长江中下游夏季降水与热带对流的关系

本文利用1979～2001年中国160站月平均降水资料、NCEP／NCAR月平均再分析资料，包括OLR资料、500hPa高度场、海平面气压场及850hPa风场，借助相关分析、合成分析研究了长江中下游夏季降水与热带对流活动的关系。结果表明，热带对流活动与长江中下游夏季降水之间呈显著的正相关，即夏季热带对流活动强(弱)，长江中下游降水偏少(多)，易出现干旱(洪涝)。热带对流活动异常引起中、低纬度大气环流系统异常，中、低纬度大气环流系统异常向中、高纬度传播，引起中、高纬度大气环流系统异常，构成东亚地区大气环流异常，导致长江中下游地区夏季降水异常。     

中国东部夏季降水异常与青藏高原冬季积雪的关系

基于中国740站月降水、积雪、地温资料和NCEP/NCAR再分析月资料,采用相关分析、合成分析和最大协方差法,研究了1979—2008年青藏高原冬季积雪异常与长江中下游夏季降水的关系及其可能的影响机制。结果表明:(1)在年际时间尺度上,青藏高原中北部12月—翌年1月积雪指数与长江中下游夏季降水呈显著正相关。在年代际时间尺度上,1990s—2000s的高原积雪指数与长江中下游夏季降水具有较好的同位相变化特征。表明高原中北部12月—翌年1月积雪指数对长江中下游夏季降水异常具有较好的指示意义,可作为预测长江中下游夏季降水年际年代变化的依据。(2)高原12月—翌年1月积雪异常偏多,是长江中下游夏季洪涝的一个强信号,12月—翌年1月积雪指数正异常年与长江中下游夏季降水正异常年有很好的一致性。(3)高原冬季积雪异常影响长江中下游夏季降水的可能途径是:高原冬季积雪异常通过影响同期及其后春季地温,再由春季地温以某种方式把异常信号维持到夏季。之后,地温异常又改变了局地地气热量交换,导致周围大气环流异常,从而影响到其下游的降水过程。     

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。     

海温分布型对长江中下游旱涝的影响

采用经验正交函数 (EOF) 分解、奇异值分解 (SVD) 及相关、合成分析等方法, 分析了太平洋海温异常分布与东亚大气环流及长江中下游降水的关系.结果表明:涝、旱年太平洋海温差值场从前一年秋季至当年夏季一直维持由西北向东南“+ - + -”分布特征, 这种太平洋海温分布型与东亚-太平洋遥相关型 (EAP) 密切相关.旱涝年前期太平洋海温异常分布使得低纬度对流活动有明显差异, 而对流活动的异常分布又导致西太平洋副高及东亚大气环流的异常, 从而影响长江中下游降水.数值试验进一步表明:长江中下游旱涝不仅与热带, 同时也与中高纬太平洋的海温异常有关.     

热带环流指数与夏季长江中下游旱涝的年际变化

比较利用海—陆气压差和南亚季风环流定义的夏季风指数对夏季长江中下游旱涝年际变化的表征能力,根据影响东亚季风的主要热带环流定义了一个环流指数,该指数与长江中下游旱涝的年际变化存在很好的对应关系。利用１９８２年～１９９４年夏季平均可降水量距平、北半球５００ｈＰａ位势高度场距平,通过高、低指数合成和高度场与同期的热带海表温度异常的ＳＶＤ分析,结果表明,热带环流指数的高、低差异和年际变化对影响东亚夏季降水的大气环流型具有较强的分辨能力。     

