ENSO对中国南方降水低频变率的可能影响

利用1979—2012年Hadley中心海表温度、中国2 474个台站逐日降水和NCEP/NCAR全球再分析资料,分析了不同类型ENSO事件秋冬季和次年春季中国南方地区10~30 d降水低频变率的变化特征。结果表明,中国南方地区10~30 d降水低频变率对不同类型ENSO事件的响应存在显著的季节差异。EP型El Ni1o的冬季和次年春季,低频降水变率显著增强; CP型El Ni1o秋冬季低频降水强度呈现相反的异常,秋季低频降水偏弱,而冬季则偏强; La Ni1a事件期间中国南方低频降水变率的变化较小且不稳定。进一步分析发现,ENSO对南方地区10~30 d低频降水变率的影响与西北太平洋地区季节平均大气环流背景场对ENSO的响应密切相关。相比正常年份,EP型El Ni1o冬春季菲律宾反气旋性异常环流的强度较强且范围较大,其西侧的异常西南风向中国南方地区输送了大量水汽,从而有利于低频降水的增强; CP型El Ni1o年秋季西北太平洋表现为气旋性环流异常,抑制了热带水汽向东亚大陆的输送,而冬季却产生了与EP型El Ni1o年类似的异常反气旋环流,只是强度有所减弱,因此中国南方地区低频降水强度在秋冬季呈相反异常。La Ni1a年菲律宾附近虽然存在气旋性环流异常,但强度较弱,因而我国南方地区低频降水变率的响应也较弱。     

华北地区冬季持续性异常低温事件与大气低频振荡活动的关系

采用1959—2009年日平均气温观测资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,对华北地区冬季持续性异常低温事件进行了定义,并在此基础上统计分析了该区近50 a来冬季持续性异常低温事件的发生规律及环流特征,然后对华北地区持续性异常低温事件与大气低频振荡之间的关系进行了研究。研究表明,近50 a来华北地区共出现26次持续性异常低温事件;环流场上持续性异常低温过程对应的是乌拉尔山高压脊的建立、发展、消亡以及东亚大槽的维持、加深、减弱过程;同时,分析发现低频波动与持续性异常低温事件密切相关,10~20 d低频环流场上华北、东北地区上空的低频气旋、中西伯利亚的低频反气旋,及30~60 d低频环流场上西西伯利亚附近的低频反气旋及日本海附近的低频气旋是造成持续性异常低温事件的重要低频影响因子,进一步分析发现对流层高层到低层的低频信号主要是由中高纬向低纬且自西向东传播,来影响我国华北地区的。     

北半球中高纬度低频振荡对2012/2013年冬季中国东北极端低温事件的影响

利用NCEP/DOE的逐日再分析资料和国家气象信息中心的常规观测站温度资料,首先分析了2012/2013年冬季中国东北区域极端低温事件过程中区域平均温度的低频振荡变化特征,然后分析了北半球中高纬度对流低层和中层低频环流系统配置的变化及其与东北地区强冷空气活动过程的联系,最后进一步研究了中高纬度低频环流系统的传播特征及其对温度变化的影响。主要结果有:（1）2012/2013年冬季东北区域平均温度存在很强的30～60 d的周期振荡特征,同时伴随较强的10～30 d低频振荡,后者与实际降温过程对应关系更好;（2）对10～30 d的低频振荡而言,在东北地区低频温度变化降低最大的位相7（位相3升高最大）,500 hPa上,我国东部地区正好处于贝加尔湖地区的低频高压（低压）环流和日本海的低频低压（高压）环流型之间的低频偏北（偏南）的较强引导气流中;同时在850 hPa上,我国东部从东北到南海都是较强的偏北（偏南）低频风控制,这使得东亚冬季风环流系统加强（被抑制）,东北区域则经历一次大幅度的低频温度降低（升高）过程,这些高低空低频环流系统的配置和演变导致了2012/2013年冬季一次次强（或较强）的冷空气沿偏东偏北的路径影响我国东北地区,并导致极端低温事件的出现;（3）沿着乌拉尔山-贝加尔湖-我国东北地区-西北太平洋传播的500 hPa低频波列,是驱动2012/2013年冬季东亚冬季风低频振荡和我国东北地区极端低温事件的环流系统。     

