热带北太平洋海温异常对2018年华南前汛期降水负异常事件的影响

本文利用1979—2018年中国地面气象台站1 767个站点降水资料、HadISST海温数据及NCEP/NCAR再分析资料,滤除同期ENSO影响后,分析了2018年华南前汛期降水负异常与热带北太平洋海温异常之间的联系。研究结果显示,2018年华南前汛期降水负异常事件和热带北太平洋(Tropical Northern Pacific,TNP)海温偏暖有关。热带北太平洋海温正异常,通过Mastuno-Gill响应引起西北太平洋气旋式环流异常,中国南海东风异常,减弱了南海夏季风,华南至中国南海地区对流层低层存在异常反气旋环流。水汽存在由中纬度北太平洋经黑潮海区-华南地区-中国南海-菲律宾群岛向热带太平洋的异常输送,且华南地区为水汽的异常辐散区域。另一方面,TNP区域暖海温异常引起了该区域低层异常辐合、高层异常辐散、异常上升运动,使得华南地区高层异常辐合、低层异常辐散、异常下沉运动。这样的环流配置对华南地区降水的产生有不利影响,引起了2018年华南前汛期降水异常偏少。2018年TNP区域暖海温异常引起华南前汛期降水负异常的物理机制还在ECHAM5模式30个成员集合平均的试验结果中得以验证。     

1994年印度洋偶极子对两广地区后汛期降水异常的影响机理

利用1979—2017年中国地面气象台站2 400站中广东省和广西壮族自治区（简称两广地区）174站的逐日降水资料、英国Hadley中心的逐月海表温度资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料,分析了1994年华南后汛期（7—9月）期间印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole,IOD）对两广降水极端正异常的影响机理。结果表明,1994年的正位相IOD事件引起了两广地区后汛期偏多,影响机制主要为两方面：一方面,IOD东极子区域海温负异常时,水汽沿着印度北部-孟加拉湾北部-中南半岛-两广地区和孟加拉湾中部-中南半岛-两广地区的异常水汽输送通道向两广地区输送,使得两广地区水汽异常辐合;另一方面,IOD东极子区域海温异常偏低时,该地区对流层低层异常辐散、高层异常辐合、存在异常下沉运动,两广地区对流层低层异常辐合、高层异常辐散、受异常上升运动控制。上述物理机制共同作用,导致1994年后汛期两广地区降水极端正异常。     

1991和1994年南京夏季降水异常与副热带东北太平洋海温异常的联系及成因

利用1979-2015年降水观测资料、海表温度资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了南京夏季降水的时间变化规律,发现南京夏季降水具有明显的年际和年代际变化特征,且总体呈增多趋势。1991年南京夏季降水为极端正异常年份,距平为343.92 mm;1994年南京夏季降水为负异常年份,距平为-273.78 mm。南京夏季降水与副热带东北太平洋（美国加利福尼亚地区西海岸）海温异常存在显著的负相关关系,1991年副热带东北太平洋海温负异常,1994年副热带东北太平洋海温无显著异常。1991年副热带东北太平洋海温负异常,引起该地区上空低层辐散、高层辐合,热带中东太平洋上空低层辐合、高层辐散,这样的环流异常引起中东太平洋上空存在异常上升运动,该异常上升运动则通过纬向垂直环流引起菲律宾附近产生下沉运动并抑制该地区对流活动,激发出负位相的EAP/PJ型遥相关波列,引起了包括南京在内的长江流域降水正异常;同时,水汽由菲律宾地区向南京地区输送并辐合,有利于南京地区1991年夏季降水偏多。1994年副热带东北太平洋海温无显著异常,菲律宾附近对流活动活跃,激发出正异常的EAP/PJ型遥相关波列;同时,水汽由黑潮延伸区经日本列岛向西输送,南京地区为水汽辐散区域,使得1994年南京夏季降水负异常。     

