长江中下游梅雨与春季南半球年际模态(SAM)的关系分析

利用1951～2000年中国160站梅汛期（6～7月）月平均降水资料和南半球月平均海平面气压资料，对全国梅汛期降水与其前期春季（4～5月）南半球年际模态进行了统计分析，结果表明：长江中下游梅雨与春季SAM指数存在显著的正相关，东亚梅汛期大尺度大气环流异常同样与春季SAM指数有着紧密的联系，强SAM春季对应着后期弱东亚夏季风，西太平洋副高加强西伸，以及长江中下游地区垂直上升速度的增加，这些为长江中下游梅雨的增加提供了有利的大气环流和水汽条件，而弱SAM春季情况则正好相反。春季南半球年际模态的异常为长江中下游梅雨的预测提供了有参考价值的前兆信号。     

2020年江苏省梅雨异常及暴雨日气候特征分析

利用ERA5再分析资料和江苏省自动站降水数据等,结合江苏地区入、出梅标准,分析了2020年江苏省梅雨的时空分布异常特征,从梅雨特征量和大尺度环流因子等特征,揭示了梅雨异常的关键因子,并对暴雨日的大尺度环流特征进行合成分析,得到影响梅汛期暴雨的关键环流因子。结果表明:(1)2020年江苏省梅雨时空分布显著异常,入梅早、出梅晚,梅期达51 d,比常年平均多出一倍;沿江以南和沿淮东部地区梅雨总量为常年平均的2.5倍;梅汛期共15个暴雨日,强降水持续时间长,区域范围大,整体雨强大。(2)梅雨特征量较好的反映了江苏省梅雨的入出梅时间,当特征量显著增强北抬对梅雨期的开始有较好指示意义,当特征量再次北抬,则梅雨季结束,各特征量均呈现一致的时间变化特征。特征量在梅雨期间的异常波动均与暴雨过程相对应,2020年梅雨特征量的多个异常高值中心反映了梅雨期暴雨过程频繁、降水极端性强的特征。(3)梅雨期间大尺度环流形势异常,西太平洋副热带高压呈显著正异常,强度偏强,脊点偏西,引导其西北侧的西南暖湿气流向江淮地区输送,同时北方位势高度偏低,东北冷涡强度略偏强,浅槽活动频繁,携弱冷空气南下与暖湿气流交汇,形成稳定维持的梅雨锋,是超强梅雨形成的主要环流因子(4)印度洋和孟加拉湾、西北太平洋是江苏省梅汛期暴雨的重要水汽源地,通过强烈的西南风,将暖湿气流向长江下游地区输送,配合上空的强烈辐合抬升运动,导致该地区水汽积聚并稳定维持,有利于出现梅汛期暴雨天气。     

21世纪长江中下游梅雨的新特征及成因分析

利用1961—2011年观测资料分析了长江中下游梅雨各特征量的时空变化特征,尤其是21世纪的新特征,指出2000年以来梅雨入梅偏晚,出梅偏早,梅雨长度缩短,强度减弱。统计发现,在这一时段梅雨期内降水日数明显减少,在梅雨长度缩短的同时,降水日数占梅雨期长度的比例也下降,表明梅雨期内强降水越来越集中。梅雨的这种年代际变化可能和2000年以来北太平洋海温处于PDO负位相,且这一时期拉尼娜事件频繁发生有关。在PDO负位相背景下,我国汛期多雨带位置易偏北,同时由于拉尼娜事件频发,热带西太平洋海温增高,使副热带高压偏强偏西偏北,阻止了源自印度洋和孟加拉湾的西南气流向长江中下游地区的输送,迫使水汽输送路径更加偏北偏西至淮河及以北地区,长江中下游地区低层为正散度距平,梅雨降水减少。     

