川渝盆地气温年代际变化的大气环流特征对比分析

在100 hPa高度场与川渝盆地盛夏气温场相关分析基础上,对比分析了不同层次大气环流变化对川渝盆地盛夏气温长期变化的影响,初步探讨了南亚高压南北位置异常对盆地盛夏气温年代际变化的影响机制。结果表明100hPa南亚高压南北位置异常与盆地盛夏气温变化具有显著的时空相关,南亚高压主体部分年代际南北进退,引起了川渝盆地盛夏气温年代际异常变化。当南亚高压偏南时,盆地盛夏气温偏低,反之则偏高。同时,中低层500 hPa高度距平场及北半球850hPa夏季距平风场也有明显的不同异常分布,南亚高压是影响川渝盆地冷暖持续异常的重要原因。     

川渝盆地气温年代际变化的大气环流特征对比分析

在100 hPa高度场与川渝盆地盛夏气温场相关分析基础上,对比分析了不同层次大气环流变化对川渝盆地盛夏气温长期变化的影响,初步探讨了南亚高压南北位置异常对盆地盛夏气温年代际变化的影响机制.结果表明100hPa南亚高压南北位置异常与盆地盛夏气温变化具有显著的时空相关,南亚高压主体部分年代际南北进退,引起了川渝盆地盛夏气温年代际异常变化.当南亚高压偏南时,盆地盛夏气温偏低,反之则偏高.同时,中低层500 hPa高度距平场及北半球850hPa夏季距平风场也有明显的不同异常分布,南亚高压是影响川渝盆地冷暖持续异常的重要原因.     

华南夏季风降水开始日的异常与前冬大气环流和海温的关系

利用1951～2004年NCEP/NCAR再分析资料及ERSST海温资料,研究了华南夏季风降水开始日期的变化特征及其与前期冬季大气环流和海温的关系。小波分析表明,夏季风降水开始日期具有明显的年际和年代际变化,年际变化以准2～3年变化为主,年代际变化周期约16年。华南夏季风降水开始偏早年在大气环流上的前兆信号表现为前期冬季乌拉尔山阻塞高压偏强、东亚大槽较深,阿留申低压偏强,冷空气活动偏强。冬季,鄂霍次克海附近的海温异常为华南夏季风降水开始迟早有物理意义的、稳定正相关前兆信号。合成分析表明,冬季鄂霍次克海附近SST正异常时,5月100 hPa青藏高压偏东偏北偏弱,异常偏西风控制华南;850 hPa环流在华南表现为东北风,华南受冷空气影响为主,华南夏季风降水开始日期偏晚。相反时,若冬季鄂霍次克海附近SST负异常,5月100 hPa青藏高压偏西偏南偏强,异常偏东风控制华南;850 hPa环流在华南表现为偏南风,华南受热带系统影响为主,华南夏季风降水开始日期偏早。并提出冬季中高纬度地区冷空气活动影响华南夏季风降水开始日异常的物理机制。     

华南春季降水的年代际变化及其与大气环流和海温的关系

利用1960—2010年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA提供的海表温度资料以及太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)指数,分析了华南春季降水的年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:华南春季降水经历了偏少(1960—1971年)—偏多(1972—1992年)—次偏少(1993—2010年)三个阶段。第一阶段少雨期,500 hPa上西风气流较平直,不利于北方冷空气南下,华南地区的暖气团也不活跃,对应的水汽通量散度为异常辐散。第二阶段多雨期,500 hPa高度上,高原北部脊偏强,利于冷空气南下,与华南地区活跃的暖湿气团汇合,对应的水汽场上为水汽异常辐合。第三阶段少雨期,500 hPa西风气流上的槽脊系统偏强,利于北方强冷空气南下,孟加拉湾地区的南支槽填塞,南方暖湿空气向华南的输送减弱。华南春季降水与PDO指数存在正相关关系,从不同季节来看,在年代际时间尺度上,前期秋季的PDO指数与华南春季降水的正相关显著,PDO处于负位相时,华南春季降水偏少,反之亦然;从华南春季降水年代际变化的不同阶段来看,PDO指数与华南春季降水的正相关在1960—1971年少雨期较显著。     

