青藏高原西侧地区冬季降水的年际变率及其影响因子

基于全球降水气候中心（GPCC）和全球降水气候计划（GPCP）的降水数据及ERA-interim再分析资料,分析了1979~2012年冬季青藏高原（简称高原）西侧地区降水的基本特征及影响其年际变率的潜在因子。结果表明高原冬季降水主要发生在其西侧地区且为全区变化一致型,降水所需的水汽主要来自上游地区,从该区域的西边界输入。然而,高原西侧地区冬季降水的年际变率主要由水汽输送的动力过程所决定,表现为高原西侧的西南风异常。此外,高原西侧冬季降水的年际变率与其上游典型的大气内部变率北大西洋涛动和北极涛动相关性不强,而与赤道西印度洋和热带中东太平洋的海温显著相关。热带中东太平洋海温异常通过影响大气环流变化,在印度洋北部激发一个反气旋式的环流异常,使得高原西侧地区出现异常西南风,从而加强了水汽通量输送的动力作用。同时在赤道异常东风的作用下,暖水也向印度洋西部输送堆积。赤道中东太平洋海温的异常可进一步导致西风急流发生南北移动,从而也在一定程度上影响了高原西侧冬季水汽输送以及降水的年际变率。     

热带印度洋夏季水汽输送特征及对南亚季风区降水的影响

利用NCEP/NCAR再分析环流资料、CMAP降水量和NOAA海温资料研究了热带印度洋夏季水汽输送的时空变化特征,并考察其对南亚季风区夏季降水的影响.热带印度洋夏季异常水汽输送第一模态表现为异常水汽从南海向西到达孟加拉湾后分成两支,其中一支继续往西到达印度次大陆和阿拉伯海,对应印度半岛南端和中南半岛的西风水汽输送减弱,导致这些区域降水减少;第二模态表现为异常水汽从赤道东印度洋沿赤道西印度洋、阿拉伯海、印度半岛、中南半岛的反气旋输送,印度和孟加拉湾南部为反气旋异常水汽输送,水汽辐散、降水减少,而印度东北部为气旋性水汽输送,水汽辐合、降水增多.就水汽输送与局地海温的关系而言,水汽输送第一模态与热带印度洋海温整体增暖关系密切,而第二模态与同期印度洋偶极子关系密切.     

季节内振荡水汽收支对长江中下游持续性极端降水强度的调控作用

利用中国1979—2019年逐日降水格点数据,考量降水的时空聚集性强度之客观监测方法,识别中国东部区域极端降水事件,发现长江中下游是夏季持续3 d及以上区域持续性极端降水(PREP)发生最频繁的区域。以此为研究对象,基于水汽收支理论,利用ERA-Interim再分析资料和带通滤波方法,诊断日降水及其水汽收支的季节内特征,研究关键尺度对流层高低空系统配置及演变。结果显示：PREP日降水强度及其演变被证实与区域大气柱水汽辐合量相一致。10～30 d准双同振荡(QBWO)和30～90 d(MJO)的水汽辐合在事件发生前1～3 d和7～9 d开始由负位相转为正位相。区域南、北边界QBWO(MJO)水汽输送在事件发生前2～4 d(9～10 d)由水汽输出转为输入。南海的QBWO对流北传至长江中下游,促使源于西北太平洋的对流层低层QBWO反气旋式环流系统向西南移动,其西北侧的西南风使区域南边界水汽输送在事件开始日达最大。事件发生前10 d左右,对流层低层MJO反气旋式环流系统出现在西北太平洋,并向西南移动,长江中下游气旋系统加强维持,对流层中层孟加拉湾MJO尺度低槽开始加深,三者的配合使区域南边界的MJO水汽输入逐渐增强并维持到事件发生后。MJO尺度的强水汽输入结合QBWO反气旋式环流促使长江中下游地区的持续性极端降水事件的发生。研究结果对持续性极端降水事件延伸期的预报提供参考。     

