长江中下游梅雨与北太平洋大气热源诊断分析

利用长江中下游1954-2001年梅雨量资料和NCEP/NCAR 1954-2001年逐日高度场、风场、比湿场和地面气压场资料, 采用EOF分解、合成分析、SVD分解等方法, 详细讨论了北太平洋大气热源与长江中下游梅雨的关系。结果表明:西北太平洋大气热源与长江中下游梅雨量存在显著负相关, 东太平洋大气热源与长江中下游梅雨量存在显著正相关, 通过信度为95%的Monte-Carlo检验, 具体表现为当菲律宾群岛附近洋面、西太平洋暖池区及西北太平洋西风飘流区大气热源异常增加 (减少) 时, 赤道中东太平洋大气热源异常偏低 (偏高), 会造成长江中下游梅雨异常偏少 (偏多), 反之亦然, 合成分析、点相关分析和SVD的分析结果完全一致。     

江淮梅雨丰、枯梅年水汽输送差异特征

利用江淮流域1954—2001年梅雨量资料和美国NCEP/NCAR 1954—2001年逐日高度场、风场、比湿场和地面气压场资料,网格距2.5 °×2.5 °,采用模糊聚类、合成分析等方法,详细讨论了江淮梅雨丰、枯梅年垂直积分的整层纬向、经向和水汽通量输送差异特征。结果表明：区域梅雨量指数能很好地揭示出江淮流域梅雨量的丰枯;丰梅年西太平洋副高南侧的偏南气流和其北侧的偏北气流水汽输送显著增强,越赤道气流抵达北半球后,集中在10 °N附近,40～130 °E范围内的阿拉伯海和孟加拉湾向北偏东方向伸展,与来自南海和西太平洋的水汽输送相汇合,在我国的江淮流域-日本列岛南部形成一条水汽通量距平≥55 kg/(m?s)的强水汽输送带;丰梅年水汽通量散度距平表明：整层水汽通量辐合比枯梅年明显加强,为江淮梅雨提供了充沛的水汽来源,有利于江淮梅雨的异常偏多;枯梅年则反之。     

江淮梅雨特征及其与北太平洋海温的SVD分析

利用江淮地区1954～2001年48年梅雨量资料,采用谐波分析、EOF、合成分析和SVD分解等方法讨论了江淮梅雨的时空变化特征以及与北太平洋海温的关系.结果表明:江淮梅雨量时空分布不均,存在显著的年际和年代际变化特征.影响江淮梅雨的海温关键区是北太平洋西风飘流区,关键影响时段是当年的1～3月;当年1～3月北太平洋西风飘流区海温异常偏高,同年江淮大部地区梅雨量异常偏多,反之亦然.SVD分解结果与合成分析的结果相吻合,通过0.05的Monte-Carlo显著性检验.     

江淮梅雨与冬季西太平洋海温的SVD分析

利用江淮流域1954—2001年48年梅雨量资料和美国NCEP/NCAR1953—2001全球逐月海温再分析格点资料,网格距为2°×2°,采用EOF、合成分析和SVD分解等方法讨论了江淮梅雨与西太平洋海温的关系。结果表明:影响江淮梅雨的海温关键区是西太平洋暖池区,关键影响时段是前1年的12月至当年的2月(以下简称冬季);当年冬季西太平洋暖池区海温异常偏高,同年江淮大部地区梅雨量异常偏多,反之亦然。SVD分解结果与合成分析的结果相吻合,通过信度0.05的Monte-Carlo显著性检验。     

中国东部夏季主要降水型与高原春季热力因子间的关系

采用中国地面气象观测站2 474个站的降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,利用经验正交函数展开、相关分析和小波分析等方法,探讨了中国东部夏季主要降水型与春季高原大气视热源之间的可能相关特征,并初步分析了前春高原大气加热对东部夏季降水异常分布的影响机制。降水EOF分析表明,中国东部夏季降水主要分为:华南—江淮型和长江中下游型;相关和周期分析表明,300 hPa和400 hPa高原南部地区、500 hPa高原北部地区视热源与华南—江淮降水型之间相关显著,3个区域视热源均与华南降水呈负相关,且与江淮降水呈正相关;200 hPa高原偏北地区、500 hPa高原东部地区视热源与长江中下游地区降水呈负相关,而500 hPa高原西部地区视热源则与长江中下游降水呈正相关关系。以上春季高原不同高度关键区域的视热源可为预报夏季降水提供重要判据;从视热源与各个降水中心的相关特征可见,春季高原上空视热源加热场结构会影响中国东部夏季雨带南北位置的分布情况。由春至夏高原加热的"气泵"作用,使得由孟加拉湾和南海地区水汽输送经高原东部地区后,折向东输送至中国大陆东部地区。加热偏强时,水汽向北输送分量加强,雨带偏北,降水"南少北多",反之亦然。     

