华南秋季干旱的年代际转折及其与热带印度洋热含量的关系

采用1961—2014年逐月全球标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)数据集、ORA-S4海温资料及NCEP/NCAR再分析资料,对华南地区秋季干旱的年代际转折及其与热带印度洋热含量的关系进行了研究。结果表明:华南秋季SPEI主要表现为全区一致变化型,且具有明显的年代际变化特征,在1988年发生了年代际转折,转折后(前)为偏旱(涝)期。进一步分析表明,华南秋季SPEI与同期热带西印度洋海洋热含量变化呈显著的正相关关系,即当秋季热带西印度洋热含量偏低时,华南地区SPEI偏小,易发生干旱。热带西印度洋热含量异常影响华南秋季干旱的可能机制为:秋季热带印度洋热含量变化表现为""型的东西向偶极子分布,即当热带西印度洋热含量偏低时,热带东印度洋热含量将会偏高;而热带东印度洋热含量偏高将会使热带东印度洋—西太平洋海表温度偏高、外逸长波辐射偏小、降水增多,凝结潜热释放增强,产生偏强的东亚Hadley环流,使华南地区存在异常下沉运动,不利于产生降水;热带东印度洋—西太平洋海表温度偏高,还会使西北太平洋副热带高压位置偏西、面积偏大,西北太平洋存在气旋性环流异常,使华南地区受偏北气流异常控制,从而削弱了向华南地区的水汽输送。热带东印度洋—西太平洋海表温度年代际变化是热带西印度洋热含量异常影响华南秋旱年代际变化的重要环节,因此用NCAR CAM5.1全球大气环流模式进行了热带东印度洋—西太平洋海表温度年代际变化的敏感性试验,证实该区海表温度年代际升高对华南秋季年代际干旱具有重要作用。     

海表温度异常影响东亚夏季风年代际变化的数值模拟

采用1950-2000年逐月观测的不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋、热带印度洋及热带太平洋)海表温度分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,进行了多组长时间积分试验,对比ERA-40和NCEP/NCAR再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常对东亚夏季风年代际变化的影响。数值试验结果表明:全球、热带、热带印度洋-太平洋和热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风的年代际变化具有重要作用,均模拟出了东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生的年代际减弱现象,以及强、弱夏季风年代夏季大气环流异常分布的显著不同,这与观测结果较一致,表明热带太平洋是影响东亚夏季风此次年代际变化的关键海区;利用热带印度洋海表温度驱动模式模拟出的东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生年代际增强现象,即当热带印度洋海表温度年代际偏暖(冷)时,东亚夏季风年代际增强(减弱),与热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风年代际变化的影响相反;热带太平洋海表温度年代际背景的变化对东亚夏季风在20世纪70年代中后期的年代际减弱有重要作用。     

中国西南地区东部秋季干旱的环流特征及其成因分析

利用1961--2010年NCEP／NCAR再分析资料和全国753站月平均降水资料,研究了我国西南地区东部秋季干旱的环流特征及其成因。结果表明,西南地区东部秋季降水存在明显的年际和年代际变化。其中,年代际变化主要表现为,在20世纪80年代中后期,降水存在由多转少的突变;降水量年际变化则与苏门答腊一西太平洋和热带东太平洋的海温分布存在很好的关系。当苏门答腊一西太平洋和东太平洋海温呈现“＋-”异常分布时,引起大气热源的异常,加强哈德莱环流,同时,在南海及孟加拉湾附近激发出异常气旋性环流,而西南地区东部则处于南海气旋性环流外围异常偏北气流控制,削弱了孟加拉湾的水汽输送,从而造成西南地区东部的干旱。通过大气环流模式NCARCAM3．0（Community Atmosphere Model3．0）的海温异常试验,验证了上述观测结论。     

西南地区2次秋冬春季持续严重干旱气候成因对比

利用多种资料从不同方面对2009/2010、2012/2013年西南地区秋冬春季持续严重干旱进行对比分析,结果表明:这2次季节连旱都受热带西太平洋、孟加拉湾、中南半岛和青藏高原东部等地区环流异常、水汽输送通量散度异常、热带印度洋海表温度异常以及北极涛动(AO)异常的影响。2009年和2012年秋冬季,西南地区均受较强的下沉运动控制,环流形势异常和热带印度洋海表异常增温,导致来自孟加拉湾的水汽输送偏弱,同时该地区水汽输送通量辐散偏强,动力因子和水汽条件都不利于降水;AO持续负位相是引起持续干旱的重要原因,它不仅使南支槽减弱变浅,西南水汽输送减少,还致使贝加尔湖脊系统偏弱,北方南下冷空气主体偏东,不利于冷暖空气在西南地区上空交汇。热带西太平洋海表温度异常并非2次干旱事件的直接原因,且对这2次干旱的影响有所不同,其中2009/2010年的干旱发生在El Nino Modoki事件背景下,2012/2013年则受到弱的La Nina事件的影响。     

