东北地区旱涝的OLR特征分析

该文选取了东北地区4个典型多雨年和4个典型少雨年, 利用OLR资料对该地区旱涝年OLR场的时空分布规律及其低频振荡的传播特征进行了合成对比分析.结果表明, 东北旱涝与低纬OLR的分布及其变化密切相关, 特别是西北太平洋副热带高压、西太平洋ITCZ和印度ITCZ的位置和强度以及赤道中东太平洋OLR的距平在旱涝年均有显著差别, 并且热带和副热带OLR低频振荡的向北传播对东北地区夏季降水也有至关重要的影响.     

华北夏季降雨与热带对流活动的关系

文中设计了热带辐合带综合指数 ,较客观地反映了亚洲季风区深对流活动的气候变化特征。用热带辐合带综合指数分析华北旱涝年季风区对流活动特征 ,结果表明旱涝年对流活动有明显的差异 ,尤其春季东亚和印度季风区的热带辐合带综合指数差异非常显著 ,为华北夏季旱涝预测提供了新的参考依据。     

前期季节内振荡对云南5月降水的影响

采用OLR和风场再分析资料及降水资料,发现一个与云南雨季5月降水显著相关的关键区(77.5~82.5 °E,5~10 °N),关键区内OLR低频振荡(Ikey)在4月2—3候的平均值(Ikey-Apr)与云南5月降水具有显著负相关,云南5月多雨年时为负值(低频对流活跃),少雨年时为正值(低频对流受抑制)。多雨年时,关键区在4月2—3候出现的强低频对流标志着亚洲热带季风开始在关键区建立并进入ISO(季节内振荡)活跃期,约20 d后的4月末—5月初关键区低频振荡再次进入活跃位相,激发西南季风沿西南-东北方向传播并向云南输送水汽,当低频对流传到云南后,西南季风在云南建立,云南较早进入雨季,5月降水迅速增多。而当关键区低频信号于4月末—5月初较晚出现时,第二次低频对流和西南季风ISO的东北向传播也随之推迟,夏季风在云南建立和云南雨季开始偏晚,5月降水偏少。把Ikey-Apr作为云南雨季开始早晚和降水多寡的前兆信号。云南5月多雨年从4月第4候—5月第5候,低频对流在云南形成了一个完整波型,5月第1候前孟加拉湾和云南处于低频对流抑制区控制下,西南向水汽输送未形成。5月第1候后关键区低频对流开始向西北-东北向传播,孟加拉湾低频西南风加强,暖湿气流逐渐传向云南,西南季风在云南建立,雨季提前开始,降水迅速增多。      

江淮流域夏季降水异常与西北太平洋副热带30～60天振荡强度年际变化的联系

利用1978～2007年NCEP/NCAR再分析资料和地面观测站降水资料, 研究了夏季江淮流域降水多寡与30～60天振荡 (ISO) 强度年际变化的联系。结果表明: 江淮流域夏季降水异常与台湾海峡地区及西北太平洋低频能量变化相关显著。定义了ISO强度指数, 对ISO强度指数高低年夏季低频降水以及低频环流的位相合成表明: 高指数年主要通过存在于南海—西北太平洋地区的低频气旋、 反气旋系统的交替活动来影响副热带高压的进退, 从而引起江淮流域夏季降水异常; 低指数年江淮流域夏季降水主要受西太平洋副热带高压位置及强度变化的影响, 降水异常区主要位于江南地区。进一步研究表明, 非30～60天低频降水扰动与低频振荡强度也有很好的相关。低频环流对双周以及天气时间尺度环流变化可能存在调制作用, 这种作用对江淮流域夏季降水的年际异常起到非常重要的作用。     

中国东部夏季降水80年振荡与东亚夏季风的关系

利用中国东部1470－1999年夏季降水级别资料和1951－1999年夏季降水观测资料，以及1871－2000年北半球海平面气压资料研究了中国东部夏季降水与东亚夏季风的关系。研究表明华北及东北南部、长江中下游地区和华南夏季降水存在明显的80年振荡，华北夏季降水的80年振荡与华南同位相，与长江中下游反位相。华北夏季降水与海平面气压在120°－130°E，20°－25°N区域内呈负相关，在121°－130°E，20°－25°N区域内呈正相关，并达到 95％信度。因此，利用这两个区域平均海平面气压差定义了一个表征夏季西南风强度的东亚夏季风指数。当东亚夏季风强时，华北夏季降水偏多，同时长江中下游少雨；当东亚夏季风接近正常时，华北干旱，长江中下游多雨。最后，利用530年的华北夏季降水长序列资料研究了东亚夏季风的年代际变率。     

