长江流域夏季气温变化型及其成因Ⅱ:年代际变化

采用中国气象局整编的气温资料、ERA再分析资料、哈得来中心月平均海温资料,分析了长江流域夏季气温的变化型在年代际时间尺度上的形成机理.结果表明:长江中下游地区夏季气温呈现出全区一致、南北反相以及东西反相3种分布型;年代际尺度变化与年际尺度变化共有相同的空间型;特别有趣的是,长江流域夏季气温变化的第3模(EOF3)的时间...     

长江中下游夏季气温变化型与西太平洋副高活动异常的联系

用中国气象局整编的气温资料以及NCEP/NCAR再分析资料和OLR资料,分析了长江中下游地区夏季气温变化型与西太平洋副热带高压(简称西太副高)的年际变动的联系。研究表明,长江中下游地区夏季气温异常可分为全区一致、南北反相、东西反相三种分布型。在年际时间尺度上,此三型的形成与东亚-西太平洋地区环流异常三种不同的分布密切相关。根据异常环流的这三种不同的分布型,分别定义了相应的东亚-西太平洋环流异常指数IEAWPi。分析表明,IEAWPi分别与三型气温指数有很好的相关关系,IEAWPi可在一定程度上反映与长江中下游夏季气温变化型相联系的副高活动异常。IEAWPi对应的高、低值年的高度距平场在长江中下游地区上空均呈相当正压结构。在500 hPa高度上,三型高度场异常的维持均与源自热带洋面上空的波列有关,而第三型高度场异常还与沿西风急流传播的波列有关。IEAWPi可为诊断和预测长江流域气温异常提供线索。     

长江中下游1—5月降水分布型及其成因

采用中国160站降水资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料、NOAA第2套扩展重建海温资料及CPC指数,利用经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分解方法,研究了1951—2013年1—5月长江中下游地区降水的分布型及其成因。结果表明:长江中下游地区降水主要呈现全区一致型、南北反相型、沿江型3种分布型;3种降水分布型对应的环流背景各不相同,环流异常的维持分别与自欧洲出发沿西风带传播的波列、由大西洋穿越极区到长江中下游的波列以及北半球环状模有关;一致型降水与Nino3.4海温指数相关最显著,而南北反相型和沿江型降水与东太平洋海温异常存在联系。     

青海高原春季气温异常及影响因子分析

利用1961—2012年青海省气温观测资料、NCEP月平均再分析资料集及环流因子数据,探讨了青海高原春季气温异常特征及其影响因子。结果表明:1961—2012年青海高原春季气温呈显著上升的趋势,且具有明显的年代际变化特征;青海高原春季气温主要表现为全区一致型、南北反相型和东西反相型3种分布型,其中全区一致型和东西反相型具有明显的年代际特征,而南北反相型年际振荡特征显著。春季西欧、乌拉尔山、青藏高原及以东地区是影响青海高原春季气温异常的关键系统所在地,乌拉尔山高压脊和东亚大槽的强弱直接影响青海高原春季的冷暖;青海高原春季气温异常的影响因子主要包括乌拉尔山高压脊、东亚大槽、北半球副热带高压和极涡指数、高原高度场;青海高原春季气温对北印度洋的索马里—阿拉伯海—孟加拉湾地区、西北太平洋及赤道中太平洋海温异常有较好的响应,当上述关键海区的海温偏冷(暖)时,易造成青海高原冷(暖)春。     

东北夏季极端低温的变化特征及其与太平洋海温异常的关系

利用1958—2007年全球海温、位势高度月平均资料和中国东北地区64个测站的夏季地面气温等资料,分析了中国东北地区夏季极端低温的时空变化特征,及其与大气环流和海温异常之间的关系,研究结果如下:(1)近50a来中国东北夏季极端低温事件频数在年际变化的时间尺度上主要存在两种模态:全区一致变化型和南北反相变化型;(2)东北夏季极端低温频数与乌拉尔山高压,东亚大槽,阿留申低压,东北冷涡密切相关;(3)东北夏季极端低温与赤道东太平洋海温存在遥相关关系。在1990s初期以前,在E1 Nino发生年或翌年基本都对应东北夏季极端低温年,但1990s初期开始,El Nino发生年与东北地区夏季极端低温的对应关系遭到破坏;(4)东北夏季极端低温事件频数的年际变化与西太平洋暖池海温异常密切相关。进一步研究表明西太平洋暖池海温异常会影响东北地区上空的环流,致使东北夏季极端低温异常。     

