东部和中部型El Nino事件对云南冬季降水影响的差异分析

利用1981-2017年云南125个站逐日降水观测资料和NCEP再分析资料,对比分析了两类El Nino事件期间云南冬季的降水差异,发现东部型El Nino有利于冬季云南大部地区降水显著偏多,而中部型El Nino的影响却不明显。进一步从两类事件相应的大气环流等方面分析了造成降水差异的物理原因。研究表明:(1)东部型El Nino年,Walker环流在西太平洋为异常强的下沉气流,西太平洋副热带高压偏强偏西,Hadley环流在20°N为异常上升气流,造成云南水汽输送和辐合加强,中高纬度巴尔喀什湖和贝加尔湖脊发展,冷空气沿高原东侧南下影响云南,冷暖空气在云南频繁交汇,导致云南冬季降水日数明显偏多,相应降水偏多;(2)中部型El Nino年,Walker环流在西太平洋下沉支强度较东部型弱,相应的西太平洋副热带高压较东部型偏弱偏东,Hadley环流在20°N为下沉气流,对云南区域水汽输送影响较弱,同时中高纬度环流不利于冷空气南下影响云南,除对应冬季云南东部降水日数偏少外,对其他地区降水的影响不明显。     

两个典型ENSO季节演变模态及其与我国东部降水的联系

本文根据1950~2014年月平均海温和大气环流资料以及中国160站降水等资料,利用扩展经验正交函数（EEOF）分析、相关分析以及合成分析等方法,分析了太平洋海温季节演变的主导模态,并探讨了各模态与中国东部降水和东亚环流季节变异的关系及其联系的物理过程。结果表明,ENSO（El Ni?o/Southern Oscillation）季节演变存在2个主导模态,包含4种类型:El Ni?o持续型、La Ni?a持续型、La Ni?a转El Ni?o型和El Ni?o转La Ni?a型。发现不同模态和类型的ENSO季节变化过程我国东部降水距平的分布和强度都有明显差异。El Ni?o持续型和El Ni?o转La Ni?a型,冬春季和初夏均处在El Ni?o背景下,降水异常分布存在一定共性,但盛夏和秋季分别受El Ni?o和La Ni?a影响,降水异常分布差异十分明显,前者雨带北跳慢、位置偏南而后者雨带北跳快、位置偏北。La Ni?a持续型和La Ni?a转El Ni?o型也是如此,冬春季和初夏降水异常分布大致相似,但盛夏和秋季分别受La Ni?a和El Ni?o影响,前者雨带北跳快、位置偏北而后者雨带北跳慢、位置偏南。因此,利用ENSO做我国降水的气候预测时,不能只着眼于前期冬季El Ni?o或La Ni?a事件,还应考虑其未来演变所属的可能模态和类型。对他们之间联系的物理过程分析表明,不同ENSO季节演变模态和类型主要通过影响西太平洋副热带高压以及西风带经向型/纬向型环流调整及伴随的低纬暖湿水汽输送以及中高纬冷空气活动变化来影响我国东部降水。其中,西太平洋菲律宾群岛附近异常反气旋（或气旋）、赤道Walker环流和北半球Hadley环流分别是联系ENSO与西太平洋副热带高压活动和东亚西风带经向型/纬向型环流的重要环节。     

2018年秋季我国气候异常及成因分析

2018年秋季我国气候异常特征总体表现为：气温呈“东高西低”的分布;东部降水呈“南北多、中间少”的分布,其中内蒙古中东部、东北、江南南部和华南大部地区降水异常偏多,而华北至江南北部降水异常偏少,且江南和西南地区降水出现明显的季节内反向分布转变特征。异常成因分析表明,秋季欧亚中高纬度槽脊活动频繁,冷空气活跃,西太平洋副热带高压较常年同期偏强偏西,脊线季节内南北波动较大,西南水汽输送偏强,导致我国东部降水南北多、中间少。进一步研究表明,海温异常是影响2018年秋季我国气候异常的最主要外强迫因子,季节内El Ni〖AKn~D〗o由中部型向东部型发展,热带印度洋海温偶极子正位相持续,副热带南印度洋偶极子正位相发展。秋季后期El Ni〖AKn~D〗o影响增强,东亚副热带大气环流发生明显的季节内响应。因此,El Ni〖AKn~D〗o和印度洋海温的演变及其对东亚环流的影响,加上欧亚中高纬环流异常的季节内调整,二者共同导致了我国南方地区降水出现明显的东西反向的季节内变化。     

