中国东部夏季降水与同期东亚副热带急流年代际异常的关系

利用中国738个台站的降水观测资料和NCEP/NCAR再分析资料, 分析了我国降水和200 hPa东亚副热带西风急流轴的年代际变化特征, 揭示了东亚副热带西风急流位置的南北移动与我国长江流域和华北降水异常之间的联系。结果表明, 我国东部地区夏季（7、 8月）降水异常主要表现为长江中下游地区多（少）雨, 华北及华南地区少（多）雨, 20世纪70年代末80年代初是这种异常分布型发生转折的时间。与此同时, 东亚高空副热带急流轴位置从70年代末开始逐渐偏南, 急流轴位置的变动将引起对流层低层水汽辐合区和高层散度分布以及垂直环流相应的变化, 进而引起降水区域的变化。相关分析发现, 当急流位置偏南时, 25°~35°N西风增强, 42°~50°N西风减弱, 华北夏季降水减少, 长江中下游地区夏季降水增多; 反之, 当急流位置偏北时, 华北夏季降水增多, 长江中下游地区夏季降水减少。与70年代末开始的我国东部地区急流轴位置逐渐南移相对应, 华北地区夏季降水呈现逐渐减少、 长江中下游地区夏季降水呈现逐渐增多的变化趋势。分析低层水汽通量和高层的散度分布以及垂直环流的差异发现, 1980年以来华北地区对流层中低层水汽通量辐合减弱, 水汽供应减少, 垂直上升运动减弱, 造成了华北夏季降水减少, 而长江中下游地区水汽通量辐合增加, 水汽供应增多, 垂直上升运动增强, 导致该地区降水增加。     

高空西风急流东西向形态变化对梅雨期降水空间分布的影响

利用40年的NCEP/NCAR再分析候平均资料和同期长江中下游地区逐日降水资料,使用合成方法分析了梅雨期东亚副热带高空西风急流的东西位置和形态变化特征,探讨了高空西风急流对梅雨期降水空间分布的影响.分析结果表明,梅雨期东亚大陆上空西风急流强度减弱且持续维持、西太平洋上空西风急流核分裂减弱直至出梅后消失,这是梅雨期200 hPa东亚高空西风急流东西向位置变化的主要特征.梅雨期,200 hPa副热带西风急流中心呈现东西向位置变化和海陆分布形态差异,西风急流中心东西向位置变化对梅雨起讫有着较好的指示意义.梅雨期东亚副热带高空西风急流东西形态分布差异不仅影响到长江中下游地区降水空间集中区的位置而且还影响到降水中心强度.进一步分析表明,当东亚西风急流主体位于西太平洋上空时,在长江下游地区形成高低空急流耦合的环流形势,强烈的辐合上升运动加上充足的水汽条件供应,有利于在长江下游形成集中的强降水区域.当高空西风急流位于东亚大陆上空时,在长江中下游地区高低空急流无耦合形势存在,长江中下游地区也没有强的集中降水区域.因此,东亚副热带高空西风急流东西向形态变化对长江中下游地区的高低空环流结构、地面集中降水区域的空间分布具有重要的影响.     