大连地区主汛期多、少雨年同期大气环流场的差异

大连地区主汛期降水异常是该地区大气环流异常直接影响的结果,本文用1961~2000年各层大气环流场资料来分析对比多、少雨年同期大气环流的情况。揭示出大连地区主汛期多雨年和少雨年同期的海平面气压场、850 hPa大气环流场、500 hPa西风带槽脊和高度场都存在显著差异。多雨年较少雨年该地区低层的辐合上升运动加强,850 hPa盛行西南气流,水汽输送旺盛。同时,500 hPa西风带的槽脊波动加深,高空西风急流增强。     

东北夏季降水的年代际特征及环流变化

利用1961-2012年中国东北地区91个气象站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和海温资料,以及经验正交函数分解EOF、显著性检验等方法,分析了东北地区夏季降水的时空分布特征、年代际变化特征及相应的环流分布型变化,探讨了不同年代际背景下东北夏季降水年际变化的环流差异。结果表明,东北夏季降水存在明显的年代际变化特征,在1961 1983年(P1)期间降水偏少,19841998年(P2)期间降水偏多,1999年之后(P3)又进入偏少时段。P2与P1时段相比,东北气旋式环流和蒙古反气旋式环流异常增强,而西北太平洋副热带地区为气旋式环流异常,来自西北太平洋偏东水汽输送贡献明显。P3与P2时段相比,东北冷涡活动偏弱,东北地区东部在850 h Pa为偏北风异常,偏南水汽输送有所减弱。进一步分析证实,北太平洋年代际振荡(PDO)对于东北地区夏季降水及相关环流型的年代际变化有重要的调制作用。P1与P3同为降水偏少时段,PDO都处于负位相,东北地区反气旋式环流都偏强;然而P1时段的多雨年,水汽输送主要来自较强的夏季风偏南气流;P3时段的多雨年,水汽输送可能主要来自西北太平洋地区。     

2016年湖北梅汛期一次极端强降雨的气象因子异常特征分析

利用NCEP/NCAR再分析逐日资料和其他常规观测资料,对2016年湖北省梅雨期一次罕见极端强降水过程气象因子的异常特征进行分析。结果表明：异常的高低纬度环流形势配合,为此次极端降水过程的发生提供了有利的环流背景。500 hPa副热带高压较气候平均值显著偏强,有利于副热带高压西侧水汽输送加强,使得低层南风距平较气候平均值异常偏强;850 hPa 低涡强烈发展配合200 hPa分流区的形成,导致垂直方向上动力抬升也表现出一定的异常性;此外对该过程中极端降水站点上空的气象因子分析发现,水汽因子（PW）、不稳定因子（K指数）和动力因子（850 hPa散度）绝对值均比气候平均值偏高了1.5个σ以上,并且超过历史相关统计值的上四分位值。最后给出了此次过极端强降水过程的天气概念模型及气象因子异常度的定量配置图。     

2016年湖北梅汛期一次极端强降雨的气象因子异常特征分析

利用NCEP/NCAR再分析逐日资料和其他常规观测资料,对2016年湖北省梅雨期一次罕见极端强降水过程气象因子的异常特征进行分析。结果表明:异常的高低纬度环流形势配合,为此次极端降水过程的发生提供了有利的环流背景。500 hPa副热带高压较气候平均值显著偏强,有利于副热带高压西侧水汽输送加强,使得低层南风距平较气候平均值异常偏强;850 hPa低涡强烈发展配合200 hPa分流区的形成,导致垂直方向上动力抬升也表现出一定的异常性;此外对该过程中极端降水站点上空的气象因子分析发现,水汽因子(PW)、不稳定因子(K指数)和动力因子(850 hPa散度)绝对值均比气候平均值偏高了1.5个σ以上,并且超过历史相关统计值的上四分位值。最后给出了此次过极端强降水过程的天气概念模型及气象因子异常度的定量配置图。     

