6月长江中下游旱涝的一个前兆信号——亚洲太平洋涛动

利用中国160个站降水、NCEP再分析等资料和CCSM3模式,从对流层温度的角度,分析了影响6月长江中下游降水的因子和前兆信号.研究发现,反映对流层中高层纬向海-陆热力差异的亚洲-太平洋涛动异常可能是导致长江中下游地区降水异常的一个重要原因.观测统计和模式结果都表明,前期5月亚洲-太平洋涛动指数与其后6月长江中下游地区降水具有显著负相关关系,这一关系比前冬厄尔尼诺(拉尼娜)与6月降水的关系更为紧密,稳定性也相对更高.进一步分析发现,亚洲-太平洋涛动异常从5月至6月具有很好的持续性,5月亚洲-太平洋涛动可以通过影响后期6月西太平洋副热带高压的强度和位置、中国东南沿海的西南风以及中国东部中纬度地区的偏北风异常,进而影响长江中下游地区6月降水的多寡.此外,5月亚洲-太平洋涛动异常偏弱也是2011年6月长江流域出现降水异常偏多的一个重要原因.这些结果说明,对于6月长江流域降水,除了海温强迫作用外,对流层中高层异常也是一个重要的前期信号,因此,利用前期亚洲-太平洋涛动预测降水可能是一条值得尝试的途径.     

南方涛动年际变化与夏季亚澳季风环流及海洋性大陆区域气候异常的联系

利用美国NOAA卫星观测的SOI(Southern Oscillation Index,南方涛动指数)资料以及NCEP/NCAR、CMAP月平均资料,采用相关分析等方法,研究了南方涛动年际变化与夏季亚澳季风环流及海洋性大陆区域气候异常的联系。结果表明:南方涛动具有显著的年际变化特征,这种年际变化对夏季亚澳季风区及海洋性大陆区域的环流、降水及温度异常有重要影响。当SOI正位相时,赤道以南的澳大利亚东部地区以及西北太平洋海域高层为气旋,低层为反气旋,赤道地区的东部太平洋低层为辐散中心,高层为辐合中心,有利于下沉运动维持;加里曼丹岛附近低层辐合,高层辐散,有利于上升运动维持;海洋性大陆地区降水为显著的正异常,东亚地区降水存在较弱的正异常;海洋性大陆地区以及我国青藏高原到东海一带温度为正异常,孟加拉湾及印度半岛区域温度为负异常。     

冬季亚洲—太平洋涛动年际变率与东亚气候异常

利用1948—2011年NCEP/NCAR月平均再分析资料和1951—2010年我国160站降水量资料,研究了冬季亚洲—太平洋区域的大气遥相关及其与东亚冬季风和降水的关系。结果表明:冬季在亚洲—西太平洋与中、东太平洋中低纬度对流层上层扰动温度之间存在类似于夏季的亚洲—太平洋涛动 (APO) 现象,即当东亚中低纬度对流层中、上层偏暖时,中东太平洋中低纬度对流层中上层温度偏冷,反之亦然。冬季APO可以反映冬季亚洲—太平洋东西向热力差异强度变化,与夏季相比,冬季APO遥相关在亚洲的中心位置略偏南、偏东,且冬季APO与大气环流关系与夏季也有所不同;当冬季APO指数偏高时,对流层上层东亚大槽位置偏西,而东亚热带地区的高压向北伸展,导致我国南方对流层为深厚的异常反气旋系统所控制,此时南方地区对流层低层盛行异常的偏东北气流,并伴随水汽辐散和异常下沉运动,南方降水偏少;冬季APO指数与ENSO有紧密联系。     

夏季亚洲-太平洋遥相关季节演变与大气环流和降水

利用1981-2007年逐日大气再分析资料和降水资料以及统计分析方法,研究了夏季(5-9月)亚洲与太平洋区域的大气遥相关,并分析了其季节演变与夏季亚洲-太平洋大气环流和亚洲季风区降水的联系.结果表明:在5-9月逐日对流层上层扰动温度场上,亚洲与北太平洋中纬度存在着类似于亚洲太平洋涛动的遥相关现象,即在季节尺度上,当亚洲大陆中纬度对流层上层偏暖时,北太平洋中纬度对流层上层偏冷,反之亦然;亚洲与太平洋对流层上层温度的反位相变化特征也出现在对流层中下层和平流层低层.亚洲-太平洋涛动指数不仅可以指示夏季亚洲与太平洋中纬度纬向热力差异的变化特征,也可以较好地指示亚洲与热带印度洋经向热力差异的变化特征.亚洲-太平洋涛动指数最大值常出现在7月中旬到8月初,并且从1981年到2007年该最大值出现时间有偏早趋势.当夏季亚洲太平洋涛动指数偏高(低)时,亚洲大陆上空的南亚高压和其下方的亚洲大陆低压系统偏强(弱),太平洋副热带高压偏强(弱)并偏北(南),亚洲-非洲上空的热带东风急流和低层的西南风偏强(弱),从印度到中国华南的广大地区、中国华北以及东北亚等地降水偏多(少).     

