欧亚大陆夏季地表热力异常与同期中国东部夏季降水的可能联系

利用ERA-40再分析资料、CRU TS3.0数据集以及中国站点观测数据,分析了欧亚大陆夏季地表热力异常的变化特征,在此基础上探讨了我国东部夏季降水与同期欧亚大陆地表热力异常之间的可能联系。研究发现,欧亚大陆地表气温与浅层土壤温度的大尺度变化特征基本一致:经验正交函数分解第一模态空间型表现为大陆西南部分区域与欧亚大陆其他区域反相变化,对应的时间系数均在20世纪80年代末出现转折。当夏季欧亚中纬度印度以北地区和我国中东部地区地表气温偏高时,东亚夏季风的强度偏强,西太平洋副热带高压位置偏东,我国东部偏南风偏强,江淮流域水汽偏少,且气流上升运动偏弱,降水偏少;华南和北方地区水汽偏多,且气流上升运动偏强,降水偏多;反之亦然。当欧亚大陆中高纬贝加尔湖以东及以西地区夏季地表气温偏高,而我国东北部地区夏季地表气温偏低时,东亚夏季风的强度偏强,西太平洋副热带高压位置偏西,我国东南部地区偏南风异常偏强,有利于水汽向江淮流域输送,东南沿海及内蒙古中部水汽偏少,且气流上升运动偏弱,降水偏少;而东部其余地区水汽偏多,且气流上升运动偏强,降水偏多;反之亦然。     

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。     

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。      

亚洲—太平洋季风区的遥相关研究

亚洲-太平洋季风区各季风子系统间的相互作用对季风区甚至全球的气候变化都有非常显著的影响.文中根据国内外相关研究,重点分析和评述了在亚洲-太平洋季风区中4种季节内时间尺度的遥相关关系,清楚地揭示了印度夏季风、东亚夏季风和西北太平洋夏季风之间的相互作用.研究发现:(1) 在亚洲季风爆发初期,印度夏季风的爆发相对于中国长江流域梅雨的开始存在相差大约两周的超前关系,形成从印度西南部经孟加拉湾到达中国长江流域及日本南部的遥相关型,即"南支"遥相关型.(2) 在季风盛行期间,长江流域降水明显受热带西北太平洋夏季风的影响,与西北太平洋夏季风降水呈反相关关系,即当季风减弱时,长江流域夏季降水偏多.(3) 与长江流域降水相反,华北雨季(7月第4候-8月第3候)则与西北太平洋夏季风降水呈正相关关系,当西北太平洋夏季风强时,西太平洋副热带高压异常偏北偏东,副高西南侧的异常东南水汽输送在中国华北地区上空辐合,给该地区降水偏多提供了充足的水汽条件.(4) 华北夏季降水同时还与印度夏季风呈正相关关系,在夏季风盛行期间,形成由印度西北部经青藏高原到中国华北地区的西南-东北走向的遥相关型,即"北支"遥相关型. 上述4种遥相关关系,反映了亚洲夏季风季节北推过程中,印度夏季风、东亚夏季风和西北太平洋夏季风子系统之间的关联.     

春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响和预测作用

利用1980-2012年青藏高原中、东部71个站点观测资料、全中国756站的月降水资料、哈得来中心提供的HadISST v1.1海温资料以及ERA-Interim再分析资料,综合青藏高原的感热加热以及全球海温,研究了春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响,并建立预报方程,探讨了青藏高原春季感热对中国降水的预报作用。结果表明,青藏高原春季感热与中国东部降水关系密切,青藏高原春季感热异常增强伴随着长江流域中下游同期降水增多,后期夏季长江流域整流域降水也持续偏多,华南东部降水偏少。春季青藏高原感热的增强与环北半球中高纬度的罗斯贝波列密切相关,扰动在北太平洋形成的反气旋环流向西南方向延伸至西北太平洋,为长江流域输送大量的水汽,有利于降水的发生。夏季,伴随着前期青藏高原感热的增强,南亚高压位置偏东,西北太平洋副热带高压（西太副高）位置偏西偏南,西太副高北侧为气旋式环流异常。在西太副高的控制下,华南东部降水减少;西太副高西侧的偏南气流为长江流域带来大量水汽,并与来自北部气旋式环流异常西侧的偏北风发生辐合,降水增多。青藏高原春季感热异常是华南和长江流域夏季降水异常的重要前兆信号。加入青藏高原春季感热后,利用海温预报的华南、长江流域夏季降水量与观测值的相关系数有所提高,预报方程对区域降水的解释方差提高约15%。      

