近159 年东亚夏季风年代际变化与中国东部旱涝分布

利用1850-2008 年我国东部地区90 个测站的旱涝等级和北半球夏季海平面气压格点等资料,使用BP 典型相关等方法,分析了近159 年旱涝等级与东亚夏季海平面气压的耦合相关关系。利用关键区域的海平面气压资料,定义出与我国东部旱涝分布有密切联系的东亚夏季风指数,在此基础上分析了东亚夏季风年代际变化对我国东部旱涝分布的影响。结果表明：(1) 近159 年中国东部旱涝具有4 种典型空间分布型,即华南与中国东部其他地区旱涝趋势相反型、黄淮地区与长江流域及其以南旱涝趋势相反型、江淮流域与中国东部其他地区旱涝趋势相反型和中国东部与西部旱涝趋势相反型。近159 年东亚夏季海平面气压场主要呈现亚洲大陆与西太平洋海平面气压强弱相反的分布特征;(2) 本文定义的夏季风指数的年代际变化与我国东部旱涝典型分布型的年代际变化有密切关系,但两者的相关关系并不是稳定不变的,存在显著的年代际位相差异,即20 世纪20 年代之前,当东亚夏季风偏强(弱) 时,长江流域以北容易偏旱(偏涝),长江流域及其以南容易偏涝(偏旱),20 世纪20 年代以后,当东亚夏季风偏强(弱) 时,长江流域以北容易偏涝(偏旱),长江流域及其以南容易偏旱(偏涝)。可见,使用较长年代资料进行考察,研究结论丰富了大多数使用近50-60 年资料的研究结果。东亚夏季风与我国东部旱涝分布之间关系的年代际位相差异,可能与东亚夏季风对太阳活动等外强迫的非线性反馈相联系     

1960-2010年中国降水区域分异及年代际变化特征

利用1960-2010年中国1840个台站年降水量数据,采用经验正交函数(EOF)和旋转经验正交函数分解方法(REOF)对降水进行分区,并对各区降水的变化特征进行了研究.结果表明:基于多站点资料结合REOF方法实现的降水分区与中国降水实际区域分异特征比较符合,并与中国气候区划相一致.中国各区降水变化特征分析表明,东部各区降水在20世纪70年代末、80年代末-90年代初和21世纪初发生雨带的南北移动过程,其中夏季雨带的移动主要受东亚夏季风和大气环流年代际变化的影响.西北地区降水以1985/1986年为突变年,西北西部地区降水由前期偏少转为偏多,主要与来自阿拉伯海和里海异常偏多的水汽输送有关;西北东部地区降水由前期偏多转为偏少,主要与季风的年代际减弱有关.东北地区降水在80年代初由前期接近正常转为偏多,90年代末降水由前期偏多转为偏少,主要与季风和西北太平洋水汽输送的年代际变化相关.西南部各区降水阶段性变化明显,2000年以前西南东北部地区降水与西部地区基本呈反向变化,主要受青藏高原地形、东亚季风和副热带高压等因素的影响,降水阶段性变化明显、成因复杂.     

东亚夏季风推进过程的气候特征及其年代际变化

利用1951~2001年NECP的逐日再分析资料及中国东部366站1957~2000年逐日降水资料,提出东亚夏季风推进过程的定量指标,分析东亚夏季风推进过程的年代际变化。结果表明：标准降水指数为1.5的等值线较好反映了中国东部夏季雨带的南北移动,以及雨带推进过程中呈现的阶段性与突变性特征。东亚夏季风的推进过程具有显著年代际变化,与夏季风前沿位置有关的指标在20世纪60年代中期前后发生显著变化,与夏季风推进强度有关的指标则在70年代末出现突变。60年代中期前,南海夏季风的建立时间较迟,但北推较快,夏季风前沿到达华北地区时间较早,在华北地区维持时间长,夏季风的北界位置偏北,华北雨季、淮河梅雨明显。70年代末以后南海夏季风的建立时间较早,夏季风前沿附近南风强度明显偏弱,降水主要集中在长江流域及其以南地区,华北雨季不明显。     

