华西秋雨准4年周期特征及其与赤道太平洋海表温度的关系

利用1959～2011年华西地区气象台站资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA海表温度资料, 采用多锥度—奇异值分解(MTM-SVD)方法, 研究了华西秋雨的准4年周期特征及其与赤道太平洋海表温度的协同变化关系。研究结果表明:华西秋雨具有显著的准4年周期, 其典型循环表现为"偏强, 略偏强, 偏弱, 略偏弱"的特点。在准4年周期上赤道中太平洋海表温度对华西秋雨的协同变化表现为"偏低, 略偏低, 偏高, 略偏高", 这种协同变化从初夏就体现出来, 并一直持续到秋末。同时在准4年周期上, 华西秋雨对ENSO事件也存在一定的响应, 但是主要体现在发生强ENSO事件时。准4年周期的环流分析表明, 夏季到秋季赤道中太平洋海表温度偏低(高)时, 秋季500 hPa高度场出现东亚/太平洋(EAP)遥相关波列正(负)异常, 西太平洋副热带高压偏西(东), 华西地区来自南海西太平洋和孟加拉的水汽输送偏多(少), 华西秋雨偏强(弱)。     

华西南区秋雨异常及其对青藏高原冬季大气冷源的响应

利用1971—2017年华西秋雨南区269个气象站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料等,分析华西南区秋雨强度变化及其大气环流异常特征,寻找影响华西南区秋雨强度的大气冷源关键区,并就关键区大气冷源对南区秋雨强度的影响进行诊断。结果表明:华西南区秋雨强度整体变化趋势不显著,其年际变化可能受前期冬季(1月)青藏高原大气冷源异常变化的滞后影响。当前期冬季高原冷源偏强(弱)时,可激发南海到西太平洋一带气旋(反气旋)性异常环流并持续到夏季,其南侧持续偏西(东)气流使得赤道西(中)太平洋地区表层暖水东(西)传,造成赤道中太平洋地区海温暖(冷)异常,继而在其西北侧西太平洋地区激发气旋(反气旋)性环流,华西地区处于该环流西侧的偏北(南)风控制下,水汽条件较差(好),降水偏少(多),华西南区秋雨偏弱(强)。     

热带大气季节内振荡对华西秋雨的影响

热带大气季节内振荡(MJO)对中国的降水具有明显的调节作用,研究MJO对华西秋雨的影响对于提高华西秋雨的季节内预测能力具有重要的意义。利用1979 2012年9 10月澳大利亚气象局提供的实时多变量MJO指数、中国台站逐日降水资料以及NCEP再分析资料,通过异常合成分析的方法研究了MJO对华西秋雨的影响以及相应环流背景场的变化。研究表明,在MJO对流主体自西向东传播的过程中,华西地区的秋季降水量呈先增加后减少的趋势。当MJO对流主体位于印度洋中西部(1~2位相)时,华西秋雨偏多,当MJO对流主体位于印度洋东部至太平洋中西部(3~8位相)时,华西秋雨偏少。其中MJO对流主体位于中东印度洋(第2位相)和西太平洋(第7位相)时,华西地区秋季有降水最大正异常和最大负异常。与此同时,对应分析MJO不同位相上的高空形势场和中低空流场、水汽输送、垂直运动的异常变化发现:第1、2位相时,我国上空出现两槽一脊、西低东高的环流形势,此时华西地区冷空气活动频繁,且孟加拉湾、南海和西太平洋对华西地区的水汽输送较强,有利于干冷与暖湿气流在华西地区交汇,水汽辐合、上升运动亦显著,从而造成降水偏多;第7位相时,我国上空受较强的西风带长波脊控制,并且三个海区对华西地区的水汽输送较弱,水汽辐散、下沉运动亦较强,造成降水偏少。     