夏季青藏高原及周边大气热源与四川盆地暴雨的关系

利用1960-2016年川渝逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了夏季青藏高原及周边大气热源与四川盆地暴雨的关系。结果表明,青藏高原及其周边的大气热源对四川盆地夏季暴雨频数具有显著的影响。影响关键区分别位于高原中南部及其南侧和高原中东部及其东侧,由此定义了一个影响四川盆地夏季暴雨频数的高原热力差指数Itc,该指数能够较好地反映出盆地夏季暴雨频数的东、西部差异变化特征。当Itc偏高时,副高位置偏西偏北,阿拉伯海、孟加拉湾水汽输送增强,同时贝加尔湖西侧槽或低压位置偏西,盆地西部水汽辐合上升异常增强,暴雨明显偏多;而盆地东部暴雨偏少。当Itc偏低时,副高位置偏东,来自于东南沿海的水汽输送在盆地东部增强,同时贝加尔湖南侧多阻塞形势,使得水汽在盆地东部辐合上升增强,产生暴雨偏多;此时盆地西部暴雨偏少。     

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。     

冬季亚洲大陆的热力差异和中国气候的关系

最近的一些研究发现,除了海陆之间的热力差异外,大陆内部也存在热力差异。通过合成及t检验方法分析了亚洲大陆内部区域热力差异的变化特征,探讨了年代际尺度上大陆热力状况的季节变化与东亚初夏和夏季环流、季风活动、中国降水变化的关系。结果表明:正指数年代,在经向上从冬至夏东亚大陆由冷变暖,25°N以北中高纬度对流层高层有气温正距平下传,纬向上高原东侧我国大陆地区春夏季迅速增温。相比之下,海洋上的热力变化不明显,一直维持负距平,海陆热力差异偏大,东亚初夏季风建立偏早,夏季风强度偏强,相应地长江流域初夏降水偏多,夏季降水偏少,华北和西南部分地区夏季降水偏多。相反地,负指数年代海陆热力差异的变化将会减弱海陆之间的热力对比,不利于初夏季风的建立和夏季风加强,上述地区降水的变化大致与正指数年代相反。     

欧亚中高纬冬季地表感热异常与中国西北东部夏季降水的可能联系

利用1979—2012年NCEP/DOE月平均地表感热通量再分析资料、西北东部156站夏季降水日资料,分析了欧亚大陆中高纬(61°N—67°N,53°E—68°E)冬季地表感热通量对我国西北东部夏季降水的影响。结果表明,当欧亚大陆中高纬冬季大气向地表输送感热值偏大时,春、夏季地表向大气输送感热值也偏大,引起了夏季500 hPa乌拉尔山阻塞高压加强,蒙古低压加深,西北太平洋副热带高压强度偏强,位置偏西,西风急流位置偏北,南亚高压呈东部型;对流层中低层表现为异常上升气流,同时有水汽的辐合,西北东部位于副高外围和蒙古低压底部,大气环流场的变化导致中国西北东部夏季降水偏多。当欧亚大陆中高纬冬季大气向地表输送感热值偏小时,春、夏季地表向大气输送感热值偏小,引起相反的夏季大气环流异常,使得中国西北东部夏季降水偏少。     

