1880年以来华北降水及水资源的变化

分析了１８８０年以来华北地区降水的季节、年际和年代际变化,研究表明,华北降水存在着显著的年际和年代际变化,１８８３￣１８９８年和１９４９￣１９６４年是华北降水较丰沛时段,１８９９￣１９２０年和１９６５￣１９９７年华北降水处于偏少阶段,其中１９８０￣１９９３年降水持续偏少,干旱现象严重研究指出：华北夏季降水的年际和年代际变 夏季东亚－西太平洋地区上空５００ｈＰａ位势高度场以及西太平洋副热带高压脊线位     

大尺度环流变化对华北地区夏季水汽输送的影响

利用我国华北地区25个气象站1951-2006年共56年的月降水资料及1948-2006年NCAR/NCEP再分析资料以及NOAA HYSPLIT_4水汽轨迹模型, 分析了近50年华北地区夏季降水量、整层水汽输送通量及水汽输送轨迹的变化, 并探讨了其影响成因.结果表明, 华北夏季水汽输送通量及其轨迹有明显的年际和年代际变化特征; 东亚夏季风的南风北界的年际变化对水汽输送有重要影响, 南风北界的南撤导致了华北地区水汽输送通量的减少; 通过对华北地区降水偏多年和偏少年的比较显示, 降水偏多年水汽大部分来自南海, 并且输送轨迹较长, 水汽主要从西南方向输送到华北, 并且偏多年华北上空存在明显的上升运动, 偏干年反之.     

华北雨季降水年代际变化与水汽输送的联系

本文基于1961～2018年华北地区均一化逐日降水资料和ECMWF（欧洲中期天气预报中心）ERA5全球再分析环流资料,采用一种综合考虑降水量和西太平洋副热带高压脊线影响的雨季监测标准,计算了华北雨季起讫日期和降水量,在此基础上讨论了华北雨季季节内进程的水汽输送特征。重点分析了降水量与水汽收支的年代际变化关系,揭示了水汽输送的时空变化规律及其对华北雨季降水的影响。研究结果表明:（1）华北雨季每年的起讫日期不同,从而每年雨季发生时段和季节内进程不同。（2）降水的形成与水汽输送及其辐合密切相关,有四个水汽通道维持华北雨季降水,即印度季风水汽、东亚季风水汽、110°E～120°E之间越赤道气流向北的水汽输送和40°N附近中纬度西风带水汽。（3）华北雨季降水和净水汽收支具有相似的年代际变化特征,分别在1977、1987、1999年发生突变,总体呈现“减—增—减”的阶段性变化趋势,两者位相转变相关性很强。（4）水汽输送的强弱和到达华北时间的早晚均对雨季降水多寡有重要影响。华北多雨年代与少雨年代水汽通量有明显的差异,主要表现在:在多雨年代,西北太平洋为反气旋式环流异常,偏南水汽强盛,并且与中高纬西风带异常偏西水汽汇聚于华北,华北地区水汽辐合偏强;考虑季节内进程,水汽到达华北的时间早、强度大,停留时间长、辐合强,减弱的时间晚;而在少雨年代,我国东北地区、朝鲜半岛及日本海附近为气旋式环流异常,华北地区由南向北的水汽输送偏弱,水汽辐散明显加强;季节内进程表现出与多雨年代相反的特征。（5）考虑华北地区四个边界的水汽收支,南边界和西边界有最大、次大水汽输入,二者的年代际变化是影响雨季降水年代际变化的重要因素。在多雨年代,南边界和西边界水汽净输入很强,但北边界的输出也很强;在少雨年代,南边界和西边界水汽净输入很弱,但北边界转为输入,这是区别于多雨年代的重要特征。     