西北地区东部夏季水汽输送特征及其与降水的关系

采用ERA Interim 再分析资料和160 站逐月站点降水资料,运用经验正交函数（EOF）分析、合成分析等方法揭示了西北东部3 个分区的水汽输送的区域气候特征、与降水EOF气候模态相对应的整层水汽输送特征以及降水偏多（少）年的水汽输送异常特征。结果表明：西北地区东部夏季经向水汽输送的大值区处于900 hPa~800 hPa 高度上;纬向水汽输送大值位于700 hPa~500 hPa 高度上。对西北东部降水做EOF 分析,第一模态为全区一致型,与降水相对应的西风影响区主要盛行西风水汽输送,季风边缘区的南部盛行西南风水汽输送;第二模态为东南-西北型,东风、东北风水汽输送流入西北东部地区;第三模态为东北－西南型,西风和西北风水汽输送将水汽带到西风影响区内。     

中国东部夏季降水的年代际变化格局——观测与CESM控制试验模拟结果的对比

根据1961-2005年中国东部389站的夏季降水观测资料,以及通用地球系统模式（the community earth system model,CESM）在固定边界条件驱动下的650年控制试验模拟结果,采用经验正交函数分解和功率谱分析等方法,辨识了中国东部夏季降水年代际变化的主导格局。观测分析与CESM的控制试验模拟结果均表明：中国东部夏季降水年代际变化的主导空间型为“南北反相”（大致以淮河流域为界）和由南到北的多带相间分布（长江流域、东北同相但与华南、华北反相）格局。对比证明：在无任何外强迫变化下,CESM可模拟出观测到的1961-2005年中国东部夏季降水年代际变化的主导空间型和相应的时间位相转折特征。这为深入辨识区域降水年代际异常的主控因子,分析气候系统外强迫变化和内部变率对中国降水年代际变化的影响机制提供了重要依据。     

西北地区大气水汽含量时空分布及其输送研究

利用ECMWF和NCEP/NCAR 1979-2016年逐月再分析资料,分析了我国西北地区大气水汽含量的时空分布及其输送特征。结果表明：（1）西北地区水汽含量在20世纪80年代中期至90年代末呈增多趋势,从90年代开始至21世纪初呈减少趋势。就季节而言,西北地区夏季水汽含量最多,占年平均水汽含量的46.6%。（2）西北地区水汽分布与降水分布具有一致性,水汽含量主要集中在西北地区东部及其西部的天山山脉、塔里木盆地东部一带,达12～30 mm,中部水汽含量较少,不足10 mm,水汽含量的空间分布呈现出“两边高中间低”的分布形式。（3）西北地区水汽输送以西风和季风两大环流系统为主,纬向西风水汽输送可达100～500 kg·m^-1·s^-1,在全年水汽输送中占主要地位,夏季从印度洋来的强度可达100～200 kg·m^-1·s^-1的西南季风水汽输送对西北地区东部影响较显著。（4）西北地区水汽源主要位于新疆天山山脉、青海中东部、甘肃河西走廊中西段、宁夏和陕西北部等地区,而水汽汇则位于甘肃南部、陕西南部一带。     

青藏高原夏季上空水汽含量演变特征及其与降水的关系

利用青藏高原(以下简称高原) 近30 年(1979-2008 年) 14 个探空站的温度和湿度观测资料以及83 个地面台站的月平均降水资料,分析了高原夏季上空水汽含量与地面降水的联系以及高原地区的降水转化率问题。结果表明：1) 高原夏季水汽含量在空间分布上表现出随海拔高度增高而减少的特征,其中东北部为最大值,东南部为次大值,而西北部为最小值。夏季降水整体上由东南向西北递减;2) EOF分解表明,高原夏季水汽含量存在两种主要的空间分布型：即全区一致变化型和南北反向变化型,其中以唐古拉山脉北侧为界呈现出的水汽含量南北反向型与降水的第一特征向量场表现出的南北反向型在空间分布上十分相似;3) 在年际变化上,高原夏季水汽含量的南北反向型与降水的南北反向型之间存在较一致的对应关系：即水汽含量出现南多北少时,高原南部降水普遍偏多而北部降水普遍偏少,反之亦然;4) 高原夏季平均降水转化率在3%~38%之间,其空间差异非常明显,高原南部降水转化率明显大于北部地区。     

西北地区近50a降水变化及水汽输送特征

用NCEP/NCAR再分析资料和中国西北地区145个站的降水资料,研究了西北地区降水与亚洲季风区水汽输送特征的关系。主要结论为:①西北地区降水具有明显的区域性特征,在20世纪80年代以后,西北地区东部降水明显减少,干旱化趋势严重;在西北地区西部,降水增加,气候逐渐向暖湿型转变;②西北地区东部的水汽在夏季主要来自孟加拉湾、南海和西太平洋;西北地区西部除了受西风带的影响外,来自北方西伯利亚的水汽输送在夏季也有一定的作用;③西北地区东部的南边界和西边界是主要的水汽输入,西北地区西部的西边界是主要的水汽输入。在降水偏多年,其水汽输入在7月达到峰值,且具有明显的年变化特征;④西北地区东部的南边界和西边界水汽输入减少趋势明显,使得水汽总收支逐渐减少。西北地区西部西边界的水汽输入自80年代中期以来有增加的趋势,而北边界的输出在减少,水汽总收支有增加的趋势。     

