华南夏季降水两次年代际转折的水汽输送异常成因初探

本文利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2374站日降水资料,通过水汽收支方程分解方法分析了华南夏季降水在1993~2002年时段年代际增多以及2003~2013年时段年代际减少的水汽输送特征及其成因。结果表明:1993~2002年时段（2003~2013年时段）,局地环流导致异常下沉（上升）气流,南亚高压偏东（偏西）和西太平洋副热带高压（简称副高）偏西（偏东）,菲律宾及副高西南侧水汽输送加强（减弱）,华南地区低层出现强的水汽辐合（辐散）,导致降水偏多（偏少）。华南地区夏季降水两次年代际变化主要与风速变化引起的水汽输送动力散度项的异常有关,同时还受到与比湿变化引起的水汽输送热力散度项异常、及天气尺度的涡旋引起的水汽输送涡流散度项异常影响。此外,研究发现水汽输送的异常与环流和海温异常均密切相关。     

夏季南亚高压位置与青藏高原降水年际变化的关系研究

通过合成分析、动力诊断和数值模拟,研究了夏季南亚高压位置与青藏高原降水年际变化的关系,并分析了水汽输送和高原非绝热加热的特征及作用。结果表明：南亚高压位置偏东南（西北）时,对应着高原东部水汽辐合（散）显著、水汽输送显著偏强（弱）,而高原西南部水汽辐散（合）显著,是造成高原东部降水显著偏多（少）、高原西南部降水显著偏少（多）的重要原因。高原东部大气凝结潜热加热异常有助于南亚高压位置与高原降水关系的维持。南亚高压位置偏东南（西北）时,高原西北部降水显著偏多（少）,与该地区地表潜热偏强（弱）、大气低层位势高度偏低（高）有关,但并不显著。     

南亚高压特征参数与我国夏季降水的关系分析

利用1951—2008年NCEP/NCAR再分析资料,结合国家气象中心提供的台站降水资料,分析了近30年夏季南亚高压各特征指数年际和年代际变化及其与我国夏季降水异常的联系。结果表明,除脊线外南亚高压面积、强度、东脊点位置和中心位置都存在显著的年代际变化。偏相关显示,当南亚高压面积不变时,东脊点位置与高压强度之间不存在显著的偏相关性。夏季南亚高压东脊点位置与长江流域中游、江淮流域的夏季降水有显著的正相关,与华南夏季降水有着显著的负相关,较其他各指数而言,南亚高压东脊点位置指数与全国夏季降水相关性更好。滑动相关分析显示,南亚高压东脊点位置与我国江淮流域夏季降水的相关性存在明显的转折,由20世纪70年代以前的负相关转变为70年代以后的正相关。分析表明夏季南亚高压东脊点位置指数为研究和预测江淮地区的降水异常提供了一个有利的信号。     

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)。     

华南前汛期降水异常及其环流特征分析

利用国家气候中心整编的中国160站的月平均降水资料和美国NCEP/NCAR的再分析资料,分析华南前汛期降水的异常及其环流特征。文中取“九五”重中之重项目执行组指出的华南地区的16站来代表华南地区,侧重分析了华南前汛期降水异常的年际、年代际变化特征及华南前汛期多、少雨年同期的环流特征。研究发现：华南地区降水的季节分布呈现双峰型,两个峰值分别在6月和8月。华南前汛期近50年的总的降水趋势变化不明显。1950年代前期和1960年代中期—1980年代中为相对多雨期,而1950年代中期—1960年代中期以及1980年代中期—1990年代初为相对少雨期,1990年代为正常波动期。华南前汛期降水存在3 a、5 a、7 a、14 a的周期。在分析华南前汛期多、少雨年大气环流场的特征时发现：华南前汛期多雨年时南亚高压和副高都偏弱,华南地区低层的水汽通量辐合加强,而且低空辐合,高空辐散,气流上升运动加强,容易形成降水;而少雨年的情况恰恰相反。     