2016年1月低温事件的季节内振荡特征

利用NECP/DOE逐日再分析资料,分析了2016年1月发生在我国南方的持续低温事件。结果表明,此次过程存在明显的季节内振荡特征,其中准双周振荡为气温变化的主要模态。此次低温事件之所以达到寒潮级别,是由于天气尺度变化与10~20 d气温准双周振荡处于相同的降温变化过程中。准双周尺度的冷中心与天气尺度冷中心均从中高纬度向低纬地区传播,并在我国南方汇合,从而引起持续性的低温。通过诊断温度局地变化方程发现,此次天气过程中,温度平流项和绝热变化项是近地层局地温度降低的主要原因。天气尺度气温变化与10~20 d低频振荡对持续降温都有较大贡献,天气尺度降温略大于低频降温。     

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。      

东亚冬季环流季节内振荡与2008年初南方大雪关系

2008年1月10～16日、18～22日、24～29日和1月31日～2月2日,中国南方地区连续出现4次低温、雨雪、冰冻天气。根据NCEP/NCAR逐日再分析资料,利用LANCZOS滤波器以及小波分析等方法,探讨雨雪冰冻前期2007年12月2日～2008年1月1日、同期2008年1月2～21日及后期2008年1月22日～2月14日850 hPa风场季节内振荡特征及对低温、雨雪、冰冻天气的影响。2007年12月～2008年2月850 hPa风场低频振荡分析显示,中国南方地区风场表现显著的20~50 d低频振荡,季节内低频振荡的位相变化,较好地揭示了2008年1月10日～2月2日南方地区降雪过程的3种环流特征：1）沿高原东侧100°E附近南下的冷空气到达我国30~20°N地区,与东亚沿海低纬的偏南风距平气流在我国南方地区形成气旋性环流,南方降雪（水）过程中,偏南风距平气流比偏北风距平气流强;2）沿高原东侧100°E附近南下的强偏北风距平气流与东亚沿海低纬的偏南风距平气流在我国南方地区形成气旋性环流,南方降雪（水）过程中,偏北风距平气流比偏南风距平气流强,造成南方雨雪伴随低温冰冻天气;3）南方雨雪由偏北风距平气流与偏南风距平气流在东亚东部25°N形成的辐合带引起。     

中国冬季持续性低温事件的低频特征以及中低纬大气低频振荡对其的影响

根据中国气象局提供的1979∕1980—2009∕2010的31个冬季中国553个台站的逐日日平均气温资料和中国冬季持续性低温发生的特点,提出了单站持续性低温事件和区域持续性低温事件的客观定义,并利用EOF分析、谱分析、滤波和合成分析等统计方法,描述和统计了我国冬季持续性低温事件的低频特征以及中低纬大气低频振荡在持续性低温事件发生过程中的作用。结果表明,在低纬度地区,赤道印度洋的热带对流活动通过经向垂直环流影响了持续性低温事件。另外,在中纬度地区,北太平洋中部低频反气旋的增强为低温事件的持续性做出了贡献;西伯利亚地区低频高压的加强提供了不断的冷空气;贝加尔湖-巴尔喀什湖低频横槽的加深与维持,有利于冷空气从偏西路径侵入中国。因此,中国冬季持续性低温事件是中低纬大气低频振荡共同作用的结果。      

2011/2012年冬季寒潮低频特征及其与500 hPa低频系统的耦合关系

利用NCEP/NCAR的逐日再分析资料和国家气象信息中心的常规观测站温度资料,首先分析了2011/2012年冬季中国低温异常过程中的两次典型寒潮过程和全国828个站平均温度低频振荡的变化特征,然后分析了温度场低频振荡随位相的演变,最后采用SVD（Singular Value Decomposition）方法研究了北半球中高纬度对流层中层低频环流系统配置对温度低频变化的影响。结果表明：1）2011/2012年冬季的寒潮和强降温过程是在全国区域平均温度存在较强的10～30 d低频振荡的背景下发生的,中国的北方和东南部地区温度的低频振荡较强是导致其降温显著的主要原因之一。2）SVD分析的第一模态显示,亚洲-西太平洋中低纬度与中高纬度的南北两支低频波列在东亚地区耦合,使我国中东部和东南部地区处于沿偏东路径南下的强冷空气中;第二模态显示,沿着喀拉海-乌拉尔山东侧-我国西部的低频波列引导源地冷空气沿西北路径南下相继影响我国西北和东北地区。这两个模态驱动了强度大、范围广的低频温度由升高向降低变化的振荡,是导致2011/2012年冬季寒潮发生和极端低温事件出现的环流系统。     