影响华北汛期降水的水汽输送过程

利用1951～2005年NCEP再分析资料和中国160站月降水资料,分析了华北汛期水汽输送的时空特征及其与降水的关系,发现不同水汽通道对华北降水的影响区域不同。华北的水汽输送也具有明显的年际变化,华北多雨年和少雨年的水汽通量分布有明显差异。EOF分析表明,在华北汛期多雨年,上述水汽通道有向华北地区的正异常水汽输送。华北汛期水汽主要来自亚洲季风水汽输送,其次是西风带的水汽输送,它们与降水具有相似的年代际变化。1970年代中期以后,季风的水汽输送显著减弱,西风带水汽输送的重要性相对增大,华北降水在1980年代初的突变与季风水汽输送1970年代中期的突变密切相关。     

5月南亚高压与云南地区夏季降水的关系

应用1961—2012年NCEP/NCAR月平均再分析资料和云南124个测站逐月降水资料,分析了5月南亚高压与云南夏季降水的关系,发现高压脊线位置与降水有显著的相关。利用滤波处理和合成分析方法,分析了5月南亚高压脊线位置变化及其异常与云南夏季降水异常的联系。结果表明:5月南亚高压脊线位置偏北(南)时,夏季云南降水偏多(少);5月南亚高压脊线位置和云南夏季降水都存在显著的年代际变化,去除年代际变化影响之后两者之间的年际变化相关较为显著。5月南亚高压脊线位置偏北年,夏季南亚高压强度偏弱、范围偏小,500 hPa上西太平洋副高东移南压、强度减弱。低层700 hPa上副高西伸加强、云南上空出现明显的风场辐合,反之亦然。5月脊线位置偏北年,夏季南海和西太平洋向云南输送水汽,而脊线偏南年没有明显的水汽来源。     

Influence of North Pacific SST on heavy precipitation events in autumn over North China

本文主要研究了华北秋季(9月)强降水频次发生年代际变化的可能原因。分析指出,华北秋季强降水频次在2000/01年发生了年代际增强,而它的变化与北太平洋海温变化密切相关。2000/01年之前,影响华北强降水的海温关键区主要位于中国东部海域;2000/01年海温关键区向东偏移,正是这种偏移使得西北太平洋副热带高压增强,向华北地区的水汽输送增加,从而使得华北地区发生强降水的概率增加。进一步研究指出,北太平洋海温年际变率的变化可能是造成海温与华北秋季强降水频次显著相关区发生东移的原因,更多的原因还需要深入研究。     

华北夏季降水的年代际趋势突变及其可能成因

介绍了一种最新的分段线性拟合检验气候变化趋势突变点的方法,并利用该方法对1968-2000年华北地区夏季降水年代际时间尺度的趋势突变点进行了检验,结果表明在年代际时间尺度条件下,华北夏季降水在1977年前后发生了趋势突变,500 hPa位势高度距平场在突变前后基本上呈“反向”分布。与趋势估计方法比较,分段线性拟合方法可以明确地给出趋势突变点的位置,物理意义更加合理,具有较大的优越性。分析年代际趋势突变前后水汽输送和地面感热通量的变化,发现突变前后,中国东部的西南水汽输送由强转弱,而突变前后春、夏季地表感热通量的变化使得大陆东南部的海陆热力差异由强转弱,可能导致东亚夏季风环流由强变弱,进而削弱华北的水汽输送,使华北夏季降水出现减少趋势。     

广州春季降水的变化及其前兆信号

广州春季降水存在以准2年为主的年际变化和以30年为主的年代际变化，目前处于年代际尺度上的少雨时段。Nino3区的海温异常是广州春季降水最强的前兆信号，它与广州春季降水的显著正相关在前一年的11月份就已出现，并且一直稳定维持到4月份。前冬Nino3区海温异常对广州春季降水的影响是通过影响春季北太平洋副热带高压和低层风场异常实现的。前冬Nino3区海温正异常时，春季副热带高压偏强、位置偏西，华南处于副高边缘垂直运动的上升区，菲律宾以东的低层反气旋环流增加了向华南的水汽输送，从而使得广州春季降水偏多；前冬Nino3区海温负异常时，副热带高压偏弱、位置偏东，华南地区远离副高、处于垂直运动的下沉区，菲律宾以东低层为气旋环流控制，华南地区盛行偏北气流，不利于水汽的向北输送，从而使得广州春季降水偏少，造成春旱。     

