我国东北夏季降水异常的时空结构分析

使用1961～2000年我国东北地区35个台站夏季降水量资料，利用自然正交展开(EOF)和求趋势系数的方法分析了东北地区夏季降水异常的时空结构。结果表明，近40a东北地区夏季降水异常存在3个有明确物理意义的分布模态，分别表现为全区多雨(少雨)型、东部多雨(少雨)西部少雨(多雨)型和北部多雨(少雨)南部少雨(多雨)型；第1模态不仅具有年际变化，还具有明显的年代际变化；3个模态的趋势系数表明，全区多雨型、东部多雨西部少雨型、北部多雨南部少雨型均有增多的趋势。     

东北夏季降水年代际、年际变化的区域差别

采用REOF方法对我国东北夏季降水异常进行了区划,并通过周期分析等方法分析了各分区降水年代际、年际变化特征。结果表明:东北夏季降水异常可划分为南部、中部、东部、西南部、西北部和北部6个区域,东南部(包括前3个区域)的年代际变化高于西北部(后3个区域)。50 a来东北全区夏季降水没有明显变干或变湿的倾向,但存在明显的年代际变化。其中,南部与全区旱涝在两种时间尺度上(特别在年代际尺度上)的相关均较高;东部与全区的相关也主要表现在年代际尺度上,而中部、西南部主要表现在年际尺度上。     

中国东北地区夏季降水异常的气候分析

利用中国东北三省 69个测站 ,1 961～ 1 995年 6～ 8月降水量资料 ,采用 EOF、REOF、小波分析及突变分析等方法 ,对夏季降水量的空间异常特征和时间变化规律进行了诊断研究。结果表明 :东北地区夏季降水异常的空间分布既有整体一致的性质 ,也存在着南部和北部及东部和西部相反变化的差异 ,并且可以把整个东北地区划分为 7个主要的降水异常型 :辽东半岛型、西部平原型、中南部型、东部山区型、三江平原型、辽西型和东北北部型。近 90 a来 ,东北地区夏季降水主要呈多雨、少雨或是波动等阶段性变化 ,没有明显的变干或是变湿倾向。各异常型代表站资料反映出近 35～ 45a中 ,东北地区 1 960年代中期至 1 980年代初降水的减少比较明显 ,具有突变性质 ,1 980年代总体上讲降水有一定程度的增加 ,1 990年代处于旱涝交替出现的波动状态。东北地区夏季降水主要有 34,2 2 ,1 1 a以及 2～ 4a左右的周期变化 ,但各异常区所盛行的主要周期以及同一异常区在不同年代所盛行的主要周期均有所差异。     

东北夏季(6-8月)气温异常的时空特征分析

利用夏季（6—8月）中国东北地区91站44a气温资料，采用谐波分析方法将该区夏季气温异常变化的年代际、年际尺度分量分离，研究时空特征，然后应用REOF进行气温异常的区划，研究局域异常变化的年代际、年际分量的变化特征。结果发现：1）东北各站夏季异常方差中，东北大部分地区的气温异常的年代际变化分量均明显大于年际变化分量。2）区域气温异常的年代际变化主要特征为线性上升趋势。大范围夏季异常高温（低温）常出现在年代际、年际异常同时为正（负）的年份。3）气温异常可划分为南部型、北部型、东部型、西部型4个型，其中南部型和西部型的年代际变化相对重要，而东部型和北部型的年际变化相对重要。     

太平洋年代际涛动对中国东部季风区夏季降水的影响

利用1951-2013年全国160个基准气象观测台站夏季(6-8月)月降水资料和太平洋年代际涛动(PDO)指数等资料,分析中国东部季风区夏季降水的时空分布及其与太平洋年代际涛动(PDO)的关系。结果表明,中国东部季风区夏季降水的空间分布模态是南、北部与中部的降水呈明显的相反趋势,且太平洋年代际涛动(PDO)与中国东部季风区夏季降水的时空分布关系密切。太平洋年代际涛动(PDO)处于暖位相时,东部季风区北部(华北、西北地区)、南部(华南、东南地区)降水量异常偏少,而中部(华东、长江中下游地区)降水量异常偏多;太平洋年代际涛动(PDO)处于冷位相时,则与上述情况相反。     