达尔文气压变化与蒙古东北部降水的关系研究

达尔文港是气象工作者非常熟悉的地名,因为南方涛动就是由达尔文和塔希提岛两个站的气压之差来定义的,达尔文港的气压(DP)可以代表澳大利亚北部海洋性大陆地区的气压.因此,作者的研究目的就是揭示该区域气压系统的变化与蒙古东北部降水的关系.结果表明,DP的正位相和区域低层大气辐散、高层大气辐合环流相关连,在亚洲对流层上层是异常西南风,对流层下层是异常偏北风,东亚季风减弱,在蒙古东北部地区的异常风为西北向,即,由内陆地区吹向西北太平洋地区,这意味着水汽由海洋向蒙古地区的输送减弱了,从而造成了降水的减少.反之亦然.     

热带北太平洋海温异常对2018年华南前汛期降水负异常事件的影响

本文利用1979—2018年中国地面气象台站1 767个站点降水资料、HadISST海温数据及NCEP/NCAR再分析资料,滤除同期ENSO影响后,分析了2018年华南前汛期降水负异常与热带北太平洋海温异常之间的联系。研究结果显示,2018年华南前汛期降水负异常事件和热带北太平洋(Tropical Northern Pacific,TNP)海温偏暖有关。热带北太平洋海温正异常,通过Mastuno-Gill响应引起西北太平洋气旋式环流异常,中国南海东风异常,减弱了南海夏季风,华南至中国南海地区对流层低层存在异常反气旋环流。水汽存在由中纬度北太平洋经黑潮海区-华南地区-中国南海-菲律宾群岛向热带太平洋的异常输送,且华南地区为水汽的异常辐散区域。另一方面,TNP区域暖海温异常引起了该区域低层异常辐合、高层异常辐散、异常上升运动,使得华南地区高层异常辐合、低层异常辐散、异常下沉运动。这样的环流配置对华南地区降水的产生有不利影响,引起了2018年华南前汛期降水异常偏少。2018年TNP区域暖海温异常引起华南前汛期降水负异常的物理机制还在ECHAM5模式30个成员集合平均的试验结果中得以验证。     

2017年春季我国主要气候特征及其成因分析

2017年春季,全国平均降水量139.1 mm,接近常年同期。从空间分布看,我国降水总体呈“西多东少”的分布型。全国平均气温11.1℃,较常年同期偏高0.7℃,全国大部地区气温接近常年同期或偏高。太平洋年代际涛动处在正位相,春季赤道中东太平洋海温正常略偏暖是造成中国春季气温偏暖的重要气候背景。同时,500 hPa高度和距平场上,亚洲北部（30°N以北）整体呈纬向型环流,东亚大槽位置偏东,全国大部主要受高度场正距平控制,从而有利于春季气温整体以偏暖为主。另外,1月赤道中东太平洋为弱的冷海温,其两侧的副热带地区和西太平洋均为暖水控制的异常分布,有利于出现春季华南和东北降水偏少,西南降水偏多的第二模态分布型。东北大部、华南和江南等地受北风距平控制,水汽以距平辐散为主,降水偏少;西南地区为来自孟加拉湾的暖湿气流与高原外围偏北气流交汇区,水汽异常辐合造成该地区降水偏多。     

夏季亚洲——太平洋涛动对我国降水的影响

通过对NCEP\NCAR再分析资料和中国160站的降水观测资料的分析,初步了解了夏季(6—8月)亚洲—太平洋涛动的基本特征以及它与我国降水间的关系,结果表明:当亚洲大陆对流层中上层温度较高(低)时,太平洋区域对流层中上层的温度便会较低(高),由亚洲大陆和太平洋地区对流层中上层的扰动温度差值可计算出亚洲—太平洋涛动指数,以此来反映亚洲陆地和太平洋地区间纬向和经向的热力差异及它们的变化特征。通过夏季APO与降水间的相关分析发现,当夏季APO指数较高(低)时中国长江以北地区的降水明显增多(减少),而长江中下游地区的降水则明显减少(增多)。     

