长江下游旱涝与夏半年欧亚环流30～60天振荡的年际变化

对 2 5a(1 971～ 1 995年 )逐候东半球热带外 50 0 h Pa高度距平场进行小波分析和旋转主成分分析 ,研究了 30～ 60 d低频振荡的时空变化及其与长江下游夏季旱涝和暴雨频数年际变化的关系。结果表明 :6～ 1 0月欧亚型 (EU)低频振荡强度与长江下游暴雨频数成显著负相关 ,同时 ,提出了能揭示变量间非线性关系的对比函数分析 (CFA)方法 ,发现当 5～ 8月西太平洋型 (WP)低频流型偏强时 ,长江下游暴雨频数增加 ,容易发生洪涝 ;反之 ,无明显影响。仅当前期 3～ 5月南亚大陆型偏强时长江下游降水量偏少 ,而 3～ 5月南亚大陆型偏弱时暴雨频数明显增加。因此 ,长江下游旱涝与低频流型异常之间同时存在线性和非线性相关。     

基于20—30d振荡的长江下游地区夏季低频降水延伸期预报方法研究

用长江下游降水低频分量和环流低频主成分,构造多变量时滞回归模型(MLR)和主成分复数自回归模型(PC-CAR)的混合预报模型(MLR/PC-CAR),对长江下游降水低频分量进行延伸期逐日变化预报,延长预报时效。通过2011年6—8月预测试验表明,20—30 d时间尺度的长江下游低频降水预测时效可达50 d左右,采用南半球中高纬度地区850 hPa低频经向风的主成分作为预测因子的模型的预测精度明显高于东亚地区低频经向风作为预测因子的模型。这表明在20—30 d时间尺度上,长江下游降水与南半球中纬度绕球遥相关(SCGT)型有关的主分量的时滞相关更加密切。进一步对于较强20—30 d振荡的多年资料构建的MLR/PC-CAR混合模型预测试验表明,SCGT是预测夏季长江下游低频降水未来50 d变化的显著信号。基于SCGT的发展和演变,对于把握类似长江下游地区2011年6月初旱涝急转和7月中旬持续降水和强降水过程异常变化过程很有帮助,SCGT可以作为夏季长江下游20—30 d低频降水和强降水过程进行延伸期预报的主要可预报性来源之一。     

长江下游地区6—9月暴雨过程延伸期预报的探索

通过使用低频天气图上大气低频系统(低频气旋和低频反气旋),分析上海地区(长江下游)的暴雨(≥50 mm)过程发生时段低频系统的地理位置和相互配置,并根据近年75次暴雨过程中每次暴雨过程的低频系统演变,归纳合成得到低频预测模型:一种是长江下游北—西北方为低频反气旋,南—东南方是低频气旋(A型);另一类与A型相反,北—西北方是低频气旋,南—东南方是低频反气旋(B型)。最后分析了低频预测模型的物理意义,表明暴雨发生期有西北向东南同时有东南向西北的低频波列(位势高度和水汽通量)在30°N、120°E附近汇合,引起降水。同时低频系统的维持也与扰动动能有关。     

长江中下游典型涝年准双周振荡特征及其影响分析

针对长江下游典型涝年（1999、2016和2020年）,通过全域功率谱分析和Lanczos滤波方法提取准双周振荡（QBWO）分量;并采用再分析资料进行同位相合成,揭示不同典型涝年共性特征及其各自的关键影响因子。结果表明：（1）1999、2016和2020年是长江下游地区最为典型的涝年,存在10—20 d显著的准双周振荡周期,且6—7月更为明显。（2）中、高纬度地区高层低频环流呈现扰动波列分布,有利于“两脊一槽”大尺度背景的维持和下游扰动增强,引起长江下游地区低频垂直运动变化,进而造成降水异常。低纬度地区准双周振荡是长江下游低频变化的另一来源,低层低频涡旋以10°N为轴对称分布,低频辐散风由中国南海指向长江下游地区,热带对流活动低频变化可通过低频大气环流影响长江下游降水。高、低纬度低频大气环流配合热源强迫存在相向运动,叠加低频水汽强烈辐合,为长江下游地区降水偏多提供有利条件。（3）3个长江下游典型涝年降水分布特征及其关键影响因子存在不同。1999年,西北太平洋上低频反气旋环流偏强、偏西,辐散风由中国南海指向长江下游地区,低频水汽来源为孟加拉湾和中国南海地区。2016年,对流层低层南、北低...     