东亚夏季风的变化特征及其对甘肃夏季暴雨日数的影响

采用NCEP/NCAR再分析资料,计算了1974—2013年乔云亭等定义的东亚季风指数,研究了东亚夏季风的变化特征,利用甘肃省80个站逐日降水资料,分析了东亚夏季风对夏季甘肃暴雨日数的影响。结果表明：（1）夏季,西南季风、东南季风和偏北季风存在明显的年际变化且有所差异。（2）夏季,西南季风、东南季风对甘肃省暴雨日数的影响存在很大差异：当西南季风盛行时,西太平洋副热带高压位置偏西,东亚大槽位于贝加尔湖至中国西北部,冷空气与西太平洋副热带高压输送的暖湿气流在陇东南一带交汇,贝加尔湖至张掖为西南暖湿和西北干冷气流,孟加拉湾水汽输送在陇东南地区辐合,造成河东陇南南部、天水东部、平凉、庆阳西部一带和河西张掖地区暴雨日数偏多;当东南季风盛行时,西太平洋副热带高压西伸北抬,冷暖空气主要交汇于甘肃中西部,孟加拉湾西南水汽输送在河东西南部辐合,造成甘南高原、甘肃中部、河西武威一带和酒泉地区暴雨日数偏多。     

中国北方百年四季降水趋势与海平面气压形势

根据中国东部33站1884～1995年的四季降水进行了经验正交函数(EOF)开展,得到了前三个模态随时间的演变,重点分析与我国北方降水变化有关的趋势及与同期海平面气压距平的关系.夏季降水的第一模态反映在长江和黄河中部与华南沿海的降水位相相反.这一降水模态在20年前的变率较大.当夏季东北亚出现稳定的地面高压距平,中国东部处于气压槽中时长江和黄河中部降水偏多,而当地面高压距平稳定于我国西北和低压距平处于东部海上时降水为负距平.夏季降水的第三模态表现为以长江为界的南北反向变化.秋季降水的第二模态表现为以长江为界的南北反向变化,第三模态表现为东部沿海与西部的反向变化.这些降水模态与一定环流形势相联系,特别是秋季降水的第三模态受台风路径的环流形势所决定.冬季降水的第一模态中心也出现在长江和黄河中部,年代际变化的幅度趋于增强.对春季降水,第一模态表现为长江及其以北的降水与华南的降水反位相.2～3年变化幅度大于年代际变化的幅度.第2模态反映出华北和东北的降水与其它地区的降水位相相反,存在30年左右的位相转换关系.北方地区的春旱从1980年代开始有所加重.     

近159年东亚夏季风年代际变化与中国东部旱涝分布(英文)

Based on the drought/flood grades of 90 meterological stations over eastern China and summer average sea-level pressure (SLP) during 1850–2008 and BPCCA statistical methods, the coupling relationship between the drought/flood grades and the East Asian summer SLP is analyzed. The East Asian summer monsoon index which is closely related with interdecadal variation of drought/flood distribution over eastern China is defined by using the key areas of SLP. The impact of the interdecadal variation of the East Asian summer monsoon on the distribution of drought/flood over eastern China in the last 159 years is researched. The results show that there are four typical drought and flood spatial distribution patterns in eastern China, i.e. the distribution of drought/flood in southern China is contrary to the other regions, the distribution of drought/flood along the Huanghe River–Huaihe River Valley is contrary to the Yangtze River Valley and regions south of it, the distribution of drought/flood along the Yangtze River Valley and Huaihe River Valley is contrary to the other regions, the distribution of drought/flood in eastern China is contrary to the western. The main distribution pattern of SLP in summer is that the strength of SLP is opposite in Asian continent and West Pacific. It has close relationship between the interdecadal variation of drought/flood distribution patterns over eastern China and the interdecadal variation of the East Asian summer monsoon which was defined in this paper, but the correlation is not stable and it has a significant difference in changes of interdecadal phase. When the East Asian summer monsoon was stronger (weaker), regions north of the Yangtze River Valley was more susceptible to drought (flood), the Yangtze River Valley and regions south of it were more susceptible to flood (drought) before the 1920s; when the East Asian summer monsoon was stronger (weaker), the regions north of the Yangtze River Valley was prone to flood (drought), the Yangtze River Valley and regions south of it were prone to drought (flood) after the 1920s. It is indicated that by using the data of the longer period could get much richer results than by using the data of the last 50–60 years. The differences in the interdecadal phase between the East Asian summer monsoon and the drought/flood distributions in eastern China may be associated with the nonlinear feedback, which is the East Asian summer monsoon for the extrinsic forcing of solar activity.     

