华北汛期大尺度降水条件的年代际变化

利用中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,使用合成分析等方法,分析了华北汛期大尺度降水条件的年代际变化。结果表明：以1978年为界,华北汛期异常水汽先由南边界和西边界供应,后改变为由北边界和东边界供应;水汽收支由异常辐合和盈余,改变为辐散和亏损;先前能够到达华北北部甚至接近华北最北边界的暖湿气团,改变为后来只能抵达黄河南岸;并且沿着太行山走向的冷暖空气的相互作用也由强变弱;华北上空由异常上升运动,改变为异常下沉运动;区域平均的对流层涡度的垂直分布,由先前的两层结构（低层正涡度、高层负涡度）改变为后来的三层结构（对流层中低层负涡度、中高层正涡度和高层负涡度）,整层涡度效应值也由大变小。尽管华北区域平均的散度和垂直速度,在垂直方向上的结构没有发生明显的年代际变化,但是整层散度效应值和垂直速度值均由大变小。     

影响华北汛期降水的水汽输送过程

利用1951～2005年NCEP再分析资料和中国160站月降水资料,分析了华北汛期水汽输送的时空特征及其与降水的关系,发现不同水汽通道对华北降水的影响区域不同。华北的水汽输送也具有明显的年际变化,华北多雨年和少雨年的水汽通量分布有明显差异。EOF分析表明,在华北汛期多雨年,上述水汽通道有向华北地区的正异常水汽输送。华北汛期水汽主要来自亚洲季风水汽输送,其次是西风带的水汽输送,它们与降水具有相似的年代际变化。1970年代中期以后,季风的水汽输送显著减弱,西风带水汽输送的重要性相对增大,华北降水在1980年代初的突变与季风水汽输送1970年代中期的突变密切相关。     

青藏高原邻近地区大气热源对华北汛期降水年代际变化的影响

利用1957—2006年中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,采用相关分析和合成分析等方法,分析了青藏高原及其邻近地区大气热源影响华北汛期降水的年代际变化的原因。结果表明：华北汛期降水量与青藏高原及其邻近地区的大气热源显著正相关,与江淮流域的视水汽汇显著反相关。以1978年为界,高原上空大气热源由之前的异常偏强改为之后的异常偏弱,直接导致了高原东部邻近地区包括华北在内的纬向垂直环流的年代际变化,即由之前的异常上升改变为之后的异常下沉,华北汛期降水也因此发生了由偏多变为偏少的年代际变化。华北上空视水汽汇的年代际减少,也是华北汛期降水年代际减少的重要的热力因素之一。     

中国东部夏季水汽输送的年代际变化特征

基于1948—2012年NCEP/NCAR月平均再分析资料,采用9 a滑动平均、EOF分析及合成分析方法,研究了我国东部夏季水汽输送的年代际变化特征。结果表明:6—8月水汽输送由强转弱发生在1975年前后,水汽输送异常显著区域主要位于东部地区;6月南海到我国东部地区的水汽输送存在年代际变化,7月孟加拉湾、南海和西太平洋(8月印度洋、南海和西太平洋)到我国东部的水汽输送同样存在年代际变化;6—8月年代际变化前后水汽输送矢量分布与相应月份水汽输送通量年代际特征向量场的空间分布基本一致;显著的水汽通量散度辐合区位于华中以西经华北到东北地区,长江以北水汽辐合(辐散)异常显著区域由风场的辐合(辐散)异常和水汽平流异常共同造成,长江以南地区水汽辐合(辐散)异常显著区域主要由风场的辐合(辐散)异常造成。     

