新疆春季降水异常的环流和水汽特征

利用1961—2007年新疆75个气象站月降水量资料和NECP/NCAR逐日4次再分析资料(2.5°×2.5°),分析了新疆3~5月降水异常环流、水汽输送和收支特征,以及环流和水汽异常对整个水汽输送异常的贡献。结果表明,斯堪的纳维亚环流型(SCA环流型)是造成新疆春季各月降水异常的主要环流型。3月水汽输送量最小,4~5月相当,各层西边界为主要流入界,东边界为主要流出界,西风气流输送水汽多少决定降水异常。各月降水偏多的水汽输送异常表现为3月出现巴伦支海—新地岛以东向南到里海、咸海—巴尔喀什湖水汽输送异常,然后其随西风气流进入新疆;4月出现西伯利亚向里海、咸海地区和阿拉伯半岛向里海、咸海水汽输送异常,而后其随西风气流进入新疆;5月出现西伯利亚向咸海—巴尔喀什湖、巴伦支海向南到地中海东部的水汽输送异常,同时还出现红海向地中海东部和阿拉伯海向北到中亚的水汽输送异常,高、低纬向中纬水汽输送异常并汇合于中纬后沿西风气流进入新疆。各月环流异常对整个水汽输送异常起主要作用。     

青藏高原地区5月热力差异和后期夏季北疆降水的联系

基于美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均资料和新疆70站降水资料,分析了1961~2010年5月青藏高原地区地表热力异常差异和新疆夏季降水的联系。奇异值分解(SVD)分析发现,当5月青藏高原视热源偏弱,高原西北部地区偏强时,北疆夏季降水偏多。定义了一个热力差异指数来表征两个区域热力异常的对比程度,发现考虑这种大尺度热力差异对比要比单一地区与区域气候有更为密切的联系。当热力差异指数为负时,即5月青藏高原视热源偏弱,其西北部视热源偏强时:(1)西亚副热带西风急流位置偏南;(2)500 h Pa中亚上空和贝加尔湖上空分别对应异常气旋和反气旋环流,在二者共同作用下,北疆上空盛行异常的偏南气流,有利于低纬度的暖湿气流北上,形成有利于降水的环流形势;(3)印度半岛上空为异常反气旋环流,中亚上空为异常气旋环流,形成北疆夏季降水水汽的两步型输送,阿拉伯海水汽被输送至中亚和新疆地区。偏相关分析发现,青藏高原热力异常主要影响对流层中高层大气环流和水汽输送的第二步环流条件,高原西北部热力异常则影响水汽输送的第一步环流条件。     

中国东南部冬季降水变化及其环流特征

利用1951-2011年中国160站降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,分析了中国东南部冬季降水的年际变化及与之相关的环流和水汽输送特征。结果表明:中国东南部冬季降水年际差异较明显,当降水异常偏多(少)时,蒙古高压及中国广大南方地区海平面气压异常偏低(高),而亚洲附近的洋面上则异常偏高(低);500 hPa上,巴尔喀什湖附近的高压脊和东亚大槽均偏弱(强);高层东亚西风急流异常偏弱(强),中东地区急流异常偏强(弱);中国东部20~30°N出现显著异常上升(下沉)运动,低纬度地区出现异常下沉(上升)运动。影响中国东南部冬季降水的水汽输送主要有两支:来自西风带绕高原的南支气流,经过阿拉伯海和孟加拉湾向华南的输送水汽;来自低纬西太平洋,经南海向中国西南的水汽输送。此外,东亚冬季风与中国东南部冬季降水关系密切。     