2013年初夏长江下游降水低频分量延伸期预报的多变量时滞回归模型

用长江下游降水低频分量和南半球中纬度地区850 hPa低频经向风主成分,建立多变量时滞回归 (multivariable lagged regression, MLR)模型,对2013年6—7月长江下游降水低频分量进行延伸期逐日变化预报试验。结果表明, 20~30 d时间尺度的长江下游低频降水预测时效可达25~30 d。进一步对2001—2012年资料分别构建的MLR模型的历史回报预测试验表明,对于20~30 d振荡较强和正常的年份,南半球中纬度绕球遥相关(south circum global teleconnection, SCGT)波列是预测初夏长江下游低频降水未来30 d变化的显著信号。基于南半球SCGT的发展和演变,对于提前20 d以上预报长江下游地区2013年7月上旬持续强降水过程异常变化过程很有帮助,南半球热带外环流低频变化是影响初夏长江下游地区延伸期强降水变化的重要因子之一。     

华南持续性强降水期间低频非绝热加热对低频环流的影响

利用站点降水资料和再分析资料针对华南地区5—8月的持续性强降水过程,分析了低频异常非绝热加热的时空分布特征及其对低频大气环流的可能反馈作用。得到如下结论:5—6月和7—8月华南持续性强降水期间10—30 d低频非绝热加热的演变特征有所不同,5—6月持续性强降水发生前低频非绝热加热大值区从30°N(107°—115°E)以北向南传播发展至华南地区,而在7—8月降水前非绝热加热大值区从中国南海中部向西北方向传播,并在降水最强盛期到达华南。异常环流型控制着持续性强降水的强度和位置,从而决定异常凝结潜热的演变特征。异常凝结潜热则是通过影响涡度倾向变化而对大气环流有一个反馈作用。对于发生在华南5—6月和7—8月的这2组持续性强降水过程,当降水处于发展阶段,在低频非绝热加热作用项和低频涡度平流项的共同作用下,华南上空中层存在显著的10—30 d低频正涡度倾向变化,有利于低频气旋式环流的进一步发展。非绝热加热作用项主要由加热率的垂直梯度决定,涡度平流项则与气候背景风场有密切关系。5—6月持续性强降水期间涡度平流项位于非绝热加热项东侧,而7—8月持续性强降水期间涡度平流项位于非绝热加热项北侧。在持续性强降水的衰亡期,由于非绝热加热项和涡度平流项转为负值,华南被负涡度倾向变化控制,低频气旋式环流迅速消亡。     

我国九大气候区降水特性及其物理成因的研究Ⅱ——我国各区降水与环流因子的关系

利用ECMWF的格点风和位势高度场资料，对1998年夏季热带内外地区大气低频振荡特征进行了分析研究。结果表明，亚洲季风区的季节内振荡非常显著。850hPa季节内振荡纬向风的经向传播揭示出南海地区的西风振荡受南北两支西风的共同影响。与长江流域特大洪涝密切相关的大气环流系统(乌拉尔阻高和西太平洋副高)对季节内振荡有较强的响应。在欧亚范围，持续性异常环流十分活跃，大气低频波的活动与环流持续异常的形成有密切的联系，季节内振荡是高低纬环流持续异常同时发生的纽带。其低频(30—60d)遥相关型的分布同江淮洪涝年的波列结构相类似。     

对流凝结加热的垂直分布与低纬大气的30～60天低频振荡

运用一个包含Wave-CISK机制的斜压半地转8层模式和本征函数展开方法，研究了三种不同的对流凝结加热廓线对低纬大气的30—60天低频振荡的影响。研究表明，不同的加热廓线分布时30～60天低频振荡具有不同的相速和周期，并且低频振荡特征相速的量级都是o(10m／s)，由Wave-CISK机制激发的低频CISK—Kelvin波和CISK—Rossby波都是稳定的。同时，还进一步揭示了不同加热廓线对低纬大气30～60天低频振荡垂直结构的影响。     

2010年南方持续暴雨期大气环流异常及其低频特征研究

利用NCEP／NCAR逐日再分析资料以及国家气候中心台站降水资料等,应用多变量经验正交函数展开（MV—EOF）等方法,对2010年南方持续暴雨期大气环流异常及其低频特征进行了分析。结果表明：2010年东亚夏季风异常偏弱、西太平洋副热带高压位置异常偏南、三次季风涌的出现和高空急流与散度场活动异常及其相互配合,是南方降水异常的主要影响系统;对风场和降水场MV-EOF空间型分布的分析显示,低频降水中心与200hPa的气流辐散中心和850hPa辐合中心相关联;降水的第一模态反映了东亚夏季风的气候态演变,第二、三模态反映了夏季风在季节性推进过程中不同尺度的低频振荡,7月前半月和6月中下旬,第二、三模态分别处于低频振荡的正位相,使长江中下游梅雨和华南前汛期延迟结束,并且增强了江南的梅雨降水,夏季风的气候态演变和低频振荡相叠加导致2010年我国南方暴雨频发。     