东北夏季降水的年代际特征及环流变化

利用1961-2012年中国东北地区91个气象站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和海温资料,以及经验正交函数分解EOF、显著性检验等方法,分析了东北地区夏季降水的时空分布特征、年代际变化特征及相应的环流分布型变化,探讨了不同年代际背景下东北夏季降水年际变化的环流差异。结果表明,东北夏季降水存在明显的年代际变化特征,在1961 1983年(P1)期间降水偏少,19841998年(P2)期间降水偏多,1999年之后(P3)又进入偏少时段。P2与P1时段相比,东北气旋式环流和蒙古反气旋式环流异常增强,而西北太平洋副热带地区为气旋式环流异常,来自西北太平洋偏东水汽输送贡献明显。P3与P2时段相比,东北冷涡活动偏弱,东北地区东部在850 h Pa为偏北风异常,偏南水汽输送有所减弱。进一步分析证实,北太平洋年代际振荡(PDO)对于东北地区夏季降水及相关环流型的年代际变化有重要的调制作用。P1与P3同为降水偏少时段,PDO都处于负位相,东北地区反气旋式环流都偏强;然而P1时段的多雨年,水汽输送主要来自较强的夏季风偏南气流;P3时段的多雨年,水汽输送可能主要来自西北太平洋地区。     

东中国海夏季潜热通量的时空特征及其与中国东部降水的联系

利用1985—2006年OAflux、NCEP/NCAR再分析资料和中国大陆东部的120个测站降水资料,应用EOF分解和线性回归等方法分析了东中国海夏季海气热通量时空特征及其与中国东部夏季降水的关系。结果表明,东中国海夏季潜热通量EOF1模态空间场的强信号区为黄海、东海至台湾海峡和南海北部局部海域,时间系数(PC1)表现出显著的年际变化和1997年前后的突变。降水和经向环流的PC1回归分析还表明,夏季潜热通量的异常变化与中国东部降水和经向环流的变化密切相关,潜热通量正异常对应黄淮地区和华南地区的上升气流正异常,降水偏多,而东北与华北地区为下沉气流正异常,降水偏少。1997年前后东中国海潜热通量发生突变之后呈明显的上升增强趋势,使得上述现象更为显著,即:对应东中国海夏季潜热通量的正异常,黄淮地区和华南地区为上升气流正异常,降水偏多;东北地区和华北地区为下沉气流正异常,降水偏少。这表明夏季东中国海及邻近海域潜热通量的异常变化是导致中国东部汛期降水年际和年代际异常的重要原因之一。     

长江流域夏季极端降水时空分布特征

利用1961—2017年长江流域700个气象站夏季(6—8月)逐日降水量资料,采用泰森多边形法计算各子流域面雨量,通过Box-Cox变换和百分位法确定长江各子流域极端降水事件阈值,分析各子流域夏季极端降水事件的时空分布特征以及流域间降水空间配置关系。结论如下:(1)长江流域夏季极端降水事件的年代际特征明显,20世纪60年代至70年代极端少雨事件频发,20世纪80年代至90年代中下游以极端多雨事件为主,上游以极端少雨事件为主,21世纪以来以大范围极端少雨事件为主,且多发生在上游,而金沙江石鼓以上易发生极端多雨事件。(2)长江流域夏季极端降水前2个空间分布模态表现为:流域大部一致型,即岷沱江东部、嘉陵江北部及两湖南部夏季极端降水与流域其他地区呈反位相;南北反位相型,即长江以南与以北地区夏季极端降水呈相反的空间分布。(3)当夏季极端多雨时,长江流域夏季降水空间差异较大,空间分布格局大致有4类,但以沿江干流偏多为主;夏季极端少雨时,长江流域夏季降水空间一致性较高,以全流域大部偏少为主,仅岷沱江和嘉陵江或者两湖南部偏多。     

夏季热带印度洋大气热源主模态与中国东部降水的关系

利用1979—2008年NCEP/NCAR再分析资料和中国区域160站降水资料,分析了热带印度洋及南亚地区夏季大气热源的气候特征,探讨了热带印度洋夏季大气热源主模态与中国东部降水的关系。结果表明:与春、秋、冬季相比,夏季大气热源强度强、范围广,热源最强中心在孟加拉湾北部大陆边缘;当孟加拉湾、苏门答腊岛西部海域、阿拉伯海的中东部以及恒河平原等地的夏季大气热源增加(减少),而赤道印度洋的中西部地区、阿拉伯海北部边缘等地的夏季热源减少(增加)时,有利于长江中下游地区、华北北部、东北以及西南大部分地区夏季降水的增加(减少),不利于华北南部以及江南地区尤其华南地区的夏季降水的增加(减少);热带印度洋夏季大气热源的主模态主要通过影响对流层高、低层的环流来影响中国东部降水。值得注意的是,与热带印度洋夏季大气热源的主模态时间系数的年际变化相比,其年代际变化对中国东部降水影响更显著。      

