青藏高原夏季大气视热源与中国东部降水的关系的年代际变化

基于1979～2017年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的ERA-Interim逐日再分析资料和热力学方程,本研究估算了大气视热源,分析研究了青藏高原夏季大气视热源的异常与中国东部降水关系的年代际变化,以及青藏高原大气视热源影响我国东部夏季降水的物理机制。结果表明:（1）高原热源东、西部反相变化模态的重要性发生了年代际转变,表现为由1994年之前方差贡献相对小的第二变异模态变为1994之后方差贡献明显增大而成为第一主导变异模态。（2）青藏高原夏季大气视热源的东、西反相变化模态与中国东部降水的关系存在年代际变化。1993年之前和2008年之后,高原大气视热源的异常分别仅与长江下游降水和长江中游降水异常存在密切的联系;而在1994～2007年,其对长江流域及附近区域和华南地区的夏季降水的影响显著,具体表现为,当高原夏季大气视热源异常表现为东强西弱（东弱西强）时,长江中上游、江淮地区的降水偏多（少）,华南地区降水偏少（多）。（3）高原大气视热源显著影响我国东部夏季降水主要是通过经高原上空发展加强的天气系统东移过程影响长江流域及附近地区的降水,以及通过垂直环流影响华南地区的降水。     

青藏高原大气热源和冬春积雪与中国东部降水的年代际变化关系

利用NCEP 1950—2004年逐日再分析资料,采用倒算法,对青藏高原大气热源的长期变化进行了计算,结果发现,青藏高原及附近地区上空大气春夏季热源在过去50年里,尤其是最近20年,表现为持续减弱的趋势。而1960—2004年青藏高原50站的冬春雪深却出现了增加,尤其是春季雪深在1977年出现了由少到多的突变。用SVD方法对高原积雪和高原大气热源关系的分析表明,二者存在非常显著的反相关关系,即高原冬春积雪偏多,高原大气春夏季热源偏弱。高原大气春夏季热源和中国160站降水的SVD分析表明,高原大气春夏季热源和夏季长江中下游降水呈反相关,与华南和华北降水呈正相关;而高原冬春积雪和中国160站降水的SVD分析显示,高原冬春积雪和夏季长江流域降水呈显著正相关,与华南和华北降水呈反相关。在年代际尺度上,青藏高原大气热源和冬春积雪与中国东部降水型的年代际变化(南涝北旱)有很好的相关。最后讨论了青藏高原大气热源影响中国东部降水的机制。青藏高原春夏季热源减弱,使得海陆热力差异减小,致使东亚夏季风强度减弱,输送到华北的水汽减少,而到达长江流域的水汽却增加;同时,高原热源减弱,使得副热带高压偏西,夏季雨带在长江流域维持更长时间。导致近20年来长江流域降水偏多,华北偏少,形成"南涝北旱"雨型。高原冬春积雪的增加,降低了地表温度,减弱了地面热源,并进而使得青藏高原及附近地区大气热源减弱。     

青藏高原热力异常与华北汛期降水关系的研究

利用1980～1994年NCEP/NCAR再分析资料,以及我国336个测站1956～1994年月降水量资料,通过诊断分析和数值实验,研究了夏季高原上热力异常与华北汛期降水的关系.结果表明:华北汛期干旱年,青藏高压及西太平洋副热带高压偏南、偏东,华北汛期降水偏多年则相反;华北汛期旱年时,高原上升、高原东侧邻近地区下沉的垂直环流明显加强,而降水偏多年时,垂直环流减弱,华北地区为上升气流控制;夏季高原为热源和水汽汇区,它们的异常对华北地区降水有很大影响,当热源和水汽汇增强(减弱)时,华北地区降水偏少(偏多).数值试验表明,高原上潜热加热异常引起青藏高压、西太平洋副热带高压、亚洲季风以及欧亚中高纬地区环流的变化,进而影响到华北地区的降水.     