东部型El Ni?o事件发展期秋季对中国极端降水的影响

利用1961-2020年中国地面降水逐日数据集和NCEP/NCAR逐月再分析资料,采用相关及合成分析等方法分析了东部型El Ni?o事件发展期秋季对同期我国极端降水的可能影响及物理过程。结果表明：东部型El Ni?o事件在发展期秋季对华中和华南地区的极端秋季降水有显著的影响,造成华南地区秋季极端降水增多而华中地区减少。进一步分析了造成这种影响的物理过程发现,当东部型El Ni?o事件处于发展期的秋季时,中东太平洋表现为显著的正海温异常,热带西太平洋及我国南海为负的海温异常。相应地,热带中东太平洋表现为异常的上升气流,西太平洋为异常的下沉气流,在华南地区表现为异常的辐合上升,为降水创造了有利的动力条件;同时,异常海温进一步对西北太平洋副热带高压(以下简称西太副高)位置产生影响,造成西太副高异常偏西,在南海到西太平洋地区表现为反气旋性环流异常,意味着西南气流的水汽输送增强,这促进了华南地区极端降水的发生。而在华中地区则表现为异常的偏北风和水汽辐散,不利于降水的生成。以上结果对认识我国东部地区的极端降水事件的物理机理提供了科学线索。     

2019年秋季我国气候异常及成因分析

2019年秋季,我国大部地区气温较常年同期偏高,全国平均气温为1961年以来同期第三高;降水空间分布非常不均匀,呈“西多东少、北多南少”的特征。异常成因分析表明,秋季欧亚中高纬度槽脊活动频繁,冷空气势力接近常年同期,西太平洋副热带高压较常年同期偏强偏西偏北,副热带高压西段位于南海西侧上空,有利于西南暖湿水汽向我国西部地区输送,菲律宾东北部为较强的气旋距平环流控制,导致我国南方地区受偏北气流控制,水汽条件偏差。进一步研究表明,海温异常是影响2019年秋季我国气候异常的最主要外强迫因子,2019年7月弱的中部型El Ni〖AKn~D〗o事件结束,秋季海温分布偏向于中部型El Ni〖AKn~D〗o。东亚副热带环流显示出清晰的响应。     

两类中太平洋El Nio特征的对比分析

利用1979—2012年逐月Hadley中心海表温度、欧洲中期天气预报中心次表层海温、NCEP/NCAR风场再分析资料,对两类中太平洋(CP)El Nio及耦合的大气环流特征进行分析。结果表明,第一类CP El Nio(CP-ⅠEl Nio)增暖中心位于Nio4区且关于赤道对称;第二类CP El Nio(CP-ⅡEl Nio)的Nio4区与热带东北太平洋区域(NEP,130~110°W、15~25°N)同位相变化,冬季成熟后形成关于赤道非对称的带状增暖结构。进一步的研究表明,两类CP El Nio次表层结构存在差异:CP-ⅠEl Nio冬季次表层海温异常(SOTA)在中东太平洋与西太平洋呈显著偶极分布;CP-ⅡEl Nio在中、西太平洋位相相反但东太平洋异常较弱,且经向异常主要在赤道及其以北。两类CP El Nio耦合的大气环流特征不同:CP-ⅠEl Nio冬季异常Walker环流上升中心位于赤道上空,经向风向赤道辐合,低纬地区Hadley环流加强;CP-ⅡEl Nio冬季低层向北越赤道气流加强,Walker环流上升中心移到赤道以北,低纬地区Hadley环流减弱。     

