夏季东亚季风和南亚季风协同作用与我国南方夏季降水异常的关系

利用1979-2014年中国降水资料和欧洲中心ECMWF再分析资料,运用经验正交函数分解、相关分析、小波分析、合成分析、差值分析等方法,重新计算了南亚季风和东亚季风交界面指数IIEI,在与夏季东亚季风、南亚季风指数对比的基础上,分析了其年际变化、正负异常年特征及其与中国区域降水的关系。结果发现,IIEI综合指数与东亚季风指数呈正相关,与南亚季风指数为负相关,并与夏季中国南方大部地区降水呈负相关; IIEI指数正异常年,东亚季风较南亚季风偏强。南亚高压强度偏弱,位置偏南偏西。西太平洋副热带高压(简称副高)强度偏弱,位置偏东偏北,中国南方受东北风控制。中国南海低空为偏北风,抑制了水汽向我国南方输送。我国南方主要为下沉运动,导致其大部分地区降水偏少,容易引起干旱。IIEI指数负异常年时,东亚季风较南亚季风偏弱,南亚高压强度偏强,位置偏东。西太平洋副高强度偏强,位置偏西偏南,中国南方为西南风控制。南海低空为偏南风,由阿拉伯海和孟加拉湾输送而来的水汽,经偏南气流输送至中国南方广大区域,与从北方南下的干冷气流交汇,因为异常的上升运动,引起中国南方大范围降水异常偏多,容易导致洪涝。因此,东亚季风和南亚季风的协同演变是影响我国南方降水异常的重要原因。     

夏季南亚高压的气候变化特征及其对中国东部降水的影响

根据我国1961—2008年气温、降水量的地面观测资料,1971—2000年高空观测位势高度资料及NCEP再分析资料,研究了南亚高压的气候变化特征及其与东部夏季降水异常的相互关系。结果表明:(1)NCEP再分析资料的气温和位势高度与实际观测值在整个中国地区具有相同的变化特征,适用于中国地区气候年际变化特征的研究。(2)南亚高压具有明显的年际和年代际变化特征,南亚高压面积指数和东伸指数的气候变化特征几乎相同,对中国降水的影响作用也几乎一致。(3)根据奇异值分解和相关分析发现,当南亚高压面积指数偏大、位置偏南时,长江中下游降水量偏多;当南亚高压面积偏小、位置偏北时,长江中下游降水量则偏少。造成这种影响的物理机制是当南亚高压偏大、位置偏南时,中国南部及西太平洋洋面受反气旋环流异常的控制,有利于暖湿气流向长江流域输送,且长江中下游为一气流辐合区,造成该地区降水量偏多;当南亚高压偏小、位置偏北时,水汽输送条件较差,且长江中下游为一辐散区,不利于长江中下游降水量的产生。     

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。     

2018年南京梅雨异常特征及环流分析

利用自动站降水数据和NCEP/NCAR再分析资料,结合江苏入、出梅指标对2018年南京梅雨进行讨论,分析导致当年南京梅雨异常的环流因子特征。结果表明：1）当年入梅偏晚、出梅正常,梅雨分布不均匀,总量偏少,其中南部异常偏少8成;2）前期南支槽活动频繁,副热带高压相比同期偏南,季节北跳偏迟,且南亚高压主体偏强,位置偏东偏北,导致入梅偏迟;3）入梅后,副热带高压大幅度北抬,南亚高压东伸明显,加之东北冷涡活动弱,使得冷暖气流交汇偏北,因此江苏沿江地区梅雨量偏少;4）南京地区的梅雨量与6-7月副热带高压的南北跨度具有显著的负相关;5）东亚夏季风偏强时,南京中北部地区的梅雨量很可能偏少。     

海南岛春季降水异常的环流和海温特征

利用海南岛18个市县国家气象观测站月降水资料、NCEP\NCAR的逐月资料、美国NOAA中心OISST1的海温逐月资料,研究了海南岛春季降水变化及降水异常的大气环流变化特征,结果表明:海南岛春季降水量较大的地区为东北部到中部地区。春季降水量的特征时间尺度分别为2和6年。降水偏多(或偏少)年,高层位势高度呈现北高(或低)南低(或高)的分布状态,中层贝加尔湖和巴尔喀什湖之间高压脊偏强(或偏弱),东亚大槽偏强(或偏弱)、偏南(或偏北),副高偏弱(或偏强)、偏南(或偏北),有利于(或不利于)北方冷空气南下扩散到华南地区,中南半岛到南海中北部低压(或高压)异常。降水偏多年,西南风携带大量水汽经孟加拉湾南部、中南半岛南部进入南海后与冷空气汇合;降水偏少年,冷空气活动偏北,西南风偏弱。当赤道附近的中东太平洋海区的海温异常偏低、30N°附近的北太平洋海区和我国的黄海、东海附近海区的海温异常偏高时,有利于春季降水,反之则不利于春季降水。     