长江流域夏季降水异常主模态变化特征及其成因分析

利用1961-2014年长江流域202个地面观测站日降水量、中国地面降水格点数据集(V2. 0)及JRA-55再分析资料,分析了长江流域夏季降水异常主模态变化特征及其可能成因。结果表明,长江流域夏季降水存在两种空间分布型:第一模态为流域一致型变化,具有显著的年际变化特征,对应长江流域典型旱涝年份;第二主模态在空间上为南北反向型变化,年际变化与显著的年代际尺度相叠加。进一步分析表明,长江流域夏季降水第二主模态与斯堪的纳维亚半岛附近的反气旋式环流异常相联系,并通过200 h Pa波列将异常信号传递到东亚,使得南亚高压向西收缩,西北太平洋副热带高压减弱东退,东亚地区夏季水汽输送偏东、偏南,有利于水汽在长江流域南部辐合,北部辐散,使得长江流域夏季降水呈南北反向变化。     

川渝盆地夏季旱涝变化特征及成因分析

利用川渝盆地18个观测站1955—2008年的月平均降水资料,分析了川渝盆地东、西部夏季降水的年代际变化特征;通过NCEP/NCAR再分析资料、NOAA OLR资料,分析了川渝盆地东、西部多雨年和少雨年的环流形势,结果表明:(1)川渝盆地东、西部夏季区域平均降水量呈负相关关系,且川渝盆地东、西部夏季降水的长期变化周期也有一定的差异。(2)在川渝盆地西部多雨年,500 hPa高度上北半球欧亚地区两脊一槽型环流发展,孟加拉湾的低气压有利于水汽从西南方向输送到我国,同时南亚高压西部增强,使得川渝盆地西部和我国河套地区降水偏多。而在川渝盆地东部多雨年,东亚高纬度地区经向环流有利于我国东部冷空气南下,配合副热带高压西伸,南亚高压东部减弱,我国中部地区和川渝盆地东部降水偏多。(3)前期春季OLR场特征对后期夏季川渝盆地夏季降水的预测有一定的指示意义。在川渝盆地西部多雨年,印度洋到孟加拉湾整个地区前期春季OLR减小,印度洋和孟加拉湾地区的对流活动增强,有利于水汽输送到川渝盆地西部地区。而川渝盆地东部多雨年,从南海向我国的水汽输送增强,盆地东部地区降水偏多。     

中国西北夏季降水特征及其异常研究

本文利用中国西北五省（区）90个测站，1960～1990历年6～8月降水量资料，采用EOF、REOF、波谱分析及大气环流模式，对夏季降水量的空间异常特征、时间变化规律以及降水异常的主要成因进行了诊断研究和数值试验。结果表明:未旋转的前3个载荷向量场可以较好地反映西北夏季降水整体异常结构，即全区一致的多雨或少雨型；东西相反变化的东多（少）西少（多）型；南北相反变化的南多（少）北少（多）型。旋转后的前6个载荷向量可较好地代表西北夏季降水的6个主要异常敏感区:青藏高原东侧区、渭水流域区、青海高原区、北疆区、沙漠盆地区和河西走廊区。旋转主分量和代表站资料反映出近30～60年中，西北地区最干旱的时段在60至70年代。80年代至90年代初，除沙漠盆地外，各区程度不同地呈现出降水增加趋势。当初夏（6月）青藏高原下垫面感热异常偏强时，有利于同期西北大部地区降水偏多，而使7～8月西北西部、北部降水偏少；东部、南部降水偏多。利用IAP 2-L AGCM数值试验表明，在夏季青藏高原下垫面感热大面积异常增强时，由于西太平洋副热带高压脊明显西伸，江淮处于副高西伸脊控制下，冷暖气流在长江和黄河上游交绥，有利于中国西北东南部降水偏多，多雨区在青海东南、甘肃南部及陕西东部。少雨中心区在西北地区西部。     