西南地区冬季气温年代际变化及可能成因分析

利用西南地区1970—2015年气象台站逐月气温资料,结合NCEP/NCAR再分析资料等,分析了西南地区冬季气温的年代际变化特征,并探讨了其年代际转折的可能物理机制。结果表明,西南地区冬季气温于1990年代前期发生暖突变。夏季热带西太平洋海温关键区（120~160 °E,10 °S~20 °N）与西南地区冬季气温在同时期发生暖突变,由于大气对海洋变暖的响应,在其西北侧激发了异常的气旋式环流,这种准GILL态使得西南地区恰好处于偏东偏南的暖湿气流中,配合西风急流偏强偏北,东亚大槽浅薄,不利于冷空气南下,西太副高偏强偏西使西南地区受下沉气流控制增温,并处于暖平流影响下,造成西南地区冬季年代际变暖。      

不同海域SSTA对东半球越赤道气流年代际变化影响的数值模拟研究

采用1950—2000年逐月观测的不同海域（全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋）海表温度,分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,进行了多组长时间积分试验,对比ERA-40再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常（SSTA）对东半球越赤道气流年代际变化的影响。数值试验结果表明,全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,均能模拟出索马里、120 ?E和150 ?E越赤道气流在1970年代中后期由弱变强的年代际变化特征,其中模拟的索马里越赤道气流年代际变化特征及其与东亚夏季风年代际变化关系均与观测结果较一致,而热带外海表温度驱动全球大气环流模式未能模拟出此年代际变化现象,表明全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化均对索马里越赤道气流在1970年代中后期的年代际变化具有重要作用,热带太平洋是关键海区;索马里越赤道气流的年代际变化与热带太平洋海温年代际背景变化密切相关,当热带太平洋处于暖（冷）背景年代,热带东太平洋海温异常从北到南呈“＋、－、＋”（“－、＋、－”）“三明治”式距平分布,有利于赤道东太平洋南北两侧产生一对距平反气旋（气旋）,然后可能通过“大气桥”的作用,与热带印度洋赤道南北两侧的一对距平气旋（反气旋）联系起来,从而引起索马里越赤道气流强度的增强（减弱）。      

冬季西太平洋暖池与华南降水关系的年代际变化

利用1951-2010年全国台站冬季降水观测资料、Hadley环流中心逐月海表温度资料以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,探讨了西太平洋暖池与我国华南地区冬季降水的关系。结果表明,西太平洋暖池与我国华南冬季降水的年际关系在1972年发生了明显的年代际转折,20世纪70年代前两者弱的负相关未通过信度检验,而70年代后两者相关系数达到-0.5~-0.6。回归分析显示,70年代前,暖池对产生华南冬季降水的水汽条件以及动力条件等的影响不显著,因此其与华南冬季降水的关系不明显。70年代后,暖池偏暖时,在菲律宾海区域激发出一个显著的气旋性环流,该环流西北侧的偏北风不利于南海地区水汽向我国华南地区输送,华南地区水汽辐散增强,而且南支槽地区对流减弱,南支扰动不活跃且扰动不能向下游地区传播,华南地区扰动活动减弱,此外暖池偏暖使北半球经向环流显著增强,且下沉支位于我国华南地区,加强了华南地区的下沉运动,因而华南地区冬季降水显著偏少;暖池偏冷时,情况相反。     

华南夏季降水20世纪90年代初的年代际变化及其与南亚高压关系

分析资料,应用1978—2008年全球逐月观测海表温度驱动NCAR CAM5.1全球大气环流模式进行数值模拟,探讨了华南夏季降水的年代际变化特征及其与南亚高压的关系。结果表明,华南夏季降水与南亚高压的东伸脊点关系密切,均在20世纪90年代初存在年代际转变。在1993—2008（1979—1992）年期间,南亚高压位置偏西（东）,西北太平洋副热带高压位置偏东（西）,华南地区则低层辐合（辐散）异常、高层辐散（辐合）异常,产生异常上升（下沉）运动,华南地区降水年代际偏多（少）,这也被数值试验结果所验证。     