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。     

西藏夏季降水的季节内变化特征及其影响系统

利用西藏地区1980-2013年夏季降水量资料、NCEP再分析资料等,分析了西藏地区夏季降水主模态季节内变化特征,尤其是盛夏7和8月降水异常对应的大尺度环流特征和影响系统。结果表明:西藏夏季降水存在明显的季节内变化,6和7月降水主模态的时间系数变化具有较好的持续性,而7和8月降水主模态的时间系数的相关关系明显减弱。西藏地区7和8月降水偏多年,西藏地区上游低层纬向风场均呈西风异常,但是水汽来源有差异;同时欧亚中高纬地区对流层中高层环流存在显著差异。西藏7月降水与南亚高压强度存在显著负相关关系,南亚高压偏强/弱时,降水偏少/多。西藏8月降水与南亚高压的位置关系更密切,南亚高压偏南/北,降水偏多/少。     

南疆夏季降水异常的环流和青藏高原地表潜热通量特征分析

利用1980—2004年NCEP/DOE新再分析月平均资料及我国225个测站1980—2004年月降水量资料,通过诊断分析,研究了南疆夏季降水异常的环流和高原地表潜热通量特征。结果表明:南疆夏季降水偏少年,南亚高压西部偏强,西风急流位置偏北,500 hPa中高纬环流经向度减弱,伊朗高压偏北、偏东,西太平洋副热带高压偏西、偏南;降水偏多年则相反。南疆夏季降水偏少年,高原北部和南疆地区为下沉的垂直环流距平,Ferrell环流增强;降水偏多年则相反。南疆夏季降水偏少年和偏多年的前期冬春季开始孟加拉湾、青藏高原和南疆地区地表潜热通量具有相反的变化,南疆夏季降水与高原北部地表潜热通量呈显著正相关,与南部地表潜热通量呈反相关关系。     

夏季新疆降水异常与印度降水的关系

利用1960-2003年6～8月新疆75个气象站降水量、印度地区降水量和NCEP/NCAR再分析资料,分析了新疆夏季降水量与印度降水之间的关系,以及印度降水变化与新疆降水异常联系的可能的物理机制.研究表明.印度降水与新疆夏季降水量之间存在显著的反相关关系,它们之间的线性相关系数为-0.39.夏季印度降水变化与其西北侧的西亚-中亚地区对流层平均温度呈显著正相关,从而与对流层高层南亚高压中心东西振荡和高压西部强弱,西亚地氏副热带西风急流(西亚急流)强度和南北位置振荡,500 hPa伊朗高压南北和东西振荡密切联系,夏季印度降水变化通过与这些影响新疆降水的系统联系而与新疆夏季降水呈显著的反相关关系.Eliassen-Palto通量(EP通量)的动力学诊断分析进一步表明,印度季风偏强(偏弱)导致南亚高压两侧由南向北进入亚洲西风急流人口处的波作用通量偏强(偏弱),使得西亚急流偏强(偏弱)、偏北(偏南).     

热带太平洋-印度洋海表温度变化及其对西南地区东部夏季旱涝的影响

利用1959—2006 年西南地区东部20 个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR 再分析月平均资料,分析了热带太平洋-印度洋海表温度异常特征及其对西南地区东部夏季降水(旱涝)的影响,结果表明:前期赤道东太平洋海表温度偏高,西南地区东部夏季降水偏多的可能性大;当前期春季印度洋海表温度偏高时,西南地区东部夏季降水可能偏多。太平洋区的海表温度距平(SSTA)分布呈“V”字型特征,赤道中东太平洋及南、北美西部沿海的SSTA 与赤道西太平洋、南北太平洋的SSTA 呈反相关分布,与西太平洋的亚洲大陆东部沿海的SSTA 呈正相关,赤道印度洋及南印度洋的大部分地区的SSTA 与赤道中、东太平洋的SSTA 变化是一致的。当春季赤道中东太平洋及印度洋海表温度(SST)偏高(偏低)时,夏季南亚高压位置偏南(偏北),强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),同时西太平洋副高强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),位置偏南(偏北),西伸(东退)明显,东亚夏季风和南亚夏季风偏弱(偏强),我国华北及华南地区盛行下沉(上升)运动,而整个长江流域及青藏高原东部盛行上升(下沉)运动,西南地区东部也盛行弱的上升(下沉)运动,这有利于西南地区东部降水偏多(偏少),出现洪涝(干旱)的可能性大。      

