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。     

2010年6月中国南方持续性强降水过程：天气系统演变和青藏高原热力作用的影响

2010年6月中国南方发生持续性强降水,其强度与2008年6月相当,超过近年来其他年份。但是,与2008年6月相比,2010年6月对流层中低层低值系统活动在青藏高原至长江中下游地区异常频繁,副热带高压(副高)位置异常偏西、强度偏强,导致低层异常风场辐合区及强降水区域相对偏北。分析2010年6月14—24日中国南方连续出现的4次持续性强降水过程,发现南亚高压、对流层中层的中纬度槽脊和西太平洋副高以及低层切变线和东移低涡是造成持续性强降水的主要天气系统。利用WRF模式对2010年6月强降水过程实施显式对流集合模拟试验,在控制试验重现观测到的地面降水和天气系统特征的基础上,在敏感性试验中将青藏高原的地表短波反照率修改为1.0,对比两组模拟试验的结果表明:控制试验中青藏高原的地表感热加热作用使得高原及其周边地区的大气温度发生变化,相应的热成风平衡调整使得对流层低层至高层大气环流和天气系统特征发生显著变化,增强了中国南方的持续性降水。200 hPa青藏高原西部形成反气旋性环流异常,东部形成气旋性环流异常,青藏高原东部南下的冷空气加强,中国南方辐散增强;500 hPa青藏高原北部的脊加强,中国东部的槽加深,副高西北侧的西南风明显增强,从青藏高原向下游传播的正涡度也显著加强;850 hPa的低涡强烈发展并逐步东移,华南沿海的西南低空急流更为强盛,导致降水区的水汽辐合、上升运动及降水强度都增强。     

华南地区7-10月两类区域性极端降水事件特征及环流异常对比

利用1981—2016年7—10月中国753站逐日降水资料、气象信息综合分析处理系统（MICAPS）逐日站点降水资料、日本东京台风中心西北太平洋热带气旋（TC）最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料集,分析了华南地区区域性日降水极端事件（RDPE事件）的统计特征及环流异常。根据华南地区RDPE事件的发生是否受热带气旋影响将其分为TCfree-RDPE和TCaff-RDPE两类事件,其中TCaff-RDPE事件占42%且集中发生在8月4—5候;TCfree-RDPE事件以7月发生频数最多,占其总频次的1/2以上。TCfree-RDPE事件发生时,华南地区受异常气旋性环流控制,来自西太平洋和中国南海的暖湿气流与北方冷气团在此汇合并形成一条狭长的水汽辐合带,低层辐合、高层辐散,显著强烈的上升运动为TCfree-RDPE事件的发生与维持提供了有利条件;与此同时,波扰动能量由高原东北侧及河西走廊地区向华南一带传播并在华南显著辐合,有利于华南上空扰动的发展和维持。TCaff-RDPE事件发生时,华南上空由低层到高层的斜压环流结构更为明显,异常上升运动更加强烈,热带气旋在其运动过程中携带了大量源自孟加拉湾、中国南海和西太平洋地区的水汽并输送至华南地区,水汽辐合气流更为强盛。同时,波扰动能量由高纬度地区沿河西走廊向下游传播,但在华南地区辐合不甚明显。两类极端事件发生时,加热场上的差异亦明显。华南及邻近地区上空的大气净加热及其南侧大范围区域的净冷却所形成的加热场梯度对TCfree-RDPE事件的发生有利。而TCaff-RDPE事件发生时,〈Q₁〉和〈Q₂〉在经向上由18°N以南、华南及其邻近地区、32°N以北呈负—正—负的异常分布型,正距平值更高,加热场梯度更大,有利于TCaff-RDPE事件的维持。这些结果有利于人们认识和预测华南区域性日降水极端事件的发生。      

Delay in the onset of South Asian summer monsoon induced by local black carbon in an AGCM

The influence of local black carbon (BC) on monthly mean precipitation and the associated circulation in South Asia is investigated. The results show that the amplified shortwave radiative heating rate by BC absorption enhances convective activity near the Himalayas and the southern Tibetan Plateau with increased rainfall anomalies in April and May, which is consistent with previous studies. However, the enhanced vertical motions and the precipitation ultimately lead towards cooling of the lower troposphere especially in May, which is extended till June. This favored negative rainfall responses in June, implying delay in the onset of South Asian summer monsoon rainfalls over Arabian Sea and western parts of the subcontinent. The negative precipitation response is further associated with the prevailing anomalous high pressure and the anticyclonic wind circulations induced by BC. Thus, we present here one different feature associated with BC-induced elevated heat pump-like circulations in South Asia.     

