Variation in Summer Rainfall in North China during the Period 1956--2007 and Links with Atmospheric Circulation

Using gauge precipitation data and NCEP-NCAR reanalysis data, the interdecadal changes in summer precipitation during the period 1956-2007 in North China and the link with atmospheric circulation change over Eurasia are studied. Results show that precipitation amounts decreased by 16.2 mm per decade, which was attributable to a significant reduction in precipitation frequency. Contrary wave trains were found in the subtropical westerly jet (wave guide) over Eurasia for the wet and dry years of North China. When the wave trains had a ridge (trough) around the Korean Peninsula, conditions favored (disfavored) the westward and northward extension of the West Pacific subtropical high. The westward and northward extension of the West Pacific subtropical high is, and was, beneficial to rainfall in North China. The downstream propagation of Rossby waves was found to favor the maintenance of these wave trains. Sensible heating in the south of Lake Baikal and latent heating from the Korean Peninsula to the south of Japan increased during the period 1980-2007, as compared to that during 1957-1979. the wet period. These changes had positive influences on the maintenance of Anticyclonic-Cyclonic anomaly centers in the wave trains. Furthermore, northerly winds were prevalent in the lower troposphere during the dry period (1980-2007). which prohibited the transportation of water vapor to North China from the seas and thereby led to a decrease in rainfall in North China. The weakening of the Indian Monsoon during the dry period might be one of reasons for the reduction in water vapor transportation.     

春季欧亚-北太平洋上空大气质量迁移规律及其对中国同期气候异常的可能影响

利用1979～2013年NCEP/NCAR月平均再分析资料及NOAA研究中心的CMAP（CPC Merged Analysis of Precipitation）月平均降水资料,通过定义欧亚—北太平洋间大气质量迁移指数I_MAMEP,分析了春季欧亚—北太平洋上空大气质量迁移（MAMEP,Migration of Atmospheric Mass over Regions between Eurasia and North Pacific）的年际变化规律及其与同期中国气候异常的联系。结果表明:在北半球中高纬度存在一个纬向分布的欧亚—北太平洋遥相关型,且其可能对中国同期气候异常的形成具有重要影响。春季MAMEP指数具有显著的长期趋势,同时还具有2～4年及5～7年的振荡周期及明显的年代际变化特征。垂直环流和波动运动对欧亚—北太平洋间大气质量迁移具有重要作用。大气质量在欧亚西部低层异常辐合,高层异常辐散,在中、西太平洋地区低层异常辐散,高层异常辐合,在纬向上构成了顺时针的垂直环流圈,将西北太平洋地区的大气质量变动与欧亚大陆上空的变动联系了起来。另外,来自西欧大陆的波扰能量可传播至北太平洋,有利于这些区域上空位势高度异常扰动的维持。I_MAMEP与春季同期降水及地表气温异常关系密切。I_MAMEP为正时,东亚以北地区、鄂霍次克海西岸以及西欧沿岸降水显著减少,欧亚西部及我国华北地区降水显著增加。850 hPa上西伯利亚受反气旋式环流控制,太平洋上空受气旋式环流控制,引起欧亚大陆北部地表显著增温,西伯利亚以东、我国东北、华北—江淮地区及韩国、日本南部地表显著降温。西欧—我国西北部分地区大面积显著降温现象与这两个地区受异常反气旋东侧的偏北气流影响有关。这些结果有利于人们更深刻认识区域春季气候异常形成机理。     

北美和欧亚大陆冬季快速增温与地表干湿变化

采用东英吉利大学气候研究中心（CRU）提供的月地表温度和降水资料,分析了全球年平均及冬季地表温度变化趋势,发现在北半球中高纬地区半干旱区冬季快速增温。在此基础上通过分析帕默尔干旱指数（PDSI）研究了北美和欧亚大陆冬季地表干湿变化的时空特征和差异,并讨论北美和欧亚大陆冬季快速增温对地表干湿变化的影响。结果表明,北美大陆南部微弱变湿,加拿大北极群岛变湿明显,而在北美大陆的中西部有明显的变干趋势;欧亚大陆大部分地区在冬季有一定的变干趋势,其中尤以西欧南部,中国华北、东北,蒙古中北、东北部及俄罗斯远东地区变干最为显著。但北美和欧亚大陆1950-2008年冬季降水并无显著变化趋势,地表干湿变化主要受气温的影响,尤其是在冬季增温最为快速的地区。     

