2000～2019年东北冷涡统计特征及其影响期间的降水分布

东北冷涡是影响我国东北地区天气和气候的重要环流系统。本文在前人研究工作基础上,构建了本文的东北冷涡识别与追踪方法。利用2000～2019年NCEP/NCAR再分析资料,对东北冷涡开展客观识别与追踪,进而分析东北冷涡的时空分布特征、持续时间、强度和尺度等,最后利用国家地面气象站小时降水观测数据,探讨了东北冷涡影响期间东北区域的暖季降水分布特征。东北区域内,东北冷涡频数和影响天数无明显长期变化趋势,但存在明显的年际变化和月际变化,东北冷涡更易发生在暖季;东北冷涡的持续时间主要集中在48～72小时,半径尺度范围主要分布在600～1200 km,冷季平均尺度大于暖季,冷季冷涡中心强度也强于暖季;东北冷涡中心活动高频区沿45°～55°N呈东—西走向带状分布;东北冷涡影响期间的暖季降水量占比基本在20%以上,不同强度降水档(0.1～5 mm h^-1,5～10 mm h^-1,10～20 mm h^-1和≥20 mm h^-1)中,占比空间分布不同,强降水局地性特征显著;东北冷涡影响期间的暴雨日降水量占比最大可超过70...     

东北冷涡气候特征及其对内蒙古降水的影响

基于内蒙古116个气象观测站1981—2017年5—8月逐日降水资料及NECP逐月再分析资料,采用传统东北冷涡定义,对5—8月东北冷涡活动过程次数、日数进行客观识别,并分析了东北冷涡活动日数与内蒙古降水的关系。结果表明:(1)东北冷涡活动日数与500 hPa高度场在东北亚地区呈现出显著的“南负北正”偶极型相关分布,内蒙古东部地区处于显著负相关区。(2)5—8月平均每次冷涡活动过程的持续时间为5～6 d,且5、6月冷涡活动维持日数呈增加的趋势。(3)5—8月东北冷涡活动日数与降水存在显著正相关的区域主要位于内蒙古东部偏北地区,其中5、6月冷涡活动日数与冷涡日东部偏北地区累计降水量存在显著正相关,表明冷涡活动具有气候“累积效应”。     

东北初夏和盛夏降水时空变化及大气环流因子新特征分析

基于东北区域1961—2019年245站逐日降水资料,利用经验正交函数方法（EOF）、累计距平方法、滑动t检验、小波分析和相关分析等分析了东北地区初夏（6月）和盛夏（7—8月）降水的时空特征。结果表明：东北盛夏降水主要集中于东北东南部地区,初夏北部和东北部降水量也较多。东北初夏和盛夏降水EOF第一和第四模态分别表现为全区一致和自北向南负—正—负（正—负—正）的变化特征。初夏降水在1972年和1995年左右发生了共两次突变。盛夏降水分别在1966年、1983年和1998年左右发生了共3次突变。东北初夏降水在20世纪80—90年代存在显著的准6 a振荡周期,90年代后期开始准3 a周期较为显著;盛夏降水存在12 a左右的主振荡周期,且20世纪90年代之后3—4 a左右的年际尺度振荡周期显著。通过分时段探讨与降水相关的环流场特征,发现了东北初夏降水受东北冷涡的影响增强,盛夏降水由主要受西太平洋副热带高压影响转为受中纬西风带系统影响为主的新特征。     

春季西亚地表热力异常与初夏东北冷涡活动年代际变化的联系

基于1979~2015年中国月平均站点温度资料,计算了初夏东北冷涡指数,分析了初夏东北冷涡活动的年代际变化特征。在此基础上,进一步探讨了东北初夏冷涡活动与春季西亚地表热力异常之间的可能联系,并初步讨论了前期西亚地表热力异常影响东北初夏冷涡活动的可能过程。结果表明:（1）1979~2015年间,初夏东北冷涡强度表现出明显的年代际变化特征,2000年前,冷涡活动总体偏强,之后总体减弱。（2）春季西亚地表热力状况在2000年前后也发生了明显的年代际转变:2000年前总体偏冷,之后明显偏暖。（3）春季西亚地区的地表热力异常与东北冷涡活动的在年代际尺度上联系密切。西亚地表异常偏冷,东北冷涡活动偏强;而西亚地表异常偏暖对应了偏弱的冷涡活动。初步分析发现,西亚地表热力因子可能通过影响大气环流分布并通过遥相关型影响我国初夏东北地区冷涡,当然相关的机理还有待深入分析。     