华北雨季降水年代际变化与水汽输送的联系

本文基于1961～2018年华北地区均一化逐日降水资料和ECMWF（欧洲中期天气预报中心）ERA5全球再分析环流资料,采用一种综合考虑降水量和西太平洋副热带高压脊线影响的雨季监测标准,计算了华北雨季起讫日期和降水量,在此基础上讨论了华北雨季季节内进程的水汽输送特征。重点分析了降水量与水汽收支的年代际变化关系,揭示了水汽输送的时空变化规律及其对华北雨季降水的影响。研究结果表明:（1）华北雨季每年的起讫日期不同,从而每年雨季发生时段和季节内进程不同。（2）降水的形成与水汽输送及其辐合密切相关,有四个水汽通道维持华北雨季降水,即印度季风水汽、东亚季风水汽、110°E～120°E之间越赤道气流向北的水汽输送和40°N附近中纬度西风带水汽。（3）华北雨季降水和净水汽收支具有相似的年代际变化特征,分别在1977、1987、1999年发生突变,总体呈现“减—增—减”的阶段性变化趋势,两者位相转变相关性很强。（4）水汽输送的强弱和到达华北时间的早晚均对雨季降水多寡有重要影响。华北多雨年代与少雨年代水汽通量有明显的差异,主要表现在:在多雨年代,西北太平洋为反气旋式环流异常,偏南水汽强盛,并且与中高纬西风带异常偏西水汽汇聚于华北,华北地区水汽辐合偏强;考虑季节内进程,水汽到达华北的时间早、强度大,停留时间长、辐合强,减弱的时间晚;而在少雨年代,我国东北地区、朝鲜半岛及日本海附近为气旋式环流异常,华北地区由南向北的水汽输送偏弱,水汽辐散明显加强;季节内进程表现出与多雨年代相反的特征。（5）考虑华北地区四个边界的水汽收支,南边界和西边界有最大、次大水汽输入,二者的年代际变化是影响雨季降水年代际变化的重要因素。在多雨年代,南边界和西边界水汽净输入很强,但北边界的输出也很强;在少雨年代,南边界和西边界水汽净输入很弱,但北边界转为输入,这是区别于多雨年代的重要特征。     

ENSO位相转换对华北雨季降水的影响

利用国家气候中心华北地区站点雨季降水数据及美国国家环境预报中心和大气研究中心（NCEP/NCAR）的再分析数据等资料,采用统计诊断方法,分析了1961~2014年华北雨季降水异常偏多（少）年对应的Ni?o3.4指数变化特征,发现华北雨季降水异常偏多年通常发生在El Ni?o结束且当年转为La Ni?a的年份,而华北雨季降水异常偏少年通常发生在赤道中东太平洋冷水位相结束且当年发展成El Ni?o事件的年份。并且在华北雨季降水异常偏多年,7~8月华北平均日降水量超过10 mm的天数约占25%,日降水量在4~10 mm的天数也约占25%,两者所占比率远高于华北雨季降水异常偏少年。对华北雨季降水异常偏多年的同期环流特征分析显示:西北太平洋副热带高压（副高）北跳偏早且有明显阶段性偏北情况,同时东亚高空副热带西风急流北移,从而造成华北雨季天气过程频繁、降水偏多。进一步诊断环流特征与ENSO位相转换的关系发现:相比El Ni?o衰减年,在El Ni?o转为La Ni?a的年份,7~8月500 hPa日本海到渤海正位势高度距平加强,更符合华北雨季降水偏多年的典型环流特征;同时热带沃克环流显著加强,造成东亚高空副热带西风急流北移更为显著,从而更有利于华北盛夏和雨季降水偏多。文中揭示的现象启示我们在做华北盛夏降水和雨季降水的预测时,需要关注ENSO事件前期的变化速度以及未来的演变特征。     

夏季东亚西风急流Rossby波扰动异常与中国降水

利用1958～2003年NCAR/NCEP再分析和中国160 站月降水资料，探讨沿东亚西风急流Rossby波扰动动能异常对东亚夏季风环流和中国夏季（6～8月）降水的影响及其响应机理。研究发现:（1）夏季东亚西风急流Rossby波扰动动能加强（减弱), 东亚西风急流位置偏南（北)、强度偏强（弱）。（2）该扰动动能具有显著的年际和年代际变化特征， 1958～1978年处于年代际偏弱阶段，1979～1998年处于年代际偏强阶段。（3）该扰动动能加强（减弱), 200 hPa 辐合区位于30?N以南（以北）西太平洋地区，此时，500 hPa 西太平洋副热带高压位于30?N以南（以北), 850 hPa 反气旋性距平环流出现在东亚30?N以南（以北）地区，而30?N以北（以南）为气旋性距平环流，东亚热带季风环流加强（减弱), 梅雨锋加强（减弱), 夏季中国东部降水中间多、南北少（中间少、南北多）。（4）东亚高、中、低层大气环流对高层东亚西风急流Rossby波扰动动能强弱响应由对流层上层散度场及垂直速度场变化完成。     