卑尔根气候模式中亚洲—太平洋涛动和影响西北太平洋热带气旋频数的环流背景的关系

利用挪威卑尔根的全球大气-海洋-海冰耦合模式的300年气候态数值积分结果,结合观测资料,分析了夏季亚洲-太平洋涛动(APO)的年际变化对与西北太平洋热带气旋生成频数相关联的大尺度环流背景的影响。模式结果表明,当夏季APO异常偏强(弱)时,西太平洋副热带高压位置偏东(西)偏北(南),南亚高压位置偏北(南),西北太平洋低层大气异常辐合(辐散),高层大气异常辐散(辐合),对流活动加强(减弱)。这种环流背景条件有(不)利于西北太平洋热带气旋的发生发展,西北太平洋热带气旋频数因而偏多(少)。     

1961—2018年西南地区夏季干旱变化特征及其与环流异常的联系

利用1961—2018年中国西南地区312站降水观测资料、NCEP/NCAR再分析资料及海表温度资料,采用夏季SPI(Standardized Precipitation Index)指数作为干旱指数,研究了西南地区夏季干旱变化特征及其与环流异常的联系。结果表明:西南地区夏季总体呈现变干趋势,尤其在云南、四川东南部干旱化趋势显著。当西南地区夏季显著干旱时,该地区对流层低层辐散、上层辐合,且向该地区的水汽输送偏少。造成西南地区干旱维持的原因可归结为大气波动活动异常和海温异常强迫。前者通过西风带扰动向下游的能量频散,为西南地区低层辐散、上层辐合的环流异常的形成和维持提供了必要的扰动能量积聚;后者通过热带西北太平洋异常热源对大气的强迫,使得该地区对流层低层(上层)形成异常辐合(辐散),在西南地区和热带西北太平洋形成了斜向垂直环流,使西南地区受下沉气流控制,从而形成了利于降水显著偏少和干旱发生并维持的条件。     

影响中国夏季降水的前冬北半球中高纬大气环流年际变异主模态

本文利用观测和再分析资料,通过奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)分析,发现北极涛动(Arctic Oscillation, AO)是显著影响中国夏季降水年际异常的前冬中高纬大气环流变异的主模态。AO在冬季发展成熟,在春季衰亡,在夏季发生位相反转。AO会导致华北、东北、长江中下游和华南夏季降水异常呈现三极型分布。伴随正位相的AO,在黄海至日本海上空的异常低压伴随的东北风异常引起华北和东北水汽通量异常辐散及降水减少,而西北太平洋的异常高压不仅增强其北侧的西南风水汽输送,和北部异常低压共同作用导致长江中下游水汽通量异常辐合及降水增加,而且使得华南水汽通量异常辐散,降水减少。因此,本文发现的前冬AO模态与我国夏季三极型异常降水分布的关系可为我国夏季旱涝预测提供一个重要的中高纬前期因子。     

Determination of onset date of the South China Sea summer monsoon in 2006 using large-scale circulations

Since the South China Sea (SCS) summer monsoon (SCSSM) is pronouncedly featured by abruptly intensified southwesterly and obviously increased precipitation over the SCS,the lower-tropospheric winds and/or convection intensities are widely used to determine the SCSSM onset.The methods can be used successfully in most of the years but not in 2006.Due to the intrusion of Typhoon Chanchu(0601)that year,the usual method of determining SCSSM onset date by utilizing the SCS regional indices is less capable of pinpointing the real onset date.In order to solve the problem,larger-scale situations have to be taken into account.Zonal and meridional circulations would be better to determine the break-out date of SCSSM in 2006.The result indicates that its onset date is May 16.Moreover,similar onset dates for other years can be obtained using various methods,implying that large-scale zonal and meridional circulations can be used as an alternative method for determining the SCSSM onset date.     

Observational and Modeling Studies of Impacts of the South China Sea Monsoon on the Monsoon Rainfall in the Middle-Lower Reaches of the Yangtze River During Summer