高原季风强弱对南亚高压活动的影响

分析了高原季风强弱对夏季南亚高压活动和三峡库区旱涝的影响,揭示了如高原夏季风偏强(弱),育藏高原上空及其以东地区100hPa南亚高压也偏强(弱),位置偏北偏东(偏南偏西)。高原季风强年,南亚高压脊线6月北跳比多年平均早1候,8月南撤晚1～2侯;高原季风弱年。脊线北跳晚1～2候,南撤早1候。同时显示了高原夏季风强年,5～6月三峡库区降水随着南亚高压脊线北移而增多,7～8月三峡库区降水减少;高原夏季风弱年,主汛期前期库区降水少,后期降水略有增多。     

湖南夏秋干旱及环流异常特征

利用湖南83站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用数理统计方法,分析了湖南夏秋干旱的分布特征,对湖南夏秋干旱类型进行了划分,对比了3类干旱型在同期大气环流和前期海温上的差异。结果表明:(1)1961—2016年湖南夏秋干湿变化经历了"干、湿、干、湿、干、湿"6个时段,可分为全省、北部和南部干旱型;(2)全省干旱型年份西太平洋副热带高压(副高)偏弱、偏北,南亚高压偏强、偏北,东亚地区从北至南呈东亚/太平洋型遥相关(EAP)的负位相分布,东亚副热带西风急流偏东、偏北,低层风场在我国江南地区有一反气旋距平环流,湖南大部为辐散异常区,造成湖南大部降水偏少,形成干旱;(3)北部干旱型年份副高偏弱、偏北、偏东,南亚高压和东亚副热带西风急流明显偏北,低层风场在长江中下游地区有一较大的东风距平区,湖南北部为辐散异常区,南部为辐合异常区,形成湖南北旱南涝的空间格局;(4)南部干旱型年份副高偏强、偏西、偏南,南亚高压偏强、略偏南,东亚地区从北至南呈EAP的正位相分布,东亚副热带西风急流偏南,低层风场在我国华南地区有一反气旋距平环流,华南地区为辐散异常区,江淮地区为辐合异常区,形成湖南南旱北涝的空间格局。     

热带印度洋偶极子与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化

利用中国站点观测逐月降水和月平均气温资料以及NCEP/NCAR再分析资料,揭示了热带印度洋偶极子(IOD)与中国夏季气候异常关系的年代际变化.结果表明:IOD与中国夏季年际气候异常的关系既有稳定的一面,又存在着年代际变化.较为稳定的关系表现为:IOD与同年夏季长江黄河之间的降水变化存在显著负相关,与四川气温变化存在显著正相关;IOD与次年夏季四川降水存在显著正相关.伴随发生在20世纪70年代末的大尺度环流年代际转型,IOD与中国气候年际异常的联系亦发生变化:IOD正位相年的同年夏季降水异常型,由中国大部分地区偏少变为长江以南(北)偏多(少),气温由西南地区东部偏暖变为长江以南(北)偏冷(暖);次年夏季降水由全国大部分地区偏多变为长江以南(北)偏少(多),气温由全国大部分地区相关不显著变为黄河以南大部分地区显著偏暖.在IOD负位相年,中国夏季气候异常的特征与IOD正位相年相反.在20世纪70年代末的大尺度年代际气候转犁前后,与IOD相关的东亚大气环流异常特征明显不同.在IOD发展阶段,在70年代末以前,印度夏季风和南海季风偏强,副热带高压势力偏弱,导致中国华南大部分地区降水偏少,华北西部以及内蒙古中部等地降水偏多;70年代末以后,东亚大陆中纬度为弱的东风距平,导致新疆北部降水偏少,气温偏高,华南降水偏多.在IOD次年夏季,70年代末以前,华南、河套以及四川等地盛行偏南气流,降水偏多;70年代末以后,南亚高压和西太平洋副高偏西偏强,华南、江南降水偏少.     

