热带大气季节内振荡对江西5月降水的影响

利用实时的热带大气季节内振荡(MJO)指数和江西省83个台站降水资料,通过位相合成方法分析了MJO对江西5月降水的影响。(1) 在强MJO第4～5位相(MJO活动中心位于赤道印度洋东部印尼群岛附近)江西降水为正异常,在第6～8位相(MJO活动中心位于西太平洋以东)和第1～3位相(MJO活动中心位于赤道印度洋)为负异常,其中以第4位相的正异常和第7位相的负异常最明显。(2) 当MJO对流中心位于印尼群岛附近时,副高西伸脊点偏西,处于异常西南风控制,从西太平洋副热带地区向江西输送的水汽加强,位于水汽辐合区内,受上升运动控制,有利于江西出现降水。当MJO传播至西太平洋地区时,江西转为受异常偏北风控制,水汽输送减弱,为水汽辐散区,受下沉运动控制,不利于江西出现降水。      

MJO对华南前汛期降水的影响及其可能机制

利用站点降水资料、实时多变量MJO(Madden-Julian Oscillation)指数、向外长波辐射(OLR)资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用合成分析方法研究了MJO对华南前汛期降水的影响,并讨论其可能机制。结果表明,(1)在MJO不同位相,华南前汛期降水异常有明显的差异,并且这种差异随滞后时长而发生变化。第2~3位相和第6~7位相分别是影响华南前汛期降水的典型"湿位相"和"干位相"。(2)华南前汛期降水对MJO的响应需要一定时间,滞后时长约为1~2候。(3)MJO活跃(受抑)对流可通过激发Rossby波影响华南前汛期降水。当MJO活跃(受抑)对流中心位于赤道印度洋附近时,非绝热加热作用激发的Rossby波到达并影响华南地区,华南地区出现水汽供应的增强(减弱),从而促进(抑制)华南前汛期降水。     

热带印度洋MJO对4—6月长江中下游地区降水的影响

利用站点降水资料、美国气候预测中心(CPC)的MJO指数和NCEP/DOE AMIP-II再分析资料,研究了热带印度洋MJO对4—6月长江中下游地区降水的影响及可能机制。(1) 热带印度洋MJO对长江中下游地区降水有显著影响:热带印度洋MJO偏强(偏弱)时,同期以及滞后1～2候时该地区降水偏多(偏少)。(2) 热带印度洋MJO处在不同位相时,大尺度背景场有明显的差别:热带印度洋MJO偏强(偏弱)时,同期以及滞后1～2候时MJO活跃对流中心位于热带印度洋(西太平洋),西太平洋副热带地区表现为反气旋性(气旋性)环流异常,孟加拉湾为气旋性(反气旋性)环流异常,长江中下游地区出现了异常上升(下沉)运动,水汽辐合增强(减弱);伴随MJO的东传,水汽输送异常来源有所变化。(3) 热带印度洋MJO通过激发Gill型响应和Rossby波列,对长江中下游地区降水产生影响。      

MJO活动对广西6月阶段性降水的影响研究

使用1961~2013年广西80个气象观测站的日降水资料和NOAA OLR、NCEP/NCAR风场、高度场再分析资料。结果表明:当MJO第10位相时广西降水偏多,第1位相时偏少,第2位相时偏多,第3位相时大部偏少的周期性分布特征。原因可能为副热带高压随着MJO向东移动而减弱东移,而且影响着中高纬度地区的波列分布和转播,当MJO对流位于第10、2位相时,形成的槽脊位置有利冷空气南下影响广西,使降水发生;在MJO对流所处位相向东移动过程中,当位于印度洋西部时孟加拉湾水汽输送到达广西最强,随着逐渐向东减弱,当位于第2位相以后,广西上空水汽输送来源转为南海地区。从不同位相来看,当MJO对流位相距离广西稍远时,MJO不同位相时哈德莱上升支的主要区别在上升气流高度略有不同和高空的强上升气流区分布范围不同。     

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。      

同期MJO对广西汛期强降水过程的影响

使用1978~2013年广西80个气象观测站的日降水资料、NOAA MJO指数逐候资料和OLR逐日资料,研究MJO活动对广西汛期强降水的影响,得到结果:当MJO对流所处各位相位于第1位相(80E)时,广西暴雨频数偏少;当MJO对流所处各位相位于第3位相(120E)时,广西暴雨频数偏多。广西降水与赤道MJO对流和中纬度季节内振荡有密切的关系,赤道地区MJO对流强度偏强,有向北传播时广西降水偏多,赤道地区MJO对流强度偏弱时广西降水偏少。     