印度洋偶极子和华西秋雨的关系

利用统计方法对印度洋偶极子(Indian Ocean Dipole,IOD)与华西秋雨的关系进行分析。结果发现:(1)相对于IOD的季节锁相特征,华西秋雨与印度洋偶极子指数(Indian Ocean Dipole Index,IODI)相关性也呈现相应的变化特征:春、夏季正相关发展、范围扩大;秋季稳定且正相关性较高,与夏季时滞相关较为一致;前期冬季减弱并呈反相关关系。(2)对印度洋偶极子时期异常环流场、水汽场以及射出长波辐射(Outgoing Longwave Radiation,OLR)场特征分析发现,IOD正位相年,500 h Pa高度场距平在冬、春季为负异常,春、秋季西太平洋副热带高压偏强、偏北,且夏季华西区域受中层异常浅槽的西南气流影响,850 h Pa经向风合成在冬、春季以负异常为主,夏、秋季转为正异常,且华西区域秋季为异常气旋性环流控制,赤道印度洋低空东风异常,这些异常环流都利于华西区域降水偏多,并对偶极子的延续起到作用。(3)正位相年,冬、春季华西大部区域为水汽辐散区,夏、秋季四川东北部及黔渝大部为水汽辐合区,水汽输送依靠孟湾西南气流和西太平洋副热带高压外围的偏东气流完成。(4)对应于印度洋海温正(负)异常,秋季华西区域上空的热状况异常分布将使其大气对流增强(减弱)。因此,夏季IOD异常位相为华西秋雨预报提供了一个有用的前期信号,而秋季IOD正位相则对华西秋雨的发生发展起到较好的延续作用。     

赤道东太平洋海温正异常对西太平洋副高影响的数值模拟研究

利用LASG九层大气环流谱模式及IAP两层大气环流模式，模拟研究了不同持续时间的赤道东太平洋海表温度正异常(海表温度异常的持续时间分别为1月份，1～2月份，1～4月份及1～8月份，其他月份为气候SST)对西太平洋副高的影响。结果表明，尽管海表温度异常的持续时间不同，但其引起的西太平洋副高的异常演变及其分布却十分相似；同时，季风区的异常降水(进而异常潜热释放)随时间的演变及其分布也存在一定的相似性(对应于不同持续时间的赤道东太平洋的海表温度正异常，5月份印度洋至西太平洋地区都表现出赤道辐合带北移偏晚的特征)；季风区降水的这种变化同西太平副高的异常是一致的，从而揭示出这两种现象有可能存在着某种联系。结果还表明，导致这种大气响应场对赤道东太平洋海表温度异常持续时间不敏感的一个重要原因是大气内部过程的影响:中纬大气的内部Rossby波源维持了热带地区激发的扰动在中高纬的存在，同时大气内部Rossby波源对赤道太平洋地区的海表温度异常持续时间表现出不敏感性，正是由于这种不敏感性才导致了响应场对赤道太平洋地区海表温度异常持续时间的不敏感性。模拟结果还表明，在夏季赤道东太平洋存在海表温度正异常的情况，尽管大气内部动力过程的作用十分重要，但夏季赤道东太平洋海表温度正异常对夏季西太平洋副高的影响却明显存在，因此，基于赤道太平洋地区海表温度异常的夏季西太平洋副高的可预报性受到赤道东太平洋海表温度正异常及大气内部动力过程的双重影响。模式的依赖性研究表明，模拟结果具有一定的普遍性。     

南半球海温异常对云南汛期降水异常的影响

采用NCEP/NCAR 1961—2006年的全球月平均海表温度和风场再分析资料,以及云南省汛期(6—8月)124个观测站的降水资料,运用相关分析、合成分析及两组样本平均值差异的显著性检验方法,研究前期1—5月南半球海表温度对云南汛期降水异常有影响的关键时期和关键海区,并用南半球海平面风场分析关键海区的海温异常对云南汛期降水异常影响的物理成因机制。结果表明,前期南半球海表温度与云南汛期降水相关显著,显著关键海区主要位于南半球西风漂流区的东南印度洋、澳大利亚南部、东太平洋的智利和秘鲁西海岸及西南大西洋的麦哲伦海峡。其中东太平洋秘鲁寒流区的智利和秘鲁西海岸是影响云南汛期降水最显著的关键区。诊断分析还表明,在东太平洋秘鲁寒流区的暖位相期,孟加拉湾地区的季风和赤道印度洋附近的越赤道气流及印度洋的西南季风减弱,反之则加强。      