华北汛期旱涝与中高纬大气环流异常

利用１９８０￣１９９４年ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ月平均高度场和我国测站降水量资料,通过奇异值分解方法探讨了华北汛期降水与５００,２００ｈＰａ欧亚吭纬大气环流这关系,得到与华北汛期旱涝有关的两类异常环流型。     

夏季欧亚中高纬持续流型特征Ⅱ:年代际变化和外源强迫

在“夏季欧亚中高纬持续流型特征Ⅰ：流型指数与持续流型”的基础上，分析了夏季欧亚中高纬流型指数的年代际变化特征．讨论了流型指数年代际变化与我国降水年代际变化之间的联系，并初步探讨了加热场和海温异常的影响。结果表明：(1)夏季欧亚中高纬流型指数有明显的年代际变化．且与我国江淮流域、华北的降水分别有相反的相关关系；(2)外源强迫对夏季中高纬度持续环流及其年代际变化的作用是不可忽视的。     

春末环贝加尔湖地区环流的年际和年代际变化及与中国温度和降水的关系

本文利用1951~2011年的再分析资料及观测资料,探讨了春末环贝加尔湖地区环流的年际和年代际变化特征及其与中国温度、降水的关系,主要结论如下:(1)春末贝加尔湖脊(简称贝脊)在1951~1979年间较弱,但在1980~1999年期间显著增强。进入21世纪后,春末贝脊呈显著减弱的趋势;(2)强(弱)贝脊使我国北方地区的温度显著升高(降低),使西南地区的温度降低(升高)。贝脊的强弱变化,对北方地区温度的影响在1951~1979年期间最为显著,对西南地区温度的影响在1980~2011年期间显著。在1951~1999年期间,贝脊的强弱变化与长江下游的降水量存在明显的反位相变化关系。进入21世纪后,贝脊的强弱变化与西南地区降水量之间存在较为显著的正相关关系(99%置信度);(3)强贝脊与由北大西洋/欧洲上空向东传播的定常行星波密切相关,而弱贝脊主要与欧亚大陆次极区纬向伸展的行星尺度脊相联系。在不同的年代际时段,与贝脊强弱变化相联系的北半球异常环流特征也存在一定的差异;(4)5月份的强贝脊环流以前期的北大西洋涛动、东大西洋型以及弱东亚大槽环流为前兆信号。同年3月乌拉尔山气旋式异常环流为5月份贝脊弱的前兆信号。     

夏季副热带行星波动振幅变化与我国极端降水的关系

围绕夏季副热带行星波动的振幅异常,分析其与我国极端降水的关系,并探讨可能的影响机制。结果表明,北半球夏季行星波振幅强、弱年的差异主要表现在北太平洋副高和北大西洋副高的增强,并伴随着欧亚大陆的低压加深,即表现为海陆热力差异的增加和东亚夏季风环流的加强。在振幅强年,极端降水强度在我国北部明显加强,极端降水雨带异常偏北,而我国长江中下游流域极端降水则减弱,弱年则相反。伴随着增强的季风环流,在振幅强年水汽输送到达我国北部明显增强。同时,在大气低层我国绝大部分地区对流不稳定加剧;而在对流层中高层,我国北方地区斜压不稳定加剧,这都有利于振幅强年我国偏北部地区的极端降水偏强      

中国气温与全球气温变化的关系

利用１９５１～１９８９年全球格点及中国１６０站逐月气温资料,分析了中国气温场与全球温度场变化的关系及其相应的环流异常,指出：年平均气温显著增暖的中国东北,新疆北部,属中心位于欧亚大陆中北部增暖区的一部分,而中国西南地区的变冷局地现象。年平均气温变化的时空特征主要由冬季气温贡献所致,与中国冬季气温的增暖相对应,欧亚大陆北美大陆地也增暖,北太平洋和北大西洋地区则变冷,这种变化可从欧亚大陆纬向型流加强和     

我国东部梅雨期降水的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系

基于我国160站59年(1951～2009年)的月降水观测资料、美国气象环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的再分析资料和Hadley中心的海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料,对我国东部(100°E以东,15°N～40°N)梅雨期(6月和7月)降水的时空变化特...     

