1967—2017年兴安盟暴雨时空分布特征分析

利用1967—2017年近51a兴安盟8个国家级气象观测站的逐日降水资料,采用线性倾向估计、11a滑动平均和EOF分解等统计方法,对当地暴雨的气候特征、暴雨的年际和年代际变化以及暴雨的时空演变特征进行分析,结果表明:(1)兴安盟暴雨日数的中心轴线呈南北走向,正好位于西风带上大兴安岭的背风坡沿线;而暴雨雨量大值区域主要位于东部,由蒙古高原向松辽平原过渡的低海拔地区。(2)近51a来兴安盟暴雨日数呈减小的负增长趋势,并经历了偏少—显著偏多—显著偏少—偏多4个阶段。(3)暴雨日数EOF分解前两个模态可以代表兴安盟暴雨日数空间分布类型的一半以上,依次表现为全盟一致型和东—西反向型。     

中国东部夏季降水特征及其与西太平洋副高的关系

利用中国东部160个气象观测站1951年-2012年夏季（6-8月）的月平均降水资料,运用EOF分析方法,分析中国东部夏季降水的时空分布特征及其与西太平洋副热带高压的关系。结果表明:（1)夏季,中国东部降水大值区域从华南移到江淮流域,然后到达华北和东北地区。（2) 中国东部夏季降水EOF第一模态空间分布为长江以北与黄河以南地区之间存在一个降水大值雨带, EOF第二模态显示出整个东部沿海地区的降水量以长江为界,长江以南降水偏少,长江以北降水偏多,且江南与江北的降水呈反位相。（3)在西太平洋副热带高压较强的年份,江淮流域降水偏少,华北地区降水偏多;西太平洋副热带高压较弱的年份,江淮流域降水偏多,华南地区降水偏少。     

中国东部夏季降水特征及其与西太副高的关系

利用中国东部160个气象观测站1951—2012年夏季(6—8月)的月平均降水资料,采用EOF分析方法,分析中国东部夏季降水的时空分布特征及其与西太平洋副热带高压的关系。结果表明:中国东部夏季降水大值区具有从华南—江淮流域—华北—东北的分布特征。EOF第1模态空间分布为长江以北与黄河以南之间存在一个降水大值雨带,而EOF第2模态显示出以长江为界,长江以南降水量偏少,长江以北降水量偏多,且呈反位相。在西太平洋副热带高压强度较强的年份,江淮流域降水量偏少,华北地区降水量偏多;西太平洋副热带高压强度较弱的年份,江淮流域降水量偏多,华南地区降水量偏少。     

1961-2008年京津冀地区暴雨的气候变化特征分析

利用北京市、天津市和河北省1961-2008年逐日台站降水资料,采用经验正交函数分解（empirical orthogonal function）、Morlet小波、曼-肯德尔（Mann-Kendall）突变检验等方法,统计分析了京津冀地区暴雨量及暴雨频次的气候变化特征。结果表明：气候态下,京津冀地区暴雨量及暴雨频次沿地形呈东南多—西北少的分布型,暴雨发生时间相对集中在7月下旬和8月上旬。1961-2008年京津冀大部分地区暴雨量呈减少的趋势,且在1980年发生显著突变,2000年代以后暴雨量进一步减少。小波功率谱分析结果表明,京津冀地区暴雨量主要存在2-4a的显著主周期。该地区暴雨量EOF展开的前3模态显示,暴雨量主要呈全区一致变化以及东西反向、南北反向的空间变化特征。     

东亚冬季1000hPa环流异常与我国气候的关系

将NCEP／NCAR 1951／1952～2003／2004年东亚冬季1000hPa风场进行向量EOF分解，研究其第一特征模态的时空变化及其与我国气候异常的关系。结果表明，EOF1时间系数能够很好地刻画东亚冬季风的强度变化。强（弱）EOF1时间系数时，冬季我国气候冷、干（暖、湿），次年春季东北及河套等地区的温度明显偏低（高）；次年夏季长江中下游地区的降水明显偏少（多），华北和华南降水则偏多（少），长江流域和江南地区的温度偏高（低），华南及西南地区夏季则温度偏低（高）。     

