2003年淮河流域致洪暴雨过程的环流背景及其前兆信号

分析研究了2003年夏季淮河流域致洪暴雨过程的时空分布特征及其前期和同期欧亚地区环流背景的逐日变化特征,重点分析了致洪暴雨过程发生前后乌山地区阻塞高压强度指数(UBHII)逐日变化特征及其对淮河流域致洪暴雨过程的影响．结果表明：2003年淮河流域持续性强暴雨过程均发生在鸟山阻塞高压强高峰后的减弱期,即在淮河流域发生持续性强暴雨过程之前乌山阻塞高压就发生了突变;同时发现西太平洋副热带高压加强并登陆后的,其北界的位置变化对淮河流域致洪暴雨过程的发生和持续也有十分重要的作用．因此,乌拉尔山阻塞高压异常加强后的突然减弱和西太平洋副热带高压的加强并西进登陆,是淮河流域地区发生持续性暴雨过程的两个重要前兆．     

西太平洋副热带高压演变物理机制的研究

针对前人利用低谱模式研究大气运动多平衡态存在的不足, 应用四因子最优子集反演方法和相应的资料分别反演获得了描述西太平洋副热带高压位置偏北年和偏南年500 hPa高度场和相应OLR场低谱截断基函数具体形式. 应用多平衡态理论研究了西太平洋副热带高压演变的物理机制. 结果表明, 造成西太平洋副热带高压位置异常的原因是前期外部的热力强迫的差异, 导致了大气产生不同的响应波型. 较强的经向和纬向外部热力差异致使大气所产生的响应波型间存在波流和波波相互作用, 从而使得西太平洋副热带高压发生北跳后而位置偏北; 相反, 较弱的经向和纬向外部热力差异致使大气所产生的响应波型间不存在波流相互作用, 使得西太平洋副热带高压不发生北跳, 只随外源强迫的振荡而振荡, 造成西太平洋副热带高压位置偏南.     

1991年江淮特大洪涝灾害的剖析与研究

1991年气候异常,入春以后雨量偏多,5月中旬起,高空低槽不断东移,北方冷空气频频南下,北太平洋副热带高压增强很快,高压脊线西伸北抬,梅雨提早发生,雨期连绵两三个月,范围广、强度大、持续时间长,加上长江和淮河的洪水夹击,使江淮流域和太湖地区遭受了历史上罕见的特大暴雨洪涝灾害.本文从江淮地区的地理气候特点出发,分析了导致这场灾害的大气环流异常和下垫面水文水利状况,研究了形成这场灾害的雨情特征、水情特征和灾情特征,并与1954年的特大洪涝灾害相对比,揭示了这次暴雨洪涝灾害的气象水文特征与机理.     

登陆东南沿海热带气旋的异常特征及其成因研究

应用1949～2005年热带气旋（台风）年鉴资料，对西太平洋以及登陆我国东南沿海地区的热带气旋活动的特征进行了分析，发现西太平洋生成热带气旋个数和登陆我国热带气旋的个数有略为减少的趋势，而登陆我国热带气旋的强度有显著增强趋势.2005年西太平洋生成热带气旋数偏少，但其中登陆我国的强热带气旋比例却明显偏高.对导致这种异常现象的大尺度环流条件的分析表明，前期南亚高压和副热带高压势力偏强，台风期副高偏强、东亚夏季风偏弱、水平风垂直切变等因子不利于热带气旋生成；而西太平洋西部异常的水汽输送、弱风垂直切变、海表面温度异常以及中低纬系统之间相互作用等则可能是导致登陆我国热带气旋强度异常偏强的主要原因.     

