亚洲热带夏季风指数与中国南方降水的关系

利用1979—2013年夏季全球2.5°×2.5°逐日环流资料和中国气象站点降水观测资料,采用动力学因子(西南风)与热力学因子(Radiation Longwave covting, OLR)相结合定义了标准化的亚洲热带夏季风指数(Tropical Summer Monsoon Index, TSMI)。结果表明,该指数能够很好地描述亚洲热带夏季风的年际变化和准4 a变化特征,并能够指示中国南方夏季降水的异常变化和东亚大气环流特征。强(弱)亚洲热带夏季风年,印度夏季风槽和南海夏季风槽加强加深(减弱),孟加拉湾海域一致西南风(东风)异常,越赤道急流向北输送偏强(偏弱),南海季风槽位置偏西(东),南海区域一致西南风异常,西太平洋副热带高压和南亚高压纬向位置分离(重叠),低层气流在长江流域辐散(辐合),华南地区辐合(辐散),长江中下游流域出现异常下沉(上升)运动,造成长江流域降水偏少(偏多),华南地区降水比常年偏多(偏少)。     

来自印度季风区的水汽输送与东亚上空水汽输送和中国夏季降水的关系

诊断分析了北半球夏季来自印度季风的水汽输送与东亚上空水汽输送的关系，发现二者之间具有反相变化的特征。印度季风水汽输送偏强（偏弱）时，东亚上空的水汽输送偏弱（偏强），长江中下游降水偏少（偏多）。印度夏季风水汽输送与西太平洋副热带高压强度有显著的相关关系，印度季风水汽输送偏强（偏弱）时，西太平洋副热带高压强度偏弱（偏强），由此导致副高西侧东亚上空向北的水汽输送减弱（增强），使得长江中下游降水偏少（偏多）。对反映热带对流活动的外逸长波辐射（OLR）的分析表明，印度洋上空的对流加热异常不仅能够显著地影响印度季风，也可能对东亚季风产生直接的影响。     

春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响和预测作用

利用1980-2012年青藏高原中、东部71个站点观测资料、全中国756站的月降水资料、哈得来中心提供的HadISST v1.1海温资料以及ERA-Interim再分析资料,综合青藏高原的感热加热以及全球海温,研究了春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响,并建立预报方程,探讨了青藏高原春季感热对中国降水的预报作用。结果表明,青藏高原春季感热与中国东部降水关系密切,青藏高原春季感热异常增强伴随着长江流域中下游同期降水增多,后期夏季长江流域整流域降水也持续偏多,华南东部降水偏少。春季青藏高原感热的增强与环北半球中高纬度的罗斯贝波列密切相关,扰动在北太平洋形成的反气旋环流向西南方向延伸至西北太平洋,为长江流域输送大量的水汽,有利于降水的发生。夏季,伴随着前期青藏高原感热的增强,南亚高压位置偏东,西北太平洋副热带高压（西太副高）位置偏西偏南,西太副高北侧为气旋式环流异常。在西太副高的控制下,华南东部降水减少;西太副高西侧的偏南气流为长江流域带来大量水汽,并与来自北部气旋式环流异常西侧的偏北风发生辐合,降水增多。青藏高原春季感热异常是华南和长江流域夏季降水异常的重要前兆信号。加入青藏高原春季感热后,利用海温预报的华南、长江流域夏季降水量与观测值的相关系数有所提高,预报方程对区域降水的解释方差提高约15%。      

欧亚中高纬春季地表感热异常与长江中下游夏季降水的可能联系

利用国家气候中心提供的中国区域753站降水观测资料、ECMWF逐月地表感热通量再分析资料和NECP/NCAR再分析资料,讨论了欧亚大陆中高纬春季地表感热异常与长江中下游夏季降水之间的联系及其相关的物理机制。分析发现欧亚大陆中高纬春季地表感热异常与长江中下游地区夏季降水存在显著的正相关:感热偏强期,长江中下游夏季降水偏多;感热偏弱期,长江中下游夏季降水偏少。春季感热异常偏强时,夏季东亚副热带西风急流主体位置偏东、强度偏强、范围偏大,长江中下游地区主要受辐合上升气流控制,水汽输送条件好,降水异常偏多。而春季感热偏弱时,情况大致相反,则夏季降水异常偏少。研究表明欧亚大陆中高纬春季地表感热通量异常变化对我国长江中下游夏季降水预测具有一定的指示意义。     