年代际气候预测系统IAP DecPreS的海洋同化试验在西北太平洋的海温偏差及其对亚洲夏季风的影响

本文分析了中国科学院大气物理研究所年代际气候预测系统IAP DecPreS的海洋同化试验（简称EnOI-IAU试验）在西北太平洋地区的海表面温度（SST）年循环的模拟技巧,并通过对比IAP DecPreS系统自由耦合历史气候模拟试验结果,在包含海气耦合过程的框架下讨论了耦合模式中西北太平洋夏季SST模拟差异,及其对亚洲季风区夏季季风降水模拟的影响。结果表明,EnOI-IAU试验较好地模拟出了西北太平洋各个季节的SST空间分布,并显著减小了原存在于历史气候模拟试验中持续全年的SST冷偏差。混合层热收支诊断分析表明,包含同化过程在内的海洋过程的模拟差异对西北太平洋海温的模拟提升有重要贡献。夏季,EnOI-IAU试验模拟的印度季风伴随的低层西风较观测偏东、偏强,且高估了赤道西太平洋区域的降水量值、低估了印度洋区域的降水量值。水汽收支分析显示,气旋式环流异常造成的水汽辐合异常是造成亚洲季风区降水模拟差异的主要原因。研究表明,较之历史模拟试验,EnOI-IAU试验中夏季西北太平洋地区SST增暖造成局地对流增强,进而使得局地产生异常上升运动,水汽辐合增强,造成西北太平洋地区降水模拟偏多,激发出低层西风异常及赤道外气旋式环流异常。该低层西风异常导致了北印度洋地区低层辐散异常,减小了原存在于历史试验中印度洋地区的正降水偏差。西北太平洋气旋式环流异常一方面增强了印度夏季风伴随的低层西风,使得更多的水汽从阿拉伯海输送到西太平洋暖池区域,增强了该区域的降水量;另一方面,该气旋式环流异常减小了历史模拟试验中中国南部区域偏强的低层风速,进而提升了模式对东亚低层西南风的模拟能力。     

西北太平洋SST季内振荡及其与中国东部夏季降水季内振荡的关系

利用NOAA逐日海表面温度(sea surface temperature,SST)资料、NCEP/NCAR逐日风场和比湿资料以及中国国家气象信息中心提供的逐日降水资料,研究了西北太平洋气候SST的低频周期,进一步分析了夏季西北太平洋SST季节内振荡与中国东部同期降水异常的关系。结果表明:夏季西北太平洋季节内SST异常影响中国东部同期季节内降水最显著的三个区域为:长江中游及华南沿海;江淮流域;华北大部。其影响途径主要是通过西北太平洋季节内海温与850 h Pa环流场之间相互作用,在东亚沿岸自南向北逐渐形成气旋—反气旋—气旋(反气旋—气旋—反气旋)的波列结构,引起东亚沿海局地水汽的辐合辐散,使得中国东部夏季季节内雨带从江淮流域向华北推进(从华北南撤到长江中游及华南沿海地区)。     

1960—2009年中国夏季极端降水事件与气温的变化及其环流特征北大核心CSCD

使用1960—2009年中国610个气象站逐日降水和气温资料及NCEP再分析资料,采用奇异值分解方法研究了近50年中国夏季平均气温与极端降水事件频数的关系,并对比分析了两者变化相应的大气环流差异。结果表明,我国的西北和长江以南地区极端降水事件频数与气温呈正相关关系,而东北—西南走向一带为负相关关系。夏季气温和极端降水事件均在1992年左右发生突变。突变前850hPa风场存在一个中心位于内蒙古的异常大陆气旋环流,而突变后变为异常大陆反气旋环流,这个异常气旋(反气旋)会增强(削弱)冷空气南侵入我国,从而导致我国气温突变后高于突变前。突变前,西部和长江以南地区分别为异常西风水汽输送和异常西南水汽输送,水汽均为异常辐散,极端降水事件偏少;东北—西南一带为异常西南水汽输送,水汽异常辐合,极端降水事件偏多;突变后,反之。     