北极海冰与夏季欧亚遥相关型年际变化的联系及对我国夏季降水的影响

本文利用NCEP/NCAR等再分析资料和CAM3.1数值模式研究了夏季欧亚中高纬遥相关型年际变率与前期春季北极海冰变化的联系及其对我国夏季降水影响的可能机制.结果表明，夏季北大西洋-欧亚中高纬地区500 hPa位势高度场自然正交分解第二模态表现为"-+-+"遥相关波列，其中格陵兰岛-北大西洋和乌拉尔山地区为异常高空槽区所控制，而欧洲和贝加尔湖附近地区则为异常高压脊区，这种波列分布与欧亚中高纬EU型遥相关型十分类似.当遥相关波列为"-+-+"（"+-+-"）型分布时，前期春季巴伦支海北部和巴芬湾一带海冰偏少（多），同期夏季巴伦支海北部一带海冰亦持续偏少（多），同时在我国东北北部地区、长江和黄河之间地区降水明显偏少（多）.深入分析发现，巴伦支海北部和巴芬湾一带海冰偏少后，由于该地区湍流热通量明显偏强，在动力过程影响方面会形成异常Rossby波源，准定常Rossby波活动通量将向东亚地区传播，使得夏季欧亚中高纬"-+-+"遥相关波列出现.另外，海冰异常偏少后，在热动力过程影响方面，4-5月欧亚中高纬乌拉尔山-贝加尔湖以北地区积雪会出现"西少东多"偶极子型异常分布，其通过影响后期土壤湿度及下垫面热通量异常，也有利于夏季欧亚中高纬遥相关波列的维持.伴随着欧亚中高纬"-+-+"遥相关波列的出现，乌山阻塞高压偏弱，东亚槽偏浅，且亚洲副热带急流随之加强，贝加尔湖以北的副极地地区出现西风异常，东亚副热带急流北侧出现东风异常，贝加尔湖以南地区为异常反气旋控制，南下冷空气活动减弱.受到上述环流形势影响，我国东北北部地区、黄河和长江之间地区降水明显偏少.当巴伦支海北部和巴芬湾区域海冰偏多时，结论则反之.最后，基于春季海冰指数和晚春偶极子型积雪指数，我们建立了江淮流域夏季降水的预测模型，回报结果表明其对江淮流域夏季降水的年际变率具有较高的预测技巧.     

青藏高原季节冻融过程与东亚大气环流关系的研究

利用青藏高原46个气象站的最大冻土深度观测资料、中国160个气象站降水资料和NCAR/NCEP资料，对青藏高原冻土的季节性冻融过程进行合成分析，发现青藏高原土壤的季节冻融过程对青藏高原上空及东亚大气环流有显著的影响，在高原最大冻土深度较小的年份中，7月份，南亚高压强且偏西，500hPa印度低压强，西太平洋副热带高压弱且偏东，高原南部的东风较强；最大冻土深度较大的年份，南亚高压弱且偏东，印度低压弱，西太平洋副热带高压强且偏西. 在不同的冻融年份，850hPa上纬向风的差异显著区反映了西南季风的活动. 最大冻土深度与中国夏季（7月份）降水有3条显著相关带，雨带的分布与中国夏季平均雨带相吻合. 由此，青藏高原季节冻融过程引起的水热变化是影响东亚气候的一个重要外源.     

海温异常对西太平洋副热带高压脊面演变影响的机制研究

根据欧洲中期数值预报中心提供的大气环流资料和NOAA提供的海温资料, 应用改进的低阶谱模式方法研究了海温异常对西太平洋副热带高压脊面演变影响的物理机制. 结果表明, 在El Niño型海温强迫下, 大气环流内部动力过程中的大尺度波波和波流相互作用较弱. 随着外部热源强迫从冬季型向夏季型推进, 西太平洋副热带高压脊面北进不明显, 使得夏季西太平洋副热带高压脊面相对偏南. 在La Niña型海温强迫下, 大气环流内部动力过程中的大尺度波波和波流相互作用明显. 随着外源强迫从冬季型向夏季型转变, 西太平洋副热带高压脊面将随之向北移动19个纬度左右, 使得夏季西太平洋副热带高压脊面偏北; 且北移到达一定纬度后, 西太平洋副热带高压脊面表现出较为显著的30~60 d季节内南北振荡, 振幅在4°~7°之间.不同海温异常型所导致的大气内部动力过程差异是造成西太平洋副热带高压脊面年际变化的重要原因之一.     