冬季与北大西洋涛动相关Rossby波列传播特征及对下游气候的影响

利用再分析数据,以在北半球冬季与北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)相关的向下游传播的准定常波列在欧洲地区是否发生反射为标准,将1957/1958年至2001/2002年这45个冬季分为高纬型和低纬型两类冬季,分别简称为在H型和L型冬季。在H(L)型冬季,和NAO相联系的向下游传播的Rossby波列主要沿高纬度(低纬度)路径传播。对比了在两种类型冬季NAO与同期大气环流、近地面温度(Surface Air Temperature,SAT)、海表面温度(Sea Surface Tempertaure,SST)和降水的关系。结果表明:大气环流方面,在H型冬季,300 hPa位势高度异常在西-西伯利亚和中-西伯利亚西部与NAO呈现正相关,而在L型冬季300 hPa位势高度异常在亚洲东海岸(约40°N)和北太平洋呈现正相关,在H型冬季与NAO相关的经向风异常在中纬度形成波列,而在L型冬季与NAO相关的经向风异常在副热带形成波列;SAT方面,在H型冬季SAT异常在欧亚大陆腹地高纬度地区与NAO呈现正相关,而在L型冬季与NAO相关的SAT异常在欧亚大陆腹地的高纬度地区相对较弱,但NAO造成的SAT异常可以扩展到亚洲东北部;降水方面,H型冬季与L型冬季主要区别在中国南方,在H型冬季降水异常与NAO的关系相对较弱,而在L型冬季降水异常与NAO呈现正相关关系;SST方面,同期SST异常在北大西洋中纬度海域与NAO呈现正相关,而在L型冬季与NAO相关的SST异常在北大西洋中纬度地区相对较弱,在北大西洋北部和南部较强。总体而言,在H型和L型冬季,NAO具有不同下游影响。     

2006年夏季主要天气系统及环流特征分析

简要介绍了2006年夏季的主要天气过程和形势。2006年夏季我国华南地区出现严重洪涝,淮河流域、东北大部、河套西部降雨异常偏多,而长江流域降雨偏少。6月造成华南地区强降雨的影响天气系统为切变线和地面静止锋,7、8月则为台风。2006年的梅雨期在典型梅雨常见的中高纬度乌拉尔山和鄂霍次克海阻塞高压均未建立,中高纬度高压位于贝加尔湖以西,低纬度副高位置比气候平均稍偏北。华北地区的暴雨过程多为低槽冷锋造成。东北地区多低涡活动。2006年夏季登陆我国的台风偏早、偏多、偏强,特别是4号台风“碧利斯”和8号台风“桑美”给我国造成了巨大的经济损失。与2005年相比,2006年我国西南地区的高温日数异常偏多,四川、重庆出现了特大伏旱,华北地区的高温日数偏少,但也出现了持续闷热天气,江南部分地区的高温天数也偏多,东北基本未出现高温天气。     

Influence of the circumglobal wave-train on European summer precipitation

We investigate European summer (July–August) precipitation variability and its global teleconnections using the NCEP/NCAR reanalysis data (1950–2010) and a historical Coupled Model Intercomparison Project climate simulation (1901–2005) carried out using the ECHAM6/MPIOM climate model. A wavelike pattern is found in the upper tropospheric levels (200 hPa) similar to the summer circumglobal wave train (CGT) extending from the North Pacific to the Eurasian region. The positive phase of the CGT is associated with upper level anomalous low (high) pressure over western (eastern) Europe. It is further associated with a dipole-like precipitation pattern over Europe entailing significantly enhanced (reduced) precipitation over the western (eastern) region. The anomalous circulation features and associated summer precipitation pattern over Europe inverts for the negative CGT phase. Accordingly, the global teleconnection pattern of a precipitation index summarizing summer precipitation over Western Europe entails an upper level signature which consists of a CGT-like wave pattern extending from the North Pacific to Eurasia. The imprint of the CGT on European summer precipitation is distinct from that of the summer North Atlantic Oscillation, despite the two modes of variability bear strong similarities in their upper level atmospheric pattern over Western Europe. The analysis of simulated CGT features and of its climatic implications for the European region substantiates the existence of the CGT-European summer precipitation connection. The summer CGT in the mid-latitude therefore adds to the list of the modes of large-scale atmospheric variability significantly influencing European summer precipitation variability.     