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。     

超强厄尔尼诺事件对中国东部春夏季极端降水频率的影响

利用中国国家气象信息中心提供的中国地面逐日降水0.5°×0.5°格点数据集,研究了超强厄尔尼诺事件衰减年春、夏季中国东部极端降水发生概率的变化,并通过诊断超强厄尔尼诺自身及其衍生模态各自的水汽输送和垂直运动特征,探讨了超强厄尔尼诺事件对中国东部极端降水的影响机制。结果表明,超强厄尔尼诺事件衰减年春季,整个中国东部尤其是江淮以北地区,极端降水事件发生概率显著增大。同年夏季,长江流域极端降水发生概率比常规年份高出近1倍,而在华南和华北地区则相对减小。诊断分析显示,春季超强厄尔尼诺自身及其与热带太平洋地区年循环相互作用衍生出的组合模态（C-mode）均对降水的环流背景影响显著,热带太平洋西北部低空存在强盛的反气旋性异常环流,导致大量水汽在中国东部汇聚并上升,有利于该地区极端降水事件的发生。夏季,厄尔尼诺事件已经消亡,但与C-mode影响相关联的西北太平洋异常反气旋环流仍然存在,长江流域维持极端降水事件发生的有利条件。此外,研究也显示,超强厄尔尼诺事件衰减年春、夏季中国东部对流层中上层持续有异常经向风活动,频繁的南北冷暖气流交汇可能导致强对流事件发生次数增多,这也为该区域极端降水的频发提供了支持。      

华中地区夏季区域性极端日降水事件变化特征及环流异常

利用1961—2010年夏季(6—8月)华中区域239个中国国家级气象台站逐日降水观测资料及NCEP/NCAR再分析资料集,对华中地区夏季区域性极端日降水事件及环流异常进行了分析,结果表明:华中地区夏季区域性极端日降水量的99百分位阈值为23.585 mm/d,20世纪80年代中期以后的极端日降水事件明显偏多,且6月下旬至7月中旬为华中地区极端降水多发期。极端日降水事件由具有从低层到高层呈斜压结构的异常环流控制,其南侧的水汽通过孟加拉湾与中国南海地区的异常反气旋外围呈阶梯状输送至华中地区。位于青藏高原东北侧的波作用量通量向华中地区的辐合有利于华中地区上空波动扰动的产生和维持,同时极端日降水事件的发生亦与华中地区的大气净加热及华中周边大范围区域中的净冷却形成的加热场梯度有关。这些结果表明华中地区夏季区域性极端日降水事件有显著的年际和年代际变化,且极端事件的发生与华中地区气旋性环流异常、青藏高原东北侧地形强迫、以及华中地区与周边非绝热加热梯度异常关系密切。     

中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景

基于中国测站的降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,取第95百分位数作为极端降水阈值,通过经验正交函数分解(EOF)方法将中国东部分为华南、长江中下游、华北和东北三个地区,定义极端降水事件,并对中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景进行研究。结果表明,极端降水事件随日期的变化与中国东部夏季雨带的南北移动相吻合。近54年来,华南极端降水事件频数在1991年左右突增,长江中下游地区有两次突变,1991年左右突增,2000年左右突减。华北和东北地区在1999年左右突减。发生极端降水事件时,低层850 hPa出现局地异常气旋环流,位势高度异常降低,对应低空异常辐合;中层500 hPa,西太副高位置异常偏南有利于华南极端降水的发生,副高西伸有利于长江中下游的极端降水,位置偏北易造成华北和东北极端降水;高层200 hPa,发生极端事件时降水关键区位于西风急流轴右侧,对应异常反气旋环流,这种高层辐散低层辐合的环流配置为极端降水提供动力条件。极端降水的气候平均态水汽主要来源于南半球和西北太平洋。副高的位置异常影响我国东部水汽输送异常,造成不同地区的极端降水。      

Toward Understanding the Extreme Floods over Yangtze River Valley in June?July 2020: Role of Tropical Oceans※

