海南岛春季降水异常的环流和海温特征

利用海南岛18个市县国家气象观测站月降水资料、NCEP\NCAR的逐月资料、美国NOAA中心OISST1的海温逐月资料,研究了海南岛春季降水变化及降水异常的大气环流变化特征,结果表明:海南岛春季降水量较大的地区为东北部到中部地区。春季降水量的特征时间尺度分别为2和6年。降水偏多(或偏少)年,高层位势高度呈现北高(或低)南低(或高)的分布状态,中层贝加尔湖和巴尔喀什湖之间高压脊偏强(或偏弱),东亚大槽偏强(或偏弱)、偏南(或偏北),副高偏弱(或偏强)、偏南(或偏北),有利于(或不利于)北方冷空气南下扩散到华南地区,中南半岛到南海中北部低压(或高压)异常。降水偏多年,西南风携带大量水汽经孟加拉湾南部、中南半岛南部进入南海后与冷空气汇合;降水偏少年,冷空气活动偏北,西南风偏弱。当赤道附近的中东太平洋海区的海温异常偏低、30N°附近的北太平洋海区和我国的黄海、东海附近海区的海温异常偏高时,有利于春季降水,反之则不利于春季降水。     

云南冬季降水的演变特征及成因分析

利用云南124个气象观测站逐月降水量资料、NCEP/NCAR再分析大气环流资料和海表面温度(SST)资料,分析了云南冬季降水时空演变特征及其相对应的大气环流异常和海温异常。结果表明:(1)云南冬季降水第一模态表现为一致性变化模态,方差贡献为53%,具有显著的准5年周期,该模态具有一定的年代际变化特征。(2)第二模态表现为滇中及以东、以南与滇西及滇西北地区反位相振荡模态,方差贡献为13.4%,具有显著的准3年周期,也具有一定的年代际变化特征。(3)云南冬季降水与大气环流异常密切相关。当云南冬季降水偏多(少)时,中国大陆大部分地区海平面气压偏高(低),近地面冷高压活动频繁(偏少),冷空气易(不易)南下影响云南;500 hPa高度场上,中高纬度贝加尔湖附近高度场偏高(低),该处的脊强(弱),有(不)利于引导北方冷空气南下;同时,中低纬度在孟加拉湾北部高度场偏低(高),南支槽偏强(弱),有(不)利于南方暖湿空气向北输送。来自南海和孟加拉湾的异常水汽输送在云南形成辐合(辐散),从而造成该地区降水异常偏多(少)。(4)云南冬季降水与海温异常也存在密切关系。云南冬季降水偏多、偏少年,太平洋海温差异场呈类似El Nino年的分布:赤道中东太平洋的SST异常偏高,而菲律宾以东的西太平洋SST异常偏低。El Nino年冬季降水以偏多为主;而La Nina年,则以偏少为主。赤道中东太平洋海温异常对云南冬季降水具有一定的潜在预报意义。(5)北极涛动(AO)与云南冬季降水存在密切相关关系。当AO为正(负)位相时,云南冬季降水偏多(少)。同时,AO与云南冬季降水的关系在一定程度上受ENSO事件的制约,在ENSO暖位相时,冬季AO与云南冬季降水密切相关,而在ENSO冷位相时两者间几乎没有联系。     

2015年11月浙江省降水异常成因分析

利用NCEP/NCAR大气环流资料、NOAA ERSST.V3b海温资料以及浙江省66个台站1971年以来的降水资料,分析了浙江省11月降水偏多对应的高低层大气环流异常特征以及与热带海温异常的联系,并在此基础上对2015年11月浙江省降水异常偏多的事实进行梳理和个例诊断。结果显示,2015年11月浙江省处于降水偏多的气候背景,同时北半球北极涛动正位相异常偏强、中高纬地区经向环流偏弱,西北太平洋副热带高压强度异常偏强、位置偏西是造成降水异常偏多的主要原因;统计分析表明巴尔喀什湖地区500 hPa高度场和西太平洋副热带高压强度与浙江省11月份降水具有显著相关;厄尔尼诺是导致浙江省11月降水偏多的重要外强迫因子之一,2015年11月Niño3.4指数达历史峰值,是造成浙江省同期降水异常偏多的主要原因。     