西安市大降水的气候特征分析

使用1971—2000年西安市7个气象站的逐日降水资料,统计分析西安大降水的时空分布特征。结果表明:西安地区的大降水有阶段性,1971—1977年是多雨时段,1978—1980年是少雨时段,1981—1986年是多雨时段,1987年以后处于少雨时段,从1995年开始年大降水日数呈回升趋势;受秦岭山地的影响全区大降水分布不均,东部多西部少,南部多北部少;大降水2—11月都有发生,主要出现在7—8月;大降水大部分在1 d内结束,连续发生的较少。     

我国南方夏季降水异常和旱涝特征分析

利用我国南方225个测站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用线性趋势分析、EOF、合成分析等方法,分析了1961—2010年南方夏季降水异常变化的规律。结果表明:1)南方夏季降水的稳定性从西向东递增。各月中以7月稳定性最差,其次是8月,6月最好;2)南方夏季降水呈东部增多西部减少的分布特征,西部以-5—-20 mm/(10 a)的速率不显著减少,东部大多数区域以5—30 mm/(10 a)的速率不显著增多,其中浙江东部—江苏东南部显著增加;3)南方夏季降水异常主要有全区一致型、南北差异型和东西相反型3种分布模态;西太平洋副热带高压和南支槽是影响南方降水异常的主要系统,两系统的空间配置及其强度变化决定了南方降水异常的不同分布型;4)南方夏季旱涝分布具有相似之处,干旱发生频率高的区域也是洪涝的高频区,但各月分布有差异,夏季及各月的洪涝发生频率高于干旱频率。     

东亚季风环流演变的主要模态及其与中国东部降水异常的联系

利用美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析环流资料、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)重构的海温资料和中国国家气象信息中心(NMIC)整理的752个测站降水资料,对东亚地区季风环流季节演变主要模态及其与中国东部降水异常的关系进行了分析。结果表明,东亚地区850hPa季风环流季节演变存在两个主要模态,第一模态主要受热带印度洋海温和赤道东太平洋海温偏低背景下印度洋偶极(IOD)演变过程控制;第二模态主要受赤道东太平洋ENSO循环和IOD演变控制。对应第一模态,夏季华北多雨,长江流域少雨;对应第二模态,夏季华北、长江流域多雨,淮河、华南少雨。近50年两模态发生了明显改变,与降水变化有很好的对应关系。     

1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次年际尺度偶极子模态特征

基于观测和再分析资料,本文研究了近几十年来1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次年际变异主导模态特征及与其相联的大气背景场。结果表明,1980—2019年冬季(12月—次年2月)该地区阻塞高压频次年际变异的主导模态存在明显月际差异:12月表现为北大西洋东部-欧洲西部地区阻塞高压频次的显著同位相变化,1月为北大西洋东部-欧洲西部与乌拉尔山地区阻塞高压频次的具有显著的反位相变化即偶极子模态,2月则为北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次的显著同位相变化。进一步研究表明:1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次偶极子模态与同期局地纬向西风、纬向风垂直切变、经向位涡梯度等大气背景场异常偶极型变化相联系。当乌拉尔山地区关键大气背景场为负异常,而北大西洋东部-欧洲西部为正异常时,两个地区阻塞高压频次分别增加和减少,呈现偶极子模态;反之亦然。阻塞高压频次偶极子模态及相关的背景环流异常可通过调节水平温度平流、垂直运动和水汽输送等来影响1月欧亚北部气温和降水,以及它们的极端事件频次。当阻塞高压频次偶极子模态处于正位相时,乌拉尔山北部(南部)和欧洲南部增温(降温),极端暖、冷事件频次分别增加(减少)和减少(增加),斯堪的纳维亚半岛北部降温且极端暖事件减少,乌拉尔山及东北亚地区降水和极端降水频次减少而欧洲大陆部分地区增加;反之亦然。此外,在冬季仅1月阻塞高压频次年际变异主导模态表现为偶极子模态可能与关键大气背景场气候态及其变异的月际差异密切相关。     

