新疆北部夏季大范围极端降水及其环流异常特征

基于1961—2017年夏季新疆北部45个气象站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用百分位法确定夏季极端降水事件阈值,分析新疆北部夏季不同等级极端降水频数的时间变化特征及雨量与夏季最大日降水量、同月降水量的关系,并通过欧式距离法对12个5级大范围极端降水个例进行聚类分析,重点探讨大范围极端降水分布的环流特征。结果表明:近57 a新疆北部夏季不同等级(4级除外)极端降水频数均呈显著上升趋势,多数站点5级大范围极端降水量为当年夏季最大日降水量,平均占研究区同月降水量的28.6%。夏季大范围极端降水空间分布表现为3种类型,对应200 hPa西亚副热带西风急流轴偏南,40°N以南地区西风加强,500 hPa乌拉尔山高压脊引导冷空气南下,西西伯利亚或中亚地区低值系统活跃,下游贝加尔湖地区高压系统强盛,但系统位置、范围和强度不同,导致大范围极端降水落区不同。同时,中亚地区和新疆东部下游地区分别存在异常的气旋式和反气旋式水汽通量距平,新疆北部异常偏南或偏东的水汽输送为大范围极端降水的发生提供了有利条件。     

我国西南周边地区夏秋季节降水变化及相应环流特征分析

利用云南省124站观测资料及CRU(Climatic Research Unit)高分辨率降水数据分析了我国西南周边地区的降水时空变化特征, 并进一步对该地区夏、秋季节降水的周期、降水与季风活动的关系以及旱涝时期环流背景做出分析, 以探讨其年代际变化的可能影响机制。结果表明, 我国西南周边地区的降水空间分布随季节演变, 西南地区处于降水量相对小值区, 各季节降水量存在明显的年际变化以及年代际振荡特征。通过周期分析发现, 研究区域夏、季秋季降水均存在明显的年代际尺度周期, 近年来西南地区连续干旱很可能是由夏季和秋季的年代际尺度周期负位相配合造成, 并且降水的减少与夏季风活动偏弱、季风持续时间偏短有关。夏季秋季少雨时期与多雨时期环流场存在显著差异, 表现为少雨时期我国东部低层异常的偏北风, 青藏高原附近高层异常的反气旋型环流, 多雨时期则相反。     

东北地区作物生长季降水异常特征分析

采用东北地区52个测站1951-2000年4-9月降水量资料,对东北地区作物生长季降水异常进行了诊断分析。结果表明：东北地区生长季降水存在减少趋势,旱灾略多于涝灾,主要存在3-7、12和30a左右的周期变化;可划分为7个降水异常区,其中相邻的3个区（东北中部、南部和东部的大范围地区）有变旱倾向,辽西地区的旱涝灾害最频繁。根据降水减少的趋势,提倡发展旱作农业和节水农业。     

青藏高原近30年降水变化特征分析

利用中国地面气候资料月值数据集信息化资料中青藏高原地区具有代表性的20个站点所记录的降水日数和降水量资料,采用曼-肯德尔检验分析方法(MK检验)和小波分析的方法对青藏高原地区降水日数和降水量进行了时空分布特征的分析,并对其演变规律进行了初步的探讨。结果表明:在1980-2013年之间,我国青藏高原的年降水量与降水日数的变化趋势相反,即:年降水量随时间的推移而升高,年降水日数则随着时间的推移而减少。从1980-2013年以来的34年间,青藏高原降水日数的波动变化存在8年的周期,其年降水量存在5年和11年的波动周期;青藏高原地区降水分布由西北向东南逐渐增加,且降水日数与降水量在地区分布上呈相同的变化趋势,即降水量多的地方降水日数也大。此外,西藏地区年均降水日数与青海地区相比较大,其年均降水量也大于青海地区。     

准双周低频活动与山西4—9月降水的关系

利用1979—2010年山西省日降水量资料与欧洲中心再分析资料,通过诊断分析方法探讨了欧亚范围大气低频活动与山西省4—9月降水天气过程的关系。结果显示,山西日降水量的主要分布模态有全省一致型、北中部型、中部型;山西日降水量准双周周期特征明显。影响山西降水的500hPa低频关键区在我国东部沿海渤海附近,低频影响系统是渤海低频高压。渤海低频高压存在准双周变化周期;渤海低频高压指数转为正位相超前山西降水日0～3d。渤海低频高压来源于西西伯利亚低频高压(主要出现在西西伯利亚东部至中西伯利亚西部),西西伯利亚低频高压传播至渤海附近大约一个准双周周期。     

