南海夏季风垂直结构的变化特征及其对中国东部降水的影响

采用NCEP/NCAR再分析月平均资料和NOAA全球逐日降水资料,首先利用EOF方法分析了南海夏季风的垂直结构时空变化特征,然后初步探讨了南海夏季风垂直结构对中国夏季降水的影响和机制。(1) 南海夏季风的垂直结构有明显的年际和年代际变化特征。EOF第一模态型主要表现为南海夏季风垂直结构的年际变化特征,为对流层低层西南风和对流层高层东北风同时增强(同时减弱)(简称“低层-高层同时增强”和“低层-高层同时减弱”)两种典型结构变化;EOF第二模态主要表现为南海夏季风垂直结构的年代际变化,为对流低层(高层)西南风(东北风)由下向上的增强到减弱变化和相反的对流层低层(高层)西南风(东北风)减弱到增强的变化(简称“低层强弱-高层强弱”和“低层弱强-高层弱强”)的两个不同年代(时段)的垂直结构变化。(2) 南海夏季风垂直结构变化通过改变对流层低层、高层的环流异常变化来影响中国东部夏季降水的异常变化。南海夏季风呈“低层-高层同时增强”垂直结构时,南海低纬热带季风环流异常加强,长江流域低层辐散、高层辐合及异常下沉运动,其南侧的华南地区和北侧的东北地区是低层辐合、高层辐散和异常上升运动,导致华南降水异常偏多、长江流域降水偏少、北方降水偏多;在“低层-高层同时减弱”年,则相反。南海夏季风呈“低层弱强-高层弱强”垂直结构时,我国东部地区自华南到东北,分别是低层辐合(辐散)、高层辐散(辐合)的有利于上升(下沉)运动的环流条件,华南、江淮地区降水增多,江南、东北地区降水减少;对“低层强弱-高层强弱”时段,则相反。      

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。     

盛夏四川盆地西部地区降水年际变化及其对应的环流异常

利用7、8月全国756站站点降水资料、NCEP/NCAR再分析资料的月平均资料,研究了盛夏四川盆地西部地区降水年际变化的基本特征及其对应的环流异常,并分析了该地区与江南地区降水年际变化的关系及其对应的700 hPa环流异常。结果表明:四川盆地西部地区盛夏降水偏多年,四川盆地上空为显著的南风异常,说明西南涡较常年活跃,同时西太平洋副热带高压偏北;而降水偏少时,上述环流异常符号相反,但更加明显,说明西南涡明显弱于常年,西太平洋副热带高压偏南。此外,四川盆地西部盛夏降水年际变化和我国西北、华北地区降水呈明显的正相关关系,而与江南地区降水有明显的负相关关系。这些关系与对流层低层环流异常有关。     

盛夏四川盆地西部地区降水年际变化及其对应的环流异常

利用7、8月全国756站站点降水资料、NCEP/NCAR再分析资料的月平均资料,研究了盛夏四川盆地西部地区降水年际变化的基本特征及其对应的环流异常,并分析了该地区与江南地区降水年际变化的关系及其对应的700 hPa环流异常。结果表明：四川盆地西部地区盛夏降水偏多年,四川盆地上空为显著的南风异常,说明西南涡较常年活跃,同时西太平洋副热带高压偏北;而降水偏少时,上述环流异常符号相反,但更加明显,说明西南涡明显弱于常年,西太平洋副热带高压偏南。此外,四川盆地西部盛夏降水年际变化和我国西北、华北地区降水呈明显的正相关关系,而与江南地区降水有明显的负相关关系。这些关系与对流层低层环流异常有关。     

