华南秋旱的大气环流异常特征

利用实测降水量资料及NCEP再分析资料, 通过统计方法分析了华南秋旱及其相关的环流异常特征。结果发现, 华南秋旱以全区性的干旱出现居多。华南秋旱事件对应的同期海温异常分布型大致可分两类。一类是热带中东太平洋的负海表温度距平 (SSTA) 区的极值中心位于赤道东太平洋, 在海洋性大陆和热带西太平洋有马蹄形的正SSTA, 而在热带西印度洋, 南海至日本东、 南部西北太平洋是负SSTA; 另一类是热带中东太平洋正SSTA极值中心位于赤道中太平洋, 热带—副热带西太平洋、 南海和热带印度洋为负SSTA区, 副热带北太平洋东部和南太平洋东部为显著的正SSTA。 与第一类SSTA相关的华南秋旱与海洋性大陆区域上空的上升运动异常增强 (与其下垫面海温异常偏暖有关)。而与第二类SSTA相关的华南秋旱则与中纬度环流的长波调整造成的东北亚上空的异常上升运动距平有关。而两类华南秋旱都是通过大气环流对华南地区的异常下沉运动产生强迫作用而产生的。另外, 华南秋旱还与菲律宾和台湾东侧洋面上空出现上升运动距平有关。两类华南秋旱都与南海中北部热带气旋频数偏少, 菲律宾和台湾东侧热带气旋频数偏多有关, 因此, 使得登陆华南的热带气旋偏少, 导致华南秋季干旱。     

影响华南汛期持续性强降水年际变化的大气环流和海温异常

利用1961—2017年中国地面观测站日降水资料、全球大气多要素和海表温度月资料,分析华南区域持续性强降水过程的气候特征,诊断并比较与华南前汛期、后汛期区域持续性强降水年际变化相关的大气环流和海表温度异常特征。结果表明,3—12月华南都可能出现持续性强降水过程,其中汛期4—9月的占了94.4%。伴随着区域持续性强降水的年际变化,华南本地垂直上升运动显著异常是前汛期和后汛期的共同点,但前汛期、后汛期在华南及周边环流异常、水汽输送来源以及海温异常分布等方面都存在一定差异。在前汛期华南区域持续性强降水偏重年,赤道西太平洋区域海温偏低,由于大气罗斯贝波响应使西太平洋副热带高压偏强,热带西太平洋向华南区域水汽输送加强,从而有利于区域持续性强降水偏重。后汛期华南区域持续性强降水偏重年的海温异常分布是赤道中东太平洋区域正异常、东印度洋至西太平洋暖池区负异常,海温异常通过西北太平洋副热带高压、南海热带季风强度、水汽输送和垂直环流等多方面,导致后汛期区域持续性强降水偏重。      

2015年秋季我国气候异常及暖湿成因分析

2015年秋季,全国平均气温较常年同期偏高,降水量偏多明显,为1951年以来同期第三高值,我国总体呈现“暖湿”的特征,但南北方降水特征有明显差异。受水汽条件不同的影响,华南地区为持续性降水,而华北表现为阵性降水。诊断分析表明,华南的持续性降水偏多与超强厄尔尼诺和赤道印度洋偏暖的共同作用有关。赤道东太平洋和赤道印度洋地区海温偏高,加强了西太平洋地区低层的反气旋环流异常,造成西太平洋副热带高压偏强偏西。受副热带高压西侧异常南风的引导,来自南海和西太平洋的异常水汽向华南输送,造成了秋季华南持续降水偏多。而受中高纬度环流经向度偏大的影响,冷空气在华北活跃,配合东路和南路水汽的阶段性输送,则造成了华北的降水偏多。     