2017年秋季华西秋雨的多时间尺度变化特征及成因分析

利用我国723个常规观测气象站降水资料和NCEP再分析资料等,综合大气环流的季节内 季节异常、海洋外强迫年际异常及降水的长期变化影响,分析了2017年华西秋雨异常的成因。结果表明：20世纪60年代以来,华西秋雨存在3~4、6~9、12~18 a、36 a等多个时间尺度的准周期变化,并自1990年以来呈现增加的长期变化趋势。2017年华西秋雨异常偏多是多时间尺度变率叠加影响的结果。2017年秋季,北半球极涡偏向东亚地区,贝加尔湖低槽多冷空气分裂南下,西太平洋副热带高压异常偏强偏西,华西地区处于水汽输送异常辐合大值区,出现降水异常偏多。在季节内时间尺度上,东亚夏季风的季节内撤退过程偏慢,夏季风北界位置持续偏北,9—10月主雨带维持在华西—江汉—江淮一带。自西太平洋经南海北上的水汽输送的季节内变化,并与东北冷涡的季节内活动相配合,是造成华西秋汛的季节内环流影响因子。华西秋雨年际异常与赤道中东太平洋海温呈现显著的负相关。夏末秋初开始发展的拉尼娜状态是2017年我国秋季降水异常的重要外强迫因子。2017年华西秋雨的异常偏多也与其近年来的年代—多年代际正距平位相及长期增加趋势相关联。     

降水对热带海表温度异常的邻域响应 II. 资料分析

对最近10年海表温（SST）的分析表明，东赤道太平洋（EEP）及中赤道印度洋（CEI）的SST存在显著正相关。西赤道太平洋（WEP）及西北太平洋（WNP）的SST也存在相关。流场和降水分析表明，当低空流场存在对EEP正的SST异常响应时，也存在对CEI正的SST异常的响应。前者位置偏东，对我国天气无直接影响；后者导致南方少雨，江淮多雨。在WNP和WEP海区SST异常的共同强迫下，我国南海及西太平洋出现低空反气旋式环流。由于其位置偏南，异常雨带位于华南，使我国华南多雨，江淮少雨。本文还用最近38年的海温和降水资料对上述结果进行检验。资料分析证实了数值模拟的结果，即降水对热带海表温度异常的响应是一种邻域响应。     

西北区东部夏季极端降水事件同太平洋SSTA的遥相关

利用近50年月平均NCEP再分析高度场、风场、NOAA重构海表温度以及中国西北区东部38个台站逐日降水资料,运用SVD及合成分析等方法,研究了太平洋SSTA对我国西北区东部夏季极端降水事件的可能影响。结果表明,冬季太平洋海表温度对后期西北区东部夏季极端降水事件的影响最显著,并且赤道中东太平洋是影响西北区东部夏季极端降水事件的关键区,当赤道中东太平洋海表温度发生异常时,首先引起纬向和经向垂直环流圈发生异常,进而强迫大气环流发生调整,先后通过PNA和WP遥相关使得西太平洋副热带高压发生异常,最终使得西北区东部夏季极端降水事件发生异常。     

华西秋雨的气候特征及成因分析

在分析华西秋雨气候特征的基础上,设计了综合考虑秋季降水量和降水日数的秋雨指数,并进行了EOF和REOF分解以及秋雨主要影响因素分析。结果表明：第一模态反映了长江中上游以北地区与以南地区降水相反的形势,第二模态反映了华西降水的一致性;REOF将华西秋雨可分为6个气候区。华西秋雨的变化趋势表明,1960年代到1970年代初期、1980年代初期为相对多秋雨期,1970年代中后期、1980年代中后期到20世纪末华西秋雨相对较少。21世纪开始又出现了较明显的华西秋雨现象。西太平洋副热带高压、印缅槽、贝加尔湖低槽是华西秋雨的主要影响系统,当贝加尔湖、印缅槽深且副热带高压强时,有利于华西多秋雨;反之,则秋雨不明显。     