南亚高压建立早晚与亚洲热带夏季风及中国中东部夏季降水的关系

利用1979—2008年NCEP/NCAR逐日再分析资料、全国753个测站的逐日降水资料和向外长波辐射(OLR)资料讨论了4—5月南亚高压在中南半岛上空建立的早晚与后期亚洲热带夏季风的建立及中国中东部夏季降水的关系。发现南亚高压建立偏早(晚)年,亚洲热带地区纬向风垂直切变转向和对流爆发早(晚),对流层低层赤道印度洋地区为反气旋式(气旋式)距平环流。相应地,亚洲热带夏季风建立早（晚）。此外,南亚高压建立早晚年,夏季6—8月期间亚洲区域的大气环流形势及水汽输送状况也存在显著差异:偏早(晚)年,南亚高压和西太副高偏弱(强),中高纬环流形势有(不)利于冷空气南下,长江以南地区上升运动偏强(弱),长江以北地区则上升运动偏弱(强),我国中东部至西太平洋地区为气旋式(反气旋式)水汽通量距平环流控制,导致中国中东部夏季降水在南亚高压建立早晚年大致呈现反相分布。因此南亚高压在中南半岛上空建立的早晚可以作为高层先兆信号,对后期亚洲热带夏季风的建立及中国中东部夏季降水分布起到较好的指示作用。      

鄂北春播期降水异常能量输送及成因分析

利用1981—2018年降水观测信息,结合NCEP再分析资料,采用合成诊断以及大气能谱方法,对比分析鄂北春播期降水异常天气成因。结果表明:降水偏少年副热带高压偏弱偏南,极涡偏弱,中纬度扰动动能表现为经向弱,纬向输送位置偏南,角动量以向南输送为主,南北能量交换弱,因而鄂北地区冷暖空气交汇不明显,对流层低层为辐散气流,不利于产生锋生动力。降水偏多年副热带高压和极涡均偏强,高原槽活动频繁,中纬度扰动动能表现为经向强,纬向输送位置偏北,角动量南北输送均明显,能量交换频繁,因而鄂北地区冷暖空气交汇明显,对流层低层为辐合气流,利于产生锋生动力。     

热带太平洋-印度洋海温异常综合模对南亚高压的影响

从综合考虑热带太平洋和印度洋海温异常特征出发,研究了热带太平洋-印度洋海温异常综合模对南亚高压的影响.当热带太平洋-印度洋海温异常综合模为正位相(西印度洋和东太平洋海温距平为正,东印度洋-西太平洋海温距平为负),南亚高压偏弱,位置偏东偏南;当热带太平洋-印度洋海温异常综合模为负位相(西印度洋和东太平洋海温距平为负,东印度洋-西太平洋海温距平为正),南亚高压偏强,位置偏西偏北.热带太平洋-印度洋海温异常综合模影响南亚高压主要通过三种机制:一是通过影响亚洲季风从而影响了降水潜热形成的大气加热场分布,在正(负)位相年,青藏高原大气热源为负(正)异常,因此青藏高原上空空气上升减弱(加强),南亚高压偏弱(偏强);南海季风和热带辐合带加强(减弱),菲律宾附近的大气热源加强(减弱),有利于上空青藏高原东南侧反气旋(气旋)式的距平环流,因此南亚高压偏东偏南(偏西偏北).二是热带太平洋-印度洋海温的纬向热力对比引起赤道纬向垂直(Walker)环流异常,必将引起高空纬向风异常,在正(负)位相年,南亚高压南部的印度洋高空会出现西(东)风异常,导致南亚高压偏弱(偏强).三是综合模的正(负)异常加强(减小)西印度洋经度范围的区域Hadley环流,其北侧伊朗高原上的异常下沉(上升)支,造成南亚高压偏弱(偏强),位置偏东偏南(偏西偏北).     

湖南省夏季极端降水异常时空特征及其成因分析

利用湖南省88站常规观测资料、NCEP全球再分析资料,采用EOF分解和合成分析方法研究了湖南省1961—2014年极端降水的年际变化异常和时空特征,以及极端降水异常的环流成因。并主要分析了由EOF方法分析得出的第一类极端降水形态(一致偏多或偏少型)与环流异常之间的联系。结果表明,湖南省夏季极端降水分布有较大的空间差异,且湖南省极端降水呈明显增强的趋势。由于极端降水的变化周期与大尺度环流固有的2～4 a周期相同,因此大尺度环流的变化是湖南省极端降水异常的主要成因。大尺度环流的变异引起中国东部经向排列的环流异常分布,使得高度场和风场等气候场产生变异,从而引起湖南省极端降水的异常。从极端降水偏多年与偏少年大气环流的差值场可以看出:湖南省处于显著差异区,湖南省极端降水偏多(偏少)主要是由于北方的偏北风加强(减弱)和经西太平洋—南海进入湖南地区的西南风加强(减弱)并在湖南地区产生辐合(辐散)。当夏季东亚副热带西风急流偏南时,湖南正处在偏南较强西风急流的南侧,较强西风急流所产生的抽吸现象使得上层空气辐散,增加了湖南省极端降水的强度。副热带高压强度偏强、位置偏南、偏西,使得东亚夏季风偏弱,导致气流辐合稳定在湖南省,造成极端降水偏强。前冬中东太平洋海温偏暖(EI Ni1o)/偏冷(La Ni1a),湖南地区的极端降水容易一致偏多/偏少。同时黑潮暖流区也是影响湖南极端降水变化的可能原因。     