中国北方季风区盛夏典型雨型的大气环流背景和海表温度演变特征

利用中国北方季风区46站盛夏降水观测资料,采用经验正交函数分解（EOF）、合成分析和相关分析等方法,将盛夏北方季风区划分为4类雨型:A型全区一致偏多、B型全区一致偏少、C型华北偏多东北偏少和D型华北偏少东北偏多,并对比分析了四类雨型同期大气环流和前期至同期海温演变特征的差异,以探讨其形成机制及前期预测信号。结果表明:四类雨型对应的东亚大气环流和海温演变具有明显的差异。A型年:东亚副热带西风急流（西风急流）和西太平洋副热带高压（西太副高）位置偏北,东亚夏季风偏强,欧亚中高纬以纬向环流为主,北方季风区低层辐合、高层辐散,冷暖空气在北方季风区辐合;从前冬至夏季,赤道中东太平洋类似于东部型La Ni?a发展年的海温异常分布,北大西洋海温三极子模态（NAT）负位相逐渐形成;B型年则基本相反。C（D）型年:西风急流异常偏北（略偏南）,西太副高偏西（东）偏北,华北盛行西南（西北）风,东北盛行东北（东南）风,华北地区对流层低层辐合（辐散）高层辐散（辐合）,东北地区对流层低层辐散（辐合）高层辐合（辐散）,东北冷涡较弱（活跃）;从前冬至夏季,赤道中东太平洋和印度洋逐渐由暖海温向冷海温转变（El Ni?o分布形态逐渐形成）。     

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。     

青藏高原热力异常与华北汛期降水关系的研究

利用1980～1994年NCEP/NCAR再分析资料,以及我国336个测站1956～1994年月降水量资料,通过诊断分析和数值实验,研究了夏季高原上热力异常与华北汛期降水的关系.结果表明:华北汛期干旱年,青藏高压及西太平洋副热带高压偏南、偏东,华北汛期降水偏多年则相反;华北汛期旱年时,高原上升、高原东侧邻近地区下沉的垂直环流明显加强,而降水偏多年时,垂直环流减弱,华北地区为上升气流控制;夏季高原为热源和水汽汇区,它们的异常对华北地区降水有很大影响,当热源和水汽汇增强(减弱)时,华北地区降水偏少(偏多).数值试验表明,高原上潜热加热异常引起青藏高压、西太平洋副热带高压、亚洲季风以及欧亚中高纬地区环流的变化,进而影响到华北地区的降水.     

一个新的东亚副热带夏季风指数的定义

利用1958—2014年夏季NCEP/NCAR大气环流资料和中国486站降水观测资料,通过多种统计诊断方法,从与夏季中国东部3类不同雨型分布相联系的东亚高低层风场变化特征出发,依据与雨带变化密切联系的高层200 hPa纬向风定义了一个新的东亚副热带夏季风指数。分析表明,该指数不仅能反映夏季东亚大气环流的变化特征,兼顾北方冷空气活动和南方东亚夏季风环流变化,同时还能反映夏季中国东部降水南北差异的年际特征。强东亚副热带夏季风指数年,高层中纬度西风急流位置偏北,低层西太平洋副热带高压偏强偏北,有利于冷空气活动位置偏北和东亚东部西南暖湿气流向北推进,中国东部多以Ⅰ类雨型为主;弱东亚副热带夏季风指数年的环流变化刚好相反,中国东部多以Ⅲ类雨型为主。与现有东亚夏季风指数的对比分析表明,该指数在反映中国东部南北区域降水变化的差异方面有很大改进。     

