夏季热带西太平洋对流与长江中下游降水关系的研究

利用1979～2001年NCEP/NCAR月平均再分析格点资料、OLR和中国160站的月平均降水资料,研究了夏季热带西太平洋对流活动与长江中下游降水的关系.结果表明,夏季热带西太平洋上空对流活动强(弱)时,长江中下游地区夏季降水显著偏少(多).而西太平洋副热带高压在夏季热带西太平洋对流和长江中下游地区降水之间起到了桥梁作用,通过副高的东西位置、面积、强度异常等影响东亚夏季风异常,进而造成长江中下游地区夏季降水异常.另外,热带西太平洋对流异常显著对应着在热带和中纬度地区呈经向分布的Rossby波列(即东亚遥相关波列),该波列结构的异常与长江中下游地区夏季降水异常也有密切的关系.     

夏季西太平洋副热带高压的不同类型与中国汛期大尺度旱涝的分布

利用历史数据,研究了西太平洋副热带高压指数的特征,证实脊线指数和西伸脊点指数可以较好地描述西太平洋副热带高压,同时也指出这两个指数的年际和年代际变化及其不同的配置,是造成中国夏季降水时空分布和旱涝异常的复杂性、多变性的主要原因之一。据此,将西太平洋副热带高压西伸脊点指数和脊线指数的距平投影到二维平面上,对西太平洋副热带高压进行了分类,并对其各种类型下中国夏季降水进行了合成分析,发现夏季西太平洋副热带高压西伸脊点和脊线不同配置下中国夏季降水的总体分布具有明显的规律性:在西太平洋副热带高压脊线偏北的情况下,夏季降水总体表现出南北两条雨带;在西太平洋副热带高压脊线正常的情况下,夏季降水总体表现为北多南少,长江以北降水偏多;在西太平洋副热带高压脊线偏南的情况下,夏季降水总体表现为南多北少,长江流域及其以南地区降水偏多;上述3种情况下西伸脊点越偏西,降水范围越大。此外,通过计算1951—2010年各年夏季降水实况与其西太平洋副热带高压所属年份夏季降水合成的距平相关系数,发现同一类型下各年夏季降水与其合成分布总体相似,说明了西太平洋副热带高压位置对中国降水具有明显的影响,同时也说明此种分类具有一定的合理性。最后,通过对9种西太平洋副热带高压类型下北半球夏季500hPa高度场和850hPa风场距平分别进行合成,对不同西太平洋副热带高压类型下中国夏季降水的大尺度环流背景和可能机理进行了分析。     

春季南半球环状模与长江流域夏季降水的关系：Ⅰ 基本事实

利用统计方法对春季(4~5月)南半球环状模(SAM)与夏季(6~8月)中国降水的关系作了分析,发现春季南半球环状模指数(SAMI)与夏季长江中下游降水之间存在显著的正相关关系。春季SAM偏强的同期对流层下层在欧亚大陆存在一以蒙古高原和天山山脉为中心的异常反气旋对,从中国东北到华南中纬度地区均为异常的偏北气流控制。这种环流异常形式可以持续到夏季并加强,致使东亚夏季风减弱;春季SAM偏强,夏季西太平洋副热带高压西部脊强度加强,位置偏西,这些异常环流都有利于长江中下游地区降水偏多。另外,春季SAM偏强,夏季长江中下游地区水汽含量增大,向上的垂直运动得到加强,为该地区降水偏多提供了基本的水汽条件。春季SAM偏弱时,夏季东亚大气环流和水汽条件相反。因此,春季SAM为夏季长江中下游汛期降水提供了一有用的前期信号。     

春季长江中下游旱涝的环流特征及对前期海温异常的响应

春季长江中下游降水有显着的年际、年代际变化特征,进入21世纪以来长江中下游春季降水偏少现象频繁发生.根据中国国家气候中心160站月平均降水资料和美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)月平均再分析资料,重点探讨春季(3-5月)长江中下游地区降水异常的环流特征、可能成因、机理以及对外强迫的响应.春季长江中下游降水异常偏多(少)的环流主要特征是:高层200hPa风场上东亚副热带西风急流中心位置比气候态偏北(南);中层500hPa亚洲地区的阻塞高压主要发生在乌拉尔山(鄂霍次克海)附近、西太平洋副热带高压位置偏北(南);低层850hPa风场的东亚沿海地区为偏南(北)风距平,有利于(不利于)水汽向长江中下游地区输送.大气环流内部动力过程的分析指出:东亚地区上空Eliassen-Palm(EP)通量散度在40°N为正(负)异常、30°N为负(正)异常,有利于东亚高空西风急流中心位置偏北(南),从而导致春季长江中下游降水偏多(偏少).春季长江中下游降水异常偏多(少)年最显着的前期外强迫信号表现为赤道太平洋海温呈现厄尔尼诺(拉尼娜)型.     