华南春季降水的年代际变化及其与大气环流和海温的关系

利用1960—2010年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA提供的海表温度资料以及太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)指数,分析了华南春季降水的年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:华南春季降水经历了偏少(1960—1971年)—偏多(1972—1992年)—次偏少(1993—2010年)三个阶段。第一阶段少雨期,500 hPa上西风气流较平直,不利于北方冷空气南下,华南地区的暖气团也不活跃,对应的水汽通量散度为异常辐散。第二阶段多雨期,500 hPa高度上,高原北部脊偏强,利于冷空气南下,与华南地区活跃的暖湿气团汇合,对应的水汽场上为水汽异常辐合。第三阶段少雨期,500 hPa西风气流上的槽脊系统偏强,利于北方强冷空气南下,孟加拉湾地区的南支槽填塞,南方暖湿空气向华南的输送减弱。华南春季降水与PDO指数存在正相关关系,从不同季节来看,在年代际时间尺度上,前期秋季的PDO指数与华南春季降水的正相关显著,PDO处于负位相时,华南春季降水偏少,反之亦然;从华南春季降水年代际变化的不同阶段来看,PDO指数与华南春季降水的正相关在1960—1971年少雨期较显著。     

5月南亚高压与云南地区夏季降水的关系

应用1961—2012年NCEP/NCAR月平均再分析资料和云南124个测站逐月降水资料,分析了5月南亚高压与云南夏季降水的关系,发现高压脊线位置与降水有显著的相关。利用滤波处理和合成分析方法,分析了5月南亚高压脊线位置变化及其异常与云南夏季降水异常的联系。结果表明:5月南亚高压脊线位置偏北(南)时,夏季云南降水偏多(少);5月南亚高压脊线位置和云南夏季降水都存在显著的年代际变化,去除年代际变化影响之后两者之间的年际变化相关较为显著。5月南亚高压脊线位置偏北年,夏季南亚高压强度偏弱、范围偏小,500 hPa上西太平洋副高东移南压、强度减弱。低层700 hPa上副高西伸加强、云南上空出现明显的风场辐合,反之亦然。5月脊线位置偏北年,夏季南海和西太平洋向云南输送水汽,而脊线偏南年没有明显的水汽来源。     

近45a华南夏季降水时空演变特征

利用华南区域65个气象站点1960～2004年的观测数据,采用经验正交函数分解法(EOF)分析了华南夏季降水的时空变化.结果表明:华南中部和西北部是华南夏季降水的两个主要气候变异中心区,华南中部夏季降水具有年代际变化为主的特征,华南西北部夏季降水则具有年际变化为主的特征.华南中部夏季降水的强弱异常变化,与华南上空水汽输送异常而导致该地区垂直积分水汽通量辐合异常密切相关.即华南中部夏季降水强年,该区域上空为明显的水汽通量距平辐合,降水弱年则为水汽通量距平辐散或弱的水汽通量距平辐合.为华南区域夏季降水的气候预测提供一定的参考依据.     

我国华南4、5月份降水年代际变化的特征及其与中西太平洋海温的可能关系

利用1951～2005年华南4、5月份降水资料、NOAA海温资料以及NCEP再分析资料,对华南4、5月份降水年代际变化的特征、及其所对应的大尺度环流以及与中西太平洋海温的关系作了分析。结果表明,华南4、5月份降水均在1970年代初期发生显著的年代际转变,从之前的降水偏少转变为降水偏多。华南4月份降水与前一年7～11月份的中西太平洋海温、华南5月份降水与当年2～5月份的中西太平洋海温有显著的负相关。在4、5月份年代际降水偏少(多)时期,前期中西太平洋海温偏暖(冷);同期亚洲大陆南部及非洲大陆的海平面气压显著偏低(高),北太平洋海区海平面气压偏高(低);我国华南上空存在反气旋性(气旋性)环流异常,我国华南地区北边界存在显著的南(北)风异常,造成华南地区北边界异常水汽输出增强(减弱)。同时,我国大陆对流层中上层大气显著偏暖(冷),东亚高空急流显著偏北(南),副热带高压偏弱(强)偏东(西),向华南地区输送的水汽减少(增加),从而在华南地区形成异常的水汽辐散(辐合),最终导致华南地区4、5月份降水的减少(增加)。     