华北雨季降水年代际变化与水汽输送的联系

本文基于1961～2018年华北地区均一化逐日降水资料和ECMWF（欧洲中期天气预报中心）ERA5全球再分析环流资料,采用一种综合考虑降水量和西太平洋副热带高压脊线影响的雨季监测标准,计算了华北雨季起讫日期和降水量,在此基础上讨论了华北雨季季节内进程的水汽输送特征。重点分析了降水量与水汽收支的年代际变化关系,揭示了水汽输送的时空变化规律及其对华北雨季降水的影响。研究结果表明:（1）华北雨季每年的起讫日期不同,从而每年雨季发生时段和季节内进程不同。（2）降水的形成与水汽输送及其辐合密切相关,有四个水汽通道维持华北雨季降水,即印度季风水汽、东亚季风水汽、110°E～120°E之间越赤道气流向北的水汽输送和40°N附近中纬度西风带水汽。（3）华北雨季降水和净水汽收支具有相似的年代际变化特征,分别在1977、1987、1999年发生突变,总体呈现“减—增—减”的阶段性变化趋势,两者位相转变相关性很强。（4）水汽输送的强弱和到达华北时间的早晚均对雨季降水多寡有重要影响。华北多雨年代与少雨年代水汽通量有明显的差异,主要表现在:在多雨年代,西北太平洋为反气旋式环流异常,偏南水汽强盛,并且与中高纬西风带异常偏西水汽汇聚于华北,华北地区水汽辐合偏强;考虑季节内进程,水汽到达华北的时间早、强度大,停留时间长、辐合强,减弱的时间晚;而在少雨年代,我国东北地区、朝鲜半岛及日本海附近为气旋式环流异常,华北地区由南向北的水汽输送偏弱,水汽辐散明显加强;季节内进程表现出与多雨年代相反的特征。（5）考虑华北地区四个边界的水汽收支,南边界和西边界有最大、次大水汽输入,二者的年代际变化是影响雨季降水年代际变化的重要因素。在多雨年代,南边界和西边界水汽净输入很强,但北边界的输出也很强;在少雨年代,南边界和西边界水汽净输入很弱,但北边界转为输入,这是区别于多雨年代的重要特征。     

塔里木河流域夏季降水年际和年代变化的环流异常

基于1961-2020年夏季（6-8月）NCAR/NCEP再分析资料和塔里木河流域（简称“塔河”）38个气象站降水资料,使用5年滑动平均分离出塔河夏季降水年代际和年际变化,选出了典型的年际变化的干年和湿年与年代际变化的干期（1963-1986年）和湿期（1989-2018年）,分析了与这两种时间尺度变化相关联的大气环流异常。结果表明,两者的变化不同,影响两者变化的大气环流不同。影响年代际变化的大气环流异常主要表现在欧亚大陆对流层从西北至东南交替出现正负位势高度异常中心,在湿期塔河东部和西部分别出现明显的东风和西南风异常,水汽主要由西北太平洋和印度洋输送至塔河,在干期则与之相反;影响年际变化的大气环流异常主要表现为在塔河东部和西部对流层分别为反气旋异常和气旋异常,在多雨年从南北方向向塔河输送的水汽增多,北风水汽通量异常向流域输送较多,南风水汽通量异常向流域输送较小且主要集中在流域西部,水汽主要由北冰洋洋和印度洋输送至塔河。在干年则与之相反。     

佛山市短时强降水的气候特征及其影响因子分析

利用1996—2017年佛山3个遥测站统计数据与NCEP/NCAR再分析资料,分析20 mm/h以上的短时强降水的气候特征及影响因子。结果表明:短时强降水天气集中在4—9月,前汛期短时强降水次数与后汛期年际变化无一致性,前汛期变化比较平稳,而后汛期则有增多趋势;后汛期短时强降水次数年代际增多趋势较为显著。前汛期短时强降水次数高值年,位势高度异常主要集中在亚欧大陆的东海岸上,较低纬度的正异常正好对副高有增强作用,对应的水汽通量季风异常主要是从南往北输送与水汽积分在华南地区出现的正异常;后汛期高值年异常主要出现在青藏高原上的正异常,对应从中南半岛水汽输送西南向东北异常,后汛期同样在华南偏西南地区出现水汽积分的正异常。     

青藏高原西侧地区冬季降水的年际变率及其影响因子

基于全球降水气候中心（GPCC）和全球降水气候计划（GPCP）的降水数据及ERA-interim再分析资料,分析了1979~2012年冬季青藏高原（简称高原）西侧地区降水的基本特征及影响其年际变率的潜在因子。结果表明高原冬季降水主要发生在其西侧地区且为全区变化一致型,降水所需的水汽主要来自上游地区,从该区域的西边界输入。然而,高原西侧地区冬季降水的年际变率主要由水汽输送的动力过程所决定,表现为高原西侧的西南风异常。此外,高原西侧冬季降水的年际变率与其上游典型的大气内部变率北大西洋涛动和北极涛动相关性不强,而与赤道西印度洋和热带中东太平洋的海温显著相关。热带中东太平洋海温异常通过影响大气环流变化,在印度洋北部激发一个反气旋式的环流异常,使得高原西侧地区出现异常西南风,从而加强了水汽通量输送的动力作用。同时在赤道异常东风的作用下,暖水也向印度洋西部输送堆积。赤道中东太平洋海温的异常可进一步导致西风急流发生南北移动,从而也在一定程度上影响了高原西侧冬季水汽输送以及降水的年际变率。     