青藏高原南、北积雪异常与中国东部夏季降水关系的数值试验研究

青藏高原冬、春积雪有着显著的南、北空间差异,本文利用通用地球系统模式（CESM）设计了增加高原南、北冬、春积雪的敏感性试验,结果表明:当高原南部冬、春积雪异常偏多,长江及其以北地区夏季降水偏多,华南大部分地区夏季降水偏少;而当高原北部冬、春积雪异常偏多,华北及东北地区夏季降水偏多,长江下游南部地区夏季降水偏少,雨带更偏北。青藏高原南、北部冬、春积雪异常影响中国东部夏季降水的物理机制的分析结果表明,高原不同区域（南部和北部）冬、春积雪异常引起的非绝热加热异常效应都可持续到夏季,且北部积雪异常持续时间更长。高原南部和北部积雪异常偏多均会减弱高原北侧上空大气的水平温度梯度,进而减弱高原北侧西风急流的位置及强度,进而影响下游出口区处急流的强度和位置,且高原北部积雪异常偏多的影响更大。当高原南部积雪异常偏多,急流出口区的西风急流加强且偏南;而高原北部积雪异常偏多,出口区的西风急流减弱且偏北。相应地,对流层中层500 hPa西太平洋副热带高压减弱,低层850 hPa异常反气旋环流,影响中国东部地区水汽输送,从而影响了中国东部地区夏季雨带的变化。当高原南部积雪异常偏多,异常反气旋性环流位于东海附近,有利于更多水汽输送至长江流域,华南水汽输送减少;当高原北部积雪异常偏多,异常反气旋性环流相对偏北,更有利于华北及东北水汽输送,雨带偏北。     

南方地区持续阴雨雪天气 东北及西藏气温明显偏高

2007年1月,全国平均气温为-4.5℃,比常年同期偏高1.4℃;全国平均降水量为11.1mm,较常年同期(12.1mm)偏少.月内,我国长江中下游地区出现大范围雨雪天气,湖北、安徽遭受雪灾;我国东部地区出现大雾天气,部分地区交通受到影响;云南西南部干旱缓和,华北、辽宁、广西、西藏干旱发展;26-27日北方地区出现今年第一次沙尘天气;长江以南地区多阴雨天气.     

新疆冬春季‘水’旱长期过程与北半球中高纬度超长波演变的关系

木文分析新疆‘水’旱年度前冬11月至当年6月间北半球中高纬度500毫巴月平均环流波型及逐日超长波的演变特征。在新疆冬春干旱少雨(雪)月份,500毫巴中高纬度环流波型与北疆气候上降水量最少的元月份的平均波型相似,即半球内盛行大西洋东部,西西伯利亚和东北太平洋三个波脊。而多雨(雪)月份,往往相似于北疆气候上相对多雨的11月和5月份的平均波型,半球内盛行欧洲(偏西或偏东)和美洲西岸两个波脊。这种平均槽脊主要是各超长波的稳定及其演变的综合结果。造成新疆季节性‘水’旱异常的长期天气过程,分别表现在欧洲(对应多雨)和乌拉尔—西西伯利亚(对应少雨)两地区,有数次(通常为2～4次)准静止的超长波脊接连替换的过程,造成亚欧环流长时期的相对稳定。 在研究上述准静止超长波脊替换过程的演变时,我们又注意到500毫巴极地高压的活动情况,发现上述欧亚准静止超长波建立和替换的过程,大致可归纳为“北太平洋高压分裂单体西退并入型”、“大西洋高压分裂单体东移并入型”和“上游效应型”三种基本类型。并且提出,前两类基本过程,可能是欧亚准静止超长波脊建立或替换,亦即异常环流长期稳定的一种天气学判据。     

The Eastern Mediterranean in the 80s and in the 90s: the big transition in the intermediate and deep circulations