Intraseasonal variation of the East Asian summer monsoon in La Ni?a years

合成分析了La Ni?a年东亚夏季风和东亚夏季降水的季节内变化。结果表明,La Ni?a年夏季暖池对流偏强,西太平洋出现异常气旋,西太平洋副高偏向东北。这种异常型随季节进程有明显变化,7月异常达到最大。La Ni?a年东亚降水呈纬向型分布,中国东部降水偏少,西太平洋海面降水偏多。与此相比,El Ni?o年降水呈经向型分布,热带降水偏少,副热带和中纬度降水偏多。因此,不能简单将La Ni?a的影响认为是El Ni?o的反对称。     

观测分析El Ni?o衰减早晚对南亚与青藏高原夏季降水和气温的影响

El Ni?o（厄尔尼诺）事件对东亚和南亚次年夏季降水影响及其机理已经得到充分研究,但其对夏季青藏高原降水是否有显著影响还不清楚。本研究根据1950年后El Ni?o事件次年衰减期演变速度,对比分析衰减早型与晚型El Ni?o事件对南亚季风区与青藏高原夏季（6～9月）季节平均和月平均气候影响差异。结果显示在衰减早型次年夏季热带太平洋海温转为La Ni?a（拉尼娜）型且持续发展,引起Walker环流上升支西移,印度洋和南亚季风区上升运动加强,同时激发异常西北太平洋反气旋（NWPAC）,阿拉伯海异常气旋和伊朗高原异常反气旋性环流响应,增加7～9月对流层偏南气流和印度洋水汽输送,导致南亚和高原西南侧降水偏多。衰减晚型次年6～8月热带太平洋El Ni?o型海温仍维持,印度洋暖异常海温显著,对应的印度洋和南亚季风区上升运动较弱,NWPAC西伸控制南亚季风区,阿拉伯海和中西亚分别呈现异常反气旋和气旋性环流,导致青藏高原西风加强,水汽输送减少,南亚北部和高原降水一致偏少。结果表明:（1）El Ni?o显著影响次年青藏高原西南部夏季季节和月平均降水与温度,是印度和高原西南部夏季降水显著相关的重要原因;（2）El Ni?o衰减快慢速度对南亚和青藏高原西南部夏季季节内降水的影响有着重要差异。     

两类El Ni?o事件对我国西南地区冬季降水的影响

采用1960~2014年西南地区93个站的逐月降水资料以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,分析了东部型El Ni?o（EP El Ni?o）和中部型El Ni?o（CP El Ni?o）对我国西南地区冬季降水的不同影响。结果表明,EP ElNi?o年冬季和CP El Ni?o事件中1994/1995年、2002/2003年冬季,我国西南地区受异常偏东风影响,获得来自孟加拉湾和南海的水汽供应。同时,西南地区存在明显的幅合上升运动,上升运动异常增强,对流加强,导致西南地区冬季降水偏多;而CP El Ni?o事件中1968/1969年、1977/1978年,2004/2005年、2009/2010年冬季,我国西南地区受异常西北风影响,来自孟加拉湾和南海的水汽减少。同时,西南地区存在明显的幅散下沉运动,上升运动异常减弱,对流减弱,导致西南地区冬季降水偏少。     

江苏省冬季连阴雨（雪）期间异常环流特征及其成因

利用江苏省24个国家站降水、日照时数观测资料,以及NCEP/NCAR再分析资料、海温指数、HadISST全球海表温度资料,采用EOF分析、合成分析等方法,分析了1961—2019年江苏省冬季连阴雨（雪）出现次数全省一致偏多年份的异常环流特征及其成因。结果表明：江苏省冬季连阴雨（雪）出现次数的空间分布主要为全省一致型和南北相异型,前者为主要模态。连阴雨（雪）出现次数全省一致偏多型年份,中高纬高层欧亚地区上空环流形势为“＋ － ＋”分布型,位于青藏高原北部高压脊以及东亚大槽和欧洲东部低压槽均较常年偏弱。低层位于欧亚地区中部的冷高压较常年偏弱,导致冷空气势力偏弱。中低纬低层西太平洋(菲律宾附近)存在异常反气旋环流,其西部的异常偏南气流加强了水汽的向北输送,冷暖气流在30°N交汇抬升,为江苏省连阴雨（雪）天气过程提供了有利的水汽条件和抬升条件。当中部型El Nio事件发生时,Walker环流在西太平洋的异常下沉气流会激发出异常反气旋,使得东亚冬季风减弱,向北水汽输送加强,导致江苏省一致偏多型连阴雨（雪）天气的发生。     