中国东部夏季持续强降水发生的主要环流模态和水汽输送研究

利用1957~2011年我国502个测站逐日降水资料,定义区域平均降水量连续5 d超过1个标准差为1次区域性持续强降水,分析了我国东部(105°E以东)长江流域、华北和东北地区夏季(6~8月)的强降水,共得到74个个例,并探讨了造成长江流域和华北地区持续性强降水的主要环流与水汽输送模态。结果表明,中高纬出现阻塞形势是造成我国东部夏季区域性持续强降水的主要环流型,占比86%。其中影响长江流域强降水的主要阻塞形势为中阻型(贝加尔湖为高压脊)和双阻型(乌拉尔山和鄂霍次克海同时出现高压脊);影响华北地区强降水的主要阻塞形势为中阻型。同时,必须建立一条自热带海洋至降雨区的水汽通道,长江流域强降水的水汽通道为印度洋—孟加拉湾—南海;对于华北地区,除此水汽通道外,西北太平洋水汽输送也是一个重要水汽来源。长江流域强降水的异常水汽输送在菲律宾北部出现反气旋中心,导致从南海有异常水汽输送并在长江流域辐合,这一反气旋中心对应500 h Pa上西太平洋副热带高压的加强;华北地区强降水的异常水汽输送在渤海—朝鲜半岛出现反气旋中心,异常水汽来自南海和西北太平洋。渤海—朝鲜半岛在500 h Pa出现正高度异常对维持华北地区持续降水有重要作用。深厚的上升运动或低层辐合高层辐散是华北与长江流域持续强降水发生的共同特点。中阻型和双阻型的长江流域强降水在水汽输送上没有明显差异,而是动力上升条件的分布差异决定了雨带主要位置的不同。     

华南地区6月份降水异常的统计分析

利用1951-2005年NCEP/NCAR再分析资料及华南地区6月份降水资料,统计分析了与华南降水异常相关的西太平洋副热带高压变异、垂直运动及水汽输送等特征。结果表明:华南地区6月份降水异常与南海区域西太平洋副热带高压脊线位置、中心强度等存在非常紧密的联系。     

中国不同区域气候条件对冬季雾日形成的差异性分析

雾是一种严重的天气灾害,极大地影响了交通和日常生活,并可能带来巨大的经济损失。利用1958～2007年678个中国地面观测站点的雾日数资料,采用相关系数分析、合成分析等方法分析了冬季雾日数的时空特征,发现冬季多雾地区和年际变率较强地区集中在西南、华北和华南等地区。根据冬季雾日分布特征,将中国划分为3个较为独立的雾区,从水汽条件、大气稳定度及大气环流背景等方面讨论了区域气候条件差异对局地雾形成机制的影响,发现不同区域冬季雾日产生的气候条件有着明显的差异性。结论如下:西南区冬季雾的形成受水汽输送影响较小,受大气稳定度影响较大,且巴尔喀什湖东侧高压脊加强,冷空气南下,西南较易发生雾;华北冬季雾日的形成受水汽输送影响较大,伴随长江中下游水汽异常推进偏北,水汽异常大值中心偏北,且西伯利亚高压、东亚大槽以及东北低压减弱,冷空气活动较弱,华北较易发生雾。华南冬季雾日的形成受水汽输送影响较大,伴随长江中下游水汽异常推进偏弱,水汽异常大值中心偏南,且东亚大槽减弱,华南较易发生雾。     