淮河流域夏季旱涝急转的低频环流成因

利用1960 2007年4—8月逐日降水资料挑选了淮河流域各分区旱涝急转事件,分析了旱涝急转夏季,逐日降水的低频振荡特征。结果表明,旱涝急转夏季逐日降水30 60 d周期振荡明显加强,流域大部分地区30—60 d低频振荡的方差贡献与夏季降水量呈正相关,低频方差贡献大(小)对应夏季降水量多(少),并且,相关显著区域位于流域南部。欧亚中高纬度高度场、经向风场的低频位相在少雨、多雨期呈相反纬向分布是造成旱涝急转的环流成因。通过对典型年份分析,给出了低频分布型的形成过程。在少雨期,北半球中高纬度扰动场为4—5波列,从东北大西洋经欧洲和贝加尔湖至东亚太平洋沿岸为"+、-、+、-",与低频位相分布一致。在多雨期,副极地波导从欧洲北部沿急流流向亚洲高纬度地区,并在鄂霍次克海形成强盛的正扰动中心,有利于鄂霍次克海阻塞形势的形成与维持。当中纬度中亚为负扰动中心,印度季风偏弱时,由于下游效应在日本海形成负扰动,导致副热带高压位置偏南。在低纬度孟加拉湾到中国南海对流层高层为负扰动时,中国南海对流活动偏弱。少雨、多雨期的欧亚中高纬度纬向低频环流型实际上反映了副极地、副热带急流罗斯贝波导结构及其传播的异常。     

SVD揭示的东亚地区低频振荡强度与中国夏季降水的联系

利用1978—2007年NCEP/NCAR再分析资料、中国160站月平均降水资料,采用SVD方法分析了东亚地区低频振荡强度与中国夏季降水异常的联系。结果表明:东亚地区低频振荡强度年际变化与中国夏季降水异常分布密切相关,其前3个模态分别对应的降水型:江淮型、华南型及长江中下游型。根据前3个模态分别定义低频振荡强度指数,选定异常年份对相关要素进行合成差值分析发现:“江淮型”高低指数年西太平洋海域的低频环流、对流、热源呈现南北向的反位相分布特征,江淮流域位于异常较强的两个相反性质的低频气团系统之间的气流交汇带;而东亚副热带地区东西向系统波动对“华南型”降水有重要作用,华南地区的局地对流加热对降水异常的发生影响显著;“长江中下游”降水型不仅受西太平洋海区低频环流、热源的影响,热带中太平洋的对流活动与长江中下游地区降水也有重要联系。      

亚洲热带气候态夏季风涌传播特征及其对中国降水的影响

基于1979—2020年逐日的NOAA向外长波辐射资料、NCEP/NCAR再分析风场资料,以及全球CMAP再分析降水资料,探讨了气候态亚洲热带夏季风涌的传播过程及与我国夏季相应的降水联系。分析结果表明,主汛期亚洲热带气候态夏季风季节内振荡(CISO)活动是亚洲夏季风活动的主要特征,随时间北传的亚洲热带夏季风CISO称为亚洲热带夏季风涌,主要有南亚夏季风涌和南海夏季风涌。亚洲热带夏季风涌的传播可分为四个阶段。在亚洲热带夏季风涌的发展阶段,印度洋区域低频气旋与对流活跃,孟加拉湾和南海热带区域被低频东风控制,我国大部分地区无降水发生,降水中心位于两广地区。当进入亚洲热带夏季风涌活跃阶段,孟加拉湾和南海热带地区低频气旋和对流活跃,东亚低频“PJ”波列显著,我国降水中心北移到长江以南的附近区域。亚洲热带夏季风涌减弱阶段,孟加拉湾与南海低频气旋消亡,对流减弱,低频西风加强,日本南部附近为低频反气旋控制,我国长江中下游低频南风活跃,降水中心也北移到长江中下游地区,而华南地区已基本无降水,此阶段的大气低频环流场与亚洲热带夏季风涌发展阶段基本相反。进入亚洲热带夏季风涌间歇阶段时,孟加拉湾和南海热带地区低频反气旋活跃,对流不显著,日本南部附近的低频反气旋北移减弱,我国东部基本在低频南风的控制下,降水中心也逐步北移到华北-朝鲜半岛一带,此时的大气低频环流场与亚洲季风涌活跃阶段基本相反。      