The extreme floods in the Middle/Lower Yangtze River Valley (MLYRV) during June?July 2020 caused more than 170 billion Chinese Yuan direct economic losses. Here, we examine the key features related to this extreme event and explore relative contributions of SST anomalies in different tropical oceans. Our results reveal that the extreme floods over the MLYRV were tightly related to a strong anomalous anticyclone persisting over the western North Pacific, which brought tropical warm moisture northward that converged over the MLYRV. In addition, despite the absence of a strong El Ni?o in 2019/2020 winter, the mean SST anomaly in the tropical Indian Ocean during June?July 2020 reached its highest value over the last 40 years, and 43％ (57％) of it is attributed to the multi-decadal warming trend (interannual variability). Based on the NUIST CFS1.0 model that successfully predicted the wet conditions over the MLYRV in summer 2020 initiated from 1 March 2020 (albeit the magnitude of the predicted precipitation was only about one-seventh of the observed), sensitivity experiment results suggest that the warm SST condition in the Indian Ocean played a dominant role in generating the extreme floods, compared to the contributions of SST anomalies in the Maritime Continent, central and eastern equatorial Pacific, and North Atlantic. Furthermore, both the multi-decadal warming trend and the interannual variability of the Indian Ocean SSTs had positive impacts on the extreme floods. Our results imply that the strong multi-decadal warming trend in the Indian Ocean needs to be taken into consideration for the prediction/projection of summer extreme floods over the MLYRV in the future.     

Toward Understanding the Extreme Floods over Yangtze River Valley in June?July 2020: Role of Tropical Oceans※

The extreme floods in the Middle/Lower Yangtze River Valley (MLYRV) during June?July 2020 caused more than 170 billion Chinese Yuan direct economic losses. Here, we examine the key features related to this extreme event and explore relative contributions of SST anomalies in different tropical oceans. Our results reveal that the extreme floods over the MLYRV were tightly related to a strong anomalous anticyclone persisting over the western North Pacific, which brought tropical warm moisture northward that converged over the MLYRV. In addition, despite the absence of a strong El Ni?o in 2019/2020 winter, the mean SST anomaly in the tropical Indian Ocean during June?July 2020 reached its highest value over the last 40 years, and 43％ (57％) of it is attributed to the multi-decadal warming trend (interannual variability). Based on the NUIST CFS1.0 model that successfully predicted the wet conditions over the MLYRV in summer 2020 initiated from 1 March 2020 (albeit the magnitude of the predicted precipitation was only about one-seventh of the observed), sensitivity experiment results suggest that the warm SST condition in the Indian Ocean played a dominant role in generating the extreme floods, compared to the contributions of SST anomalies in the Maritime Continent, central and eastern equatorial Pacific, and North Atlantic. Furthermore, both the multi-decadal warming trend and the interannual variability of the Indian Ocean SSTs had positive impacts on the extreme floods. Our results imply that the strong multi-decadal warming trend in the Indian Ocean needs to be taken into consideration for the prediction/projection of summer extreme floods over the MLYRV in the future.     

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。     

春季印度洋SSTA对夏季中国西北东部极端降水事件的影响研究

基于近47年来NCAR/NCEP再分析月平均高度场、风场、地面气压,比湿以及NOAA重构的印度洋海表温度资料和中国西北东部97个气象台站逐日降水资料,首先利用百分位法定义了极端降水事件的阈值,运用SVD及合成分析等方法,研究了前期秋季、冬季、春季及同期夏季印度洋海表温度同夏季中国西北东部极端降水事件的关系,结果表明前期春季印度洋海温异常对预测夏季中国西北东部极端降水事件的变化特征具有较明确的指示意义,关键区位于赤道印度洋地区。如果春季赤道印度洋海温异常偏暖,从同期春季到后期夏季,100～110 °E平均经圈环流在赤道附近表现为异常上升气流,对应30 °N附近在对流层中、上层表现为异常的下沉气流,同时来自印度洋的西南季风异常偏弱,使得后期夏季由于没有异常的水汽输送到我国西北东部地区,从而极端降水事件偏少,而偏冷年份正好相反。另外在春季赤道印度洋海温异常暖年,后期夏季南亚高压偏强,且呈西部型;而在异常冷年,南亚高压偏弱,且呈东部型,这可能是引起夏季中国西北东部极端降水事件变化的另一原因。     

Indo-Pacific remote forcing in summer rainfall variability over the South China Sea