热带季节内振荡对广东6月降水的影响

利用1979—2008年共30年广东省86个测站的地面观测逐日降水资料和NCEP-DOE第二套分析资料的大气多要素日平均资料,分析热带大气沿赤道东传的季节内振荡（MJO）对广东6月降水的影响及其物理过程。结果表明:6月MJO活动对广东降水的调制作用与前汛期（4—6月）期间其它月份不同,对6月广东省降水正（负）异常有指示意义的是强MJO事件的第3（第６）位相。当赤道MJO处于第3位相时,西太平洋副热带高压明显加强西伸,来源于西太平洋地区的水汽随副高边缘向广东输送明显加强,广东水汽通量明显增加,从而导致广东降水加强。而第６位相的情况基本相反。强MJO第3位相造成西太平洋副热带高压偏强偏西的物理机制与大气对东印度洋非对称热源的响应有关。2010年6月广东两次持续性强降水过程与MJO强度较强且处于第3位相这种活动状态密切相关,进一步证明赤道MJO活动对广东6月强降水的重要指示作用。该结果有助于拓展广东强降水的预报思路,结合动力模式产品将有助于延长预报时效。      

MJO对春季中国东部大气环流和降水的影响

利用再分析资料分析了MJO（Madden-Julian Oscillation）不同位相对春季中国东部降水的影响。结果表明：MJO处于位相3时对应长江及其以南地区降水增多,处于位相7时该区域降水减小。当热带MJO对流从位相1东传至位相4,与其相伴的北向辐散辐合流会在印度东北部—长江及副热带西北太平洋地区的对流层中低层产生明显的辐合异常,且在MJO位相3时中国东部的辐合异常达到最大。从Rossby波源角度分析,这种辐合异常会增强对流层中低层气旋性环流,导致MJO处于位相3时长江流域及其以南地区降水增多。同时,利用现代次季节和季节预报业务系统探讨了MJO与降水的关系对降水预报技巧的影响,发现预报降水和再分析产品的相关系数在MJO处于位相3和7时有所增加。     

雷州半岛前后汛期干旱的成因分析

利用徐闻站和湛江站1960—2015年4—10月的降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,根据1倍标准差的原则对前、后汛期累计降水、无降水总日数和最长无降水日数3个变量进行偏大(小)年份的极端值判断,并在此基础上根据选出来的干旱年对500 h Pa位势高度、850 h Pa风场和水汽输送垂直积分异常分布进行合成分析。结果表明:徐闻站和湛江站的无降水日数在前后汛期变化趋势比较一致,但是最长无降水日数在前后汛期趋势显著不同;湛江站和徐闻站前后汛期干旱异常年对应的副高异常有着明显正异常关系,副高的正异常对于雷州半岛前后汛期干旱有着加强的作用;反气旋环流与反气旋式水汽环流控制下对湛江站前汛期和徐闻站后汛期干旱产生影响,而异常偏弱的季风环流和沿季风路径的水汽输送影响湛江站后汛期干旱,水汽输送辐散对徐闻站前汛期干旱有影响。     

广西前汛期降水变化特征及其与东南太平洋海温变化的因果联系

利用1979—2019年全国160站逐月降水资料、国家气候中心的西太平洋副热带高压特征指数逐月资料、英国Hadley中心逐月海表面温度资料以及NCEP/NCAR逐月再分析资料,结合小波分析、相关分析、信息流以及合成分析方法,分析了广西前汛期降水的变化特征及其与东南太平洋海温变化的因果联系。结果表明:近40 a来广西前汛期降水呈弱增多趋势,在1980年代末至21世纪初存在显著的3~5 a周期。在1980年代至1990年代初为少雨期,而在20世纪末至21世纪初期转为多雨期。东南太平洋是海温影响广西前汛期降水的关键区,同年春季以及同期该区域海温变化是造成广西前汛期降水变化的原因之一,海温升高(降低)能够部分导致降水的减少(增多)。同年春季海温偏冷年,关键区西侧为对流抑制,南太平洋出现异常反气旋环流响应,通过垂直环流引起澳大利亚西北侧上升运动异常,减弱了局地Hadley环流。该异常通过大气桥一方面使得副高增强增大,位置偏西偏南,有利于副高西侧的西南气流向广西输送水汽;另一方面使得广西地区上空局地Hadley下沉支减弱,受异常上升运动控制,对流增强,导致降水正异常。反之亦然。      