春夏东亚大气环流年代际转折的影响及其可能机理

本文通过多变量联合经验正交分解(MV-EOF)方法揭示了近30年(1979~2010年) 春季和夏季东亚大气环流所发生的年代际转折及其与中国南方降水年代际季节反相变化的内在联系,探讨了局地性大气热源年代际变化影响东亚大气环流年代际转折的可能机理.结果表明:(1)东亚大气环流春季第一模态和夏季第二模态在90年代中期都发生了明显的年代际转折;(2)与春季大气环流第一模态和夏季大气环流第二模态年代际转折相对应的是中国南方降水明显的年代际季节反相变化,即春季降水年代际减少,夏季降水年代际增多;(3)春季青藏高原和夏季贝加尔湖地区大气热源年代际变化对东亚大气环流年代际转折有一定贡献,是造成中国南方降水年代际季节反相变化的直接原因;(4)春季青藏高原大气热源的年代际减弱,使得高原东南侧的西南风减弱,导致中国南方上空水汽输送不足,春季降水减少.夏季贝加尔湖大气热源偶极型分布由“南负北正”转变为“南正北负”,由此在贝湖上空激发高压异常,使得夏季雨带北进受阻而停滞南方,造成中国南方夏季降水增多.     

青藏高原地区5月热力差异和后期夏季北疆降水的联系

基于美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均资料和新疆70站降水资料,分析了1961~2010年5月青藏高原地区地表热力异常差异和新疆夏季降水的联系。奇异值分解(SVD)分析发现,当5月青藏高原视热源偏弱,高原西北部地区偏强时,北疆夏季降水偏多。定义了一个热力差异指数来表征两个区域热力异常的对比程度,发现考虑这种大尺度热力差异对比要比单一地区与区域气候有更为密切的联系。当热力差异指数为负时,即5月青藏高原视热源偏弱,其西北部视热源偏强时:(1)西亚副热带西风急流位置偏南;(2)500 h Pa中亚上空和贝加尔湖上空分别对应异常气旋和反气旋环流,在二者共同作用下,北疆上空盛行异常的偏南气流,有利于低纬度的暖湿气流北上,形成有利于降水的环流形势;(3)印度半岛上空为异常反气旋环流,中亚上空为异常气旋环流,形成北疆夏季降水水汽的两步型输送,阿拉伯海水汽被输送至中亚和新疆地区。偏相关分析发现,青藏高原热力异常主要影响对流层中高层大气环流和水汽输送的第二步环流条件,高原西北部热力异常则影响水汽输送的第一步环流条件。     

华北汛期水汽条件的年代际特征分析

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,使用合成分析等方法,分析了华北汛期水汽条件的年代际变化特征,结果表明：大气对华北汛期的水汽输送以及华北区域的水汽收支有明显的年代际变化。以1978年为界,先前以异常西南风对华北进行水汽输送的改变为以后的异常东北风的水汽输送,先前以异常东风水汽输送的改变为以后的异常偏西风水汽输送,先前以异常偏西风水汽输送的改变为以后的异常偏东风水汽输送。对于华北区域而言,先前由南边界和西边界的异常水汽输送,改变为以后的由北边界和东边界异常水汽输送,华北地区水汽由以前的异常水汽辐合和盈余,改变为以后的异常水汽辐散和亏损。     

夏季东亚环流年际和年代际变化对登陆中国台风的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料,探讨夏季东亚大气环流、大气视热源和视水汽汇的年际及年代际变化与登陆中国台风频数的关系.研究表明:夏季200 hPa风场上南亚高压中心位置偏北(南)其形态表现向东北(东南)伸展,西太平洋热带地区上空(200 hPa)的东风急流加强(减弱),中层(500 hPa)西太平洋副热带高压脊线位置偏北(南),低层(850 hPa)东亚夏季风环流偏强(弱),登陆中国台风数偏多(少).夏季东亚-西太平洋热带大气视热源和视水汽汇为正(负)距平, 即东亚热带大气出现辐射加热(冷却)和变湿(变干),登陆中国台风数偏多(少).20世纪50～60年代登陆中国台风频数处于年代际变化相对偏少期,70～90年代中期登陆中国台风频数处于年代际变化相对偏多期.夏季登陆中国台风频数的年代际变化与西太平洋热带大气视热源、视水汽汇及西太平洋热带海温的年代际变化一致,西太平洋热带大气视热源、视水汽汇及西太平洋热带海温处在年代际变化的低(高)值阶段时,夏季登陆中国台风频数也处在年代际变化的偏少(多)期.     