一类西太平洋副热带高压双脊线过程维持机制初探

本文通过对1979~2005年5~10月发生在西太平洋地区的156个副热带高压双脊线过程进行统计分析,发现87.82%的双脊线过程的出现是因为南侧新生一脊线,而且有明显的“季节锁相”,即其发生频数在7月中旬至9月中旬有两个峰值.历年过程中最典型的“南生南存型”双脊线过程的合成分析表明该类双脊线过程形成、维持和消失与副高南侧外围东风波系统自东南向西北传播发展密切相关.500 hPa距平环流演变显示北侧脊线的减弱消失符合气候规律,东风波槽前的异常气旋仅影响副高北侧脊线位置;而东风波槽后的异常反气旋性环流有利于南侧脊线异常发展与维持,造成该类双脊线过程结束后副高异常偏南.进一步分析发现,东风波和西太平洋副热带高压的相互作用改变了副高区域垂直运动分布.这一方面改变了经向风的分布,使500 hPa副高南侧脊线区域地转涡度平流项发展;另一方面引起非绝热加热垂直分布不均匀,在两脊线之间诱生一异常气旋性环流,在南侧脊线区生成异常反气旋环流.因此,东风波与西太平洋副热带高压的相互作用可能会造成副高的不连续南退,这对副高预报有一定预示作用.     

青藏高原对东亚夏季风影响的数值模拟

本文基于大气环流模式CAM,对青藏高原大地形进行简单处理并积分15年,在月和候时间尺度上对比分析了东亚夏季风对高原的响应特征.模式模拟结果表明:高原的隆升加强偏北风,使热带季风爆发之前华南及长江流域的降水加强,并通过对高层大气的显著加热作用,强化了东亚地区上层大气的南北热力差异,使得东亚夏季风加强.在西南风引导下,暖湿气流北上并使长江及江淮流域梅雨期提前,雨量加大且持续时间更长,进而使太平洋副热带高压位置偏西,并改变了东部沿海地区的降雨分布,使其呈现出旱涝相间分布的状况.自7月上旬,高原的存在反而减弱了北方雨季的降雨强度,但是延长了北方降雨期.同时由于降雨释放潜热减少与偏南风加强的作用相互消减,使得337.5假相当位温线到达最北时的位置变化不大.     

影响东北初夏和盛夏降水年际变化的环流特征分析

东北地区是我国主要的粮食生产基地,而夏季是东北农作物的主要生长季,也是降水集中的季节,降水量的多少及其分布是影响东北地区粮食产量的重要因素之一.本文利用中国东北地区79个台站观测的月平均降水资料和ECMWF再分析资料,通过相关分析和回归分析,讨论了影响东北地区夏季5~8月降水年际变化的大尺度环流特征.结果发现：东北地区降水年际变化对应的环流异常在5,6月（初夏）和7,8月（盛夏）具有明显不同的特征;初夏降水异常以冷涡活动的影响为主,而盛夏则以东亚夏季风的影响为主.初夏,东北地区降水偏多年,东北地区西北部出现随高度向西倾斜的异常气旋性环流,东北地区冷涡活动频繁.盛夏,东北地区降水异常主要受到局地对流层高层东亚高空西风急流北移以及低层的西太平洋副热带高压西伸北进的影响.随着西太平洋副热带高压西北侧西南风异常的加强,向北输送到东北地区的水汽显著增多,东北地区盛夏降水偏多.此外,与7月份相比,8月东北降水除了受到夏季风的影响以外,还受到中高纬度东北亚阻塞高压的影响.     

