华北近60年夏季降水年际异常与大气动力、水汽条件关系的研究

本文基于华北夏季降水数据、NCEP/NCAR再分析环流数据,采用了相关、合成和环流异常回归重构等方法,分析了东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数与华北夏季降水的关系。主要结果如下:1)东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数与华北夏季降水有很好的对应关系。当两个指数偏强时,华北夏季降水会异常偏多;两个指数偏弱,华北夏季降水异常偏少;如果两个指数强弱不一致时,华北会出现区域性降水偏多情况,但全区整体降水量基本为正常值。2)华北夏季降水异常是东亚副热带夏季风和华北大气动力上升运动协同作用的结果。在东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数偏强年,夏季500 hPa层贝加尔湖槽会加深、西北太平洋副热带高压会偏北,华北处于“东高西低”的环流型控制下,西部低槽东移受阻,在华北维持较长时间的大气上升运动;850 hPa层印度夏季风、东亚副热带夏季风会偏强,这时热带印度洋西风水汽输送以及东亚副热带地区偏南风水汽输送或东南风水汽输送会加强,华北水汽来源充足。这种高、低空环流配置非常有利于造成华北夏季降水异常偏多。反之,华北夏季降水会异常偏少。3)前期4—5月,东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数偏强,可以作为华北夏季降水异常偏多的一个气候监测预测指标。     

西北太平洋夏季风对中国长江流域夏季降水的影响

利用1979～2005年NCEP/NCAR的环流场再分析资料和降水资料, 通过对季风期降水、 大气环流、 水汽输送及低频振荡等方面的分析, 分别从时间和空间上分析了西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水的联系。结果表明:(1) 西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水存在显著的负相关关系, 在西北太平洋夏季风强盛时, 副热带高压异常偏北, 其西侧的偏南气流异常偏弱, 使得我国长江流域形成低层异常环流及水汽输送的辐散区, 从而造成长江流域夏季降水偏少; 而在西北太平洋夏季风减弱的年份, 西太平洋副高异常偏南偏西, 在长江流域以南地区形成异常偏强的偏南风水汽输送, 使得长江流域成为南、 北距平风的汇合区, 其上空对流活动异常活跃, 非常有利于长江流域的降水。 (2) 东亚局地Hadley垂直环流在强、 弱季风年也显著不同, 在强季风年里, Hadley局地环流异常偏弱, 长江流域上空出现的下沉运动距平, 使得该地区降水减弱, 而弱季风年则正好相反。 (3) 西北太平洋夏季风存在显著的气候平均的大气季节内振荡 (CISO), 在西北太平洋夏季风减弱时期, 长江流域降水同时受到源自热带西北太平洋西传CISO和源自热带印度洋东传CISO的共同影响, 可能造成了某种锁相关系, 从而造成降水偏多; 而在强季风年里长江流域只受由西太平洋西传的CISO的影响, 不容易激发降水。     

2013年夏季内蒙古地区降水异常分析

利用1961—2013年内蒙古地区102个气象台站的观测数据和NCEP再分析资料,分析了内蒙古地区2013年夏季降水特征和降水异常的成因。结果表明:内蒙古夏季降水的整体特点是雨带偏北,6、7月全区大部降水偏多,8月降水强度、范围减弱、减小。大气环流特征为东亚夏季风强度偏强,西北太平洋副热带高压偏强偏北,北太平洋涛动处于负位相,鄂霍次克海阻塞高压稳定维持。受鄂霍次克海阻塞高压阻挡,西北冷空气在内蒙古东北地区堆积,而西北太平洋的反气旋环流又将水汽源源不断的输送到此地,冷暖气流交汇造成该地区降水极端异常。     