夏季亚洲大气热源汇的变化特征及其与江淮流域旱涝的关系

用2001年和2003年NCEP/NCAR再分析资料，计算了亚洲季风区两年逐日的大气热源汇〈Q1〉，再用谐波分析方法对〈Q1〉作带通滤波， 得到了准30~70 d的〈Q1〉低频分量，并分析了两年夏季大气热源汇和其低频振荡变化特征的差异，然后研究了一些“关键”区〈Q1〉低频分量的变化与我国降水的关系。结果表明:在2001年和2003年夏季的亚洲季风区，一方面应该有这样一种过程，大气热源汇低频分量经向和纬向传播的差异→江淮流域旱涝期东亚地区大气热源汇低频分量南北配置的差异→东亚地区大气热源汇本身的南北分布不同。另一方面，夏季的5~8月期间，高原中南侧有较强的低频热源 (热汇) 时，可导致其后期江淮流域降水偏多 (少)；中国南海的作用则正好相反，南海有较强的低频热源 (热汇) 时，不仅可导致其后期江淮流域降水偏少 (多)，还可导致其后期青藏高原东部降水偏少 (多)。因此，夏季亚洲季风区热源、热汇季节内变化特征的不同可导致我国江淮流域异常的旱涝发生。     

江淮旱涝及旱涝并存年降水和对流的低频振荡统计特征

利用中国国家气候中心站点降水资料、NOAA全球逐日OLR资料和NCEP/NCAR再分析数据集,分析了江淮地区旱涝年及旱涝并存年夏季降水和对流的低频振荡统计特征.结果表明:江淮地区旱涝年及旱涝并存年夏季降水具有不同的振荡周期,旱年以8～16d的准双周振荡为主,涝年8～16 d的准双周振荡与16～32 d的周期振荡同时存在.旱涝并存年与旱涝均匀年均存在16 ～ 32d的振荡,同时还有较弱的8～16 d振荡,并且旱涝并存年8～16d的振荡比旱涝均匀年更加突出,8～16d的准双周振荡可能是造成夏季降水异常的主要因子;对流的振荡周期与降水有较好的对应关系;典型旱、涝年,对流的传播特征不同,旱年准双周的低频对流以经向南传为主,涝年则主要是16～32 d低频信号在纬向上的向西传播.     

近50年中国干湿气候界线波动及其成因初探

文中在 10a际尺度上详细分析了中国干湿气候界线波动与气候的干湿变化 ,得出 :过去 5 0a中国干湿气候界线波动显著 ,区域差异大 ,呈现出整体移动和东西、南北相异波动的特征。 2 0世纪 6 0～ 70年代中国干湿气候存在一次突变 ,由较湿润变为干旱 ,但各地干旱程度不同。干湿气候界线波动与气候的干湿变化具有显著的年代际特征。在此基础上分析了气候界线波动的可能原因 ,中国干湿气候界线的波动与气候的干湿变化是西太平洋副热带高压强度位置导致的东南季风、孟加拉湾暖流所导致的西南季风以及高原季风、中纬度西风环流等综合作用的结果。中国各地区干湿位相变化不一致 ,区域差异大 ,是不同环流以及环流的不同强弱组合所致。东南季风、西南季风、高原季风、中纬度西风环流、西太平洋副热带高压的年代际变化是过去 5 0a中国干湿气候界线波动与气候干湿变化年代际变化的根本原因。 2 0世纪 6 0～ 70年代的干湿突变 ,是整个北半球大气环流异常的结果     

Droughts near the northern fringe of the East Asian summer monsoon in China during 1470–2003