东亚副热带西风急流位置异常对长江中下游夏季降水的影响

利用NCEP/NCAR 200 hPa月平均风场再分析资料,定义东亚大陆对流层上层不同经度上最大西风所在位置的平均纬度为东亚副热带西风急流轴线指数,该指数能准确反映东亚副热带西风急流位置的南北变化及其对长江中下游降水的影响,并能较好地体现东亚夏季风盛行期间对流层低层与高层的纬向风场变化特征。分析表明,该指数的时间变化具有与长江中下游夏季降水较一致的年代际变化及年际振荡特征。对东亚副热带西风急流位置异常年的大气环流差异分析表明,急流异常偏北时,南亚高压偏弱,位置偏北偏西,呈伊朗高压型;西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏弱、位置偏东偏北;气流的辐合上升区北移至华北一带,而长江流域低层风场为辐散异常,上升气流较常年偏弱,降水偏少。急流异常偏南时,南亚高压偏强,位置偏南偏东,呈青藏高压型;西太副高偏强、位置偏西偏南;长江流域地区上空低层有较强辐合上升气流,高层有较强的气流辐散,对流旺盛,雨带在此维持,容易引发洪涝。     

南亚高压次季节尺度东西振荡对我国长江流域降水及水汽输送的影响

使用常规资料及HYSPLIT(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)模式,分析了早夏和晚夏期间南亚高压次季节尺度异常偏东事件和异常偏西事件发生时,我国长江流域降水及水汽输送异常特征。结果表明:早夏期间当南亚高压异常东伸时,西太平洋副热带高压可西伸至我国东南沿岸,此时,降水正异常场主要位于我国东部地区,表现为江淮区域降水异常偏多;而晚夏期间当南亚高压异常东伸时,西太平洋副热带高压的西脊点更偏东,降水正异常区位置比早夏偏西,表现为四川盆地的降水异常偏多。早夏期间,与南亚高压异常偏西事件相比,南亚高压异常偏东事件有利于更多的水汽从南方的水汽源地输送到我国江淮区域,加上此时江淮流域存在异常上升运动,动力和水汽条件共同使得江淮流域降水偏多。晚夏四川盆地地区有类似的结论。     

夏季南亚高压和西太副高活动特征指数与中国东部降水分布的联系

为了进一步研究夏季南亚高压（South Asia High,SAH）与西太平洋副热带高压（West Pacific Subtropical High,WPSH）活动特征指数变化及其互动作用对我国东部降水的影响,利用2001-2020年高分辨率ERA5再分析资料分析了南亚高压和西太副高的夏季逐候强度指数、面积指数、脊线位置和东西伸脊点的演变特征,并针对两者同强同弱和经纬向位置远近情形下对比分析了两者互动作用对我国东部降水的影响。结果表明：（1）南亚高压和西太副高的强度指数与面积指数变化均呈较明显的正相关,特别是南亚高压的脊线位置、强度指数和面积指数的变化有较好的一致性,即：南亚高压脊线越偏北（南）,其强度和面积指数均越大（小）。（2）夏季南亚高压东伸脊点和西太副高西伸脊点的逐候平均位置变化具有“相向而行、相背而去”的互动趋势,南亚高压纬向位置的突变晚于经向位置的突变,间隔时间约4候。（3）两者同强同弱年与我国东部降水有较好的相关性,即当两者同时偏强（弱）时,长江中下游地区降水偏多（少）,华南地区降水偏少（多）。两者经纬向相对位置的异常对我国东部降水有一定的影响,即：当两者经纬向异常靠近时...     

夏季南亚高压的气候变化特征及其对中国东部降水的影响

根据我国1961—2008年气温、降水量的地面观测资料,1971—2000年高空观测位势高度资料及NCEP再分析资料,研究了南亚高压的气候变化特征及其与东部夏季降水异常的相互关系。结果表明:(1)NCEP再分析资料的气温和位势高度与实际观测值在整个中国地区具有相同的变化特征,适用于中国地区气候年际变化特征的研究。(2)南亚高压具有明显的年际和年代际变化特征,南亚高压面积指数和东伸指数的气候变化特征几乎相同,对中国降水的影响作用也几乎一致。(3)根据奇异值分解和相关分析发现,当南亚高压面积指数偏大、位置偏南时,长江中下游降水量偏多;当南亚高压面积偏小、位置偏北时,长江中下游降水量则偏少。造成这种影响的物理机制是当南亚高压偏大、位置偏南时,中国南部及西太平洋洋面受反气旋环流异常的控制,有利于暖湿气流向长江流域输送,且长江中下游为一气流辐合区,造成该地区降水量偏多;当南亚高压偏小、位置偏北时,水汽输送条件较差,且长江中下游为一辐散区,不利于长江中下游降水量的产生。     