夏季青藏高原气温与冬季北太平洋海温的异常特征及其相关分析

利用青海、 西藏59个测站1971-2004年夏季（6~8月）的月平均气温和北太平洋(10°S~50°N、 120°E~80°W)1970-2003年的冬季（上年12月~次年2月）平均海表温度, 通过EOF、 REOF、 SVD等方法, 对青藏高原地区夏季气温和前期冬季北太平洋海温的异常特性以及两者之间的空间遥相关特征进行了研究, 并对北太平洋冬季海温及青藏高原夏季气温的年代际空间特征进行了分析。结果表明, 北太平洋冬季海温的异常分布型有： （1）赤道中东太平洋与西北太平洋海温相反分布型, （2）副热带北太平洋海温东西反相分布型, （3）北太平洋海温南北反相分布型, （4）北太平洋海温东西一致分布型。其中赤道中东太平洋与西北太平洋海温反相变化是冬季北太平洋SSTA的主要空间分布特征。进一步分析表明, 北太平洋冬季海温可分为6个气候区： 赤道中东太平洋区、 加利福尼亚海流区、 黑潮区、 亲潮区、 阿拉斯加海流区和中太平洋区。青藏高原地区夏季气温的异常分布型主要为（1）全区一致的偏高（低）型, （2）南北相反分布型, （3）周边地区与腹地相反分布型。青藏高原夏季气温可分为4个主要气候区： 东北部区、 西藏东南部区、 中部区和南部边缘区。冬季赤道中东太平洋SSTA 与次年夏季青藏高原地区区域性温度异常之间有较为明显的负相关关系, 这种关系在两者的其它空间关系中是第一位的。     

中国东北暖季气温变化特征及其与海温和大尺度环流的关系

利用1980~2014年CRU TS3.24月平均气温数据和NCEP/NCAR再分析资料,分析了中国东北暖季（5~9月）气温的时空变化特征及其相应的大气环流状况。结果表明:中国东北暖季气温主要表现为全区一致型和南北反位相型两个模态,二者总解释方差高达86%。全区一致型具有明显的年代际变化特征,并在1990年代中期发生了显著的年代际突变,而南北反位相型具有明显的年际和年代际变化特征。全区一致型增暖对应着中国东北地区上空500 hPa位势高度的正异常和850 hPa的反气旋环流异常。当500 hPa位势高度南北反相时,对应于中国东北暖季气温的南北反位相型。进一步分析表明中国东北暖季气温的全区一致型及其1990年代中期的年代际突变与日本海及黑潮延伸区的海温异常及太平洋年代际振荡和大西洋多年代际振荡指数紧密相关。菲律宾以东的西太平洋、北太平洋中部、我国东南沿海、靠近北美东北部的北大西洋等海域的海温异常对中国东北暖季气温全区一致型的出现具有一定的预测作用。而南北反位相变化型与黑潮延伸区的海温异常关系显著,与大尺度指数的相关普遍不明显。在1990年代中期突变前,南北反位相型受到ENSO事件的影响,之后影响不显著。     

华南夏季降水的变化特征及其与热带太平洋海温异常的关系

根据1958-2008年华南48站降水资料、NOAA全球逐月海温格点资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF分解、相关、合成等统计方法,分析了华南夏季降水的变化特征及其与冬季热带太平洋海温的关系。结果表明,华南夏季降水变化特征主要表现为,空间分布以全区一致型为主,其次是南北反相对称型和东西反相对称型,且这3种分布模态都表现出显著的年际和年代际特征。全区一致型降水异常与热带太平洋海温显著相关,二者的相关性也具有年代际变化特征,其对应的热带太平洋海温具有沿赤道太平洋呈“负-正-负”的纬向分布型,类似于中部型El Nino。全区降水偏多时期,西南季风偏强,西太平洋副热带高压偏强、脊点位置偏西,南亚高压偏强、脊点位置偏东,总体的环流形势有利于华南地区的水汽输送和上升运动;降水偏少时期,情况相反。     

中低纬太平洋夏季次表层海温异常年代际变化的时空特征比较

对1955—1998年的夏季次表层(0~400 m)海温进行了EOF分解,对比分析了中低纬太平洋夏季次表层海温的年代际变化特征。结果表明:中纬太平洋夏季次表层海温有2种年代际分布模态:0~160 m表现为PDO型,200~400 m表现为全区一致型;低纬太平洋夏季次表层海温有3种年代际分布模态:0~60 m和300~400 m为全区一致型,80~240 m为东西反向型。太平洋夏季次表层海温异常的年代际变化在中低纬都存在从上而下的时间滞后;而同一层中低纬太平洋夏季次表层海温年代际突变的时间也不一致。     