基于自动识别的近三十年华北地区冬季冷锋活动异常及其可能成因

利用1989—2018年ERA5再分析资料,使用适用于欧亚大陆的冷锋两步客观识别算法,得到冬季冷锋活动数据集。在此基础上,分析了近30年来华北地区冬季冷锋的活动特征,并讨论了冷锋活动异常的可能成因。结果表明:（1）华北地区是东亚大陆上冬季冷锋频数最多、活动最强的区域,且华北地区冷锋活动强度有明显的年际变化;（2）华北地区冷锋活动强年,从北大西洋到欧亚大陆上空存在一个明显的欧亚遥相关（EU）波列正位相,华北地区上空500 hPa为负位势高度异常,表明东亚大槽增强,相应的西伯利亚高压偏强;（3）欧亚大陆北部边缘海区为异常暖平流时,华北地区冷空气活动增强,冷锋活动也增强;（4）大西洋北部的海面温度（SST）异常可能通过激发对流层中、上层的罗斯贝波,该罗斯贝波向东传播经欧洲—西西伯利亚传至中国华北地区,从而影响华北地区的冷锋活动强度。      

中国西南地区春季降水的时空变化及其异常的环流特征

利用中国气象局国家气象信息中心整编的中国西南地区97站逐日观测资料及美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料,对中国西南地区1961—2013年春季降水的时空分布特征进行了分析,并研究了造成西南地区春季降水异常的环流成因。结果表明,中国西南地区春季降水的主模态呈现为全区一致型,该模态具有明显的2.5—3.5a及准5a的活动周期。对流层中低层副热带地区的异常气旋式环流波列形成的异常气流将洋面上空的水汽向中国西南内陆地区输送,暖湿气流与异常活跃的北方冷空气活动相配合,加上西南地区大气低层辐合、高层辐散而产生抽吸作用,使得当地对流层中低层出现较强的沿地形抬升的上升气流,从而有利于西南地区降水的形成,反之亦然。造成环流异常的原因除了与西南地区、热带地区的异常辐合/辐散运动造成的位涡扰动能量有关,亦与中高纬度波扰动能量下欧亚大陆下游地区的频散及辐合有关。此外,冬季1月的青藏高原地面加热场特征可作为预测后期西南地区春季降水异常变化的一个前期信号。     

中国西北干旱、 半干旱区感热的年代际变化特征及其与中国夏季降水的关系

利用1951～2000年我国西北干旱、 半干旱区地温、 气温和表面风场逐日4个时次 (02、 08、 14和20时) 的台站观测资料, 计算并分析了我国西北干旱、 半干旱区春、 夏季感热的年代际变化特征。分析结果表明: 中国西北干旱、 半干旱区春、 夏季感热输送出现相反的年代际变化特征, 春季感热从20世纪70年代中期开始增强, 而夏季感热却减弱了。并且还分析了中国西北干旱、 半干旱区4月感热与中国夏季降水的相关关系, 其结果表明了中国西北干旱、 半干旱区的春季感热输送与中国夏季降水有很好的相关关系, 其中正相关区分别位于东北地区和长江中下游地区, 而负相关区分别位于华北地区和西南地区。作者还利用欧洲中心 (ECMWF) 1958～2000年再分析资料分析水平和垂直环流的年代际变化特征, 在1977～2000年期间, 中国西北地区春季感热增强, 使此地区上升气流增强, 华北地区上空下沉气流增强, 不利于华北地区夏季降水偏多, 并出现持续性干旱, 而长江流域的上升气流增强有利于长江中下游地区夏季降水增多, 出现洪涝。因此, 西北地区春季感热异常可以作为我国夏季降水的一个预报因子。     

全球不同空间尺度陆地年降水的年代尺度变化特征

基于1951~2010年GPCC（Global Precipitation Climatology Centre）的逐月降水数据,利用集合经验模分解法（Ensemble Empirical Mode Decomposition,简称EEMD法）对全球、东西半球、五个大陆和四个典型干旱半干旱区等不同空间尺度年降水量的年代尺度特征进行了研究,区分了不同空间尺度上降水的年代际变化及其长期趋势。结果发现:（1）全球陆地平均降水既存在年代际的周期振荡,又存在长期变化的趋势,降水的年代际周期振荡的强度远大于降水的长期趋势,两者的共同作用使得全球陆地平均降水呈现以年代际周期振荡为主的特征。（2）在半球尺度,2000年以前,东、西半球具有明显相反的年代尺度变化特征,东半球变干（降水减少）,西半球变湿（降水增加）。（3）1951~2010年,欧亚大陆和非洲大陆与北美、南美和澳洲大陆的年代际振荡和趋势存在着一个近似反位相的关系;干旱化与干旱时段是完全不同的两个过程,两者所处的时段也不同;近10年（2001~2010年）全球五个大陆可能将进入一个相对湿润的时段。（4）四个典型干旱半干旱区降水的年代尺度变化具有明显的区域差异。总体来说,华北和北非与北美和中亚降水在长期趋势及年代际振荡上具有反位相的特征。华北和北非的年代际振荡具有近似的位相。在最近几十年,北美和中亚同处于湿润时段,但前者开始于1975年,后者开始于1985年。此外,中亚的第一个湿润时段（1959~1968年）却对应北美的干旱时段。     