夏季印度洋海盆模与MC区域降水异常联系的进一步分析

利用英国哈德莱中心的逐月海表温度资料及NCEP/NCAR月平均再分析资料等,通过在印度洋海盆模IOBM指数(IIOB)中扣除长期趋势和两类ENSO的同期信号后,得到了修正的IOBM指数(Im IOB),并由此分析了IOBM的变化及与海洋性大陆区域降水异常的联系。结果表明:印度洋IOBM为暖位相时,不同季节的印度洋地区均呈现异常偏暖,但大气是上升还是下沉运动则在印度洋不同季节和不同区域存在很大变化。就夏季而言,印度洋大部分地区存在上升运动,这与海温异常偏暖有关。在北半球夏季,指数Im IOB存在3~5 a的周期变化。当IOBM处于正位相时,印度洋至我国东海地区大范围海温偏暖。MC(Maritime Continent,海洋性大陆)区域西部降水正异常,而MC区域东北部降水为负异常。造成这种降水分布的原因是:当指数为正时,在MC区域的西部对流层低层辐合、高层辐散,上升运动增强,且水汽辐合,而MC区域的东北部对流层低层辐散、高层辐合,上升运动不明显,水汽辐散,不易形成降水。而在对流层低层与西太平洋辐散中心对应,南北半球出现关于赤道对称的反气旋对,赤道印度洋上的异常加热激发东传的Kelvin波,加强东风异常,同时加强了KMC(海洋性大陆的核心区域)之外南北半球热带地区的这对Rossby波型。以上这些结果有利于深刻理解MC降水异常成因及热带海陆气相互作用过程。     

江苏6—7月降水与前期澳大利亚高压及相关海温异常的关系

利用5月份澳大利亚海平面气压和中国107站的6—7月降水资料,使用SVD方法揭示了5月份澳大利亚高压(简称澳高)与江苏汛期(6—7月)降水(简称汛期降水)的联系及可能原因,研究表明:当5月澳高偏强时,汛期环流特征表现为:(1)低层风场在30°N附近存在明显的风向切变,上升气流显著,并且西太平洋副热带高压较常年偏西,这样有利于降水增多;(2)130°E附近的越赤道气流显著加强,为降水提供了很好的水汽条件。主要影响途径:当5月澳高偏强(偏弱)时,与澳高相联系的印度尼西亚附近海温持续性偏冷(偏暖),偏冷(偏暖)的海温一方面使得其区域低层风场的异常辐散(辐合),异常辐散(辐合)风场作为涡度源通过Gill型响应可引起西太平洋异常反气旋(气旋)环流,有利于副热带高压较常年偏强偏西(偏弱偏东),也增强(减弱)了自南向北的暖湿气流的输送;另一方面引起其区域下沉(上升)气流异常,进而通过类似与EAP波列,激发江淮地区的异常上升(下沉)气流,使得汛期降水偏多(偏少)。     

2015年夏季东亚和南亚降水异常与热带太平洋海温异常的联系及机理

2015年我国东部夏季降水呈现南北反位相的空间分布,河套地区降水异常偏少、长江中下游地区降水异常偏多,同期印度中部地区降水负异常,上述三个区域2015年夏季降水距平百分率绝对值极大值均超过55%。东亚和南亚地区2015年夏季降水异常的形成机理主要是由于该年夏季处于El Niňo事件的发展位相,菲律宾群岛及邻近区域反气旋环流异常,江淮地区至日本列岛气旋式环流异常,对流层低层位势高度异常场和整层水汽异常输送场亦存在相一致的空间分布,表现为负位相的EAP(East Asian-Pacific)/PJ(Pacific-Japan)型遥相关,有利于河套地区降水偏少和长江流域降水偏多。热带太平洋海温异常引起热带地区Walker环流负异常,热带西太平洋地区上空受异常下沉气流控制,热带印度洋区域对流层盛行东风异常,减弱了印度夏季风,并造成了印度中部地区夏季降水偏少。另一方面,印度上空对流层低层受异常反气旋控制,该异常反气旋北侧的西风异常沿着青藏高原南麓向东运动,增强了与EAP/PJ型遥相关相联系的异常水汽输送,有利于维持和增强河套地区降水负异常和长江中下游地区降水正异常。     