长江流域夏季降水异常主模态变化特征及其成因分析

利用1961-2014年长江流域202个地面观测站日降水量、中国地面降水格点数据集(V2. 0)及JRA-55再分析资料,分析了长江流域夏季降水异常主模态变化特征及其可能成因。结果表明,长江流域夏季降水存在两种空间分布型:第一模态为流域一致型变化,具有显著的年际变化特征,对应长江流域典型旱涝年份;第二主模态在空间上为南北反向型变化,年际变化与显著的年代际尺度相叠加。进一步分析表明,长江流域夏季降水第二主模态与斯堪的纳维亚半岛附近的反气旋式环流异常相联系,并通过200 h Pa波列将异常信号传递到东亚,使得南亚高压向西收缩,西北太平洋副热带高压减弱东退,东亚地区夏季水汽输送偏东、偏南,有利于水汽在长江流域南部辐合,北部辐散,使得长江流域夏季降水呈南北反向变化。     

四川盆地夏季降水年际变化的主模态分析

利用1979～2018年四川盆地134站夏季降水观测资料、ERA-Interim再分析资料以及英国气象局哈德莱中心的海表温度及海冰资料,对比分析了四川盆地夏季降水异常主模态及其同期大气环流和前期海温海冰演变特征的差异,以探讨其形成机制及前期预测信号。结果表明:四川盆地夏季降水存在两类优势空间模态:全区一致型和东西反相型,在20世纪80年代多出现东西反相型,90年代到21世纪初以一致型为主,进入21世纪10年代后又多表现为东西反相型。不同模态所对应的大气环流和海温海冰的演变具有明显差异,全区一致型降水分布受低纬系统影响显著,在500 hPa高度场上主要表现为西太平洋副热带高压的位置及强度异常;850 hPa风场为辐合或辐散特征,受到来自孟加拉湾、南海、西太平洋三条水汽通道的共同影响,其中与南海水汽通道的相关性最高,一致型降水多/少年水汽在盆地区域南北边界为同收/同支;环流可能受到前期ENSO事件衰减的显著影响。东西反相型降水分布受中高纬环流的影响较大,在500 hPa高度场上的特征类似于极地欧亚型（POL）遥相关;水汽在区域南北边界为一收一支,西多东少型为南收北支,而西少东多型为北收南支,与西太平洋水汽通道关系显著;环流可能受到前期北极海冰异常的影响。     

中国南方夏季降水的年代际变率主模态特征及机理研究

在气候变暖背景下,中国南方夏季降水存在明显的年代际变化特征。本文利用1920~2014年的逐月降水,以分析南方夏季降水年代际变率主模态为切入点,以研究南方夏季降水年代际变率空间分布型的年代际变化特征为重点,进一步研究了印度洋、北太平洋及北大西洋海温的年代际变率对南方夏季降水主模态年代际变率的可能影响机制。得到的主要结论包括:（1）指出中国南方夏季降水年代际变率的两个主模态为全区一致型和东西反相型降水模态。两个主导模态在1971/1972年发生了显著的年代际转变,在1925~1971年的第一主模态为东西反相型降水;在1972~2009年的第一主模态为一致型降水。不同主模态对应的海温异常关键区也在1971/1972年发生了相应的年代际变化。（2）揭示了全区一致型和东西反相型降水模态对应的环流场异常特征。一致多（少）型降水对应着中国南海及西北太平洋低空的反气旋（气旋）性异常,有（不）利于水汽自南海向南方地区输送。而贝加尔湖东侧低空的反气旋（气旋）性异常,有（不）利于冷空气向南方输送,并与来自南海地区的水汽在南方地区辐合,有利于南方地区降水一致偏多（少）。东多西少（西多东少）型降水对应着中国东南地区高空的正（负）异常中心,有利于高空辐散（辐合）及异常的上升（下沉）运动,其与南方地区东部低空的气旋（反气旋）性异常共同作用,有利于东部降水偏多（偏少）。与此同时,低空中南半岛反气旋（气旋）性异常及菲律宾地区反气旋（气旋）性异常,不（有）利于水汽自孟加拉湾及南海地区输送向南方地区西部,有利于形成东多西少（西多东少）的降水型。（3）揭示了印度洋海温、北太平洋海温和北大西洋海温协同影响南方地区东西反相型降水和一致型降水的机制。     