近51 a安阳市降水特征分析

采用小波分析和滑动t检验等方法,对安阳市1961-2011年的降水资料进行分析研究,结果表明：1）安阳各站降水量变化趋势基本一致。夏季降水量和年降水量具有相同的变化趋势和位相,全市暴雨总日数变化与夏季降水量变化较一致,月降水量相对变率与月降水量百分比率在年内分布位相相反,最长连续有降水日数与最长连续无降水日数的年际变化基本上处于反相。2）安阳市降水日变化呈双峰双谷型,月降水量以7-8月为中心呈正态分布。3）春、秋、冬三季有效降水日数与降水量相关性较好,夏季降水量与暴雨日相关密切,暴雨对夏季降水量贡献显著。4）降水突变不明显。5）季、年降水量和降水日数存在多时间尺度特征,大尺度的周期变化嵌套着小民度的周期变化,不同的时间尺度对应的降水结构或日数增减不同。安阳市年降水量第1主周期为26a,年平均有效降水日数主周期为21a,暴雨日数主周期是19a,最长连续有（无）降水日数主周期是21a。     

近50年浙江省旱、涝气候变化及特征

用1951－1999年资料详细研究了浙江省的年、季的旱、涝气候变化特征。主要结果：浙江省夏季降水量表现出稳定的增加，其他季节（特别是秋季）的降水有不同程度的减少。每年在浙江省出现大范围旱（或涝）的可能性很大（约80％）。1985年以后浙江每年都要发生大范围的季节性的旱涝。浙江省年、季降水量旱涝有年代际变化。旱、涝发生的气候频率已经有了明显的变化，特别是夏季。奇异谱分析与最大熵谱分析的结果表明夏季、秋季与年的降水量有明显的长期趋势变化，它们还有10年左右的周期，而冬季降水的2年周期振荡特别明显。     

山东省降水量与不同强度降水日数变化对干旱的影响

采用山东省82个地面气象站1961～2004年日降水量,统计了历年的降水量、不同强度降水日数;利用累积距平及t检验法分析了干旱受灾面积、降水量和不同强度降水日数的长期变化趋势并进行了突变检验,相关分析方法研究了干旱气象灾害对降水量和不同强度降水日数变化的响应。结果表明:干旱受灾面积、年降水量及中等强度以上降水日数的转折年大都出现在1976年,微量降水日数、0.1～4.9 mm/d降水日数及总雨日数的转折年出现在1988年全球气候变暖背景下,转折年后年降水量及不同强度的雨日数异常偏少年份频繁出现;干旱受灾面积与降水量和不同强度降水日数呈显著的负相关,降水量或不同强度的降水日数异常偏少都将导致干旱的发生。20世纪70年代中期以后随着全球气候变暖,降水量和5.0～99.9 mm/d以上降水日数异常偏少年份增多是极端干旱气候事件频繁发生、干旱面积扩大的最主要原因。     

Gamma分布百分位数在降水研究中的应用

较全面地比较了降水量、降水距平百分比及Ｇａｍｍａ分布百分位数三种降水量指标在降水研究中的优缺点。指出研究大范围的降水变化时，采用Ｇａｍｍａ分布百分位数的降水量比较合适，并以此为基础研究了中国及印度夏季降水与赤道东太平洋ＳＳＴ的关系。     

江苏近40a夏季降水异常及其成因分析

利用1961-2000年江苏省60个台站的月降水量资料，研究了江苏夏季(6、7、8月)降水量的异常空间分布特征和时间演变规律，分析了与江苏夏季降水有关的大气环流异常的基本特征及引起江苏降水异常的原因。结果表明：(1)江苏夏季降水异常主要表现出两种最为典型的空间分布。其中，第一类雨型反映了全省降水的一致性变化，表现出整体偏多或偏少的情形；而第二类雨型则反映了降水异常的南北反相分布，对应的降水分布为南多北少或南少北多的形势；(2)两类雨型均存在明显的年际变化，两类雨型均与西太平洋副热带高压的南北异常有密切关系，但二者的大气环流背景场又存在显著的不同；(3)不同区域、不同季节的SSTA与两类降水异常存在一定的相关关系，是造成江苏降水年际异常的可能原因之一。前冬北太平洋SSTA偏暖(冷)通常与江苏夏季降水的整体偏多(少)有关；而前期冬季南印度洋、春季热带印度洋、南海及我国东部沿海地区出现的SSTA大范围的冷(暖)异常，通常对应江苏夏季降水南少(多)北多(少)。     

我国干旱半干旱地区现代降水量和历史干旱频率的变化

竺可桢根据我国丰富的历史记载,首先给出了我国近5000年的温度序列,对历史气候的研究作出了卓越的贡献。张家诚等组织完成了我国500年旱涝图集,並且作了许多历史气候的研究工作。但是受资料的限制,过去对我国干旱半干旱地区历史气候的研究较少。而现代气候(一般指使用现代气象仪器观测时期的气候)与历史气候的研究相比,我国现代气候的研究相对更少一些。 本文根据目前可能收集到的资料,整理出一套我国干旱半干旱地区现代气候和历史气候变化的资料,並着重分析其变化趋势和周期。     

