度和中国西北地区为辐合区,北半球欧亚700 hPa春季比湿距平场正中心位于阿拉伯海到孟加拉湾和长江流域,OLR主要负距平中心在东南沿海和孟加拉湾,西北地区亦为负距平,主要正距平中心在西太平洋。少雨年500 hPa春季高度距平场西正东负,中亚到新疆的高压脊强,东亚槽偏强,700 hPa春季矢量风距平场欧洲、西西伯利亚、泰国为辐合区,中国西北地区为辐散区,700 hPa春季比湿距平场正中心位于孟加拉湾和菲律宾海盆,OLR负距平中心在东南沿海—青藏高原北—新疆北部,西北地区亦为正距平,主要正距平中心在西太平洋。     

青海地区冬季气温年际变化及其成因分析

利用青海地区38个台站(1961~2010年)和Ncep再分析资料,分析了青海地区冬季气温年际变化特征及其形成机制。结果表明:青海地区冬季气温主要呈现出南北一致型和东西反相两种分布型。低温年时,中高纬呈"+-+"波列,垂直方向呈准正压结构。WP与第一模态时间系数的相关最显著,其次是EU和PNA。冬季北大西洋南部地区海温通过激发欧亚波列影响欧亚大气环流;西风漂流区和黑潮区海温均对东亚冬季风有负反馈作用。在中部型El-Ni?o事件期间,青海地区易受偏西、偏北强冷气流影响,青海地区气温偏低。     

陕西春季干旱与多雨的环流特征对比分析

选用陕西86个气象站1961-2007年3~4月降水量和NCEP/NCAR再分析资料,利用标准化降水指数确定陕西春季干旱与多雨的划分指标,并对陕西省春季干旱与多雨年的同期和前期大气环流特征进行了合成分析,结果表明陕西春季降水具有南多北少,年际变率大等特点。陕西春季干旱少雨年同期500 hPa欧亚中高纬度距平场呈"-+-"分布,反映了中亚长波脊强盛,东亚大槽偏深的主要环流特征;而陕西春季多雨年乌拉尔山和日本海为正距平,鄂霍次克海和咸海、里海为负距平,欧亚中、高纬度距平场呈反位相分布,反映乌山阻塞高压建立与崩溃过程中,中亚长波槽经高原东移的环流特征,东亚中纬度纬向环流发展,冷空气易滞留在偏北地区,暖湿气流活跃更易北上,形成了陕西春季多雨天气。从850 hPa流场分布看,陕西春季多(少)雨通常对应同期对流层低层亚洲大陆东岸偏南气流的增强(减弱)。此外前年冬季乌山高压脊偏弱(强)和东亚大槽偏浅(深)与陕西春季多(少)雨有密切联系。     

1960-2010年中国降水区域分异及年代际变化特征

利用1960-2010年中国1840个台站年降水量数据,采用经验正交函数(EOF)和旋转经验正交函数分解方法(REOF)对降水进行分区,并对各区降水的变化特征进行了研究.结果表明:基于多站点资料结合REOF方法实现的降水分区与中国降水实际区域分异特征比较符合,并与中国气候区划相一致.中国各区降水变化特征分析表明,东部各区降水在20世纪70年代末、80年代末-90年代初和21世纪初发生雨带的南北移动过程,其中夏季雨带的移动主要受东亚夏季风和大气环流年代际变化的影响.西北地区降水以1985/1986年为突变年,西北西部地区降水由前期偏少转为偏多,主要与来自阿拉伯海和里海异常偏多的水汽输送有关;西北东部地区降水由前期偏多转为偏少,主要与季风的年代际减弱有关.东北地区降水在80年代初由前期接近正常转为偏多,90年代末降水由前期偏多转为偏少,主要与季风和西北太平洋水汽输送的年代际变化相关.西南部各区降水阶段性变化明显,2000年以前西南东北部地区降水与西部地区基本呈反向变化,主要受青藏高原地形、东亚季风和副热带高压等因素的影响,降水阶段性变化明显、成因复杂.     