我国南方冬季气候变暖前后极端降水事件分析

利用我国南方逐日降水资料及逐月温度资料,采用Mann-Kendall突变检验方法,并计算极端降水的GPD(Generalized Pareto Distribution)重现值,讨论了气候变暖前后我国南方冬季极端降水事件的变化。结果表明,我国南方冬季气候变暖的突变发生在1991年前后,且气候变暖后我国南方冬季的极端降水强度普遍有所增加。利用NCEP/NCAR再分析资料进一步分析气候变暖前后的环流场特征,发现东亚热带冬季风异常与我国华南、江南地区降水异常有显著的相关关系。东亚热带冬季风偏强(弱),华南、江南地区降水偏少(多)。气候变暖后中高纬度环流经向度加大,有利于北方的冷空气向南输送。此外,气候变暖后我国南方地面气温升高,海陆热力差异减小,东亚热带冬季风减弱,有利于西太平洋的暖湿气流向我国大陆东南部输送,并在东南部形成异常的水汽通量辐合,有利于形成强降水。气候变暖后,中高纬度与中低纬度异常环流系统的相互作用是我国东南部降水强度增加的主要原因。     

东亚梅雨季节内振荡的气候特征

影响中国、日本、朝鲜半岛的东亚梅雨是夏季风向北推进过程中的特有雨季。利用NCEP/NCAR逐日再分析资料、CMAP降水资料,将夏季风影响及夏季风降水的季节转换相结合,定义东亚梅雨的入、出梅指标;进而采用集合经验模态分解信号提取方法对东亚梅雨区降水季节内振荡及其大尺度环流条件的气候特征进行了详细分析;并对东亚梅雨季节内振荡对降水事件的指示作用进行讨论,为东亚梅雨区降水的延伸预报提供依据和参考。研究结果表明:(1)采用标准化候降水量的空间覆盖率,同时兼顾夏季风影响等条件确定的东亚梅雨入、出梅划分指标可较好地反映东亚梅雨的气候特征及东亚梅雨期的大尺度环流形势。(2)东亚梅雨全年降水量存在三峰型分布特征,峰值分别位于第27、36及47候。该三峰型特征主要受10—20及30—60d的低频振荡影响。比较而言,30—60d振荡对梅雨区降水三峰型的贡献较10—20d振荡大。(3)东亚梅雨区峰值降水与热带环流及北方高位涡冷空气输送的低频演变密切关联。在梅雨区北侧,中高纬度里海附近冷空气(高位涡)低频波列的东传及鄂霍次克海高位涡的西南向输送共同影响东亚梅雨区。在梅雨区南侧,通过热带低频异常强对流的激发作用,热带西太平洋至中国东北—鄂霍次克海地区形成沿经向分布的低层气旋-反气旋-气旋-反气旋波列,进而导致梅雨区低层形成低频偏北风和偏南风的辐合;而印度西海岸和阿拉伯海地区异常对流活动产生的波列向东北方向传播,亦对梅雨区低频峰值降水产生影响。对于低频谷值降水的大气低频演变,情况与上述基本相反。(4)东亚梅雨区降水不同位相下出现极端降水事件的概率有明显差异。梅雨区降水低频峰(谷)值位相下出现异常多(少)降水量的概率约为30%。因此,上述梅雨区降水低频振荡演变相关的大气低频振荡特征对梅雨区降水事件的延伸预报具有参考价值。     

An analysis of extreme intraseasonal rainfall events during January–March 2010 over eastern China

The precipitation over eastern China during January–March 2010 exhibited a marked intraseasonal oscillation (ISO) and a dominant period of 10-60 days. There were two active intraseasonal rainfall periods. The physical mechanisms responsible for the onset of the two rainfall events were investigated using ERA-interim data. In the first ISO event, anomalous ascending motion was triggered by vertically integrated (1000–300 hPa) warm temperature advection. In addition to southerly anomalies on the intraseasonal (10–60-day) timescale, synoptic-scale southeasterly winds helped advect warm air from the South China Sea and western Pacific into the rainfall region. In the second ISO event, anomalous convection was triggered by a convectively unstable stratification, which was caused primarily by anomalous moisture advection in the lower troposphere (1000–850 hPa) from the Bay of Bengal and the Indo-China Peninsula. Both the intraseasonal and the synoptic winds contributed to the anomalous moisture advection. Therefore, the winter intraseasonal rainfall events over East Asia in winter could be affected not only by intraseasonal activities but also by higher frequency disturbances.     