Historical annual dry–wet index for 1470–2003 combined with instrumental precipitation since 1951 were used to identify extremely dry years and events near the northern fringe of the East Asian summer monsoon in China—the Great Bend of the Yellow River (GBYR) region. In total, 49 drought years, of which 26 were severe, were identified. Composites of the dry–wet index under the drought years show an opposite wet pattern over the Southeast China. The longest drought event lasted for 6?years (1528–1533), the second longest one 4?years (1637–1640). The most severe 2-year-long drought occurred in 1928–1929, and the two driest single years were 1900 and 1965. These persistent and extreme drought events caused severe famines and huge losses of human lives. Wavelet transform applied to the dry–wet index indicates that the severe drought years are nested in several significant dry–wet variations across multiple timescales, i.e., the 65–85?year timescale during 1600– 1800, 40–55?year timescale before 1640 and 20–35?year timescale mainly from 1550 to 1640. These timescales of dry–wet variations are discussed in relation to those forcing such as cycles of solar radiation, oscillation in the thermohaline circulation and the Pacific Decadal Oscillation (PDO). Comparing 850?hPa winds in Asia in extremely dry and wet years, it was concluded that dry–wet variability in the GBYR region strongly depends upon whether the southerly monsoon flow can reach northern China.     

南海—西北太平洋地区低频振荡特征及其对TC群发过程的影响

根据中国气象局上海台风研究所整编的热带气旋最佳路径数据集(CMA-STI),以及定义的热带气旋(Tropical Cyclone,TC)群发标准,分析了南海—西太平洋地区的低频振荡特征,及其对TC群发活动的影响,研究了TC群发与季风槽的关系。结果表明,孟加拉湾—西太平洋的近赤道地区有两支主要的对流区,分别位于南海—西太平洋地区和孟加拉湾东南部。10~20 d大气准双周振荡(Quasi-Biweekly Oscillation,QBWO)周期是南海—西太平洋地区对流活动的主要周期,大部分年份QBWO占原始序列的方差贡献达20%以上。QBWO的强度具有明显的年际变化,20世纪80年代以前强度变化较大,80年代之后变化较小。根据定义的TC群发标准,发现1990年6—9月西北太平洋地区共有4次TC群发过程,都发生在低频对流活动的湿位相。分析对流活动干位相—湿位相—干位相的演变,发现TC的群发期集中在湿位相,湿位相期间大气低层为低频气旋性环流,较强的正涡度有利于初始涡旋扰动的形成和发展,为TC群发提供了有利的环流背景场。根据定义的季风槽强度指数,发现季风槽强度与TC群发过程有很好的对应关系,由于季风槽的活跃使得对流活动处于湿位相期,同时季风槽区提供了有利的正涡度条件,促使TC群发活动产生。     

长江中下游地区冬夏干湿韵律特征分析

通过分析中国160站1952—2013年的月平均降水观测资料,揭示了长江中下游地区冬季和夏季降水间存在显著的韵律现象,即当该地区冬季降水异常偏少(偏多)时,次年夏季降水也趋于异常偏少(偏多),这里称之为干(湿)韵律现象。对干、湿韵律年大气环流背景的分析结果显示,干韵律年和湿韵律年对应的环流形势基本相反:在干(湿)韵律年冬季,东亚地区500 hPa位势高度距平呈现西高东低(东高西低)的分布型,中国南方东部主要受偏北(南)风异常控制,这不利(有利)于低纬度暖湿气流向长江中下游地区输送,导致该地区冬季降水异常偏少(多);在次年夏季,西北太平洋副热带高压异常偏弱(强),不利(有利)于西南暖湿气流向中国东部地区输送,使得长江中下游地区夏季降水也异常偏少(多)。研究进一步指出,长江中下游地区的冬夏干、湿韵律现象与东亚冬夏季风活动的强度密切相关。干、湿韵律现象多在东亚冬夏季风强度变化一致的情况下出现:冬、夏季风一致偏强时多导致干韵律现象,而一致偏弱时易导致湿韵律现象。     