东部和中部型El Nino发展年对中国夏季降水的影响*

近年来随着对赤道东太平洋海温异常特征的深入认识,赤道太平洋海温变化的不同类型对气候的影响逐渐引起人们的关注。本文分析了东部和中部型El Ni?o发展年海温分布特征及其对中国夏季降水影响的差异和机理。结果表明：(1)东部型El Ni?o年的海温正距平中心发展快且强度比中部型El Ni?o年强。(2)两类El Ni?o发展年,中国夏季降水分布差异最大的是东北和华北地区,呈相反的分布,华南地区只是变化幅度不同,江淮流域降水一致偏少。(3)Walker环流分布的差异是两类El Ni?o年夏季降水分布差异的重要原因,其位于西太平洋地区下沉支的强弱以及有无上升支的分布,对西太副高和我国水汽的输送有明显影响。(4)500hPa位势高度场的遥相关波列以及高低层大气的垂直运动也是造成两类El Ni?o年中国夏季降水分布差异的重要原因。     

近50年广东春运期间气温和降水协同变化的气候特征

根据近50年(1971—2020年)广东省86个气象站的观测数据、NCEP/NCAR再分析数据和NOAA海温数据,采用线性趋势分析、合成分析等统计方法,研究了广东春运期间气温和降水的时空分布特征,从气温降水协同变化的角度切入划分了气候异常类型,并对比分析了其异常成因。结果表明：近50年来,广东省春运期间平均气温呈现显著上升趋势,珠江三角洲和粤东地区最明显。而降水日数则表现出显著减少趋势,粤西北、粤东和粤西沿海最明显。气温和降水协同变化的异常年(冷湿(4年)、冷干(6年)和暖干(11年))共有21年,占全部年份的42%。冷湿年和冷干年,欧亚大陆中高纬度都表现出经向环流特征,西伯利亚高压偏强,有利于冷空气活跃南下。不同的是冷湿年东亚西部地区“北高南低”,低纬度地区“东高西低”,对应的冷空气路径为中、西路,有利于水汽输送;而冷干年东亚东部地区“北高南低”,低纬度地区一致偏低,对应的冷空气路径偏东,不利于水汽输送。另外,冷湿年前期赤道中东太平洋偏暖,呈现El Ni?o状态,受其影响西太平洋副热带高压偏大偏强,西太暖池偏冷,在菲律宾海区域激发出一个反气旋性环流,有利于西南水汽输送到广东地区,降水偏多;而冷干年则相反。暖干年,东亚中高纬表现出“北低南高”的纬向环流分布,东亚大槽和西伯利亚高压偏弱,不利于冷空气的生成和南下,广东上空受反气旋式环流控制,辐散下沉,温高雨少。     

厄尔尼诺/南方涛动事件对云南秋季气象干旱的不同影响分析

云南是我国干旱灾害高发区,为增进厄尔尼诺/南方涛动（El Ni?o/Southern Oscillation,ENSO）对云南干旱影响的认知,提升云南秋季气象干旱预测能力,采用1979—2022年云南125个气象站逐日降水资料、英国国家气象局哈德莱中心（Hadley Center）逐月海表温度（Sea Surface Temperature,SST）资料及欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代再分析资料（the Fifth Generation of European Reanalysis,ERA5）,揭示两类ENSO事件对导致云南秋季气象干旱的降水异常影响及相应的物理过程。结果表明：（1）中部（Central Pacific,CP）型El Ni?o或La Ni?a事件同期,云南秋季降水以偏少为主;东部（Eastern Pacific,EP）型El Ni?o或La Ni?a事件同期,云南秋季降水则以偏多为主,且EP型El Ni?o是云南秋季降水偏多的强信号。（2）EP型El Ni?o...     