辽宁初夏降水大尺度环流影响因子及2012年初夏异常多雨成因分析

利用辽宁省50站1961—2012年夏季逐日降水资料及NCEP/NCAR逐日再分析资料,对辽宁初夏降水异常的大尺度环流特征进行了诊断分析。在此基础上对引起2012年辽宁初夏降水异常偏多的大尺度环流进行了研究。研究发现:东亚地区对流层不同高度上大尺度环流系统相互配合是造成辽宁初夏降水异常的主要原因。2012年辽宁初夏的4次主要降水过程对应的环流形势基本相同,200 hPa高空急流在东北以西上空出现气旋式分支现象;500 hPa上亚洲中纬地区受两槽两脊控制,东北地区上空是槽区,对应明显的位势高度负距平;850 hPa风场和整层水汽通量场上,东北地区上空均为气旋式环流;多雨年200 hPa高空急流出现分支现象,副热带西风急流强度偏强;500 hPa亚洲中纬地区受两脊一槽控制,东北地区上空是槽区,对应位势高度负距平;850 hPa风场在东北地区上空表现为气旋式环流。这表明东北地区上空对流层从低到高,都受一个深厚的低值系统控制;各层环流情况均表明:东北冷涡这一深厚的冷性涡旋系统是2012年辽宁初夏降水异常偏多的主要影响因子。     

雅鲁藏布江河谷盛夏降水年际变化及其与环流的联系

基于近57 a （1961—2017年）西藏雅鲁藏布江中游河谷地区（简称雅江河谷）4个站（拉萨、日喀则、泽当和江孜）盛夏（7—8月）月平均降水和同期NCEP/NCAR再分析资料,采用合成、相关分析等统计诊断方法,分析了雅江河谷盛夏降水的年际变化特征及其与大气环流的联系。结果表明：1）近57 a雅江河谷盛夏降水无显著线性趋势,降水主要以3～4 a显著周期的年际振荡为主。2）雅江河谷盛夏降水年际波动与区域内水汽收支的变化直接相关,其中印度半岛-东南亚异常反气旋引起的水汽输送通量和水汽在高原腹地辐合上升的动力过程是盛夏降水年际变化的主要原因。3）对流层中低层印度半岛-东南亚异常反气旋环流是该地区盛夏降水年际异常的重要水汽输送通道,该通道将西太平洋、南海和孟加拉湾等地水汽不断输送到高原,期间西太副高和伊朗高压等大尺度系统异常对水汽输送过程起到了重要作用,同时高原盛夏季风低压和南亚高压异常给水汽在高原腹地辐合抬升提供了动力条件。     

西北地区东部降水的大气环流及水汽特征

基于西北地区东部81站1961—2010年夏季(6—8月)逐月降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,利用距平合成分析,探讨其多雨年和少雨年逐月500 hPa高度场和700 hPa湿度场特征。结果表明:西北地区东部多雨年,影响降水的天气特征表现为乌拉尔山脊逐月偏强,7月鄂霍次克海脊偏强,贝加尔湖高压脊转为低槽,7月巴尔喀什湖低槽较6月偏强。8月贝加尔湖长波槽较7月偏强;少雨年天气系统表现为6—8月西北地区东部受高压脊前西北气流控制。西太平洋副热带高压(以下简称:副高)多雨年较少雨年偏西偏强。6—8月多(少)雨年比湿的变化表明,西北地区东部降水多雨年,大气的含水量较高,西北地区东部降水少雨年,大气的含水量较低。     