南海ITCZ异常变化及其对非移入性南海热带气旋(TC)活动的可能影响

利用美国NOAA提供的向外长波辐射（OLR）资料、NCEP/NCAR再分析资料以及上海台风所提供的热带气旋（TC）资料等,通过定义一个描写南海范围内（5°N~20°N,105°E~120°E）的热带辐合带（Intertropical Convergence Zone,简称ITCZ）强度指数,研究了南海ITCZ年际和年代际异常变化特征及其对非移入性南海TC[South China Sea-generated tropical cyclone（SCS-G TC）]活动的可能影响,并从异常强、弱南海ITCZ年份的大气环流背景和海表温度等变化特征来尝试揭示南海TC的活动规律。结果表明:在年际和年代际时间尺度上,南海ITCZ强度指数与南海TC的生成频数存在显著的负相关关系,长期趋势变化间的关系存在不同。南海ITCZ的强、弱显著地影响到南海TC的生成频数。强南海ITCZ年,南海TC频数偏多;弱南海ITCZ年,南海ITCZ频数偏少。强、弱南海ITCZ年对于南海TC的生成源地、TC的维持时间以及路径和强度的影响不显著。进一步分析表明,动力和环境条件方面,强、弱南海ITCZ年可能差异较大。异常偏强年,对流层低层出现气旋性环流,上层出现反气旋性环流;季风槽在南海区域偏强、位置偏南。与OLR表示的深对流区相配合,存在暖的海表温度和低层强烈的正涡度和强辐合,在高层存在相应的强的气流辐散,形成了极有利于南海TC发生发展的条件。弱南海ITCZ年则相反。另外,ITCZ强年,太平洋异常SST（Sea Surface Temperature）出现为La Ni?a特征,南海ITCZ区对流活跃,强度偏强。反之,ITCZ弱年则表现为El Ni?o特征,南海ITCZ关键区的对流强度偏弱。这些结果可为深刻认识南海TC的生成规律以及对南海TC的预报提供线索。     

Boreal summer continental monsoon rainfall and hydroclimate anomalies associated with the Asian-Pacific Oscillation

With the twentieth century analysis data (1901–2002) for atmospheric circulation, precipitation, Palmer drought severity index, and sea surface temperature (SST), we show that the Asian-Pacific Oscillation (APO) during boreal summer is a major mode of the earth climate variation linking to global atmospheric circulation and hydroclimate anomalies, especially the Northern Hemisphere (NH) summer land monsoon. Associated with a positive APO phase are the warm troposphere over the Eurasian land and the relatively cool troposphere over the North Pacific, the North Atlantic, and the Indian Ocean. Such an amplified land–ocean thermal contrast between the Eurasian land and its adjacent oceans signifies a stronger than normal NH summer monsoon, with the strengthened southerly or southwesterly monsoon prevailing over tropical Africa, South Asia, and East Asia. A positive APO implies an enhanced summer monsoon rainfall over all major NH land monsoon regions: West Africa, South Asia, East Asia, and Mexico. Thus, APO is a sensible measure of the NH land monsoon rainfall intensity. Meanwhile, reduced precipitation appears over the arid and semiarid regions of northern Africa, the Middle East, and West Asia, manifesting the monsoon-desert coupling. On the other hand, surrounded by the cool troposphere over the North Pacific and North Atlantic, the extratropical North America has weakened low-level continental low and upper-level ridge, hence a deficient summer rainfall. Corresponding to a high APO index, the African and South Asian monsoon regions are wet and cool, the East Asian monsoon region is wet and hot, and the extratropical North America is dry and hot. Wet and dry climates correspond to wet and dry soil conditions, respectively. The APO is also associated with significant variations of SST in the entire Pacific and the extratropical North Atlantic during boreal summer, which resembles the Interdecadal Pacific Oscillation in SST. Of note is that the Pacific SST anomalies are not present throughout the year, rather, mainly occur in late spring, peak at late summer, and are nearly absent during boreal winter. The season-dependent APO–SST relationship and the origin of the APO remain elusive.     