夏季南亚高压的气候变化特征及其对中国东部降水的影响

根据我国1961—2008年气温、降水量的地面观测资料,1971—2000年高空观测位势高度资料及NCEP再分析资料,研究了南亚高压的气候变化特征及其与东部夏季降水异常的相互关系。结果表明:(1)NCEP再分析资料的气温和位势高度与实际观测值在整个中国地区具有相同的变化特征,适用于中国地区气候年际变化特征的研究。(2)南亚高压具有明显的年际和年代际变化特征,南亚高压面积指数和东伸指数的气候变化特征几乎相同,对中国降水的影响作用也几乎一致。(3)根据奇异值分解和相关分析发现,当南亚高压面积指数偏大、位置偏南时,长江中下游降水量偏多;当南亚高压面积偏小、位置偏北时,长江中下游降水量则偏少。造成这种影响的物理机制是当南亚高压偏大、位置偏南时,中国南部及西太平洋洋面受反气旋环流异常的控制,有利于暖湿气流向长江流域输送,且长江中下游为一气流辐合区,造成该地区降水量偏多;当南亚高压偏小、位置偏北时,水汽输送条件较差,且长江中下游为一辐散区,不利于长江中下游降水量的产生。     

South Indian Ocean Rossby Waves

ABSTRACT

South Indian Ocean Rossby waves (SIO-RW) are identified in the Global Ocean Data Assimilation System (GODAS) 1.5–7?yr filtered sea surface height (SSH) time series. There is a persistent three-year oscillation in the 5°–15°S latitude band from 55° to 85°E. Field correlations show little coupling at 90°E, but as the SIO-RW undulates westward at approximately 0.19?m?s^?1 across the mid-basin, a northwest–southeast axis of warm sea surface temperatures (SSTs) and deep convection forms. Many teleconnections in earlier work are confirmed: interannual pulses of zonal wind in the eastern basin trigger the SIO-RW via anticyclonic wind stress curl. New insights derive from an understanding of links with the upper troposphere. As the SIO-RWs move westward with the onset of an El Niño in the Pacific, increased convection over the north Indian Ocean corresponds to reduced evaporation and SST warming. Mid-tropospheric heating T′?>?2°C over the northwest Indian Ocean accelerates the southern sub-tropical jet to greater than 10?m?s^?1 over the southeast Indian Ocean, reinforcing the anticyclonic vorticity. The downstream acceleration of the jet generates upper-level divergence and moist convection over the western basin, anchoring an atmospheric Rossby wave in a northwest–southeast alignment underpinned by differential propagation of the SIO-RW. As the ocean Rossby wave reaches Africa, the coupling fades and transitions. What distinguishes Indian Ocean from Pacific Ocean Rossby waves are their southern latitude and higher frequency. The tropical mid-tropospheric heating that accelerates the southern sub-tropical jet shifts westward in tandem with the SIO-RW.     

南海夏季风对华南夏季降水年代际变化的影响

华南夏季降水和南海夏季风都具有准两年的变化特征。研究表明：20世纪70年代以后，华南夏季降水年代际变化主要表现在准两年尺度平均方差的变化上，当准两年方差大时，相应的华南夏季降水多，反之亦然。但是在1976年以前南海夏季风对华南夏季降水的影响并不大，这似乎与两者准两年变化关系的年代际变化有关。南海夏季风和华南夏季降水的准两年变化在1953-1976年是弱的反位相变化关系，相反地，这一时段它们的非准两年变化成分有很强的正相关；在1977-2000年这一阶段，南海夏季风和华南夏季降水的准两年变化具有很强的正相关，但是它们的非准两年变化成分的相关性则很差。分析结果还表明，20世纪70年代大气环流的年代际变异使得华南夏季降水准两年变化在最近20多年成为其年际时间演变的主导成分。     

