2019年12月吉林省降水异常偏多成因分析

本文从大尺度大气环流和海温异常方面对2019年12月吉林省降水异常成因进行分析,并探究前期秋季日本附近关键区海温异常对吉林省12月降水异常的可能影响。结果表明：1981—2019年吉林省12月降水有明显增多的趋势,在降水年代际偏多的气候背景下,2019年12月吉林全省降水量为常年同期的227.5%,居1981年以来同期多雨雪第4位。前期秋季日本附近关键区海温异常偏暖是12月吉林省降水异常偏多的驱动条件之一,在前期海温异常偏暖年：鄂霍茨克海至日本上空为异常反气旋,阻塞高压活跃,贝加尔湖附近地区为负高度距平,东亚冬季风系统减弱,局地海温的异常升高使其上空的水汽含量增加,配合东亚冬季风异常为吉林省上空带来了充足的水汽;另一方面,由于中纬度45°N附近为西风距平,为东北地区带来冷空气,在槽前正涡度平流作用下,有上升运动,为降水提供了动力条件。在前期海温异常偏冷年：中国东北地区盛行西风,东亚冬季风偏强,中国东部沿海有北风异常,西伯利亚高压偏强,吉林省降水的水汽和动力条件不足,降水异常偏少。     

与印度洋偶极子模态有关的西太平洋海温异常型及其对东亚冬季气候的影响

利用NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）海温、GPCP（Global Precipitation Climatology Project）降水和ERA-20C（ECMWF's first atmospheric reanalysis of the 20th century）再分析大气环流资料,结合大气环流模式ECHAM5敏感性试验,研究了与秋季印度洋海温偶极子模态（IOD）相联系的冬季热带西太平洋海温异常型及其对东亚冬季气候的影响。发现在秋季发生IOD背景下,冬季西太平洋存在两类海温异常的变化型:一类是西太平洋区域一致偏暖/冷的模态,另一类是区域西冷东暖/西暖东冷的模态。尽管西太平洋海温一致偏暖和西冷东暖这两类海温变化型均有利于华南冬季少降水,但影响的范围有所不同。一致偏暖型引起的少降水范围较大,从华南扩展到长江中下游地区。西冷东暖型引起少降水范围主要限于华南,而在长江中下游到华北则降水偏多。相应地,在大气环流上,尽管两类海温异常型均有利于在西北太平洋菲律宾海附近出现气旋式环流异常,但气旋的强度和中心位置有差异。一致偏暖型引起的气旋偏强,中心位置偏西,其后部异常东北风控制的范围更大,导致少降水范围更大,而西冷东暖型引起的气旋偏弱,中心位置偏东,其后部异常东北风控制的范围小,导致少降水区域主要在华南沿海。本文结果对认识IOD调制随后冬季东亚降水异常的机理有重要意义。     

2017年华西秋雨异常偏多的环流特征及其成因分析

利用NCEP/NCAR再分析数据集和国家气候中心整编的2 000多站逐日降水资料,对导致2017年华西秋季降水异常偏多的大气环流特征及其成因进行分析。结果表明,2017年秋季500 hPa位势高度上欧亚中高纬地区维持一脊一槽环流型,斯堪的那维亚半岛上空有一强大的高压脊,乌拉尔山以东—巴尔喀什湖有一深槽,西太平洋副热带高压异常强大并偏西伸。来自极地的冷空气与来自太平洋和孟加拉湾的暖湿气流交汇于华西地区。华西地区处于东亚副热带西风急流入口南侧的高空辐散区,低层对应较强辐合区和异常上升运动,有利于降水的维持。进一步分析表明,2017年华西秋雨异常偏多是同期巴伦支海海温异常偏暖和中纬度北大西洋海温异常偏暖以及赤道中东太平洋La Ni1a型海温异常共同作用的结果,其中巴伦支海海温异常与华西秋季降水在年代际时间尺度上存在较为一致的变化,两者自1986年起均处于一致的负位相,而2000年以后两者由负位相转为正位相;秋季中纬度北大西洋海温异常与华西秋雨之间的年际关系也存在明显的年代际转折,在2002年前后由两者不存在关系转为显著正相关关系。以上各个海区海温异常对华西秋雨的影响也通过一系列的大气环流模式模拟试验进行了验证。     