1986—1987年北半球冬季亚澳地区大气环流异常及其与西太平洋SST异常的联系

1986—1987年冬季亚澳地区大气环流异常主要表现在北半球中纬盛行纬向气流,副热带西风急流、西太平洋副热带高压脊及ITCZ位置异常偏北;西北太平洋热带气旋活动频繁;赤道盛行异常西风和异常南风;澳大利亚海平面气压偏高等现象。在这种大气环流异常形势下,东亚地区冬季风偏弱,冷空气主要在偏北地区东移,温度异常偏高,中国北方降水偏多,南方降水偏少。与此同时,澳大利亚夏季风偏弱并推迟一个月建立,整个澳大利亚地区降水偏少。大气环流异常是从低纬开始的。ITCZ位置异常偏于北半球,比其他环流系统异常要早一个月以上发生。1986年夏季以来,西太平洋赤道附近及其偏北地区SST始终维持异常偏高,可能是造成ITCZ异常偏北的原因,并进而引起瓦克环流减弱和南方涛动指数(SOI)偏低,从而对1986—1987年的ENSO事件的发生起了促进的作用。1986年夏秋季节西北太平洋30°N950hPa上北风异常,冬季南风异常又可能是引起西太平洋SST异常分布的原因,因此,1986—1987年冬季亚澳地区的异常事件必须从海—气相互作用的观点来加以说明。      

Demarcating the worldwide monsoon

Summary The monsoon is a global climate phenomenon. This paper addresses the seasonal reversal of atmospheric circulation and the transition of dry/wet spells in the monsoon regions worldwide. The NCEP/NCAR 850 hPa wind reanalysis data for 1950–1999 and the upper-tropospheric water vapour (UTWV) band brightness temperature (BT) data observed by NOAA polar orbiting satellites for 1980–1995 are used. In the tropics, there are three large wet-UTWV centres. The summer monsoon in the subtropics can be defined as the expansion of these centres associated with the influence of cross-equatorial flows. Specifically, the dry/wet spell transition is determined by the BT values that are smaller than 244 K. The regions of the South and North African monsoons, the Asian-northwest Pacific and Australian-Southwest Pacific monsoons, and the North and South American monsoons are examined with a focus on the dry/wet spell transition and stream field features. Findings suggest that the summer monsoons over many subtropical regions can be defined by both cross-equatorial flows and dry/wet spell transitions. In the mid- and low-latitudes, there exist six major dry/wet spell transition regions with a dry or wet period lasting more than one month. The region of most significant change is located over the subtropical North Africa–Asia–northwest Pacific. The others appear over subtropical South Africa, Indonesia–Australia, southwest Pacific, the Mexico-Caribbean Sea, and subtropical South America. In addition, three regions exist where only one of the two indicators (cross-equatorial flow and dry/wet transition) is satisfied. The first is near the Equator where the directions of cross-equatorial flows alternate but a dry/wet spell transition is never experienced. The second is over North Africa where only the dry/wet spell transition can be found but not the cross-equatorial flows. The third is over the mid-latitude regions in North China, South Africa, and northern North America. These regions are influenced by cross-equatorial flows but the upper-tropospheric water vapour content is not as high as that in tropical regions. Received June 29, 2000 Revised May 15, 2001     

东亚夏季风活动与不同类型云的相关性研究

利用1998~2007年候平均卫星-台站融合降水资料以及ISCCP (International Satellite Cloud Climatology Project) D1云资料,分别定义了标准降水指数和两类云指数。降水指数大值区的移动能很好的表征东亚夏季风活动,两类云指数能分别反映某个区域深对流云(DC)、高积云(Ac)和积云(Cu)云量的集中变化特征。根据不同地区降水集中时段以及降水量等气候特征,结合中国气候区划(温度带及干湿区)及不同地域的地形特征,把中国大陆受东亚夏季风影响的地区划分为五个子区域。利用ISCCP D1云气候资料和降水资料,在候时间尺度上通过分析降水与不同云类、标准降水指数与两类云指数的相关性研究了东亚夏季风活动与不同类型云的对应关系。研究表明:ISCCP定义的深对流云(DC)、卷层云(Cs)与降水量在五个区显著正相关,表明东亚夏季风活动伴随有大量的对流云及云砧出现;高积云(Ac)、积云(Cu)的总云量与降水量在五个区显著负相关,表明夏季风活动增强时,Ac和Cu云量减少;层云(St)和层积云(Sc)与降水量在南方和北方分别呈显著的负相关和正相关,说明季风活动在南方伴随着对流云的显著增加,在北方则使层状云和对流云均有所增加;高层云(As)、卷云(Ci)和雨层云(Ns)与季风活动没有显著的相关性。