夏季青藏高原及周边热力特征与东亚降水的区域关系

基于1979-2011年欧洲中心ERA-interim月平均再分析资料,采用倒算法计算了夏季青藏高原(下称高原)及周边地区大气热源和水汽汇,并通过REOF分析其空间分布特征,划分了5个重要热源区域,最后对比分析各区域的热力特征与东亚地区降水的关系。结果表明,夏季高原及周边地区热源空间分布复杂,局地特征显著,不同区域热源异常具有显著的差异性,其与降水的关系也同样具有显著的区域差异性。其中,高原南侧热源强时,高原主体及印度北部降水增多;高原东北侧热源强时,华北及邻近地区降水增多;高原主体东部热源强时,江淮流域降水增多;高原东南侧热源强时,长江流域降水增多;高原主体西部热源强时,华南降水增多。并且,高原及周边地区不同区域热源异常,影响东亚地区不同区域异常的水汽输送,从而对东亚地区降水产生重要影响。     

华南夏季大气水汽汇时空变化特征

用1958~2004年NCEP/NCAR再分析资料,分析华南夏季大尺度大气水汽汇的时空变化特征。结果表明:西南地区东部至华南北部地区、华南沿海地区是我国南方夏季水汽汇的2个主要的变异中心区。西南地区东部至华南北部地区夏季水汽汇具有明显的年代际变化特征。华南南部沿岸地区夏季水汽汇则以年际变化为主。西南地区东部至华南北部附近地区以及华南南部沿岸地区水汽汇的强弱异常变化,与东亚上空水汽输送异常而导致上述地区的垂直积分的水汽通量辐合的异常是密切相关:如果向华北或者长江流域的水汽输送增强(减弱),则华南地区得到的水汽减少(增加),导致上述地区上空的水汽汇偏弱(偏强)。     

青藏高原东部和西太平洋暖池区大气热源与中国夏季降水的关系

利用1951～2000年NCEP/NCAR逐日再分析资料计算了大气热源,并对夏季青藏高原东部大气热源异常和西太平洋暖池区大气热源异常对中国夏季降水的影响作了对比分析研究.结果表明,如果高原东部夏季大气热源显著偏强(偏弱),则长江流域地区的夏季降水显著偏多(偏少),而华南东部地区夏季降水偏少(偏多).菲律宾南部附近的热带西太平洋暖池区上空夏季大气热源显著偏强(偏弱)时,同期长江中下游地区偏涝(偏旱),而华南地区、江苏北部-山东南部则偏旱(偏涝).夏季青藏高原东部大气热源异常和热带西太平洋暖池区大气热源异常对中国夏季降水的影响是有差别的,中国的夏季降水受高原东部大气热源影响的显著范围要比受西太平洋暖池区大气热源影响的显著范围要大.无论是高原热源异常还是西太平洋暖池热源异常,东亚地区的大气环流都存在类似EAP型的遥相关波列.大气热源的异常是通过直接影响垂直运动场的异常,进而影响到我国的夏季降水的异常.夏季高原热源或西太平洋暖池热源偏强(偏弱)时,西太平洋副高的脊线比常年位置偏南(偏北).     

我国西部冬季扰动源涡与东部夏季雨带分布

我国西部 (85°10 5°E)冬季“扰动源涡”的位置对夏季东部雨带的配置具有支配作用。当西部“源涡”位于 35°N以北时 ,东部雨带多出现在黄河流域及其以北 (Ⅰ类雨型 ) ;源涡位于 32°35°N之间时 ,夏季雨带多出现在淮河流域 (Ⅱ类雨型 ) ;当源涡位于 32°N以南时 ,雨带多出现在长江流域或江南 (Ⅲ类雨型 )。藏东南热点区冬季的中强地热脉冲对我国夏季江淮和川黔的大水具有很强的指示作用     

中国降水的季节性

本文使用一套基于中国气象局所属的2416个台站数据所得的高分辨降水资料,对1961~2013年中国降水季节性进行了研究。就全国平均而言,各季节降水占全年降水百分率最高的为夏季（56.5%）,春季（19.3%）和秋季（18.9%）次之,冬季（5.3%）最少;针对不同地区,各季节降水百分率存在很大差异,例如华南春季降水最多、东北至高原一线秋季降水大于春季降水。春、夏两季降水百分率高值（低值）区域略呈现出降水百分率减少（增多）趋势,秋季整体上略微减少,冬季则显著增加;季节降水百分率的变率整体表现为夏季大而冬季小,其西部的变率与地形为显著负相关,东部变率的大值区位置随季节变化;秋冬两季的降水百分率变率有显著增加,各季节不同地区变率的变化趋势存在明显差异。     