东亚夏季风变化与华北夏季降水异常的关系

为认识华北夏季降水异常原因及改进气候预测技术,利用华北夏季降水资料和NCEP/NCAR再分析大气环流等资料,并采用经向风场定义东亚夏季风指数,对东亚夏季风与华北夏季降水的关系进行了综合分析。结果表明:(1)通常在强东亚夏季风年华北夏季降水偏多,在弱东亚夏季风年华北夏季降水偏少。但也有相反的情况,强东亚夏季风年降水偏多(少)的空间分布形势与弱东亚夏季风年降水偏多(少)分布明显不同。(2)无论强东亚夏季风年还是弱东亚夏季风年,华北夏季降水偏多的环流条件是有充足的水汽来源(强夏季风年为西南风水汽输送异常,弱夏季风年为东南风水汽输送异常)和较好的动力上升条件(850 hPa层在华北有辐合环流,500 hPa层中纬度纬向环流突出,华北多低槽过境)。(3)华北夏季降水偏少的环流形势明显不同:在强夏季风年虽然有充足的水汽来源(西南风异常),在弱夏季风年水汽来源不足(偏北风异常),但都缺乏有效的动力上升条件(850 hPa层在华北为辐散环流,500 hPa层中纬度经向环流突出,华北低槽过境偏少)。(4)在强东亚夏季风年,尽管水汽来源充足,但由于动力上升条件不同而造成华北夏季降水量在不同年份有明显差别。如果动力上升条件好,华北夏季降水会异常偏多,反之,华北夏季降水也会出现异常偏少。(5)在弱东亚夏季风年,西南风水汽来源大量减少,如果又缺乏其它路径水汽补充,加上动力条件弱,华北夏季降水会异常偏少。弱夏季风年西南风水汽来源大量减少,但只要东南风水汽输送加强,华北仍会有足够的水汽来源,这时,如果有较好的动力上升条件,华北夏季仍然会出现降水异常偏多的情况,如2011-2013年。预测华北夏季降水不能简单认为东亚夏季风强、华北夏季降水就多,东亚夏季风弱、华北夏季降水就少,东亚夏季风强度变化只是说明了水汽条件不同,还应结合动力条件变化才能作好华北夏季降水气候预测。     

夏季逐月东亚高空急流异常对我国降水的影响

根据1981～2010年NCEP/DOE再分析资料与中国160站降水资料,利用统计学、物理量诊断等方法,探讨夏季东亚季风环流系统重要成员——东亚高空西风急流位置、强度逐月变化与我国降水的关系。分析表明:6～8月东亚高空西风急流比各自气候态位置偏南(北)时,易造成6月华南、江南地区降水、7月江淮流域降水以及8月长江中上游地区降水偏多(少)。本文重点分析2010年6月、2007年7月及2006年8月东亚高空西风急流位置异常时东亚高、低纬度环流特征及其对我国降水影响的物理成因。研究发现:2010年6月东亚高空西风急流稳定在35°N以南。急流轴南侧(北侧)为强辐散(辐合)距平,相应低层辐合(辐散),造成江南、华南地区从低层至高层的强上升运动,配合整层偏西水汽通量距平,为该地区持续性降水提供了有利的动力和水汽条件;2007年7月东亚高空急流位置偏南、强度偏弱,急流月内尺度扰动偏强,使得东亚中高纬度冷空气活动频繁,造成淮河流域出现持续性暴雨;2006年8月东亚高空西风急流位置持续偏北、强度偏强,有利西太平洋副高西伸、北抬,我国四川—重庆地区受副高控制,出现了极端高温干旱天气。     

2011年夏季气候异常及主要异常事件成因分析

本文对2011年夏季的中国气候及大气环流异常特征进行分析,发现我国总体气温偏高,降水偏少。西北西部、华北南部、江淮至江南一带,西南地区东部等地出现了阶段性的较大范围极端高温天气过程。西南地区东部和广西等地出现严重干旱;而长江下游地区降水显著偏多。进一步对中国气候异常事件的成因分析表明：异常高压的长期维持,孟加拉湾的向北水汽输送偏弱及西太平洋副热带高压位置偏东使其西侧的东南和偏南水汽输送对我国西南地区影响小是导致西南地区严重干旱的大气环流因素;2010年秋季出现的中部型拉尼娜事件可能是西南干旱的一个重要外强迫条件。2011年夏季亚洲极涡偏弱偏小,欧亚中高纬地区经向环流偏强,有利于冷空气南下;同时,中纬度西太平洋地区海温持续偏低而激发反气旋性环流产生,造成西太平洋副高偏大偏强,冷暖气流在长江下游地区交汇造成降水显著偏多。     