东北地区夏季降水特征及其与大气环流的关系

本文采用中国东北地区1951-2012年降水资料,NCEP/NCAR再分析资料,分析研究中国东北地区夏季(5-8月)降水特征及其与大气环流的关系,并对可能影响途径进行了探讨。结果表明:总体来说,1951年以来,东北地区夏季降水年际变化具有显著性的季节尺度特征,同时利用相关分析得出初夏时节东北地区降水与整个地区成显著性正相关,它的相关中心出现在东北地区中西部;盛夏时节东北地区东南部出现显著的正相关。初夏东北地区的降水异常与东北冷涡活动有关;而东亚夏季风影响盛夏。东北地区5、6月份西北部出现气旋性环流随高度向西倾斜;7、8月份降水异常是因为西太平洋副热带高压西伸北进。随着西太副高西北侧的南风异常加强,向北输送的水汽明显增多,东北地区盛夏时节降水明显增多。经过本文对中国东北地区夏季降水特征的分析及其与大气环流关系的研究,能够为以后防灾减灾工作提供一定的理论依据。     

北半球环状模和东北冷涡与我国东北夏季降水关系分析

利用国家气象信息中心提供的1951～2004年全国160个测站月平均降水资料和欧洲中心提供的ERA-40再分析资料,对近50多年东北地区夏季降水、东北冷涡与前期北半球环状模和海温的关系进行了统计分析,定义了一个夏季(6～8月)东北冷涡强度指数(NECVI)。结果表明:NECVI能够较好表征东北低涡的气候效应;夏季东北冷涡强度与降水存在显著的正相关,东北冷涡强年,降水偏多,前期2月北半球环状模(NAM)偏弱;东北冷涡偏弱年,降水偏少,前期2月NAM偏强。此外,夏季东北冷涡与前期的中国近海海温存在显著的负相关,前期NAM和中国近海海温的异常可以作为夏季东北冷涡异常的一个前兆信号,进而为东北地区夏季降水异常的预测提供参考依据。     

东北亚地区初夏、盛夏和传统夏季降水特征及环流型的异同性研究

本文利用1979~2015年GPCP（Global Precipitation Climatology Project）逐月降水资料,采用经验正交函数（EOF）分解和Morlet小波分析方法,对东北亚地区初夏、盛夏和传统夏季降水的时空分布特征以及环流型开展了系统性的研究,揭示了东北亚地区传统夏季降水表现为盛夏降水贡献占主导,其年际和年代际特征以及环流特征同盛夏降水特征相一致,而初夏降水和盛夏降水特征及形成机制则具有显著差异。空间分布上,初夏的降水EOF第一模态表现为“+－+”的三极型分布,而盛夏和传统夏季则表现为南北相反的偶极型特征;时间演变方面,初夏降水表现为5~6 a振荡周期,盛夏为2~3 a为主的振荡周期,传统夏季则兼具上述两类振荡周期;在年代际调整方面,在1990年代末,盛夏降水和传统夏季降水在华北和东北地区发生了显著的年代际转折。此外,分析降水与环流的联系发现:初夏,由于西太平洋上空异常反气旋将西太平洋等地的水汽向北方地区输送,且受欧亚Ⅱ型（EUII）遥相关的作用,东北亚地区初夏降水异常具有明显纬向特征。盛夏,东北亚地区降水主要受到西太平洋副热带高压西伸北进、孟加拉湾和南海等地水汽加强的影响。欧亚Ⅰ型（EUI）遥相关和亚洲太平洋型（EAP）遥相关与我国东北以西和沿海地区的降水具有显著相关性。EU型遥相关的作用使东北亚夏季降水的异常中心存在西北—东南向的波列特征,EAP型遥相关的作用则使夏季降水存在经向三极型或偶极型特征。     

松花江流域初夏降水分布型的环流特征及差异

利用1961-2017年松花江流域31个气象站初夏降水资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用多种统计方法,讨论了松花江流域初夏降水时空分布及影响环流特征。结果表明：松花江流域初夏降水具有全流域一致型、西北-东南反位相型和东北-西南反位相型3个主要分布模态。影响3个分布型的主要环流特征分别为贝加尔湖以东低值系统-鄂霍茨克海阻塞高压（西南低-东北高）、乌拉尔山脊-西西伯利亚槽-外兴安岭脊（两脊一槽型）、渤海/华北低值系统及其东北部高压,东部局地高压或阻塞形势对松花江流域初夏降水的3个模态起到非常重要的作用。东亚-太平洋型和极地-欧亚型是对第一模态降水分布起重要作用的遥相关型。     