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。     

青藏高原和热带印度洋5月热力异常与新疆夏季降水的关系

基于1979-2017年美国国家海洋和大气管理局(NOAA)提供的海表温度资料和美国国家环境预测中心(NCEP)/美国国家大气研究中心(NCAR)提供的大气环流再分析资料以及青藏高原地区149个站点观测资料计算的地表感热通量和新疆气象信息中心提供的全疆81站逐月降水资料等,研究了5月青藏高原和热带印度洋加热对新疆夏季降水的单独影响和共同影响。结果表明:5月高原感热和印度洋海表温度的异常呈较好的持续性,异常可持续至夏季。奇异值分解(SVD)分析发现5月高原东部(90°E为界)感热与新疆北部及塔里木盆地西南部夏季降水呈显著负相关,热带印度洋海温与塔里木盆地西部夏季降水呈显著正相关。当仅考虑高原感热影响时,高原东部感热偏强(弱)时,对应北疆夏季降水将偏少(多);当仅考虑热带印度洋海温影响时,海温偏暖(冷)时,塔里木盆地西部地区夏季降水偏多(少)。当高原感热和热带印度洋海温均偏强(弱)时,北疆夏季降水将偏少(多),南疆夏季降水将偏多(少)。当高原感热偏强(弱),热带印度洋海温偏弱(强)时,中亚副热带西风急流位置偏北(偏南),中亚和贝加尔湖地区上空分别为异常反气旋(异常气旋)和异常气旋(异常反气旋)控制,新疆上空盛行偏北(南)风,同时热带印度洋水汽不能(能)输送至新疆上空导致新疆夏季降水偏少(多)。     

两类ENSO背景下黑潮及其延伸区海温异常对东北夏季降水的影响：个例对比

利用中国160站月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料等,对比分析了在2009/2010年中部型El Ni?o和1997/1998年东部型El Ni?o背景下,黑潮及其延伸区海温异常对东北地区降水的影响。结果表明：东亚沿岸自南向北异常“反气旋-气旋-反气旋”环流的偏移是导致这两年东北夏季降水不同的关键。2010年这一异常环流型比1998年整体偏东偏北,使得太平洋副热带高压、中纬度西风槽以及东北亚阻塞形势也偏东偏北,造成冷暖空气交汇于东北南部,降水西南多而西北少;1998年异常气旋中心位于松-嫩流域,强烈的辐合上升运动配合偏强的水汽输送,降水表现为区域性增强。观测与数值试验结果表明两类El Ni?o事件中黑潮及其延伸区异常海温的差异是形成东亚沿岸异常环流位置偏移的主要原因：(1) 受2009/2010年中部型El Ni?o的异常下沉气流比1997/1998年偏北的影响,前者异常暖海温位于黑潮延伸区,后者位于黑潮区;(2)2010年夏季黑潮延伸区的异常暖海温通过加强Rossby波活动使得东亚高空西风急流北进东扩至日本以北,1998年黑潮区暖延伸区冷的海温分布使得急流偏南、偏弱,对应急流南北两侧的异常反气旋、气旋也随之偏北,东北亚阻塞随之偏北偏东。     