1991年江淮特大暴雨与东亚大气低频振荡

本文分析了１９９１年江淮特大暴雨期间东亚大气低频振荡活动。从低频振荡特征看，江淮雨量和东亚风场中低频振荡现象是普遍存在的，风场的振荡周期具有显著的地域和频域分布特征。从低频波的传播看，这一梅雨过程的两个异常阶段（５月下半月和７月上半月），东亚风场低频波的水平传播方向发生了显著的变化。分析指出，低纬地区低频波虽有不同传播方向，但都将暖湿空气以低频形式输送到江淮以南，它与北侧的低频冷空气在江淮地区相互作用，从而导致该地区以低频形式出现的３场特大暴雨。     

2012年我国夏季降水预测与异常成因分析

本文对2012年我国夏季降水的实况和预测进行简要回顾,发现2012年夏季降水大体呈北方涝、长江旱的分布,主雨带位于黄河流域及其以北,降水异常偏多的区域主要位于西北大部、内蒙古和环渤海湾,黄淮与江淮地区降水偏少,江汉至淮河上游一带干旱严重;预测的主雨带位于华北南部至淮河,较实况偏南。对我国北方降水异常偏多的成因分析表明:2012年夏季欧亚中高纬地区阻塞高压（简称阻高）强盛,同时东北冷涡活动频繁,中高纬500 hPa高度场从西至东呈“+-+”的分布,这种环流形势没有造成长江洪涝是因为东亚夏季风异常偏强,同时西太平洋副热带高压（副高）偏北,冷暖空气对峙于我国北方地区,导致北方降水异常偏多。分析还表明阻高、东北冷涡、东亚夏季风和副高这四个系统的不同配置影响着冷暖气流的对峙位置,进而形成我国夏季的主雨带。最后通过定量和定性判断相结合的方法,选取了2012年夏季降水的最佳相似年和最佳相反年,对比分析了2012年夏季降水与其最佳相似年和最佳相反年的海温演变与东亚夏季风环流系统主要成员的差异:1959年夏季降水作为2012年夏季降水的最佳相似年,虽然海温及东亚夏季风系统关键成员异常不明显,但是和2012年也呈近似相反的特征;而1980年夏季降水作为2012年夏季降水的最佳相反年,海温及东亚夏季风环流系统关键成员和2012年呈显著的反向特征,这些观测事实反映了我国夏季降水与海温及东亚夏季风环流系统关键成员这些主要影响因子之间关系的年代际变化。     

东亚夏季风的低频振荡及其与500hPa角动量输送变化的关系

本文用谱分析和经验正交函数分析了1986年夏季风时期亚洲高空越赤道气流和低空赤道西风的低频振荡特征。高低空两支季风气流的30—50天滤波序列的主要经验正交函数能较好地反映亚洲夏季风低频振荡的空间特征。根据EOF1时间序列的振荡位相可以确定东亚夏季风活跃/中断的具体时间。后延相关揭示出北半球500hPa中低纬角动量输送的经向交换同东亚夏季风的低频活动有密切关系。      

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。     

华南前汛期的锋面降水和夏季风降水 II. 空间分布特征

利用中国730站降水资料和第I部分(郑彬等,2006)得到的华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期,计算出1958-2000年华南前汛期锋面降水量(强度)和季风降水量(强度)的序列,采用EOF和扩展EOF分析方法,得到华南前汛期降水的几个主要分布型,并探讨锋面降水与季风降水的可能联系。分析结果表明:华南前汛期的锋面降水和季风降水分布主要有三种类型——全区旱涝型、西南涝(旱)东北旱(涝)型、东南涝(旱)西北旱(涝)型。各分布型的时间系数与850 hPa风场的相关结果表明不同的分布对应着不同的低层环流形势。统计结果显示华南前汛期锋面降水的分布形式与季风降水的分布形式有一定的对应关系。     

1986—1987年北半球冬季亚澳地区大气环流异常及其与西太平洋SST异常的联系

1986—1987年冬季亚澳地区大气环流异常主要表现在北半球中纬盛行纬向气流,副热带西风急流、西太平洋副热带高压脊及ITCZ位置异常偏北;西北太平洋热带气旋活动频繁;赤道盛行异常西风和异常南风;澳大利亚海平面气压偏高等现象。在这种大气环流异常形势下,东亚地区冬季风偏弱,冷空气主要在偏北地区东移,温度异常偏高,中国北方降水偏多,南方降水偏少。与此同时,澳大利亚夏季风偏弱并推迟一个月建立,整个澳大利亚地区降水偏少。大气环流异常是从低纬开始的。ITCZ位置异常偏于北半球,比其他环流系统异常要早一个月以上发生。1986年夏季以来,西太平洋赤道附近及其偏北地区SST始终维持异常偏高,可能是造成ITCZ异常偏北的原因,并进而引起瓦克环流减弱和南方涛动指数(SOI)偏低,从而对1986—1987年的ENSO事件的发生起了促进的作用。1986年夏秋季节西北太平洋30°N950hPa上北风异常,冬季南风异常又可能是引起西太平洋SST异常分布的原因,因此,1986—1987年冬季亚澳地区的异常事件必须从海—气相互作用的观点来加以说明。      