中国西南地区春旱特征及其异常环流分析

利用中国西南地区云、贵、川、渝四省市95个气象台站1961-2017年逐日气温和降水量数据及NCEP/NCAR月平均再分析资料，计算了57年来西南地区春季季节尺度标准化降水蒸散指数（SPEI）,分析了西南地区春季干旱时空变化特征、干旱的异常环流特征及异常海温分布特征。结果表明，1961-2017年中国西南地区西部变暖变湿，东部变暖变干；SPEI指数存在明显的年代际变化特征；西南地区SPEI指数主模态呈整体一致分布，第二模态呈东西反相分布；对流层低层自西南地区的异常东北气流及青藏高原南侧的异常东风气流不利于源于印度洋和孟加拉湾的水汽向西南地区输送，200hPa副热带西风急流异常对西南地区干旱有重大影响，200hPa上西南地区表现异常辐合，配合中层显著的异常下沉运动，容易造成西南地区干旱；太平洋、印度洋海温异常，会影响大气环流，进而影响西南地区的旱涝情况。     

热带太平洋-印度洋海表温度变化及其对西南地区东部夏季旱涝的影响

利用1959—2006 年西南地区东部20 个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR 再分析月平均资料,分析了热带太平洋-印度洋海表温度异常特征及其对西南地区东部夏季降水(旱涝)的影响,结果表明:前期赤道东太平洋海表温度偏高,西南地区东部夏季降水偏多的可能性大;当前期春季印度洋海表温度偏高时,西南地区东部夏季降水可能偏多。太平洋区的海表温度距平(SSTA)分布呈“V”字型特征,赤道中东太平洋及南、北美西部沿海的SSTA 与赤道西太平洋、南北太平洋的SSTA 呈反相关分布,与西太平洋的亚洲大陆东部沿海的SSTA 呈正相关,赤道印度洋及南印度洋的大部分地区的SSTA 与赤道中、东太平洋的SSTA 变化是一致的。当春季赤道中东太平洋及印度洋海表温度(SST)偏高(偏低)时,夏季南亚高压位置偏南(偏北),强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),同时西太平洋副高强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),位置偏南(偏北),西伸(东退)明显,东亚夏季风和南亚夏季风偏弱(偏强),我国华北及华南地区盛行下沉(上升)运动,而整个长江流域及青藏高原东部盛行上升(下沉)运动,西南地区东部也盛行弱的上升(下沉)运动,这有利于西南地区东部降水偏多(偏少),出现洪涝(干旱)的可能性大。      

华西秋雨的空间分型及其特征分析

利用华西地区72个站点1959~2013年秋季(9~11月)降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过EOF、REOF、MK检验、二阶函数拟合分析、小波分析、合成分析等方法将华西秋雨区划分为南北两个显著区,并对各区域秋雨的时空分布以及旱涝特征进行了详细分析。结果表明:南北两个秋雨区既有共同特征又有个性差异;两者发生突变年份具有明显的一致性,均发生在20世纪80年代中期,年际均存在准6年周期变化,且80年代中期以后南北两个气候区均由年代际降水偏多期转入年代际降水偏少期,但两个秋雨区减少趋势存在明显差异,南区减少较北区显著;北区自2000年后秋雨年际波动明显,秋季降水有缓慢上升趋势,年代际长周期有所差异。影响关键区旱涝特征的大气环流形势与水汽输送特征也存在显著差异,北部型陕甘南区与中高纬度环流系统、北部冷空气以及来自孟加拉湾与西太平洋地区的两支水汽输送通道密切相关,南部型则主要与印缅槽、南支槽的异常活动以及孟加拉湾的水汽输送更为相关。     

EFFECTS OF PACIFIC SSTA ON SUMMER PRECIPITATION OVER EASTERN CHINA, PART Ⅱ: NUMERICAL SIMULATIONS

Based on an observational analysis, seven numerical experiments are designed to study the impacts of Pacific SSTA on summer precipitation over eastem China and relevant physical mechanism by NCAR CCM3. The numerical simulation results show that preceding winter SSTA in the Kuroshio region leads to summer precipitation anomaly over the Yangtze River valleys by modifying atmospheric general circulation over eastern Asia and middle-high latitude. West Pacific subtropical high is notably affected by preceding spring SSTA over the middle and east of Equator Pacific; SSTA of the central region of middle latitude in the corresponding period causes the summer rainfall anomaly over eastern China so as to trigger the atmospheric Eurasia-Pacific teleconnection pattern.     