北太平洋海温距平对6月长江中下游夏季风影响及其机制的分析

本文首先做了1956—1975年1—5月各月北太平洋海温距平特征向量场与6月长江中下游夏季风的交叉谱分析。结果表明,当不同月份的海温距平特征向量分布形式相似时,它们分别与夏季风的总体相关系数同号,且振荡周期也一致。相关分析还表明,北太平洋经向海温距平梯度造成的异常热成风影响,使西太平洋东西风带强度和副热带高压位置发生异常,从而导致长江中下游夏季风强度的异常。      

欧亚中高纬春季地表感热异常与长江中下游夏季降水的可能联系

利用国家气候中心提供的中国区域753站降水观测资料、ECMWF逐月地表感热通量再分析资料和NECP/NCAR再分析资料,讨论了欧亚大陆中高纬春季地表感热异常与长江中下游夏季降水之间的联系及其相关的物理机制。分析发现欧亚大陆中高纬春季地表感热异常与长江中下游地区夏季降水存在显著的正相关:感热偏强期,长江中下游夏季降水偏多;感热偏弱期,长江中下游夏季降水偏少。春季感热异常偏强时,夏季东亚副热带西风急流主体位置偏东、强度偏强、范围偏大,长江中下游地区主要受辐合上升气流控制,水汽输送条件好,降水异常偏多。而春季感热偏弱时,情况大致相反,则夏季降水异常偏少。研究表明欧亚大陆中高纬春季地表感热通量异常变化对我国长江中下游夏季降水预测具有一定的指示意义。     

西太平洋暖池海温异常与中国夏季降水的关系

利用1951—2007年NOAA延长重构的海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和中国160站降水资料,研究了夏季西太平洋暖池海温的年际变化特征及其与中国夏季降水的关系。结果表明,夏季西太平洋暖池海温异常具有明显的年际变化特征;夏季西太平洋暖池海温异常偏高(低)时,亚洲热低压减弱(加强),西太平洋副热带高压加强(减弱)、位置偏西(偏东),850 hPa风场上中国东部地区为偏北(南)风距平,使得东亚夏季风减弱(增强),导致长江中下游地区夏季降水偏多(少)。     

2013年长江中下游夏季高温干旱演变过程及环流异常成因简析

利用改进的CIn指数,结合NCEP/NCAR再分析资料,逐候分析2013年夏季长江中下游地区高温干旱演变过程和高温异常成因。结果表明：改进后的CIn指数能够准确识别此次干旱过程,整体持续时间近一个月。旱情从7月第4候湖南南部开始,8月第3候干旱程度最强,特旱中心位于湖南省中东部,浙江省为高温中心,8月第4候旱情得到缓解。在干旱成因上,极涡位置异常偏西,影响长江中下游地区冷空气偏弱,南亚高压东伸与西太平洋副热带高压西伸明显;鄂霍次克海至菲律宾一带呈较强的EAP遥相关型,其中长江中下游地区位势高度的正异常加强了西太平洋副热带高压的中心强度并使其位置偏西;乌拉尔山地区的阻塞高压与西太平洋副热带高压相对峙,有利于西太平洋副热带高压长期稳定地控制在长江中下游地区;同时欧亚大陆与西太平洋海陆温差增大,东亚夏季风偏强,西太平洋副热带高压异常偏北,长江中下游地区下沉气流强盛,在西太平洋副热带高压和南亚高压共同作用下,造成持续的高温干旱过程。     

北半球月平均环流与长江中下游降水的关系

本文利用1951—1984年500hPa月平均高空和月总降水资料,着重分析了500hPa距平场对长江中下游夏季降水的影响及其相关关系。针对长江中下游夏季降水这一预报对象,计算了500hPa距平场的信息区,指出在大尺度距平场的演变过程中,不同时间和不同地点距平场的量值对长江中下游这一特定顶报区域降水的影响是不同的。並且指出长江中下游地区冬季降水主要是受欧业型环流的影响,而夏季降水则主要是由于东亚—西太平洋型环流所形成。另外通过对实际距乎场和信息近似距平场的分析表明,信息区的变化在一定程度上反映了实际距平场的大尺度变化特点。     