北半球大气环流异常与广西夏季高温天气

利用1951~2003年北半球500 hPa月平均高度场资料,对广西多高温年份和少高温年份的大尺度环流场进行对比分析,发现多高温年和少高温年500 hPa位势高度距平场差异明显,主要表现在:北太平洋阿留申群岛到副热带地区在冬春季和前汛期都呈现相反的南北距平分布结构;盛夏,多高温年在乌拉尔山至贝加尔湖地区及孟加拉湾至我国西南地区是正距平区,而少高温年在上述地区为负距平中心。典型相关分析表明,7~8月500 hPa高度场与前期1月、4~6月的高度场有密切的联系,高空槽脊的强弱分布及西太平洋副高等大尺度天气系统的变化本身具有一定的内相关,从而揭示了高温天气形成的大尺度环流变化的一些事实。     

Wave clouds over mountains

Main characteristics of the atmosphere disturbances over the mountains are calculated with a nonlinear two-dimensional stationary model of the airstream over mountains depending on the properties of the unperturbed upstream. A spatial humidity distribution over mountains is defined under assumption that water vapor is transported with airstreams like a passive pollutant. The derived humidity fields and calculated temperature distribution are used for determining the spatial relative humidity distribution over mountains. Critical values of the relative humidity in the interval of 70–100% are used for identifying the cloud zone boundaries. The analysis is performed on the cloud zone dependence on vertical distribution of relative humidity in the upstream and on the mountain form characteristics. The studies are conducted with a special reference to a complicated mountain relief in Southern Zagros (Iran).     

Precipitable water over Canada

Numerical experiments have been performed to determine the way in which initial errors of relatively small horizontal extent propagate in a barotropic primitive equations model. Six‐day forecasts are made with the model, starting from initial conditions which are assumed to be free from errors. The forecasts are then repeated using the same initial data, except for a small area near the Gulf of Alaska where an error in the form of a low pressure system is added. The difference between the two forecasts, or error, is then examined as a function of time. The results obtained from sixteen cases run with winter data indicate that on the average the largest value in the error pattern travels, in six days, from the Gulf of Alaska to the western tip of the Great Lakes and decreases in amplitude by a factor slightly greater than 2 for an initial amplitude of 8.4 dam at 500 mb. The root mean square error computed over the entire forecast area, on the other hand, is found to remain nearly constant for the first 24 hours and to increase systematically thereafter, with a doubling time of 5 days.     

Variability of daily precipitation over Nigeria

This study identified coherent daily precipitation regions in Nigeria by analyzing the spatial and temporal homogeneity of daily precipitation; investigating the dependence of wet day amount (WDAMT) and percentage of wet day (PWD) on latitude, longitude, elevation and distance from the ocean and finally regionalizing the daily precipitation stations. Non-parametric spatial homogeneity test was carried out on daily precipitation over 23 stations in Nigeria between 1992 and 2000 while the temporal analysis was done from 1971 to 2000. Regression analysis was used to determine the dependence of WDAMT and PWD on latitude, longitude, elevation and distance from the ocean. Principal component and cluster analyses were conducted to regionalize the precipitation stations. Seven homogeneous groups of stations were identified. Elevation explains 19.9 and 4.8 % of the variance in WDAMT and PWD, respectively, while latitude explains 76.2 % of variance in PWD. Eight principal components that explain 63.1 % of the variance in the daily precipitation data were retained for cluster analysis. Precipitation in the six daily precipitation regions that emerged from the cluster analysis is influenced by the Inter-tropical Convergence Zone, latitude, distance from ocean and southwesterlies while the northern region alone is influenced by the African Easterly Wave. In addition, precipitation in all the regions is influenced by topography. Low to medium spatial coherence exists in the precipitation regions. The spatial variations of PWD and WDAMT have implications for agricultural productivity and water resources in different parts of the country.     