华南集中强降水的年代际变化及环流特征

本文利用中国气象局提供的华南65个站点的逐日观测以及NCEP再分析数据,对华南夏季降水的年代际转变及其集中强降水的环流特点进行了分析,主要结论如下：华南降水在1991/1992有明显的年代际变化,相关的大气环流场也发生了显著的转变。东亚上空的副热带西风急流减弱偏北,西北太平洋副热带高压位置偏西,华南上空低层辐合、高层辐散、垂直运动以及水汽输送的辐合也发生了明显变化。年代际上降水偏多时,西北太平洋和印度洋的水汽输送比平均情况更强。当集中强降水事件发生时,增加的水汽输送主要源于西北太平洋和中国南海。进一步分析表明1991/1992年之后印度洋的水汽输送增加,但是西北太平洋的水汽输送减少。这一发现很好的说明了自1991/1992年以来华南集中强降水事件的重要变化。     

春季中国南方雨带年际变动与大气环流异常

利用1960—2008年中国693个站逐日降水资料和NCEP/NCAR日平均再分析资料,采用统计分析方法,分析了中国南方春季降水强度和位置的年际变率及其与大气环流的关系。结果表明:在年代际尺度上,江南春季降水在20世纪60年代中、后期偏少,70年代中期到80年代初偏多,90年代初开始减少;在年际尺度上,当春季西太平洋副热带高压和青藏高原东侧的低层低压系统加强,并且异常中心分别位于20°N以南和30°N以南时,异常西南风主要位于长江以南地区,在异常西南风逐渐减弱区出现明显的辐合,伴随着该地区低层空气质量辐合、对流层上升运动和水汽辐合加强,造成江南地区降水偏多,此时来自西太平洋的异常水汽到达南海后,没有在南海聚集,而是转向北输送到江南;当春季西太平洋副热带高压以及青藏高原东侧低压系统加强且异常中心位于30°N以北时,异常西南风盛行在中国东部大部分地区,此时低层异常空气质量辐合、对流层异常上升运动以及异常水汽通量辐合区都向北移到江淮地区,使江淮地区降水增加,而华南地区为异常空气质量辐散、异常下沉运动以及异常水汽通量辐散,伴随着降水减少,这时异常水汽主要来自西太平洋副热带地区。由于上述观测结果与通过改变东亚和周边海域海-陆热力差异的数值试验结果有很好的一致性,因此,这里观测到的降水和大气环流异常可以被东亚区域热力差异异常激发出来。     

东亚季风指数及其与大尺度热力环流年际变化关系

将东西向海平面气压差与低纬度高、低层纬向风切变相结合 ,定义了东亚季风指数 ,该季风指数较好地反映了东亚冬、夏季风变化。其中 ,夏季风指数年际异常对西太平洋副热带高压南北位置变化和长江中下游旱涝具有较强的反映能力。分析表明 :东亚夏季风年际变化与印度洋 -西太平洋上空反 Walker环流及夏季越赤道南北半球间的季风环流呈显著正相关关系。在强、弱异常东亚夏季风年份 ,异常的 Walker环流在西太平洋上的辐合 (辐散 )中心在垂直方向不重合 ,高层 ( 2 0 0 h Pa)速度势与东亚夏季风显著相关区域位于西北太平洋上 ,该异常环流的高层的辐合 (辐散 )通过改变低层空气质量而影响夏季 50 0 h Pa西北太平洋副热带高压。采用 SVD分析进一步发现 :与海温耦合的异常 Walker环流在西太平洋上空的上升支表现出南北半球关于赤道非对称结构 ,亚澳季风区受该异常 Walker环流控制。因而 ,东亚季风与热带海气相互作用可直接通过这种纬向非对称的 Walker环流发生联系。     

影响江南春雨年际变化的前期海洋信号及可能机理

基于诊断,本文计算了1982~2014年江南春雨的开始时间、结束时间和总降水量,分析了江南春雨的气候特征和年际变化,探讨了前冬Nino3.4区域海温异常与江南春雨的联系及可能机理。结果表明,江南春雨的起止时间和总降水量都具有显著的年际变化,前冬赤道东太平洋海温与江南春雨总量存在显著的正相关。前冬Nino3.4指数为正时,一方面通过Walker环流在赤道120°E附近区域激发出异常下沉运动以及低层异常反气旋,增强了南海地区低层西南气流以及水汽输送,另一方面与东太平洋海温变化相联系的印度洋增暖在赤道印度洋引发低层东风和孟加拉湾北部反气旋环流异常,进一步增强了江南地区的水汽输送;高层南亚地区则存在西风异常,对应江南上空辐散和抽吸作用加强,导致上升运动进一步增强,使得江南春雨总量增加;前冬Nino3.4指数为负时则次年春雨偏少;并且前冬El Ni?o事件的强度对春雨异常也有影响,前冬El Ni?o强（弱）的年份,海温异常的信号能（不能）持续到春季,江南春雨总量通常偏多（偏少）。另外,加入了前冬南极涛动指数和印度洋海盆一致模所建立的江南春雨总量的多元线性回归方程,其回归结果比基于单独的Nino3.4指数能更好地反映江南春雨的异常,可用于季节预测。     