1990年代末东亚北部地区夏季水汽输送年代际变化特征及其影响机制

利用1983～2011年降水量、环流和海温的再分析资料,探讨了东亚北部地区夏季水汽输送的年代际变化特征,并分析了前冬北大西洋海温对东亚北部地区夏季水汽输送与大气环流的可能影响。研究结果表明,20世纪90年代末期东亚北部地区夏季整层水汽与降水年代际的变化特征相一致,整层水汽通量的年代际变化主要是由于纬向水汽输送异常作用的结果。东亚北部地区（35°～55°N,90°～145°E）西边界的水汽输送通量由多变少,东边界的水汽输送通量由少变多特征则直接导致了该地区降水由偏多转为偏少的年代际变化。就外强迫海温角度来说,前冬北大西洋海温跟东亚北部地区夏季500 hPa高度场、850 hPa风场和850 hPa比湿均显著相关。同时,在20世纪90年代中后期前冬北大西洋海温也表现出由偏低向偏高转变的年代际变化特征,且由于海温自身的记忆性前冬的海温异常一直延续到夏季。并在夏季激发出横跨北大西洋和欧亚大陆中高纬度地区的大西洋-欧亚（AEA）遥相关结构,并进一步影响东亚北部地区夏季水汽输送。     

近50年来中国夏季降水及水汽输送特征研究

利用1951-2006年中国448站夏季降水资料、NCEP/NCAR VersionⅠ的再分析资料,研究了近50年来中国夏季降水年代际变化特征及其分区,并从季风性水汽输送的变化角度出发,讨论了影响中国一些主要地区降水变化的可能机制.研究发现:(1)从总体上来说,自1951年至今,中国夏季降水存在3个突变时段,即1956-1960年,1980年前后以及1993年以后.且90°E以东突变后的主要变化特征都是多雨区由北向南传播,而90°E以西则是多雨区由南向北传播;2)近56年来就110°E以东的中国东部夏季降水而言,1980年以后多雨区由华北南移到长江中下游,又于1993年以后由长江中下游继续南移至华南;3)中国东部各地区降水和850 hpa风场、整层水汽输送场的相关分布一致表明,中国110°E以东各降水区以南为来自偏东偏南的季风性异常水汽输送,而以北为来自偏北风和相应的异常水汽输送,两者在降水区汇合造成风和水汽输送异常辐合.因而,西太平洋副热带高压南侧的东南季风及其异常水汽输送、北方冷槽的偏北风及其异常水汽输送是中国东部夏季降水异常的主要成员,这和一般认为的这些地区降水异常来自孟加拉湾的季风性异常水汽输送的观点不同,需要作进一步研究.总之,对于中国东部旱涝的形成,应该重点注意来自西北太平洋副热带高压西侧的直接或间接经南海到达的异常四南季风性水汽输送.     

Climatological characteristics of the moisture budget and their anomalies over the joining area of Asia and the Indian-Pacific Ocean

The climatological characteristics of the moisture budget over the joining area of Asia and the Indian-Pacific Ocean (AIPO) and its adjacent regions as well as their anomalies have been estimated in this study. The main results are as follows. In the winter, the northeasterly moisture transport covers the extensive areas at the lower latitudes of the AIPO. The westerly and northerly moisture transport is the major source and the South Indian Ocean (SIO) is the moisture sink. In the summer, influenced by the southwesterly monsoonal wind, the cross-equatorial southwesterly moisture transport across Somali originating from the SIO is transported through the Arabian Sea (AS), the Bay of Bengal (BOB), and the South China Sea (SCS) to eastern China. The AIPO is controlled by the southwesterly moisture transport. The net moisture influx over the AIPO has obvious interannual and interdecadal variations. From the mid- or late 1970s, the influxes over the SIO, the AS, the northern part of the western North Pacific (NWNP), and North China (NC) as well as South China (SC) begin to decrease abruptly, while those over Northeast China (NEC) and the Yangtze River-Huaihe River basins (YHRB) have increased remarkably. As a whole, the net moisture influxes over the BOB and the southern part of the western North Pacific (SWNP) in the recent 50 years take on a linear increasing trend. However, the transition timing for these two regions is different with the former being at the mid- or late 1980s and the latter occurring earlier, approximately at the early stage of the 1970s. The anomalous moisture source associated with the precipitation anomalies is different from the normal conditions of the summer precipitation. For the drought or flood years or the years of El Ni\~no and its following years, the anomalous moisture transport originating from the western North Pacific (WNP) is the vital source of the anomalous precipitation over eastern China, which is greatly related with the variation of the subtropical Pacific high.     