2017年华西秋雨异常偏多的环流特征及其成因分析

利用NCEP/NCAR再分析数据集和国家气候中心整编的2 000多站逐日降水资料,对导致2017年华西秋季降水异常偏多的大气环流特征及其成因进行分析。结果表明,2017年秋季500 hPa位势高度上欧亚中高纬地区维持一脊一槽环流型,斯堪的那维亚半岛上空有一强大的高压脊,乌拉尔山以东—巴尔喀什湖有一深槽,西太平洋副热带高压异常强大并偏西伸。来自极地的冷空气与来自太平洋和孟加拉湾的暖湿气流交汇于华西地区。华西地区处于东亚副热带西风急流入口南侧的高空辐散区,低层对应较强辐合区和异常上升运动,有利于降水的维持。进一步分析表明,2017年华西秋雨异常偏多是同期巴伦支海海温异常偏暖和中纬度北大西洋海温异常偏暖以及赤道中东太平洋La Ni1a型海温异常共同作用的结果,其中巴伦支海海温异常与华西秋季降水在年代际时间尺度上存在较为一致的变化,两者自1986年起均处于一致的负位相,而2000年以后两者由负位相转为正位相;秋季中纬度北大西洋海温异常与华西秋雨之间的年际关系也存在明显的年代际转折,在2002年前后由两者不存在关系转为显著正相关关系。以上各个海区海温异常对华西秋雨的影响也通过一系列的大气环流模式模拟试验进行了验证。     

EFFECTS OF PACIFIC SSTA ON SUMMER PRECIPITATION OVER EASTERN CHINA, PART Ⅱ: NUMERICAL SIMULATIONS

Based on an observational analysis, seven numerical experiments are designed to study the impacts of Pacific SSTA on summer precipitation over eastem China and relevant physical mechanism by NCAR CCM3. The numerical simulation results show that preceding winter SSTA in the Kuroshio region leads to summer precipitation anomaly over the Yangtze River valleys by modifying atmospheric general circulation over eastern Asia and middle-high latitude. West Pacific subtropical high is notably affected by preceding spring SSTA over the middle and east of Equator Pacific; SSTA of the central region of middle latitude in the corresponding period causes the summer rainfall anomaly over eastern China so as to trigger the atmospheric Eurasia-Pacific teleconnection pattern.     

EFFECTS OF PACIFIC SSTA ON SUMMER PRECIPITATION OVER EASTERN CHINA, PART II: NUMERICAL SIMULATIONS

Based on an observational analysis, seven numerical experiments are designed to study the impacts of Pacific SSTA on summer precipitation over eastern China and relevant physical mechanism by NCAR CCM3. The numerical simulation results show that preceding winter SSTA in the Kuroshio region leads to summer precipitation anomaly over the Yangtze River valleys by modifying atmospheric general circulation over eastern Asia and middle-high latitude. West Pacific subtropical high is notably affected by preceding spring SSTA over the middle and east of Equator Pacific; SSTA of the central region of middle latitude in the corresponding period causes the summer rainfall anomaly over eastern China so as to trigger the atmospheric Eurasia-Pacific teleconnection pattern.     

赤道东太平洋海温异常对6月中国南方降水影响的数值模拟

利用NCAR CAM3.0大气环流模式,研究6月长江流域及以南地区降水对前期赤道东太平洋海温异常的响应.首先,在赤道东太平洋1997年9月至1998年6月实际海温异常基础上构造的理想化海温异常,依据持续时间不同叠加相应的海温异常值在气候平均外强迫场上,设计第1组敏感性试验;其次,在上组试验中的前期9月至次年6月持续有海温异常的敏感性试验基础上,改变加入模式中的海温异常强度,设计不同强度海温异常对大气环流和降水影响的第2组试验;最后将上述海温异常值取反加入相应的赤道东太平洋区域,设计一组拉尼娜事件的试验.以(25°-30°N,110°-120°E)区域平均的降水距平值代表整个长江流域及其以南地区降水,模拟结果表明:(1)不同的持续时间强迫得到的降水距平峰值在11月,次年6月其值为最小,整体上降水距平有随持续时间的缩短而减小的趋势.表明前期秋季赤道东太平洋较强的厄尔尼诺事件发生时对6月降水有重要影响,证实了前期诊断分析的结论;(2)模式中加入不同强度的厄尔尼诺事件,在长江流域及其以南地区均有明显的降水正距平(最小降水距平为0.287 mm/d,最大为1.98 mm/d),降水正距平范围与实际情况接近,表明模式在模拟该地区异常降水时有较好的稳定性,模拟结果值得信任.另外模拟的降水距平有随着海温异常强度的增强而增大的趋势;(3)当模式中加入不同强度拉尼娜事件的海温异常时,模拟结果不稳定,与厄尔尼诺的影响结果不完全相反,与前期诊断分析结果不符.而只有在拉尼娜相当强时模式才能在长江流域及以南地区模拟出一定范围的降水负距平.     

夏季青藏高原大气热源与西南地区东部旱涝的关系

利用1959～2006年西南地区东部20个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR再分析月平均资料,分析了夏季青藏高原大气热源特征,指出了影响西南地区东部夏季旱涝的热源关键区域,并就关键区大气热源对该区域夏季旱涝的影响进行了诊断,得出了以下主要结论:西南地区东部夏季降水与高原主体东南部的热源变化关系密切,当该区域(该区域...