We present definitive observational evidence that the startling change of the Eastern Mediterranean deep circulation observed in winter 1995 and documented by [Roether, W., Manca, B.B., Klein, B., Bregant, D., Georgopoulos, D., Beitzel, V., Kovacevich, V., Luchetta, A., 1996. Recent changes in the Eastern Mediterranean deep water. Science 271, 333–335.] actually started before October 1991. This change involved not only the deep water mass pathways but also the origin and pathways of the water mass spreading in the intermediate layer. We carry out the first unified analysis of the POEMBC-O91 data set, which shows that, differently from the previous decade of the 80s, the Cretan/Aegean Sea was in 1991 the `driving' engine of the intermediate, transitional and deep layer circulations, with Cretan Intermediate Water (CIW), transitional water and Cretan Deep Water (CDW) spreading out from the Cretan Sea into the basin interior. The most important new results are: (a) the Levantine Intermediate Water (LIW) formed inside or at the periphery of the Rhodes gyre is blocked in its traditional westbound route on its density horizons σ_θ=29.05 and 29.10 kg/m³ by a three-lobe strong anticyclonic structure in the Southern Levantine, which induces a substantial LIW recirculation in the Levantine basin itself; (b) the CIW exiting from the Western Cretan Arc Straits spreads into the Ionian interior on the σ_θ=29.05–29.10 kg/m³ isopycnal surfaces, thus replacing the LIW confined in the Levantine basin. A branch of CIW flows eastward in the Cretan passage and is entrained by the Ierapetra anticyclone to flow again into the Cretan Sea through the Eastern Cretan Arc Straits; (c) on the horizons σ_θ=29.15 and 29.18 kg/m³ a transitional water mass of Cretan origin, denser than CIW, and CDW are observed to spread out massively from the Cretan Arc Straits both into the Ionian and Levantine interiors. These isopycnal surfaces rise to much shallower depths in 1991 than in 1987, increasing the salt content of the intermediate, transitional and deep layers. This leads to a massive salt increase in the Ionian below 1200 m, clearly related to lateral advection of the new denser waters of Cretan/Aegean origin, thus contradicting the hypothesis of a vertical salt redistribution proposed by Roether et al.     

南方遭受暴雨洪涝灾害中东部出现大雾天气——2008年11月——

2008年11月,全国平均气温为2.9℃,较常年同期(2.1℃)偏高0.8℃.全国平均月降水量为24.7mm,较常年同期(18.0mm)偏多6.7mm;湖南、贵州区域平均降水量为1951年以来历史同期最多,广西为第二多;河北为第二少.     

On the maintenance and initiation of the intraseasonal oscillation in the NCEP/NCAR reanalysis and in the GLA and UKMO AMIP simulations

 In this study, satellite-derived outgoing longwave radiation (OLR) and the reanalysis from the National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research are used as verification data in a study of intraseasonal variability in the Goddard Laboratory for Atmospheres (GLA) and the United Kingdom Meteorological Office (UKMO) atmospheric general circulation models. These models simulated the most realistic intraseasonal oscillations (IO) of the 15 Atmospheric Model Intercomparison Project models previously analyzed. During the active phase of the intraseasonal oscillation, convection is observed to migrate from the Indian Ocean to the western/central Pacific Ocean, and into the South Pacific Convergence Zone (SPCZ). The simulated convection, particularly in the GLA model, is most realistic over the western/central Pacific Ocean and the SPCZ. In the reanalysis, the baroclinic structure of the IO is evident in the eddy-stream function, and eastward migration of the anticyclone/cyclone pairs occurs in conjunction with the eastward development of convection. Both the GLA and UKMO models exhibit a baroclinic structure on intraseasonal time scales. The GLA model is more realistic than the UKMO model at simulating the eastward migration of the anticyclone/cyclone pairs when the convection is active over the western/central Pacific. In the UKMO model, the main heating is located off the equator, which contributes to the irregular structures seen in this model on intraseasonal time scales. The maintenance and initiation of the intraseasonal oscillation has also been investigated. Analysis of the latent heat flux indicates that evaporative wind feedback is not the dominant mechanism for promoting the eastward propagation of the intraseasonal oscillation since evaporation to the west of the convection dominants. The data suggest a wave-CISK (conditional instability of the secondkind) type mechanism, although the contribution by frictional convergence is not apparent. In the GLA model, enhanced evaporation tends to develop in-place over the west Pacific warm pool, while in the UKMO simulation westward propagation of enhanced evaporation is evident. It is suggested that lack of an interactive ocean may be associated with the models systematic failure to simulate the eastward transition of convection from the Indian Ocean into the western Pacific Ocean. This hypothesis is based upon the examination of observed sea surface temperature (SST) and its relationship to the active phase of the intraseasonal oscillation, which indicates that the IO may evolve as a coupled ocean-atmosphere mode. The eastward propagation of convection appears to be related to the gradient of SST, with above normal SST to the east of the convection maintaining the eastward evolution, and decreasing SST near the western portion of the convective envelope being associated with the cessation of convection. Received: 13 September 1996/Accepted: 14 April 1997     