新疆北部冬季降水异常成因

利用1960—2004年天山山区及以北地区(新疆北部)38个气象站日降水量和NECP/NCAR逐日4次再分析资料,分析了新疆北部11,12月和1月降水异常的环流和水汽特征。结果表明:冬季斯堪的纳维亚环流型(SCA环流型)与新疆冬季降水异常密切联系;11月水汽输送量最大,1月最小,西风气流输送水汽多少决定降水异常;降水异常偏多时,新地岛以东北冰洋、西伯利亚和阿拉伯海向中亚地区水汽输送异常,高纬度地区和低纬度地区向中亚地区输送水汽汇合后沿西风气流进入新疆,而非来自地中海和里海水汽源地;降水偏少时,里海以东随西风气流向新疆水汽输送减弱。关注SCA环流型活动以及西伯利亚和阿拉伯海向中亚地区水汽输送异常对冬季降水预测具有一定意义。     

我国秋季降水的年际变化及与热带太平洋海温异常分布的关系

利用我国160个站点58年(1951～2008年)的降水资料、NCEP/NCAR再分析环流资料和Hadley海表温度资料,对我国秋季降水年际变化的特征和可能成因进行了分析。结果显示,秋季降水前两模态分别反映长江流域及以南地区和长江以北的江淮、黄淮、华北、四川盆地北部至河套等地降水的变化,两降水模态的变化都以年际尺度为主,年代际变化特征不明显。就环流形势而言,第一模态的年际变化主要与西太平洋副热带高压的强度及相应的对流层低层菲律宾群岛附近的异常气旋/反气旋联系紧密,第二模态的年际变化则可能受到副热带高压的南北位置和相应的日本岛附近的异常气旋/反气旋的影响。同时,两模态及相应的异常环流还分别与热带东印度洋和热带西太平洋附近的异常垂直运动关系密切,热带地区的异常垂直运动可能通过经圈方向的异常环流影响到东亚地区。此外,两降水模态不仅与热带地区的异常环流关系密切,而且与热带海温异常也存在紧密的联系。与两模态相关联的热带太平洋海温异常显示出不同的分布特征,当热带东太平洋偏暖/冷,西太平洋偏冷/暖时,长江以南地区降水偏多/少。而当热带东太平洋和中太平洋一致偏暖/冷时,长江以北地区降水易偏少/多。两降水模态与热带海温及热带地区异常环流之间的密切关系显示热带太平洋海温异常的不同分布可能通过激发不同的热带地区异常垂直环流形势而对降水产生影响。     

夏季青藏高原和热带印度洋热力异常对塔里木盆地夏季降水的影响

基于1979～2017年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）全球大气数值预报再分析资料ERA-Interim提供的地表潜热及大气环流再分析资料和英国Hadley气候预测和研究中心提供的全球逐月海表温度格点资料以及新疆气象信息中心提供的塔里木盆地26个站逐月降水资料,研究了夏季青藏高原和热带印度洋热力异常对塔里木盆地夏季降水的影响。结果表明:高原北部潜热偏强（弱）和热带印度洋海温偏暖（冷）时,200 hPa纬向风表现为“北负（正）南正（负）”的特征,中亚和贝加尔湖上空分别为异常气旋（反气旋）和异常反气旋（气旋）,在二者共同作用下,塔里木盆地上空盛行偏南（北）风,印度半岛上空为异常反气旋（气旋）,有利（不利）于将低纬度水汽向北输送,配合中亚上空的异常气旋（反气旋）,有利（不利）于水汽进入新疆地区,对应塔里木盆地夏季降水偏多（少）。同时发现塔里木盆地夏季降水与中亚对流层中高层的温度异常（MUTTI）表现为显著的负相关关系,同时MUTTI与高原潜热和印度洋海温的负相关关系显著,夏季高原潜热偏强（弱）时,高原季风偏强（弱）,印度洋海温偏暖（冷）,南亚季风偏弱（强）,在二者共同作用下中亚对流层关键区中高层温度偏低（高）,其通过影响200 hPa纬向风、500 hPa环流和整层水汽输送进一步影响塔里木盆地夏季降水。     