春季中国东海黑潮区大气热源异常对中国东部降水的影响

采用ERA-interim逐日再分析数据集与中国东部389个站逐日降水资料,通过相关和合成分析讨论了不同时间尺度上,春季中国东海黑潮区上空大气热源异常对东亚大气环流和中国东部降水的影响。观测分析表明,春季中国东海黑潮区上空为一显著的大气热源,大气对该热源的响应在不同时间尺度上表现出不同的形式。在较长时间的季节和年际尺度上,春季中国东海黑潮区大气热源增强时,可在大气对流层低层强迫出偏南气流,同期春季及后期夏季西太平洋副热带高压增强并西伸,相比于热源低值年西北太平洋副热带地区为一反气旋式异常环流所控制,中国长江中下游以南地区降水增多;反之亦然。与年际和季节时间尺度不同,在较短的天气时间尺度上,中国东海黑潮区上空大气热源增强可在其下方强迫出气旋式异常环流。大气热源的增强与中国东部对流层低层气旋式异常环流的东移有关,相应地在中国东部地区出现了显著的降水增多。     

SVD分析揭示的澳大利亚高压年际变化对中国夏季降水的可能影响

澳大利亚高压是东亚夏季风系统的重要成员之一,其对中国夏季气候存在显著影响.为了进一步弄清年际时间尺度上的澳大利亚高压变化对中国东部夏季降水的影响,利用澳大利哑海平面气压和中国夏季降水站点资料,使用SVD和线性回归方法揭示了澳大利亚高压的年际变化与中国夏季降水异常的联系,得到:SVD的第1模态的时间系数与通常使用的澳大利亚高压指数相关可达到0.98.在有无考虑ENSO的影响时,SVD的第1模态均反映出澳大利亚高压的年际变化与中国江南地区夏季降水存在密切联系,也即澳大利亚高压增强(减弱)时,江南地区降水增多(减少).澳大利亚高压对中国夏季降水的可能影响途径为:澳大利哑高压通过影响赤道纬向气流和越赤道气流并通过类似PJ波列的方式影响到中国东部地区:澳大利亚高压增强时,造成西太平洋副热带高压偏南、偏西,同时,105°E处越赤道气流显著加强,为江南地区提供充足水汽源,利于中国江南地区降水;澳大利亚高压减弱时,情况相反;在强(弱)澳大利哑高压年,印度尼西亚及热带辐合带海区SSTA负(正)异常使得低层风场的异常辐散(辐合),激发了澳大利哑南部以及西太平洋地区异常反气旋(气旋)环流,同时江南地区出现异常辐合(辐散),引起大气异常上升(下沉)运动,有利于中国江南地区夏季降水异常偏多(偏少).     

2010年我国南方两次持续性强降水的环流特征

通过对2010年夏季我国南方两次持续性强降水期间对流层高、中、低多个大尺度关键影响系统的时空演变特征及其影响机制的分析和比较,讨论了我国南方持续性强降水的大气环流特征。结果表明:这两次持续性强降水均出现了东亚西风带沿海低槽不断快速重建或加深,且中纬度锋区位置稳定维持,低空西南急流反复加强,且其轴线左侧的南风经向强梯度带位置相对稳定,副热带高空西风急流和南亚高压脊线及西太平洋副热带高压的纬度带位置相对稳定;相应地,在强降水带上空反复出现强烈的低层水汽辐合抬升、高层辐散抽吸及垂直上升运动发展,进而形成持续性强降水。西西伯利亚低槽的不断快速重建与加深 (东移)、马斯克林高压西侧高压及马斯克林高压的不断加强东移、副热带高空西风急流的建立和维持对南方持续性强降水具有超前指示意义。强降水带位于东亚低空西南急流轴左侧南风经向强梯度辐合带、高空西风急流南侧至南亚高压脊线北侧之间的强辐散区及中层垂直上升速度大值带中。     