夏季长江中下游和华南两类雨型的环流特征及预测信号

利用中国南方66站降水观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用经验正交函数分解（EOF）、合成分析和相关分析等方法,对夏季长江中下游和华南两类雨型进行了划分,对比分析了两类雨型同期大气环流和前期海温及环流的差异,以探讨两类雨型的形成机制及前期预测信号。结果表明:20世纪80年代之前华南型出现的频次较高,之后长江中下游型出现频次增多;长江中下游型年西太平洋副热带高压（副高）偏强偏西偏南,东亚夏季风（EASM）偏弱,副热带西风急流位置偏南,乌拉尔山阻塞高压（乌阻）和鄂霍次克海阻塞高压（鄂阻）较强,欧亚中高纬以经向环流为主,冷暖空气在长江中下游辐合,导致长江中下游降水偏多;华南型年大气环流与长江中下游型年大体相反,登陆华南的台风偏多,冷暖空气在华南地区辐合,导致华南地区降水偏多;其中副高的脊线位置和中高纬阻塞强弱是长江中下游型和华南型形成的关键因素。两类雨型前期海温分析表明,长江中下游型年,前冬赤道中东太平洋和印度洋偏暖,为典型的东部型El Ni?o,副热带南印度洋偶极子（SIOD）呈负位相,春季El Ni?o衰减,SIOD负位相也减弱,但印度洋持续增暖;华南型年,前冬和春季的海洋演变与长江中下游型年大体相反;关键区域海温与长江中下游夏季降水（YRR）和华南夏季降水（SCR）的年际关系存在年代际变化,YRR和SCR与前冬Ni?o3.4指数、SIOD指数和春季热带印度洋全区一致海温模态（IOBW）指数的相关关系在80年代之后逐步减弱,这主要是由于这三个关键海温指数与EASM及副高脊线的相关关系在80年代之后逐步减弱;两类雨型前期大气环流差异分析表明,春季大气环流的差异性要比前冬显著,长江中下游型年,春季副高、南海副高、马斯克林高压（马高）、澳大利亚高压（澳高）均偏强,大西洋欧洲区极涡强度偏弱,北太平洋涛动（NPO）呈正位相;华南型年春季的关键环流系统异常不明显,仅大西洋欧洲区极涡强度偏强,NPO呈负位相。前期海温演变及春季大气环流关键系统的异常可以作为两类雨型年的一些预测信号。     

北半球月平均环流与长江中下游降水的关系

本文利用1951—1984年500hPa月平均高空和月总降水资料,着重分析了500hPa距平场对长江中下游夏季降水的影响及其相关关系。针对长江中下游夏季降水这一预报对象,计算了500hPa距平场的信息区,指出在大尺度距平场的演变过程中,不同时间和不同地点距平场的量值对长江中下游这一特定顶报区域降水的影响是不同的。並且指出长江中下游地区冬季降水主要是受欧业型环流的影响,而夏季降水则主要是由于东亚—西太平洋型环流所形成。另外通过对实际距乎场和信息近似距平场的分析表明,信息区的变化在一定程度上反映了实际距平场的大尺度变化特点。     

春季南半球环状模与长江流域夏季降水的关系：Ⅰ 基本事实

利用统计方法对春季(4~5月)南半球环状模(SAM)与夏季(6~8月)中国降水的关系作了分析,发现春季南半球环状模指数(SAMI)与夏季长江中下游降水之间存在显著的正相关关系。春季SAM偏强的同期对流层下层在欧亚大陆存在一以蒙古高原和天山山脉为中心的异常反气旋对,从中国东北到华南中纬度地区均为异常的偏北气流控制。这种环流异常形式可以持续到夏季并加强,致使东亚夏季风减弱;春季SAM偏强,夏季西太平洋副热带高压西部脊强度加强,位置偏西,这些异常环流都有利于长江中下游地区降水偏多。另外,春季SAM偏强,夏季长江中下游地区水汽含量增大,向上的垂直运动得到加强,为该地区降水偏多提供了基本的水汽条件。春季SAM偏弱时,夏季东亚大气环流和水汽条件相反。因此,春季SAM为夏季长江中下游汛期降水提供了一有用的前期信号。     