西太平洋暖池混合层热力异常与我国东部夏季降水的关系

利用1981—2012年GODAS(Global Ocean Data Assimilation System)月平均次表层海温资料、混合层深度资料、NCEP/NCAR再分析资料及中国756个站的逐日降水资料,分析西太平洋暖池混合层热力异常与中国东部夏季降水的关系及可能的影响途径。结果表明,前期5月是西太平洋暖池(125~150 °E,0~18 °N)混合层热力异常影响我国东部夏季降水的关键期。在前期5月西太平洋暖池异常偏暖(冷)年,长江中下游流域的夏季降水偏少(多),黄河中下游流域夏季降水偏多(少)。1991—2012年,5月的西太平洋暖池热力异常呈现明显的变化趋势,由异常偏冷期向偏暖期转变。机制分析表明,由于前期5月西太平洋暖池热力异常,引起夏季菲律宾附近及其以东洋面和印度半岛中北部上空的对流活动、西太平洋副热带高压(简称副高)和南亚高压位置及强度的异常,进而影响水汽输送及上升运动,最终导致我国东部夏季降水的异常分布。      

欧亚大陆夏季地表热力异常与同期中国东部夏季降水的可能联系

利用ERA-40再分析资料、CRU TS3.0数据集以及中国站点观测数据,分析了欧亚大陆夏季地表热力异常的变化特征,在此基础上探讨了我国东部夏季降水与同期欧亚大陆地表热力异常之间的可能联系。研究发现,欧亚大陆地表气温与浅层土壤温度的大尺度变化特征基本一致:经验正交函数分解第一模态空间型表现为大陆西南部分区域与欧亚大陆其他区域反相变化,对应的时间系数均在20世纪80年代末出现转折。当夏季欧亚中纬度印度以北地区和我国中东部地区地表气温偏高时,东亚夏季风的强度偏强,西太平洋副热带高压位置偏东,我国东部偏南风偏强,江淮流域水汽偏少,且气流上升运动偏弱,降水偏少;华南和北方地区水汽偏多,且气流上升运动偏强,降水偏多;反之亦然。当欧亚大陆中高纬贝加尔湖以东及以西地区夏季地表气温偏高,而我国东北部地区夏季地表气温偏低时,东亚夏季风的强度偏强,西太平洋副热带高压位置偏西,我国东南部地区偏南风异常偏强,有利于水汽向江淮流域输送,东南沿海及内蒙古中部水汽偏少,且气流上升运动偏弱,降水偏少;而东部其余地区水汽偏多,且气流上升运动偏强,降水偏多;反之亦然。     

春季中国南方雨带年际变动与大气环流异常

利用1960—2008年中国693个站逐日降水资料和NCEP/NCAR日平均再分析资料,采用统计分析方法,分析了中国南方春季降水强度和位置的年际变率及其与大气环流的关系。结果表明:在年代际尺度上,江南春季降水在20世纪60年代中、后期偏少,70年代中期到80年代初偏多,90年代初开始减少;在年际尺度上,当春季西太平洋副热带高压和青藏高原东侧的低层低压系统加强,并且异常中心分别位于20°N以南和30°N以南时,异常西南风主要位于长江以南地区,在异常西南风逐渐减弱区出现明显的辐合,伴随着该地区低层空气质量辐合、对流层上升运动和水汽辐合加强,造成江南地区降水偏多,此时来自西太平洋的异常水汽到达南海后,没有在南海聚集,而是转向北输送到江南;当春季西太平洋副热带高压以及青藏高原东侧低压系统加强且异常中心位于30°N以北时,异常西南风盛行在中国东部大部分地区,此时低层异常空气质量辐合、对流层异常上升运动以及异常水汽通量辐合区都向北移到江淮地区,使江淮地区降水增加,而华南地区为异常空气质量辐散、异常下沉运动以及异常水汽通量辐散,伴随着降水减少,这时异常水汽主要来自西太平洋副热带地区。由于上述观测结果与通过改变东亚和周边海域海-陆热力差异的数值试验结果有很好的一致性,因此,这里观测到的降水和大气环流异常可以被东亚区域热力差异异常激发出来。     