东部和中部型El Nio发展年中国区域夏季降水异常特征

分析了东部和中部型El Nio发展年海温分布特征及其对中国夏季降水影响的差异。结果表明:(1)东部型El Nio年的海温正距平中心发展快且强度比中部型El Nio年强。(2)两类El Nio发展年,中国夏季降水分布差异最大的是东北和华北地区,呈相反的分布,华南地区只是变化幅度不同,江淮流域降水一致偏少。(3)Walker环流分布的差异是两类El Nio年夏季降水分布差异的重要原因,其位于西太平洋地区下沉支的强弱以及有无上升支的分布,对西太副高和我国水汽的输送有明显影响。(4)500h Pa位势高度场的遥相关波列以及高低层大气的垂直运动也是造成两类El Nio年中国夏季降水分布差异的重要原因。     

华南秋、冬、春季水汽输送特征及其与降水异常的联系

华南秋、冬、春季水汽输送特征的季节差异明显,水汽输送异常与降水异常存在密切联系,利用1958—2005年实测降水资料及NCEP/NCAR逐月再分析资料,探讨了华南秋、冬、春三季的水汽特征及其与降水异常的关系,主要结论有:大气中的水汽主要集中在500 hPa以下气层中,最大值出现在850～700 hPa;输送至华南的水汽秋季主要来源于孟加拉湾及副热带西太平洋,冬季主要来源于青藏高原南侧的东亚南支偏西风气流,春季则主要来源于东亚南支偏西风气流及热带西太平洋海区;华南秋、冬、春三季的降水偏多和偏少年的水汽输送距平场,并不是单纯的反向关系或主要输送带的偏强和偏弱,而是更为复杂;El Nio成熟期菲律宾附近的反气旋环流异常、冬季风的强度异常都是导致水汽输送异常的重要原因。     

不同空间型的El Ni?o对江淮流域夏季降水的影响

利用江淮流域1979—2010年夏季降水资料和海温资料等,研究了不同空间型的El Ni?o对江淮流域夏季降水的影响。结果表明,El Ni?o年江淮流域夏季降水异常为东部偏多西部偏少,El Ni?o Modok年为全区偏少,这与用江淮流域夏季降水和同期热带太平洋海温进行SVD分析的模态几乎一致。对东亚夏季风和环流场的分析结果表明其原因可能为:El Ni?o年东亚夏季风稍偏弱,长江中下游有异常上升运动,我国东北至西北太平洋海盆及江淮流域为负位势高度距平,华南至菲律宾海为正位势高度距平,江淮流域从低层到高层均为气旋性环流异常控制;而El Ni?o Modoki年为强东亚夏季风,且江淮流域有强烈的异常下沉运动,菲律宾、我国南海以及孟加拉湾北部均为显著的负位势高度距平,正距平中心位于日本及我国东海地区,菲律宾海地区及我国江淮流域低层的异常气旋式环流中心比El Ni?o年偏西且强度偏强,高层的异常反气旋环流中心也比El Ni?o年偏西、偏北,同时西太平洋副热带高压位置也较偏北。      

2011年夏季气候异常及主要异常事件成因分析

本文对2011年夏季的中国气候及大气环流异常特征进行分析,发现我国总体气温偏高,降水偏少。西北西部、华北南部、江淮至江南一带,西南地区东部等地出现了阶段性的较大范围极端高温天气过程。西南地区东部和广西等地出现严重干旱;而长江下游地区降水显著偏多。进一步对中国气候异常事件的成因分析表明：异常高压的长期维持,孟加拉湾的向北水汽输送偏弱及西太平洋副热带高压位置偏东使其西侧的东南和偏南水汽输送对我国西南地区影响小是导致西南地区严重干旱的大气环流因素;2010年秋季出现的中部型拉尼娜事件可能是西南干旱的一个重要外强迫条件。2011年夏季亚洲极涡偏弱偏小,欧亚中高纬地区经向环流偏强,有利于冷空气南下;同时,中纬度西太平洋地区海温持续偏低而激发反气旋性环流产生,造成西太平洋副高偏大偏强,冷暖气流在长江下游地区交汇造成降水显著偏多。     

2008/2009年冬季北极涛动对河南冬季干旱的影响分析

采用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2008-2009年冬季河南干旱主要发生时段的大气环流状况及干旱缓解的大气环流背景,结果表明:干旱发展主要阶段,北极涛动处于正位相,欧亚中高纬度环流长时间维持阻塞形势,东亚冬季季风偏弱,印缅槽区被反气旋控制,西太平洋副高位置偏东,欧亚地区环流异常长时间维持导致河南发生干旱.2009年2月大气环流发生转变,北极涛动转为负位相,有利于高纬度冷空气南下,低纬度西太平洋副热带高压西进北抬向内地输送水汽,在冷空气与水汽条件配合下,河南2月份经历多次降水过程,旱情得以缓解.     