长江中下游旱涝的环流型与赤道东太平洋海温遥相关波列特征

根据长江中下游地区夏季旱涝年前期冬、春季北太平洋海温分布特征进行分析研究 ,提出了影响区域性旱涝的海温“强信号”概念 ;探讨了北半球大气环流结构对赤道东太平洋海温异常响应问题 ,并研究了东太平洋海温与北半球夏、春季高度偏差场季尺度相关偏差场波列结构相关特征。研究结果表明 ,赤道东太平洋海温异常可能通过低纬walker环流引起赤道西太平洋区域性大气异常运动 ,从而产生遥响应环流型 ,形成类似PNA遥相关“大圆波列”。此类遥响应特征在西太平洋区域表现出与副热带高压、西风槽、阻塞高压等相关的系统的准定常经向波列。研究结果还表明此类经向波列结构描述了中高纬地区系统对低纬异常海温遥响应的动力学特征。应用 1997～ 1998年冬季实际海温资料 ,并在赤道中东太平洋地区引入实际海温异常的敏感性试验 ,较成功地模拟了 1998年夏季长江流域洪涝的降水分布特征。文中从统计、动力分析和数值模拟综合分析方法揭示出由前期东太平洋海温异常引起的大气环流变异 ,构成中国长江流域旱涝的物理图像及其动力学模型。     

东北和华北东部气温异常特征及其成因的初步分析

采用REOF，SVD分析方法，首先指出东北和华北东部气温异常是全国气温异常的第一主分量，进而分析其异常特征及成因。结果表明：全区年、季气温均呈上升趋势，其中冬季增温最大，极端低温较极端高温升高明显。近百年来，全区增温幅度明显高于20世纪全球平均增暖水平。冬季，对流层中、低层上，当纬向西风偏强时，东北和华北东部易高温；而当经向风强盛时，易低温。夏季，气温异常与东北冷涡活动有关；1980年代以来气温显著变暖与对流层中、低层气压场的年代际突变有关。冬夏季气温与东亚冬夏季风、Nino3区海温的关系并不显著，但在1990年代以前，东北夏季低温与El Nino的对应关系较好。     

我国冬季气温的年际变化及其与大气环流和海温异常的关系

利用我国160个台站49个冬季（1951/1952～1999/2000年）的气温资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过波谱分析的方法提取变量的年际变化分量（周期小于8年部分）进行分析,结果发现：在年际变化的时间尺度上,我国冬季气温表现为全国一致变化型（EOF1）和南北反相变化型（EOF2）两个主要模态,并可以解释总方差60％以上的变化。进一步分析表明,在年际变化尺度上,与气温全国一致变化型相联系的大气环流表现出海陆气压差的改变以及与此相关的东亚大槽强度的变化和东亚高空急流位置的南北移动;赤道中东太平洋的异常海温对这一模态的出现有一定的预示意义,而中国近海的海温则更多的是被动地随气温改变。与南北反相变化型相联系的大气环流表现出显著的北极涛动特征,这一模态的出现会使得次年春季的西北太平洋海温呈现以30°N为界南北反相变化的形态;而北太平洋的海温异常可能对这一模态的形成有一定的作用。这两个模态的空间分布虽然与年代际尺度上的分布非常相似,但它们的相对强弱和对应的环流却有很大的差异。分析显示,全国一致变化型可能更多地表现出年代际变化的特征,而南北反相变化型更多地表现出年际变化的特征;结果还表明,我国冬季气温的变化在不同的时间尺度上是受不同因子影响的。因此,在研究我国冬季气温变化时,将不同的时间尺度分开考虑是十分必要的。     

东北春季极端低温的变化特征及其与大西洋海温的关系

利用1958—2007年全球海温、位势高度场月平均资料和我国东北地区64个测站的春季地面气温资料,分析了我国东北地区春季极端低温的时空变化特征及其与大气环流和海温异常的关系。结果表明：近50a来,我国东北春季极端低温事件频数整体呈减少趋势;极端低温频数主要存在全区一致变化型和南北反相变化型两种模态;极端低温事件频数与北极涛动存在显著负相关关系,同时在极端低温多年,极涡较弱,乌拉尔山阻塞高压偏强,东北冷涡较强,反之亦然;影响我国东北地区春季极端低温的关键海区为中北大西洋海区,极端低温多年,中北大西洋海温较常年偏冷,反之则中北大西洋海温较常年偏暖。这对于预测东北春季极端低温事件的年际变化具有很好的指示意义。数值试验结果表明,中北大西洋海温异常可激发欧亚波列,致使中国东北温度异常。     