中亚和南亚热力差异对塔里木盆地夏季降水的影响

利用美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均资料和新疆83站降水资料,分析了1961~2010年南亚和中亚对流层中低层热力差异对塔里木盆地夏季降水的可能影响机制。研究结果表明,塔里木盆地夏季降水与中亚和南亚对流层中低层温度密切相关。当南亚对流层中低层偏暖,中亚偏冷时,500 h Pa中亚上空和蒙古上空分别为异常气旋和反气旋环流,在二者共同作用下,塔里木盆地上空盛行异常的偏南气流,有利于低纬海洋的暖湿气流北上,形成有利于降水的环流条件。同时阿拉伯海上空为异常反气旋环流,中亚上空为异常气旋环流,形成塔里木盆地夏季降水水汽的两步型输送,阿拉伯海水汽被输送至中亚和新疆地区。中亚对流层中低层温度变化主要影响500 h Pa环流,南亚对流层中低层温度变化在低纬水汽向北输送过程中扮演主要角色。青藏高原夏季风偏强时,600 h Pa高原北侧对应异常反气旋环流,异常偏北风引导高纬度冷空气南下,导致中亚区域对流层中低层偏冷,而南亚对流层中低层偏暖则与热带印度洋显著增暖密切相关。     

新疆夏季降水的环流差异分析

基于1961—2015年夏季6—8月NCEP/NCAR再分析数据和新疆81站逐月降水数据,分析了北疆和南疆夏季降水协同变化和单独变化时的环流差异。结果表明,当新疆夏季降水整体偏多时,中亚上空的异常气旋将阿拉伯海的水汽输送至新疆,西亚副热带急流位置南偏。当南疆夏季降水偏多,北疆夏季降水偏少时,中亚异常气旋南偏,至40°N以南,水汽由阿拉伯海和西北太平洋输送至南疆,急流位置南偏。当北疆夏季降水偏多,南疆夏季降水偏少时,中亚为异常的反气旋,北疆上空存在异常的气旋式切变,水汽由西北太平洋输送至北疆,急流位置北偏,强度加强。当南疆(北疆)夏季降水单独偏多时,中亚40°N以南为异常气旋(反气旋),以北为异常反气旋(气旋),急流位置南偏,水汽由阿拉伯海输送至南疆(北疆)。     

西风和印度季风协同作用对塔里木盆地极端暴雨影响的初步分析

针对2021年6月14—17日塔里木盆地极端暴雨过程(最大日雨量106.6 mm,新疆特大暴雨),选取盆地自动气象站降水资料、GRAPES-GFS分析场和ERA5(0.25°×0.25°、逐1 h)再分析资料,利用WRF-v4.2.2模式数值模拟和HYSPLIT-v4.0水汽后向轨迹模式,分析此次暴雨在“东高西低”环流背景和“两高夹一低”形势下西风和印度季风协同作用机制。水汽源于黑海-里海-咸海、印度洋北部、中亚地区和北疆,偏西、偏南和偏东3条路径水汽输送发生在850～300 hPa、500～400 hPa和650 hPa以下低层。印度季风环流对印度洋水汽向塔里木盆地输送起关键作用,阐明了印度季风携印度洋水汽北上流入盆地的物理过程,“南风窗”水汽输送消失是西风和印度季风协同作用的重要体现。     

西北中部夏季降水主要空间型及环流特征

利用西北地区中部55个站点1961—2015年夏季降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及统计诊断方法,分析了西北地区中部夏季降水异常模态及同期大气环流特征和水汽输送条件。结果表明:西北中部夏季降水存在三类主要空间模态:全区一致型、东西反相型及类似"三明治"型。进一步分析表明,造成降水不同空间模态的环流和水汽条件不同:全区一致降水正异常时,副热带西风急流中心偏东,乌拉尔山阻塞高压偏强,水汽主要来源于孟加拉湾、南海和热带太平洋北上的水汽输送,同时在西北中部大范围地区有明显的水汽辐合;东多西少型降水正异常对应"丝绸之路"遥相关型环流,中亚增强的反气旋性环流提供了较强的冷空气,西北太平洋地区反气旋性环流南侧的偏东风输送水汽,在甘肃东部地区形成较明显的水汽辐合;类似"三明治"型降水正异常对应欧亚中高纬环流为北高南低型分布,贝加尔湖南侧低槽加强提供了西风异常,而水汽主要源自孟加拉湾向高原东侧的输送,在青海南部形成明显的水汽辐合,以致青南牧区降水偏多。综合分析表明,三种主要模态的冷空气条件和水汽来源具有明显差异。     