华南旱、涝年前汛期水汽输送特征的对比分析

利用卫星遥感反演的降水资料及中国740个测站逐日降水资料,根据定义的旱涝指数,划分了1957—2002年期间的华南旱涝年份。利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,分别讨论华南前汛期4~6月、4月及6月的水汽输送的气候特征。在此基础上,进一步研究了4~6月、4月及6月水汽输送及其源地在华南前汛期涝年和旱年的不同特征。结果表明:影响华南的水汽输送环流在南海夏季风建立前后具有明显不同的气候特征,华南前汛期(4~6月)降水应分为南海夏季风爆发前4月份至夏季风爆发与南海夏季风爆发至6月两个时段。来源于西太平洋的水汽输送变化和来自中国北方的水汽输送变化对华南降水异常有重要作用,而阿拉伯海—孟加拉湾地区的水汽输送变化对华南的降水异常影响不大。     

夏季区域西风指数对中国西北地区水汽场特征影响的对比分析

利用1970—1997年NCEP／NCAR冉分析月平均资料,设计了区域西风指数。通过分析西北地区夏季的水汽输送通量散度,发现该地区水汽平流引起的水汽输送通量散度项年际变化极小,而风场辐合(辐散)引起的水汽输送通量散度项年际变化却很大,在西北地区区域西风指数较强年份风场辐合比区域西风指数较弱年份强。由此可知．两风年际变化对西北地区的风场辐合(辐散)的影响是我国西北地区水汽场年际变化的主要原因。中国西北地区;区域西风指数;水汽输送通量散度;降水     

中国东部季风区夏季四类雨型的水汽输送特征及差异

利用1951~2015年NCEP/NCAR再分析逐日资料和中国160站月降水观测资料,及中国东部季风区夏季四类雨型（北方型、中间型、长江型和华南型）的划分结果,分析了东亚水汽输送与中国东部季风区夏季降水的关系,比较了四类雨型的水汽输送、收支特征及其差异,结果表明:（1）夏季影响中国东部季风区的水汽通道主要有以下6条:印度洋通道,表征印度季风区偏南的西风水汽输送;高原南侧通道,表征印度季风区偏北的西风水汽输送;太平洋通道,表征由西太平洋副热带高压（副高）带来的西太平洋的水汽;西风带通道,表征西风带的水汽输送;孟加拉湾通道,表征来自孟加拉湾向北的水汽输送;南海通道,表征来自印度洋和孟加拉湾在中南半岛转向及来自南海的水汽;与中国东部不同地区降水异常相联系的水汽通道存在明显的差异,且同一条水汽通道在夏季不同阶段与降水的关系也不尽相同。（2）四类雨型的水汽输送和收支特征有明显的差异,华北盛夏降水主要受亚洲季风水汽输送的影响,其次是西风带水汽输送,北方型年二者往往偏强,尤其是季风水汽输送增加一倍以上,贡献也明显增加,20世纪70年代中期之后,季风水汽输送显著减弱,西风带水汽输送的重要性相对增大;淮河流域夏季降水异常主要受太平洋通道水汽输送异常的主导,其次是高原南侧通道水汽输送,二者偏强并在淮河流域辐合时,淮河流域降水偏多形成中间型年;长江中下游地区夏季降水主要受太平洋通道水汽输送异常的主导,长江型年,副高西北侧的西南水汽输送异常加强,并与北方冷空气异常在长江中下游地区辐合,区域为正的水汽净收支;华南地区夏季降水则受印度洋通道、太平洋通道及南海通道的共同影响,当三条通道异常偏强,水汽与北方冷空气在华南地区辐合,形成华南型年。本研究所得结论加深了我们对四类雨型形成机理的认识,并为汛期主雨带的预测提供了参考。     

The Relationship between Melt Season Sea Ice over the Bering Sea and Summer Precipitation over Mid-Latitude East Asia