一种站网均匀化方案在中国夏季降水异常分析中的应用

文章利用站网均匀化方案对中国1951—2012年160站夏季(6—8月)总降水量距平场序列作了订正,并对订正前后数据的EOF分析结果进行对比。结果表明:(1)订正后的典型场突出了青藏高原区域的高值区,并使中国东部的高值区集中于华南地区,这与均方差场的异常集中区域一致;订正前资料的主要特征向量的高值区主要集中于中国东部,并未凸显异常区域。(2)订正后资料的时间系数中,线性相关不明显,线性趋势减弱,但1、3模态的年代际分量的方差贡献增大,使年代际变化中有价值信息更加集中于主要模态;其中,第3模态的时间系数突出了华南地区的夏季降水年代际变化。(3)订正后发现,夏季降水的年代际变化中的典型场与年代际均方差的分布异常信息集中区域一致。上述结果说明,站网均匀化订正改进了中国夏季总降水量异常的EOF分析。     

中国南方夏季降水的年代际变率主模态特征及机理研究

在气候变暖背景下,中国南方夏季降水存在明显的年代际变化特征。本文利用1920~2014年的逐月降水,以分析南方夏季降水年代际变率主模态为切入点,以研究南方夏季降水年代际变率空间分布型的年代际变化特征为重点,进一步研究了印度洋、北太平洋及北大西洋海温的年代际变率对南方夏季降水主模态年代际变率的可能影响机制。得到的主要结论包括:（1）指出中国南方夏季降水年代际变率的两个主模态为全区一致型和东西反相型降水模态。两个主导模态在1971/1972年发生了显著的年代际转变,在1925~1971年的第一主模态为东西反相型降水;在1972~2009年的第一主模态为一致型降水。不同主模态对应的海温异常关键区也在1971/1972年发生了相应的年代际变化。（2）揭示了全区一致型和东西反相型降水模态对应的环流场异常特征。一致多（少）型降水对应着中国南海及西北太平洋低空的反气旋（气旋）性异常,有（不）利于水汽自南海向南方地区输送。而贝加尔湖东侧低空的反气旋（气旋）性异常,有（不）利于冷空气向南方输送,并与来自南海地区的水汽在南方地区辐合,有利于南方地区降水一致偏多（少）。东多西少（西多东少）型降水对应着中国东南地区高空的正（负）异常中心,有利于高空辐散（辐合）及异常的上升（下沉）运动,其与南方地区东部低空的气旋（反气旋）性异常共同作用,有利于东部降水偏多（偏少）。与此同时,低空中南半岛反气旋（气旋）性异常及菲律宾地区反气旋（气旋）性异常,不（有）利于水汽自孟加拉湾及南海地区输送向南方地区西部,有利于形成东多西少（西多东少）的降水型。（3）揭示了印度洋海温、北太平洋海温和北大西洋海温协同影响南方地区东西反相型降水和一致型降水的机制。     

太平洋湍流热通量异常与中国夏季降水年代际变化

采用NCEP/NCAR再分析感热、潜热资料,利用EOF方法,分析了夏季太平洋湍流热通量年代际变化的时空特征及其与中国夏季降水的关系。分析结果显示,1951—2003年夏季太平洋湍流热通量距平的年代际分量的EOF前3个模态的方差贡献率分别为32.27%、12.52%、11.10%,且这3个模态分别与中国华北、华南和东北地区夏季降水的年代际关系密切;太平洋湍流热通量年代际异常EOF第1模态的时间系数与东亚夏季风指数年代际变化有显著的负相关。20世纪70年代中期以前,太平洋湍流热通量异常偏多,东亚夏季风偏强,对应华北降水偏多;20世纪70年代中期以后,太平洋湍流热通量异常偏少,东亚夏季风偏弱,对应华北夏季降水减少,干旱化趋势明显。     

青藏高原积雪对中国降水的影响

通过对1958-2012年JRA-55青藏高原积雪雪深资料的分析,得到青藏高原积雪雪深的年代际分布状况,得到青藏高原积雪的年代际变化特征。采用国家气候中心整理的1951-2013年中国160站月降水资料,分析青藏高原前冬期积雪变化对中国夏季降水的影响,在青藏高原前冬期积雪偏多的情况下,我国长江中游地区,东北地区都为正相关;而东北北部、河套地区南部、淮河和华南地区是负相关。我国东部地区经向呈"负-正-负-正"降水异常分布型;青藏高原前冬期积雪减少,对应长江中下游和华北北部地区夏季降水减少和华南、淮河地区夏季降水增多,我国东部地区经向呈"正-负-正-负"降水异常分布型。