A comparative study of the atmospheric circulations associated with rainy-season floods between the Yangtze and Huaihe River Basins

Here we present the results from the composite analyses of the atmospheric circulations and physical quantity fields associated with rainy-season for the selected floods cases over the Yangtze and Huaihe River basins for the 21 years(1990–2010),using the daily rain gauge measurements taken in the 756 stations throughout China and the NCEP/reanalysis data for the rainyseasons(June–July)from 1990 to 2010.The major differences in the atmospheric circulations and physical quantity fields between the Yangtze and Huaihe River basins are as follows:for flooding years of the Yangtze River Basin,the South Asia high center is located further east than normal,the blocking high over the Urals and the Sea of Okhotsk maintains,and the Meiyu front is situated near 30°N whereas for flooding years of the Huaihe River Basin,the South Asia high center is further west than normal,the atmospheric circulations over the mid and high latitudes in the Northern Hemisphere are of meridional distribution,and the Meiyu front is situated near 33°N.In addition,there are distinct differences in water vapor sources and associated transports between the Yangtze and Huaihe River basins.The water vapor is transported by southwesterly flows from the Bay of Bengal and monsoon flows over the South China Sea for flooding years of the Yangtze River Basin whereas by southeast monsoons from the eastern and southern seas off China and monsoon flows over the South China Sea for flooding years of the Huaihe River Basin.     

中国异常增暖来年江淮流域易发生大洪水

在1987年以来全球气温明显增高的同时，中国气温也显著增高，1997年达到了峰值，2006年又出现了次峰值.为搞清异常增暖对中国旱涝等灾害的发生可能带来的影响，本文重点统计分析了中国年平均气温对全球年平均气温的响应关系，并分析研究了1951～2006年期间中国月年平均气温的年际变化特征和汛期主要多雨带类型及发生严重洪涝区域之间的对应关系.结果发现：（1）3个中国年平均气温异常偏高但8月气温不高的来年汛期主要多雨带和严重洪涝区域都发生在淮河流域（3/3）；（2）5个年平均气温偏高且8月气温也明显偏高的来年汛期长江流域发生了大洪水和严重洪涝（5/5），特别是其中2个8月气温特高的来年（1954、1998年）汛期长江流域发生了特大洪水和严重洪涝（2/2）.对这个前兆强信号的发现和揭示，不但证明了全球和中国异常增暖对来年中国汛期水旱灾害的重大影响，也对准确预测中国汛期主要多雨带分布类型和江淮流域的大洪水和特大洪水有特别重要的应用价值.     

亚洲夏季风水汽输送的年际年代际变化与中国旱涝的关系

利用1958～2002年的NCEP-R1和ERA-40逐日再分析资料以及中国160站点月平均降水资料探讨了亚洲夏季风水汽输送的年际年代际变化及其与中国降水异常的关系. 分析结果表明,亚洲夏季风水汽输送和中国夏季降水的异常主模态呈现显著的准两年变化周期. 当南亚夏季风纬向水汽输送偏强（弱）时,东亚—西北太平洋地区水汽输送的偶极型异常有利于长江中下游地区和江淮流域的水汽辐合负（正）异常与华南和华北地区的水汽辐合正（负）异常,从而引起中国东部的经向三极子雨型,即长江中下游地区和江淮流域的偏旱（涝）与华南和华北地区的偏涝（旱）. 1970s年代末之后,亚洲夏季风水汽输送的年代际减弱与西北太平洋地区水汽输送的偶极型异常相配合,导致长江中下游地区的持续偏涝与华南和华北地区的持续偏旱. 从中国夏季降水异常与水汽通量辐合异常的同相对应关系来看,ERA-40资料对亚洲夏季风水汽输送年际年代际变化的描述能力强于NCEP-R1资料.     

