南海海温异常影响南海夏季风的数值模拟研究

采用p－σ九层区域气候模式(p－σRCM9）模拟并研究了南海海温异常对南海夏季风的影响, 数值模拟结果表明, 5月份的南海海温对南海夏季风的爆发日期起关键作用: 5月份南海海温持续增温 (降温）, 南海夏季风爆发日期偏早 (偏晚）。南海夏季风爆发后, 南海异常增温, 同期的南海夏季风增强, 而后期的南海夏季风减弱; 南海异常降温, 则与之相反。机制分析表明, 南海海温正(负)异常增强(减弱)了海面与行星边界层之间的能量交换, 主要是潜热通量的输送, 并在大气中通过积云对流加热率的变化来影响对流层热量的分布, 进而引起对流层中低层辐合和高层辐散的变化, 然后使得环流场和风场作出相应地调整, 环流场和风场又会反过来影响积云对流加热率的变化, 这是一个正反馈过程。在5月份南海增温(降温)强迫下, 5月份南海地区的对流活动加强(减弱）, 使得对流层低层副热带高压提前(延后)撤出南海, 从而有利于南海夏季风爆发偏早(晚）。在南海海温异常强迫下, 中国东南部和南海地区的降水率异常主要是由积云对流所产生的降水率异常引起。     

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。     

南海台风状况下海气界面热量交换研究

根据国家海洋局南海分局的Marex(马瑞克斯)数据浮标观测资料、南海断面线 调查资料和西沙海洋站资料，计算了南海海气界面热量交换值。研究结果表明:不论是夏季还是秋季，在台风环流内海气界面热量交换均非常强烈，主要贡献来自潜热通量(Qv)，位于(20.49°N，114.14°E)附近海域。夏季台风环流内显热通量(Qk)出现负值，海面有效反射辐射(Qe)出现减弱现象；秋冬季节台风环流内Qk量值增加显著均为正值，Qe有加强的现象。分析实测资料发现:1961～1989年8次ElNino事件过程中，西沙海洋站水温比赤道太平洋水温提早出现增暖现象的有4次，水温推迟出现增暖现象的也是4次。西沙海洋站水温增暖出现在12月的仅有1次。ElNino事件发生后，南海水温异常增暖，但是海气界面热量交换反而减弱。     

1979—2017年南海SSTA时空特征及其与沃克环流异常的相关

利用1979—2017年HadISST月平均海面温度资料、ERA-Interim大气资料以及GPCP Version 2.3集合降水资料,分析了南海海面温度距平（SSTA）场的时空分布特征,并从南海降水异常的角度探讨了在ENSO期间,沃克（Walker）环流异常对南海海面温度异常（SSTA）的影响过程。结果表明,南海SSTA场分别存在全海域一致模态、东西反位相的偶极子模态以及纬向三级子正负位相三个主要模态,且三个模态都具有显著的准2 a及4 a左右的年际振荡周期,反映了南海SSTA与ENSO现象的高度相关性。对Walker环流异常的分析表明,Walker环流异常与ENSO事件及南海SSTA存在较好的相关。ENSO事件发生时,Walker环流异常移动通过“云辐射反馈过程”,使得南海海面温度（SST）发生改变,因此Walker环流在ENSO影响南海SST异常过程中起到“大气桥”的作用。     

赤道东太平洋海表水温月异常的数值试验

本文利用中科院大气物理研究所的两层大气环流模式（ＩＡＰ－ＧＣＭ Ⅱ）作了冬季赤道东太平洋地区海表水温月异常增暖时对大气环流及我国气候影 响的数值试验。结果表明,该处海表水温的异常增暖能引起中太平洋信风带Ｗａｌｋｅｒ 环流的改变并激发出中高纬度３０－５０天的低频振荡;当该异常结束后,其后效仍 会对我国的气候产生影响。     

赤道东太平洋海表温月异常的数值试验

本文利用中科院大气物理研究所的两层大气环流模式（ＩＡＰ－ＧＣＭⅡ）作了冬季赤道东太平洋地区海表水温月异常增暖对气环流及我国气候影响的数值试验。结果表明,该处海表水温的异常增暖能引起中太平洋信风带Ｗａｌｋｅｒ环流的改变并激发同中高纬度３０－５０天的低频振荡;当该异常结束后,其后效仍会对我国的气候产生影响。     

中国华南春季季风及其与大尺度环流特征的关系

定义了中国华南春季季风，并用NCEP／NCAR再分析资料研究了春季风的气候特征以及春季风降水和大尺度环流在年际变化上的关系。结果表明，从降水和大气环流的变化来看，华南春季风在气候上发生于4月和5月；与华南春季风相联系的大气环流特征与夏季风和冬季风所对应的大气环流特征完全不同。华南春季风降水的年际变化主要与太平洋北部的异常环流相关联，而这种异常环流又与亚洲北部的西风急流和极地涡旋有联系；华南春季风降水的年际变化还与太平洋的海表温度异常有关；而亚洲热带大气环流的年际变化与华南春季风降水的变化关系不大。     