影响华南汛期持续性强降水年际变化的大气环流和海温异常

利用1961—2017年中国地面观测站日降水资料、全球大气多要素和海表温度月资料,分析华南区域持续性强降水过程的气候特征,诊断并比较与华南前汛期、后汛期区域持续性强降水年际变化相关的大气环流和海表温度异常特征。结果表明,3—12月华南都可能出现持续性强降水过程,其中汛期4—9月的占了94.4%。伴随着区域持续性强降水的年际变化,华南本地垂直上升运动显著异常是前汛期和后汛期的共同点,但前汛期、后汛期在华南及周边环流异常、水汽输送来源以及海温异常分布等方面都存在一定差异。在前汛期华南区域持续性强降水偏重年,赤道西太平洋区域海温偏低,由于大气罗斯贝波响应使西太平洋副热带高压偏强,热带西太平洋向华南区域水汽输送加强,从而有利于区域持续性强降水偏重。后汛期华南区域持续性强降水偏重年的海温异常分布是赤道中东太平洋区域正异常、东印度洋至西太平洋暖池区负异常,海温异常通过西北太平洋副热带高压、南海热带季风强度、水汽输送和垂直环流等多方面,导致后汛期区域持续性强降水偏重。      

海洋性大陆区域加热异常与长江流域1998年夏季降水重大异常事件的联系

1998年夏季长江流域降水异常增多,发生了严重的洪涝灾害。本文利用1979-2011年的NCEP再分析月平均资料、Hadley中心的月平均海表温度资料和中国160站降水资料,分析了1998年夏季长江流域强降水的成因。结果表明：1998年夏季,印度尼西亚地区为非绝热加热正异常区,而其东北侧海域的非绝热加热为负异常或较小的正异常,由此形成了西南-东北向的异常加热梯度,使得印度尼西亚地区大气受到异常加热,低层辐合,高层辐散,而在热带西太平洋地区则为低层辐散,高层辐合,形成了西南-东北向垂直环流圈。热带西太平洋地区的低层异常辐散气流可作为异常涡度源,强迫出位于南海中国地区的反气旋性环流。同时,来自印度尼西亚北侧的扰动能量在南海地区辐合,有利于南海地区这一异常反气旋环流的维持。南海地区异常反气旋环流西北侧的西南气流,携带大量热带西太平洋及南海地区的水汽,输送到我国南方地区,并与控制中国东北地区的气旋性环流西南侧的西北气流交汇辐合于长江流域,有利于降水异常事件的产生。     

热带大气季节内振荡对江西5月降水的影响

利用实时的热带大气季节内振荡(MJO)指数和江西省83个台站降水资料,通过位相合成方法分析了MJO对江西5月降水的影响。(1) 在强MJO第4～5位相(MJO活动中心位于赤道印度洋东部印尼群岛附近)江西降水为正异常,在第6～8位相(MJO活动中心位于西太平洋以东)和第1～3位相(MJO活动中心位于赤道印度洋)为负异常,其中以第4位相的正异常和第7位相的负异常最明显。(2) 当MJO对流中心位于印尼群岛附近时,副高西伸脊点偏西,处于异常西南风控制,从西太平洋副热带地区向江西输送的水汽加强,位于水汽辐合区内,受上升运动控制,有利于江西出现降水。当MJO传播至西太平洋地区时,江西转为受异常偏北风控制,水汽输送减弱,为水汽辐散区,受下沉运动控制,不利于江西出现降水。      

春季热带南大西洋海表温度异常与夏季亚澳季风区降水异常的联系

利用1979—2019年Hadley中心的海表温度资料、GPCP的降水资料以及NCEP-DOE的再分析资料等,分析了北半球春季热带南大西洋海表温度异常与北半球夏季亚澳季风区降水异常的联系。研究表明,北半球春季热带南大西洋海表温度异常与随后夏季热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区的降水异常为显著负相关（正相关）关系。北半球春季热带南大西洋的海表温度正异常可以引起热带大西洋和热带太平洋间的异常垂直环流,其中异常上升支（下沉支）位于热带大西洋（热带中太平洋）。热带中太平洋的异常下沉气流和低层辐散气流引起热带中西太平洋低层的异常东风,后者有利于热带中东太平洋海表温度出现负异常。通过Bjerknes正反馈机制,热带中东太平洋海表温度异常从北半球春季到夏季得到发展。热带中东太平洋海表温度负异常激发的Rossby波使得北半球夏季热带西太平洋低层出现一对异常反气旋。此时,850 hPa上热带西太平洋到海洋性大陆地区为显著的异常东风,有利于热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区出现异常的水汽辐散（辐合）,导致该地区降水减少（增加）。     