中国东部夏季持续强降水发生的主要环流模态和水汽输送研究

利用1957~2011年我国502个测站逐日降水资料,定义区域平均降水量连续5 d超过1个标准差为1次区域性持续强降水,分析了我国东部(105°E以东)长江流域、华北和东北地区夏季(6~8月)的强降水,共得到74个个例,并探讨了造成长江流域和华北地区持续性强降水的主要环流与水汽输送模态。结果表明,中高纬出现阻塞形势是造成我国东部夏季区域性持续强降水的主要环流型,占比86%。其中影响长江流域强降水的主要阻塞形势为中阻型(贝加尔湖为高压脊)和双阻型(乌拉尔山和鄂霍次克海同时出现高压脊);影响华北地区强降水的主要阻塞形势为中阻型。同时,必须建立一条自热带海洋至降雨区的水汽通道,长江流域强降水的水汽通道为印度洋—孟加拉湾—南海;对于华北地区,除此水汽通道外,西北太平洋水汽输送也是一个重要水汽来源。长江流域强降水的异常水汽输送在菲律宾北部出现反气旋中心,导致从南海有异常水汽输送并在长江流域辐合,这一反气旋中心对应500 h Pa上西太平洋副热带高压的加强;华北地区强降水的异常水汽输送在渤海—朝鲜半岛出现反气旋中心,异常水汽来自南海和西北太平洋。渤海—朝鲜半岛在500 h Pa出现正高度异常对维持华北地区持续降水有重要作用。深厚的上升运动或低层辐合高层辐散是华北与长江流域持续强降水发生的共同特点。中阻型和双阻型的长江流域强降水在水汽输送上没有明显差异,而是动力上升条件的分布差异决定了雨带主要位置的不同。     

冬季高原积雪和欧亚积雪对我国夏季旱涝不同影响关系的环流特征分析

冬季高原积雪和欧亚积雪异常对我国夏季旱涝有一定的影响作用,但是它们与我国夏季降水的相关分布基本上是相反的.通过冬季积雪与北半球500hPa高度场的相关分析,从春季和夏季平均环流场对前期冬季高原积雪和欧亚积雪异常的不同响应,来探讨冬季高原积雪和欧亚积雪与我国夏季降水不同相关关系的原因,也为积雪因子在我国汛期旱涝预测中的应用提供一定的物理基础.     

北大西洋-东亚和北亚型遥相关的机制及其对新疆夏季旱涝的影响

北大西洋-东亚和北亚（简称NAENA）型遥相关是夏季欧亚大陆对流层上层经向风异常的第二主导模态,对欧亚大陆多尺度气候变率有显著影响。本文在分析NAENA型维持的动力学机制的基础上,研究了该遥相关型对新疆夏季旱涝异常的影响及其可能机制。大气波列的涡度收支分析表明,气候态的旋转纬向风引起的扰动涡度平流可以被扰动旋转经向风引起的平均涡度平流所补偿。能量转换过程分析表明,该大气波列有效地从平均流中提取有效位能,通过斜压能量转换过程得以维持。大西洋海温异常三极子模态则是NAENA型维持的重要外强迫因子。回归分析表明NAENA型遥相关能通过促进南疆夏季降水,显著影响新疆的旱涝异常。NAENA型位于中亚的气旋性低压一方面增强了南疆地区的垂直上升运动,同时气旋性环流将更多的水汽输送到该地区,有利于水汽在对流层中低层的异常辐合,进而对南疆的降水有促进作用。     

Possible impacts of Barents Sea ice on the Eurasian atmospheric circulation and the rainfall of East China in the beginning of summer

Possible influences of the Barents Sea ice anomalies on the Eurasian atmospheric circulation and the East China precipitation distribution in the late spring and early summer (May-June) are investigated by analyzing the observational data and the output of an atmospheric general circulation model (AGCM).The study indicates that the sea ice condition of the Barents Sea from May to July may be interrelated with the atmospheric circulation of June. When there is more than average sea ice in the Barents Sea, the local geopotential height of the 500-hPa level will decrease, and the same height in the Lake Baikal and Okhotsk regions will increase and decrease respectively to form a wave-chain structure over North Eurasia.This kind of anomalous height pattern is beneficial to more precipitation in the south part of East China and less in the north.