Independent datasets consistently indicate a significant correlation between the sea ice variability in the Bering Sea during melt season and the summer rainfall variability in the Lake Baikal area and Northeastern China. In this study, four sea ice datasets(Had ISST1, Had ISST2.2, ERA-Interim and NOAA/NSIDC) and two global precipitation datasets(CRU V4.01 and GPCP V2.3) are used to investigate co-variations between melt season(March-April-May-June, MAMJ)Bering Sea ice cover(BSIC) and summer(June-July-August, JJA) East Asian precipitation. All datasets demonstrate a significant correlation between the MAMJ BSIC and the JJA rainfall in Lake Baikal-Northeastern China(Baikal-NEC).Based on the reanalysis datasets and the numerical sensitivity experiments performed in this study using Community Atmospheric Model version 5(CAM5), a mechanism to understand how the MAMJ BSIC influences the JJA Baikal-NEC rainfall is suggested. More MAMJ BSIC triggers a wave train and causes a positive sea level pressure(SLP) anomaly over the North Atlantic during MAMJ. The high SLP anomaly, associated with an anti-cyclonic wind stress circulation anomaly,favors the appearance of sea surface temperature(SST) anomalies in a zonal dipole-pattern in the North Atlantic during summer. The dipole SST anomaly drives a zonally orientated wave train, which causes a high anomaly geopotential height at 500 h Pa over the Sea of Japan. As a result, the mean East Asian trough moves westward and a low geopotential height anomaly occurs over Baikal-NEC. This prevailing regional low pressure anomaly together with enhanced moisture transport from the western North Pacific and convergence over Baikal-NEC, positively influences the increased rainfall in summer.     

Analysis of Paths and Sources of Moisture for the South China Rainfall during the Presummer Rainy Season of 1979–2014

The paths and sources of moisture supplied to South China during two periods of the presummer rainy season (April–June) of 1979–2014, i.e., before and after the onset of the summer monsoon over the South China Sea (SCS), are investigated by using the Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model. During the premonsoon-onset period, the moisture transport trajectories are clustered into 6 groups, with four ocean-originating paths providing 83.9% and two continent-originating paths (originating over Lake Baikal and the Persian Gulf) contributing the remaining 16.1% of the total moisture. The two Pacific-originating paths, from the western Pacific Ocean and the East China Sea, combined account for about 46%, the SCS-originating path contributes about 24.3%, while the Bay of Bengal-originating path accounts for 13.6% of the total moisture over South China. The trajectories during the postmonsoon-onset period are clustered into 4 groups, with three southwesterly paths (from the Arabian Sea, the central Indian Ocean, and the western Indian Ocean, respectively) accounting for more than 76% and the sole Pacific-originating path accounting for 23.8% of the total moisture. The formation of the moisture transport trajectories is substantially affected by the topography, especially the Tibetan Plateau and the Indian and Indo–China Peninsulas. The SCS region contributes the most moisture during both periods (35.3% and 31.1%). The Pacific Ocean is ranked second during the former period (about 21.0%) but its contribution is reduced to 5.0% during the latter period, while the contribution from the Bay of Bengal and the Indian Ocean combined increases from 17.1% to 43.2%.     

索马里越赤道气流对西南雨季开始早晚的影响

基于中国气象局西南雨季监测标准和高空间分辨率的台站日降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,分析了西南雨季开始日期的气候特征及和索马里、孟加拉湾越赤道气流的关系,发现西南雨季的气候平均开始时间约为5月第4候,且在2000年前后有从偏晚向偏早转变的趋势。统计诊断分析表明,在东半球低层的几支越赤道气流中,只有索马里和孟加拉湾越赤道气流的强弱会影响到雨季开始早晚和雨量大小,且都对应于急流强雨季早、急流弱雨季晚的特征,但在月尺度上前者的作用更强。急流通道中心经向风和赤道印度洋纬向风对雨季的超前相关及逐日变率合成分析表明,索马里地区经向风速在雨季爆发前十日开始为正的日较差,即十日前经向风持续增强,并在约七日至五日前作用最为显著,从而对西南雨季起到触发作用。在这一触发过程中,索马里急流的超前影响要早于孟加拉湾越赤道气流。受上游越赤道气流影响,赤道印度洋西风和孟加拉湾西南气流也会增强,为西南地区提供充沛的水汽。     

华南前汛期的锋面降水和夏季风降水 I.划分日期的确定

前汛期暴雨常常引发华南地区的洪涝,但是前汛期降水的预报能力却相当低。降水的预报在很大程度上依赖于对降水性质的理解,而华南前汛期降水通常被认为只是锋面性质的降水。事实上,南海夏季风在6月(甚至5月)就可以影响到华南地区并产生季风对流降水。因此,华南前汛期包含了两种不同性质的降水,即锋面降水和夏季风降水,如何区分它们是非常重要的。为了区分它们,利用NCEP/NCAR再分析资料、CMAP资料和中国730站降水资料,分析气候平均(1971~2000年)状态下锋面降水和季风降水期间大气性质和特征的差异,得到华南前汛期夏季风降水开始的基本判据:100 hPa纬向风由西风转为东风并维持5天以上。利用该判据得出气候平均条件下的华南夏季风降水开始于5月24日,并得到1951~2004年逐年华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期。合成分析的结果表明,得到的划分日期是基本合理的,因为它将锋面降水和季风降水期间大气特点的显著差别区分开来。