西北地区东部夏季降水年际变化特征及其与环流的关系

利用1961-2012年夏季西北地区东部降水站点资料和NCEP/NCAR同期逐月再分析资料,采用"均一化处理"和合成分析等方法分析了西北地区东部夏季降水的年际变化特征及其对应的环流异常。结果表明:(1)西北地区东部的夏季降水异常主要与南边界的水汽异常输送相联系;(2)西北地区东部夏季降水与西北太平洋副热带高压(简称西太副高)的位置及强度密切相联:当西太副高偏强偏西时,西太副高脊线西伸至我国华南地区,对应的西北地区东部上空表现为西南风异常,将大量的水汽从西北地区东部的南边界输入,有利于该地区夏季降水增多;当西太副高偏东偏弱时,西太副高脊线西伸带来的降水影响无法到达西北地区东部,对应着西北地区东部降水偏少。     

长江中下游地区冬夏干湿韵律特征分析

通过分析中国160站1952—2013年的月平均降水观测资料,揭示了长江中下游地区冬季和夏季降水间存在显著的韵律现象,即当该地区冬季降水异常偏少(偏多)时,次年夏季降水也趋于异常偏少(偏多),这里称之为干(湿)韵律现象。对干、湿韵律年大气环流背景的分析结果显示,干韵律年和湿韵律年对应的环流形势基本相反:在干(湿)韵律年冬季,东亚地区500 hPa位势高度距平呈现西高东低(东高西低)的分布型,中国南方东部主要受偏北(南)风异常控制,这不利(有利)于低纬度暖湿气流向长江中下游地区输送,导致该地区冬季降水异常偏少(多);在次年夏季,西北太平洋副热带高压异常偏弱(强),不利(有利)于西南暖湿气流向中国东部地区输送,使得长江中下游地区夏季降水也异常偏少(多)。研究进一步指出,长江中下游地区的冬夏干、湿韵律现象与东亚冬夏季风活动的强度密切相关。干、湿韵律现象多在东亚冬夏季风强度变化一致的情况下出现:冬、夏季风一致偏强时多导致干韵律现象,而一致偏弱时易导致湿韵律现象。     

中国东部夏季极端降水事件及大气环流异常分析

主要利用1961~2014年中国东部地区438个台站的逐日降水资料和NCEP/NCAR的再分析资料,从大气内部动力角度对夏季不同极端降水情况下的环境场进行分析,结果表明:对长江中下游地区而言,在极端降水频次偏多年时,850 hPa风场及整层水汽输送距平场均表明东亚夏季风偏弱,有利于更多的水汽输送到长江中下游地区,500 hPa鄂霍次克海阻塞高压持续日数偏多,有利于冷空气南下,200 hPa东亚副热带急流偏南,且30°N以南偏西风异常有利于辐散,而在斜压波包从西北东南向传播为极端降水事件分发生集聚了能量;对华北地区极端降水频次偏多年而言,850 hPa风场及整层的水汽输送距平场均表明东亚夏季风偏强,有利于更多的水汽输送到华北地区,500 hPa高度距平场日本海正距平,贝加尔湖蒙古地区为负距平,华北地区东高西低,200 hPa东亚副热带急流偏北,从而导致我国华北地区极端降水频次偏多,能量传播也为西北东南向。这些结果表明极端降水的变化,与大气内部的动力作用和能量的传播有密切的关系。     