2017年华西秋雨异常偏多的环流特征及其成因分析

利用NCEP/NCAR再分析数据集和国家气候中心整编的2 000多站逐日降水资料,对导致2017年华西秋季降水异常偏多的大气环流特征及其成因进行分析。结果表明,2017年秋季500 hPa位势高度上欧亚中高纬地区维持一脊一槽环流型,斯堪的那维亚半岛上空有一强大的高压脊,乌拉尔山以东—巴尔喀什湖有一深槽,西太平洋副热带高压异常强大并偏西伸。来自极地的冷空气与来自太平洋和孟加拉湾的暖湿气流交汇于华西地区。华西地区处于东亚副热带西风急流入口南侧的高空辐散区,低层对应较强辐合区和异常上升运动,有利于降水的维持。进一步分析表明,2017年华西秋雨异常偏多是同期巴伦支海海温异常偏暖和中纬度北大西洋海温异常偏暖以及赤道中东太平洋La Ni1a型海温异常共同作用的结果,其中巴伦支海海温异常与华西秋季降水在年代际时间尺度上存在较为一致的变化,两者自1986年起均处于一致的负位相,而2000年以后两者由负位相转为正位相;秋季中纬度北大西洋海温异常与华西秋雨之间的年际关系也存在明显的年代际转折,在2002年前后由两者不存在关系转为显著正相关关系。以上各个海区海温异常对华西秋雨的影响也通过一系列的大气环流模式模拟试验进行了验证。     

北太平洋增暖对我国西北秋雨的影响

利用1979-2012年我国160站逐月降水资料、NOAA全球海洋表面温度资料和NCEP-DOE大气环流再分析资料,采用统计分析方法研究了北太平洋海表增暖对我国西北秋雨年代际变化的影响。结果表明:西北秋雨在2000年前后经历了年代际跃变,1986-1999年为少雨期,2000-2012年为多雨期。进一步分析表明:西北秋雨的年代际变化与北太平洋海表增暖关系密切,北太平洋海温偏暖时,东亚一北太平洋地区的大气温度升高,引起东亚地区的南北温差减弱,使东亚西风急流减弱,急流中心偏北,东亚中纬度地区气压升高,导致异常东风水汽输送带偏强,造成西北秋雨异常偏多。     

夏季西太平洋暖池热含量对华西秋雨的影响及可能的物理机制

利用1971—2012年气象台站逐日资料,综合考虑降水量、降水日数及日照时数计算华西秋雨强度,结合不同深度海温资料,研究了华西秋雨强度与夏季西太平洋暖池热含量年际变化的联系,并讨论了其可能的物理机制。结果表明,前期夏季西太平洋暖池关键区(5°S—5°N,130°—160°E)热含量变化与华西秋雨强度有显著正相关关系,当前期关键区热含量偏高(低)时,华西秋雨强度较强(弱)。分析发现,当前期关键区热含量偏高时,其相对大气是一个异常热源,由于大气对其的响应,在热含量关键区西北侧中国南海—中南半岛附近生成了异常气旋式环流,其偏东偏南气流有利于向华西地区输送中低纬度洋面上大量暖湿水汽,并与北方的干冷空气在此交汇,同时,高层西风急流异常西伸,华西地区恰好位于急流入口区右侧的辐散区,这种高、低层有利的耦合形势使得秋雨偏强,反之亦然。      

太平洋SSTA对中国东部夏季降水的影响II--数值模拟

基于观测分析的结果,采用NCARCCM3模式,设计4组7个数值试验,研究太平洋海表温度异常对中国东部夏季降水影响及其可能的物理过程。结果表明：数值模拟与观测分析所得的结果一致,前期冬季西北太平洋黑潮海区海温异常,引起亚洲中高纬和东亚东部地区大气环流异常,导致长江流域夏季降水异常;前期春季赤道中东太平洋海温异常,西太平洋副热带高压异常;同期夏季北太平洋中纬中太平洋海区海温异常,激发夏季EUP遥相关型,影响东部夏季降水。     