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。      

东亚副热带西风急流位置异常对长江中下游夏季降水的影响

利用NCEP/NCAR 200 hPa月平均风场再分析资料,定义东亚大陆对流层上层不同经度上最大西风所在位置的平均纬度为东亚副热带西风急流轴线指数,该指数能准确反映东亚副热带西风急流位置的南北变化及其对长江中下游降水的影响,并能较好地体现东亚夏季风盛行期间对流层低层与高层的纬向风场变化特征。分析表明,该指数的时间变化具有与长江中下游夏季降水较一致的年代际变化及年际振荡特征。对东亚副热带西风急流位置异常年的大气环流差异分析表明,急流异常偏北时,南亚高压偏弱,位置偏北偏西,呈伊朗高压型;西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏弱、位置偏东偏北;气流的辐合上升区北移至华北一带,而长江流域低层风场为辐散异常,上升气流较常年偏弱,降水偏少。急流异常偏南时,南亚高压偏强,位置偏南偏东,呈青藏高压型;西太副高偏强、位置偏西偏南;长江流域地区上空低层有较强辐合上升气流,高层有较强的气流辐散,对流旺盛,雨带在此维持,容易引发洪涝。     

春季青藏高原大气热源与长江中下游盛夏高温的关系

利用1961—2013年长江中下游地区盛夏(7—8月)日极端最高气温和NCEP/NCAR再分析逐日资料,分析了春季(4—5月)青藏高原大气热源特征,找到了影响长江中下游盛夏高温的热源关键区域,并就关键区大气热源对长江中下游盛夏高温的影响进行了诊断。结果表明:春季青藏高原主体中南部大气热源与长江中下游盛夏高温关系密切,当该区域大气热源偏弱(强),长江中下游盛夏高温日数偏多(少)的可能性大。当春季青藏高原关键区大气热源偏弱(强)时,春季南海到西太平洋暖池对流偏强(偏弱),南海上空为气旋性(反气旋性)异常环流,西太平洋副热带高压偏东(西),有利于南海夏季风爆发偏早(晚),往往有利于盛夏西太平洋副热带高压位置偏北(南),从而导致长江中下游盛夏高温日数偏多(偏少)。春季青藏高原关键区大气热源可以作为长江中下游盛夏高温的一个前期预报因子。     

南半球环流异常与我国夏季旱涝分布关系及其影响机制

利用1951—2000年NCEP/NCAR风场和高度场再分析资料及全国160站降水量资料, 采用奇异值分解、相关和合成分析方法, 研究6—8月南半球500 hPa高度、高低层纬向风距平差异常 (Δu₈₅₀-Δu₂₀₀) 与我国夏季旱涝分布的关系及其影响机制。结果表明:当500 hPa澳大利亚高压脊偏强及西南太平洋热带地区高低层纬向风距平差为负值时, 来自南半球冷空气活动偏弱, 有利于西北太平洋副热带高压位置偏南, 热带季风偏弱, 我国夏季雨带偏南。反之, 当澳大利亚高压脊偏弱及西南太平洋热带地区高低层纬向风距平差为正值时, 我国北方降水偏多。同时, 定义了澳大利亚冬季风指数, 指出澳大利亚冬季风强年和弱年影响我国夏季旱涝分布异常的水汽输送型式不同。     

初夏至盛夏东亚副热带西风急流突变早晚与东亚环流异常的关系

利用1961-2004年NCEP／NCAR再分析逐候资料和全国160站月平均降水资料,分析了初夏至盛夏东亚副热带急流北跳和急流中心西移发生早晚对7月东亚大气环流和我国降水的影响。结果表明,急流北跳时间与7月长江中下游地区降水异常正相关,急流中心西移时间则与7月淮河流域降水异常正相关,与华北和河套地区降水异常负相关。急流北跳时间与南亚高压和西太平洋副热带高压南北位置异常及高纬贝加尔湖以东高压脊强度相关;而急流中心西移时间与南亚高压和西太平洋副热带高压的东西伸展及贝加尔湖以西高压脊强度相关,在急流中心西移偏晚年,南亚高压西缩,贝加尔湖西南侧高压脊增强,南下至华北和河套地区冷空气偏强,且西太平洋副热带高压东撤,冷暖空气在淮河流域交汇,使得华北和河套地区降水减少而淮河流域降水偏多;偏早年情况与偏晚年情况相反。     

亚洲热带夏季风指数与中国南方降水的关系

利用1979—2013年夏季全球2.5°×2.5°逐日环流资料和中国气象站点降水观测资料,采用动力学因子(西南风)与热力学因子(Radiation Longwave covting, OLR)相结合定义了标准化的亚洲热带夏季风指数(Tropical Summer Monsoon Index, TSMI)。结果表明,该指数能够很好地描述亚洲热带夏季风的年际变化和准4 a变化特征,并能够指示中国南方夏季降水的异常变化和东亚大气环流特征。强(弱)亚洲热带夏季风年,印度夏季风槽和南海夏季风槽加强加深(减弱),孟加拉湾海域一致西南风(东风)异常,越赤道急流向北输送偏强(偏弱),南海季风槽位置偏西(东),南海区域一致西南风异常,西太平洋副热带高压和南亚高压纬向位置分离(重叠),低层气流在长江流域辐散(辐合),华南地区辐合(辐散),长江中下游流域出现异常下沉(上升)运动,造成长江流域降水偏少(偏多),华南地区降水比常年偏多(偏少)。     