MJO对广东前汛期降水的影响

根据澳大利亚气象局MJO指数、国家气象局753站逐日站点资料、NCEP/NCAR全球再分析资料,通过合成分析研究了MJO活动对广东前汛期降水的影响。结果表明:MJO传播至东印度洋时广东降水为正异常,当其移至西太平洋时广东降水为负异常。MJO通过引起大尺度环流异常和大气垂直运动的异常对降水产生影响。当MJO传播至东印度洋时,副热带高压异常增强,广东为干冷偏北风和暖湿偏南风的交汇区且此时广东上空空气上升运动强烈,有利降水产生;当MJO传播至西太平洋时,副热带高压异常减弱,广东被偏北风控制且此时广东上空空气下沉运动强烈,对降水不利。     

热带大气季节内振荡对西南地区东部夏季降水的影响及其可能机制

利用1979~2013年6~8月的西南地区东部20个台站日降水量资料、逐日MJO(Madden-Julian Oscillation)指数、全球OLR(Outgoing Longwave Radiation)逐日格点资料以及NCEP/NCAR再分析日资料,采用合成分析和线性回归等方法,对夏季MJO不同位相活动影响西南地区东部夏季降水的原因及其可能机制进行了初步分析。研究表明,MJO与西南地区东部夏季降水之间存在着显著的关系,当MJO处于第4(第6)位相时,由于西太平洋副高位置偏南(偏北)、向西南地区东部的水汽输送偏多(偏少),在异常上升(下沉)气流影响下,西南地区东部夏季降水偏多(偏少)。MJO影响西南地区东部夏季降水的可能原因是:当MJO处于第4位相时,赤道东印度洋地区上空大气释放凝结潜热,其激发东北向传播的异常波动,进而影响东亚环流,使得西南地区东部出现夏季降水偏多的环流形势,西南地区东部夏季降水增多;但在第6位相时,西太平洋地区上空对流释放的凝结潜热,其激发PJ(太平洋-日本)型Rossby波列,出现不利于西南地区东部夏季降水的环流形势,西南地区东部夏季降水偏少。     

副高及其南侧偏东气流输送在福建前汛期降水中的作用

采取相关分析、累积距平等统计方法,分析了西太平洋副高与福建前汛期降水的关系。利用NCEP-NCAR再分析资料及垂直积分的水汽输送通量等资料,对比分析了福建前汛期旱涝年份环流形势及要素场差异。分析结果显示：(1)当副高偏南偏弱时有利于福建前汛期多雨。旱年对副高具有加强作用的西太平洋海温正距平区主要位于日本南面,造成副高偏强偏北。而涝年10-25°N西太平洋海温偏高,造成副高偏南。(2)旱(涝)年华南及福建低层西南暖湿气流输送明显减弱(增强)。不过,福建上空增强的西南水汽输送主要来自副高南侧的偏东气流转向。这一点,在实际的前汛期降水预报中对于孟加拉湾西南暖湿气流的作用将是一个有意义的新认识,值得进一步探讨。     

广西持续性区域暴雨对热带季节内振荡的响应特征

使用广西90个地面气象观测站逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料等,研究了广西持续性暴雨气候特征及其对热带季节内振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)的响应特征.结果 表明,沿海地区暴雨过程持续天数历史最长、持续性暴雨过程次数最多;前汛期持续性区域暴雨发生前期MJO多处于上游地区,随时间变化向东逐渐增多,暴雨发生时MJO处于印度洋中东部次数最多,此时副热带高压西伸到南海区域,广西处于副热带高压边沿,索马里越赤道气流夹带着水汽穿过印度洋,源源不断给广西送来丰富的水汽;后汛期持续性区域暴雨发生前期MJO位于海洋性大陆次数随时间临近增多,暴雨发生时MJO位于海洋性大陆西部次数偏多,此时副热带高压偏弱,广西上空为气旋性环流,越赤道水汽输送带明显比前汛期第3位相时宽大、偏强,在西南风引导下向广西移动,利于持续性区域暴雨维持.     