青藏高原大气热源和冬春积雪与中国东部降水的年代际变化关系

利用NCEP 1950—2004年逐日再分析资料,采用倒算法,对青藏高原大气热源的长期变化进行了计算,结果发现,青藏高原及附近地区上空大气春夏季热源在过去50年里,尤其是最近20年,表现为持续减弱的趋势。而1960—2004年青藏高原50站的冬春雪深却出现了增加,尤其是春季雪深在1977年出现了由少到多的突变。用SVD方法对高原积雪和高原大气热源关系的分析表明,二者存在非常显著的反相关关系,即高原冬春积雪偏多,高原大气春夏季热源偏弱。高原大气春夏季热源和中国160站降水的SVD分析表明,高原大气春夏季热源和夏季长江中下游降水呈反相关,与华南和华北降水呈正相关;而高原冬春积雪和中国160站降水的SVD分析显示,高原冬春积雪和夏季长江流域降水呈显著正相关,与华南和华北降水呈反相关。在年代际尺度上,青藏高原大气热源和冬春积雪与中国东部降水型的年代际变化(南涝北旱)有很好的相关。最后讨论了青藏高原大气热源影响中国东部降水的机制。青藏高原春夏季热源减弱,使得海陆热力差异减小,致使东亚夏季风强度减弱,输送到华北的水汽减少,而到达长江流域的水汽却增加;同时,高原热源减弱,使得副热带高压偏西,夏季雨带在长江流域维持更长时间。导致近20年来长江流域降水偏多,华北偏少,形成"南涝北旱"雨型。高原冬春积雪的增加,降低了地表温度,减弱了地面热源,并进而使得青藏高原及附近地区大气热源减弱。     

夏季青藏高原及周边热力特征与东亚降水的区域关系

基于1979-2011年欧洲中心ERA-interim月平均再分析资料,采用倒算法计算了夏季青藏高原(下称高原)及周边地区大气热源和水汽汇,并通过REOF分析其空间分布特征,划分了5个重要热源区域,最后对比分析各区域的热力特征与东亚地区降水的关系。结果表明,夏季高原及周边地区热源空间分布复杂,局地特征显著,不同区域热源异常具有显著的差异性,其与降水的关系也同样具有显著的区域差异性。其中,高原南侧热源强时,高原主体及印度北部降水增多;高原东北侧热源强时,华北及邻近地区降水增多;高原主体东部热源强时,江淮流域降水增多;高原东南侧热源强时,长江流域降水增多;高原主体西部热源强时,华南降水增多。并且,高原及周边地区不同区域热源异常,影响东亚地区不同区域异常的水汽输送,从而对东亚地区降水产生重要影响。     

长江中下游梅雨期降水与环流关系分析及模拟

用点相关和SVD方法分析发现,长江中下游地区梅雨期降水的异常与前期(5月)和同期(6～7月)80～140°E,0～50°N区域附近的环流场的异常有关。当梅雨出现正(负)异常时,SVD分解的风场出现有利于(不利于)降水的主要分布模态。在用p-σ九层区域气候模式模拟初边条件的异常对梅雨降水的影响时,证实环流场异常对梅雨降水的影响比较显著。RegCM3模拟结果表明,1998年和1988年初边条件的异常对降水有明显的影响,长江流域的降水对此异常最为敏感。     

一次梅雨过程χ场和ψ场相互作用的分析

用ECMWF提供的1982年7月1—31日逐日2.5°×2.5°网格资料,分析了江淮梅雨过程高低层流函数与势函数场的演变及其相互作用,并讨论了梅雨前后东亚季风的变化。     