在ENSO不同位相下青藏高原春季感热对华南盛夏降水的影响

根据青藏高原(简称高原)春季感热(Sensible Heat,SH)异常和ENSO不同位相,划分出12种类型,研究了高原春季(5月)SH异常和前冬ENSO对华南盛夏(7—8月)降水的影响及相对影响程度。结果表明:高原春季SH和前冬ENSO均对华南盛夏降水有较显著的影响,即当两者分别处于各自正(负)位相时,华南盛夏降水普遍偏少(多);通过对两者的单独作用和协同作用的分析表明,高原春季SH对华南盛夏降水贡献要更大。影响机制分析发现华南盛夏降水受西太平洋副热带高压(简称西太副高)和南亚高压共同影响,ENSO直接影响西太副高,而高原春季SH异常则对南亚高压作用显著,因此在两者共同影响下,两个高压的变化共同导致华南盛夏降水出现异常。      

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。      

两类El Ni?o事件对华南前汛期降水异常的影响

利用观测资料及模式结果探讨了EP/CP El Ni?o事件对华南前汛期（4—6月）降水异常的影响。结果发现,EP和CP型相关的华南前汛期降水异常分布之间存在明显月际差异,表现为4、5月EP（CP）型相关的降水异常以偏多（少）为主;6月则相反,EP（CP）型的降水呈负（正）异常分布。分析表明,EP型相关的4、5月偏强的副热带高压与850 hPa上西北太平洋反气旋异常相配合,有利于水汽从海洋向陆地输送,且两广地区水汽辐合,降水异常偏多;而6月相关的500 hPa异常场上对应偏强的东亚大槽,不利于水汽输送,且广东地区处于水汽辐散区,对应降水偏少。CP型相关的4、5月对应500 hPa上东亚大槽偏强,不利于水汽往陆地输送,且华南为水汽辐散,降水偏少;6月的500 hPa上呈现“+-+”的东亚-太平洋遥相关波列（EAP）型,华南地区为明显的水汽辐合,降水偏多。GFDL模式较好地再现了EP /CP型的4、5月降水异常分布及大气环流形势,但是对6月的模拟存在一定偏差。      

中国南方夏季降水年际变化与高低纬环流关系的数值模拟

利用区域气候模式RegCM4.4对我国南方夏季降水和大气环流进行30 a的数值模拟,通过与降水观测对比发现,模式能够较好模拟出我国东部地区夏季平均降水和年际变率的空间分布,模拟的南方地区(30 °N以南)年际变率略偏小。观测的我国南方夏季平均降水与模拟降水相关系数为0.51。观测和模拟结果均表明,典型涝年,中纬异常反气旋前方的东北风携带干冷空气,低纬异常反气旋后方的西南风携带暖湿空气,在我国南方汇合,导致南方降水异常增多,模式具有模拟我国夏季南方降水年际变化的能力。通过边界敏感性试验,去除高纬侧边界强迫的年际变化,我国东部降水偏多,南方夏季降水年际变化强度显著变弱;去除低纬度侧边界强迫的年际变化,模拟的我国南方降水偏少,长江及以北降水偏多,降水的空间分布形态发生明显的变化,而我国南方夏季降水年际变化强度基本不变。因此,中高纬环流强迫可较大程度影响我国南方降水年际变化的强度,低纬度环流强迫异常则会改变我国东部降水空间分布形态。      

近50 年华南地区极端强降水频次的时空变化特征

利用华南地区110 个台站1961—2008 年逐日降水资料,采用百分位法定义各站极端强降水事件的阈值,运用线性回归、M-K 突变检验、正交函数分解(EOF)、旋转经验正交函数分解(REOF)等方法,对华南地区年极端强降水频次的时空变化特征进行分析。结果表明:在空间分布上,年极端强降水频次在华南中部较大、广东沿海和广西西部内陆较小;华南极端强降水频次有3 个主要的空间异常模态,一致性异常特征是华南极端强降水频次分布的最主要空间模态,而东、西反向和南、北反向变化模态也是比较重要的异常模态。在时间分布上,华南的极端强降水事件主要发生在夏半年,夏半年极端强降水频次占全年总频次的83.7%;1960 年代和1980 年代极端强降水频次较少,从1980 年代中后期起,极端强降水频次有由少变多的趋势。华南区域各站极端强降水频次气候倾向率不一致,除中部呈减少趋势外,其余大部呈上升趋势,华南区域各站极端强降水频次的平均序列也呈上升趋势,但上升趋势不显著。华南极端强降水频次从区域变化特征上可分为6 个主要区域,分别具有不同的年际变化趋势,其中有3 个区域的代表站先后发生了显著增多的突变现象。      