春季中国西南降水与青藏高原及周边非绝热加热之间的关系

基于气象观测资料和再分析资料,从西南地区降水年际变化规律入手,运用统计学方法从时空角度分析了与其相伴随的环流型和非绝热加热的关联。结果表明,当西南地区降水偏多时,东西向异常气旋、反气旋分别位于我国长江以南地区上空以及青藏高原西南侧上空对流层中、高层,西南地区对流层高层被异常偏北风控制,低层被异常偏南风控制,中层伴有较强的异常垂直上升运动,且与异常非绝热加热源区基本重合,而青藏高原西南侧上空对流层中层为异常的垂直下沉运动,且与异常非绝热加热汇区基本重合;反之亦然。在此基础上进一步运用气候动力学方法揭示了导致西南降水异常的可能物理过程：高原西南侧爬升流的异常垂直运动通过影响南支气流向下游的水汽输送异常,进而导致西南地区非绝热加热异常,最终实现对西南地区降水的调制作用。     

The Persistent Heavy Rainfall over Southern China in June 2010：Evolution of Synoptic Systems and the Effects of the Tibetan Plateau Heating

This study investigates influencing weather systems for and the effect of Tibetan Plateau （TP）’s surface heating on the heavy rainfall over southern China in June 2010, focusing on the four persistent heavy rainfall events during 14-24 June 2010. The ma jor weather systems include the South Asian high, midlatitude trough and ridge, western Pacific subtropical high in the middle troposphere, and shear lines and eastward-moving vortices in the lower troposphere. An ensemble of convection-permitting simulations （CTL） is carried out with the WRF model for these rainfall events, which successfully reproduce the observed evolution of precipitation and weather systems. Another ensemble of simulations （SEN） with the surface albedo over the TP and its southern slope changed artificially to one, i.e., the surface does not absorb any solar heating, otherwise it is identical to CTL, is also performed. Comparison between CTL and SEN suggests that the surface sensible heating of TP in CTL significantly affects the temperature distributions over the plateau and its surroundings, and the thermal wind adjustment consequently changes atmospheric circulations and properties of the synoptic systems, leading to intensified precipitation over southern China. Specifically, at 200 hPa, anticyclonic and cyclonic anomalies form over the western and eastern plateau, respectively, which enhances the southward cold air intrusion along the eastern TP and the divergence over southern China;at 500 hPa, the ridge over the northern plateau and the trough over eastern China are strengthened, the southwesterly flows along the northwestern side of the subtropical high are intensified, and the positive vorticity propagation from the plateau to its downstream is also enhanced significantly;at 850 hPa, the low-pressure vortices strongly develop and move eastward while the southwesterly low-level jet over southern China strengthens in CTL, leading to increased water vapor convergence and upward motion over the precipitation region.     

中国西南地区春季降水的时空变化及其异常的环流特征

利用中国气象局国家气象信息中心整编的中国西南地区97站逐日观测资料及美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料,对中国西南地区1961—2013年春季降水的时空分布特征进行了分析,并研究了造成西南地区春季降水异常的环流成因。结果表明,中国西南地区春季降水的主模态呈现为全区一致型,该模态具有明显的2.5—3.5a及准5a的活动周期。对流层中低层副热带地区的异常气旋式环流波列形成的异常气流将洋面上空的水汽向中国西南内陆地区输送,暖湿气流与异常活跃的北方冷空气活动相配合,加上西南地区大气低层辐合、高层辐散而产生抽吸作用,使得当地对流层中低层出现较强的沿地形抬升的上升气流,从而有利于西南地区降水的形成,反之亦然。造成环流异常的原因除了与西南地区、热带地区的异常辐合/辐散运动造成的位涡扰动能量有关,亦与中高纬度波扰动能量下欧亚大陆下游地区的频散及辐合有关。此外,冬季1月的青藏高原地面加热场特征可作为预测后期西南地区春季降水异常变化的一个前期信号。     

APO异常对我国西北地区东部秋季干湿变化影响

利用1961—2010年NCEP/NCAR的月平均和逐日再分析资料、中国区域589个站月降水量和气温月平均资料,研究夏季亚洲—太平洋涛动 (APO) 异常与我国西北地区东部秋季干湿变化的关系。结果表明:夏季亚洲—太平洋涛动指数 (APOI) 的异常变化与我国西北地区东部干湿指数 (DROI) 呈显著正相关。夏季APOI正异常年对应的秋季中高纬度地区500 hPa高度场乌拉尔山以西高压脊加强、巴尔喀什湖至贝加尔湖之间的低压槽加深、鄂霍次克海东部高压脊加强;东亚西风急流轴偏北;经阿拉伯海、印度半岛—孟加拉湾的西风水汽以及北太平洋反气旋底部的偏东水汽输送均为加强趋势,并结合中纬度西风水汽输送使研究区秋季偏湿,反之亦然。进一步研究表明,夏季APO为正异常时,秋季西北地区东部上升运动加强、暖湿气流加强 (均在第54—56候最为明显)。     