An Asian–Pacific teleconnection in summer tropospheric temperature and associated Asian climate variability

We identified the Asian–Pacific Oscillation (APO) and its associated index, a zonal teleconnection pattern over the extratropical Asian–Pacific region. This was done through the correlation and empirical orthogonal function (EOF) analyses on the summer mean tropospheric eddy temperature from the monthly European Center for Medium-Range Weather Forecast reanalysis. The APO reflects an out-of-phase relationship in variability of the eddy temperature between Asia and the North Pacific and is associated with the out-of-phase relationship in atmospheric heating. The APO index shows a decadal variation, tending to a high-index polarity before 1975 and afterward to a low-index polarity. Moreover, the APO index has a quasi-5-year period. With higher APO-index conditions in the upper troposphere, the summer South Asian high and the North Pacific trough are stronger, while the westerly jet stream over Asia and the easterly jet stream over South Asia strengthen. Also, the Asian low and the North Pacific subtropical high are stronger in the lower troposphere. The anomalous southerlies prevail at the midlatitudes of East Asia, accompanied by a more northward Mei-yu front, and the anomalous westerlies prevail over South Asia. Summer rainfall increases in North China, South China, and South Asia, while it decreases from the valley of the Yangtze River to southern Japan, and near the Philippines.     

亚洲热带夏季风指数与中国南方降水的关系

利用1979—2013年夏季全球2.5°×2.5°逐日环流资料和中国气象站点降水观测资料,采用动力学因子(西南风)与热力学因子(Radiation Longwave covting, OLR)相结合定义了标准化的亚洲热带夏季风指数(Tropical Summer Monsoon Index, TSMI)。结果表明,该指数能够很好地描述亚洲热带夏季风的年际变化和准4 a变化特征,并能够指示中国南方夏季降水的异常变化和东亚大气环流特征。强(弱)亚洲热带夏季风年,印度夏季风槽和南海夏季风槽加强加深(减弱),孟加拉湾海域一致西南风(东风)异常,越赤道急流向北输送偏强(偏弱),南海季风槽位置偏西(东),南海区域一致西南风异常,西太平洋副热带高压和南亚高压纬向位置分离(重叠),低层气流在长江流域辐散(辐合),华南地区辐合(辐散),长江中下游流域出现异常下沉(上升)运动,造成长江流域降水偏少(偏多),华南地区降水比常年偏多(偏少)。     

Impacts of the MJO on Winter Rainfall and Circulation in China

Impacts of the MJO on winter rainfall and circulation in China are investigated using a real-time multivariate MJO index.Composite results using the daily rainfall anomalies and "rainy day" anomalies according to eight different MJO phases show that the MJO has considerable influence on winter rainfall in China. Rainfall anomalies show systematic and substantial changes(enhanced/suppressed) in the Yangtze River Basin and South China with the eastward propagation of the MJO convective center from the Indian Ocean to the western Pacific.When the MJO is in phase 2 and 3(MJO convective center is located over the Indian Ocean),rainfall probability is significantly enhanced.While in phase 6 and 7(MJO convective center is over the western Pacific),rainfall probability is significantly reduced. MJO in winter influences the rainfall in China mainly through modulating the circulation in the subtropics and mid-high latitudes.For the subtropics,MJO influences the northward moisture transport coming from the Bay of Bengal and the South China Sea by modulating the southern trough of the Bay of Bengal and the western Pacific subtropical high.For the mid-high latitudes,the propagation of the low frequency perturbations associated with the eastward-propagating MJO convection modulate the circulation in the mid-high latitudes,e.g.the East Asian winter monsoon and the low trough over central Asia.     