陕西夏季旱涝的主要环流特征

利用1961—2008年NCEP／NCAR再分析资料以及陕西地面月降水资料,采用EOF分解、合成分析等方法,分析了陕西夏季旱涝的时空分布特征以及前期气候系统的异常信号特征。结果表明：陕西夏季多雨年乌拉尔山高压脊和鄂霍次克海高压偏强,贝加尔湖低槽偏深,西太平洋副热带高压偏强,西伸脊点偏西。并且前期冬季中高纬度中亚长波脊偏强偏西,西太平洋副热带高压偏强,印缅槽偏弱,700hPa西北地区东部至华北偏北风异常偏强,赤道东太平洋出现暖水位相,西风漂流区海温偏低,印度洋海温偏高,陕西夏季易多雨;而陕西夏季少雨年西太平洋副热带高压偏弱,西伸脊点偏东,陕西主要受中亚高脊前西北气流控制。前期冬季中高纬度欧洲西北部低槽偏强,中亚长波脊偏弱,西太平洋副热带高压偏弱,印缅槽偏强,700hPa西北地区东部至华北偏南风异常偏强,赤道东太平洋出现冷水位相,西风漂流区海温偏高,印度洋海温偏低,陕西夏季易少雨。     

关键区海温年代际异常对我国东部夏季降水影响

利用1931—2010年UKMO HADISST1全球月海表温度、NOAA再分析资料及我国东部96个站月降水量资料,使用REOF,SVD及合成分析等方法探讨了关键区冬季海表温度 (SST) 年代际异常对我国东部夏季降水的影响。结果表明:当冬季黑潮区SST年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度呈“+-+”距平分布,西风带经向环流盛行,西太平洋副热带高压加强、西伸;850 hPa风场距平场上,北方地区为反气旋性异常控制,南海上空为异常偏南气流,这样的环流配置有利于我国东部夏季多雨带出现在长江中下游地区;当冬季南印度洋偶极子 (SIOD) 年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度为正距平,阻塞形势发展,经向环流盛行,有利于冷空气南下,西太平洋副热带高压强度偏强,位置略偏南、偏西;850 hPa风场距平场上,北方地区为一反气旋性异常控制,异常偏北气流延伸至我国南方地区,索马里越赤道气流偏强。这种环流配置使得副热带锋区偏南,夏季多雨带位于华南及东南沿海地区。     

华南前汛期降水的年代际异常特征及其成因

利用1981—2013年中国160站逐月降水资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料及NOAA海表温度资料,研究了华南前汛期降水年代际异常的时空特征及其可能成因。结果表明:1)华南前汛期降水在1992前后发生由异常偏少转为偏多的显著年代际转折,最显著异常中心位于广西东北部和广东北部。2)1990年代初发生的对流层高层南冷北暖(40°N附近为界)、对流层下暖上冷的年代际转折,使得高低层环流场均出现了有利于北方干、湿冷空气和孟加拉湾、西太平洋暖湿水汽在华南区域交汇并辐合上升的形势,造成华南前汛期降水发生偏少转偏多的显著年代际转折。年代际转折的前后两个时段中,位于热带的孟加拉湾槽、东亚沿岸EAP遥相关型波列中的西太平洋副高、阿拉斯加湾附近的脊,以及中纬度贝加尔湖以西以南脊的强度或位置均具有显著差异,故这些环流系统的年代际异常是华南前汛期降水年代际异常的重要原因。3)南太平洋关键区海温在1990年代初开始呈现增暖趋势,在偏暖(偏冷)时期,华南低空受异常气旋(异常反气旋)环流控制,对流层上层西风急流偏弱偏南(偏强偏北),造成华南地区降水异常偏多(偏少)。     