青藏高原西部冬季地表净辐射与中国降水的关系

本文利用1982年8月－1983年7月在青藏高原地区进行的辐射平衡观测资料，计算了高原西部地区历年冬季（11－2月）的地表净辐射。通过对高原西部冬季地表净辐射的分析阐明了高原西部地表加热场的特征，并讨论了它与我国的西南秋雨、长江流域伏旱以及黄河上游雨季降水等的关系。     

青藏高原地区5月热力差异和后期夏季北疆降水的联系

基于美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均资料和新疆70站降水资料,分析了1961~2010年5月青藏高原地区地表热力异常差异和新疆夏季降水的联系。奇异值分解(SVD)分析发现,当5月青藏高原视热源偏弱,高原西北部地区偏强时,北疆夏季降水偏多。定义了一个热力差异指数来表征两个区域热力异常的对比程度,发现考虑这种大尺度热力差异对比要比单一地区与区域气候有更为密切的联系。当热力差异指数为负时,即5月青藏高原视热源偏弱,其西北部视热源偏强时:(1)西亚副热带西风急流位置偏南;(2)500 h Pa中亚上空和贝加尔湖上空分别对应异常气旋和反气旋环流,在二者共同作用下,北疆上空盛行异常的偏南气流,有利于低纬度的暖湿气流北上,形成有利于降水的环流形势;(3)印度半岛上空为异常反气旋环流,中亚上空为异常气旋环流,形成北疆夏季降水水汽的两步型输送,阿拉伯海水汽被输送至中亚和新疆地区。偏相关分析发现,青藏高原热力异常主要影响对流层中高层大气环流和水汽输送的第二步环流条件,高原西北部热力异常则影响水汽输送的第一步环流条件。     

青藏高原地表温度对华北汛期降水变化的影响

利用1980-2001年青藏高原月平均地表温度、1961～2001年我国160站月降水以及NECP／NCAR再分析月平均高度场资料,分析了华北地区汛期降水与青藏高原地表温度的关系,结果表明华北地区汛期降水与青藏高原5～6月地表温度具有显著的正相关。相关场的正值中心位于高原的东北部和西南部地区。华北地区汛期降水偏少年,青藏高原前期5～6月地温以负距平为主且距平值较小;相反,降水偏多年,青藏高原前期5～6月地温以正距平为主且距平值较大。EOF和SVD分析表明,青藏高原5～6月地温和华北地区汛期降水的第一典型场都表现出大体一致的变化特点。此外,诊断分析得到,青藏高原5～6月地温偏高年,7～8月西太平洋副热带高压的强度偏强,位置偏北;地温偏低年,西太平洋副热带高压的强度偏弱,位置偏南。     

初夏东亚-太平洋大气热源与长江流域及邻近地区7、8月降水异常的关系

用1958～2000年NCEP/NCAR再分析资料、中国160站降水量及1958～1998年月平均海温资料分析了中国夏季相邻月份降水异常型的相关特征，及其与大气热源的关系和相关物理过程。结果表明，7月长江流域的降水异常与8月长江和黄河之间地区的降水异常有很好的同号性。7、8月长江流域及附近地区持续性偏旱（涝）与太平洋洋盆尺度的大气热源异常有关，并与前期5、6月热带中、东太平洋大范围的热源异常、青藏高原热源异常也有密切的联系，即当5、 6月赤道东太平洋的大气热源正异常，而赤道中太平洋北侧的热源负异常，则中国7月长江中下游偏涝，8月长江中上游与江淮流域和内蒙古东部偏涝，华南偏旱；反之亦然。前期热带中、东太平洋上空的热源异常中心和与之联系的异常垂直运动中心的西扩和西移，以及青藏高原东部的热源异常中心是影响我国7、8月持续偏旱（涝）的重要环流异常特征。另外，南海－西太平洋海温在前期也已经具有我国夏季长江流域发生旱涝对应的同期海温异常分布型的特征。     