春季华南土壤湿度异常与中国夏季降水的可能联系

基于ERA40（ECMWF）1958—2001年土壤湿度再分析资料和中国541站降水资料,通过观测分析揭示了华南春季土壤湿度异常与中国夏季降水的联系及其可能的物理过程。结果表明,春季华南土壤湿度与夏季华南（长江流域及其以北地区）降水呈正（负）相关;春季华南土壤湿度负（正）异常,夏季华南降水异常偏少（多）,而长江以北地区降水则偏多（少）。通过对春季华南土壤湿度异常年份对应的环流异常特征的诊断分析发现：土壤湿度负异常年,西太平洋副高位置明显偏西,华南地区对应异常的下沉运动和水汽辐散,导致该地区降水偏少;而长江中下游地区对应异常的上升运动和水汽通量的辐合,降水偏多;土壤湿度正异常年的情况大致相反。进一步的分析表明,春季华南土壤湿度与同期长江中下游及以北地区土壤湿度存在明显的负相关关系。春季华南土壤湿度负（正）异常年的同期华北到长江中下游区域土壤湿度为正（负）异常,将导致南部区域的地表温度异常升高（降低）,北部地表温度异常偏低（偏高）,并通过改变地表对大气的加热,引起夏季大气环流的异常,最终造成夏季降水异常。     

东北亚地区夏季850 hPa南风异常与东北旱涝的关系

利用东北地区均匀分布的80个测站40年(1961～2000年)夏季月降水资料和同一时期北太平洋海温及NCEP/NCAR月平均再分析等资料,首先分析了东北亚地区夏季850 hPa南风异常特征,然后讨论了这种异常与东北降水的关系及其物理意义,最后给出了东北亚地区夏季南风异常的某些前兆特征.结果表明,东北亚地区夏季南风的强弱变化不仅与东北旱涝存在着十分密切的关系,而且对大范围大气环流异常也具有非常敏感的反应,东北亚地区南风异常的出现还具有前冬和前春北太平洋海温和500 hPa大气环流异常的前兆信号.     

区域性旱涝与海温特征分布的相关链模型

文章分析了长江中下游夏季旱涝年前期冬春太平洋海温特征分布,揭示了旱涝年前期太平洋海温“强信号”的分布特征,提出了夏季中国长江中下游区域旱涝年低纬海温纬向反位相模型．为了研究长江中下游旱涝成因,还进一步探讨了北半球大气环流动力结构对北太平洋海温热力异常时空分布的响应特征及其相关链物理模型框架,揭示出北太平洋海温不同区域热力结构对北半球环流型特征影响的动力学机理及其类似经向波列特征．另外,还建立了区域旱涝前期海洋－大气时空相关的统计－动力模型,并提出了强信号因子响应判别拟合度方法．     

赤道东太平洋海温正异常对西太平洋副高影响的数值模拟研究

利用LASG九层大气环流谱模式及IAP两层大气环流模式，模拟研究了不同持续时间的赤道东太平洋海表温度正异常(海表温度异常的持续时间分别为1月份，1～2月份，1～4月份及1～8月份，其他月份为气候SST)对西太平洋副高的影响。结果表明，尽管海表温度异常的持续时间不同，但其引起的西太平洋副高的异常演变及其分布却十分相似；同时，季风区的异常降水(进而异常潜热释放)随时间的演变及其分布也存在一定的相似性(对应于不同持续时间的赤道东太平洋的海表温度正异常，5月份印度洋至西太平洋地区都表现出赤道辐合带北移偏晚的特征)；季风区降水的这种变化同西太平副高的异常是一致的，从而揭示出这两种现象有可能存在着某种联系。结果还表明，导致这种大气响应场对赤道东太平洋海表温度异常持续时间不敏感的一个重要原因是大气内部过程的影响:中纬大气的内部Rossby波源维持了热带地区激发的扰动在中高纬的存在，同时大气内部Rossby波源对赤道太平洋地区的海表温度异常持续时间表现出不敏感性，正是由于这种不敏感性才导致了响应场对赤道太平洋地区海表温度异常持续时间的不敏感性。模拟结果还表明，在夏季赤道东太平洋存在海表温度正异常的情况，尽管大气内部动力过程的作用十分重要，但夏季赤道东太平洋海表温度正异常对夏季西太平洋副高的影响却明显存在，因此，基于赤道太平洋地区海表温度异常的夏季西太平洋副高的可预报性受到赤道东太平洋海表温度正异常及大气内部动力过程的双重影响。模式的依赖性研究表明，模拟结果具有一定的普遍性。     