2012年1月、2016年1月东亚两次极端严寒事件及其与北极增暖的可能联系

自20世纪80年代后期以来,我国频繁出现暖冬,直到2004年以后这种状况出现明显的变化,冷冬出现的频次明显增多了。在全球增暖、北极海冰减少明显的背景下,冬季极端严寒的强度非但没有减弱反而似乎还在增强,造成灾害性的影响也越发引人关注。在上述背景下,2012年1月、2016年1月在东亚发生了两次极端严寒事件。本文的目的就是通过合成和相关分析,研究这两次极端严寒事件演变的主要特征,及其与北极增暖的可能联系。这两次极端严寒事件的环流演变截然不同。对于2012年1月的极端严寒事件,海平面气压异常主要呈现由东向西传播,在演变过程中,阿留申区域海平面气压超前西伯利亚高压,因此大气环流的下游效应起主要作用。对于2016年1月的极端严寒事件,冷空气主要由西北向东南传播。两次极端事件的主要降温区域的移动路径截然不同。2012年1月冷空气爆发以后主要在亚洲大陆中、高纬度维持并向西传播,其南传影响亚洲低纬度区域明显弱于2016年的冷事件。而2016年1月的主要降温区以沿东亚向南移动为主,强降温区直接南下至热带区域。两次极端严寒事件爆发前期大气环流演变的共同点:中、高纬度区域环流能量交换活跃,表现为中纬度高度脊加强北伸,从而把较低纬度的暖空气输送至北极区域,高纬度区域对流层中层呈现多极结构。这种多极空间结构是亚洲冷空气向南爆发的重要前兆信号。冬季北极阶段性增暖过程首先是中纬度高度脊加强北伸的结果。对影响东亚的极端严寒过程,乌拉尔附近区域的高压脊以及位于北美西部的高压脊加强北上、协同演变是至关重要的。2016年1月东亚极端严寒过程与2015年12月末北极快速增暖没有必然联系。     

大气低频振荡对2015年冬季华北强降温事件的影响

利用1980—2016年中国日最低温度和NCEP/NCAR再分析资料,分析了大气低频振荡对华北2015年冬季区域强降温事件（Regional Extremely Cold Event,简称RECE）的影响。结果表明：1）两次过程均与最低温度10～20 d低频分量从峰到谷值的变化相应。2）第一（二）次过程巴尔喀什湖-贝加尔湖（简称巴-贝湖）高压位置偏西（偏东北）,西伯利亚高压偏南（偏北）,东亚大槽呈东北-西南（南-北）走向,阿留申低压偏深（偏西偏深）,无（有）北极涛动负异常,高低层冷空气源地均位于贝湖北部60°N附近（巴湖以北上空和华北局地）,降温较慢（快速）。地中海低频扰动能量的持续输送是造成两次降温过程持续时间差异的原因之一。3）-18 d （-12 d）500 hPa高度场中西欧低频负（正）异常,是华北强降温事件的延伸期预报参考信号。     

秋季北极海冰对中国冬季气温的影响

利用海冰资料、中国地面气候资料、环流特征量资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了秋季北极海冰变化对中国冬季平均气温、日气温变率以及异常低温天气的影响。分析结果表明,秋季北极海冰异常偏多年中国冬季常为暖冬;异常偏少年中国冬季常为冷冬,且异常低温天气出现频率更高,常发生低温灾害事件。秋季北极海冰通过影响后期的北半球极涡、东亚冬季风和西伯利亚高压进而影响中国冬季的平均气温,且通过影响冬季异常强西伯利亚高压的出现频次,影响中国冬季异常低温天气的发生频次。合成分析结果表明,秋季北极海冰异常偏少年的冬季,中国以北亚欧大陆高纬度的偏北风较强,且中国及其以北的中高纬度地区空气异常偏冷,导致极地和高纬度的冷空气易向南爆发,造成中国冬季气温偏低,异常低温天气频发。     