青藏高原春季地表感热异常对西北地区东部降水变化的影响

利用青藏高原地区代表站点的实测地表热通量数据、JRA-55和NCEP再分析资料以及中国西北地区东部代表站点的降水资料等数据,通过波文比分析、奇异值分析(下称SVD)以及环流场的合成分析等方法,研究了青藏高原地区春季地表加热场异常与同期中国西北地区东部降水变率的关系,结果表明:(1)高原春季波文比值的变化反映出高原地表的非绝热加热中,春季感热加热的贡献较为显著,是高原春季地表加热的主要成分;(2)SVD分析表明,春季高原地表感热的异常与同期中国西北地区东部的降水存在负相关关系,春季高原地表感热增强的年份,中国西北地区东部的春季降水减少;(3)春季地表感热强-弱年的高原周边垂直环流偏差场表明,春季高原地表感热的年际异常增强(减弱)会引起高原周边地区的垂直环流场上升气流的减弱(增强);(4)相对涡度场、位势高度场、风场和水汽通量散度场的合成分析表明,春季高原地表感热偏强的年份,中国西北地区东部对流层高层以正涡度和气流的辐合运动异常为主,中低层以负涡度和辐散下沉运动异常为主,因此中国西北地区东部春季的水汽辐合由低层向高层逐渐减弱,不利于春季降水的发生。     

Physical Mechanism of Phased Variation of 2020 Extremely Heavy Meiyu in Middle and Lower Reaches of Yangtze River

The extremely heavy Meiyu in the middle and lower reaches of the Yangtze River in 2020 features early beginning, extremely late retreat, long duration, and a dramatic north-south swing rain belt. It can be divided into three phases. The key point of the extremely heavy Meiyu is the long duration of precipitation. The physical mechanism of the phased variation is researched here by analyzing the phased evolution of atmospheric circulation, the thermal effect of Tibetan Plateau, the sea surface temperature anomalies (SSTA), and tropical convection. The results show that: (1) Throughout the whole Meiyu season, the western Pacific subtropical high (WPSH) is stronger and westward, the South Asian high (SAH) is stronger and eastward, and blocking highs are very active with different patterns at different stages; they all form flat mid-latitude westerlies with fluctuation interacting with WPSH and SAH, causing their ridges and the rain belt to swing drastically from north to south or vice versa. (2) The higher temperatures in the upper and middle atmosphere in the eastern and southern Tibetan Plateau and the middle and lower reaches of the Yangtze River, which are produced by the warm advection transport, the heat sources in Tibetan Plateau, and the latent heat of condensation of Meiyu, contribute greatly to the stronger and westward WPSH and the stronger and eastward SAH. The dry-cold air brought by the fluctuating westerlies converges with the warm-humid air over Tibetan Plateau, resulting in precipitation, which in turn enhances the heat source of Tibetan Plateau and regulates the swings of WPSH and SAH. (3) Different from climatological analysis, real-time SSTA in the Indian Ocean has no obviously direct effect on WPSH and Meiyu. The anomalous distribution and phased evolution process of real-time SSTA in South China Sea and the tropical western Pacific affect WPSH and Meiyu significantly through tropical convection and heat sources. The maintenance of strong positive SSTA in the western equatorial Pacific is a critical reason for the prolonged Meiyu season. Both the onset and the retreat of Meiyu in 2020 are closely related to the intensified positive SSTA and corresponding typhoons on the ocean east of the Philippines.     

青藏高原夏季大气视热源与中国东部降水的关系的年代际变化

基于1979～2017年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的ERA-Interim逐日再分析资料和热力学方程,本研究估算了大气视热源,分析研究了青藏高原夏季大气视热源的异常与中国东部降水关系的年代际变化,以及青藏高原大气视热源影响我国东部夏季降水的物理机制。结果表明:（1）高原热源东、西部反相变化模态的重要性发生了年代际转变,表现为由1994年之前方差贡献相对小的第二变异模态变为1994之后方差贡献明显增大而成为第一主导变异模态。（2）青藏高原夏季大气视热源的东、西反相变化模态与中国东部降水的关系存在年代际变化。1993年之前和2008年之后,高原大气视热源的异常分别仅与长江下游降水和长江中游降水异常存在密切的联系;而在1994～2007年,其对长江流域及附近区域和华南地区的夏季降水的影响显著,具体表现为,当高原夏季大气视热源异常表现为东强西弱（东弱西强）时,长江中上游、江淮地区的降水偏多（少）,华南地区降水偏少（多）。（3）高原大气视热源显著影响我国东部夏季降水主要是通过经高原上空发展加强的天气系统东移过程影响长江流域及附近地区的降水,以及通过垂直环流影响华南地区的降水。     