热带海温异常影响华北夏季降水的机制研究

利用正压涡度方程模式对赤道东太平洋和赤道西太平洋暖池区海温异常影响华北夏季降水的机制进行了研究,结果表明:(1)赤道东太平洋海温升高,西太平洋副高会前期加强,位置异常偏北,后期位置偏东;华东25°N以南多低槽活动,华北上空低槽活动少;华北东部盛行南风,长江中下游盛行北风扰动,不利于水汽向华北输送。这些形势都不利于华北降水。(2)西太平洋暖池区海温降低,副高减弱,不利于华北降水;华北上空多低槽活动,是有利于降水的形势;渤海、朝鲜半岛盛行北风,而贝加尔湖及其东南方向为强南风,冷暖空气不易交汇,华北降水稀少。(3)西太平洋暖池海温降低对华北降水的影响不象赤道东太平洋海温异常那样显著。(4)极涡变化和热带海温异常之间的对应关系不确定。     

2008年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

2008年,尽管总体来看,全国天气气候的持续异常较弱,未发生大范围持续干旱和严重洪涝灾害,但依然出现了非常显著的天气气候异常特征,如全国平均年降水量比常年偏多,为近10年来降水最多的年份;夏季华南降水异常偏多,黄淮降水偏多;年平均气温偏高,但冬季气温偏低,年初南方遭遇罕见低温雨雪冰冻灾害;在南海和西太平洋生成的台风个数明显偏少,但是登陆台风偏多,初台异常偏早.分析发现,2008年赤道中东太平洋总体处在冷水位相,受海洋异常强迫和海气相互作用的影响,北半球大气环流表现出的主要特征是:500hPa西太平洋副高强度和位置变化较大;冬夏季风均偏强;冬春季西太平洋暖池区热带对流活动偏强,夏秋季则偏弱;1月份,亚洲中高纬度经向环流异常发展,2至4月份则以纬向环流为主,春季后期至秋季,经纬向环流的转换较快,环流的持续性较弱.这些环流异常是影响2008年中国气候异常的主要原因.     

2022年秋季我国气候异常特征及成因分析北大核心CSCD

2022年秋季,全国气候总体呈现暖干的特征,其中南方大部出现持续高温干旱。秋季平均气温为1961年以来历史同期最高。秋季降水季节内变率大,9月全国大部降水偏少,10月降水总体呈现南北少、中间多,11月我国中东部大部降水偏多而西部大部降水偏少。9—10月环流异常特征显示我国南方上空为偏北风距平,来自南海和西北太平洋的水汽输送条件极差,西北太平洋副热带高压偏强偏西,我国南方受下沉运动控制,有利于大部地区降水偏少、气温偏高,出现持续干旱。海温外强迫影响分析显示,2022年秋季印度-太平洋暖池异常偏暖,热带太平洋中东部偏冷,赤道印度洋西部偏冷,对应赤道印度洋上空纬向季风环流和太平洋上空Walker环流之间为显著的耦合特征。热带印度洋偶极子(TIOD)显著影响区域为江南西部和西南地区东南部,厄尔尼诺-南方涛动显著影响区域是江南大部和华南北部。即2022年秋季我国南方降水异常偏少受到TIOD负位相和拉尼娜状态的协同影响。     

2009年秋至2010年春我国西南地区严重干旱的成因分析

我国西南地区从2009年秋季到2010年春季发生了严重干旱,这次干旱无论持续时间和发生区域或降水减少程度都是近50年来所罕见的,因而本文利用ERA-40再分析资料和海温资料从热带西太平洋和热带印度洋热力异常对热带西太平洋和南亚上空大气环流的影响来分析了这次西南地区干旱发生的成因。分析结果表明:从2009年秋到2010年春季,热带西太平洋和热带印度洋处于升温状态,它使得热带西太平洋上空产生反气旋异常环流,造成了西南气流异常在我国东南沿海加强,而华南和华中地区上空处于低槽控制,因而在高原东部为槽后西北气流和下沉气流所控制,造成了从孟加拉湾来的水汽很难到达云贵高原,从而引起了此区域降水长期偏少。并且,分析结果还表明了中高纬度地区的环流异常对此次严重干旱也有重要影响。由于从2009年冬季到2010年春季中高纬度准定常行星波传播的极地波导偏强,而低纬波导偏弱,这导致波的E-P通量在60°N附近对流层和平流层为辐合,而在35°N附近对流层中、上层为辐散,从而引起纬向平均西风在60°N附近对流层和平流层减弱,而在35°N附近对流层中、上层加强,造成了北极涛动(AO)为很大的负值。由于AO为负值,东亚冬季冷空气活动强且路径偏东,使得到达西南地区冷空气偏弱,从而引起西南地区持续性严重干旱的发生。     