东北冷涡降水集中期的客观识别研究

基于区域关键天气过程客观化识别和监测的需求及东北雨季应包括冷涡降水的事实,采用东北三省及内蒙古东四盟共147站逐日降水量资料,通过对东北区域多年平均5点平滑处理的逐日降水量序列的综合分析及对历年逐日滑动平均雨量的对比试验,确定了判别东北冷涡降水集中期开始日期的阈值及持续时间,进而研制了东北冷涡降水集中期开始日期的客观识别方法。基于该方法的客观识别,得到1981-2010年气候平均态的东北冷涡降水集中期的开始日期为每年的5月26日。同时,定义盛夏降水集中期开始日的前一日为冷涡降水集中期的结束日期,发现冷涡降水集中期的结束日期为6月25日。在此基础上,采用NCEP/NCAR逐日再分析的风场、位势高度场资料,通过对东北冷涡降水集中期前、中和后期各层大气环流场及各系统的逐日变化特征的对比分析,验证了该客观识别方法的合理性。     

江南南部初夏汛期降水特征Ⅰ:降水集中期及其变化

利用1961-2010年江南地区200个气象站的逐日降水资料,对江南地区初夏降水量的时空分布及其演变特征进行分析.结果表明,在江南南部存在显著的初夏降水集中区,位于27.5～29.5°N的纬向带状区域内;江南南部初夏降水具有季节内相对独立的集中时段,平均发生在6月10-30日.近50a江南南部初夏降水量和暴雨日数没有出现显著的增加或减少趋势性变化,但初夏最长连续降雨日数有弱的减少趋势.江南南部初夏降水具有显著的2～3a和5～6a周期震荡,另外还在1979、1987和2001年出现过3次突变变化.     

东北夏季降水分型及其大气环流特征

利用1961—2010年中国东北122站逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及中国国家气候中心整理的160站月平均温度资料,对东北6月、7月、8月的降水进行分型,在此基础上分析各类降水型对应的环流形势。结果表明:东北6月、7月、8月降水均可划分为两大类四小类,6月与8月的分型结果相同,为全区一致型(同多型、同少型)和南北反位相型(南部型、北部型),7月可分为全区一致型(同多型、同少型)和东西反位相型(东部型、西部型)。6月东北降水主要受东北冷涡影响,冷涡越强,降水越多,且当鄂霍次克海阻塞高压出现明显异常时,6月东北降水将呈现南北反位相特征;7月、8月降水主要受东亚夏季风影响,其中东北降水全区一致型与西太平洋副热带高压的位置以及沿亚洲西风急流东传的波列有关,而降水南北(东西)反位相型则与西太平洋副热带高压的强度有关。     

The Major Interannual Modes of Late-Summer Precipitation Over the Northern China Monsoon Region

ABSTRACT

Summer precipitation in the northern China monsoon region (NCMR; 35°–55°N, 108°–135°E) shows significant intraseasonal variability. The early-summer (June) and late-summer (July–August) precipitation patterns show clear differences in their formation mechanisms and the systems that affect them. We used empirical orthogonal function (EOF) analysis to investigate the two leading modes of July–August precipitation over the NCMR and their associated atmospheric circulation anomalies using linear regression. The results show that the first (EOF1) and second (EOF2) modes correspond to a pan-NCMR precipitation variation pattern and a precipitation oscillation pattern between North China (NC) and Northeast China (NEC), respectively. These two modes account for 22.1% and 10.1% of the total variance, respectively. The associated principal components (PCs) both have significant interannual variability with a period of 2–4 years. In addition, PC1 has significant interdecadal variability with a period of 20–30 years. Further analysis suggests that EOF1 and EOF2 clearly have a different relationship with the summer monsoon circulation system. In the positive phase of PC1, the East Asian subtropical westerly jet stream (EAWJS) shows a northward trend with higher intensity than normal the blocking high at mid- to high latitudes is inactive; and the western Pacific subtropical high (WPSH) is located to the north of its normal position. The NCMR is controlled by stronger southerly winds, which cause the convergence of water vapour, favouring more precipitation in this region and vice versa. In the positive phase of PC2, the EAWJS swings to the south of Lake Baikal. Significant positive height anomalies exist from western NC to NEC. Significant negative height anomalies occur to the subtropical northwestern Pacific. This indicates that the cold vortex in Northeast China is inactive, the WPSH tends to be weaker and located to the south of its normal position, and NEC (NC) is dominated by anomalous northeasterly (southeasterly) winds. The convergence (divergence) of water vapour in NC (NEC) favours more (less) precipitation in NC (NEC) and vice versa. Therefore, EOF1 is related to the large-scale circulation anomalies over East Asia and the northwest Pacific in July and August, whereas EOF2 is more closely related to the anomalies in the regional circulation over the NCMR and the subtropical northwestern Pacific.     