全球变暖背景下亚非典型干旱区降水变化及其与水汽输送的关系研究

分析比较了中蒙(35°N~50°N,75°E~105°E)、中亚(28°N~50°N,50°E~67°E)和北非(15°N~32°N,17°W~32°E)三个典型干旱区水汽输送特征的异同,及其1961~2010年间的降水时空变化,分析了水汽来源和输送变化及其可能原因。结果显示,由于受不同的气候系统影响,中蒙、北非和中亚干旱区的降水在年内变化上有着显著不同。中蒙和北非干旱区降水呈现夏季风降水的特征;而中亚干旱区降水则为更多受到冬季风的影响。1961~2010年,随着全球气温上升,中蒙干旱区冬季纬向水汽输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加;中亚干旱区冬季纬向输送减少而经向增加,总水汽输送减少;北非干旱区冬季纬向输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加。夏季中蒙和北非干旱区经向、纬向输送均减小,中亚干旱区夏季纬向输送减少而经向减少,总输送增加。相应的,中蒙干旱区年、冬季和夏季降水分别以4.2、1.3和1.0 mm/10 a的趋势增加;而中亚干旱区冬季(1.2 mm/10 a)和夏季(0.1 mm/10 a)降水增加,年降水则呈减少趋势(-0.8 mm/10 a);北非干旱区年降水和夏季降水分别以0.5 mm/10 a和0.1 mm/10 a的速率增加。冬季中蒙干旱区主要水汽来源是水汽经向输送,而中亚干旱区水汽主要为纬向输送,经纬向水汽均为净输出是北非干旱区降水极少的主要原因,平均总水汽输送量约为-9.48×104 kg/s。冬季低纬度和高纬度环流通过定常波影响干旱区冬季降水。中蒙和中亚干旱区冬季降水主要受西太平洋到印度洋由南向北的波列影响,北非干旱区冬季降水主要和北大西洋上空由北到南的波列相联系。各干旱区的降水对海温变化有着不同的响应:中蒙干旱区冬季降水与冬季太平洋西海岸和印度洋海温呈显著正相关,夏季与海温相关不显著;中亚干旱区与地中海和阿拉伯海温相关,且与阿拉伯海温为正相关。     

中国南方地区冬季风降水异常的分析

1997/1998和1998/1999年冬季是中国南方典型的多雨年和少雨年,它们分别发生在El Ni~no年和La Nina年。为了了解这两个冬季降水异常的原因,通过对比分析方法对这两个冬季的大气环流和水汽输送的差异进行了研究。结果表明:多雨年与ENSO事件的暖期相联系,西风带槽脊偏东偏弱,东亚冬季风减弱,副热带高压增强,对流层低层距平流场上呈现两个反气旋和一个气旋性环流,中心位于长江流域的气旋性环流的垂直结构和形成机理与菲律宾海反气旋不同。少雨年赤道海温的距平分布及高低层环流系统都与多雨年几乎相反。研究还揭示,冬季中国南方地区的水汽主要来自南支西风带低槽前部的西南气流和南海—中南半岛上空的转向气流,水汽输送通道随高度有明显的变化。1997/1998年冬季加强的南支西风气流和菲律宾海异常反气旋有利于水汽向中国大陆输送;1998/1999年南支西风气流弱,中国东南沿海低层为冷性高压控制,两支水汽输送带都大大减弱。这种水汽输送的明显年际变化是造成这2年冬季南方降水明显差异的一个关键因子。     

新疆夏季降水的水汽特征

对新疆夏季降水天气过程的水汽特征做了合成分析。结果表明：新疆地区发生大降水时，大气中所含水汽仅与我国湿润地区一般条件下大气中所含水汽相当。新疆降水所需水汽主要是靠一定的天气系统以接力输送方式输送到一定地区，然后在合适的环流作用下，向降水发生区逐步输送。西南季风对新疆夏季降水有间接影响。区域水汽收支计算表明，该区降水天气维持所需水汽主要由纬向西风气流输送提供。低层偏东风所输送的水汽对维持南疆降水是不够的。     