热带太平洋-印度洋海表温度变化及其对西南地区东部夏季旱涝的影响

利用1959—2006 年西南地区东部20 个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR 再分析月平均资料,分析了热带太平洋-印度洋海表温度异常特征及其对西南地区东部夏季降水(旱涝)的影响,结果表明:前期赤道东太平洋海表温度偏高,西南地区东部夏季降水偏多的可能性大;当前期春季印度洋海表温度偏高时,西南地区东部夏季降水可能偏多。太平洋区的海表温度距平(SSTA)分布呈“V”字型特征,赤道中东太平洋及南、北美西部沿海的SSTA 与赤道西太平洋、南北太平洋的SSTA 呈反相关分布,与西太平洋的亚洲大陆东部沿海的SSTA 呈正相关,赤道印度洋及南印度洋的大部分地区的SSTA 与赤道中、东太平洋的SSTA 变化是一致的。当春季赤道中东太平洋及印度洋海表温度(SST)偏高(偏低)时,夏季南亚高压位置偏南(偏北),强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),同时西太平洋副高强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),位置偏南(偏北),西伸(东退)明显,东亚夏季风和南亚夏季风偏弱(偏强),我国华北及华南地区盛行下沉(上升)运动,而整个长江流域及青藏高原东部盛行上升(下沉)运动,西南地区东部也盛行弱的上升(下沉)运动,这有利于西南地区东部降水偏多(偏少),出现洪涝(干旱)的可能性大。      

长江流域夏季不同强度降水日数的时空变化特征

利用长江流域56个站点1957—2009年夏季逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及Hadley海表温度资料,分析了长江流域夏季不同强度降水日数的时空变化及其相关的海气异常型。结果表明:(1)近53 a来,长江流域夏季大到暴雨日数占总降水日数的比率呈明显增加趋势,而中小雨日数占总降水日数的比率呈明显减少趋势。(2)长江流域夏季不同强度降水日数的变化及其相应的海气异常型表现为明显不同的特征。当前期春季海温距平场表现为典型的东部型El Nino分布形态,500 h Pa位势高度场呈现出"+-+"的经向PJ波列,西北太平洋副热带高压偏强,位置偏南偏西,中高纬地区乌拉尔山和鄂霍次克海地区出现双阻塞形势,南半球澳大利亚高压异常偏强,越赤道气流偏强,在30°N附近200 h Pa纬向西风急流异常偏强,850 h Pa风场在东亚上空经向方向上呈现出明显的反气旋—气旋—反气旋系统相间分布的特征时,有利于长江流域夏季大到暴雨降水日数偏多。     

2013年夏季西太平洋副高异常特征及其对湖南高温干旱的影响

利用湖南96个测站的逐日降水、日最高气温和NCEP/NCAR再分析资料、海温资料,分析了2013年夏季西太平洋副热带高压异常活动特征、成因及其对湖南高温干旱的影响。结果表明,2013年夏季西太平洋副高异常偏西、偏强,使得湖南一直处在高压下沉气流控制下,形成持续高温干旱天气。造成副高变异的原因主要有:(1)2012年冬季至2013年春季,赤道东太平洋海表温度持续偏低,印度洋—赤道西太平洋海表温度持续偏高,使得Walker环流和Hadley环流的上升和下沉运动得到加强,西太平洋副高西伸、加强;(2)南亚高压一次次东伸,通过强烈高空负涡度平流的动力强迫,造成西太平洋副高区内的下沉运动,导致副高稳定维持,天气晴热高温;(3)西风急流较常年偏北,纬向环流偏强,导致副热带高压在偏北位置稳定维持,200 h Pa高空辐合增强,辐合中心位于30°N以北,造成500 h Pa副高下沉运动区位置偏北、偏强。     