影响中国夏季降水的前冬北半球中高纬大气环流年际变异主模态

本文利用观测和再分析资料,通过奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)分析,发现北极涛动(Arctic Oscillation, AO)是显著影响中国夏季降水年际异常的前冬中高纬大气环流变异的主模态。AO在冬季发展成熟,在春季衰亡,在夏季发生位相反转。AO会导致华北、东北、长江中下游和华南夏季降水异常呈现三极型分布。伴随正位相的AO,在黄海至日本海上空的异常低压伴随的东北风异常引起华北和东北水汽通量异常辐散及降水减少,而西北太平洋的异常高压不仅增强其北侧的西南风水汽输送,和北部异常低压共同作用导致长江中下游水汽通量异常辐合及降水增加,而且使得华南水汽通量异常辐散,降水减少。因此,本文发现的前冬AO模态与我国夏季三极型异常降水分布的关系可为我国夏季旱涝预测提供一个重要的中高纬前期因子。     

南亚高压的南北偏移与我国夏季降水的关系

该文定义了一个能较好反映南亚高压南北偏移的指数,并发现该指数与我国夏季降水,尤其是华北和长江流域的降水,无论在年际变化上还是长期趋势上都具有十分显著的相关关系。南亚高压位置偏北时,在我国东部至日本上空存在一个显著的异常反气旋,其中心自上而下向南倾斜,在高层给华北地区带来辐散,在低层使得气流在长江流域辐散,在华北地区辐合,造成华北地区降水偏多,长江流域降水偏少。同时,南亚高压偏北对应着高层西风急流以及中层西太平洋副热带高压偏北,使得我国整个雨带偏北。此外,通过与海温的相关分析发现,南亚高压的长期偏南趋势可能受到印度洋增暖的直接影响。南北偏移指数可作为预测我国夏季区域降水的重要指标,在气候预测业务中有一定的应用价值。     

2015/2016超强El Nio对中国南方冬春季降水的影响分析

利用1981—2016年的中国160站降水资料、OISST海温资料和NCEP/NCAR大气环流资料,对比分析了中等强度El Nio和2015/2016超强El Nio对中国东南部、江淮流域和西南地区冬春季降水影响的异同。结果表明:在中等强度El Nio的冬季,偏暖的赤道中东太平洋海表面温度(Sea Surface Temperature,SST)所激发的西北太平洋和日本附近的异常反气旋环流,其异常的西南风会加强南海—西北太平洋的水汽向中国东部输送,造成中国东南部和江淮流域的降水一致偏多。2015/2016超强El Nio的冬季,赤道中东太平洋SST的强度异常偏强,中国东部异常偏冷的表面气温和对流层低层温度加强大陆冷高压,长江流域及其以北地区受异常强的北风控制,从而造成中国东南部降水增多、江淮流域降水减少。在2015/2016超强El Nio事件衰减位相的春季,中国东南部和西南部降水的增加主要归因于异常偏暖的西北印度洋和东南印度洋SST的作用。经CAM5模式试验证明,西北印度洋异常偏暖的SST引起了北印度洋的异常西南风,激发了孟加拉湾—西北太平洋的异常反气旋,加强了印度洋和南海—西北太平洋的水汽向中国西南和东南部输送。此外,东南印度洋异常偏暖的SST还会激发局地异常上升运动,通过经向垂直环流加强南海—西北太平洋异常下沉运动,诱使中国东南部的上升运动加强,导致降水增多。     

夏季印度洋MJO活跃时间对中国长江流域降水日数的影响

利用1980—2020年中国753站逐日降水资料、NCEP/NCAR大气再分析资料以及哈得来中心的海表温度资料和实时多变量Madden-Julian振荡（ MJO）指数,研究了MJO在印度洋地区（1—3位相）活跃日数对长江流域夏季降水日数的影响。结果表明两者存在显著的统计联系,在MJO活跃日数偏多的年份,MJO相关的西北太平洋反气旋环流异常有利于向长江中下游地区输送水汽,进而导致长江流域中下游范围内降水日数的增加,且这种影响主要体现在降水等级为大雨（25 mm/d）及以上强度的日数上。进一步研究发现,MJO在印度洋活跃日数与长江中下游夏季降水日数的关系存在年代际变化,两者显著的联系仅出现在2000年之后,之前的时段两者联系则较弱。这种关系的转变可能与印度洋海表温度变率减弱的背景有关,印度洋海洋年际变率变弱导致其对于长江中下游地区的影响减弱,进而使得MJO的调控作用凸显出来。夏季季节平均的印度洋MJO活跃日数可以对长江中下游的大雨以上的降水日数产生影响,且两者的关系在大约2000年之后变得尤为显著。      