2005年春季云南异常干旱的成因分析

2005年春季云南出现了自1979年以来大范围持续性的干旱天气,给工农业生产和人民生活造成了巨大损失。首先对这次持续性异常干旱的成因进行诊断分析,然后通过相关分析和合成分析方法进一步探讨了云南春旱发生的前期信号特征。结果表明：（1）这次云南春旱发生时大气异常状态特征主要表现为干燥的对流层大气和强烈的下沉运动。（2）850hPa北印度洋地区持续的东风异常和持续偏强偏西的西太平洋副热带高压是导致这次云南重大春旱发生的重要原因。（3）前期冬季1～2月东亚中纬度地区对流层低层或中高层较强冷空气的向南输送,以及1～3月赤道附近弱对流活动有利于云南春季降水偏少,对后期云南春旱的发生有重要的指示意义。     

2009年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

2009年总体来看,全国天气气候的特征为气温偏高,平均降水偏少,夏季为近10多年来降水最少的年份,区域性和持续性干旱非常显著:黄淮、华北发生了严重的秋冬季连旱,东北西南部夏秋旱严重,江南西部、华南西部和西南南部夏秋旱明显等。2009年在南海和西太平洋生成的热带气旋个数明显偏少,但是登陆的偏多,初次登陆时间偏早。分析发现,2009年赤道中东太平洋春季前处于冷水位相,4月以后进入暖水位相,6月开始了一次厄尔尼诺事件。受海洋异常强迫和海气相互作用的影响,北半球大气环流表现出的主要特征是:500 hPa西太平洋副高强度和位置变化较大;东亚冬季风偏弱,夏季风偏强;西太平洋暖池区冬春季热带对流活动偏强,夏秋季正常;亚洲中高纬度经纬向环流交替转换,其中5月纬向环流盛行,6月、10月和11月经向环流盛行。这些环流异常是影响2009年中国气候异常的主要原因。     

西太平洋副高与ENSO的关系及其对福建雨季降水分布的影响

用低阶大气环流谱模式就前期冬春季南海-热带东印度洋(10 oN～15 oS, 90～120 o E) 海温异常对南海夏季风的影响进行了数值试验。结果表明, 当南海-热带东印度洋海温异常偏暖时,其南北两侧大气低层出现异常气旋性环流,高层出现异常反气旋性环流,其东西两侧, 在南海-热带西太平洋大气低层出现强大的异常辐合,高层出现强大的异常辐散;在热带西印度洋大气低层为明显的辐散,高层为明显的辐合,得到了与Gill理论相一致的结论。此时大气低层赤道两侧异常气旋性环流阻挡了赤道索马里越赤道SW气流进入南海, 加强了赤道西风, 并明显减弱了澳大利亚越赤道SW气流,菲律宾以东的异常反气旋性环流加强了西太平洋副热带高压, 使其位置偏南偏西, 同时大气高层印度洋上空的异常东风加强了南亚高压, 从而导致南海夏季风强度减弱, 爆发可能推迟。在南海-热带东印度洋海温异常偏冷时,大气低层赤道两侧异常反气旋性环流减弱了赤道索马里越赤道SW气流, 加强了澳大利亚越赤道SW气流,菲律宾东北部的异常气旋性环流不利于其东侧的副热带高压发展, 同时大气高层印度洋上空的异常西风减弱南亚高压强度,有利于南海夏季风加强, 爆发可能提前。     