2016年梅雨期间长江中下游强降水与对流层上层斜压波包的关系

2016年6—7月,长江中下游地区发生了自1998年以来最严重的强降水事件,造成了重大的经济损失。利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2479站逐月及逐日降水资料,研究了2016年梅雨期间长江中下游地区降水与欧亚大陆对流层上层斜压波包活动的关系,并诊断了两者之间的信息流向。结果表明,梅雨期间的高频斜压波动具有明显的下游频散效应。波动起源于黑海,沿西北—东南方向于3—4 d后传至长江中下游地区。斜压波包为长江中下游地区强降水的发生提供了必要的能量。波作用通量矢量的分布表明,梅雨期间逐日均有来自西风带上游的扰动能量向长江中下游流域传播。而梅雨期间降水与斜压波包的信息流关系表明,二者之间存在信息传递。因此,3—4 d并源于黑海附近的斜压波包活动是2016年长江中下游梅雨期间异常降水的成因。这些结果为深刻认识长江中下游地区强降水事件发生的成因和有效预测提供了线索。      

121 a 梅雨序列及其时变特征分析

对2001--2005年长江中下游梅雨期进行了划分。确定的梅雨参数包括梅雨集中期、梅雨长度、梅雨量、梅雨强度、入梅日期和出梅日期等。然后对1885--2005年共121a的长江中下游5站逐年的梅雨参数进行时间演变分析。从各梅雨参数趋势变化上可估计,在未来10a里,梅雨量仍将偏多,梅雨长度将偏长,入梅日期将偏早,出梅日期也将偏早。对梅雨参数进行Morlet小波分析得出,从1980s开始,入梅日期和出梅日期都出现明显的2～3a和6a的年际振荡周期;入梅日期还出现明显的12a左右的年代周期,出梅日期出现了16a左右的年代际周期。进入1990s后,梅雨长度出现了8a的年际周期,梅雨量则出现明显的4a和8a的年际周期以及一个近16a的年代际周期。     

形成2015年浙江省梅汛期暴雨的控制环流及梅雨锋结构

本文利用NCEP/NCAR全球再分析逐日资料、地面观测资料和自动站降水资料,在分析了2015年浙江省梅汛期强降水特征、水汽输送和局地环流的基础上,从西南季风进退、副热带高压、南亚高压及西风带波动等方面对2015年形成梅汛期暴雨的控制环流进行了分析。结果表明：2015年整个浙江省梅汛期降水量较常年显著偏多,浙江中部地区降水量比历史同期偏多接近一倍。丰沛的水汽从孟加拉湾经中南半岛向东输送,与西太平洋副热带高压西侧的西南气流相合并,在梅雨锋南侧形成异常辐合,为强降水提供了水汽条件。这次持续强降水由三次强降水过程构成并由西风辐合型锋生引起。第二次强降水过程中大气强对流性不稳定利于梅雨锋上中尺度对流系统发展,导致强降水呈现明显的局地性。而第一次和第三次过程中梅雨带附近大气基本处于对流稳定或中性,以斜压性降水为主。在对流层低层,副高较常年偏东偏南,其西北侧西南暖湿气流与北侧冷空气交汇于浙江省,利于梅汛期强降水集中期的出现。在对流层上层的南亚高压较常年位置偏东,其北侧的西风急流强度偏强,东亚急流核入口区右侧的强辐散利于造成强烈的上升运动。在对流层中层,贝加尔湖阻高的东侧有明显的波动能量向东向南传播并在长江中下游积聚,利于浙江地区扰动的维持,形成持续稳定的梅雨锋和中低空切变线,造成梅雨强降水过程的持续。2015年春夏季热带中东太平洋海温正异常分布有利于梅汛期降水偏多的异常环流的形成。     

1997年江淮梅雨的分析

１９９７年江淮梅雨姗姗来迟,汉品以东的长江中、下流地区和江淮流域梅雨量偏少４－５成,对照历史上５０年江淮梅雨资料分析：１９９７年梅雨,属迟梅、旱梅。作者通过对西太平洋副热带高压、西风带环流特征的分析,认为１９９７年具有历史上同类迟梅、旱梅的环流特征;并应用４０年长江中、下游地区梅雨总量Ｍ值（梅雨旱、涝指数）的非整数波动率谱的分析,１９９７年梅汛期出现旱是符合Ｍ值周期演变规律的,对梅雨期副热带高压的     