热带海表温度持续异常对东亚初夏大气环流的影响

利用NCEP/NCAR月平均海表温度及北半球大气环流分析资料,系统研究了热带海洋表面温度持续异常状况下东亚初夏（5、6月份）大气环流的异常特征.研究发现,暖海温年,南亚高压、西太平洋副热带高压明显偏强,冷海温年明显偏弱;暖海温年,欧亚大陆南支西风急流明显减弱北移,东亚大陆对流层低层温度偏高或接近常年,青藏高原近地面温度偏高,而冷海温年,东亚大陆对流层低层温度偏低,5月份青藏高原近地面温度偏低.研究表明,海表温度的持续异常对东亚初夏大气环流的季节转换有重要影响.     

我国华南3月份降水异常的可能影响因子分析

利用1951～2005年华南地区3月份的降水资料、NOAA海温资料、Ni?o3.4指数和NCEP再分析资料,分析了华南3月份降水异常与同期环流场、全球海温场的关系,从环流和海温的角度揭示了华南3月份降水异常的可能原因。结果表明,当华南3月份降水偏多(少)时,在对流层中低层,北太平洋海区存在气旋(反气旋)性环流异常,西太平洋及南海海面上存在反气旋(气旋)性环流异常,这样的环流异常有利(不利)于东南暖湿气流与北方东部异常冷空气在华南地区形成水汽辐合,导致降水显著增多(减少)。进一步的分析表明,ENSO和北印度洋及南海附近海温是影响华南3月份降水异常的重要外强迫因子,ENSO对华南3月降水异常的影响是通过影响春季西太平洋副热带高压和低层风场异常实现的,而北印度洋及南海附近海温对华南3月降水异常的影响则是通过垂直环流场异常和低层风场以及西太平洋副热带高压异常来实现的。     

太阳活动11年周期对ENSO事件海温异常演变和东亚降水的影响

本文利用美国NCEP/NCAR再分析资料、海温、降水和反映太阳活动强弱的太阳10.7 cm射电流量资料,研究了1952～2010年太阳活动11年周期对ENSO年海温异常演变以及与之相联系的东亚降水的影响,在此基础上着重分析了ENSO发展期秋季东亚地区降水异常对太阳射电流量高(HS)/低(LS)的不同响应以及相关的物理过...     

海表温度的增暖趋势和自然变率对长江中下游夏季极端降水强度的影响

极端降水引起的洪、涝等灾害每年给我国带来极大的人员伤亡和经济损失。全球增暖使极端降水事件发生的频率增加,强度增强。但是针对不同区域极端降水事件,其贡献究竟如何还有待于进一步认识。本文以我国长江中下游地区的极端降水事件为研究对象,通过典型年份夏季区域极端降水过程的水汽收支特征,探讨海表温度（SST）的增暖趋势和自然变率强迫对该区域典型极端降水强度的影响效应。结果表明:（1）极端降水过程及其夏季都伴随着区域整层大气的水汽辐合,且水汽辐合发生在经向方向。西北太平洋异常反气旋式环流,在区域南边界形成了稳定的西南风异常的水汽输送。（2）典型极端降水过程发生的夏季,SST在赤道印度洋和热带大西洋为强正异常,主要为增暖趋势的贡献,赤道中东太平洋SST异常表现为La Ni?a型。（3）SST增暖趋势和自然变率的数值敏感性试验表明,1998、2017和2020年的SST增暖趋势强迫的区域水汽辐合分别是其自然变率强迫的83%、210%和107%,SST增暖趋势比自然变率的影响更为重要。（4）SST增暖趋势和自然变率都是通过强迫西北太平洋异常反气旋式环流,引起长江中下游区域南边界异常的西南水汽输送,是导致极端降水发生的主要过程。     

Interannual Variability of Autumn Precipitation over South China and its Relation to Atmospheric Circulation and SST Anomalies