Recent Change of the South Asian High

This paper investigates the variability of the summer （May-September） South Asian Iligh （SAIl） for the period 1979-2012. Results show that the intensity and the area of the summer SAH decreased around 2002 at the decadal scale; and the East Asian westerly jet suppressed at the north edge of the SAH, which is consistent with the SAH variation. The precipitation pattern over eastern China also shifted during the same periods, with increased rainfall in the Huang-Huai River region and South China and decreased rainfall in the Yangtze River region. The relationship between the two variations is evidently strengthened via changes in moisture flux.     

南海海温异常影响南海夏季风的数值模拟研究

采用p－σ九层区域气候模式(p－σRCM9）模拟并研究了南海海温异常对南海夏季风的影响, 数值模拟结果表明, 5月份的南海海温对南海夏季风的爆发日期起关键作用: 5月份南海海温持续增温 (降温）, 南海夏季风爆发日期偏早 (偏晚）。南海夏季风爆发后, 南海异常增温, 同期的南海夏季风增强, 而后期的南海夏季风减弱; 南海异常降温, 则与之相反。机制分析表明, 南海海温正(负)异常增强(减弱)了海面与行星边界层之间的能量交换, 主要是潜热通量的输送, 并在大气中通过积云对流加热率的变化来影响对流层热量的分布, 进而引起对流层中低层辐合和高层辐散的变化, 然后使得环流场和风场作出相应地调整, 环流场和风场又会反过来影响积云对流加热率的变化, 这是一个正反馈过程。在5月份南海增温(降温)强迫下, 5月份南海地区的对流活动加强(减弱）, 使得对流层低层副热带高压提前(延后)撤出南海, 从而有利于南海夏季风爆发偏早(晚）。在南海海温异常强迫下, 中国东南部和南海地区的降水率异常主要是由积云对流所产生的降水率异常引起。     

一种表征南海季风强度的指标及其与华南降水的关系

风场强度与方向的季节性变化是季风区最显著的气象要素变化特征之一。Lu and Chan（1999） 利用大气低层风场，定义了一个表征南海季风强度的指数，为简单起见，只用了经向风分量，研究表明该指数与华南夏季降水有很好的相关。为了进一步验证和改进该指数，本文利用逐月NCEP/NCAR（National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research）风场再分析资料以及华南地区的基准、基本气象站降水资料，将设计指数时允许的实际风的投影方向从规定的正北方向（即经向风），拓展为允许偏转的其他方向，以此建立改进的指数。为了更好地反应改进后的指数与华南降水的月异常之间的关系，本文引入了广义线性模型及正态分布和Gamma分布两类假设，来建立两者非线性的回归关系。结果证明，实际风在自正北方向逆时针旋转11.3°的方向上的投影与华南降水具有最好的相关性，采用这一方向上的投影可以对原指数加以改进；中国南海季风所覆盖的风场与华南降水的月异常之间有显著的非线性关系，而对降水采用Gamma分布假设的广义线性模型能够比正态分布假设得到更符合实际的回归结果。     

华南地区干旱气候预测研究

选用华南地区15个站近50年的年(季、月)降水资料,对华南地区干旱年景进行分析,并做气候预测。采用极差法计算各站点年雨量的临界值,评定严重干旱年和一般干旱年。分析发现,华南地区年雨量变化有明显的阶段性,1961~2003年间,平均4.3年有一个干旱年,14.3年有一个严重干旱年。介绍了几种实际预报中用到的旱涝预测方法:指数曲线方程预报方法、时间序列多周期特征值叠加预报法、综合气候预测方法、最优遥相关分析预报方法。对华南地区未来10年总的旱涝趋势的预测结论是:2005年雨量偏多,2006~2008年偏旱为主,2009~2012年是多雨期。     