青藏高原积雪对亚洲夏季风影响的诊断及数值研究

通过对青藏高原多、少雪年的合成分析及数值试验，研究了青藏高原积雪对亚洲 夏季风和我国东部气候异常的影响。结果表明:青藏高原积雪造成亚洲大气环流较大的年际变化。高原积雪改变了高原陆面春、夏季的热状况，使亚洲夏季风爆发推迟20天左右。高原积雪通过以下物理过程影响亚洲夏季风和我国东部气候:高原积雪多(少)→高原春、夏季的感热弱(强)→感热加热引起的上升运动弱(强)，高原强(弱)环境风场→不利(有利)于高原感热通量向上输送→高原上空对流层加热弱(强)→高原对流层温度低(高)→高原南侧温度对比弱(强)→造成亚洲夏季风弱(强)→我国长江流域易涝(旱)。     

青藏高原5月大气热源与黑龙江省盛夏降水的关系

利用1961—2017年黑龙江省夏季降水资料和NCEP再分析资料,采用奇异值分解、相关分析、回归分析等方法,研究了青藏高原大气热源与黑龙江省盛夏降水的关系及可能的影响机制。结果表明:5月青藏高原热源与黑龙江省7月降水关系最密切,当5月高原东部热源偏强时,7月黑龙江省中部降水显著偏少。5月热源偏强年,在副热带西风急流的作用下,7月中纬度环流呈现类似“丝绸之路”型遥相关波列,同时东亚沿岸环流呈现类似“东亚—太平洋”型遥相关波列,在二者共同作用下黑龙江省受反气旋式环流影响,7月降水偏少。     

中国南方冬季持续性温湿异常事件的分类和特征分析

利用1981-2010年中国测站逐日气温和降水异常序列,将中国南方冬季持续性异常事件分为冷湿、冷干、暖湿和暖干4类持续性异常事件,并用NCEP-DOE逐日再分析资料对各类持续性异常事件的环流特征进行了分析。结果表明,欧亚大陆中高纬度上空"北高南低"的异常环流形势使得温带急流减弱、副热带急流增强,有利于冷空气向南爆发;而中纬度地区"东高西低"的异常环流则对应西太平洋副热带高压增强北移和南支西风槽的活跃,有利于偏南风水汽输送达到中国南方地区,中国南方降水偏多。受南北异常环流的共同影响,中国南方冬季经常出现持续性异常天气,冷湿（低温雨雪冰冻）事件正是在上述两种异常环流型影响下发生的。因此,考虑与冷湿事件相联系的关键环流系统可能有助于提高中国南方冬季低温雨雪冰冻事件的预报能力。      

Varying Rossby Wave Trains from the Developing to Decaying Period of the Upper Atmospheric Heat Source over the Tibetan Plateau in Boreal Summer

This study demonstrates the two different Rossby wave train(RWT) patterns related to the developing/decaying upper atmospheric heat source over the Tibetan Plateau(TPUHS) in boreal summer. The results show that the summer TPUHS is dominated by quasi-biweekly variability, particularly from late July to mid-August when the subtropical jet steadily stays to the north of the TP. During the developing period of TPUHS events, the intensifying TPUHS corresponds to an anomalous upper-tropospheric high over the TP, which acts as the main source of a RWT that extends northeastward, via North China, the central Pacific and Alaska, to the northeastern Pacific region. This RWT breaks up while the anomalous high is temporarily replaced by an anomalous low due to the further deepened convective heating around the TPUHS peak. However, this anomalous low, though existing for only three to four days due to the counteracting dynamical effects of the persisting upper/lower divergence/convergence over the TP, acts as a new wave source to connect to an anomalous dynamical high over the Baikal region. Whilst the anomalous low is diminishing rapidly, this Baikal high becomes the main source of a new RWT, which develops eastward over the North Pacific region till around eight days after the TPUHS peak. Nevertheless, the anomaly centers along this decaying-TPUHS-related RWT mostly appear much weaker than those along the previous RWT.Therefore, their impacts on circulation and weather differ considerably from the developing to the decaying period of TPUHS events.     

基于静止卫星的青藏高原及周边地区夏季对流的气候特征分析

利用2010-2014年静止气象卫星FY-2E的红外TBB资料,分析了夏季青藏高原（高原）及周围地区对流的气候特征。分析表明,5月,高原最主要的对流发生在东部边缘。6月,随着亚洲夏季风爆发,最强的对流（强对流）发生在高原的东南侧。7-8月,强盛的西南风给高原中东部部分地区带来丰沛的水汽,高原的东南部形成一条对流（强对流）活跃带。在高原西部,对流发生频率大于6%的区域出现在西部南麓的时间约为37候,并于7月底-8月初到达最北。在高原中部,对流（强对流）开始活跃的时间为6月上旬（中旬）,维持整个盛夏,并分别经历3次向北推进,最北约到达34°N。在高原东部,5月底开始对流都处于相对活跃期,有3次（两次）对流（强对流）的北进。高原对流（强对流）发生频率存在两个季节内变率大值区,分别位于高原中南部雅鲁藏布江中段和高原东南部西藏、青海、四川三省交界处。对流发生频率的第一模态主要是高原东南部和南部的印度季风区对流的反向模态,第二模态则体现了高原西部和印度大陆80°E以西地区与南亚大陆80°E以东地区的对流发生频率的三极型变化。      