四川重庆遭受暴雨袭击 黑龙江广西等地有旱情——2004年9月

9月份，全国大部地区降水量接近常年同期或偏少，全国大部地区气温接近常年同期或稍偏高。四川、重庆等地出现大到暴雨、局地大暴雨，达州、开县等地降水量超同期历史极值。洪涝及强降水诱发滑坡、泥石流等灾害造成重大人员伤亡和财产损失；0421号热带风暴海马和第6号热带低压在我国登陆；黑龙江东北部、广西北部等地存在旱情；山东、甘肃、湖北等省局地遭受冰雹、雷击等强对流天气袭击。     

湿大气的广义位温与干大气位温及饱和湿大气相当位温的比较

实际大气既非完全是干空气,也不是处处达到饱和的湿空气,而是处于含有水汽但又不饱和的湿空气状态。基于这样一种湿大气状态,在湿大气中广义位温定义的基础上,对不同暴雨类型的广义位温与干大气的位温及饱和湿大气的相当位温做了比较。对2003年江淮流域暴雨过程、2004年华北一次暴雨过程以及2006年碧利斯台风中的位温、相当位温和广义位温分布的对比分析表明:即使是在暴雨系统中,湿空气的相对湿度也不一定达到100%,饱和湿空气相当位温的引入条件不能完全满足。而广义位温的定义用一个表达式就可以表示出于大气、未饱和湿大气以及饱和湿大气这3种大气状态的位温,位温和相当位温则是广义位温的特殊情况。当大气比湿为零时,广义位温就变成位温;当大气比湿达到饱和后,广义位温就变成相当位温。除了可以衔接干大气位温和饱和湿大气的相当位温外,广义位温包含了水汽由干到湿再到饱和的变化过程,更好地体现了大气中水汽的实际分布和变化特征。     

关于大气环流遥相关与低频振荡的研究进展与问题

遥相关与低频振荡是大气环流研究中两个重要的问题。本文主要集中阐述近年来关于大气环流遥相关与30—50天振荡的观测事实及其物理机制的研究进展,同时也指出了有待于进一步研究的问题。     

南方局地暴雨洪涝 辽宁吉林初夏特旱——2007年6月——

6月，全国平均气温为20．5℃，比常年同期偏高1．0℃，仅次于2005年，为1951年以来历史同期次高值，其中内蒙古、吉林、黑龙江区域平均气温均为历史同期最高值，辽宁为次高值。全国平均降水量为94．5mm，较常年同期（97．8mm）略偏少，其中辽宁、吉林降水异常偏少，其区域平均降水量均为历史同期最少；宁夏、青海、内蒙古中部降水异常偏多，其区域平均降水量均为历史同期第二多。     

全国大部气温偏高 大雾暴雪影响严重——2007年12月——

2007年12月,全国平均气温为-2.3℃,较常年同期偏高1.6℃,为1951年以来历史同期第一高,其中,四川、海南、广东、云南12月平均气温均为1951年以来历史同期次高值;全国平均降水量为10.6mm,较常年同期略偏多。月内,江南、华南等地出现的严重秋旱连初冬旱在下旬得到一定程度的缓解;我国中东部地区出现了大范围大雾天气;下旬后期全国出现大范围大风强降温天气,东北部分地区出现大到暴雪。