近45年长江中下游地区汛期极端强降水事件分析

利用长江中下游地区1960—2004年78个台站汛期（4—9月）逐日降水资料,首先定义了不同台站的极端强降水阈值,然后统计出了不同台站近45年逐年汛期极端强降水事件的发生频次,并进行了时空分布特征分析。结果表明：长江中下游汛期极端强降水事件发生频次的多寡很大程度上影响着汛期总降水量的多少。一致性异常分布特征是长江中下游地区汛期极端强降水事件发生频次的最主要空间模态;长江中下游地区汛期极端强降水事件发生频次的空间分布可分为5个主要区域。通过最大熵谱估计分析表明,Ⅰ区显著周期为2～4年;Ⅱ区和Ⅳ区的主要显著周期是基本一致的,显著周期为2～3年和6.3年;Ⅲ区显著周期为14.7年的年代际变化;Ⅴ区显著周期为22年的年代际变化和4～5年的年际变化。各分区代表站中岳阳（Ⅰ区）表现为很显著的增长趋势,10年增长率为1.0次;南岳（Ⅱ区）和南京（Ⅳ区）增长趋势相对较弱;衢州（Ⅴ区）增长趋势相对最弱;而洪家（Ⅲ区）近45年来汛期极端强降水事件发生频次则表现为很弱的减少趋势。     

2013年梅雨监测及近50年江西梅雨气候特征

利用1959—2013年江西梅雨监测区37站降水量、气温资料和500 hPa西太平洋副热带高压脊线日平均位置资料,根据《梅雨监测业务规定》的相关指标,对2013年江西梅雨进行监测,并采用EOF等方法分析江西梅雨气候特征。结果表明:1)江西于2013年5月25日正式入梅,于6月29日结束,梅雨期总雨量为420.9 mm,梅雨强度为0.58。2)江西梅雨的时空变化特征是北部地区梅雨量的全区一致型分布占总方差的77.8%,将江西北部地区作为一个整体来分析其梅雨量的时空变化特征是合理的。3)江西气候平均入梅日为6月8日,出梅日为7月1日,梅雨季长度为23 d,梅雨量为352.7 mm,梅雨强度为-0.18。入梅日期、出梅日期、梅雨季长度和梅雨强度与梅雨量特征量之间存在显著的相关关系,入梅越早,出梅越晚,梅雨期长度越长,梅雨强度越强,梅雨量就越大。4)梅雨各特征量存在显著的年际和年代际变化特征,5个梅雨特征量具有相同的2—3 a周期变化,另外还主要存在6—8 a、13—15 a和21—23 a周期变化,但各参数在1959—2013年的不同时段具有不同的显著性。     

全球海气耦合模式（BCC_CM1.0）对江淮梅雨降水预报的检验

以国家气候中心全球大气-海洋耦合模式(BCC-CM1.0)20年的预报产品为基础,重点分析了该模式对中国江淮梅雨的预报能力以及梅雨预报中存在误差的可能原因.试验表明:BCC-CM1.0对江淮梅雨降水有一定的预报能力,模式基本上能够预报出气候态下梅雨降水的空间分布特征.尽管其方差贡献率和时间系数与观测相比有偏差,但模式还是能够预报出梅雨降水的主要模态.气候平均下,BCC-CM1.0模式预报的梅雨雨带位置偏北,因而预报的江淮流域长江以北降水偏多,而长江以南预报的降水偏少.同时发现模式对江淮流域梅雨期中等强度降水预报较好,雨强概率分布与观测结果基本一致,而对大雨强降水和小雨强降水预报相对较差.合成分析发现,江淮流域雨带偏北、降水偏少时,模式的预报能力较好;而江淮流域雨带偏南、降水偏多时,模式预报能力相对较差.BCC-CM1.0对高度场的预报普遍偏低,尤其是在青藏高原上空有一个虚假的低值中心,对副热带高压的预报也偏弱,这样使得东亚季风区气压梯度增加,从而导致预报的东亚夏季风偏强、向北推进的幅度加大,最终致使预报的梅雨雨带偏北.此外,比湿场预报的偏差也可能是造成梅雨雨带偏北的原因之一.     