季风梅雨带水汽输送与动力强迫源结构

对长江流域季风梅雨水汽输送特征、长江流域夏季旱涝过程与强信号强迫源(青藏高原与低纬海洋)遥相关动力结构以及季风梅雨过程水汽输送源汇结构等有关研究成果及观点进行综述，给出季风梅雨水汽输送流型与强迫源遥相关物理图像，即由青藏高原动力强迫效应形成的低纬海洋-高原-长江流域远距离水汽输送流型，以及海洋强信号区(南海、西太平洋暖池、赤道东太平洋等区域)热力异常构成长江流域梅雨期洪涝、暴雨等灾害性气候异常特征。研究结果揭示了长江流域洪涝及其暴雨形成过程二维Rossby波列或低频波传播能量的动力机制。     

NATURE OF PRECIPITATION AND ACTIVITY OF CUMULUS CONVECTION DURING THE 1991 MEIYU SEASON OF CHANGJIANG-HUAIHE RIVER BASIN*

Seasonal variability regarding the nature of precipitation and the activity of cumulus convection during the 1991 Meiyu season of Changjiang-Huaihe River Basin(Jianghuai)has been investigated by calculating apparent heat source/apparent moisture sink and analyzing TBB(cloud-top blackody radiation temperature)data.It is found that three periods of strong ascending motion during the Meiyu season lead to three episodes of heavy rain,and the latent heat due to the precipitation is of the sole heat source of the atmosphere.The nature of precipitation shows distinct seasonal variability,from frontal precipitation of the first episode to the extremely strong convective precipitation of the third episode.TBB field of East Asia may well reflect not only the intensity of convection and rainfall,but also the movement of rain belt and convection belt.In the whole Meiyu season.convection belt mainly stays in Jianghuai.but may shift within the domain of East Asia.Its locating in Jianghuai or not determines the maintenance or break of Meiyu.In the third episode,the narrow convection belt over Jianghuai is mainly caused by southwest monsoon which takes moist and convective atmosphere from tropical ocean.     

NATURE OF PRECIPITATION AND ACTIVITY OF CUMULUS CONVECTION DURING THE 1991 MEIYU SEASON OF CHANGJIANG-HUAIHE RIVER BASIN

Seasonal variability regarding the nature of precipitation and the activity of cumulus convectionduring the 1991 Meiyu season of Changjiang-Huaihe River Basin(Jianghuai)has been investigatedby calculating apparent heat source/apparent moisture sink and analyzing TBB(cloud-topblackbody radiation temperature)data.It is found that three periods of strong ascending motionduring the Meiyu season lead to three episodes of heavy rain,and the latent heat due to theprecipitation is of the sole heat source of the atmosphere.The nature of precipitation showsdistinct seasonal variability,from frontal precipitation of the first episode to the extremely strongconvective precipitation of the third episode.TBB field of East Asia may well reflect not only theintensity of convection and rainfall,but also the movement of rain belt and convection belt.In thewhole Meiyu season.convection belt mainly stays in Jianghuai.but may shift within the domain ofEast Asia.Its locating in Jianghuai or not determines the maintenance or break of Meiyu.In thethird episode,the narrow convection belt over Jianghuai is mainly caused by southwest monsoonwhich takes moist and convective atmosphere from tropical ocean.     

青藏高原东北侧汛期降水若干问题研究

利用青藏高原东北侧区域平均降水量资料（1958～1997年）和同期NCEP/NCAR再分析500hPa网格资料（2.5°×2.5°?）,分析发现:（1）高原东北侧汛期降水份额最大的7、8、9月3个月近40年降水明显减少,过去明显存在的准3年周期振荡80年代以来处于低潮;（2）日本-北太平洋附近位势高度降低,鄂霍茨克海阻高加强是高原东北侧7、8、9月干旱最典型的标志;（3）就干旱流型而言,7月干旱环流与江淮梅雨环流特征十分相似,表现在江淮多梅雨年,一般是高原东北侧重旱年;（4）高原东北侧7～9月的典型旱年流型,实际就是ElNi?o流型;（5）ElNi?o事件对高原东北侧降水有明显影响,表现在该区域典型少雨年,一般发生于ElNi?o事件当年。从阶段看,以7～9月降水总量与ElNi?o事件相关最为显著,从月际看,尤以9月关系最好。     

1999年夏季江淮地区热源和水汽汇时空变化特征

利用1999年的NCAR再分析网格点风场、温度场、湿度场及含HUBEX试验加密观测的降水资料等,诊断分析了夏季长江流域梅雨暴雨集中期及其前后江淮地区的大气热源、水汽汇的时空分布及多时间尺度特征.