NUMERICAL EXPERIMENTS ON THE INFLUENCES OF GENERAL CIRCULATION ANOMALY OVER THE TIBETAN PLATEAU AND SURFACE ALBEDO CHANGE IN NORTHWEST CHINA ON SUMMER PRECIPITATION

An advanced three-level global atmospheric general circulation model has been used to studythe summer precipitation anomaly in Northwest China.based on the synoptic fact and thestatistical analysis of the precipitation,the surface albedo in Northwest China,and the synopticsystems over the Tibetan(Qinghai-Xizang)Plateau.The results show that either the anticycloneintensified over the plateau or the surface alhedo enhanced in Northwest China results in summerprecipitation reduction east of Northwest China.Especially.when both of them appearsimultaneously,summer precipitation was obviously reduced and severe drought occurred in mostareas of Northwest China.Moreover.the simulated difference of precipitation rate of NorthwestChina is similar to the actural precipitation distribution in Northwest China in 1995,which is themost severe drought year in Northwest China in the past fifty years.So the tendency in droughtseverity intensified,drought frequency accelerated,drought persistence period extended,anddrought areas expanded in Northwest China in recent years is maybe a result of the influences ofhuman activities(e.g.vegetation was reduced,and desertification worsened)on droughtcirculation pattens over the Tibetan Plateau.     

基于双频星载降水雷达GPM数据的华南地区降水垂直结构特征分析

华南汛期作为我国雨季爆发的第一阶段一直是预报与研究的热点问题,对其降水-云宏微观垂直特性的认识还不够深入。双频星载雷达资料对强、弱降水三维探测进行优化,并补充对洋面降水的探测。借助这两方面优势,对华南对流性、层云性两类主要降水类型的垂直特征进行统计,分析降水反射率因子与降水粒子垂直分布、亮带特征与垂直分层降水贡献,对比华南陆地在回波顶高方面与南海洋面的异同,最后针对华南前后汛期的降水垂直分布特征进行分析。(1)对流性降水反射率因子快速增长区域主要发生在低层,层云性降水反射率因子快速增长区域位于亮带层附近。(2)当发生强降水时,对流性降水的粒子浓度并不是总高于层云性降水,但前者粒子半径大于后者;强层云性降水往往来自于大小均一的粒子聚集,并没有形成更大直径的液滴。(3)华南陆地回波顶高季节变化较南海洋面强烈,浅薄对流降水发生频率受季风影响从春至秋存在先增后减特征,深对流发生频率在夏季增幅显著。南海地区回波顶高虽无明显季节变化但在3 km和5.5 km存在明显的双峰特征。(4)前汛期对流性降水的高浓度、大尺度的粒子更利于向更高高度发展,而层云性降水粒子浓度及半径的垂直分布在华南前后汛期无明显差异。前后汛期回波顶高异同主要出现在广西中部,广东中部和沿海地区。      

SPATIO-TEMPORAL VARIATION CHARACTERISTICS OF EXTREMELY HEAVY PRECIPITATION FREQUENCY OVER SOUTH CHINA IN THE LAST 50 YEARS

This paper comprehensively studies the spatio-temporal characteristics of the frequency of extremely heavy precipitation events over South China by using the daily precipitation data of 110 stations during 1961 to 2008 and the extremely heavy precipitation thresholds determined for different stations by REOF, trend coefficients, linear trend, Mann-Kendall test and variance analysis. The results are shown as follows. The frequency distribution of extremely heavy precipitation is high in the middle of South China and low in the Guangdong coast and western Guangxi. There are three spatial distribution types of extremely heavy precipitation in South China. The consistent anomaly distribution is the main type. Distribution reversed between the east and the west and between the south and the north is also an important type. Extremely heavy precipitation events in South China mainly occurred in the summer-half of the year. Their frequency during this time accounts for 83.7% of the total frequency. In the 1960s and 1980s, extremely heavy precipitation events were less frequent while having an increasing trend from the late 1980s. Their climatological tendency rates decrease in the central and rise in the other areas of South China, and on average the mean series also shows an upward but insignificant trend at all of the stations. South China＇s frequency of extremely heavy precipitation events can be divided into six major areas and each of them shows a different inter-annual trend and three of the representative stations experience abrupt changes by showing remarkable increases in terms of Mann-Kendall tests.     

我国东部7月份降水量的时空变化特征及其与夏季风的联系

根据近40年月降水量和月平均环流资料分析表明,我国东部地区7月降水量具有明显的空间分布特征和阶段性变化;亚洲夏季风的强弱变化是影响我国7月降水的重要因子之一;春季亚洲大陆地面气压场的异常变化,对7月亚洲季风的强弱趋势变化,有重要指示意义.