THE RELATIONSHIP BETWEEN THE ATMOSPHERIC HEATING SOURCE/SINK ANOMALIES OF ASIAN MONSOON AND FLOOD/DROUGHT IN THE YANGTZE RIVER BASIN IN THE MEIYU PERIOD

NCEP/NCAR reanalysis data and a 30-year precipitation dataset of observed daily rainfall from 109 gauge stations are utilized in this paper. Using the REOF we analyzed the spatial distribution of precipitation in the 109 stations in the Yangtze River Basin in Meiyu periods from 1978 to 2007. The result showed that the spatial distribution of precipitation in the Yangtze River Basin can be divided into the south and north part. As a result, relationships between an atmospheric heating source (hereafter called ) over the Asian region and the precipitation on the south and north side of Yangtze River in Meiyu periods were separately studied in this paper. The results are shown as follows. The flood/drought to the north of Yangtze River (NYR) was mainly related to the over the East Asia summer monsoon region: when the over the Philippines through Western Pacific and the south China was weakened (strengthened), it would probably result in the flood (drought) in NYR; and the precipitation on the south side of Yangtze River (SYR) was related to the over the east Asia and Indian summer monsoon region: when the over the areas from south China to the northern East China Sea and Yellow Sea and south-eastern Japan was strengthened (weakened), and the over the areas from the Bay of Bengal to south-eastern Tibetan Plateau was weakened (strengthened), it will lead to flood (drought) in SYR.     

不同纬度天气尺度扰动影响2020年夏季梅汛期降水的数值模拟

利用观测资料和区域气候模式RegCM4.6,研究了高纬和低纬天气尺度扰动对2020年梅雨期降水的可能影响。观测分析表明:2020年6月、7月长江中下游降水在周期上表现为10 d以下的天气尺度扰动,在降水过程中存在多次中高纬度天气尺度扰动的南传与低纬扰动的北传。在此基础上,设计改变不同纬度天气尺度扰动(10 d)输入的侧边界敏感性试验。数值模拟结果表明:从平均环流来看,当中高纬西北侧边界的天气尺度扰动减弱时,大气平均环流动能向天气尺度扰动动能转换的位置发生北移,影响副高北侧纬向西风带北移,使得梅雨期降水中心从长江中下游地区北移到淮河流域;从时间演变来看,当去除中高纬西北侧边界的天气尺度扰动时,850 hPa上E矢量散度南传减弱,低纬纬向风异常能够向北传播。纬向风异常产生的涡度变化有利于副热带高压北抬,使得雨带可以较早北抬到34°N以北,标志江淮地区出梅。低纬南侧边界的天气尺度扰动减弱时,梅雨期降水略有增强,但对雨带的进退影响较小。因此,观测和数值模拟结果表明,2020年夏季梅雨期降水强度和雨带的维持主要与中高纬度天气尺度扰动异常密切相关,中国北部尤其中国西北部到巴尔喀什湖地区天气尺度扰动偏强且南传是此次梅雨强度偏强和雨带维持的重要原因。     

2016年我国梅雨异常特征及成因分析

利用国家气候中心梅雨监测资料和NCEP再分析资料,对2016年我国梅雨异常特征及其大尺度环流成因进行了分析。结果表明:（1）2016年我国梅雨有明显的区域特征,其中江南区入梅偏早14天,与1995年并列成为1951年以来入梅最早的年份,出梅偏晚11天,梅雨期（量）偏长（多）,但梅雨期日平均降水量偏少;长江区入梅和出梅均偏晚,梅雨期接近常年,但梅雨量偏多一倍以上,梅雨量和梅雨期日平均降水量分别为1951年以来历史同期第三和第二高值;江淮区入梅、出梅及梅雨期接近常年,但梅雨量偏多。（2）对流层高、中、低层环流系统冬夏季节性调整和转变显著提前的共同作用,导致了2016年江南区入梅显著偏早;东亚副热带西风急流、西太平洋副热带高压（副高）和东亚夏季风涌在7月中旬阶段性地南落导致了江南区和长江区出梅偏晚。（3）受到前冬超强厄尔尼诺衰减和春、夏季热带印度洋全区一致海温模态偏暖的影响,梅雨期副高异常偏强,副高西南侧转向的水汽输送异常偏强,并在长江区和江淮区与北方弱冷空气辐合,造成梅雨量异常偏多。     