西南地区秋季干旱的年代际转折及其可能原因分析

采用1961~2012年中国气象局753站降水和温度资料、NCEP/NCAR全球大气再分析资料、NOAA海表温度资料等,应用观测统计分析和全球大气环流模式NCAR CAM5.1数值模拟,基于标准化降水蒸散指数(SPEI),对我国西南秋季干旱的年代际转折及其可能原因进行了分析。观测分析结果表明:(1)西南秋季干旱的主要分布型为全区一致型;西南秋季SPEI在1994年发生年代际突变,突变后(前)为偏旱(涝)期。(2)西南秋季偏旱期的主要环流特征是,西太平洋副热带高压位置偏西、面积偏大、强度偏强,南支槽偏弱,西南地区存在下沉运动。(3)热带东印度洋-西太平洋的海表温度年代际升高对西南秋季SPEI在1994年发生年代际突变有重要作用,该关键海区海表温度异常升高,一是会使秋季西南地区500 hPa高度场偏高,南支槽减弱;二是产生偏强的Hadley环流,使得我国西南地区存在下沉运动;三是会在西太平洋激发气旋性环流,使我国西南地区被偏北气流控制,削弱了向我国西南地区的水汽输送,容易造成该地区的秋季干旱。应用NCAR CAM5.1全球大气环流模式进行了关键海区海表温度年代际变化的敏感性试验,验证了观测分析结果,即秋季关键海区海表温度年代际升高对西南秋季年代际变旱有重要作用。     

1997/1998年ElNio事件发生、发展可能机制的进一步研究

基于美国哥伦比亚大学Lamont-Doherty地球观象台LDEO(Lamont-Doherty Earth Observatory)海表温度资料和NCEP/NCAR再分析风场资料,分析了1997/1998年ElNio期间西太平洋暖池海表温度和西风距平的时间演变特征,同时也分析了东太平洋暖池海表温度和北风距平的时间演变特征。结果表明,1997/1998年ElNio事件期间,西太平洋暖池海表温度变化及异常西风和东太平洋暖池海表温度变化及异常北风都与Ni o3指数变化密切相关。将东、西太平洋暖池及异常北风、西风一并结合起来考虑,进一步研究了1997/1998年ElNio事件发生、发展的可能机制:异常西风驱动西太平洋暖池东端暖水向东伸展直接有利于赤道东太平洋海表温度增加;异常西风激发东传的暖Kelvin波对东太平洋的冷上升流有抑制作用,从而有利于赤道东太平洋海表温度增加;东传的异常西风可以通过埃克曼漂流效应将赤道两侧的海表暖水向赤道辐合从而加强了赤道附近的下沉流,也有利于赤道东太平洋赤道附近海表温度增加。几乎与此同时,北风距平通过产生北风吹流将东太平洋暖池暖水由北向南输送至赤道附近直接导致Nio3区海表温度增...     

华西秋雨趋势变化的年代际转折及其成因分析

华西地区（25°N～35°N,100°E～110°E）是中国秋季降水主要地区之一。本文根据华西地区72站月平均降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和哈德莱中心海温及海冰资料,利用相关和回归等分析方法研究了1961～2014年华西地区秋雨的年代际变率及其与大气环流和海温的关系。华西秋季降水年代际变率分解为呈现显著下降趋势的P1时段（1964～1998年）和呈现上升趋势的P2时段（1998～2014年）发现,对应P1时段降水下降趋势的华西区域大气位势高度异常场具有西正东负结构,大尺度环流场显示为从大西洋东传经北极巴伦支—喀拉海区至东亚的准纬向波列,该波列体现了上游负位相NAO（North Atlantic Oscillation）的调制作用。对于P2时段的降水上升趋势,其位势高度场配置与P1时段相反,而大尺度波列结构在欧亚大陆的部分呈西北—东南走向,且整体偏西,体现了上游正位相NAO的调制作用。这种环流结构导致华西区域西北侧形成负异常中心,有利于西南暖湿气流进入研究区域。影响华西秋雨趋势转折的海温关键区位于热带中东太平洋和热带印度洋。在P1时段,华西秋雨降水趋势与同期热带中东太平洋和印度洋海温呈显著正相关关系。而在P2时段,华西秋雨与前冬热带中东太平洋和印度洋海温存在显著负相关,前冬西北太平洋海温正异常也同时影响了华西秋雨的上升趋势。