The interannual variability of autumn precipitation over South China and its relationship with atmospheric circulation and SST anomalies are examined using the autumn precipitation data of 160 stations in China and the NCEP-NCAR reanalysis dataset from 1951 to 2004. Results indicate a strong interannual variability of autumn precipitation over South China and its positive correlation with the autumn western Pacific subtropical high （WPSH）. In the flood years, the WPSH ridge line lies over the south of South China and the strengthened ridge over North Asia triggers cold air to move southward. Furthermore, there exists a significantly anomalous updraft and cyclone with the northward stream strengthened at 850 hPa and a positive anomaly center of meridional moisture transport strengthening the northward warm and humid water transport over South China. These display the reverse feature in drought years. The autumn precipitation interannual variability over South China correlates positively with SST in the western Pacific and North Pacific, whereas a negative correlation occurs in the South Indian Ocean in July. The time of the strongest lag-correlation coefficients between SST and autumn precipitation over South China is about two months, implying that the SST of the three ocean areas in July might be one of the predictors for autumn precipitation interannual variability over South China. Discussion about the linkage among July SSTs in the western Pacific, the autumn WPSH and autumn precipitation over South China suggests that SST anomalies might contribute to autumn precipitation through its close relation to the autumn WPSH.     

山西春季降水与500hPa环流场及太平洋海温场异常的关系

利用1961—2008年春季山西省62个气象站的逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA太平洋海温资料等,应用SVD、Monte Carlo统计检验和合成分析等方法,探讨了山西春季降水与500hPa环流场及太平洋海温场的异常关系。结果表明,当春季500hPa平均高度场上,欧洲北部、日本海和北太平洋东部出现正异常,而极地、西西伯利亚出现负异常时,山西春季降水易偏多;反之,则易偏少。当春季赤道中东太平洋海温异常偏高,北太平洋东南部海温异常偏低,且前期冬季也有相似的海温距平分布时,山西春季降水易偏多;反之,则易偏少。春季,850hPa我国东部地区110°～120°E范围偏南风减弱是导致山西春季降水偏少的重要因素。     

我国东部梅雨期降水的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系

基于我国160站59年(1951～2009年)的月降水观测资料、美国气象环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的再分析资料和Hadley中心的海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料,对我国东部(100°E以东,15°N～40°N)梅雨期(6月和7月)降水的时空变化特...     

影响东亚夏季风降水异常的前期海温信号

采用NCEP/NCAR大气再分析资料、HadISST海温数据以及中国东亚季风区的实测降水资料,探讨前期冬季海温与东亚夏季风之间的关系。研究表明,影响东亚夏季风异常的海温变化存在2个关键区,分别位于南印度洋中部和北太平洋东部,关键区的海温与东亚季风区的降水在长江中游有显著正相关,与东亚夏季风指数有显著负相关。基于此,定义了印-太海温指数。强海温指数年的南亚高压、索马里越赤道气流、西太平洋副高偏强,有利于东亚夏季风北进,中国大部降水偏多;弱海温指数年则相反。      

不同PDO位相下El Niño发展年和La Niña年东亚夏季风的季节内变化

基于1957~2017年观测和再分析资料,合成分析了北太平洋年代际振荡(Pacific decadal oscillation,PDO)不同位相下El Ni?o发展年和La Nina年东亚夏季风的环流、降水特征及季节内变化。结果表明,PDO正、负位相作为背景场,分别对El Ni?o发展年、La Nina年东亚夏季风及夏季降水具有加强作用。PDO正位相一方面可增强El Ni?o发展年夏季热带中东太平洋暖海温异常信号,另一方面通过冷海温状态加强中高纬东亚大陆与西北太平洋的环流异常,从而在一定程度上增强了东亚夏季风环流的异常程度;反之,PDO负位相则增强了La Nina年热带海气相互作用以及中高纬环流(如东北亚反气旋)的异常。在季节内变化方面,El Ni?o发展年6月贝湖以东反气旋性环流为东亚地区带来稳定的北风异常,东北亚位势高度减弱;7月开始,环流形势发生调整,日本以东洋面出现气旋性异常,东亚大陆偏北风及位势高度负异常均得到加强;8月,随着东亚夏季风季节进程和El Ni?o发展,西太平洋出现气旋性环流异常,东亚副热带位势高度进一步降低,西北太平洋副热带高压(简称副高)明显东退。La Nina年6月异常较弱,主要环流差异自7月西北太平洋为大范围气旋性异常控制开始,东亚-太平洋遥相关型显著,副高于季节内始终偏弱偏东。上述两种情况下,均造成东亚地区夏季降水总体上偏少,尤其是中国北方降水显著偏少。     