华南前汛期降水的年代际异常特征及其成因

利用1981—2013年中国160站逐月降水资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料及NOAA海表温度资料,研究了华南前汛期降水年代际异常的时空特征及其可能成因。结果表明:1)华南前汛期降水在1992前后发生由异常偏少转为偏多的显著年代际转折,最显著异常中心位于广西东北部和广东北部。2)1990年代初发生的对流层高层南冷北暖(40°N附近为界)、对流层下暖上冷的年代际转折,使得高低层环流场均出现了有利于北方干、湿冷空气和孟加拉湾、西太平洋暖湿水汽在华南区域交汇并辐合上升的形势,造成华南前汛期降水发生偏少转偏多的显著年代际转折。年代际转折的前后两个时段中,位于热带的孟加拉湾槽、东亚沿岸EAP遥相关型波列中的西太平洋副高、阿拉斯加湾附近的脊,以及中纬度贝加尔湖以西以南脊的强度或位置均具有显著差异,故这些环流系统的年代际异常是华南前汛期降水年代际异常的重要原因。3)南太平洋关键区海温在1990年代初开始呈现增暖趋势,在偏暖(偏冷)时期,华南低空受异常气旋(异常反气旋)环流控制,对流层上层西风急流偏弱偏南(偏强偏北),造成华南地区降水异常偏多(偏少)。     

NUMERICAL SIMULATION OF THE IMPACT OF LATENT HEAT FLUX ANOMALY IN THE TROPICAL WESTERN PACIFIC ON PRECIPITATION OVER SOUTH CHINA IN JUNES

Based on composite analysis and numerical simulations using a regional climate model （RegCM3）, this paper analyzed the impact of the LHF anomaly in the tropical western Pacific on the precipitation over the south of China in June. The results are as follows. （1） Correlation analysis shows that the SC precipitation in June is negatively correlated with the LHF of the tropical western Pacific in May and June, especially in May. The SC precipitation in June appears to negatively correlate with low-level relative vorticity in the abnormal area of LHF in the tropical western Pacific. （2） The LHF anomaly in the tropical western Pacific is a vital factor affecting the flood and drought of SC in June. A conceptual model goes like this： When the LHF in the tropical western Pacific is abnormally increased （decreased）, an anomalous cyclone （anticyclone） circulation is formed at the low-level troposphere to its northwest. As a result, an anomalous northeast （southwest） air flow affects the south of China, being disadvantageous （advantageous） to the transportation of water vapor to the region. Meanwhile, there is an anomalous anticyclone （cyclone） at the low-level troposphere and an anomalous cyclone （anticyclone） circulation at the high-level troposphere in the region, which is advantageous for downdraft （updraft） there. Therefore a virtual circulation forms updraft （downdraft） in the anomalous area of LHF and downdraft （updraft） in the south of China, which finally leads to the drought （flood） in the region.     

印度洋海温异常对西太平洋副热带高压的影响——大气中的两级热力适应

利用热力适应理论讨论了印度洋海温异常影响中国天气和西太平洋副热带高压异常的物理机制。结果表明 :通过第一级热力适应 ,印度洋上的海温异常形成低层气旋式环流 ,并在其东侧的偏南气流中产生对流性降水 ;然后通过第二级热力适应 ,在 50 0 h Pa上导致西太平洋副热带高压加强西伸、2 0 0 h Pa上南亚高压异常增强。从而证明两级热力适应是导致印度洋海温异常影响中国天气气候异常的重要物理机制。     

热带北大西洋海温异常对南海夏季风的影响及其机理

利用HadiSST资料、CMAP降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了热带北大西洋(Northern Tropical Atlantic,NTA)海表温度异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)与南海夏季风(South China Sea Summer Monsoon,SCSSM)的联系及可能机制。观测分析表明,夏季NTA海温异常与SCSSM存在显著的负相关关系;NTA海温正异常时,北半球副热带东太平洋至大西洋区域存在气旋式环流异常,有利于热带大西洋(热带中太平洋)地区产生异常上升(下沉)运动,使得西北太平洋地区出现反气旋环流异常,该反气旋环流异常西侧的南风异常使得SCSSM增强。利用春季NTA指数、东南印度洋海温异常指数、北太平洋海温异常指数、南太平洋经向模(South Pacific Ocean Meridional Dipole,SPOMD)及Niňo3.4指数构建了SCSSM季节预测模型,预测模型后报与观测的SCSSM指数的相关系数为0.81,表明该模型可较好预测SCSSM。     