影响陕西夏季降水主要因子及增量预测方法

应用1959—2008年夏季（6—8月）NCEP/NCAR月平均500 hPa高度场、海表温度再分析资料及ERA-40气候指数、国家气候中心74项环流特征量等资料,经普查得到6个影响陕西夏季降水的主要因子,分别是西太平洋副热带高压强度指数、赤道平流层准两年振荡指数、低层越赤道气流指数、大气角动量指数、赤道太平洋海温、赤道500 hPa高度。将这些主要因子的年际增量、距平与陕西夏季降水的相关性及其所建立的预测模型进行对比分析,结果表明:因子年际增量具有明显的信号放大作用,增量因子的相关系数平均比距平相关系数高0.1左右;主要因子和夏季降水存在各自的长周期变化,造成其相关性不稳定,经过增量变换后,可以有效滤掉长周期变化,提高因子质量和预测模型的稳定性。前一年秋季赤道中东太平洋海温增量分布与陕西夏季降水相关密切,当该区域出现正增量分布时,当年夏季（6—8月）700 hPa西太平洋副热带高压位置偏北、偏西,形成陕西夏季多雨的环流形势;反之,当该区域出现负增量分布时,当年夏季700 hPa副热带高压位置异常偏东,形成陕西干旱少雨的环流形势。     

山东夏季空中水汽分布和水汽输送特征

利用山东省气象站的降水量资料和JRA-55、NCEP/NCAR再分析资料,分析了1962-2016年山东夏季整层大气可降水量、降水转化率、水汽通量及输送路径的分布特征和变化规律,探讨了夏季降水与水汽通量及其散度的相关性和多雨年的水汽来源。结果表明:从常年值来看,山东平均夏季降水量为401.2 mm,大气可降水量为3478.8 mm,降水转化率为11.5%。降水转化率和降水量的时空演变特征更加一致,经向水汽输送和局地水汽通量散度与地面有效降水的关系更加密切,当大气可降水量充沛、外部水汽输送充足并出现局地水汽辐合时,更加有利于山东南部地区降水的发生发展,从而形成夏季降水量和降水转化率气候特征表现出东南地区大于西北地区的空间分布型态。西北太平洋、南海、孟加拉湾和鄂霍茨克海至日本海是造成山东夏季降水异常偏多的重要水汽源地,巴尔喀什湖至贝加尔湖地区是重要的冷空气输送区域;当山东上游盛行偏西风时,自新疆和青藏高原至内蒙古的狭长带出现异常水汽扰动并发展,是由水汽异常引起的水汽通量异常对山东局地降水异常贡献的主要条件。     

A Simulation Study of a Heavy Rainfall Process over the Yangtze River Valley Using the Two-Way Nesting Approach

In this study,the major features of a heavy rainfall event in the Yangtze River region on 3-7 June 2011 and its event-related large-scale circulation and predictability were studied.Both observational analysis and model simulation were used,the latter being based on the Weather Research and Forecasting(WRF) model forced by NCEP Global Forecast System(GFS) datasets.It was found that,during 3-5 June,the western Pacific subtropical high apparently extended to the west and was much stronger,and the Indian summer monsoon trough was slightly weaker than in normal years.The east-west oriented shear line over the middle and lower reaches of the Yangtze River was favorable for the transportation and convergence of water vapor,and the precipitation band was located slightly to the south of the shear line.During 6-7 June,the western Pacific subtropical high retreated eastward,while the trough over the Okhotsk Sea deepened.The low vortex in Northeast China intensified,bringing much more cold air to the middle and lower reaches of the Yangtze River,and the shear line over this area moved slightly southward.The convection band moved southward and became weaker,so the rainfall during 6-7 June weakened and was located slightly to the south of the previous precipitation band.Many of the observed features,including background circulation and the distribution and amount of precipitation,were reproduced reasonably by the WRF,suggesting a feasibility of this model for forecasting extreme weather events in the Yangtze River region.     

河北夏季降水异常的变化及其与环流和海温异常的可能联系

利用河北省及周边73个台站1961-2010年夏季降水资料、NCEP／NCAR再分析资料、NOAA太平洋海温资料,应用SVD等多种统计方法探讨了河北夏季降水异常变化及其与环流和同期及前期太平洋海表温度异常（SSTA）的可能联系.研究结果表明：河北省夏季降水异常存在全省一致和东北-西南相反两种模态;夏季欧亚地区500 hPa高度场表现为从西到东的负、正、负、正的遥相关型时,河北降水偏多,最明显的区域主要位于河北省的东部;夏季东北部多雨、其他地区（保定、邢台和衡水）干旱与北太平洋SSTA的PDO正位相、赤道中东太平洋SSTA的El Niño位相具有较好的耦合关系;最大协方差分析（MCA）的诊断显示,前期冬季北太平洋SSTA类似PDO正位相且赤道中东太平洋SSTA出现El Niño型态,对河北省夏季多雨（尤其是东北部地区）的预测具有较好的指示意义.夏季850 hPa上在我国东部地区表现出明显的偏北（南）风距平,不（有）利于南方暖湿水汽向北的输送,是造成河北夏季降水异常少（多）的主要因素.     