热带印度洋-西太平洋水汽输送异常对中国东部夏季降水的影响

利用1979~2015年NCEP/NCAR发布的月平均全球再分析资料,分析了热带印度洋-西太平洋水汽输送异常对中国东部夏季降水的影响及其形成机理。研究结果表明:热带印度洋-西太平洋地区（10°S~30°N,60°~140°E）夏季异常水汽输送主要包括两个模态,他们可以解释总的水汽输送异常34%的方差。其中,第一模态（EOF1）表现为异常水汽沿反气旋从热带西太平洋经过南海及孟加拉湾输送到中国东部上空,对应南海、孟加拉湾水汽路径输送均偏多,此时西太平洋副热带高压显著偏强,异常水汽在长江中下游地区辐合并伴随显著上升运动,有利于长江中下游降水偏多;第二模态（EOF2）表现为异常水汽从热带印度洋沿阿拉伯海、印度半岛、中南半岛等呈反气旋式输送,华南上空相应出现气旋式水汽输送异常,并对应异常水汽辐合和上升运动,有利于华南降水偏多。就可能的外部成因而言,EOF1与ENSO关系密切,表现为前冬热带中东太平洋显著偏暖,夏季同期热带北印度洋、南海上空显著偏暖,造成西太平洋副热带高压显著偏强,异常水汽主要来源于热带西太平洋和南海;EOF2与同期热带印度洋偶极子（TIOD）异常有关,TIOD为正位相时热带印度洋上空出现异常东风,华南上空出现异常气旋并伴随水汽异常辐合,异常水汽主要来源于热带南印度洋。     

春季中国西南降水与青藏高原及周边非绝热加热之间的关系

基于气象观测资料和再分析资料,从西南地区降水年际变化规律入手,运用统计学方法从时空角度分析了与其相伴随的环流型和非绝热加热的关联。结果表明,当西南地区降水偏多时,东西向异常气旋、反气旋分别位于我国长江以南地区上空以及青藏高原西南侧上空对流层中、高层,西南地区对流层高层被异常偏北风控制,低层被异常偏南风控制,中层伴有较强的异常垂直上升运动,且与异常非绝热加热源区基本重合,而青藏高原西南侧上空对流层中层为异常的垂直下沉运动,且与异常非绝热加热汇区基本重合;反之亦然。在此基础上进一步运用气候动力学方法揭示了导致西南降水异常的可能物理过程：高原西南侧爬升流的异常垂直运动通过影响南支气流向下游的水汽输送异常,进而导致西南地区非绝热加热异常,最终实现对西南地区降水的调制作用。     

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...     

Interannual variability of summertime outgoing longwave radiation over the Maritime Continent in relation to East Asian summer monsoon anomalies

The Maritime Continent (MC) is under influences of both the tropical Pacific and the Indian Ocean. Anomalous convective activities over the MC have significant impacts on the East Asian summer monsoon (EASM) and climate in China. In the present study, the variation in convective activity over the MC in boreal summer and its relationship to EASM anomalies are investigated based on regression analysis of NCEP–NCAR reanalysis and CMAP [Climate Prediction Center (CPC) Merged Analysis of Precipitation] data, with a focus on the impacts of ENSO and the Indian Ocean Dipole (IOD). The most significant interannual variability of convective activity is found over 10°S–10°N, 95°–145°E, which can be roughly defined as the key area of the MC (hereafter, KMC). Outgoing longwave radiation anomaly (OLRA) exhibits 3- to 7-yr periodicities over the KMC, and around 70% of the OLRA variance can be explained by the ENSO signal. However, distinct convection and precipitation anomalies still exist over this region after the ENSO and IOD signals are removed. Abnormally low precipitation always corresponds to positive OLRA over the KMC when negative diabatic heating anomalies and anomalous cooling of the atmospheric column lead to abnormal descending motion over this region. Correspondingly, abnormal divergence occurs in the lower troposphere while convergence occurs in the upper troposphere, triggering an East Asia–Pacific/Pacific–Japan (EAP/PJ)-like anomalous wave train that propagates northeastward and leads to a significant positive precipitation anomaly from the Yangtze River valley in China to the islands of Japan. This EAP/PJ-like wave pattern becomes even clearer after the removal of the ENSO signal and the combined effects of ENSO and IOD, suggesting that convective anomalies over the KMC have an important impact on EASM anomalies. The above results provide important clues for the prediction of EASM anomalies and associated summer precipitation anomalies in China.     

IPO调节大西洋纬向模对澳大利亚秋季降水年际变动的影响

采用1900-2014年115 a的观测和再分析资料,使用滤波、线性相关等方法,研究太平洋年代际振荡(Interdecadal Pacific Oscillation,IPO)调节大西洋纬向模(Atlantic Zonal Mode,AZM)对澳大利亚秋季降水年际变动的调节作用及机制.结果 表明,当IPO位于正位相时,...