北非副热带高压与中亚夏季降水的关系

基于1979—2019年欧洲中期数值预报中心（ECMWF）的ERA-Interim逐月再分析数据和英国东安格利亚大学气候研究中心（CRU）的陆面逐月降水数据,分析夏季北非副热带高压（北非副高）与中亚夏季降水的关系。结果表明：北非副高的脊线指数和东伸脊点指数变化与中亚夏季降水联系紧密。在2个指数的单独变化和协同变化下,中亚夏季降水和大尺度环流异常分布存在很大不同。副高脊线主要导致中亚夏季降水南北反相变化,副高东伸脊点位置对中亚中南部降水存在重要影响。当副高位置偏东偏北时,里海和咸海上空受异常气旋控制,哈萨克斯坦大部分地区降水偏多,新疆受蒙古异常反气旋控制,降水偏少;当副高位置偏西偏南时,中亚地区主要受异常反气旋控制,其东北部存在异常气旋切变,对应中亚东北部降水偏多,其余区域降水偏少;当副高位置偏西偏北时,中亚上空受异常反气旋控制,大部分地区降水偏少;当副高位置东偏南时,中亚上空受异常气旋控制,热带印度洋水汽通过两步输送的方式,进入中亚上空,形成有利的动力和水汽条件,导致中亚大部分地区夏季降水偏多。     

西藏高原降水变化趋势的气候分析

利用西藏1971~2000年月降水量、降水日数资料,分析了近30年高原降水的变化趋势。结果发现,西藏大部分地区年降水量变化为正趋势,降水倾向率为1.4~66.6 mm/10a,而阿里地区呈较为明显的减少趋势。年降水日数变化阿里地区、林芝地区东部为负趋势,正趋势以那曲地区中西部、昌都地区北部最为明显。20世纪70年代高原西部为正距平、东部为负距平,20世纪80年代大部分地区为负距平,20世纪90年代高原西部为负距平,东部为正距平。近30年来西藏高原平均年、四季降水量均呈增加趋势,年降水量以19.9 mm/10a的速率增加,尤其是20世纪90年代增幅较大,1992年以来春、夏季降水明显增加。阿里地区出现了暖干化趋势。年降水异常偏涝年主要出现在20世纪80和90年代。     

东亚夏季风的年际变化及其与环流和降水的关系

利用1951-2006 年6-8 月NCEP/NCAR 的500 hPa 高度场、850 hPa 高度场和风场、降 水率和海平面气压以及全国600 多站的降水量资料, 选择东亚-西太平洋地区(10^o-80^oN, 70^o-180^oE) 经9 点高通滤波、EOF 分析、合成分析和其它统计诊断手段, 研究了东亚夏季风的年际变化及其与环流和降水的关系, 得到如下的结论: 1. 东亚-西太平洋地区海平面气压 存在着蒙古低压和西太平洋高压之间纬向的偶极子振荡型(APD), APD 指数可以作为东亚夏季风强度指数; 2. 东亚-西太平洋地区500 hPa 高度距平EOF 的第一模态具有明显经向东亚遥相关型特征(EAP)。EAP 指数也可以作为东亚夏季风强度指数。3. APD 指数与500 hPa (或 850 hPa) 的东亚遥相关型关系密切。APD 指数和EAP 指数存在明显的反相关关系, 它们之间的相关系数为-0.23, 已超过了10%显著检验; 4. APD 指数和EAP 指数都和我国汛期降水、东亚-西太平洋降水率关系密切, 超过5%显著性的相关区主要在长江流域以南地区至日本南部海面一带, 前者为正相关, 后者为负相关。     