山东半岛夏季降水异常的环流型及影响因子分析

利用1961—2016年华东地区106个气象观测站的日降水数据和再分析资料,分析引起山东半岛夏季降水异常的大气环流型及其与前期下垫面因子（海温和土壤湿度）的关系,结果发现：1）当孟加拉湾出现西南风异常,日本列岛以南和贝加尔湖西南侧地区分别呈反气旋和气旋式环流异常时,加强了向山东半岛的水汽输送,配合区域大气上升运动异常最终导致山东半岛夏季降水偏多;反之,当孟加拉湾出现西北风异常,日本列岛以南和贝加尔湖西南地区分别呈气旋和反气旋式环流异常时山东半岛降水偏少。2）孟加拉湾和北太平洋中部关键区的对流层整层位势高度与下垫面海温自春季持续至夏季存在显著正相关,当两个地区的整层位势高度均呈正异常时,分别对应夏季孟加拉湾的强西风气流和日本列岛以南的反气旋环流异常。3）区域土壤湿度异常引起的感热和潜热通量异常,可能是引起贝加尔湖关键区位势高度和山东半岛局地对流异常的原因：贝加尔湖西南地区土壤湿度偏大时,其上空对流层位势高度为负异常;山东半岛地区土壤湿度偏大时,其上空对流层大气出现异常上升运动。4）利用关键区春季下垫面因子（海温和土壤湿度）建立山东半岛夏季降水的统计预测模型,留一交叉检验的距平同号率达到75%。这些结果可为山东半岛夏季降水预测提供重要参考。     

2000年以来夏季长江流域降水异常研究

根据1880年以来中国夏季的雨型、1890年以来长江中下游梅雨以及1951年以来北半球大气环流等资料,利用物理统计分析的方法,研究了2000年以来夏季长江流域降水异常特征及东亚大气环流背景。结果表明,20世纪50年代至70年代后期我国夏季主要多雨带位置偏北,黄河流域、华北一带降水偏多,长江流域降水偏少,长江中下游梅雨偏弱;70年代后期到90年代末我国夏季主要多雨带南移,长江流域进入多雨期,长江中下游梅雨偏强,黄河流域、华北地区则转入少雨期;但是2000年以来的夏季,在黄河流域、华北地区仍维持少雨的背景下,主要多雨带却徘徊在黄河与长江之间及华南、江南长江流域降水显著偏少,梅雨异常偏弱,空梅频繁出现,长江流域、黄河流域及华北地区同处在持续少雨位相和干旱频发阶段,这种同步振荡的异常现象历史上极为少见。夏季东亚环流型的特殊配置是2000年以来夏季长江流域持续少雨的主要原因之一,这与2000年以前长江流域夏季少雨的环流背景不一样。     

长江中下游夏季降水及其与全球热通量的关系

统计分析了1951-2002年52 a长江中下游夏季降水的年际和年代际变化特征.结果显示:长江中下游夏季降水在20世纪60、70年代处于少雨期,80年代旱涝相间,90年代处于多雨期,而且年际异常和年代际异常的配置决定了旱涝的强弱.在此基础上,分析了长江中下游夏季旱涝年的前期潜热和感热通量在年际和年代际尺度上的异常合成场,以及夏季旱涝年同期大气环流场及风场的异常合成场.结果表明:中北太平洋西部(T区)和日本以东洋面(R区)当年春季热通量的异常分布形势是长江中下游夏季旱涝的一个前期讯号.     

关于西太平洋副热带高压的垂直环流结构和年际变动特征及其机制研究

采用１９９８年南海季风试验期间的高质量高分辨资料和ＮＣＥＰ提供的４０年再分析资料以及相关的海温和副高参数资料，研究了西太平洋副热带高压的垂直环流结构和年际变动特征及其与东亚副热带夏季风和外强迫的关系。发现在月平均图上，西太平洋副高中心（或脊线）附近看不到下沉气流，但在候平均图和日平均图上脊线附近的若干区域下沉气流明显。这表明西太平洋副高的准定常和瞬变部分的环流结构特征有显著不同。在副高北侧东亚副热带季风雨带上有暴雨发生时，其凝结海热激发的经圈环流对相应经度上的副高脊线附近的下沉气流有显著贡献。分析表明，脊线附近高（低）空的下沉气流分别来自副高北（南）侧，表明副高是中高纬和低纬度系统相互联结的纽带。相关统计指出，夏季西太平洋副高的三个参数（面积、强度和脊线纬度）与长江中下游降水存在很高的相关，降水偏多（少），副高面积偏大（小），强度偏强（弱），脊线偏南（北），这说明与降水相应的凝结潜热对副高的年际异常有重要影响。近海海温和东亚海陆热力差指数与夏季长江中下游降水和副高三参数均存在显著的相关，这表明东亚经向和纬向海陆热力差是影响副热带夏季降水和西太平洋副高年际变化的基本因子。数值试验结果指出，近海海温异常所形成的     