春季南半球环状模与长江流域夏季降水的关系：Ⅰ 基本事实

利用统计方法对春季(4~5月)南半球环状模(SAM)与夏季(6~8月)中国降水的关系作了分析,发现春季南半球环状模指数(SAMI)与夏季长江中下游降水之间存在显著的正相关关系。春季SAM偏强的同期对流层下层在欧亚大陆存在一以蒙古高原和天山山脉为中心的异常反气旋对,从中国东北到华南中纬度地区均为异常的偏北气流控制。这种环流异常形式可以持续到夏季并加强,致使东亚夏季风减弱;春季SAM偏强,夏季西太平洋副热带高压西部脊强度加强,位置偏西,这些异常环流都有利于长江中下游地区降水偏多。另外,春季SAM偏强,夏季长江中下游地区水汽含量增大,向上的垂直运动得到加强,为该地区降水偏多提供了基本的水汽条件。春季SAM偏弱时,夏季东亚大气环流和水汽条件相反。因此,春季SAM为夏季长江中下游汛期降水提供了一有用的前期信号。     

2005年江淮流域入梅偏晚的成因分析

2005年是江淮流域入梅偏晚年。利用NCEP／NCAR再分析资料、OLR资料和江苏省气象台提供的2005年逐日降水资料，对2005年江淮流域入梅前的异常环流形势进行分析，探讨了西太平洋副热带高压和低层中高纬冷空气的活动异常与东亚大槽、中西太平洋ITCZ以及东亚副热带高空西风急流等活动异常的关系。结果表明，入梅前，东亚大槽发展强盛，ITCZ偏弱以及东亚副热带高空西风急流强劲少动导致西太平洋副热带高压北抬偏晚。同时，东亚副热带高空西风急流的强劲少动也使南下冷空气势力强劲，中低层副热带锋区偏南，抑制了暖湿的东亚夏季风向江淮流域推进。东亚副热带高空西风急流和西太平洋副热带高压向北突跳偏晚是江淮流域2005年入梅偏晚的主要原因。     

Regional features of precipitation over Asia and summer extreme precipitation over Southeast Asia and their associations with atmospheric–oceanic conditions

The variations of both total and extreme precipitations over Asia are characterized by large regional features and seasonality. Extreme precipitation mainly occurs in summer and then in autumn over South Asia but it is a prominent phenomenon in all seasons over Southeast Asia. It explains above 40% of the total precipitation in winter over India, while the ratio of extreme precipitation to total precipitation is 30% or smaller in all seasons over southern-central China. Over Southeast Asia, the largest ratio appears in winter. The extreme precipitation over Southeast Asia (EPSEA) exhibits significant positive trends in all seasons except autumn. The long-term increase in summer EPSEA is associated with significant surface warming over extratropical Asia and the Indo-Pacific oceans and linked to a large-scale anomalous cyclonic pattern over Southeast Asia. An increase in de-trended summer EPSEA is associated with less significant surface warming. However, it is still clearly linked to an anomalous cyclonic pattern over Southeast Asia, contributed by intensifications of monsoon flow from the west, trade wind from the east, and cross-equatorial flow over Indonesia. The antecedent features of increased summer EPSEA include an overall warming over the tropical–subtropical northern hemisphere and an anomalous cyclonic pattern over Southeast Asia in winter and spring. When the large-scale Asian monsoon (measured by the Webster-Yang monsoon index) or the South Asian monsoon is strong, summer extreme precipitation mainly increases over tropical Asia. When monsoon is strong over Southeast Asia or East Asia, extreme precipitation increases over Southeast Asia and decreases over East Asia. A strong summer monsoon over Southeast Asia or East Asia is also followed by decreased autumn extreme precipitation over Southeast Asia.     