近50年安徽省暴雨气候特征

利用安徽省71个台站1961—2008年近50年的逐日降水资料,统计出每年各站暴雨量及暴雨次数,通过趋势分析、EOF分析、功率谱分析、小波分析、Mann-Kendall突变检验等方法分析安徽省暴雨气候特征。结果表明：安徽省常年暴雨量呈纬向空间分布,常年暴雨次数与其分布非常一致,暴雨量及暴雨站次最多出现在6月下旬和7月上旬;全省绝大部分地区的暴雨量呈现上升趋势,上升幅度较大的地区集中在淮北西部及江南南部,但绝大部分地区未通过显著性检验;暴雨量距平场EOF第1模态全省一致为正,大值区位于安徽西南部,第2模态表明南北暴雨量呈现相反的分布,北多（少）南少（多）,第3模态表明安徽暴雨量有南北多（少）中部少（多）的分布特征;暴雨量存在9～10年的主周期,此外还存在3年左右的次周期,在9～10年的时间尺度上,近50年安徽暴雨量经历了由多到少5个循环交替;在1978年前后暴雨量存在一次突变,1979—2008年年均暴雨量比1961—1978年年均值增加了58.3 mm。     

近50a江淮梅雨期暴雨的区域特征

利用江淮地区44个站1954-2003年近50a逐日降水资料，采用模糊聚类和经验正交函数分解（EOF）方法分析了江淮梅雨期暴雨的时空变化特征。结果表明：梅雨期暴雨量存在显著的区域差异，可以分为南、北两个区；梅雨期暴雨量具有显著的候际、月际、年际和年代际变化特征，南区暴雨量峰值出现在6月第5候，北区峰值出现在6月第5候和7月第1候；南区暴雨贡献率大于北区，而北区暴雨集中率大于南区；南区暴雨量长期变化呈显著的上升趋势，而北区变化不明显；南北两区暴雨量均存在不同时间尺度的振荡周期。     

Climatic characteristics of rainstorms in main flood seasons of GuiZhou

利用1981—2010年30 a贵州省83个地面气象观测站月降水量和月暴雨日数资料,采用合成、方差分析和经验正交函数（EOF）分解,着重讨论贵州省主汛期6-7月暴雨日数的空间分布及其时间演变特征,进而对6-7月暴雨日数EOF第一模态的时间序列作小波分析、趋势分析及突变检验,分析贵州省6-7月暴雨日数时间序列的短期气候特征。结果表明：近30 a贵州省6-7月暴雨日数与降水量的时空分布一致,并对降水量有主要贡献。暴雨日数的空间分布存在3个暴雨多发区和2条暴雨少发带,范围最广、强度最大的暴雨多发区位于省之西南部,大值中心在六枝、晴隆和镇宁附近。暴雨日数时间序列的变化在20世纪90年代是偏多时期,20世纪80年代和21世纪至今是偏少时期。贵州省6-7月暴雨日数EOF第一模态时间序列在20世纪90年代存在显著的3～5 a年际震荡,在1981—2010年间总体变化趋势分为3个时段：1981—1990年、1991—2000年和2001—2010年,呈＂降—升—降＂变化,没有明显的突变点。     

贵州省主汛期暴雨的气候特征分析

利用1981—2010年30 a贵州省83个地面气象观测站月降水量和月暴雨日数资料,采用合成、方差分析和经验正交函数（EOF）分解,着重讨论贵州省主汛期6-7月暴雨日数的空间分布及其时间演变特征,进而对6-7月暴雨日数EOF第一模态的时间序列作小波分析、趋势分析及突变检验,分析贵州省6-7月暴雨日数时间序列的短期气候特征。结果表明：近30 a贵州省6-7月暴雨日数与降水量的时空分布一致,并对降水量有主要贡献。暴雨日数的空间分布存在3个暴雨多发区和2条暴雨少发带,范围最广、强度最大的暴雨多发区位于省之西南部,大值中心在六枝、晴隆和镇宁附近。暴雨日数时间序列的变化在20世纪90年代是偏多时期,20世纪80年代和21世纪至今是偏少时期。贵州省6-7月暴雨日数EOF第一模态时间序列在20世纪90年代存在显著的3～5 a年际震荡,在1981—2010年间总体变化趋势分为3个时段：1981—1990年、1991—2000年和2001—2010年,呈＂降—升—降＂变化,没有明显的突变点。     