PJ遥相关型对长江中下游夏季降水影响的不对称性

利用1979-2015年海洋和大气再分析资料,基于夏季太平洋-日本遥相关型(PJ)指数,讨论了PJ指数在极端正负年份长江中下游降水位置和强度异常的不对称响应及其可能原因。结果表明:在PJ负位相年(对应El Niňo次年),长江中下游降水显著偏多,中心分别位于江淮流域和日本南部;而在PJ正位相年(对应La Niňa次年),长江中下游降水减少却不明显。研究发现:在PJ负位相年,中东太平洋、印度洋、南海地区海温明显偏暖,菲律宾海上空有异常反气旋响应,长江中下游地区有异常气旋响应;而在PJ正位相年则反之。在PJ负(正)位相年,菲律宾海异常反气旋(气旋)和长江中下游地区异常气旋(反气旋)明显偏强(偏弱),由此导致长江中下游降水位置和强度异常存在不对称响应。基于大气环流模式ECHAM4.8的敏感性数值试验结果表明,即使印度洋海温偏暖与偏冷程度相当,但由偏暖印度洋海温激发的菲律宾海异常反气旋也明显偏强,从而造成长江中下游地区降水偏多程度大于偏少程度。由此印证的事实是:El Niňo次年(PJ负位相年)长江中下游夏季降水偏多的预测技巧高于La Niňa次年夏季降水偏少的预测技巧。     

中国东部夏季降水的主相关型及其环流特征

将中国东部夏季降水单点相关图中达统计显著性标准台站数最多的相关分布型定义为主相关型,讨论了与该雨型对应的环流异常特征。结果表明：长江中下游和河套地区的夏季降水对中国东部地区具有较好的空间代表性,且它们呈反相关变化,可以利用这两个地区的降水之差来描述中国东部夏季降水的最主要雨型。当雨带位于河套地区、长江中下游少雨时：长江中下游为偏东风,太平洋Ｗａｌｋｅｒ环流偏强,南亚了风环流偏强,南亚高压位置偏北。     

春季格陵兰海冰与夏季中国气温和降水的关系

采有英国Hadley中心的GISST海冰面积资料，NCFP／NCAR再分析资料以及中国160站气温和降水资料，分析了春季格陵兰海冰面积与夏季中国区域气温和降水的关系。初步研究表明，春季格陵兰海冰面积变化和随后夏季我国黄河长江中下游之间地区气温以及8月份华北和西南地区降水呈明显正相关，而和6月黄河中上游地区降水则具有明显的负相关。同时，春季格陵兰海冰异常时期对应着北半球大气环流的明显主为化，表明海冰与我国气温及降水之间的联系具有一定的环流背景。     

春季海平面气压指数与我国夏季降水的关系

对近五十年全球海面平气压场和我国夏季水资料进行奇异值分解，得到海平面气压场与夏季降水的分布特征及其反映年际变化的关键区，据此分别构造了春季（3－5月）经向气压指数（IMP),纬向气压指数（IZP）。结果表明；长江中下游夏季旱涝的发生与前期春季的环流异常有关，春季IMP和IZP与长江中下游夏季降水有很好的相关性，并能有效地反映极端降水（旱／涝）情况。在强（弱）气压指数年，长江中下游地区降水偏多（少）。同时两气压指数与华南地区夏季降水有显著的负相关，这与我国东部长江中下游与华南地区降水互相关相一致。因此，春季IMP和IZP具有预报意义。