东亚副热带西风急流位置异常对长江中下游夏季降水的影响

利用NCEP/NCAR 200 hPa月平均风场再分析资料,定义东亚大陆对流层上层不同经度上最大西风所在位置的平均纬度为东亚副热带西风急流轴线指数,该指数能准确反映东亚副热带西风急流位置的南北变化及其对长江中下游降水的影响,并能较好地体现东亚夏季风盛行期间对流层低层与高层的纬向风场变化特征。分析表明,该指数的时间变化具有与长江中下游夏季降水较一致的年代际变化及年际振荡特征。对东亚副热带西风急流位置异常年的大气环流差异分析表明,急流异常偏北时,南亚高压偏弱,位置偏北偏西,呈伊朗高压型;西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏弱、位置偏东偏北;气流的辐合上升区北移至华北一带,而长江流域低层风场为辐散异常,上升气流较常年偏弱,降水偏少。急流异常偏南时,南亚高压偏强,位置偏南偏东,呈青藏高压型;西太副高偏强、位置偏西偏南;长江流域地区上空低层有较强辐合上升气流,高层有较强的气流辐散,对流旺盛,雨带在此维持,容易引发洪涝。     

东亚季风指数及其与大尺度热力环流年际变化关系

将东西向海平面气压差与低纬度高、低层纬向风切变相结合 ,定义了东亚季风指数 ,该季风指数较好地反映了东亚冬、夏季风变化。其中 ,夏季风指数年际异常对西太平洋副热带高压南北位置变化和长江中下游旱涝具有较强的反映能力。分析表明 :东亚夏季风年际变化与印度洋 -西太平洋上空反 Walker环流及夏季越赤道南北半球间的季风环流呈显著正相关关系。在强、弱异常东亚夏季风年份 ,异常的 Walker环流在西太平洋上的辐合 (辐散 )中心在垂直方向不重合 ,高层 ( 2 0 0 h Pa)速度势与东亚夏季风显著相关区域位于西北太平洋上 ,该异常环流的高层的辐合 (辐散 )通过改变低层空气质量而影响夏季 50 0 h Pa西北太平洋副热带高压。采用 SVD分析进一步发现 :与海温耦合的异常 Walker环流在西太平洋上空的上升支表现出南北半球关于赤道非对称结构 ,亚澳季风区受该异常 Walker环流控制。因而 ,东亚季风与热带海气相互作用可直接通过这种纬向非对称的 Walker环流发生联系。     

Factors favorable to frequent extreme precipitation in the upper Yangtze River Valley

Extreme precipitation events in the upper Yangtze River Valley (YRV) have recently become an increasingly important focus in China because they often cause droughts and floods. Unfortunately, little is known about the climate processes responsible for these events. This paper investigates factors favorable to frequent extreme precipitation events in the upper YRV. Our results reveal that a weakened South China Sea summer monsoon trough, intensified Eurasian-Pacific blocking highs, an intensified South Asian High, a southward subtropical westerly jet and an intensified Western North Pacific Subtropical High (WNPSH) increase atmospheric instability and enhance the convergence of moisture over the upper YRV, which result in more extreme precipitation events. The snow depth over the eastern Tibetan Plateau (TP) in winter and sea surface temperature anomalies (SSTAs) over three key regions in summer are important external forcing factors in the atmospheric circulation anomalies. Deep snow on the Tibetan Plateau in winter can weaken the subsequent East Asian summer monsoon circulation above by increasing the soil moisture content in summer and weakening the land–sea thermal contrast over East Asia. The positive SSTA in the western North Pacific may affect southwestward extension of the WNPSH and the blocking high over northeastern Asia by arousing the East Asian-Pacific pattern. The positive SSTA in the North Atlantic can affect extreme precipitation event frequency in the upper YRV via a wave train pattern along the westerly jet between the North Atlantic and East Asia. A tripolar pattern from west to east over the Indian Ocean can strengthen moisture transport by enhancing Somali cross-equatorial flow.     