2015/2016年超强El Nio在成熟/衰减阶段对澳洲夏季风环流与降水异常的影响

2015/2016年发生了超强El Nio事件,Nio3区海温异常在2015/2016年冬季超过了2.5℃,其对全球气候异常的产生具有重大影响。此次El Nio事件可归类为东部型。本文利用NCEP/NCAR再分析资料、Hadley中心海温资料及CMAP降水资料等,通过诊断分析,揭示了2015/2016年强El Nio事件盛期和衰减期海温异常对澳洲夏季风环流异常和降水变化的影响及其途径。澳洲地区受此次El Nio事件影响,大部分地区降水显著减少,某些地区降水减少达60%~80%。影响途径主要有:1)海温异常通过Gill型响应造成水平环流异常并进而影响澳洲夏季风减弱。2015/2016年ENSO事件成熟期及衰减期,在西太平洋赤道地区出现海温负异常,导致此处热带地区产生了负异常的热源分布,并由此激发产生了位于赤道北侧和南侧的异常反气旋式环流。位于海洋性大陆南侧的异常反气旋性环流引起澳洲夏季风减弱,从而利于抑制上升运动,造成了澳大利亚降水量显著减少;2)通过赤道中东太平洋地区上升和澳洲地区下沉的垂直环流异常导致澳洲降水显著减少。在El Nio事件盛期,因海温异常偏暖导致赤道中东太平洋地区产生显著的异常上升运动,其补偿性的下沉运动因Walker环流而出现在海洋性大陆地区,以及因澳洲大陆夏季风减弱而出现在澳大利亚中东部地区,由此构成了中东太平洋—澳洲副热带的垂直环流圈,此东北—西南向的垂直环流圈对澳洲降水减少的维持起到了重要作用。另外,中国南方的上升运动与海洋性大陆及澳洲地区的下沉运动之间通过局地经圈环流产生了联系,表明东亚冬季风异常减弱对澳洲夏季风减弱可能存在间接影响。这些结果对深刻认识超强ENSO事件对亚澳季风的影响机理以及寻找澳洲降水预测线索具有重要意义。     

ENSO对中国冬半年降水影响的不对称性及机制分析

利用1979—2010年观测和再分析资料,诊断分析ENSO对中国华南冬半年降水的影响及其机制。结果表明,在El Ni?o冬半年期间,东亚沿岸上空对流层低层南风的增强导致了水汽输送明显偏多,水汽在华南辐合,使得大气可降水量和比湿增加,降水显著偏多。而在La Ni?a冬半年期间,这些大气要素并没有呈现显著的相反变化,负异常的量值很弱并在统计上不显著。通过进一步分析El Ni?o和La Ni?a冬半年期间季节内振荡的特点,给出一种华南冬半年降水对ENSO信号不对称响应的物理解释。El Ni?o期间,热带西太平洋到南海地区的季节内振荡不活跃,与El Ni?o相联系的西北太平洋反气旋性环流异常造成的水汽输送以及水汽辐合在华南能够稳定维持,致使华南降水明显偏多。但在La Ni?a冬半年期间,季节内振荡很活跃,与La Ni?a相联系的西北太平洋气旋性环流异常受到季节内时间尺度的扰动影响,ENSO的年际变化信号被季节内振荡破坏,使得西北太平洋和华南的年际异常信号不能得到稳定维持,导致与ENSO信号相联系的年际变化在统计上不显著。因此,热带西太平洋到南海地区的季节内振荡强度在El Ni?o和La Ni?a冬半年期间的差异,是华南冬半年降水对ENSO信号不对称响应的一个主要原因。