东亚夏季经向水汽输送的变异及其对极端降水的影响

东亚夏季降水的异常与水汽输送的变异密切相关。基于1958—2016年资料,研究了夏季东亚季风区经向水汽输送的主要变异特征及其对东亚夏季极端降水的影响。经向水汽输送的第一主变异模态表现出中国东部和西北太平洋上的水汽经向输送呈现反向异常,以年际变化为主。当中国东部向北输送的水汽增强(减弱)而西北太平洋向北输送减弱(增强),则中国东部大范围的极端降水量及频次增加(减少)。该模态与西太(西太平洋)副高西伸(东撤)有关,并主要受到热带中东印度洋海温的影响。第二变异模态以年代际变化为主兼有年际变化,表现在1980年后中国东部及邻近海域上空的经向水汽输送减弱,使得环渤海地区和华南沿海的极端降水量及频次减少而长江上、下游和贵州的极端降水量及频次增加。该模态与西太副高的减弱有关,并受到热带西太海温年代际增温的影响。第三变异模态以年际变化为主兼有年代际变化,反映中国长江以北地区和日本南部及附近区域的经向水汽输送的反相变化结构。长江以北水汽输送减弱(增强),可导致华北、东北的极端降水量及频次减少(增加)和长江下游及江南地区的极端降水量及频次的减少(增加)。该模态主要受欧亚大陆上空中高纬度纬向遥相关波列和热带印太（印度洋太平洋）海温异常的影响。      

我国季平均气温和降水局地同时相关的时空特征

将1955—1998年我国160站冬、夏季平均气温和总降水量序列分解为年代际和年际变化两个部分，用方差分析、相关分析和奇异值分解方法，分析了两种要素序列的方差构成及要素间局地相关关系的性质、季节变化和地理分布。结果表明:我国冬夏季气温、降水异常序列中，总方差年际变化大于年代际变化，但按自由度均分的方差，年代际变化较年际变化大，尤以气温为甚；单站气温、降水同时相关图上，夏季表现为显著的负相关，显著区主要分布在35°N以南、105°E以东的地区；夏季局地温度、降水也呈显著负相关关系，进一步分析表明，干热、湿凉型异常夏季多发生在江淮和华南两区，但同一年中两区夏季异常型常相反，它由年代际和年际变化中的负相关共同构成。     

Definition and Features of the North Edge of the East Asian Summer Monsoon

By using daily total precipitable water(TPW) amount from the ECMWF reanalysis(ERA-44a) data in 1958-2001,the north edge of the Asian sub-tropical summer monsoon is defined by a normalized precipitable water index(NPWI),and its climatology and interannual/interdecadal variability are examined.The results show that two monsoon systems(the Indian and East Asian monsoon systems) can be identified in terms of monsoon edge defined by the NPWI over Asia.The mean north edge goes in the west-east direction along ...     

塔里木河流域夏季降水年际和年代变化的环流异常

基于1961-2020年夏季（6-8月）NCAR/NCEP再分析资料和塔里木河流域（简称“塔河”）38个气象站降水资料,使用5年滑动平均分离出塔河夏季降水年代际和年际变化,选出了典型的年际变化的干年和湿年与年代际变化的干期（1963-1986年）和湿期（1989-2018年）,分析了与这两种时间尺度变化相关联的大气环流异常。结果表明,两者的变化不同,影响两者变化的大气环流不同。影响年代际变化的大气环流异常主要表现在欧亚大陆对流层从西北至东南交替出现正负位势高度异常中心,在湿期塔河东部和西部分别出现明显的东风和西南风异常,水汽主要由西北太平洋和印度洋输送至塔河,在干期则与之相反;影响年际变化的大气环流异常主要表现为在塔河东部和西部对流层分别为反气旋异常和气旋异常,在多雨年从南北方向向塔河输送的水汽增多,北风水汽通量异常向流域输送较多,南风水汽通量异常向流域输送较小且主要集中在流域西部,水汽主要由北冰洋洋和印度洋输送至塔河。在干年则与之相反。     