Mechanism on how the spring Arctic sea ice impacts the East Asian summer monsoon

Observational analysis and purposely designed coupled atmosphere–ocean (AOGCM) and atmosphere-only (AGCM) model simulations are used together to investigate a new mechanism describing how spring Arctic sea ice impacts the East Asian summer monsoon (EASM). Consistent with previous studies, analysis of observational data from 1979 to 2009 show that spring Arctic sea ice is significantly linked to the EASM on inter-annual timescales. Results of a multivariate Empirical Orthogonal Function analysis reveal that sea surface temperature (SST) changes in the North Pacific play a mediating role for the inter-seasonal connection between spring Arctic sea ice and the EASM. Large-scale atmospheric circulation and precipitation changes are consistent with the SST changes. The mechanism found in the observational data is confirmed by the numerical experiments and can be described as follows: spring Arctic sea ice anomalies cause atmospheric circulation anomalies, which, in turn, cause SST anomalies in the North Pacific. The SST anomalies can persist into summer and then impact the summer monsoon circulation and precipitation over East Asia. The mediating role of SST changes is highlighted by the result that only the AOGCM, but not the AGCM, reproduces the observed sea ice-EASM linkage.     

Boreal summer continental monsoon rainfall and hydroclimate anomalies associated with the Asian-Pacific Oscillation

With the twentieth century analysis data (1901–2002) for atmospheric circulation, precipitation, Palmer drought severity index, and sea surface temperature (SST), we show that the Asian-Pacific Oscillation (APO) during boreal summer is a major mode of the earth climate variation linking to global atmospheric circulation and hydroclimate anomalies, especially the Northern Hemisphere (NH) summer land monsoon. Associated with a positive APO phase are the warm troposphere over the Eurasian land and the relatively cool troposphere over the North Pacific, the North Atlantic, and the Indian Ocean. Such an amplified land–ocean thermal contrast between the Eurasian land and its adjacent oceans signifies a stronger than normal NH summer monsoon, with the strengthened southerly or southwesterly monsoon prevailing over tropical Africa, South Asia, and East Asia. A positive APO implies an enhanced summer monsoon rainfall over all major NH land monsoon regions: West Africa, South Asia, East Asia, and Mexico. Thus, APO is a sensible measure of the NH land monsoon rainfall intensity. Meanwhile, reduced precipitation appears over the arid and semiarid regions of northern Africa, the Middle East, and West Asia, manifesting the monsoon-desert coupling. On the other hand, surrounded by the cool troposphere over the North Pacific and North Atlantic, the extratropical North America has weakened low-level continental low and upper-level ridge, hence a deficient summer rainfall. Corresponding to a high APO index, the African and South Asian monsoon regions are wet and cool, the East Asian monsoon region is wet and hot, and the extratropical North America is dry and hot. Wet and dry climates correspond to wet and dry soil conditions, respectively. The APO is also associated with significant variations of SST in the entire Pacific and the extratropical North Atlantic during boreal summer, which resembles the Interdecadal Pacific Oscillation in SST. Of note is that the Pacific SST anomalies are not present throughout the year, rather, mainly occur in late spring, peak at late summer, and are nearly absent during boreal winter. The season-dependent APO–SST relationship and the origin of the APO remain elusive.