广东6月持续性暴雨期间的大气环流异常

利用1979—2011年共33年广东86个观测站日降水和全球大气多要素日平均资料,分析广东前汛期降水异常(包括暴雨和无雨)的环流特征。结果表明,广东6月持续性暴雨和持续性无雨期间大气存在显著的经向遥相关波列,其中,持续性暴雨过程波列更完整,非持续性暴雨(或非持续性无雨)则波列不显著,而4、5月的持续性暴雨或持续性无雨过程都没有波列出现。在经向波列存在的情况下,对流层中高层大气西风带环流经向度增大、槽脊发展增强,中高纬度这种持续稳定的环流形势,有利于冷空气和高空槽影响华南;在高层200 hPa,华南处于偏西风和西南风异常之间的气流辐散区域,有利于高层辐散;对流层中低层西太平洋副热带高压偏强、西脊点偏西,华南上升、南海下沉的垂直异常经圈环流建立;同时对流层低层来源于印度和孟加拉湾北部以及热带太平洋的水汽输送明显加强,从而为持续性暴雨过程提供有利的环流背景以及暴雨区所需的动力和水汽条件,可见经向波列通过对流层高、中、低层大气环流异常影响持续性暴雨。在没有经向波列的情况下,当500 hPa华南地区有西风槽活动、850 hPa南海北部西风偏强,广东局地动力上升条件和水汽输送条件达到一定程度,则只能出现非持续性暴雨。因此,经向波列可为区分持续暴雨与非持续暴雨预报提供参考。与广东降水持续异常相关的经向波列受中高纬度罗斯贝波、热带对流以及中低纬度太平洋地区大气异常等多方面的共同影响。     

Relationship over southern China between the summer rainfall induced by tropical cyclones and that by monsoon

本文分析华南夏季风降水(P_(SM))与热带气旋降水(P_(TC))在年际和年代际尺度上的物理联系,结果表明:在年际变化上,华南P_(SM)与P_(TC)呈显著负相关。南海-西北太平洋的气旋性涡度和相对湿度增加以及垂直风切变减弱,有利于更多的热带气旋生成,从而使得华南P_(TC)增加。同时异常增暖的赤道中太平洋SST和异常偏冷的北印度洋SST会激发南海-西太平洋异常气旋,加之中国东部-日本异常反气旋的作用,使得华南P_(SM)减少。在年代际尺度上,华南P_(SM)与P_(TC)呈显著正相关,在1990s初华南P_(SM)与P_(TC)明显增加。其中,南海生成的热带气旋对华南P_(TC)年代际增多有重要贡献。前期冬春季西太平洋持续异常偏暖的SST会通过垂直环流的作用引起热带印度洋SST增暖并持续到夏季,之后偏暖的热带印度洋SST又反馈作用于西北太平洋异常反气旋,使得华南P_(SM)增加。1990s初南海夏季风爆发年代际偏早,促使华南上空的大气显热源从5月持续增加至夏季,从而有助于东亚副热带夏季风的增强和华南P_(SM)增加。     

热带西太平洋潜热通量异常影响华南6月降水的模拟研究

通过统计分析和区域气候模式RegCM3的模拟试验,对热带西太平洋关键区潜热通量异常影响华南6月旱涝的机制进行研究。结果表明:（1） 华南6月的降水与热带西太平洋5月和6月的潜热通量都存在负相关关系,特别是与5月热带西太平洋关键区的潜热通量存在更为显著的滞后负相关。（2） 热带西太平洋关键区潜热通量异常是影响华南6月旱涝的重要因子,其概念模型是:5月和6月热带西太平洋潜热通量异常增高,在其西北侧对流层低层出现一个异常的气旋性环流,华南地区位于气旋性环流西侧,为东北风异常,不利于西南季风进入我国华南地区,水汽减少。同时,形成一个潜热通量异常区上升、而在华南地区下沉的垂直环流,华南降水减少,导致干旱发生。当5月和6月热带西太平洋潜热通量异常减少,在其北侧出现异常反气旋式环流,华南地区处于环流西侧,西南气流加强,有利于水汽输送。同时,出现一个热带西太平洋潜热通量区下沉、而华南地区上升的距平垂直环流,造成华南地区洪涝多雨。      