南亚和东亚热带夏季风强弱不同配置及其对中国夏季降水的影响北大核心

利用NOAA向外长波辐射(OLR)、NCEP/NCAR再分析资料和CN05.1降水资料,研究了南亚和东亚热带夏季风强度年际变化关系,及其强弱不同配置对中国夏季降水的影响。结果表明:南亚和东亚热带夏季风强度变化之间存在同相和反相两种配置,定义的强度同相和反相变化指数可以很好地表征该关系。同相变化模态可能与海温异常时的强El Nino(La Nina)影响有关,其反相变化模态受El Nino(La Nina)以及印度洋海盆一致模的影响,同时西太平洋副热带高压和伊朗高压位置东西偏移和强度变化也影响着不同配置的出现。两者不同配置时,对中国夏季降水的影响不同。当变化呈同相偏强时,夏季中国东部地区降水为“中间少南北多”的雨型。当变化呈反相,东亚热带夏季风偏强南亚夏季风偏弱时,夏季中国东部地区降水为“一致偏少”雨型。     

El Nino事件对其衰减阶段夏季中国降水季节内演变的影响及其机理

利用1979—2007年NOAA重建海温逐月资料和中国160站夏季降水资料,使用扩展奇异值分解（extended singular value decomposition,ESVD）方法,研究了冬季热带太平洋海温异常与次年夏季中国降水异常季节内演变型之间的关系,指出前冬El Nino事件是与次年夏季中国降水季节内变化相联系的最重要的热带太平洋海温异常模态。相应的降水异常季节内变化情况为：6月在长江以南为正异常,江淮流域有负异常;7月在华南沿海有负降水异常,而正异常北进到长江流域,华北地区也出现正降水异常;8月在长江南北分别为少雨和多雨。进一步研究前冬El Nino事件与次年春夏印度洋、太平洋海温异常、对流层低层风场异常以及副热带高压等的联系,结果表明：El Nio事件发生的次年春夏,热带西太平洋周边存在东负西正的海温异常分布;西太平洋反气旋异常较强;副高在6月、7月偏西偏北,但在8月迅速南退。虽然与El Nino事件相联系的6月与7月、8月的降水型不同,但是西太平洋反气旋异常带来的充沛水汽造成7月长江流域雨季多雨,8月副高迅速南退带来的又一次长江流域降水,造成了El Nino事件发生次年夏季长江流域涝而华南沿海旱的夏季平均降水异常型。     

长江中下游夏季雨带分型及其年代际变化Ⅱ：数值模拟

在对长江中下游夏季降水进行分型的基础上,分析了长江流域南北两支雨带与春季太平洋海温的相关关系,并采用NCAR/CAM 3.0大气环流模式对前期海温进行了敏感性试验,结果表明：赤道东太平洋区域（150～90°W,5°S～5°N）的海温异常对两支雨带夏季降水有重要影响,海温正异常时南支雨带旱、北支雨带不明显,海温负异常时南支雨带涝、北支雨带旱;前期赤道东太平洋海温强迫可以在北半球对流层激发出遥相关波列,并影响长江流域南北两支雨带的旱涝分布,前期赤道东太平洋海温对南支雨带的影响比北支雨带大。     

关于我国夏季气候年代际变化特征及其可能成因的研究

利用我国160个台站1951～2000年夏季(6～8月)降水和气温观测资料,以及NCEP/NCAR海温、风场和水汽的再分析资料,分析了我国夏季风降水和气温的年代际变化特征及其可能成因.分析结果表明,我国夏季降水有明显的年代际变化,在1976年前后发生了一次明显的气候跃变,从1977年到2000年夏季长江流域的降水明显增加,而华北地区和黄河流域夏季降水明显减少,出现了严重干旱.分析结果还表明,我国西北地区降水的振荡位相要超前于华北地区降水振荡位相5～8年,华北地区气候年代际时间尺度变化是从1977年起降水减少,气温上升;但西北地区从20世纪70年代开始,则温度升高,降水增多.此外,分析结果也表明我国气温同样有年代际变化,但不如降水年代际变化明显.作者还从热带太平洋SST(海面温度)的年代际变化及其对中印半岛和东亚上空水汽输送的影响,分析了上述我国气候年代际变化的可能成因.分析结果表明,热带中东太平洋的SST也有明显的年代际变化,从1976年以后热带中东太平洋海水明显增暖,出现了明显的"类似El Nino型"的SST距平分布,呈现出"年代际的El Nino现象".这种海温异常分布减弱了亚洲夏季风,从而减弱了从热带太平洋、中国南海和孟加拉湾向东亚的水汽输送,造成水汽输送在长江流域辐合,使到达华北地区的水汽大大减弱,因此引起长江流域降水明显增加,而华北地区明显减少,出现了持续性严重干旱.