热带大气季节内振荡对华西秋雨的影响

热带大气季节内振荡(MJO)对中国的降水具有明显的调节作用,研究MJO对华西秋雨的影响对于提高华西秋雨的季节内预测能力具有重要的意义。利用1979 2012年9 10月澳大利亚气象局提供的实时多变量MJO指数、中国台站逐日降水资料以及NCEP再分析资料,通过异常合成分析的方法研究了MJO对华西秋雨的影响以及相应环流背景场的变化。研究表明,在MJO对流主体自西向东传播的过程中,华西地区的秋季降水量呈先增加后减少的趋势。当MJO对流主体位于印度洋中西部(1~2位相)时,华西秋雨偏多,当MJO对流主体位于印度洋东部至太平洋中西部(3~8位相)时,华西秋雨偏少。其中MJO对流主体位于中东印度洋(第2位相)和西太平洋(第7位相)时,华西地区秋季有降水最大正异常和最大负异常。与此同时,对应分析MJO不同位相上的高空形势场和中低空流场、水汽输送、垂直运动的异常变化发现:第1、2位相时,我国上空出现两槽一脊、西低东高的环流形势,此时华西地区冷空气活动频繁,且孟加拉湾、南海和西太平洋对华西地区的水汽输送较强,有利于干冷与暖湿气流在华西地区交汇,水汽辐合、上升运动亦显著,从而造成降水偏多;第7位相时,我国上空受较强的西风带长波脊控制,并且三个海区对华西地区的水汽输送较弱,水汽辐散、下沉运动亦较强,造成降水偏少。     

热带MJO对2009年11月我国东部大范围雨雪天气的可能影响

结合对历史资料的分析,研究了2009年11月热带地区一次强的热带大气季节内振荡（MJO）过程与11月我国东部大范围雨雪天气的可能联系,结果表明2009年11月强的MJO过程是我国东部大范围雨雪天气的一个重要的影响因子。MJO对流11月上中旬在印度洋地区异常活跃,尤其是MJO对流中心在第3位相（印度洋中东部）维持了9天（7—16日）,对应了11月两次最强的降水（雪）过程。对MJO历史事件的合成分析显示,当MJO对流位于印度洋时,我国东部大部地区降水概率明显增加,温度偏低,与2009年11月的实况一致。中高纬地区大气环流的异常有可能受到热带MJO对流强迫的影响,这种影响可能通过遥相关的方式来实现。当MJO对流位于印度洋时,有利于欧亚中高纬环流维持两脊一槽的分布,同时西太平洋副热带高压偏强偏西,东亚东部地区维持一条显著的对流活跃带,这些环流异常形势与2009年11月的实况也较一致,体现了MJO对热带外地区环流异常影响的一般特征。热带地区MJO对流的异常通过对流加热强迫,除引起大尺度纬向环流异常外,同样会引起经向环流异常,从而影响热带外地区环流。当MJO对流位于印度洋时,西太平洋地区为异常的下沉运动控制,东亚东部辐合上升,在热带和中纬度地区之间形成一个异常的经向环流圈,经向环流的存在进一步有利于低层低纬度水汽的向北输送,造成东部降水偏多。利用MJO的发展和演变,对于把握类似2009年11月这样的大范围雨雪气候异常很有帮助。      

全球变化背景下北半球冬季MJO传播的年代际变化

利用1979~2013年实时多要素MJO（Madden-Julian Oscillation）监测（RMM）指数,美国NOAA逐日长波辐射资料和NCEP/NCAR再分析资料等,分析了全球变化背景下北半球冬季MJO传播的年代际变化特征。从全球平均气温快速增暖期（1985~1997）到变暖趋缓期（2000~2012）,MJO 2~4位相频次减少,5~7位相频次增多,即MJO对流活跃区在热带印度洋地区停留时间缩短、传播速度加快,而在热带西太平洋停留时间加长、传播明显减缓。进一步分析发现,以上MJO的年代际变化特征与全球变化年代际波动有关。当太平洋年代际涛动（PDO）处于负位相时,全球变暖趋缓,热带东印度洋—西太平洋海温异常偏暖,使其上空对流加强,垂直上升运动加强,对流层低层辐合,大气中的水汽含量增多,该区域的湿静力能（MSE）为正异常。当MJO对流活跃区位于热带印度洋地区时,MJO异常环流对季节平均MSE的输送在强对流中心东侧为正、西侧为负,有利于东侧MSE扰动增加,使得MJO对流扰动东移加快;而当MJO对流活跃区在热带西太平洋地区,MJO异常环流对平均MSE的输送形成东负西正的形势,东侧MSE扰动减小,不利于MJO快速东传。因此,全球变化背景下PDO引起的大气中水汽含量及MSE的变化可能是MJO传播年代际变化的重要原因。     