青藏高原大气水汽收支特征及影响

Based on 1961-2000 NCEP/NCAR monthly mean reanalysis datasets, vapor transfer and hydrological budget over the Tibetan Plateau are investigated. The Plateau is a vapor sink all the year round. In summer, vapor is convergent in lower levels (from surface to 500 hPa) and divergent in upper levels (from 400 to 300 hPa), with 450 hPa referred to as level of non-divergence. Two levels have different hydrologic budget signatures: the budget is negative at the upper levels from February to November, i.e., vapor transfers from the upper levels over the plateau; as to the lower, the negative (positive) budget occurs during the winter (summer) half year. Evidence also indicates that Tibetan Plateau is a "vapor transition belt", vapor from the south and the west is transferred from lower to upper levels there in summer, which will affect surrounding regions, including eastern China, especially, the middle and lower reaches of the Yangtze. Vapor transfer exerts significant influence on precipitation in summertime months. Vapor transferred from the upper layers helps humidify eastern China, with coefficient -0.3 of the upper budget to the precipitation over the middle and lower reaches of the Yangtze (MLRY); also, vapor transferred from east side (27.5°-32.5°N) of the upper level has remarkable relationship with precipitation, the coefficient being 0.41. The convergence of the lower level vapor has great effects on the local precipitation over the plateau, with coefficient reaching 0.44, and the vapor passage affects the advance and retreat of the rainbelt. In general, atmospheric hydrologic budget and vapor transfer over the plateau have noticeable effects on precipitation of the target region as well as the ambient areas.     

陕甘宁及内蒙古西部地区夏季降水的异常气候特征

利用陕西、甘肃、宁夏和内蒙古西部地区64个气象站1961-2000年夏季(6～8月)降水资料,通过Mann-Kendall法和Morlet小波法分析其空间分布和时间变化特征,并选取5个典型多雨年和5个典型少雨年,用NCEP/NCAR资料进行降水异常的对比分析.结果表明:陕甘宁及内蒙古西部地区夏季降水具有明显的空间差异,东南部降水多、西北部降水少,降水整体呈缓慢增多的趋势,线性趋势为2.3 mm/10 a;1976年前后区域内降水发生突变,存在14～16 a的长周期和2 a、2～4 a和准5 a的短周期.多雨年北半球欧亚500 hPa高度距平场中贝加尔湖至我国西北地区为负距平区,东亚沿海为正距平区;温度距平场中贝加尔湖地区为负距平区,距平零线位于西北地区东部.少雨年北半球欧亚500 hPa高度距平场中冷空气主体偏北,贝加尔湖至我国西北地区为正距平区,东亚沿海为负距平区;温度距平场中冷空气活动的区域偏北,贝加尔湖至我国西北地区为正距平区.     

Atmospheric hydrological budget with its effects over Tibetan Plateau

Based on 1961-2000 NCEP/NCAR monthly mean reanalysis datasets, vapor transfer and hydrological budget over the Tibetan Plateau are investigated. The Plateau is a vapor sink all the year round. In summer, vapor is convergent in lower levels (from surface to 500 hPa) and divergent in upper levels (from 400 to 300 hPa), with 450 hPa referred to as level of non-divergence. Two levels have different hydrologic budget signatures: the budget is negative at the upper levels from February to November, i.e., vapor transfers from the upper levels over the plateau; as to the lower, the negative (positive) budget occurs during the winter (summer) half year. Evidence also indicates that Tibetan Plateau is a "vapor transition belt", vapor from the south and the west is transferred from lower to upper levels there in summer, which will affect surrounding regions, including eastern China, especially, the middle and lower reaches of the Yangtze. Vapor transfer exerts significant influence on precipitation in summertime months. Vapor transferred from the upper layers helps humidify eastern China, with coefficient -0.3 of the upper budget to the precipitation over the middle and lower reaches of the Yangtze (MLRY); also, vapor transferred from east side (27.5o-32.5oN) of the upper level has remarkable relationship with precipitation, the coefficient being 0.41. The convergence of the lower level vapor has great effects on the local precipitation over the plateau, with coefficient reaching 0.44, and the vapor passage affects the advance and retreat of the rainbelt. In general, atmospheric hydrologic budget and vapor transfer over the plateau have noticeable effects on precipitation of the target region as well as the ambient areas.     

Atmospheric hydrological budget with its effects over Tibetan Plateau

1IntroductionThe Tibetan Plateau is the most prominent feature located at unique latitudes in the world and shows special dynamic and thermal effects, thus responsible for a conspicuous hydrological cycle in the atmosphere within Asian monsoon areas, and an extremely sensitive region of land-air interactions in East Asia. A lot of researches have dealt with Tibetan dynamic and thermal effects on atmospheric circulation (Ye and Gao, 1979; Zhang etal., 1988; Ye and Fang, 1999; Zheng etal., 2…