Based on the ERA-40 and NCEP/NCAR reanalysis data,the NOAA Climate Prediction Center’s merged analysis of precipitation(CMAP),and the fifth-generation PSU/NCAR Mesoscale Model version 3(MM5v3),we defined a monsoon intensity index over the East Asian tropical region and analyzed the impacts of summer(June-July) South China Sea(SCS) monsoon anomaly on monsoon precipitation over the middle-lower reaches of the Yangtze River(MLRYR) using both observational data analysis and numerical simulation methods.The results from the data analysis show that the interannual variations of the tropical monsoon over the SCS are negatively correlated with the southwesterly winds and precipitation over the MLRYR during June-July.Corresponding to stronger(weaker) tropical monsoon and precipitation,the southwesterly winds are weaker(stronger) over the MLRYR,with less(more) local precipitation.The simulation results further exhibit that when changing the SCS monsoon intensity,there are significant variations of monsoon and precipitation over the MLRYR.The simulated anomalies generally consist with the observations,which verifies the impact of the tropical monsoon on the monsoon precipitation over the MLRYR.This impact might be supported by certain physical processes.Moreover,when the tropical summer monsoon is stronger,the tropical anomalous westerly winds and positive precipitation anomalies usually maintain in the tropics and do not move northward into the MLRYR,hence the transport of water vapor toward southern China is weakened and the southwest flow and precipitation over southern China are also attenuated.On the other hand,the strengthened tropical monsoon may result in the weakening and southward shift of the western Pacific subtropical high through self-adjustment of the atmospheric circulation,leading to the weakening of the monsoon flows and precipitation over the MLRYR.     

INTERANNUAL VARIABILITY OF WINTER-TO-SPRING CIRCULATION TRANSITION OVER SOUTHERN CHINA AND ITS SURROUNDING AREAS AND MECHANISMS

The climatological features and interannual variation of winter-to-spring transition over southern China and its surrounding areas, and its possible mechanisms are examined in this study. The climatological mean winter-to-spring transition is approximately in mid-March over southern China and the northern South China Sea. During the transition stage, anomalous southwest winds prevail at low-level over southern China and its nearby regions with enhanced convergence center over southern China, bringing more moisture from the Bay of Bengal (BOB) and the South China Sea (SCS) to southern China; meanwhile, the upper level is characterized by an obvious divergence wind pattern over southern China to the southwest part of Japan and enhanced upward motion. All the change of circulation is favorable to an increase of precipitation over southern China after seasonal transition. The winter-to-spring transition is predominantly on the interannual variation over southern China and the northern SCS. Early winter-to-spring transitions may induce more precipitation over southern China in spring, especially in March, while late cases will result in less precipitation. The interannual variability of the winter-to-spring transition and the related large-scale circulation are closely associated with the decaying phase of ENSO events. The warm ENSO events contribute to early winter-to-spring transitions and more precipitation over southern China.     

春季中国南方雨带年际变动与大气环流异常

利用1960—2008年中国693个站逐日降水资料和NCEP/NCAR日平均再分析资料,采用统计分析方法,分析了中国南方春季降水强度和位置的年际变率及其与大气环流的关系。结果表明:在年代际尺度上,江南春季降水在20世纪60年代中、后期偏少,70年代中期到80年代初偏多,90年代初开始减少;在年际尺度上,当春季西太平洋副热带高压和青藏高原东侧的低层低压系统加强,并且异常中心分别位于20°N以南和30°N以南时,异常西南风主要位于长江以南地区,在异常西南风逐渐减弱区出现明显的辐合,伴随着该地区低层空气质量辐合、对流层上升运动和水汽辐合加强,造成江南地区降水偏多,此时来自西太平洋的异常水汽到达南海后,没有在南海聚集,而是转向北输送到江南;当春季西太平洋副热带高压以及青藏高原东侧低压系统加强且异常中心位于30°N以北时,异常西南风盛行在中国东部大部分地区,此时低层异常空气质量辐合、对流层异常上升运动以及异常水汽通量辐合区都向北移到江淮地区,使江淮地区降水增加,而华南地区为异常空气质量辐散、异常下沉运动以及异常水汽通量辐散,伴随着降水减少,这时异常水汽主要来自西太平洋副热带地区。由于上述观测结果与通过改变东亚和周边海域海-陆热力差异的数值试验结果有很好的一致性,因此,这里观测到的降水和大气环流异常可以被东亚区域热力差异异常激发出来。     

春夏季青藏高原积雪对中国夏末秋初 降水的影响及其可能机制

本文首先利用最大协方差分析方法,探讨青藏高原积雪与中国降水之间的联系,发现中国夏末秋初（8～10月,简称ASO）降水与前期及同期高原积雪有着显著联系,当春夏季青藏高原西部多雪时,其后ASO中国长江及其以南地区多雨,而东部沿海的狭长区域少雨。进一步引入最大响应估计等方法,研究中国区域降水对高原积雪异常的响应及其可能的物理机制,结果表明,冬春季高原多雪异常可持续到夏季,并通过改变地表热力状况,导致ASO南亚高压减弱,同时在高、低空激发出两支波列:高层200 hPa波列沿中高纬西风急流传播,自高原经蒙古到达日本呈现明显的“负—正—负”位势高度异常传播,日本上空为气旋性异常环流;低层850 hPa波列起于高原,经孟加拉湾至中国南海,沿着西南气流传播,导致台湾附近的反气旋性异常环流,其西侧的偏南气流,将南海丰富的水汽输送至中国南部湖南、广西;而高层中心位于日本的气旋性异常环流西侧的偏北气流利于北方天气尺度扰动向南移动,它们为长江中下游及其以南地区多雨提供了有利条件。进一步计算定常波波数也表明,高层西风急流与低层西南季风气流作为波导,有利于高原上空的扰动沿着高、低空2支通道向东传播。由于东部沿海浙江、福建为正位势高度异常区,低层反气旋性异常环流则抑制了该区域的降水。     