春季欧亚大陆地表气温变化特征的气候意义

研究了春季欧亚大陆地表气温的年际变化及其相联系的环流场特征，发现春季欧亚大陆地表气温年际变化呈现为大陆尺度的南北跷跷板式的空间分布特征， 即当中高纬度地表气温为正距平时，副热带地区则为负距平，反之亦然。这种空间分布型代表了欧亚大陆中高纬度地表气温年际变化的主要特征。进一步的研究表明，这种变化与前期冬季北大西洋涛动（NAO）有着显著的正相关，而与同期的NAO无关。同时，欧亚大陆地表气温异常存在着明显的从冬到夏的持续性。与东亚初夏气候变化关系的研究表明，春季欧亚大陆地表气温的变化通过影响鄂霍次克高压的变化进一步影响初夏梅雨的变化。当春季欧亚大陆中高纬度地表气温为正距平时，鄂霍次克高压偏强，初夏梅雨较活跃，反之亦然。     

Relationships between the global general circulation and the indian summer monsoon

The relationships between the global general circulation and the Indian monsoon during active and break phases are investigated with the help of FGGE IIIb data.It was found that the ultralong wave component positive and negative height anomalies over Tibet are associated with active and break monsoon phases respectively. This ultralong wave component has significant effect even upto 22oN over the Indian region which is the monsoon trough region. During a monsoon break, the general circulation was found to be more turbulent in the sense that more waves become energised.It was observed that during a break, blocking prevails over the Siberian region and cold air advection takes place toward Indian region from Siberian region depressing the temperatures over the Indian region by about 1oC. During the break, the Indian region gets connected with higher latitudes by the south winds blowing from polar Soviet re-gions to the Indian region. From active to break phase the zonal component weakens by about 25% from Indian ocean area right upto Alaskan region, along the east coast of Asia.     

Empirical Orthogonal Function (EOF) analysis of monsoon rainfall and satellite-observed outgoing long-wave radiation for Indian monsoon: a comparative study

Summary The present study involves the use of Empirical Orthogonal Function (EOF) analysis/Principal Component Analysis (PCA) to compare the dominant rainfall patterns from normal rainfall records over India, coupled with the major modes of the Outgoing Long-wave Radiation (OLR) data for the period (1979–1988) during the monsoon period (June–September). To understand the intraseasonal and interannual variability of the monsoon rainfall, daily and seasonal anomalies have been obtained by using the (EOF) analysis. Importantly, pattern characteristics of seasonal monsoon rainfall covering 68 stations in India are highlighted.The purpose is to ascertain the nature of rainfall distribution over the Indian continent. Based on this, the percentage of variance for both the rainfall and OLR data is examined. OLR has a higher spatial coherence than rainfall. The first principal component of rainfall data shows high positive values, which are concentrated over northeast as well as southeast, whereas for the OLR, the area of large positive values is concentrated over northwest and lower value over south India apart from the Indian ocean. The first five principal components explain 92.20% of the total variance for the rainfall and 99.50% of the total variance for the outgoing long-wave radiation. The relationship between monsoon rainfall and Southern Oscillations has also been examined and for the Southern Oscillations, it is 0.69 for the monsoon season. The El-Niño events mostly occurred during Southern Oscillations, i.e. Walker circulation. It has been found that the average number of low pressure system/low pressure system days play an important role during active (flood) or inactive (drought) monsoon year, but low pressure system days play more important role in comparison to low pressure systems and their ratio are (16:51) and (13:25) respectively. Significantly, the analysis identifies the spatial and temporal pattern characteristics of possible physical significance.     

东亚冬季风变化若干统计事实

利用EOF（VEOF）分析方法对1956-2005年东亚冬季风和大气环流场的统计特征进行了分析。结果表明：东亚冬季风存在2个模态,其中第2模态变化在冬季风年代际变化和长期变化趋势中起着较重要的作用;冬季风以及大气环流年代际异常在1980年前后发生了突变;冬季风的年代际变化与中国冬季气温、降水年代际关系密切。