北极海冰变化对新疆冬季气温的影响研究

利用1961年12月—2022年2月新疆冬季气温、北极海冰等资料，探讨北极海冰变化影响新疆冬季气温的物理模态、影响机制。结果表明，北极海冰的变化与新疆大部冬季气温呈正相关，北极海冰变化通过改变北半球大气高低空配置进而影响新疆冬季气温。另外，不同海区的海冰变化对新疆冬季气温的影响有显著区别：格陵兰海—丹麦海峡、拉普捷夫海—东西伯利亚海海冰异常偏多时，新疆大部冬季气温偏高。巴伦支海—喀拉海、鄂霍次克海—白令海峡、哈德孙湾—戴维斯海峡海冰异常偏多时，新疆大部冬季气温偏低。     

Factors favorable to frequent extreme precipitation in the upper Yangtze River Valley

Extreme precipitation events in the upper Yangtze River Valley (YRV) have recently become an increasingly important focus in China because they often cause droughts and floods. Unfortunately, little is known about the climate processes responsible for these events. This paper investigates factors favorable to frequent extreme precipitation events in the upper YRV. Our results reveal that a weakened South China Sea summer monsoon trough, intensified Eurasian-Pacific blocking highs, an intensified South Asian High, a southward subtropical westerly jet and an intensified Western North Pacific Subtropical High (WNPSH) increase atmospheric instability and enhance the convergence of moisture over the upper YRV, which result in more extreme precipitation events. The snow depth over the eastern Tibetan Plateau (TP) in winter and sea surface temperature anomalies (SSTAs) over three key regions in summer are important external forcing factors in the atmospheric circulation anomalies. Deep snow on the Tibetan Plateau in winter can weaken the subsequent East Asian summer monsoon circulation above by increasing the soil moisture content in summer and weakening the land–sea thermal contrast over East Asia. The positive SSTA in the western North Pacific may affect southwestward extension of the WNPSH and the blocking high over northeastern Asia by arousing the East Asian-Pacific pattern. The positive SSTA in the North Atlantic can affect extreme precipitation event frequency in the upper YRV via a wave train pattern along the westerly jet between the North Atlantic and East Asia. A tripolar pattern from west to east over the Indian Ocean can strengthen moisture transport by enhancing Somali cross-equatorial flow.     

天山山区水汽输送气候特征

应用2000～2011年NCEP/NCAR再分析逐日6h 1 1资料,分析了新疆天山山区对流层不同层次空中水汽输送特征,结果表明：(1)天山山区地面～100 hPa每年平均有11504.1×108t水汽输入,11337.0×108t水汽输出,水汽净收支为167.1×108t,其中西、北边界为输入,东、南边界为输出,对流层中层水汽输送量最大,低层次之,高层最小。天山山区水汽总输入量占全新疆水汽输入量的44.1%。(2)各季节中夏季水汽输送量最大,春季、秋季相当,冬季最小,西边界、北边界均为水汽输入边界,东边界、南边界均为水汽输出边界,对流层中层水汽输入量最大。     

Seasonal cycle of snow cover changes in Eastern Siberia and its synoptic preconditions

The seasonal cycle of snow cover in Eastern Siberia is characterized, and synoptic preconditions of snow accumulation in winter and snow ablation in spring are determined using daily datasets. It was ascertained that cyclone activity has a strong impact on the occurrence of abundant snowfalls in Eastern Siberia. Negative anomalies of sea level pressure (SLP) usually spread westward or southwestward from the place of recorded substantial snowfalls, and they are associated with positive anomalies of air temperature located to the east or northeast of SLP depressions. Cyclonic circulation causes inflow of relatively warm and humid southern air masses originating from the Pacific Ocean, to the eastern parts of cyclones. During the days with snow ablation in spring much lower SLP anomalies occur than during snow accumulation in winter. This may suggest smaller influence of air circulation on snow cover reduction in spring and higher impact of insolation; both result in strong positive anomalies of air temperature which extend over entire Asia. These findings imply that the position, intensity, and dimension of pressure patterns are crucial for determining the location and intensity of rapid changes in snow cover depth during the snow cover season in Eastern Siberia.     