1949—2019 年影响山东的热带气旋时空分布及极端降水和大气环流异常

使用中国气象局热带气旋资料中心的热带气旋最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析资料提供的月平均数据,对北上影响山东的热带气旋（tropical cyclone,TC）及其造成的极端降水进行统计分析,并揭示了有利于 TC北移影响山东的大气环流特征。结果表明：影响山东的 TC主要出现 于 6—9 月,其中盛夏时节（7、8 月）TC对山东影响最大;TC影响山东时,强度主要为台风及以下等 级,或已发生变性;TC会引发山东极端降水事件,TC极端降水多出现在夏秋季（7—9 月）,其中8月的占比最大,9月次之,TC降水在极端降水事件中的占比约为 10%,但年际变化大,有些年份占比达60%以上,特别是1990 年以来 TC对极端降水的贡献显著增强;影响山东的 TC主要生成于西 北太平洋,多为转向型路径;当500 hPa位势高度异常场呈太平洋一日本遥相关型的正位相时,TC更易北上影响山东,此时西北太平洋副热带高压位置偏北,其外围气流会引导TC北上转向,对华东地区造成影响;850 hPa上,南海至西北太平洋存在异常气旋式环流,对流活跃,夏季风环流和季风槽加强,有利于TC的生成和发展,同时,华东、华南上空有异常上升运动,涡度增大,垂直风切变减小,水汽充沛,TC登陆后强度能得到较好的维持。     

大气环流系统组合性异常与极端天气气候事件发生

根据2008年1月我国南方发生的持续严重雨雪冰冻灾害、1998年长江流域的特大洪涝灾害和2009/2010年冬季云南的极端干旱灾害的分析结果,再次强调指出,对于一些小概率的极端天气气候事件的发生,大气环流系统的组合性异常起着极其重要的作用。对于2008年的严重雨雪冰冻灾害的发生,多个大气环流系统的组合性异常包括:乌拉尔山阻塞高压和贝加尔湖-巴尔喀什湖的横槽,这为不断有冷空气从西路向南爆发提供了条件;东亚和日本地区的高度正异常使得北方冷空气的势力不是很强,适于锋面在我国南岭及其以北地区较长时间停留,为持续降水确立了背景;西太平洋副高偏强和偏西也对冷空气的向南推进起了阻挡作用;印-缅槽的持续偏强和西太平洋副高的偏强共同使暖湿空气源源不断地输送到华南地区,有利持续降水的发生,为冰冻造成了条件。对于1998年夏季长江流域的特大洪涝的发生,多个环流系统的异常包括:夏季西南季风涌的活动,西太平洋副热带高压活动,北方冷空气活动和青藏高原对流系统东传的共同作用。对于2009/2010年冬季云南的极端干旱灾害的发生,多个环流系统的异常包括:对流层高层中东地区副热带西风急流减弱,影响Rossby波的活动,不利于青藏高原-孟加拉湾槽的建立;西太平洋副热带高压偏强、位置略为偏南,对低层水汽输入云南起到抑制作用;NAO的负异常所导致的遥相关波列异常,使得东亚北方冷空气活动偏东,不易到达云南地区,还使得南支槽偏弱,暖湿气流也不易到达云南地区。ENSO虽然对中国天气气候变化有相当重要的影响,但并非每次异常天气气候事件的发生都是它的直接影响。对于ENSO影响必须具体分析,才能决定它在异常事件、特别是极端天气气候事件中的确切作用。