基于旋转经验正交分解的流域降水气候预测误差订正方法

流域尺度的降水短期气候预测水平对流域的防灾减灾具有重要价值。为了进一步提高中国科学院大气物理研究所新一代大气环流模式IAP AGCM 4.1在淮河和长江流域夏季降水预测效果,利用旋转经验正交分解（Rotated Empirical Orthogonal Function, REOF）方法对两个流域夏季降水区域特征进行分析的基础上,建立了一个适用于流域的分区经验正交分解（Empirical Orthogonal Function, EOF）订正方案,并利用IAP AGCM 4.1气候预测系统在两个流域的夏季降水共30年（1981～2010年）的集合回报试验结果进行了订正试验。结果表明分区订正方法明显改进了模式对淮河流域的夏季降水预测水平,淮河流域的流域平均相关系数从0.03提高到了0.22。对长江流域的季度降水预报也有显著的改进效果,平均相关系数从-0.05提高到0.24。分区订正结果明显优于流域整体订正方案,证明了基于REOF分析确定降水具有强局地性特征的订正区域,能够很好地提高EOF订正方法的效果稳定性,这对其他流域降水预测的订正研究具有很好的借鉴意义。     

索马里越赤道气流与淮河流域夏季降水关系的年代际增强

基于1961~2016年淮河流域172个测站逐日降水资料,分析了淮河夏季降水的多时间尺度变率,发现其具有显著的准两年周期,1990年代以来亦呈现出明显的年代际变化。EOF分析结果显示,淮河夏季降水的异常主要表现为全流域一致偏多或偏少型（第一模态）,其方差贡献高达37%。相比于长江中下游地区,淮河夏季降水与东亚500 hPa位势高度场上的EAP遥相关型关系很弱,但和对流层低层西南水汽输送有更好的对应关系,表现为从索马里半岛至淮河流域的多个正负交替的相关波列。这一波列表明当索马里越赤道气流加强时,通过热带印度洋西风的纽带作用加强了进入淮河流域的西南暖湿气流,并在淮河上空低层形成水汽辐合,造成淮河多雨,反之当索马里越赤道气流强度弱时,淮河夏季降水偏少。索马里越赤道气流和中国台站降水的空间相关同样显示出最显著的相关区位于淮河流域。进一步的分析发现,研究时段内二者关系并非稳定维持,而是表现出显著的年代际变化,近二十年来索马里越赤道气流对淮河流域夏季降水的影响明显增强,且在季节预测上的指示意义也在增强。这一增强的可能原因是索马里越赤道气流与流域南侧的经向水汽输送和西侧的纬向水汽输送的关系均发生了年代际反转,并且这两条水汽输送带对流域夏季降水的影响发生了年代际增强。     

淮河流域能量和水分循环观测系统及作用

淮河流域是中国南北气候重要的过渡带,气象灾害频繁发生。这里水网、农田、丘陵、山地、城镇密布,地-气作用复杂,干冷与暖湿空气时常交汇于此,造成局地或流域旱涝经常发生。淮河流域处于梅雨区,且是中国重要的农业生产基地,具有气象和水文综合观测系统,积累了长序列的气象和水文观测资料。因此,淮河流域是研究能量和水分循环的理想试验区。国家自然科学基金重大项目“淮河流域能量与水分循环试验和研究（HUaihe river Basin Experiment,简称HUBEX）”于1998、1999年夏在淮河流域开展了气象和水文联合观测试验。文中回顾了HUBEX试验的目的、观测网设计与布局,介绍了HUBEX推动下的淮河流域综合观测网的发展,总结了HUBEX观测试验对区域气候事件和暴雨等灾害性天气机理研究、提高模式模拟和预报能力及建立长期连续的气象观测数据集等方面的成果和作用。      

江淮锋面和华南暖区两次暴雨过程可预报性对比

以2008年6月9—10日江淮地区的锋面暴雨和2008年6月6—7日华南地区的暖区暴雨为例,采用模式试验的方法,研究了这2个不同地域不同类型的暴雨的模式可预报性的差异．控制试验的结果表明,2个地区的暴雨都可以用WRF模式得到较好的模拟再现．通过在控制试验的初始场上对温度场和风场添加高斯随机扰动误差构造敏感性集合成员,结果表明初始场的微小误差在24 h内使得华南暴雨与江淮暴雨的模拟结果都发生较大改变,但华南暴雨的误差增长快于江淮暴雨,导致华南暴雨模拟结果发生更大的改变．通过对集合离散度的分析表明,华南暴雨与江淮暴雨的离散度都随积分时间延长而不断增大,但华南暴雨的集合离散度增长更快,华南暴雨的集合离散度在模式各层上都远大于江淮暴雨．从误差增长和集合预报的角度讲,华南暴雨的模式可预报性比江淮暴雨的模式可预报性差     