西北太平洋冷海温对东亚初夏大气环流影响的数值研究

利用改进的NCAR CCM3气候模式, 研究了1992年西北太平洋持续冷海温对东亚初夏季节大气环流的影响。西北太平洋冷海温不利于初夏东亚南支西风急流季节性北移, 引起亚洲东部沿海低槽明显加深, 东亚大槽平均高度场降低了4.66 dagpm, 从而也不利于西太平洋副热带高压的西伸加强。西北太平洋冷海温还不利于我国大陆初夏温度场回升, 特别是引起我国东北地区近地面温度下降2~5 ℃, 是影响东北冷夏现象的重要原因之一。模拟结果表明, 1992年初夏江淮入梅期较常年偏晚, 降水异常偏少, 与紧邻东亚大陆的西北太平洋持续冷海温有关。     

A FURTHER STUDY ON INTERACTION BETWEEN ANOMALOUS WINTER MONSOON IN EAST ASIA AND EL NINO*

The interaction between anomalous winter monsoon in East Asia and El Nino is further studied in this paper.The new results still more proved a previous conclusion:there are clear interactions between El Nino and winter monsoon in East Asia.The continual westerly burst andstronger cumulus convection over the equatorial central-western Pacific caused by stronger wintermonsoon in East Asia can respectively excite anomalous oceanic Kelvin wave and stronger atmospheric intraseasonal oscillation in the tropics,then excite the El Nino event through air-sea interction.In El Nino winter,there are warmer and weaker winter monsoons in East Asia.The El Nino will still reduce the intensity of intraseasonal oscillation and leads it to be barotropic structure.     

Comparison of the multi-scale features in two persistent heavy rainfall events in the middle and lower reaches of Yangtze River

Two persistent heavy rainfall(PHR) events in the middle and lower reaches of Yangtze River(MLYR)occurring in June 1982 and 1998 are studied in this paper.Though both events happened in the Meiyu season,their large-scale background and developing processes were quite different.During the PHR event in 1982,the Lake Baikal area was occupied by a strong westerly trough and the western Pacific subtropical high(WPSH) was stronger and more westward-extending than the normal years.Under such a condition,the cold dry air and warm moist air were continuously transported to the MLYR and favored the PHR there.For the event in 1998,the WPSH was similar to that in 1982,while the westerly trough in the Lake Baikal area was comparatively weak and a shortwave trough situating in East China contributed to advect cold dry air to the MLYR.It is found that the high-latitude trough was closely related to the 1030-day low-frequency oscillation while the anomaly of WPSH was linked with the combined effect of both30 60- and 10 30-day low-frequency oscillations in the PHR event in 1982.By contrast,the 60-day low-pass perturbation demonstrated positive impact on the westward extension of WPSH and development of the Baikal trough while the 30 60-day oscillation played a role in strengthening the shortwave trough in East China and the WPSH in the case of 1998.Though the low-latitude 30 60-day oscillations contributed to the intensification and westward extension of the WPSH in both PHR events,their evolution exhibited evident differences.In the 1982 case,the 30 60-day anomalies originated from the western Indian Ocean were much more like the Madden Julian Oscillation,while its counterpart in the 1998 case was much more similar to the first mode of the boreal summer intraseasonal oscillation.     

A FURTHER STUDY ON INTERACTION BETWEEN ANOMALOUS WINTER MONSOON IN EAST ASIA AND EL NINO

The interaction between anomalous winter monsoon in East Asia and El Nino is further stud-ied in this paper.The new results still more proved a previous conclusion:there are clear interac-tions between El Nino and winter monsoon in East Asia.The continual westerly burst andstronger cumulus convection over the equatorial central-western Pacific caused by stronger wintermonsoon in East Asia can respectively excite anomalous oceanic Kelvin wave and stronger atmo-spheric intraseasonal oscillation in the tropics,then excite the El Nino event through air-sea inter-action.In El Nino winter,there are warmer and weaker winter monsoons in East Asia.The El Ni-no will still reduce the intensity of intraseasonal oscillation and leads it to be barotropic structure.