The interannual variation in monthly temperature over Northeast China during summer

The interannual variations of summer surface air temperature over Northeast China （NEC） were investigated through a month-to-month analysis from May to August. The results suggested that the warmer temperature over NEC is related to a local positive 500-hPa geopotential height anomaly for all four months. However, the teleconnection patterns of atmospheric circulation anomalies associated with the monthly surface air temperature over NEC behave as a distinguished subseasonal variation, although the local positive height anomaly is common from month to month. In May and June, the teleconnection pattern is characterized by a wave train in the upper and middle troposphere from the Indian Peninsula to NEC. This wave train is stronger in June than in May, possibly due to the positive feedback between the wave train and the South Asian rainfall anomaly in June, when the South Asian summer monsoon has been established. In July and August, however, the teleconnection pattern associated with the NEC temperature anomalies is characterized by an East Asia/Pacific （EAP） or Pacific/Japan （PJ） pattern, with the existence of precipitation anomalies over the Philippine Sea and the South China Sea. This pattern is much clearer in July corresponding to the stronger convection over the Philippine Sea compared to that in August.     

中国夏季降水异常EOF模态的时间稳定性分析

本文基于1980~2012年中国160个台站降水资料,利用滑动交叉检验等方法讨论了中国夏季降水距平和距平百分率EOF各模态的时间稳定性,在此基础上探讨了EOF方法在中国夏季降水短期气候预测中的应用条件和潜在能力。研究表明,随机剔除一年样本,中国夏季降水距平场前四个EOF模态表现出显著的稳定性。若时间系数完全预测准确,则潜在的可预测站点主要位于黄河以南地区,理想预测与原始降水的距平相关系数为0.6左右。相对而言,降水距平百分率各模态的时间稳定性易受极端降水事件的影响,当人为削弱这种影响后,随机剔除一年样本,其前三个模态的稳定性得到提高,潜在的可预测站点均匀分布,理想预测与原始降水的距平相关系数为0.48。但是,伴随着预报时效的增加,降水距平和距平百分率后三个EOF模态的时间稳定性下降,预示着EOF方法对未来两年以上降水的预测能力将会明显下降。     

东北夏季降水预测技巧偏低的原因探讨

1978～2018年全国夏季降水实时业务预测技巧显示东北地区明显偏低,尤其是近几年在对全国夏季旱涝的总体分布预测效果明显提高的情况下,对东北地区的预测却与实况相反,因此有必要分析该区域预测技巧偏低的原因。利用站点资料、再分析格点数据、实时预测历史数据及统计诊断等方法,探讨了动力气候模式预测能力以及东北夏季降水预测的认识缺陷。通过系统地回顾东北夏季旱涝的气候特征、影响因子及预测方法等方面的研究进展,以及东北夏季降水实时预测检验,得出预测技巧偏低的可能原因:（1）东北初夏降水主要受东北冷涡活动的影响,盛夏主要受西太平洋副热带高压、东北南风和中高纬环流型的共同作用,而业务常用的国内外主要动力气候模式无法准确反映与东北初夏和盛夏降水相联系的关键环流系统;（2）东北夏季降水与全球海温的关系较弱且不稳定,尤其是与ENSO的关系较为复杂,年际关系随年代际变化而波动,即ENSO不是预测东北夏季降水的强信号;（3）东北夏季降水具有明显的季节内、年际和年代际等多时间尺度变率,夏季降水受到多种时间尺度信息的叠加和调控,不同尺度变率的贡献相当,且影响系统不同,导致预测难度较大。最后,进一步探讨了东北夏季降水预测存在的科学问题及可能的解决途径,以期为夏季业务预测提供参考。     

华南夏季降水的变化特征及其与热带太平洋海温异常的关系

根据1958-2008年华南48站降水资料、NOAA全球逐月海温格点资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF分解、相关、合成等统计方法,分析了华南夏季降水的变化特征及其与冬季热带太平洋海温的关系。结果表明,华南夏季降水变化特征主要表现为,空间分布以全区一致型为主,其次是南北反相对称型和东西反相对称型,且这3种分布模态都表现出显著的年际和年代际特征。全区一致型降水异常与热带太平洋海温显著相关,二者的相关性也具有年代际变化特征,其对应的热带太平洋海温具有沿赤道太平洋呈“负-正-负”的纬向分布型,类似于中部型El Nino。全区降水偏多时期,西南季风偏强,西太平洋副热带高压偏强、脊点位置偏西,南亚高压偏强、脊点位置偏东,总体的环流形势有利于华南地区的水汽输送和上升运动;降水偏少时期,情况相反。     