Teleconnected influence of North Atlantic sea surface temperature on the El Ni?o onset

Influence of North Atlantic sea surface temperature (SST) anomalies on tropical Pacific SST anomalies is examined. Both summer and winter North Atlantic SST anomalies are negatively related to central-eastern tropical Pacific SST anomalies in the subsequent months varying from 5 to 13?months. In particular, when the North Atlantic is colder than normal in the summer, an El Ni?o event is likely to be initiated in the subsequent spring in the tropical Pacific. Associated with summer cold North Atlantic SST anomalies is an anomalous cyclonic circulation at low-level over the North Atlantic from subsequent October to April. Corresponded to this local response, an SST-induced heating over the North Atlantic produces a teleconnected pattern, similar to the East Atlantic/West Russia teleconnection. The pattern features two anticyclonic circulations near England and Lake Baikal, and two cyclonic circulations over the North Atlantic and near the Caspian Sea. The anticyclonic circulation near Lake Baikal enhances the continent northerlies, and strengthens the East-Asian winter monsoon. These are also associated with an off-equatorial cyclonic circulation in the western Pacific during the subsequent winter and spring, which produces equatorial westerly wind anomalies in the western Pacific. The equatorial westerly wind anomalies in the winter and spring can help initiate a Pacific El Ni?o event following a cold North Atlantic in the summer.     

青藏高原南、北积雪异常与中国东部夏季降水关系的数值试验研究

青藏高原冬、春积雪有着显著的南、北空间差异,本文利用通用地球系统模式（CESM）设计了增加高原南、北冬、春积雪的敏感性试验,结果表明:当高原南部冬、春积雪异常偏多,长江及其以北地区夏季降水偏多,华南大部分地区夏季降水偏少;而当高原北部冬、春积雪异常偏多,华北及东北地区夏季降水偏多,长江下游南部地区夏季降水偏少,雨带更偏北。青藏高原南、北部冬、春积雪异常影响中国东部夏季降水的物理机制的分析结果表明,高原不同区域（南部和北部）冬、春积雪异常引起的非绝热加热异常效应都可持续到夏季,且北部积雪异常持续时间更长。高原南部和北部积雪异常偏多均会减弱高原北侧上空大气的水平温度梯度,进而减弱高原北侧西风急流的位置及强度,进而影响下游出口区处急流的强度和位置,且高原北部积雪异常偏多的影响更大。当高原南部积雪异常偏多,急流出口区的西风急流加强且偏南;而高原北部积雪异常偏多,出口区的西风急流减弱且偏北。相应地,对流层中层500 hPa西太平洋副热带高压减弱,低层850 hPa异常反气旋环流,影响中国东部地区水汽输送,从而影响了中国东部地区夏季雨带的变化。当高原南部积雪异常偏多,异常反气旋性环流位于东海附近,有利于更多水汽输送至长江流域,华南水汽输送减少;当高原北部积雪异常偏多,异常反气旋性环流相对偏北,更有利于华北及东北水汽输送,雨带偏北。     