东亚季风系统的时空变化及其对我国气候异常影响的最近研究进展

本文回顾了关于东亚季风系统的时空变化及其对我国气候异常影响的最近研究进展。许多研究说明,东亚季风系统无论风场的垂直结构、年循环或是水汽输送和降水特征都明显不同于南亚和北澳季风系统,它是亚澳季风系统中一个相对独立的季风系统。并且,研究结果表明了东亚季风系统有明显的时空变化:其中夏季风系统在年际时间尺度上存在着一个准两年周期振荡和具有极向三极子异常的空间分布特征,并从20世纪70年代中后期起至今发生了明显变弱的年代际变化,这个变化在华北尤其显著;而东亚冬季风在年际时间尺度上存在一个准四年周期振荡,从20世纪80年代中后期起也发生了明显变弱的年代际变化,它引起了我国的持续暖冬。进一步的研究还揭示了东亚季风系统的变异是与海–陆–气耦合系统变异及其相互作用密切相关,因而,东亚季风系统可以看成是一个大气–海洋–陆地的耦合气候系统,即称之为东亚季风气候系统。此外,本文还从上述东亚季风气候系统的年际和年代际变异提出了长江流域严重洪涝灾害发生的气候学概念模型和华北持续干旱的气候背景。     

The Oscillation between Tropical Indian Ocean and North Pacific:Evidence and Possible Impact on Winter Climate in China

This paper provides evidence that the variation of boreal winter sea level pressure (SLP) over the North Pacific is out-of-phase with SLP fluctuation over the tropical Indian Ocean on both the interdecadal and interannual time scales.Subsequently,a SLP between tropical Indian Ocean and North Pacific (TIO-NP) oscillation index is defined to indicate the variation of such out-of-phase fluctuation.Moreover,the simultaneous surface air temperature and precipitation anomalies in China are closely related to TIO-NP oscillations.Below-normal surface air temperature anomalies in the northern and the eastern part of China,and less rainfall in southern China,correspond to positive TIO-NP oscillation phase with negative SLP anomalies in tropical Indian Ocean and positive anomalies in North Pacific.The TIO-NP oscillation affects China’s winter climate anomalies,possibly through modulating the northeast East Asia winter monsoon.     

北太平洋混合层深度异常及其与中国夏季降水的关系

利用GODAS逐月混合层深度(mixed layer depth,MLD)资料和中国160站逐月降水资料,分析了北太平洋MLD多年平均气候及异常特征,进一步研究了其对中国夏季降水年际异常的影响.结果表明:1)北太平洋30 ～ 40°N之间混合层最深,冬、春季明显大于夏、秋季.2)日期线附近的北太平洋中部海域是各季MLD年际异常共同最显著区域;仅夏季MLD年际异常与ENSO存在一定关系;秋、冬和春季MLD还存在明显年代际异常特征.3)当前冬北太平洋西部及中部MLD加深时,次年黄河下游部分地区、黄淮、江淮及长江以南大部分地区(广西南部除外)降水将偏少;河套地区、内蒙东部及东北大部降水可能偏多.     

华中地区夏季区域性极端日降水事件变化特征及环流异常

利用1961—2010年夏季(6—8月)华中区域239个中国国家级气象台站逐日降水观测资料及NCEP/NCAR再分析资料集,对华中地区夏季区域性极端日降水事件及环流异常进行了分析,结果表明:华中地区夏季区域性极端日降水量的99百分位阈值为23.585 mm/d,20世纪80年代中期以后的极端日降水事件明显偏多,且6月下旬至7月中旬为华中地区极端降水多发期。极端日降水事件由具有从低层到高层呈斜压结构的异常环流控制,其南侧的水汽通过孟加拉湾与中国南海地区的异常反气旋外围呈阶梯状输送至华中地区。位于青藏高原东北侧的波作用量通量向华中地区的辐合有利于华中地区上空波动扰动的产生和维持,同时极端日降水事件的发生亦与华中地区的大气净加热及华中周边大范围区域中的净冷却形成的加热场梯度有关。这些结果表明华中地区夏季区域性极端日降水事件有显著的年际和年代际变化,且极端事件的发生与华中地区气旋性环流异常、青藏高原东北侧地形强迫、以及华中地区与周边非绝热加热梯度异常关系密切。