华南秋季蒸发量的时空演变特征

利用华南区域66个气象站点1960～2004年的观测数据分析了华南秋季蒸发皿蒸发量和实际蒸发量的时空变化.分析结果表明:华南中部和西北部是华南秋季蒸发皿蒸发量的两个主要气候变异中心区,华南中部秋季蒸发皿蒸发量具有以年代际变化为主的特征,并且在45年内总体上呈下降趋势.在影响蒸发皿蒸发量的因子中,太阳辐射与蒸发皿蒸发量的相关性最好,呈显著的正相关.对实际蒸发量而言,华南中部和西部偏西地区则是两个主要的变异中心,两区域的秋季实际蒸发量具有以年际变化为主的特征,降水对华南秋季实际蒸发量的影响最为显著,华南秋季实际蒸发量一般都在蒸发皿蒸发量的40%左右,并且比值总体上呈现微弱的由南向北递增趋势.     

INTERANNUAL VARIABILITY OF WINTER-TO-SPRING CIRCULATION TRANSITION OVER SOUTHERN CHINA AND ITS SURROUNDING AREAS AND MECHANISMS

The climatological features and interannual variation of winter-to-spring transition over southern China and its surrounding areas, and its possible mechanisms are examined in this study. The climatological mean winter-to-spring transition is approximately in mid-March over southern China and the northern South China Sea. During the transition stage, anomalous southwest winds prevail at low-level over southern China and its nearby regions with enhanced convergence center over southern China, bringing more moisture from the Bay of Bengal (BOB) and the South China Sea (SCS) to southern China; meanwhile, the upper level is characterized by an obvious divergence wind pattern over southern China to the southwest part of Japan and enhanced upward motion. All the change of circulation is favorable to an increase of precipitation over southern China after seasonal transition. The winter-to-spring transition is predominantly on the interannual variation over southern China and the northern SCS. Early winter-to-spring transitions may induce more precipitation over southern China in spring, especially in March, while late cases will result in less precipitation. The interannual variability of the winter-to-spring transition and the related large-scale circulation are closely associated with the decaying phase of ENSO events. The warm ENSO events contribute to early winter-to-spring transitions and more precipitation over southern China.     

华南汛期旱涝急转及其大气环流特征

利用国家气象信息中心提供的1960～2015年中国753站汛期(4～9月)逐日降水资料,对华南地区汛期旱涝急转现象进行了分析,定义了一个旱涝急转评价指标,分析了旱涝急转事件的特点及其大气环流特征。结果表明:华南在56年汛期中共发生了17次旱涝急转事件,发生频率由1960年代的3次下降到1970年代、1980年代的1次,后迅速增加到1990年代的4次、21世纪初的8次。将其按急转时间分为春末初夏旱转涝事件和盛夏涝转旱事件。春末初夏旱转涝事件,旱期西太平洋副热带高压主体偏南,中国东部主要受干冷高压脊控制,华南低层负涡度发展伴随着辐散、下沉运动的加强和水汽输送的减弱,降水偏少;涝期西太平洋副热带高压北抬,孟加拉湾南支槽异常偏强,华南位于副热带高压西侧和南亚高压东南侧,低层正涡度发展伴随着辐合、上升运动和水汽输送的加强,降水偏多。盛夏涝转旱事件,涝期西太平洋副热带高压主体偏西,华南处于副热带高压西北侧和南亚高压东南侧,低层水汽输送、辐合和上升运动均加强,正涡度发展,降水增多;旱期西太平洋副热带高压显著北跳,南亚高压向东向北扩展至长江中下游地区,华南为西太平洋副热带高压和高空东风急流所控制,低层水汽输送减弱,辐散和下沉运动加强,负涡度发展,干旱少雨。     

中国主要河流流域极端降水变化特征

利用中国1956-2008年逐日降水量资料,以全国主要河流流域为研究区域,分析了年最大日降水量、年暴雨（日降水量≥50.0 mm）日数的多年平均状况及长期变化趋势。分析表明,近53年,全国平均年最大日降水量没有明显的线性变化趋势,但全国范围内多数气象站点年最大日降水量呈现出增加趋势,并存在南方流域增加、北方流域减少的变化趋势,这种变化特征在2001年以来表现更加突出。全国平均年暴雨日数呈不显著的增多趋势,20世纪90年代最多,70年代最少。空间上,我国南北方流域年暴雨日数呈现相反的变化特征,南方流域多呈上升趋势,北方流域呈减少趋势。     

近45a华南夏季降水时空演变特征

利用华南区域65个气象站点1960～2004年的观测数据,采用经验正交函数分解法(EOF)分析了华南夏季降水的时空变化.结果表明:华南中部和西北部是华南夏季降水的两个主要气候变异中心区,华南中部夏季降水具有年代际变化为主的特征,华南西北部夏季降水则具有年际变化为主的特征.华南中部夏季降水的强弱异常变化,与华南上空水汽输送异常而导致该地区垂直积分水汽通量辐合异常密切相关.即华南中部夏季降水强年,该区域上空为明显的水汽通量距平辐合,降水弱年则为水汽通量距平辐散或弱的水汽通量距平辐合.为华南区域夏季降水的气候预测提供一定的参考依据.     