Interdecadal change in the relationship of southern China summer rainfall with tropical Indo-Pacific SST

The present study investigates the interdecadal change in the relationship between southern China (SC) summer rainfall and tropical Indo-Pacific sea surface temperature (SST). It is found that the pattern of tropical Indo-Pacific SST anomalies associated with SC summer rainfall variability tends to be opposite between the 1950–1960s and the 1980-1990s. Above-normal SC rainfall corresponds to warmer SST in the tropical southeastern Indian Ocean (SEIO) and cooler SST in the equatorial central Pacific (ECP) during the 1950–1960s but opposite SST anomalies in these regions during the 1980–1990s. A pronounced difference is also found in anomalous atmospheric circulation linking SEIO SST and SC rainfall between the two periods. In the 1950–1960s, two anomalous vertical circulations are present between ascent over SEIO and ascent over SC, with a common branch of descent over the South China Sea that is accompanied by an anomalous low-level anticyclone. In the 1980–1990s, however, a single anomalous vertical circulation directly connects ascent over SC to descent over SEIO. The change in the rainfall–SST relationship is likely related to a change in the magnitude of SEIO SST forcing and a change in the atmospheric response to the SST forcing due to different mean states. A larger SEIO SST forcing coupled with a stronger and more extensive western North Pacific subtropical high in recent decades induce circulation anomalies reaching higher latitudes, influencing SC directly. Present analysis shows that the SEIO and ECP SST anomalies can contribute to SC summer rainfall variability both independently and in concert. In comparison, there are more cases of concerted contributions due to the co-variability between the Indian and Pacific Ocean SSTs.     

春季热带南大西洋海表温度异常与夏季亚澳季风区降水异常的联系

利用1979—2019年Hadley中心的海表温度资料、GPCP的降水资料以及NCEP-DOE的再分析资料等,分析了北半球春季热带南大西洋海表温度异常与北半球夏季亚澳季风区降水异常的联系。研究表明,北半球春季热带南大西洋海表温度异常与随后夏季热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区的降水异常为显著负相关（正相关）关系。北半球春季热带南大西洋的海表温度正异常可以引起热带大西洋和热带太平洋间的异常垂直环流,其中异常上升支（下沉支）位于热带大西洋（热带中太平洋）。热带中太平洋的异常下沉气流和低层辐散气流引起热带中西太平洋低层的异常东风,后者有利于热带中东太平洋海表温度出现负异常。通过Bjerknes正反馈机制,热带中东太平洋海表温度异常从北半球春季到夏季得到发展。热带中东太平洋海表温度负异常激发的Rossby波使得北半球夏季热带西太平洋低层出现一对异常反气旋。此时,850 hPa上热带西太平洋到海洋性大陆地区为显著的异常东风,有利于热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区出现异常的水汽辐散（辐合）,导致该地区降水减少（增加）。     

前冬印度洋海盆一致模对ENSO衰减期华南春季降水的影响

利用逐月台站观测降水、HadISST1.1海温和ERA5大气再分析资料,研究了前冬印度洋海盆一致模（Indian Ocean Basin,IOB）对华南春季降水（SCSR）与ENSO关系的影响,并分析了IOB通过调控ENSO环流异常进而影响SCSR的可能机制。结果表明:当前冬El Ni?o（La Ni?a）与IOB暖（冷）位相同时发生时,SCSR显著增多（减少）;而当El Ni?o或La Ni?a单独发生而IOB处于中性时,SCSR并无明显多寡倾向。其原因在于,当El Ni?o与IOB暖相位并存时,前冬热带印度洋和赤道中东太平洋均为正海温异常（Sea-Surface Temperature Anomaly,SSTA）,且印度洋SSTA强度可一直维持至春季。在对流层低层,春季赤道中东太平洋的正SSTA激发出异常西北太平洋反气旋（Western North Pacific Anticyclone,WNPAC）。而热带印度洋的正SSTA在副热带印度洋激发出赤道南北反对称环流,赤道以北的东风异常有利于异常WNPAC西伸;赤道以南的西风异常与来自赤道西太平洋的东风异常在东印度洋辐合上升,气流至西北太平洋下沉,形成经向垂直环流,有利于春季WNPAC维持。在对流层高层,印度洋的正SSTA在热带印度洋上空激发出位势高度正异常,随之形成的气压经向梯度加强了东亚高空副热带西风急流,进而在华南上空形成异常辐散环流。WNPAC的西伸和加强可为华南提供充足的水汽,同时高空辐散在华南引发水汽上升运动,共同导致SCSR正异常。而若El Ni?o发生时IOB处于中性状态,El Ni?o相关的SSTA衰减较快,春季WNPAC不显著,SCSR无明显多寡趋势。      