我国夏季降水与全球气温场的关系

用蒙特卡罗的相关方法研究我国夏季大尺度降水与全球气温场关系，发现我国夏季大尺度降水与全球气温场有密切相关，以同期相关为最密切；除与热带西太平洋、东太平洋等海域有密切相关外，还与欧洲东部、北美洲东北部以及东亚等内陆地区的不同季节气温场有关系。研究还表明，印度洋地区春季气温和北美洲北部及北太平洋西南部夏季气温偏高时，长江中下游夏季易涝。且它们与长江中下游夏季降水的相关均有阶段性，相关密切程度随时间有所增强。     

EFFECTS OF PACIFIC SSTA ON SUMMER PRECIPITATION OVER EASTERN CHINA, PART Ⅱ: NUMERICAL SIMULATIONS

Based on an observational analysis, seven numerical experiments are designed to study the impacts of Pacific SSTA on summer precipitation over eastem China and relevant physical mechanism by NCAR CCM3. The numerical simulation results show that preceding winter SSTA in the Kuroshio region leads to summer precipitation anomaly over the Yangtze River valleys by modifying atmospheric general circulation over eastern Asia and middle-high latitude. West Pacific subtropical high is notably affected by preceding spring SSTA over the middle and east of Equator Pacific; SSTA of the central region of middle latitude in the corresponding period causes the summer rainfall anomaly over eastern China so as to trigger the atmospheric Eurasia-Pacific teleconnection pattern.     

EFFECTS OF PACIFIC SSTA ON SUMMER PRECIPITATION OVER EASTERN CHINA, PART Ⅱ: NUMERICAL SIMULATIONS

Based on an observational analysis, seven numerical experiments are designed to study the impacts of Pacific SSTA on summer precipitation over eastem China and relevant physical mechanism by NCAR CCM3. The numerical simulation results show that preceding winter SSTA in the Kuroshio region leads to summer precipitation anomaly over the Yangtze River valleys by modifying atmospheric general circulation over eastern Asia and middle-high latitude. West Pacific subtropical high is notably affected by preceding spring SSTA over the middle and east of Equator Pacific; SSTA of the central region of middle latitude in the corresponding period causes the summer rainfall anomaly over eastern China so as to trigger the atmospheric Eurasia-Pacific teleconnection pattern.     

EFFECTS OF PACIFIC SSTA ON SUMMER PRECIPITATION OVER EASTERN CHINA, PART II: NUMERICAL SIMULATIONS

Based on an observational analysis, seven numerical experiments are designed to study the impacts of Pacific SSTA on summer precipitation over eastern China and relevant physical mechanism by NCAR CCM3. The numerical simulation results show that preceding winter SSTA in the Kuroshio region leads to summer precipitation anomaly over the Yangtze River valleys by modifying atmospheric general circulation over eastern Asia and middle-high latitude. West Pacific subtropical high is notably affected by preceding spring SSTA over the middle and east of Equator Pacific; SSTA of the central region of middle latitude in the corresponding period causes the summer rainfall anomaly over eastern China so as to trigger the atmospheric Eurasia-Pacific teleconnection pattern.     

长江中下游冬季两类冷空气活动事件的环流差异及其与急流的关系

利用1981—2020年台站观测的降水和最低气温资料,从长江中下游地区冬季冷空气活动事件中分出"降温有降水"和"降温无降水"两类事件(简称为"冷湿"和"冷干"事件),结合再分析资料,分析两类事件的冷暖空气活动特征和大气环流差异,进而探讨其与急流的联系。结果发现,长江中下游冷空气活动事件发生频次逐年减少,其中冷干事件发生频次逐年减少,冷湿事件发生频次显著增加,且冷湿事件的降温幅度大于冷干事件。冷湿事件发生时,高层副热带急流北移、极锋急流偏弱,中层存在倾斜槽脊、副热带高压偏西,低层西伯利亚高压增强,有来自西南的暖湿气流在长江中下游地区辐合上升;冷干事件发生时,高层副热带急流偏弱、极锋急流偏强,中层槽脊倾斜程度偏弱、副热带高压偏东,低层西伯利亚高压南移,有来自北方的偏干气流在长江中下游地区辐散下沉。此外,与冷湿事件相比,冷干事件过程中急流强度指数和经向风位置指数的波动更加频繁,冷空气活动持续时间更短。