江苏省夏季暴雨的时空变率特征及其与不同类型ENSO的联系

利用1961—2016年江苏省70个站点的逐日降水资料和暴雨定义,分析了江苏省半个世纪以来暴雨发生的年代际时空变化特征,并分析了不同分布型El Nino发展年份对江苏省夏季降水和暴雨的影响特征。结果表明江苏省暴雨主要集中在6—8月,暴雨日数占全年的73.6%,尤其又以7月为最多;暴雨总的分布特点为苏北多于苏南,淮北西北部及苏南东部最少;江苏暴雨发生频次具有明显的年代际变化,且各地区暴雨的年代际变化有一定差异,频发期为1960s、1990s至今,尤其是1990s以来,全省暴雨增多趋势明显,且2011年之后雨带明显南移;东部型El Nino发展年份较中部型El Nino年份的环流形势更有利于导致江苏夏季降水偏多,尤其是沿江苏南地区与常年同期均值有显著性差异。     

未来半个世纪江淮流域夏季降水变化趋势的数值模拟结果分析

基于政府间气候变化委员会(IPCC)排放情景特别报告(SRES)A2和B2温室气体排放方案下全球海气耦合模式模拟结果,分析了未来半个世纪中国江淮流域夏季降水变化趋势,发现江淮流域在经历21世纪开始10年降水偏多时期后,从2010年开始该地区将经历一段降水偏少的时期,在温室气体和SO2排放量较多的A2方案下,该时期将维持较长时间.这些地区夏季降水的减少与夏季西北太平洋副热带高压环流的减弱东撤有关,由此伴随这些地区夏季风和对流层中大气上升运动的减弱,而西北太平洋副热带高压环流的减弱东撤与北太平洋海表面南高北低的温度梯度的减小有关.     

西北太平洋夏季风对中国长江流域夏季降水的影响

利用1979～2005年NCEP/NCAR的环流场再分析资料和降水资料, 通过对季风期降水、 大气环流、 水汽输送及低频振荡等方面的分析, 分别从时间和空间上分析了西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水的联系。结果表明:(1) 西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水存在显著的负相关关系, 在西北太平洋夏季风强盛时, 副热带高压异常偏北, 其西侧的偏南气流异常偏弱, 使得我国长江流域形成低层异常环流及水汽输送的辐散区, 从而造成长江流域夏季降水偏少; 而在西北太平洋夏季风减弱的年份, 西太平洋副高异常偏南偏西, 在长江流域以南地区形成异常偏强的偏南风水汽输送, 使得长江流域成为南、 北距平风的汇合区, 其上空对流活动异常活跃, 非常有利于长江流域的降水。 (2) 东亚局地Hadley垂直环流在强、 弱季风年也显著不同, 在强季风年里, Hadley局地环流异常偏弱, 长江流域上空出现的下沉运动距平, 使得该地区降水减弱, 而弱季风年则正好相反。 (3) 西北太平洋夏季风存在显著的气候平均的大气季节内振荡 (CISO), 在西北太平洋夏季风减弱时期, 长江流域降水同时受到源自热带西北太平洋西传CISO和源自热带印度洋东传CISO的共同影响, 可能造成了某种锁相关系, 从而造成降水偏多; 而在强季风年里长江流域只受由西太平洋西传的CISO的影响, 不容易激发降水。     

近10年我国降水的QBO分析

近10年来我国东部地区降水分布趋势的年际变化具有QBO特征，双年的降水为中部地区少南北多，单年的降水为中部多南北少，其中江淮流域的降水变化最明显。分析表明，降水QBO的特征与西太平洋副高和冷空气活动有关，一般双年副高偏北、亚洲纬向环流发展，雨带偏北；单年相反，副高偏南、亚洲经向环流发展，雨带偏南，江淮流域降水较多。     