Seasonal Prediction for May Rainfall over Southern China Based on the NCEP CFSv2

In this study, we assess the prediction for May rainfall over southern China (SC) by using the NCEP CFSv2 outputs. Results show that the CFSv2 is able to depict the climatology of May rainfall and associated circulations. However, the model has a poor skill in predicting interannual variation due to its poor performance in capturing related anomalous circulations. In observation, the above-normal SC rainfall is associated with two anomalous anticyclones over the western tropical Pacific and northeastern China, respectively, with a low-pressure convergence in between. In the CFSv2, however, the anomalous circulations exhibit the patterns in response to the El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO), demonstrating that the model overestimates the relationship between May SC rainfall and the ENSO. Because of the onset of the South China Sea monsoon, the atmospheric circulation in May over SC is more complex, so the prediction for May SC rainfall is more challenging. In this study, we establish a dynamic-statistical forecast model for May SC rainfall based on the relationship between the interannual variation of rainfall and large-scale ocean-atmosphere variables in the CFSv2. The sea surface temperature anomalies (SSTAs) in the northeastern Pacific and the central-eastern equatorial Pacific, and the 500-hPa geopotential height anomalies over western Siberia in previous April, which exert great influence on the SC rainfall in May, are chosen as predictors. Furthermore, multiple linear regression is employed between the predictors obtained from the CFSv2 and observed May SC rainfall. Both cross validation and independent test show that the hybrid model significantly improve the model''s skill in predicting the interannual variation of May SC rainfall by two months in advance.     

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。     

THE VARIATION OF THE SPRING PRECIPITATION IN GUANGZHOU AND ITS PRECURSORY SIGNALS

Guangzhou spring rainfall mainly exhibits interannual variation of Quasi-biannual and interdecadal variation of 30 yrs, and is in the period of weak rainfall at interdecadal time scale. SST anomalies (SSTA) of Nino3 are the strongest precursor of Guangzhou spring rainfall. They have significant positive correlation from previous November and persist stably to April. Nino3 SSTA in the previous winter affects Guangzhou spring rainfall through North Pacific subtropical high and low wind in spring. When Nino3 SSTA is positive in the previous winter, spring subtropical high is intense and westward, South China is located in the area of ascending airflow at the edge of the subtropical high, and water vapor transporting to South China is intensified by anticyclone circulation to the east of the Philippines. So Guangzhou spring rainfall is heavy. When Nino3 SSTA is negative, the subtropical high is weak and eastward, South China is far away from the subtropical high and is located in the area of descending airflow, and water vapor transporting to South China is weak because low-level cyclonic circulation controls areas to the east of the Philippines and north wind prevails in South China. So Guangzhou spring rainfall is weak and spring drought is resulted.     