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。     

2013年秋季东北地区气候异常及成因分析

2013年秋季,东北地区气候异常特征总体表现为：气温偏高,降水总体偏多,尤其10和11月降水持续异常偏多。分析表明,西北太平洋中纬度地区暖海温外强迫和大气环流系统的组合异常是东北地区气候异常的主要原因。秋季北极涛动正位相特征显著,东北地区上空为异常正高度距平控制,环流异常形势不利于冷空气扩散南下影响东北地区,造成秋季东北地区明显偏暖。秋季中后期,东北地区降水偏多主要受西北太平洋中纬度地区异常偏强的东南风水汽输送影响。     

青藏高原西侧地区冬季降水的年际变率及其影响因子

基于全球降水气候中心（GPCC）和全球降水气候计划（GPCP）的降水数据及ERA-interim再分析资料,分析了1979~2012年冬季青藏高原（简称高原）西侧地区降水的基本特征及影响其年际变率的潜在因子。结果表明高原冬季降水主要发生在其西侧地区且为全区变化一致型,降水所需的水汽主要来自上游地区,从该区域的西边界输入。然而,高原西侧地区冬季降水的年际变率主要由水汽输送的动力过程所决定,表现为高原西侧的西南风异常。此外,高原西侧冬季降水的年际变率与其上游典型的大气内部变率北大西洋涛动和北极涛动相关性不强,而与赤道西印度洋和热带中东太平洋的海温显著相关。热带中东太平洋海温异常通过影响大气环流变化,在印度洋北部激发一个反气旋式的环流异常,使得高原西侧地区出现异常西南风,从而加强了水汽通量输送的动力作用。同时在赤道异常东风的作用下,暖水也向印度洋西部输送堆积。赤道中东太平洋海温的异常可进一步导致西风急流发生南北移动,从而也在一定程度上影响了高原西侧冬季水汽输送以及降水的年际变率。     

冬季喀拉海、巴伦支海海冰面积变化对后期北太平洋海温的影响

采用Ｗａｌｓｈ的１９５３～１９９０年逐月北极海冰密集度资料、１９５３～１９８７年北半球海表温度资料、１９４６～１９８９年月平均５００ｈＰａ高度场以及１９８０～１９８９年８５０ｈＰａ高度场、风场和温度场资料,研究了冬季北极关键区（喀拉海、巴伦支海海区）海冰面积变化对后期北太平洋海表温度的影响。研究结果表明：冬季喀拉海、巴伦支海海冰可以影响初夏北太平洋中部海温。冬季该海区海冰偏多,则冬、春季节亚洲大陆冷空气活动偏北,春季白令海海冰偏少、阿留申低涡减弱西移,引导偏北的大陆冷空气南下,在热力和动力共同作用下,使北太平洋中部海温偏低;相反,冬季喀拉海、巴伦支海海冰偏少时,则冬、春季节亚洲大陆冷空气活动偏南,冷空气在东亚地区向南爆发,同时,白令海海冰偏多、阿留申低涡加深东移,北太平洋中部西风偏强且位置偏北,东太平洋副热带高压位置也偏北,使北太平洋中部海温受到来自低纬度地区暖湿气流的影响,海温将偏高。     

冬季北极涛动异常与新疆气温变化的关系

基于新疆96个气象站1961—2014年月平均气温、北极涛动指数和NCEP/NCAR再分析环流资料,分析了冬季北极涛动异常与新疆同期气温变化的关系及其影响。结果表明:冬季北极涛动指数与新疆冬季平均气温相关较好,42.7%的测站冬季气温与北极涛动指数的相关系数通过0.05显著性水平检验,主要集中在新疆北部地区。在冬季北极涛动指数偏强的7 a,新疆冬季气温偏高、偏低的概率分别为93.0%与6.3%;在冬季北极涛动指数异常偏低的14 a,冬季气温偏高、偏低的概率分别为41.5%和56.1%,偏低概率高于偏高概率。当冬季北极涛动指数偏强时,850 h Pa新疆及其北部广大区域盛行异常偏南风,不利于冷空气南下,新疆冬季气温高;反之,盛行异常偏北风,新疆冬季气温偏低。     

海温异常对东亚夏季风强度先兆信号的影响

利用ERA-Interim再分析资料、NOAA海温资料、CMAP格点降水资料和中国气象站降水资料,通过合成、相关和回归分析等方法研究了1979—2012年东亚夏季风强度与其先兆信号的关系,并分析了热带海温异常的可能影响。研究表明:东亚夏季风先兆指数反映了2月200 hPa纬向风距平的主要模态特征 (EOF1),前冬热带中东太平洋海温偏低 (高),2月亚洲地区西风急流位置偏北 (偏南),东亚夏季风先兆指数偏强 (弱)。前期热带海温异常对东亚夏季风强度有明显影响,前冬热带中东太平洋海温偏低 (高) 有利于东亚夏季风偏强 (弱)。2月亚洲中纬度地区纬向风异常特征在春季不能持续,先兆信号与东亚夏季风强度的联系主要源自热带海洋。     