夏季逐月东亚高空急流异常对我国降水的影响

根据1981～2010年NCEP/DOE再分析资料与中国160站降水资料,利用统计学、物理量诊断等方法,探讨夏季东亚季风环流系统重要成员——东亚高空西风急流位置、强度逐月变化与我国降水的关系。分析表明:6～8月东亚高空西风急流比各自气候态位置偏南(北)时,易造成6月华南、江南地区降水、7月江淮流域降水以及8月长江中上游地区降水偏多(少)。本文重点分析2010年6月、2007年7月及2006年8月东亚高空西风急流位置异常时东亚高、低纬度环流特征及其对我国降水影响的物理成因。研究发现:2010年6月东亚高空西风急流稳定在35°N以南。急流轴南侧(北侧)为强辐散(辐合)距平,相应低层辐合(辐散),造成江南、华南地区从低层至高层的强上升运动,配合整层偏西水汽通量距平,为该地区持续性降水提供了有利的动力和水汽条件;2007年7月东亚高空急流位置偏南、强度偏弱,急流月内尺度扰动偏强,使得东亚中高纬度冷空气活动频繁,造成淮河流域出现持续性暴雨;2006年8月东亚高空西风急流位置持续偏北、强度偏强,有利西太平洋副高西伸、北抬,我国四川—重庆地区受副高控制,出现了极端高温干旱天气。     

夏季东亚高空急流月际变化与淮河流域降水异常的关系

利用1979～2008年NCEP/NCAR再分析资料与中国160站降水资料,探讨夏季逐月东亚高空急流异常与淮河流域降水的关系.研究表明,夏季淮河流域降水多寡与东亚高空急流月际变化密切相关.6月淮河流域降水偏多(偏少)的环流特征为东亚高空西风急流位置比气候态偏北(偏南),亚洲中高纬地区呈两脊一槽(两槽一脊)环流型,影响我...     

Seasonal Variation of the East Asian Subtropical Westerly Jet and Its Association with the Heating Field over East Asia

The structure and seasonal variation of the East Asian Subtropical Westerly Jet （EAWJ） and associations with heating fields over East Asia are examined by using NCEP/NCAR reanalysis data. Obvious differences exist in the westerly jet intensity and location in different regions and seasons due to the ocean-land distribution and seasonal thermal contrast, as well as the dynamic and thermodynamic impacts of the Tibetan Plateau. In winter, the EAWJ center is situated over the western Pacific Ocean and the intensity is reduced gradually from east to west over the East Asian region. In summer, the EAWJ center is located over the north of the Tibetan Plateau and the jet intensity is reduced evidently compared with that in winter. The EAWJ seasonal evolution is characterized by the obvious longitudinal inconsistency of the northward migration and in-phase southward retreat of the EAWJ axis. A good correspondence between the seasonal variations of EAWJ and the meridional differences of air temperature （MDT） in the mid-upper troposphere demonstrates that the MDT is the basic reason for the seasonal variation of EAWJ. Correlation analyses indicate that the Kuroshio Current region to the south of Japan and the Tibetan Plateau are the key areas for the variations of the EAWJ intensities in winter and in summer, respectively. The strong sensible and latent heating in the Kuroshio Current region is closely related to the intensification of EAWJ in winter. In summer, strong sensible heating in the Tibetan Plateau corresponds to the EAWJ strengthening and southward shift, while the weak sensible heating in the Tibetan Plateau is consistent with the EAWJ weakening and northward migration.     

Impacts of the Zonal Position of the East Asian Westerly Jet Core on Precipitation Distribution During Meiyu of China

The east-west location change of the East Asian westerly jet （EAWJ） at 200 hPa during Meiyu and the associated spatial distribution variation of precipitation in the middle-lower reaches of the Yangtze River （MLYR） are investigated by using the 40-yr NCEP/NCAR （National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research） pentad mean reanalysis data and daily precipitation observation data from 1958 to 1997. The results show that there are two areas over which the 200-hPa EAWJ center appears most frequently during the Meiyu period： one is the western Pacific （WP） and the other is the East Asian continent （EAC）. During the Meiyu period, the westerly jet over the EAC is weak, and the core of the westerly jet over the WP splits up with reduced intensity and disappears by the end of Meiyu. The changes in the location and intensity of the westerly jet are associated not only with the starting and ending dates of Meiyu, but also with the spatial distribution and intensity of precipitation in the MLYR. It is found that when the westerly jet core in the upper troposphere is located over the WP and is coupled with an 850-hPa southwesterly jet, heavy precipitation accompanied by strong convergence and plenty supply of water vapor, occurs in the lower reaches of the Yangtze River. If the 200-hPa westerly jet core is located over the EAC, and without an 850-hPa southwesterly jet, only weak precipitation occurs in the MLYR. Therefore, the longitudinal location of the EAWJ core plays an important role in determining the upper- to lower-level circulation structure and the spatial distribution of heavy precipitation in the MLYR during the Meiyu period.     