冬季华南准静止锋的结构和类型特征研究

利用12年(2000～2011年)逐日的FNL(Final Operational Global Analysis)分析资料和逐日的中国站点降水资料, 定义了一个冬季华南准静止锋强度指数, 并根据该指数挑选出强准静止锋事件, 研究了强事件的结构特征、环流分型及其与降水的关系。结果表明:冬季强准静止锋事件多发于1、2月, 其发生频次在近12年里呈现明显上升趋势。强准静止锋锋区表现为等假相当位温线、等温线的密集带, 但是锋区湿度变化不明显, 并有明显逆温, 锋区由南北风辐合构成, 上升气流主要位于锋区上部, 纬向有两个次级环流与锋区相对应, 伴随正相对涡度和水汽通量辐合。根据850 hPa风场在锋区的辐合情况, 强准静止锋可分为北风辐合型、南北风辐合型、南风辐合型三种类型。在这三种类型中, 北风辐合型对应的北方冷空气最强, 华南降水最少;南风辐合型对应的南支槽最活跃, 华南降水最多;南北风辐合型介于两者之间。冬季华南准静止锋与冬季华南降水有一定相关, 在强准静止锋的背景下, 降水偏多时, 锋区低层的水汽通量辐合和上升运动偏强, 华南处于偏强南支槽前。     

Multi-scale climate variability of the South China Sea monsoon: A review

This review recapitulates climate variations of the South China Sea (SCS) monsoon and our current understanding of the important physical processes responsible for the SCS summer monsoon's intraseasonal to interannual variations. We demonstrate that the 850 hPa meridional shear vorticity index (SCSMI) can conveniently measure and monitor SCS monsoon variations on a timescale ranging from intraseasonal to interdecadal. Analyses with this multi-scale index reveal that the two principal modes of intraseasonal variation, the quasi-biweekly and 30–60-day modes, have different source regions and lifecycles, and both may be potentially predicted at a lead time longer than one-half of their corresponding lifecycles. The leading mode of interannual variation is seasonally dependent: the seasonal precipitation anomaly suddenly reverses the sign from summer to fall, and the reversed anomaly then persists through the next summer. Since the late 1970s, the relationship between the SCS summer monsoon and El Niño-Southern Oscillation (ENSO) has significantly strengthened. Before the late 1970s, the SCS summer monsoon was primarily influenced by ENSO development, while after the late 1970s, it has been affected mainly in the decaying phase of ENSO. The year of 1993 marked a sudden interdecadal change in precipitation and circulation in the SCS and its surrounding region. Over the past 60 years, the SCS summer monsoon's strength shows no significant trend, but the SCS winter monsoon displays a significant strengthening tendency (mainly in its easterly component and its total wind speed). A number of outstanding issues are raised for future studies.     

华南春季温度气候变化研究

利用我国华南3省24个站1951－1995年2－4月的平均气温资料分析该地区春季低温的气候特征，发现有6个严重低温年：1957、1968、1969、1984、1985和1988年。1968年最为严重。严重低温主要发生在3月和4月。福建的低温较频繁，广西的低温较严重。华南春季低温年际变化有明显的阶段性，809年代低温频繁，90年代低温最少，其它年代低温频数大体相当。春季低温和高温年份，亚洲中高纬度大气环流、西太平洋热带高压以及太平洋热带海洋状况都有显著的差异。华南春季低温与亚洲极涡、纬向环流指数、西太平洋副热带高压北界位置及太平洋暖池的海表温度等因子关系密切。     

一次引发华南大暴雨的南海季风槽异常特征及其原因分析

2007年8月10日第7号台风"帕布"在广东沿海消失后,尾随而上的南海季风槽给华南沿海和台湾岛带来持续多日的暴雨和大暴雨.由于南海季风槽是华南最主要的降水系统,因此研究了8月第3候引发华南大暴雨的南海季风槽的异常特征及其可能的原因.首先分析了季风槽的气候平均时空特征.研究表明低层辐合、高层辐散位于季风槽的南侧,表现了季...