2021年山东秋季降水异常偏多成因分析

利用1961—2021年山东123个国家级气象观测站逐日降水资料、ERA5逐月再分析资料和NOAA海温数据,对2021年山东秋季降水异常偏多成因进行分析。结果表明,500 hPa位势高度场上中高纬地区上空存在着“两脊一槽”双阻型的环流形势,贝加尔湖以西地区长波槽加深加强,有助于西路冷空气南下东传影响山东。西太平洋副热带高压(以下简称副高)较常年面积偏大,强度偏强,脊点偏西,脊线偏北,将外围充足的暖湿气流向北输送至黄淮地区,为山东地区提供了充足的水汽。冷空气与暖湿气流交汇于黄淮地区,导致降水异常偏多。进一步分析表明,在赤道中东太平洋冷水状态和印度洋海温持续暖位相的协同影响下,导致副高偏强偏西偏北,从而为暖湿气流输送提供有利的水汽条件。副高异常偏强偏北、南美东海岸和北太平洋海温异常偏暖、赤道中太平洋海温异常偏冷是造成山东9月降水异常偏多的主要原因。     

青藏高原冬季1月绕流的变化特征及其对中国气候的影响

利用1979～2019年NCEP/NCAR再分析资料和中国地面基本气象要素日值数据集（V3.0）的气温和降水资料,首先定义了客观表征冬季青藏高原南北两支绕流变化的指数,然后分析了其不同的变化特征,并采用相关分析、合成分析等方法初步研究了青藏高原南北两支绕流异常变化对中国气温和降水的影响机制。主要结果有:（1）青藏高原冬季北支绕流和南支绕流之间呈显著的负相关;北支（南支）绕流强、南支（北支）绕流弱时,对流层中低纬度地区从高原西部到我国东部沿岸为一个大范围的异常反气旋式（气旋式）环流系统,500 hPa高原的中部为一个异常反气旋（气旋）环流中心。（2）青藏高原冬季南北两支绕流的变化对中国冬季天气气候有显著影响。当青藏高原北支绕流强（弱）时,中国除东北是气温偏低（高）、降水偏多（少）外,河套、青藏高原及长江以南则是气温偏高（低）、降水偏少（多）;当南支绕流强（弱）时,中国气温普遍偏低（高）,东北及新疆北部是降水偏少（多）,南方大部分地区是降水偏多（少）。（3）分析高原绕流异常变化对中国天气气候的影响机制表明:当青藏高原北支绕流强、南支绕流弱时,中国东部35°N以北的对流层中都是异常西北风,35°N以南都是异常东北风,受高原异常纬向绕流影响,对流层大气为明显的“正压结构”;相应的对流层底层从南到北为一致的异常西南风,850 hPa以上35°N的之间为反气旋式切变和下沉运动异常,300 hPa以下异常偏暖,这些条件加强了下沉增温,导致中国东部气温偏高、降水偏少。当青藏高原南支绕流强、北支绕流弱时,对流层中的纬向风异常则为明显的“斜压特征”,异常西风呈现为从对流层低层到高层、低纬度到高纬度的倾斜的带状特征,其下方自华南近地面到华北200 hPa的“三角形”状异常东风,配合相应的经向风异常和华南到华北的异常上升运动,低层为“三角形”状的异常冷气团向南切入到中国南海,中上层为异常偏暖的西南气流在冷气团上自南向北爬升到中高纬度地区,导致中国大范围的气温异常偏低、降水偏多。     

南半球环流异常与我国夏季旱涝分布关系及其影响机制

利用1951—2000年NCEP/NCAR风场和高度场再分析资料及全国160站降水量资料, 采用奇异值分解、相关和合成分析方法, 研究6—8月南半球500 hPa高度、高低层纬向风距平差异常 (Δu₈₅₀-Δu₂₀₀) 与我国夏季旱涝分布的关系及其影响机制。结果表明:当500 hPa澳大利亚高压脊偏强及西南太平洋热带地区高低层纬向风距平差为负值时, 来自南半球冷空气活动偏弱, 有利于西北太平洋副热带高压位置偏南, 热带季风偏弱, 我国夏季雨带偏南。反之, 当澳大利亚高压脊偏弱及西南太平洋热带地区高低层纬向风距平差为正值时, 我国北方降水偏多。同时, 定义了澳大利亚冬季风指数, 指出澳大利亚冬季风强年和弱年影响我国夏季旱涝分布异常的水汽输送型式不同。     