东亚副热带西风急流季节变化特征及其热力影响机制探讨

利用1961—2000年NCEP/NCAR月平均再分析资料对东亚副热带西风急流强度和位置的季节变化进行了分析,指出急流位置季节变化不仅有明显的南北向移动,6—7月还存在东西方向的突变特征,同时急流轴在北进过程中具有东西向的不一致性,急流中心强度的变化超前于位置的南北移动。在此基础上,采用动态追随急流中心移动的方法,探讨东亚副热带西风急流季节变化的热力影响机制,发现东亚副热带西风急流强度变化及位置移动与对流层中上层气温南北差异的分布结构有很好的对应关系,这说明急流的季节演变是对辐射季节变化及由于东亚特殊的海陆分布和青藏高原大地形影响而造成纬向不均匀加热的响应。从各热量输送项与急流的关系来看,从冬半年到夏半年的增暖时段,急流中心南北温差减小,急流减弱北进;从夏半年到冬半年的降温时段,急流中心南北温差增大,急流加强南退。热量平流输送的经向差异是造成急流中心南北温差的主要原因,急流跟随热量平流输送最大经向梯度中心位置南北移动。非绝热加热对急流中心的东西移动有引导作用,青藏高原春夏季对对流层中上层强大的加热作用是导致6—7月急流中心位置西移突变的原因。     

Anomalous Midsummer Rainfall in Yangtze River-Huaihe River Valleys and Its Association with the East Asia Westerly Jet

In this study, the interannual and interdecadal relationship between midsummer Yangtze River-Huaihe River valley (YHRV) rainfall and the position of the East Asia westerly jet (EAWJ) were investigated. The midsummer YHRV rainfall was found to significantly increase after the 1980s. Moreover, the location of the EAWJ was found abnormally south of the climatic mean during 1980–2008 (ID2) compared to 1951–1979 (ID1). During ID2, associated with the southward movement of the EAWJ, an anomalous upper-level conver-gence occurred over middle-high latitudes (35°–55° N) and divergence occurred over lower latitudes (～30°N) of East Asia. Correspondingly, anomalous descending and ascending motion was observed in middle-high and lower latitudes along 90°–130° E, respectively, favoring more precipitation over YHRV. On an interan-nual time scale, the EAWJ and YHRV rainfall exhibited similar relationships during the two periods. When the EAWJ was centered abnormally southward, rainfall over YHRV tended to increase. However, EAWJ-related circulations were significantly different during the two periods. During ID1, the circulation of the southward-moving EAWJ exhibited alternating positive–negative–positive distributions from low to middle– high latitudes along the East Asian coast; the most significant anomaly appeared west of the Okhotsk Sea. However, during ID2 the EAWJ was more closely correlated with the tropical and subtropical circulations. Significant differences between ID1 and ID2 were also recorded sea surface temperatures (SSTs). During ID1, the EAWJ was influenced by the extratropical SST over the northern Pacific; however, the EAWJ was more significantly affected by the SST of the tropical western Pacific during ID2.     