前期西太平洋暖池热含量异常影响长江中下游夏季降水的可能途经

利用日本气象厅历史海温资料、NCEP/NCAR再分析资料、海表温度和降水资料,研究了1951-2010年前期西太平洋暖池（简称暖池）热含量异常与长江中下游夏季降水的关系,及其可能影响途径.结果表明,前期暖池热含量与长江中下游夏季降水存在超前2个季节的显著负相关关系,前期11-1月（即上年11月-当年1月,下同）暖池关键区（166.5°E-173.5°W,7.5°S-3.5°N）0~200 m热含量的偏低（高）对长江中下游夏季降水偏多（少）的预测有重要指示意义.前期暖池热含量异常的持续存在,及其外强迫作用激发的具有一定斜压性结构的夏季东亚-太平洋型遥相关（EAP）,可能是影响长江中下游夏季降水的主要原因.暖池热含量在前期11-1月异常偏低导致其西北侧菲律宾异常反气旋形成并维持,夏季菲律宾异常反气旋向西北方向扩展加强,东亚沿岸EAP波列形成,使得长江中下游及其以东的西北太平洋副热带地区受异常气旋控制,且长江中下游地区为北方冷空气与南方暖湿气流的交汇区.同时,对流层高层东亚沿岸亦存在位置较中低层向西北偏移的EAP波列,长江中下游及其以南地区为异常偏强高压,高层辐散与中低层辐合相配合,有利于长江中下游地区对流发展和降水增多;反之亦然.     

BCC_CSM1.1(m)模式对于夏季亚洲-太平洋涛动的模拟

亚洲-太平洋涛动是北半球夏季亚洲大陆和北太平洋副热带地区对流层中高层扰动温度场上大尺度的东西反相的遥相关现象，其异常变化与亚洲-太平洋地区夏季风气候有着密切的联系.基于欧洲中心的ERA-40再分析资料和国家气候中心BCC_CSM1.1（m）气候系统模式多年的数值模拟结果，本文主要评估了BCC_CSM1.1（m）模式对于夏季亚洲-太平洋涛动的空间分布、指数的时间演变及与其变化所对应的亚洲地区夏季环流异常等方面的模拟能力，结果表明：BCC_CSM1.1（m）模式能够较好地模拟出北半球夏季对流层中高层扰动温度在亚-太地区中纬度存在的西高东低"跷跷板"现象；模式能够模拟出夏季亚洲-太平洋涛动指数的年际变率，但是不能模拟出该指数在20世纪60-70年代明显下降的年代际趋势；模式还能较好地模拟出亚洲-太平洋涛动高低指数年亚洲-太平洋地区夏季环流的异常：指数偏高年份，南亚高压增强，高空西风急流带和热带东风急流均加强，索马里越赤道气流增强，南亚热带季风和东亚副热带季风均增强，东亚季风低压槽加强，西北太平洋副热带高压增强，南亚和东亚北部降水增加，菲律宾地区、中国长江流域-朝鲜半岛-日本一带地区降水减少，反之亦然.     

Changes of flow regimes and precipitation in Huai River Basin in the last half century

Huai River Basin, as the sixth largest river basin in China, has a high‐regulated river system and has been facing severe water problems. In this article, the changing patterns of runoff and precipitation at 10 hydrological stations from 1956 to 2000 on the highly regulated river (Shaying River) and less‐regulated river (Huai River) in the basin are evaluated at the monthly, seasonal and annual scales using the Mann–Kendall test and simple linear regression model. The results showed that: (1) No statistically significant trends of precipitation in the upper and middle Huai River Basins were detected at the annual scale, but the trend of annual runoff at Baiguishan, Zhoukou and Fuyang stations in Shaying River decreased significantly, whereas the others were not. Moreover, the decreasing trends of runoff for most months were significant in Shaying River, although the trend of monthly precipitation decreased significantly only in April in the whole research area and the number of months in the dry season having significantly decreasing trends in runoff was more than that in the wet season. (2) The rainfall–runoff relationship was significant in both highly regulated river and less‐regulated river. In regulated river, the reservoirs have larger regulation capacity than the floodgates and thus have the smaller correlation coefficient and t‐value. In Huai River, the correlation coefficients decreased from upper stream to downstream. (3) The regulation of dams and floodgates for flood control and water supply was the principal reason for the decreasing runoff in Huai River Basin, although the decreasing precipitation in April in this basin was statistically significant. The findings are useful for recognizing hydrology variation and will provide scientific foundation to integrated water resources management in Huai River Basin. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Recognition method for mid‐ to long‐term runoff forecasting factors based on global sensitivity analysis in the Nenjiang River Basin