Scaling behaviors of precipitation over China

Scaling behaviors in the precipitation time series derived from 1951 to 2009 over China are investigated by detrended fluctuation analysis (DFA) method. The results show that there exists long-term memory for the precipitation time series in some stations, where the values of the scaling exponent α are less than 0.62, implying weak persistence characteristics. The values of scaling exponent in other stations indicate random behaviors. In addition, the scaling exponent α in precipitation records varies from station to station over China. A numerical test is made to verify the significance in DFA exponents by shuffling the data records many times. We think it is significant when the values of scaling exponent before shuffled precipitation records are larger than the interval threshold for 95 % confidence level after shuffling precipitation records many times. By comparison, the daily precipitation records exhibit weak positively long-range correlation in a power law fashion mainly at the stations taking on zonal distributions in south China, upper and middle reaches of the Yellow River, northern part of northeast China. This may be related to the subtropical high. Furthermore, the values of scaling exponent which cannot pass the significance test do not show a clear distribution pattern. It seems that the stations are mainly distributed in coastal areas, southwest China, and southern part of north China. In fact, many complicated factors may affect the scaling behaviors of precipitation such as the system of the east and south Asian monsoon, the interaction between sea and land, and the big landform of the Tibetan Plateau. These results may provide a better prerequisite to long-term predictor of precipitation time series for different regions over China.     

The growth of cumulus over mountains

Summary In order to make the complicated process of thermal convection intelligible it is helpful if various component processes can be considered separately. It is well known that cumulus grow preferentially over mountains by day. The motion is analysed into thethermals, which are small scale, and thecirculations, which may be very large according to the topography. The circulations possess inertia which causes motion to persist into the night. The existence of clouds makes possible circulations in statically stable air and prevents the growth of clouds in other places. Nocturnal convection clouds are a complicated result of these and other minor effects. The forecasting of convection clouds is best done by comparison with previous occasions, preferably the previous day rather than by analysis of the present weather situation alone.

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Zusammenfassung Um den komplizierten Vorgang der Wärmekonvektion verständlich zu machen, empfiehlt es sich, die verschiedenen Teilprozesse getrennt zu betrachten. Bekanntlich bilden sich Cumuli bevorzugt über Bergen bei Tage. Der Bewegungsvorgang läßt sich zerlegen in Wärmeströmungen von kleinen Dimensionen und in Zirkulationsströmungen, die entsprechend der Topographie sehr groß sein können. Die Zirkulationsvorgänge besitzen eine Trägheit, die die Bewegungsvorgänge bis in die Nacht andauern läßt. Das Vorhandensein von Wolken ermöglicht das Auftreten von Zirkulationen in statisch stabiler Luft und verhindert das Wachsen von Wolken an anderen Stellen; so bilden die nächtlichen Konvektionswolken ein kompliziertes Ergebnis dieser und anderer kleiner Effekte. Die Voraussage von Konvektionsbewölkung erfolgt am besten durch Vergleichung mit früheren Fällen, womöglich mit dem Vortage, eher als durch Analyse der momentanen Wettersituation allein.

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Résumé Afin de rendre compréhensible le problème compliqué de la convection thermique, il est utile de considérer séparément les différents processus y prenant part. Généralement, les cumuli se forment de préférence en plein jour au-dessus des montagnes. Ce mouvement peut être divisé en courants thermiques de dimensions modestes et en courants de circulation qui, suivant la topographie du lieu, peuvent prendre une grande envergure. Ces courants de circulation possèdent une inertie qui permet à ces mouvements de persister pendant la nuit. La présence de nuages permet en outre des courants de circulation dans de l'air statiquement stable et peut empêcher des nuages de se former ailleurs. Les nuages de convection nocturnes sont, entre autre, le résultat de pareils effets. On sera mieux avisé de fonder la prévision des nuages de convection en comparant des cas précédents, notamment de la veille, plutôt qu'en analysant seulement la situation météorologique du moment.

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With 2 Figures.

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Presented at the 3rd International Meeting on Alpine Meteorology, Davos 12th–14th April, 1954.     

衡水致灾雷电天气分析

以2007-2009年的雷灾调查为基础,利用保存的MICAPS资料对9次雷灾天气进行了分析.结果表明:致灾雷电均产生在大范围较深厚的低值系统环流背景下,其中7次强雷电的T-lnp图具有喇叭口、存在逆温、SI指数较小(≤-2),其他物理量如垂直上升速度与T-lnp图或SI表现基本一致.另外2次致灾雷电产生在稳定降水形势下...