中国东部冬季温度异常偶极型模态的一个前兆信号

利用中国160站逐月温度、NCEP再分析、NOAA-CIRES 20世纪再分析以及NOAA海表温度等资料,分析了中国东部（100°E以东地区）冬季温度年际变化的主要模态,并重点研究了其中第2模态（即偶极型模态）的成因机理和前期信号。同时,也以2012～2013年冬季为例,探讨了这一温度异常模态的预测方法。研究主要发现:除中国东部大范围一致偏冷或偏暖模态以外,110°E以东的北方地区偏冷（暖）还经常对应着华南和110°E以西地区的偏暖（冷）,构成温度异常反向变化的偶极型模态。这种偶极型模态也是冬季气候变化的一个主要模态,2012～2013年冬季温度异常即属于这一模态。中国东部冬季温度一致型模态主要与前期秋季中东太平洋海温异常、亚洲大陆北部积雪,及其邻近的北冰洋地区海冰密集度异常联系紧密。而对于偶极型模态,海温的影响并不明显,前期秋季的东亚中纬度地区积雪、北冰洋斯瓦尔巴群岛、法兰士约瑟夫地群岛附近海域的海冰密集度异常,以及它们引起的表面温度异常分布可能具有重要贡献,其中北冰洋海冰密集度异常导致的该地区表面温度异常的影响可能更为重要。综合了海冰和积雪信号的前期秋季北冰洋—东亚温度差异（Arctic Ocean-East Asian temperature contrast,简称AE）指数与中国东部冬季温度异常偶极型模态具有显著联系,可以作为一个重要的预测因子。2012年秋季赤道中东太平洋海温的正常状态以及北冰洋暖异常和东亚中纬度地区冷异常的表面温度分布特征,都不利于中国东部冬季温度南北一致型异常的发生,而是有利于偶极型异常分布。利用AE指数可以有效地预测2012～2013年中国东部冬季温度异常特征。     

2012年海洋和大气环流异常及其对中国气候的影响

文章主要对2011/2012年冬季至2012年秋季的海洋和大气环流异常进行分析,并讨论这些异常特征对中国气温和降水的主要影响。分析表明:2012年3月拉尼娜事件结束,赤道中东太平洋在7—8月出现明显暖水波动,之后进入正常状态。暖水波动使9—10月西太副高偏强偏西控制长江以南大部,造成该地温高雨少:8—9月,热带印度洋呈显著的偶极子正位相模态,在热带东太平洋激发出异常反气旋,其西北侧西南气流有利于暖湿气流影响中国华西南部出现明显秋雨。2012年南海夏季风爆发偏早1候,结束偏晚2候,强度偏弱;东亚夏季风为1951年以来第四强,使得东亚夏季风雨带位置偏北,中国北方大部夏季降水偏多。受海温和大气环流异常等的共同影响,我国出现了冬冷、春夏热、秋冷和夏季降水"北多南少"的气候特征。     

Cross-season relation of the South China Sea precipitation variability between winter and summer

The present study reveals cross-season connections of rainfall variability in the South China Sea (SCS) region between winter and summer. Rainfall anomalies over northern South China Sea in boreal summer tend to be preceded by the same sign rainfall anomalies over southern South China Sea in boreal winter (denoted as in-phase relation) and succeeded by opposite sign rainfall anomalies over southern South China Sea in the following winter (denoted as out-of-phase relation). Analysis shows that the in-phase relation from winter to summer occurs more often in El Niño/La Niña decaying years and the out-of-phase relation from summer to winter appears more frequently in El Niño/La Niña developing years. In the summer during the El Niño/La Niña decaying years, cold/warm and warm/cold sea surface temperature (SST) anomalies develop in tropical central North Pacific and the North Indian Ocean, respectively, forming an east–west contrast pattern. The in-phase relation is associated with the influence of anomalous heating/cooling over the equatorial central Pacific during the mature phase of El Niño/La Niña events that suppresses/enhances precipitation over southern South China Sea and the impact of the above east–west SST anomaly pattern that reduces/increases precipitation over northern South China Sea during the following summer. The impact of the east–west contrast SST anomaly pattern is confirmed by numerical experiments with specified SST anomalies. In the El Niño/La Niña developing years, regional air-sea interactions induce cold/warm SST anomalies in the equatorial western North Pacific. The out-of-phase relation is associated with a Rossby wave type response to anomalous heating/cooling over the equatorial central Pacific during summer and the combined effect of warm/cold SST anomalies in the equatorial central Pacific and cold/warm SST anomalies in the western North Pacific during the mature phase of El Niño/La Niña events.