This study investigates summer rainfall variability in the South China Sea (SCS) region and the roles of remote sea surface temperature (SST) forcing in the tropical Indian and Pacific Ocean regions. The SCS summer rainfall displays a positive and negative relationship with simultaneous SST in the equatorial central Pacific (ECP) and the North Indian Ocean (NIO), respectively. Positive ECP SST anomalies induce an anomalous low-level cyclone over the SCS-western North Pacific as a Rossby-wave type response, leading to above-normal precipitation over northern SCS. Negative NIO SST anomalies contribute to anomalous cyclonic winds over the western North Pacific by an anomalous east–west vertical circulation north of the equator, favoring more rainfall over northern SCS. These NIO SST anomalies are closely related to preceding La Niña and El Niño events through the “atmospheric bridge”. Thus, the NIO SST anomalies serve as a medium for an indirect impact of preceding ECP SST anomalies on the SCS summer rainfall variability. The ECP SST influence is identified to be dominant after 1990 and the NIO SST impact is relatively more important during 1980s. These Indo-Pacific SST effects are further investigated by conducting numerical experiments with an atmospheric general circulation model. The consistency between the numerical experiments and the observations enhances the credibility of the Indo-Pacific SST influence on the SCS summer rainfall variability.     

Asian summer monsoon onset in simulations and CMIP5 projections using four Chinese climate models

The reproducibility and future changes of the onset of the Asian summer monsoon were analyzed based on the simulations and projections under the Representative Concentration Pathways(RCP) scenario in which anthropogenic emissions continue to rise throughout the 21 st century(i.e. RCP8.5) by all realizations from four Chinese models that participated in the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5(CMIP5). Delayed onset of the monsoon over the Arabian Sea was evident in all simulations for present-day climate, which was associated with a too weak simulation of the low-level Somali jet in May.A consistent advanced onset of the monsoon was found only over the Arabian Sea in the projections, where the advanced onset of the monsoon was accompanied by an increase of rainfall and an anomalous anticyclone over the northern Indian Ocean. In all the models except FGOALS-g2, the enhanced low-level Somali jet transported more water vapor to the Arabian Sea, whereas in FGOALS-g2 the enhanced rainfall was determined more by the increased wind convergence. Furthermore,and again in all models except FGOALS-g2, the equatorial SST warming, with maximum increase over the eastern Pacific,enhanced convection in the central West Pacific and reduced convection over the eastern Indian Ocean and Maritime Continent region, which drove the anomalous anticyclonic circulation over the western Indian Ocean. In contrast, in FGOALS-g2, there was minimal(near-zero) warming of projected SST in the central equatorial Pacific, with decreased convection in the central West Pacific and enhanced convection over the Maritime Continent. The broader-scale differences among the models across the Pacific were related to both the differences in the projected SST pattern and in the present-day simulations.     

我国华南4、5月份降水年代际变化的特征及其与中西太平洋海温的可能关系

利用1951～2005年华南4、5月份降水资料、NOAA海温资料以及NCEP再分析资料,对华南4、5月份降水年代际变化的特征、及其所对应的大尺度环流以及与中西太平洋海温的关系作了分析。结果表明,华南4、5月份降水均在1970年代初期发生显著的年代际转变,从之前的降水偏少转变为降水偏多。华南4月份降水与前一年7～11月份的中西太平洋海温、华南5月份降水与当年2～5月份的中西太平洋海温有显著的负相关。在4、5月份年代际降水偏少(多)时期,前期中西太平洋海温偏暖(冷);同期亚洲大陆南部及非洲大陆的海平面气压显著偏低(高),北太平洋海区海平面气压偏高(低);我国华南上空存在反气旋性(气旋性)环流异常,我国华南地区北边界存在显著的南(北)风异常,造成华南地区北边界异常水汽输出增强(减弱)。同时,我国大陆对流层中上层大气显著偏暖(冷),东亚高空急流显著偏北(南),副热带高压偏弱(强)偏东(西),向华南地区输送的水汽减少(增加),从而在华南地区形成异常的水汽辐散(辐合),最终导致华南地区4、5月份降水的减少(增加)。