REGIONAL CHARACTERISTICS OF SUMMER PRECIPITATION ANOMALIES OVER CHINA*

The regional characteristics of precipitation anomalies of total summer precipitation of June,July and August and individual monthly precipitation are analyzed by using the method of Varimax EOF and correlation analysis.The data set used is the precipitation of a 5°Lat.×5°Long.spatial uniform network over China in the period of 1959 to 1994.The analysis of total summer precipitation shows that the most significant regional characteristic is the existence of negative correlation in precipitation anomalies between the lower reaches of the Changjiang River and the Huaihe River Valley(the LRCH region) and the middle reaches of the Huanghe River Valley(the MRH region),and between the LRCH region and South China.The precipitation anomaly over the Sichuan Basin is negatively correlated with that over eastern part of Qinghai-Xizang Plateau and that over the LRCH region.The regional characteristics of summer precipitation anomalies in western China are that there exists negative correlation between the summer precipitation anomalies over the southern part of the central and eastern Qinghai-Xizang Plateau and that over its northern part.There also exists positive correlation between the southern part of the central and eastern Qinghai-Xizang Plateau and the eastern part of North China and the southern part of Northeast China.The above spatial correlation modes have significant periods of about 3 years and ten years.The analysis of the monthly precipitation shows that in June there exists positive correlation among the precipitation anomalies over the LRCH region,the eastern part of North China and Northeast China.In July,the precipitations in the MRH region and the LRCH region are negatively correlated.The regional characteristic of precipitation anomalies in August is very similar to that of the total summer precipitation anomalies.     

中国东部夏季暴雨日数的分布特征及其与大气环流和海温的关系

采用1961—2010年NCEP/NCAR再分析资料,NOAA海表温度资料和中国国家气候中心整编的中国东部387站逐日降水资料,分析了中国夏季暴雨日数的分布特征及其与大气环流和海温的可能关系。结果表明:(1)近50年中国东部夏季暴雨日数经历了3次年代际变化,先后发生在20世纪70年代中后期、90年代初以及21世纪初。(2)根据经验正交函数(EOF)分析主模态的空间分布型,结合聚类分析的方法,将中国东部夏季暴雨日数主要分为6种类型:渤海型、北方型、淮河型、长江型、南方型、南方和北方两支型。该分型对实际暴雨日数分布具有较好的代表性。(3)分析中国东部夏季暴雨日数不同分布型的环流场特征,结果表明暴雨日数的分布类型与东亚夏季风密切相关,渤海型和北方型分布对应季风位置偏北,淮河型和长江型分布对应季风位置偏南,南方型分布时季风位置更加偏南,当暴雨日数呈现南方和北方两支型分布时,季风较强,影响中国东部大部分地区。(4)分析中国东部夏季暴雨日数不同分布型的水汽输送特征,结果表明,影响中国东部夏季不同暴雨日数分布型的水汽输送与西太平洋的异常反气旋式环流密切相关,形成暴雨的水汽更多来自于西太平洋。(5)分析中国东部夏季暴雨日数不同分布型的海温场特征,结果表明,渤海型和北方型暴雨日数多发生在拉尼娜发展或者维持时期;淮河型和长江型暴雨日数多发生在厄尔尼诺维持或者衰减时期;南方型暴雨日数多发生在厄尔尼诺发展时期;而当暴雨日数呈现出南方和北方两支型时,整个太平洋和北印度洋大部分地区均呈现出偏冷的状态,海、陆热力差异显著。     

四川山地暖季夜间暴雨的空间分布以及对海拔高度的依赖性

四川盆地是我国夜雨发生频次最高的地区，夜间暴雨是夜雨中可致灾并加剧防范难度的一类特殊气象灾害，但以往对四川山地夜间暴雨精细特性的相关研究较少。利用四川省2010—2019年2 165个国家及区域气象站逐小时降水资料，分区统计了四川暖季（5—9月）暴雨日夜间降水占日降水量的比例、夜间暴雨频次和夜间平均暴雨强度的基本特征，并通过趋势分析和地理加权回归等统计方法，分析了其空间分布及其与海拔高度的关系，获得以下结果：（1）四川暴雨日夜间降水占日降水量比例呈现自南向北递减的趋势，以海拔2 800 m为分界，表现为随海拔高度升高呈先增大、后减小的垂直分布特征，川西南山地与其他山地区域整体上升的变化趋势明显不同。（2）夜间暴雨频次较多的测站沿川西与川西南山地陡峭地形呈线性分布，夜间暴雨频次随海拔高度升高总体呈现减小的特征，川西山地和川西南山地的频次最大值分别出现在海拔800 m和500 m。（3）四川夜间平均暴雨强度整体随海拔的升高而减小，大值区主要位于川西山地和川东北山地，海拔700 m高度处的峰值强度主要由川西山地贡献。（4）川西山地夜间暴雨特征呈次数较多且每次强度大，川西南山地夜间暴雨为次数多但单次降水量较小，而川东北夜间暴雨的强度较大但次数较少。以上结果有助于深化对山地夜间暴雨精细特征的认识。