2009年云南秋季特大干旱的气候成因分析

2009年秋季至2010年初夏,云南遭受了有资料记录以来最严重的干旱,其中2009年秋季是有资料记录以来降水偏少最明显的年份,全省平均降水比历年同期偏少50%以上。通过诊断方法分析了云南秋季降水和大气环流异常的特征,结果表明在多年平均情况下,云南秋季大部分地区的降水占年降水总量的20%以上,对年降水量的变化有重要影响;2009年秋季云南区域大气低层的水汽持续偏少、高层辐合低层辐散的高低层流场配置是这次干旱产生的最直接原因;另外,持续偏西偏强的西太平洋副热带高压、弱冷空气和弱暖湿气流活动,以及北方冷空气与南方暖湿气流影响云南的不同步、夏季风环流的提前结束等都对这次干旱过程产生了重要的影响。     

热带和副热带环流对东亚低纬度冬季风强度影响

东亚冬季风具有南北一致变化和南北反相变化两种主要模态。与第一模态反映的南北贯穿的冬季风整体强弱变化不同,第二模态体现了低纬度（中国南方地区）冬季风强弱变化不依赖于中高纬度（中国北方地区）冬季风强弱、甚至与之相反的变化状态。本文利用经验正交函数分析、相关分析、偏相关分析等方法重点研究了在第二模态背景下,低纬度（中国南方地区）冬季风强弱变化对应的热带和副热带环流异常特征。研究发现:热带辐合带是影响低纬度冬季风的一个重要系统。当热带辐合带加强并向北推进时,热带西太平洋及南海地区对流上升运动相应加强。这一上升支可能强迫出低层偏北风异常,从而引起低纬度冬季风加强。此外,副热带高空急流是影响低纬度冬季风的另一个重要系统。急流轴上风速加强会造成入口区准地转偏北风的异常,它强迫出的正次级环流也会相应加强,对应急流北侧的异常下沉和南侧的异常上升,并促使低层产生偏北风异常,也即促进了低纬度冬季风加强。进一步考察热带辐合带对流活动和副热带急流风速异常对低纬度冬季风的独立和协同影响发现,前者的影响相对更为重要。而在二者同时增强的综合作用下,可引起中国南部35°N以南地区的偏北风异常显著增强,反之亦然。上述结果揭示,冬季低纬度风场的变化不仅受到北方冷空气爆发的影响,它还受制于热带、副热带环流系统异常的共同调控作用。     

TBO的原因－异常东亚冬季风与ENSO循环的相互作用

基于对 ＮＣＥＰ／ ＮＣＡＲ再分析资料以及其他资料（ＯＬＲ，降水和气温等）的分析研究，结果表明东亚和西北太平洋地区的对流层环流和气候变化都有明显的准两年振荡（ＴＢＯ）特征。同时，异常东亚冬季风可以影响次年夏季的大气环流和气候变化，特别是在东亚地区；而异常东亚冬季风和ＥＮＳＯ循环间又有明显相互作用：持续的强（弱）东亚冬季风通过海─气相互作用可以激发 Ｅｌ Ｎｉ　ｏ（Ｌａ Ｎｉ　ａ）， Ｅｌ Ｎｉ　ｏ（Ｌａ Ｎｉ　ａ）反过来又可通过遥相关或遥响应而导致东亚冬季风偏弱（强）。强或弱的冬季风和ＥＮＳＯ循环是相互衔接在一起的，因此可以认为异常东亚冬季风与ＥＮＳＯ循环的相互作用是ＴＢＯ对流层准两年振荡）的基本原因。     

1999—2008年夏季华北冷涡的异常特征

利用1999—2008年5—8月中国160站月平均气温资料、每日2次的MICAPS资料及每日4次的NCEP 1°×1°资料,通过定义一个夏季华北冷涡强度指数(NCCVI),研究了夏季华北冷涡异常年西太平洋副高、东亚季风、高空急流及低层垂直运动的异常特征。结果表明：夏季NCCVI异常强年500 hPa上贝加尔湖地区有气旋性环流发展,从贝加尔湖至我国华北地区为一显著的高空槽所控制,冷空气较活跃并随槽后引导气流扩散南下影响华北地区。对流层各层偏暖湿,200 hPa上高空急流偏强,700 hPa上高纬冷涡后部偏北气流加强,低纬偏南气流加强,冷暖空气在华北交汇,华北和东北地区低层上升运动发展。同期副热带高压偏强,位置略偏南;东亚夏季风偏强, 加强了水汽输送。夏季NCCVI异常弱年相反。