青藏和伊朗高原热力异常与北疆夏季降水的关系

青藏高原和伊朗高原热力异常对其周边地区天气气候有重要影响,已有研究多关注东部季风区,而对干旱区关注较少.针对这一不足,利用美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均资料和北疆43站降水资料,分析了1961-2007年5月青藏高原和伊朗高原地表感热异常与北疆夏季降水的关系.奇异值分解(SVD)分析发现,5月青藏高原地表感热与北疆夏季降水呈负相关,伊朗高原为正相关.青藏高原和伊朗高原感热异常的大尺度对比,要比仅考虑单一高原的感热异常与北疆夏季降水有更密切的联系.定义了一个热力差异指数来表征这种地表感热异常的对比程度,相关分析发现,当5月伊朗高原地表感热偏强,青藏高原地表感热偏弱时,500hPa中亚上空和贝加尔湖上空分别为异常气旋和反气旋环流,在二者共同作用下,新疆上空盛行异常的偏南气流,有利于低纬度的暖湿气流北上,形成有利于降水的环流形势,同时越赤道索马里急流偏强,低纬度水汽被接力输送至中亚和新疆地区,为降水的发生提供了有利的水汽条件.进一步分析发现,青藏高原热力异常主要影响中高层大气环流,伊朗高原则主要影响水汽通量输送.     

宁夏夏季极端降水日数的变化规律及其成因

利用1961—2015年宁夏逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料,分析了宁夏夏季极端降水的变化规律及其成因。结果表明:1)55年来宁夏夏季极端降水日数呈微弱减少趋势,但变率在1994年发生了由大到小的气候突变。各月极端降水的变化存在差异:6月极端降水日数在1982年发生突变,突变后日数显著增多;7月极端降水日数呈微弱减少趋势;8月极端降水日数在1995年发生突变,突变后日数显著减少。2)500 h Pa高度场上6月中国华北—东北与西太平洋上的偶极型异常分布、8月西西伯利亚—蒙古—副热带地区的遥相关波列和EAP异常分布型以及700h Pa上宁夏6月偏东风增强和8月偏北风增强,是导致极端降水事件变化的直接原因。3)6月菲律宾附近海温偏高,有利于500 h Pa高度距平场形成华北—东北与西太平洋的"+-"偶极型异常分布;8月拉尼娜事件的发生,有利于我国呈现西低东高分布型,激发EAP遥相关波列,冷空气与水汽条件相配合,从而导致宁夏极端降水事件频发。     

2002年夏季中高纬大气准双周振荡对华南降水的影响

利用JRA55大气再分析资料和TRMM卫星降水资料,分析了2002年夏季（5~8月）华南地区降水的低频振荡特征,重点揭示了对其影响显著的中高纬大气季节内振荡的环流结构及演变。小波和功率谱分析表明,2002年夏季华南降水表现为主周期为10~30 d的准双周低频振荡。典型低频降水事件及合成分析指出,准双周降水的强（弱）变化除了受低空西北太平洋副热带高压西伸进入（东移退出）南海的影响以外,还显著地依赖于中高纬地区高空大气环流的季节内振荡。在对流层高层,中高纬度地区存在一支自大西洋经欧亚大陆的气旋—反气旋相间排列的低频波列。该波列在欧亚大陆地区向东南传播,当异常反气旋和气旋分别位于青藏高原和华北上空时,这种偶极型环流之间的高空辐散场有利于华南地区上升运动的发展,因而华南降水偏强;反之,华南降水偏弱。研究还表明,低频波列南移造成了对流层异常温度平流和副热带高层异常绝对涡度的变化,使得华南地区上升与下沉运动交替出现以及相应的经向环流圈反转,从而导致华南准双周振荡干湿位相的转换。局地异常感热加热对干湿位相转换也起一定作用。时滞相关分析发现,当青藏高原地区500 hPa位势高度异常场超前于华南异常降水4 d（即位相差为1/4周期）时,二者出现显著正相关,表明青藏高原地区500 hPa位势高度异常对预测华南地区季节内降水变化有潜在的应用价值。