Impact of the thermal state of the tropical western Pacific on onset date and process of the South China Sea summer monsoon

Since the early or late onset of the South China Sea summer monsoon （SCSM） has a large impact on summer monsoon rainfall in East Asia, the mechanism and process of early or late onset of the SCSM are an worthy issue to study. In this paper, the results analyzed by using the observed data show that the onset date and process of the SCSM are closely associated with the thermal state of the tropical western Pacific in spring. When the tropical western Pacific is in a warming state in spring, the western Pacific subtropical high shifts eastward, and twin cyclones are early caused over the Bay of Bengal and Sumatra before the SCSM onset. In this case, the cyclonic circulation located over the Bay of Bengal can be early intensified and become into a strong trough. Thus, the westerly flow and convective activity can be intensified over Sumatra, the Indo-China Peninsula and the South China Sea （SCS） in mid-May. This leads to early onset of the SCSM. In contrast, when the tropical western Pacific is in a cooling state, the western Pacific subtropical high anomalously shifts westward, the twin cyclones located over the equatorial eastern Indian Ocean and Sumatra are weakened, and the twin anomaly anticyclones appear over these regions from late April to mid-May. Thus, the westerly flow and convective activity cannot be early intensified over the Indo-China Peninsula and the SCS. Only when the western Pacific subtropical high moves eastward, the weak trough located over the Bay of Bengal can be intensified and become into a strong trough, the strong southwesterly wind and convective activity can be intensified over the Indo-China Peninsula and the SCS in late May. Thus, this leads to late onset of the SCSM. Moreover, in this paper, the influencing mechanism of the thermal state of the tropical western Pacific on the SCSM onset is discussed further from the Walker circulation anomalies in the different thermal states of the tropical western Pacific.     

广东6月持续性暴雨期间的大气环流异常

利用1979—2011年共33年广东86个观测站日降水和全球大气多要素日平均资料,分析广东前汛期降水异常(包括暴雨和无雨)的环流特征。结果表明,广东6月持续性暴雨和持续性无雨期间大气存在显著的经向遥相关波列,其中,持续性暴雨过程波列更完整,非持续性暴雨(或非持续性无雨)则波列不显著,而4、5月的持续性暴雨或持续性无雨过程都没有波列出现。在经向波列存在的情况下,对流层中高层大气西风带环流经向度增大、槽脊发展增强,中高纬度这种持续稳定的环流形势,有利于冷空气和高空槽影响华南;在高层200 hPa,华南处于偏西风和西南风异常之间的气流辐散区域,有利于高层辐散;对流层中低层西太平洋副热带高压偏强、西脊点偏西,华南上升、南海下沉的垂直异常经圈环流建立;同时对流层低层来源于印度和孟加拉湾北部以及热带太平洋的水汽输送明显加强,从而为持续性暴雨过程提供有利的环流背景以及暴雨区所需的动力和水汽条件,可见经向波列通过对流层高、中、低层大气环流异常影响持续性暴雨。在没有经向波列的情况下,当500 hPa华南地区有西风槽活动、850 hPa南海北部西风偏强,广东局地动力上升条件和水汽输送条件达到一定程度,则只能出现非持续性暴雨。因此,经向波列可为区分持续暴雨与非持续暴雨预报提供参考。与广东降水持续异常相关的经向波列受中高纬度罗斯贝波、热带对流以及中低纬度太平洋地区大气异常等多方面的共同影响。     