夏季东亚地区水汽输送年代际变化特征及其对中国东部降水的影响

利用经验正交函数(EOF)分析方法和1951-2004年NCEP/NCAR月平均再分析资料及160个中国地面测站月降水资料,对夏季东亚地区水汽输送的年代际变化特征及其对中国东部降水的影响进行分析.研究结果表明:20世纪70年代中后期至90年代初期,中国东部夏季降水以"南北旱中间涝"分布型为主,90年代初期之后则以"南涝北旱"分布型为主,呈现出显著的年代际变化特征,即20世纪90年代后雨带南移的特征开始明显:夏季整层水汽输送通量主模态的空间结构及其时间系数可以较好地反映出近50年来东亚大陆东部经向水汽输送从1974年起由强变弱的"转折点"特征及其年代际减弱变化趋势:印度大陆和孟加拉湾北部、长江中下游地区、南海以及热带西太平洋地区纬向水汽输送从1973年起由弱变强的"转折点"特征及年代增强变化趋势.揭示了东亚夏季水汽输送年代际分量主模态的时空演变造成中国东部夏季降水从"南北旱中间涝"分布型转向"南涝北旱"分布型,即中国东部夏季雨带呈现出南移年代际变化特征的关键因素之一.     

陕甘宁及内蒙古西部地区夏季降水的异常气候特征

利用陕西、甘肃、宁夏和内蒙古西部地区64个气象站1961-2000年夏季(6～8月)降水资料,通过Mann-Kendall法和Morlet小波法分析其空间分布和时间变化特征,并选取5个典型多雨年和5个典型少雨年,用NCEP/NCAR资料进行降水异常的对比分析.结果表明:陕甘宁及内蒙古西部地区夏季降水具有明显的空间差异,东南部降水多、西北部降水少,降水整体呈缓慢增多的趋势,线性趋势为2.3 mm/10 a;1976年前后区域内降水发生突变,存在14～16 a的长周期和2 a、2～4 a和准5 a的短周期.多雨年北半球欧亚500 hPa高度距平场中贝加尔湖至我国西北地区为负距平区,东亚沿海为正距平区;温度距平场中贝加尔湖地区为负距平区,距平零线位于西北地区东部.少雨年北半球欧亚500 hPa高度距平场中冷空气主体偏北,贝加尔湖至我国西北地区为正距平区,东亚沿海为负距平区;温度距平场中冷空气活动的区域偏北,贝加尔湖至我国西北地区为正距平区.     

华北降水变化研究进展

由于近60 年来华北降水量呈现减少趋势, 使该地区本已紧张的水资源形势更加严峻, 给工农业生产、居民生活、城市运行造成严重威胁, 已引起政府和科学界的高度关注, 例如为缓解华北用水紧张形势, 国家实施了南水北调工程。华北降水发生变化的机理是什么, 搞清这个问题对认识华北降水未来变化趋势及转型很有借鉴意义。本文重点从华北降水年代际变化特征出发, 回顾了海温、东亚夏季风、副热带高压、积雪和海冰变化影响华北夏季降水的机制。在归纳总结的基础上, 指出了未来研究方向, 主要包括华北降水什么时间发生转型, ENSO影响华北降水的机制以及ENSO长期变化趋势对华北降水年代际变化的影响, 印度洋海温异常影响华北夏季降水的机制, 如何更好地定量描述东亚夏季风季节内、年际、年代际变化及其影响华北夏季降水的机制, 副热带高压季节内变化、长期变化对华北夏季降水的影响。     

中国季风降水与赤道东太平洋海温的关系

本文根据近38年(1951—1988年)海平面气压场与我国160个站降水的冬夏距平值,研究了季风降水与赤道东太平洋海温(SST)变化的关系,发现两者有联系的年占一定优势。季风降水与SST的关系虽非逐年对应,但SST异常对东亚季风气压场的年际变化及我国降水变化仍是一个不可忽视的影响因素。     