IMPACT OF ENSO ON THE PRECIPITATION OVER CHINA IN WINTER HALF-YEARS

In this paper, the impact of ENSO on the precipitation over China in the winter half-year is investigated diagnostically. The results show that positive precipitation anomalies with statistical significance appear over southern China in El Nio episodes, which are caused by the enhanced warm and humid southwesterlies along the East Asian coast in the lower troposphere. The enhanced southwesterlies transport more water vapor to southern China, and the convergence of water vapor over southern China increases the precipitable water and specific humidity. In La Nia episodes,although atmospheric elements change reversely, they are not statistically significant as those in El Nio periods. The possible physical mechanism of the different impact of ENSO cycle on the precipitation over southern China is investigated by analyzing the intraseasonal oscillations(ISOs) in El Nio and La Nia winter half-years, respectively. By comparing the characteristics of ISOs in El Nio and La Nia, a physical mechanism is proposed to explain the different responses of the precipitation over China to ENSO in the winter half-year. In El Nio episodes, over western North Pacific(WNP) and South China Sea(SCS) the ISOs are inactive and exert little effect on water vapor transport and convergence, inducing positive precipitation anomalies with statistical significance over southern China in El Nio episodes. In La Nia episodes, however, the ISOs are active, which weaken the interannual variation signals of ENSO over WNP and southern China and lead to the insignificance of the interannual signals related to ENSO. Therefore, the different responses of precipitation over China to ENSO in the winter half-year are possibly caused by the difference of intraseasonal oscillations over WNP and SCS between El Nio and La Nia.     

中国南方春季大尺度大气水汽汇时空变化特征

用1958-2004年NCEP/NCAR再分析资料分析了中国南方春季大尺度大气水汽汇的时空变化特征。结果表明：华南中东部、广西北部-湖南西部-贵州东部地区是中国南方春季水汽汇的两个主要变异中心区。华南中东部春季水汽汇具有明显的年际和年代际变化特征,并以年代际方差占优;广西北部-湖南西部-贵州东部地区春季水汽汇以年际变化为主。华南中东部以及广西北部-湖南西部-贵州东部地区水汽汇的强度异常与东亚上空水汽输送异常导致上述地区垂直积分的水汽通量辐合的异常密切相关,当中国南方上空有西南（东北）风水汽通量距平,即西南风水汽输送增强（减弱）时,则上述地区上空的水汽汇偏强（偏弱）。     

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。     

东印度洋海温对中国南方冬季降水的影响

利用NCEP再分析的大气环流资料、海表温度资料和全国160 站降水资料,研究了冬季东印度洋海温对我国江南-华南地区同期降水的影响。结果指出,冬季东印度洋海温(Sea Surface Temperature in the Eastern Indian Ocean,EIOSST)和同期的江南-华南降水呈显著的正相关关系。当EIOSST偏高时,江南-华南的冬季降水偏多。而当EIOSST偏低时,江南-华南的冬季降水偏少。这种影响的可能机制是:冬季东印度洋海温异常通过影响南支槽上的扰动活动和水汽输送来影响同期的江南-华南降水。当东印度洋海温偏高时,局地对流加强,引起南支槽地区的上升运动加强,南支槽活跃。活跃的南支扰动向下游传播,南支槽前的西南气流将水汽从孟加拉湾向华南和江南输送,引起华南和江南的降水偏多。进一步的分析显示,东印度洋海温对南支槽和江南-华南的降水的影响独立于ENSO的影响。二者对南支槽和江南-华南地区冬季降水的影响过程一致,只是东印度洋海温的影响较弱。当东印度洋海温和ENSO的作用相叠加时,江南-华南可能会出现较异常的冬季降水。       

气候变暖对我国南方水稻可种植区的影响

利用我国南方稻区214站1961—2009年逐日气象资料,研究气候变化对南方水稻可种植区的影响。研究结果显示：气候变暖使南方稻区活动积温（日平均气温≥10℃）明显增加,49年增加了324.4℃?d。同时水稻生长季长度也明显延长,49年延长了17.9 d。双季稻可种植区北界明显北移,三季稻可种植区北界略有北移,20世纪60—80年代,双季稻可种植区仅限于长江以南地区,但21世纪初以来的10年双季稻可种植区北界移到长江以北,即向北推移近300 km,从而使新增双季稻可种植区扩展到四川东北部、贵州东部、重庆、湖北大部、安徽中部以及江苏南部。