近50a江淮地区梅雨期水汽输送特征研究

利用1958—2007年ERA再分析风场及气压场资料和APHRO高分辨率逐日降水资料,对近50 a来梅雨期水汽输送的时空特征及其与江淮地区降水的关系进行了研究,发现各条水汽通道对江淮地区梅雨期降水强度及范围的影响程度均不同。梅雨期影响我国降水的水汽输送有显著的年际变化,并且水汽输送强弱年对应江淮地区降水强度也有明显差异。相关分析及合成差值的结果显示,西太平洋水汽输送贡献更大,且西太平洋水汽输送(东南通道)增强时,江淮地区降水增多。印度洋水汽输送的加强会减弱太平洋的水汽输送从而使得江淮少雨。在全球变暖的背景下,西太平洋的水汽输送对降水的增强作用有所减弱而印度洋输送所导致降水强度减弱的范围则明显扩大。自1980年起,江淮降水出现缓慢增多的趋势与全球变暖所导致的东亚环流异常进而影响水汽输送异常相关。     

传统梅雨区西北部梅雨期降水特征研究

本文从气候平均角度及年际时间尺度对传统梅雨区(28°~34°N,110°~123°E)的西北部(NW区)梅雨期降水及其与大气环流和海温的关系进行了研究,重点比较其与典型梅雨区梅雨期降水的异同。结果表明:(1)气候平均而言,850 hPa层次上大于40 g·m·kg^-1·s^-1的水汽输送带无法覆盖NW区,导致该地区在35~37候没有类似于江南地区、长江中下游地区和江淮地区梅汛期集中性降水的特征。(2)1979—2017年共39 a中,NW区有24 a出现了梅雨现象,有15 a为空梅,平均入梅日期为6月27日,比长江流域偏晚13 d,平均出梅日期为7月13日,与长江流域相近,梅雨期平均日降水量与长江流域相当。(3)NW区梅雨期时,雨量偏多的地区在我国黄淮地区,此时江南地区雨量偏少。东亚夏季风系统成员,如南亚高压、西太平洋副热带高压、青藏高原南部梅雨锚槽、低层西北太平洋反气旋等都比长江流域梅雨时偏北。(4)与典型梅雨区不同,NW区的入梅时间与赤道印度洋、赤道中东太平洋等关键区海温没有显著关联。     

厄尔尼诺对长江中下游地区夏季持续性降水结构的影响及其可能机理

根据中国国家气象信息中心提供的1961-2016年2400多站的逐日降水观测数据,分析了厄尔尼诺对长江中下游地区夏季持续性降水结构的影响。发现长江中下游地区的降水主要以5 d及以内的降水事件为主,其强度主要分布在4-24 mm/d;5 d以上降水所占比例相对较小,而其强度主要分布在12-24 mm/d。其中,长江中下游地区夏季大于5 d的降水事件（长持续性降水事件）所占比例和强度在长江以南地区要大于长江以北地区。同时,在厄尔尼诺的影响下,长江以南地区的降水结构从2-5 d持续性降水事件（短持续性降水事件）和1 d的降水事件（非持续性降水事件）向长持续性降水事件转变,且其强度增加。而长江以北地区,以湖北为主,降水结构存在从非持续性向短持续性降水事件转变的现象,短持续性降水事件的强度也略有增强。因此,厄尔尼诺使得长江中下游地区的降水事件更多地以持续性降水为主,不同持续性降水事件的强度加强。进一步分析发现厄尔尼诺次年西太平洋副热带高压西伸加强,与其相关的东南季风所输送的水汽也有所加强。同时,中高纬度阻塞高压环流形势稳定维持。受这些因子的共同作用,最终导致长江中下游地区夏季降水持续性延长和降水强度加强。而这将给长江中下游地区的农作物种植和经济发展等带来较严重的影响,使防洪、防涝工作面临严峻的挑战。      

气候变化对城市年径流总量控制率分区的影响

城市地区强降水发生频次和强度的增加容易诱发内涝现象,年径流总量控制率作为海绵城市的重要设计参数,更是直接受到降水变化的影响。以江苏省为例,利用全省70个国家级气象观测站1961—2019年最新的日降水量资料评估了气候变化对城市年径流总量控制率分区的影响。研究发现,有效降水的年代际变化十分明显,1991—2019年降水日数、降水量、降水强度均比其他时间段上更多、更强;太湖流域的设计雨量较小,连云港地区的设计雨量较大,南北差异随着控制率的提高而扩大,当控制率为85%时,全省设计雨量平均值为38.1 mm,最大值是最小值的1.7倍;气候变化对年径流总量控制率分区影响明显,江苏的苏南、江淮南部大部分地区的分区变大,导致全省IV区所占面积明显增加。不同等级降水的变化趋势是影响年径流控制率分区的关键因素,大雨以上的雨日、雨量在有效降水中占比增加,则分区变大。     