中国季风降水与赤道东太平洋海温的关系*

本文根据近38年(1951—1988年)海平面气压场与我国160个站降水的冬夏距平值,研究了季风降水与赤道东太平洋海温(SST)变化的关系,发现两者有联系的年占一定优势。季风降水与SST的关系虽非逐年对应,但SST异常对东亚季风气压场的年际变化及我国降水变化仍是一个不可忽视的影响因素。     

新疆北部夏季降水与海温异常的关系

利用1960—2004年新疆北部36个气象站月降水资料和美国国家气候数据中心重建的1960—2004年全球2°×2°月平均海洋表面温度资料,研究了新疆北部夏季降水与海温异常的关系。研究表明,新疆北部夏季降水变化与ENSO事件关系不密切,而与前期冬末—春季的5个海温敏感区密切联系,这5个海温敏感区分别为北印度洋、西太平洋暖池及黑潮区、热带中东太平洋、北大西洋和热带大西洋。前期春季海温异常与新疆北部夏季降水变化联系最显著,表现为显著正相关关系。研究为预测新疆北部夏季降水提供了有益的因子。     

我国南方冬季异常低温和异常降水事件分析

统计分析1951 年以来1 月份以及1880 年以来冬季, 我国南方的异常低温与降水事件, 结果表明1 月异常低温(温度距平< -1σ) 有12 次, 降水异常偏多(降水距平> +1") 有10 次, 冷湿组合有3 次(1969、1993、2008); 冬季异常低温有29 次, 降水异常偏多有16 次, 冷湿组合有2 次(1886/87、1904/05)。利用NCEP/NCAR 再分析资料等, 采用合成方法分析异常低温与异常降水事件时大气环流特征, 结果表明有利于南方低温的环流特征是: 西伯利亚高压、东亚大槽及东亚急流异常偏强。有利于降水偏多的环流特征是: 东亚大槽偏弱; 200 hPa 上中东急流异常偏强、东亚急流偏弱; 东亚从对流层低层到中高层都有异常南风。当发生冷湿组合时, 低温主要是受到西伯利亚冷高压异常偏强的影响, 而降水主要受对流层850 hPa 至200 hPa 环流异常的作用。南方冬季水汽主要来自南支槽的西南气流和南海上空的转向 气流, 在降水偏多时有异常西南水汽输送距平。西伯利亚高压、欧亚遥相关型、西太平洋遥相关型、北极涛动4 个环流因子能解释南方1 月和冬季气温方差的47.2%和51.5%; 而中东 急流、东亚经向风、欧亚遥相关型则能共同解释南方1 月和冬季降水方差的49.4%和48.4%。 统计降水异常与ENSO 的对应关系表明, 当发生El Niño 事件时南方冬季降水偏多的概率较 大, 当发生La Niña 事件时, 降水偏少的概率较大, 而温度与ENSO 没有明显的统计相关。     

广东北江流域前汛期降水与全球海温及遥相关的相关性研究

以广东北江流域18测站1965~2007年的月降水数据为基础,统计发现该区域降水前汛期突出,后汛期不明显,年内降水呈明显的"单峰型"分布。Mann-Kendall趋势检验表明,4月、5月降水主要呈下降趋势,6月降水主要呈上升趋势。考虑到前期海温及遥相关指数对降水具有预测性的指示意义,本文将流域前汛期各月份降水经验正交函数(EOF)分析的第一模态时间系数与同期及前期1~12月全球海温及10种遥相关指数进行时滞相关。结果发现影响前汛期各月降水的海温异常关键区并不局限于广东近海,各月的海温异常关键区、遥相关指数及其影响时段存在较大差异。海温异常关键区面积各月均表现为负相关海域大于正相关海域;4月、5月正相关海域主要分布在南半球,6月正相关海域主要分布在北太平洋海域;有些海区在滞后0~12月均与前汛期降水相关显著。研究有助于减少广东北江流域前汛期降水预报的不确定性,为指导工农业生产及防灾减害提供一定的科学依据,也可为研究区域气候变化规律及其影响因素提供一种思路。     