Seasonal Variations of the East Asian Subtropical Westerly Jet and the Thermal Mechanism

The seasonal variations of the intensity and location of the East Asian subtropical westerly jet (EAWJ) and the thermal mechanism are analyzed by using NCEP/NCAR monthly reanalysis data from 1961 to 2000. It is found that the seasonal variation of the EAWJ center not only has significant meridional migration, but also shows the rapid zonal displacements during June-July. Moreover, there exists zonal inconsistency in the northward shift process of the EAWJ axis. Analysis on the thermal mechanism of the EAWJ seasonal variations indicates that the annual cycle of the EAWJ seasonal variation matches very well with the structure of the meridional difference of air temperature, suggesting that the EAWJ seasonal variation is closely related to the inhomogeneous heating due to the solar radiation and the land-sea thermal contrast. Through investigating the relation between the EAWJ and the heat transport, it is revealed that the EAWJ weakens and shifts northward during the warming period from wintertime to summertime, whereas the EAWJ intensifies and shifts southward during the cooling period from summertime to wintertime. The meridional difference of the horizontal heat advection transport is the main factor determining the meridional temperature difference. The meridional shift of the EAWJ follows the location of the maximum meridional gradient of the horizontal heat advection transport. During the period from April to October, the diabatic heating plays the leading role in the zonal displacement of the EAWJ center. The diabatic heating of the Tibetan Plateau to the mid-upper troposphere leads to the rapid zonal displacement of the EAWJ center during June-July.     

夏季东亚西风急流扰动异常与副热带高压关系研究

利用1979—2003年NCEP/NCAR月平均再分析资料, 探讨夏季 (6—8月) 200 hPa东亚西风急流扰动异常与南亚高压和西太平洋副热带高压的关系。研究指出:夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强 (减弱), 东亚西风急流位置偏南 (偏北)、强度偏强 (偏弱); 东亚西风急流扰动动能强弱不仅与北半球西风急流强弱和沿急流的定常扰动有关, 而且还与东亚地区高、中、低纬南北向的扰动波列有关, 亚洲地区是北半球中纬度环球带状波列异常最大的区域。夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强 (减弱), 南亚高压的特征为位置偏东 (偏西)、强度加强 (减弱); 西太平洋副热带高压的特征为位置偏南 (偏北)。东亚环流特别是500 hPa西太平洋副热带高压对东亚西风带扰动异常的响应由高空东亚西风急流南侧的散度场及其对流层中下层热带和副热带地区的垂直速度距平场变化完成。     

1951-2005年燕山南麓夏季降水变化特征

利用燕山南麓1951-2005年夏季降水资料和NCEP再分析资料,采用统计分析等方法,对燕山南麓夏季降水演变规律进行了研究。结果表明：近55 a来,燕山南麓夏季降水线性减少趋势显著,平均每10 a年减少29 mm,夏季降水在20世纪70年代末发生了一次气候突变。燕山南麓夏季降水和东亚夏季风变化周期不一致。燕山南麓夏季降水减少主要是由于亚洲中纬度地区和极地地区环流变化造成的。     

冬季大尺度流型与夏季中国降水量

对近45年（1951—1995年）前期冬季北半球500 hPa高度距平场和夏季中国降水量进行旋转奇异值分解（RSVD）,研究了耦合相关空间分布的区域特性,同时分析了相关型的时间演变。结果表明,旋转奇异值分解有效地揭示了前期冬季北半球500 hPa大尺度流型与夏季中国降水耦合相关型的区域分布特征,并且物理意义明确。利用Galerkin有限元集中质量法,讨论了非饱和土壤水流动的数值计算模型,用以模拟均质土壤,地下水埋藏很深且在不同的初始和边界条件下的水分运动。通过将第一类边界条件齐次化,而对于第二类非线性边界条件采用变分的办法将其直接转化为已知边界通量的计算,从而容易且较好地处理了带通量约束边界条件。对于入渗或蒸发问题,用通常的在分析比较不同地区降水化学特性时,如果列出各种离子的具体数值,既显得繁琐又不容易得出结论。现提出一种简便方法,即先概括出几种最重要的降水化学特性,分别以字母代表,再把这些特性分成几个等级以数字表示,就能很直观方便地比较这些地区的降水化学特性。还利用权威观测资料,以上述方法具体比较了世界主要酸雨地区的降水化学特性。