近四十年我国东部盛夏日降水特性变化分析

基于中国地区740台站的日降水资料,细致分析了近40年我国东部盛夏即7、8月份降水长期趋势和年代际变化特征。按小雨、中雨、大雨以及暴雨降水强度分类,探讨了不同强度降水在我国东部降水变化中的贡献。结果表明,中国东部地区盛夏降水变化主要受暴雨强度降水变化的影响,占总降水变化60%以上。近40年来,盛夏长江流域降水量、 降水频率、极端降水频率以及暴雨降水强度均呈增大趋势,在华北地区则呈减小趋势,除降水频率在长江流域的变化趋势绝对值比华北地区小外,另三个指标在长江流域的趋势变化值大约是后者的2倍。降水强度在中国东部表现出一致的增大趋势,但华北地区增大趋势不显著。华北地区降水的减少主要是小雨强度降水频率减小的结果,强降水的频率和强度在该地区也呈微弱的减小趋势,其中小雨强度降水频率减小趋势大值中心值达到-3%/10a,比中雨以上强度降水频率变化趋势值大一个量级;长江流域降水的增多,是各强度降水频率和强度增大共同作用的结果。长江流域和华北地区在区域平均降水频率、降水强度、极端降水频率、最大降水量的时间序列上,彼此均为负相关关系,其中降水频率和极端降水频率序列在两区域的相关系数通过99%的信度检验。Mann-Kendall检验表明,除华北地区降水强度外,其他降水指标均存在显著的年代际跃变。与1970年代末的气候跃变相对应,华北地区降水频率较之长江流域的跃变明显;但长江流域极端降水在1970年代末的跃变较之华北地区更显著,其降水强度、极端降水频率以及最大降水量均于1970年代末期前后发生显著年代际跃变。     

水汽输送与江南南部初夏雨季及降水变化的联系

基于1961—2010年美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的逐日再分析格点资料,分析了初夏水汽输送的分布和演变过程及其与中国江南南部初夏雨季的关系。结果显示,初夏水汽输送总体上随夏季风前沿自南向北加强,有3次水汽通量突然增大的涌先后从中国南海北传到25°N及其以南、25°—30°N、30°N及其以北地区,水汽涌和相应峰的发生时间分别对应华南前汛期、江南南部初夏雨季、长江流域梅雨的开始和结束时间。江南南部在初夏雨季处在水汽通量高值区的北缘、水汽辐合区内。青藏高原南侧水汽辐散区是影响江南南部初夏雨季的直接水汽源,澳大利亚北部到印度洋和阿拉伯海南部地区的大面积水汽辐散区则是间接水汽源。经向水汽输送演变对雨季起(讫)具有标志性意义,纬向水汽输送也不容忽视。雨季开始(结束)时江南南部地区的南界(北界)中低层水汽流入(流出)显著增大,但北界(南界)水汽通量并未同步发生显著变化;雨季期间的纬向水汽输送明显增强,水汽通量大于经向水汽输送。雨季强、弱具有年代际变化,且与纬向水汽流入的相关比经向水汽流入的相关更显著。影响江南南部初夏雨季的水汽输送路径主要有两条,北支是从孟加拉湾北部经缅甸和云南、贵州的水汽输送,南支是经孟加拉湾、中南半岛、中国南海与西太平洋副热带高压西侧水汽汇合的水汽输送。强雨季年孟加拉湾北部的东北向水汽输送和中国南海的北向水汽输送都增强,弱雨季年则相反。孟加拉湾、中国南海南部和西太平洋暖池区是显著的水汽辐合区,是江南南部初夏雨季的水汽输送通道而不是水汽源,水汽辐合越弱(强)越有利于(不利于)江南南部初夏雨季的降水,其影响机制可能在于通道上的对流活动对江南南部初夏雨季水汽输送具有拦截作用。