中国东部夏季降水特征及其与西太平洋副高的关系

利用中国东部160个气象观测站1951年-2012年夏季（6-8月）的月平均降水资料,运用EOF分析方法,分析中国东部夏季降水的时空分布特征及其与西太平洋副热带高压的关系。结果表明:（1)夏季,中国东部降水大值区域从华南移到江淮流域,然后到达华北和东北地区。（2) 中国东部夏季降水EOF第一模态空间分布为长江以北与黄河以南地区之间存在一个降水大值雨带, EOF第二模态显示出整个东部沿海地区的降水量以长江为界,长江以南降水偏少,长江以北降水偏多,且江南与江北的降水呈反位相。（3)在西太平洋副热带高压较强的年份,江淮流域降水偏少,华北地区降水偏多;西太平洋副热带高压较弱的年份,江淮流域降水偏多,华南地区降水偏少。     

基于CRA技术的华南前汛期强降水EC模式预报误差分析

利用CRA空间检验技术对ECMWF模式36 h时效预报的2016—2018年华南前汛期(4—6月)69个降水目标进行了检验及误差统计分析,并将预报落区偏差相似个例的环流形势及天气尺度影响系统进行了分析。(1) 87% 的强降水目标存在明显落区预报偏差,最大偏差为2.75 °。偏差以经向偏差为主,其中偏北的目标多于偏南的目标,平均偏北0.6 °;无系统性纬向偏差。(2) 模式预报的降水面积较实况偏大的个例多。(3) 不同降水落区预报偏差类型月份分布、对应的环流特征与天气尺度影响系统具有一定的差异性。4月各偏差类型出现的频次相当,5月以西北型个例为主,6月东北型个例最多。西北型个例天气尺度影响系统以长波槽或东北冷涡、冷式切变线为主,西南型、东北型个例主要受南支波动与中纬度短波槽影响,低层低涡、冷、暖式切变线等出现的频次差不多。通过降水预报落区偏差较大和较小的个例对比分析,表明模式强降水落区预报偏差可能与对流组织化发展程度以及暖区是否存在有利于对流发展条件等有关。      

青藏高原汛期降水的时空分布特征

根据1967～2008年青藏高原地区67个气象台站的月平均降水资料,利用线性趋势分析、EOF分解和Morlet小波变换等方法分析了青藏高原地区汛期(5～9月)降水的时空分布特征.结果表明:青藏高原汛期降水存在明显的区域性差异,EOF分解揭示出青藏高原汛期存在3种主要的空间分布型:南北反向型、全区一致型和东南-西北反向型...     

秦岭及周边地区夏季降水的主模态分析

基于秦岭及周边地区394站气象观测资料、欧洲中期数值预报中心(ECMWF)再分析ERA-Interim数据,利用小波和回归等分析方法,讨论了秦岭及周边地区夏季降水年际变化的主模态以及与其相联系的大气环流异常。结果表明:1)在年际变化的时间尺度上,秦岭及周边地区夏季降水主要表现为秦岭南北降水的气候差异性变化(EOF1)、黄土高原第二地形抬升带与其两侧降水的反位相振荡(EOF2)、秦岭西南部降水正异常和其东北部降水负异常变化(EOF3)和关中平原的地形降水贡献(EOF4)4个模态,其解释方差总贡献为73%,并且具有显著的2~4 a周期,其中EOF3和EOF4还具有4~8 a左右的年际变化周期。2)回归分析表明,EOF1正位相环流特征表现为200 hPa急流偏弱,中纬度槽填塞,西太平洋副热带高压强度偏弱,有来源于东海的水汽输送,使得秦岭北部降水偏多;EOF2和EOF3分别具有显著的蒙古低压和东北冷涡环流特征;EOF4的500 hPa环流异常不显著。3)根据新定义的秦岭季风指数回归分析表明,回归场的季风指数和降水模态的时间系数显著相关,秦岭北部降水偏多(少),南部降水偏少(多),反映了强(弱)季风年的年际转换。反之则具有多态性,不同年份强(弱)秦岭回归季风指数的环流形势存在较大的差异,可能触发多种降水模态和位相振荡。