影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区及机制初探

利用1958—2011年NCEP/ NCAR再分析资料和ERSST资料,采用Lanczos时间滤波器、相关分析、回归分析、合成分析和交叉检验等方法,研究了影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区海温异常的来源与可能机制。结果表明,前冬(12—2月)热带西南印度洋和热带西北太平洋是影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区。冬季热带西南印度洋(热带西北太平洋)的异常增暖是由前一年夏季El Ni?o早爆发(强印度季风异常驱动的行星尺度东-西向环流)触发、热带印度洋(西北太平洋)局地海气正反馈过程引起并维持到春季。冬季热带西北太平洋反气旋性环流(气旋性环流)及印度洋(热带西北太平洋)的暖海区局地海气相互作用使得印度洋(热带西北太平洋)海温异常维持到春末。春季,逐渐加强北移到10 °N附近的低层大气对北印度洋(热带西北太平洋)暖海温异常响应的东风急流(异常西风)及南海-热带西北太平洋维持的反气旋性环流(气旋性环流)异常,使得南海夏季风晚(早)爆发。      

夏半年热带太平洋中部型海温异常与热带印度洋海盆模对同期中国东部降水的共同影响

利用1961—2013年NCEP/NCAR再分析资料和Had ISST月平均海表面温度资料,分析了夏半年热带太平洋中部型海温异常与热带印度洋海盆模(Indian Ocean Basin M ode,IOBM)的特征,并研究了不同位相配置时二者对同期中国东部气候的共同影响。结果表明:1)太平洋中部型海温异常指数与印度洋海盆模指数几乎相互独立。太平洋中部型海温异常与IOBM同位相变化(记为PPNN事件)和反位相变化(记为PNNP事件)时,热带印太地区海温异常分别呈三级型和偶极型分布。2)不同位相配置对中国东部地区降水异常的影响及其影响机制存在显著差异:当发生PPNN事件时,水汽从海洋性大陆(Maritime Continent,MC)地区向江淮流域输送;热带海温异常引起大气产生Gill型响应,维持了中国东部的环流异常;M C地区通过经向三圈异常垂直环流引起江淮流域降水异常增多。发生PNNP事件时,Gill型环流响应中心西移,长江流域降水偏少,水汽辐散;同时MC地区对流层低层准定常Rossby波能传播也有利于长江流域扰动的维持。这些结果对深刻认识中国东部地区夏半年降水异常成因和印度洋/太平洋海温异常不同分布的作用具有重要意义。     

INTERANNUAL VARIABILITY OF WINTER AND SPRING PRECIPITATION IN SOUTH CHINA AND ITS RELATION TO MOISTURE TRANSPORT

The interannual variability of winter and spring precipitation in South China(SC)and its relation to moisture transport are investigated by using the monthly precipitation data of NMIC,NCEP reanalysis datasets and NOAA ERSST analysis datasets from 1960 to 2008.The results show that winter and spring precipitation in SC is less than normal from the 1960s to the start of the 1970s and from the end of the 1990s to the present.Most of rainfall anomalies on the whole regional scale of SC is well in phase during winter and spring,and the frequency of persistent drought is higher than that of persistent flood.Seasonal variations of moisture transport differences of SC between persistent drought and flood events are observed:the differences in winter are characterized by moisture transport from Bay of Bangle(BOB)and South China Sea(SCS),while differences in spring are characterized by that from SCS and North China(NC).There are two types of Ni o3.4 sea surface temperature anomaly(SSTA)related to persistent winter and spring drought(flood)events in SC,which are positive SSTA next to Ni o4(Ni o3)and negative SSTA next to Ni o3(Ni o4).Moreover,the variations of moisture transport from BOB and SC have important effects on persistent drought/flood in SC when the Ni o3.4 index is in the positive phase,while those from western North Pacific(WNP)-SC in winter and those from Philippine Sea(PHS)-SC and NC in spring primarily contribute to persistent drought/flood events in SC when the Ni o3.4 index is in the negative phase,and these stronger(weaker)moisture transports are observed in persistent flood(drought)during winter and spring regardless of the Ni o3.4 index.In conclusion,with the correlation between variations and distributions of Ni o3.4 SSTA and persistent drought/flood events in SC,moisture transport is responsible for the formation of precipitation anomalies.In addition,the moisture transport from SCS is most significantly correlated with persistent drought/flood events during winter and spring.