利用大尺度环流确定2006年南海夏季风爆发日期

南海夏季风爆发最显著的特征就是南海地区西南风的突然增强和降水的明显增多,往往采用南海地区低层平均风场和(或)对流强度来判别南海夏季风的爆发日期。这种方法在大多数的年份是适用的,但是2006年由于0601号台风“珍珠”的介入,利用南海地区的区域指标来确定南海夏季风的爆发日期就略显不足。要解决以上的问题,必须从更大尺度上去想办法。利用经圈和纬圈环流可以较好地确定2006年南海夏季风的爆发日期。分析结果表明2006年南海夏季风爆发于5月16日(第4候)。     

Climatological characteristics of the moisture budget and their anomalies over the joining area of Asia and the Indian-Pacific Ocean

The climatological characteristics of the moisture budget over the joining area of Asia and the Indian-Pacific Ocean (AIPO) and its adjacent regions as well as their anomalies have been estimated in this study. The main results are as follows. In the winter, the northeasterly moisture transport covers the extensive areas at the lower latitudes of the AIPO. The westerly and northerly moisture transport is the major source and the South Indian Ocean (SIO) is the moisture sink. In the summer, influenced by the southwesterly monsoonal wind, the cross-equatorial southwesterly moisture transport across Somali originating from the SIO is transported through the Arabian Sea (AS), the Bay of Bengal (BOB), and the South China Sea (SCS) to eastern China. The AIPO is controlled by the southwesterly moisture transport. The net moisture influx over the AIPO has obvious interannual and interdecadal variations. From the mid- or late 1970s, the influxes over the SIO, the AS, the northern part of the western North Pacific (NWNP), and North China (NC) as well as South China (SC) begin to decrease abruptly, while those over Northeast China (NEC) and the Yangtze River-Huaihe River basins (YHRB) have increased remarkably. As a whole, the net moisture influxes over the BOB and the southern part of the western North Pacific (SWNP) in the recent 50 years take on a linear increasing trend. However, the transition timing for these two regions is different with the former being at the mid- or late 1980s and the latter occurring earlier, approximately at the early stage of the 1970s. The anomalous moisture source associated with the precipitation anomalies is different from the normal conditions of the summer precipitation. For the drought or flood years or the years of El Ni\~no and its following years, the anomalous moisture transport originating from the western North Pacific (WNP) is the vital source of the anomalous precipitation over eastern China, which is greatly related with the variation of the subtropical Pacific high.     

热带印度洋-西太平洋水汽输送异常对中国东部夏季降水的影响

利用1979~2015年NCEP/NCAR发布的月平均全球再分析资料,分析了热带印度洋-西太平洋水汽输送异常对中国东部夏季降水的影响及其形成机理。研究结果表明:热带印度洋-西太平洋地区（10°S~30°N,60°~140°E）夏季异常水汽输送主要包括两个模态,他们可以解释总的水汽输送异常34%的方差。其中,第一模态（EOF1）表现为异常水汽沿反气旋从热带西太平洋经过南海及孟加拉湾输送到中国东部上空,对应南海、孟加拉湾水汽路径输送均偏多,此时西太平洋副热带高压显著偏强,异常水汽在长江中下游地区辐合并伴随显著上升运动,有利于长江中下游降水偏多;第二模态（EOF2）表现为异常水汽从热带印度洋沿阿拉伯海、印度半岛、中南半岛等呈反气旋式输送,华南上空相应出现气旋式水汽输送异常,并对应异常水汽辐合和上升运动,有利于华南降水偏多。就可能的外部成因而言,EOF1与ENSO关系密切,表现为前冬热带中东太平洋显著偏暖,夏季同期热带北印度洋、南海上空显著偏暖,造成西太平洋副热带高压显著偏强,异常水汽主要来源于热带西太平洋和南海;EOF2与同期热带印度洋偶极子（TIOD）异常有关,TIOD为正位相时热带印度洋上空出现异常东风,华南上空出现异常气旋并伴随水汽异常辐合,异常水汽主要来源于热带南印度洋。