1994年印度洋偶极子对两广地区后汛期降水异常的影响机理

利用1979—2017年中国地面气象台站2 400站中广东省和广西壮族自治区（简称两广地区）174站的逐日降水资料、英国Hadley中心的逐月海表温度资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料,分析了1994年华南后汛期（7—9月）期间印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole,IOD）对两广降水极端正异常的影响机理。结果表明,1994年的正位相IOD事件引起了两广地区后汛期偏多,影响机制主要为两方面：一方面,IOD东极子区域海温负异常时,水汽沿着印度北部-孟加拉湾北部-中南半岛-两广地区和孟加拉湾中部-中南半岛-两广地区的异常水汽输送通道向两广地区输送,使得两广地区水汽异常辐合;另一方面,IOD东极子区域海温异常偏低时,该地区对流层低层异常辐散、高层异常辐合、存在异常下沉运动,两广地区对流层低层异常辐合、高层异常辐散、受异常上升运动控制。上述物理机制共同作用,导致1994年后汛期两广地区降水极端正异常。     

MJO活动轨迹对贵州区域强降水过程延伸期预报的影响分析北大核心

通过对贵州省主汛期季节内振荡(Intra-Seasonal Oscillation,ISO)活跃年进行低频对流场和降水的合成分析,确定了影响贵州主汛期ISO和降水的热带印度洋(Indian Ocean,IO)低频对流关键区和南海(South China Sea,SCS)低频对流关键区,并利用MJO活动轨迹对贵州区域强降水过程开展了延伸期预报试验。将贵州省主汛期ISO位相划分为发展、峰值、减弱、抑制、谷值和恢复6个位相,发现贵州主汛期ISO活跃年的降水与本地区低频对流具有较好的对应关系,即在峰值位相时低频对流最强、降水正异常强度最强;在谷值位相时低频对流最弱、降水负异常强度最强。同时,热带和副热带低频对流场在贵州主汛期ISO波动的第1、4位相、第2、5位相及第3、6位相均呈反位相特征。在热带印度洋低频对流发展、并东传的过程中,有两条传播路径分别激发了孟加拉湾西南季风ISO活跃和南海热带季风ISO活跃共同影响贵州主汛期降水;在贵州主汛期有3个低频对流活跃期,IO关键区和SCS关键区ISO都有3次提前的低频对流加强。基于上述研究,分析MJO活动轨迹对贵州主汛期区域强降水过程的影响,发现热带印度洋MJO活动中心强度在贵州区域强降水过程发生前15 d~前3 d具有较好的持续性预报信号,提前9 d时正相关性最好。与延伸期预报业务规定的预报时段(未来11~30 d)相结合,通过确定贵州典型区域强降水过程发生前(提前量为10 d)至过程结束时段的MJO活动轨迹在历年中的最相似时段,发现MJO活动中心轨迹和强度对贵州区域强降水过程的趋势预报具有较好的指示意义。     

"18·8"广东季风低压持续性特大暴雨水汽输送特征

利用NCEP再分析资料、地面观测资料和GDAS资料,对2018年8月27日—9月1日广东受季风低压影响发生的超历史极值、持续性特大暴雨天气过程的水汽输送特征进行了详细分析,同时利用Hysplit后向轨迹模式对水汽来源进行了诊断分析。结果表明:持续性特大暴雨过程期间,我国华南沿海为北半球的水汽汇合区,水汽主要来源于印度洋,经印度半岛北上至青藏高原南部向东转进入华南上空;另一部分水汽来源于西北太平洋和南海地区,三支水汽汇聚于华南上空,建立了稳定、持续的水汽输送通道,使得此次特大暴雨过程范围广、持续时间长。降水发生前期水汽辐合中心位于华南东部沿海,29日开始逐渐向西移动,于夜间达到峰值,水汽辐合最为明显,31日夜间其中心进一步西移并趋于减弱;水汽通量势函数高值区的变化与此次过程中降水峰值的逐日变化对应良好。逐日水汽辐合表现出明显的日变化特点,白天水汽辐合减弱,夜间明显加强,此次持续性特大暴雨过程呈现出季风降水特征。华南区域南边界是主要的水汽输入边界,且水汽输入主要集中在低层,尤其是华南中东部南边界的水汽输入量持续较高;29日夜间开始华南区域南边界的水汽输入量明显增大,30日达到最大,与大范围大暴雨和特大暴雨的区域及时段基本吻合。