青藏高原东部冬季降水对北极涛动异常的响应

基于1979—2015年中国区域CN05.1格点降水以及全球降水气候中心（GPCC）降水等数据资料,采用回归、合成分析等方法,分析了青藏高原东部（简称高原）冬季降水的南、北区域性差异及其年际变化对北极涛动（AO）异常的响应。结果表明:（1）高原北部和南部冬季降水都与AO异常存在密切关系,但降水的年际变化并不一致,对AO异常响应的机理也不同。（2）高原北部冬季降水变化主要和东亚冬季风有关,AO正（负）异常时东亚冬季风减弱（增强）,高原北部对流层各层均为东南（西北）风距平,有（不）利于西太平洋的水汽进入高原北部,导致北部降水增加（减弱）。（3）高原南部冬季降水变化主要和南支槽有关,AO正（负）异常时南支槽加强（减弱）,有（不）利于源自孟加拉湾的水汽北上高原,低层辐合（散）高层辐散（合）,上升（下沉）运动增强,导致南部降水增加（减弱）。简言之,AO通过影响东亚冬季风（南支槽）,进而影响高原北（南）部冬季降水,但AO负异常对高原冬季降水的影响比AO正异常的影响更加显著。      

中国南方冬雨与El Niño事件相关关系的年代际差异及其成因

利用1961—2016年中国160站逐月降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用统计学方法分析了中国南方冬雨与El Niño事件相关关系的年代际差异及其成因。结果表明：1）1961—2016年南方冬雨年际变化显著,且降水量呈现阶段性变化,1961—1988年为少雨期,1989—2016年为多雨期。2）El Niño事件与南方冬雨之间的相关关系存在年代际差异。1961—1988年El Niño事件冬季,500 hPa上中国东部地区位势高度距平的经向差异很小,不利于冷空气向南推进,850 hPa上中国南方南风距平偏小,来自孟加拉湾和南海的水汽较难向中国南方地区输送,且中国南方地区受下沉运动异常影响,对流发展受抑制,故南方冬雨偏少;1989—2016年El Niño事件冬季,500 hPa上中国东部地区位势高度距平的经向梯度较大,有利于冷空气向南推进,850 hPa上南海北部到中国东部出现异常的西南风,有利于孟加拉湾和南海的暖湿气流向中国南方地区输送,且中国南方地区受上升运动异常控制,有利于对流发展,故南方冬雨偏多。     

西北太平洋冷海温对东亚初夏大气环流影响的数值研究

利用改进的NCAR CCM3气候模式, 研究了1992年西北太平洋持续冷海温对东亚初夏季节大气环流的影响。西北太平洋冷海温不利于初夏东亚南支西风急流季节性北移, 引起亚洲东部沿海低槽明显加深, 东亚大槽平均高度场降低了4.66 dagpm, 从而也不利于西太平洋副热带高压的西伸加强。西北太平洋冷海温还不利于我国大陆初夏温度场回升, 特别是引起我国东北地区近地面温度下降2~5 ℃, 是影响东北冷夏现象的重要原因之一。模拟结果表明, 1992年初夏江淮入梅期较常年偏晚, 降水异常偏少, 与紧邻东亚大陆的西北太平洋持续冷海温有关。     

Effects of the upstream temperature anomaly on freezing rain and snowstorms over Southern China in early 2008

By using ERA-Interim data, the temperature anomaly of the freezing rain and snowstorm event that occurred from 11 to 22 January 2008 in southern China was analyzed. During this period, diabatic heating and temperature advection caused the temperature to increase anomalously over the Tibetan Plateau. The anomalously high temperature moving from the Tibetan Plateau to southern China played several roles. First, the upper-level subtropical jet over China was split into two parts in the north–south direction, which affected the development of freezing rain in southern China; second, a ridge formed because of the warmer air moving to China, which hindered the transport of cold air from its upstream blocking high, forced the cold air to gather behind the ridge, and facilitated the severe cold air outbreak in the later period of the event; third, an inversion layer formed because of the lower-level cold air and upper-level warmer air over southern China, which was conducive to the development of the event over southern China; and finally, because of the temperature anomaly, opposite wind directions appeared at the lower levels (below 700 hPa), which helped transport of warm-moist and cold-dry air to the event area.     