华南4—5月持续性干旱及其环流背景

用测站降水量资料和NCEP-DOEⅡ再分析资料等,统计分析了华南春季各月降水量逐年变化的相互关系以及华南4—5月持续性干旱对应的大气环流异常特征,初步探讨了与华南4—5月持续性干旱有关的海温异常及其可能的影响机理。华南春季降水量主要变异型为全区一致型,近30年来华南春季降水量在减少,华南4、5月降水量的逐年变化有显著的同相特征。华南春旱主要是由4—5月的降水持续偏少造成的。在华南4—5月持续干旱年,华南附近高低空都存在一个异常的反气旋,并在华南上空造成异常下沉运动;东亚大槽南支偏弱,不利于中高纬度冷空气南下,因而不利于华南降水。在华南4—5月持续干旱年,热带中太平洋的海温正距平可从前一年12月一直持续到当年5月,其影响华南春旱的机制是:由于赤道中太平洋地区海温正距平,导致该区域的异常辐合上升运动,同时通过罗斯贝波的响应在其西侧即西太平洋赤道南、北两侧低空强迫形成气旋性环流异常,在菲律宾东侧的热带西太平洋上空强迫出异常的上升运动,进而使南海北部和华南地区出现异常的下沉运动,导致干旱;在南海及热带西太平洋上空大气低层出现的偏北风异常也使得来源于南海—西太平洋的水汽输送减弱,不利于华南降水。在华南4—5月持续干旱年,4、5月欧亚大陆中高纬度地区也存在一个持续性的西北—东南向的异常环流波列,其对华南干旱的发生也具有显著的影响作用。     

华南汛期旱涝急转及其大气环流特征

利用国家气象信息中心提供的1960～2015年中国753站汛期(4～9月)逐日降水资料,对华南地区汛期旱涝急转现象进行了分析,定义了一个旱涝急转评价指标,分析了旱涝急转事件的特点及其大气环流特征。结果表明:华南在56年汛期中共发生了17次旱涝急转事件,发生频率由1960年代的3次下降到1970年代、1980年代的1次,后迅速增加到1990年代的4次、21世纪初的8次。将其按急转时间分为春末初夏旱转涝事件和盛夏涝转旱事件。春末初夏旱转涝事件,旱期西太平洋副热带高压主体偏南,中国东部主要受干冷高压脊控制,华南低层负涡度发展伴随着辐散、下沉运动的加强和水汽输送的减弱,降水偏少;涝期西太平洋副热带高压北抬,孟加拉湾南支槽异常偏强,华南位于副热带高压西侧和南亚高压东南侧,低层正涡度发展伴随着辐合、上升运动和水汽输送的加强,降水偏多。盛夏涝转旱事件,涝期西太平洋副热带高压主体偏西,华南处于副热带高压西北侧和南亚高压东南侧,低层水汽输送、辐合和上升运动均加强,正涡度发展,降水增多;旱期西太平洋副热带高压显著北跳,南亚高压向东向北扩展至长江中下游地区,华南为西太平洋副热带高压和高空东风急流所控制,低层水汽输送减弱,辐散和下沉运动加强,负涡度发展,干旱少雨。     

东亚地区夏季风爆发过程

利用中国194站1961～1995年日降水资料及NCEP1979～1997年候格点降水资料,探讨了亚洲地区自春到夏的雨季开始分布。结果表明,东亚地区自春到夏存在副热带季风雨季开始和热带季风雨季开始。前者于4月初开始于华南北部和江南地区,随后向南和向西南扩展,于4月末扩展到华南沿海和中南半岛,这个雨带主要是冷空气和副热带高压西侧转向的SW风以及南亚地区冬春副热带南支西风槽中西风汇合而形成的,是副热带季风雨季开始。后者是南海热带季风爆发后使原来由江南移到华南沿岸的副热带季风雨带随副热带高压北进而北进,前汛期雨季进入盛期,江南出现第二次雨峰,形成梅雨期和江淮及华北雨季。同时,热带季风雨带也自东向西传播到达南亚地区而形成热带季风雨季。还讨论了1998年东亚地区夏季风爆发过程,指出南海夏季风爆发期的季风由副高北侧形成的新生气旋进入南海造成南海中部西风和南海越赤道气流转向的SW季风加强汇合而形成,因而是东亚季风系统中环流系统季节变化造成的,和印度季风无关。在南海季风爆发期阿拉伯海仍由副热带反气旋控制,南亚仍是上述副热带反气旋北侧NW风南下后转向的偏西副热带气流所控制,索马里低空急流仍未爆发,赤道西风并未影响南海。