两广地区夏季降水异常与澳大利亚东侧海温异常的联系及可能机制

广东省和广西壮族自治区(两广地区)夏季降水时空分布很不均匀,存在显著的年际变化。利用站点观测降水资料、海洋及大气再分析资料,研究了近40 a两广地区夏季降水年际异常与澳大利亚东侧海温异常的联系及机理。在年际时间尺度上,两广夏季降水异常与澳大利亚东侧的海温异常存在显著的负相关关系。当澳大利亚东侧海温异常偏高时,一方面,部分水汽由热带中太平洋向澳大利亚东侧海区辐合,部分沿西太平洋副热带高压边缘向东亚地区输送,两广地区为水汽辐散区域,另一方面,澳大利亚东侧海区的对流活动增强,该地区上空的上升运动异常增强,通过"大气桥"遥相关使得海洋性大陆地区的异常上升运动增强,从而加强了东亚地区的局地Hadley环流,使得两广地区下沉运动增强,二者共同作用致使两广地区夏季干旱少雨;反之亦然。     

热带印度洋-西太平洋水汽输送异常对中国东部夏季降水的影响

利用1979~2015年NCEP/NCAR发布的月平均全球再分析资料,分析了热带印度洋-西太平洋水汽输送异常对中国东部夏季降水的影响及其形成机理。研究结果表明:热带印度洋-西太平洋地区（10°S~30°N,60°~140°E）夏季异常水汽输送主要包括两个模态,他们可以解释总的水汽输送异常34%的方差。其中,第一模态（EOF1）表现为异常水汽沿反气旋从热带西太平洋经过南海及孟加拉湾输送到中国东部上空,对应南海、孟加拉湾水汽路径输送均偏多,此时西太平洋副热带高压显著偏强,异常水汽在长江中下游地区辐合并伴随显著上升运动,有利于长江中下游降水偏多;第二模态（EOF2）表现为异常水汽从热带印度洋沿阿拉伯海、印度半岛、中南半岛等呈反气旋式输送,华南上空相应出现气旋式水汽输送异常,并对应异常水汽辐合和上升运动,有利于华南降水偏多。就可能的外部成因而言,EOF1与ENSO关系密切,表现为前冬热带中东太平洋显著偏暖,夏季同期热带北印度洋、南海上空显著偏暖,造成西太平洋副热带高压显著偏强,异常水汽主要来源于热带西太平洋和南海;EOF2与同期热带印度洋偶极子（TIOD）异常有关,TIOD为正位相时热带印度洋上空出现异常东风,华南上空出现异常气旋并伴随水汽异常辐合,异常水汽主要来源于热带南印度洋。     

我国秋季降水的年际变化及与热带太平洋海温异常分布的关系

利用我国160个站点58年(1951～2008年)的降水资料、NCEP/NCAR再分析环流资料和Hadley海表温度资料,对我国秋季降水年际变化的特征和可能成因进行了分析。结果显示,秋季降水前两模态分别反映长江流域及以南地区和长江以北的江淮、黄淮、华北、四川盆地北部至河套等地降水的变化,两降水模态的变化都以年际尺度为主,年代际变化特征不明显。就环流形势而言,第一模态的年际变化主要与西太平洋副热带高压的强度及相应的对流层低层菲律宾群岛附近的异常气旋/反气旋联系紧密,第二模态的年际变化则可能受到副热带高压的南北位置和相应的日本岛附近的异常气旋/反气旋的影响。同时,两模态及相应的异常环流还分别与热带东印度洋和热带西太平洋附近的异常垂直运动关系密切,热带地区的异常垂直运动可能通过经圈方向的异常环流影响到东亚地区。此外,两降水模态不仅与热带地区的异常环流关系密切,而且与热带海温异常也存在紧密的联系。与两模态相关联的热带太平洋海温异常显示出不同的分布特征,当热带东太平洋偏暖/冷,西太平洋偏冷/暖时,长江以南地区降水偏多/少。而当热带东太平洋和中太平洋一致偏暖/冷时,长江以北地区降水易偏少/多。两降水模态与热带海温及热带地区异常环流之间的密切关系显示热带太平洋海温异常的不同分布可能通过激发不同的热带地区异常垂直环流形势而对降水产生影响。