青藏高原和热带印度洋5月热力异常与新疆夏季降水的关系

基于1979-2017年美国国家海洋和大气管理局(NOAA)提供的海表温度资料和美国国家环境预测中心(NCEP)/美国国家大气研究中心(NCAR)提供的大气环流再分析资料以及青藏高原地区149个站点观测资料计算的地表感热通量和新疆气象信息中心提供的全疆81站逐月降水资料等,研究了5月青藏高原和热带印度洋加热对新疆夏季降水的单独影响和共同影响。结果表明:5月高原感热和印度洋海表温度的异常呈较好的持续性,异常可持续至夏季。奇异值分解(SVD)分析发现5月高原东部(90°E为界)感热与新疆北部及塔里木盆地西南部夏季降水呈显著负相关,热带印度洋海温与塔里木盆地西部夏季降水呈显著正相关。当仅考虑高原感热影响时,高原东部感热偏强(弱)时,对应北疆夏季降水将偏少(多);当仅考虑热带印度洋海温影响时,海温偏暖(冷)时,塔里木盆地西部地区夏季降水偏多(少)。当高原感热和热带印度洋海温均偏强(弱)时,北疆夏季降水将偏少(多),南疆夏季降水将偏多(少)。当高原感热偏强(弱),热带印度洋海温偏弱(强)时,中亚副热带西风急流位置偏北(偏南),中亚和贝加尔湖地区上空分别为异常反气旋(异常气旋)和异常气旋(异常反气旋)控制,新疆上空盛行偏北(南)风,同时热带印度洋水汽不能(能)输送至新疆上空导致新疆夏季降水偏少(多)。     

湖南夏季旱涝转折异常特征分析

利用1961—2015年夏季(5—8月)湖南89个台站的逐月降水资料和NCEP/NCAR再分析资料、海温资料,计算了湖南近55 a的旱涝急转指数(LDFAI),挑选出湖南夏季旱涝急转(旱转涝和涝转旱两种类型)异常年,分析了异常年的同期大尺度环流和前期海温的基本特征,结果表明:(1)旱转涝年,旱期对流层中层鄂霍次克海有阻塞高压,副高偏西偏南,湖南受中纬度偏西气流控制,南亚高压较常年整体偏北偏强,湖南上空伴随着下沉运动加强,水汽辐散,致使湖南少雨干旱;涝期副高较同期偏南,湖南受中纬度低槽和副高共同影响,南亚高压北移,东伸脊点位于川渝交界附近,且高压中心呈青藏高压模态,湖南上空伴随着强烈的上升运动和水汽汇合,导致湖南降水增多。(2)涝转旱年,涝期副高较常年偏东,冷暖空气交汇在湖南地区,南亚高压整体较常年偏南偏弱,湖南上空伴随着上升运动和水汽汇合,湖南偏涝;旱期副高较常年偏西,湖南受副高控制,此时南亚高压主体偏强偏东,东伸脊点位于湖北一带,高压中心呈伊朗高压模态,加上湖南上空下沉运动和水汽输送辐散异常偏强,干旱少雨。(3)LDFAI指数与前期(前一年夏、秋、冬季和当年春季)太平洋相关海区海温存在显著相关性,这为湖南夏季旱涝急转类型的预测提供了参考信号。     

江淮梅雨异常空间分布型对比分析

利用国家气候中心整编的中国160个测站的月降水资料,提取1951—2012年江淮流域26站6、7月份的梅雨量距平场资料进行EOF分析,将梅雨雨型分为北涝南旱型和南涝北旱型。利用NCAR/NCEP再分析资料对两种空间分布的典型年大气环流背景特征进行合成分析,结果表明:北涝南旱年,高纬度鄂霍次克海高压阻塞形势偏强,极涡偏弱,西太平洋副热带高压和南亚高压位置偏北,东亚副热带夏季风偏强,水汽辐合中心偏北;南涝北旱年情形基本相反,高纬度鄂霍次克海高压阻塞形势和极涡偏强,西太平洋副热带高压和200 hPa南亚高压位置偏南,东亚副热带夏季风偏弱,水汽辐合中心偏南。