Mid‐ to long‐term runoff forecasting is important to China. Forecasting based on physical causes has become the trend of this field, and recognition of key factors is central to recent development. Here, global sensitivity analysis based on back‐propagation arithmetic was used to calculate the sensitivity of up to 24 factors that affect runoff in the Nenjiang River Basin. The following five indices were found to be key factors for mid‐ to long‐term runoff forecasting during flood season: Tibetan Plateau B, index of the strength of the East Asian trough, index of the area of the northern hemisphere polar vortex, zonal circulation index over the Eurasian continent and index of the strength of the subtropical high over the western Pacific. The hydrological climate of the study area and the rainfall–runoff laws were then analysed in conjunction with its geographical position and topographic condition. The rationality of the results can be demonstrated from the positive analysis point of view. The results of this study provide a general method for selection of mid‐ to long‐term runoff forecasting factors based on physical causes. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

西北太平洋热带气旋活动影响区域大尺度环流的数值模拟研究

本文利用"模式手术"方法研究了西北太平洋热带气旋(TC)对东亚—西北太平洋区域大尺度环流的影响.结果表明,夏季频繁的西北太平洋TC活动导致东亚夏季风增强,季风槽加深;西太平洋副热带高压东退,位置偏北;东亚副热带高空急流强度增强,北太平洋(东亚大陆)上急流轴偏北(偏南);热带地区(副热带地区)的对流层中低层出现异常上升气流(下沉气流),并且从低纬向高纬呈现异常上升气流和异常下沉气流交替分布特征.在中国东南沿海,TC降水导致夏季降水量明显增加;而在长江中下游和华北地区,TC活动引起的异常下沉气流使夏季降水量显著减少.因此,夏季西北太平洋TC活动对东亚—西北太平洋区域气候有显著影响.     

Teleconnection between the Indian summer monsoon onset and the Meiyu over the Yangtze River Valley

Based on the Indian and Chinese precipitation data and the NCEP-NCAR reanalysis circulation data, the relationship between the Indian summer monsoon (ISM) onset and the Meiyu over the Yangtze River Valley has been discussed by the methods of correlation analysis and composite analysis. The results show that the date of ISM onset over Kerala in the southwestern coast of the Indian Peninsula is about two weeks earlier than the beginning of the Meiyu over the Yangtze River Valley. After the outbreak of ISM, the teleconnection mode sets up from the western coast of India via the Bay of Bengal (BOB) to the Yangtze River Valley and southern Japan. It is different both in time and space from the telecon- nection mode which is from the northwest of India via the Tibetan Plateau to northern China. The for- mer mode is defined as the "south" teleconnection of the Asian summer monsoon, forming in the pe- riod of ISM onset; while the latter mode is called the "north" teleconnection, mainly occurring in the Asian monsoon culminant period. During the process of the "south" teleconnection’s formation, the Asian monsoon circulation has experienced a series of important changes: ISM onset, the northward movement of the south Asia high (SAH), the onset vortex occurrence, the eastward extension of the stronger tropical westerly belt, and the northeastward jump of the western Pacific subtropical high (WPSH), etc. Consequently, since ISM sets up over Kerala, the whole Asian continent is covered by the upper SAH after about two weeks, while in the mid- and lower troposphere, a strong wind belt forms from the Arabian Sea via the southern India, BOB and the South China Sea (SCS), then along the western flank of WPSH, to the Yangtze River Valley and southern Japan. With the northward moving of the subtropical jet streams, the upper westerly jet stream and the low level jet have been coupled ver- tically over east Asia, while the Yangtze River Valley happens to locate in the ascending motion area between the upper jet stream and the low level jet, i.e. right of the entrance of the upper jet stream and left of the low level jet. Such a structure of the vertical circulation can trigger the Meiyu onset over the Yangtze River Valley.