江淮流域持续性降水的大尺度环流背景分析

采用合成平均分析方法,对2011年7月中旬江淮流域持续降水过程和11~13日大暴雨的大尺度环流和物理量进行了诊断,分析表明:(1)持续降水过程大尺度环流是不典型的双阻型,西脊在乌拉尔山以西地区,东脊在雅库茨克。副热带高压位置偏东脊线偏北。贝加尔湖东南方的低槽从蒙古经河套伸向华南,江淮流域处于槽前稳定的西南气流中。巴尔喀什湖低槽的加深东移及其底部不断分裂的短波槽,造成了持续降水期间的大暴雨过程。(2)江淮流域位于高空西南急流入口区右侧,低空风速大值带左侧。水汽主要来自孟加拉湾、南海和西太平洋地区,高低空的强烈辐散辐合所造成的深厚上升运动为暴雨提供了动力条件,对称不稳定为暴雨提供了不稳定机制。     

2011年大理州入汛后首场区域性大雨过程分析

分析2011年6月27～28日大理地区人汛来首场强降水天气过程的影响系统、物理量特征以及风廓线雷达资料,结果表明此次区域性强降水过程的主要影响系统是东移的中纬度槽和低层的切变线;区域性强降水开始前,大理上空是不稳定能量的密集区且大气处层结于不稳定状态;从水汽条件看,过程开始前低层湿度虽大,但没有水汽的强辐合;强降水出现时存在剧烈的上升运动释放不稳定能量,且低层正涡度高层负涡度,散度场上低层辐合高层辐散,但低层辐合并不强;信噪比和垂直速度在降水的持续时间和降水强度方面与降水对应关系非常密切,强降水出现时间及持续时间与40dbz高信噪比出现时间一致,垂直速度负值绝对值越大降水越强,厚度越厚持续时间越长;强降水出现时水平风随高度存在多层切变,强降水出现期间水平风矢量达到最高的位置,随着降水的减弱,测量到的水平风矢量高度明显降低。     

2011年大理州入汛后首场区域性大雨过程分析

分析2011年6月27 ～ 28日大理地区入汛来首场强降水天气过程的影响系统、物理量特征以及风廓线雷达资料,结果表明此次区域性强降水过程的主要影响系统是东移的中纬度槽和低层的切变线;区域性强降水开始前,大理上空是不稳定能量的密集区且大气处层结于不稳定状态;从水汽条件看,过程开始前低层湿度虽大,但没有水汽的强辐合;强降水出现时存在剧烈的上升运动释放不稳定能量,且低层正涡度高层负涡度,散度场上低层辐合高层辐散,但低层辐合并不强;信噪比和垂直速度在降水的持续时间和降水强度方面与降水对应关系非常密切,强降水出现时间及持续时间与40 dbz高信噪比出现时间一致,垂直速度负值绝对值越大降水越强,厚度越厚持续时间越长;强降水出现时水平风随高度存在多层切变,强降水出现期间水平风矢量达到最高的位置,随着降水的减弱,测量到的水平风矢量高度明显降低.     

玉溪5月旱涝分布及环流特征分析

1951～2012年玉溪5月降水极其不稳定,局部干旱、洪涝突出,其中洪涝37.8％,干旱42.2％,正常年仅有20％.影响5月洪涝的主要原因是经向环流、青藏高压、南亚高压和副热带高压偏强,极涡深厚,东亚大槽偏西偏强,南支槽频繁,海温处于冷位相,夏季风暴发偏早,冷空气和暖湿气流配合,保障了降雨所需的水汽条件.造成5月干旱的主要原因是极涡偏西,东亚高压偏强,青藏高压偏弱,极地冷空气活动弱,南亚高压和副热带高压偏南,强劲的西风带不利于北方冷空气南下和孟加拉湾水汽北上.