中国南方准静止锋对冬季大范围冻雨的影响

利用1979—2016年1月逐日0.125°×0.125° ERA-Interim再分析资料及冻雨观测资料,通过个例合成等方法,探讨了中国南方准静止锋和冬季大范围冻雨的关系。结果表明:（1）中国南方大范围冻雨受昆明和华南准静止锋共同影响呈东西带状分布;（2）青藏高原东侧逆温之强,范围之广以及水汽之充沛的主要原因,一是冷空气常堆积在横断山脉以东和南岭山脉以北等中国广大的南方地区,其形成机制主要为冷平流和绝热冷却,地势较高地带非绝热冷却也较明显;二是700和850 hPa暖平流形成的暖层也十分宽广;三是850 hPa源自中国南海和西太平洋的湿平流输送;（3）500 hPa东亚大槽、700 hPa南支槽、850 hPa反气旋和地面蒙古冷高压为青藏高原东侧对流层低层极地大陆性气团与热带海洋性气团和热带大陆性气团交绥创造了必要的环流条件;（4）东亚冷空气爆发从青藏高原东侧南下,迫使近地面暖湿气团抬升形成华南准静止锋。同时,受青藏高原东部地形的阻挡产生冷空气堆积。当冷空气堆积到一定厚度向西爬上低纬高原时,又与南支西风相遇形成昆明准静止锋。由昆明和华南准静止锋形成的复杂锋面结构,伴随宽广而强烈的逆温有利于中国南方大范围冻雨的产生。      

冬季东亚高空急流季节内协同变化及对我国东部降水的影响

利用ERA-Interim再分析资料,采用滤波和合成分析等统计方法,分析了冬季东亚高空急流的季节内协同变化以及对我国东部降水的影响,结果表明:在季节内尺度(10~90天)中,东亚地区冬季300 hPa逐日纬向风主要表现为准双周振荡(10~30天)。300 hPa低频纬向风异常整体向东传播,高纬的低频纬向风异常向南传播,低纬低频纬向风没有明显经向传播特征。伴随低频纬向西风从里海附近开始向东移动至西北太平洋上空,温带急流向东再向东南移动并且强度先增强再减弱,副热带急流位置没有明显变化,强度演变特征与温带急流变化相反。降水异常对300 hPa风场低频振荡有显著响应,低频降水主要出现在我国东部,随时间向东移动,移至西太平洋附近消失;受低频风场影响,温带急流偏强,副热带急流偏弱时,我国东部高空辐合,地面表现为低频高压,整层有较强下沉气流,地面为东北风控制,不易产生降水;温带急流偏弱,副热带急流偏强时,青藏高原北侧整层一致东风异常,南侧整层一致西风异常,使我国东部高空辐散,地面受低频低压控制,我国东部产生整层上升运动,并且有西南风水汽输送,水汽辐合,我国东部出现低频降水正异常。      

The Significant Relationship between the Arctic Oscillation (AO) in December and the January Climate over South China

Using NCEP/NCAR reanalysis data, the China rainfall and surface temperature data of the China Meteorological Administration, and the Arctic Oscillation (AO) indices of NOAA, the author investigates relationships between the AO and the precipitation and temperature over China. There exists a good relationship between the AO index in December and the succeeding January precipitation over South China, indicating that when the December AO index is positive (negative), the January precipitation over South China increases (decreases). A remarkable negative correlation between the December AO index and the January surface temperature also exists over South China, indicating that when the December AO index is positive (negative), the January temperature over South China drops (rises). The occurrence of this anomalous climate is related to the anomalies of the atmospheric circulation systems. The December AO greatly influences circulation anomalies in January. A positive phase of the AO is found to lead to a stronger subtropical jet over the south side from the Iran Plateau to the Tibetan Plateau. Consequently, it results in a deepening pressure trough around the Bay of Bengal, which transports the warm and wet air to South China continuously. The Siberian High in January is stronger and extends farther southeastward. It results in continual cold air at 1000 hPa pouring into South China, inducing low temperature. Cooperating with the trough of the Bay of Bengal, anomalous precipitation occurs over South China. For the negative phase of the December AO, the opposite situation is observed.     

1998年大气环流异常及其对中国气候异常的影响

１９９８年受ＥＮＳＯ事件和青藏高原冬春季积雪多等因素的影响,北半球大气环流的主要特征是：５００ｈＰａ西太平洋副高强大,夏季副高脊线位置偏南;冬、夏季风均较弱;赤道辐合带偏弱,在西太平洋生成和登陆影响我 斩台风和热带风暴异常偏少;夏季亚洲中高纬度经向环流发展,其它季节则以纬向环流为主;环流异常是影响１９９８年中国气候极其异常的主要原因。