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。     

夏季东亚地区水汽输送年代际变化特征及其对中国东部降水的影响

利用经验正交函数(EOF)分析方法和1951-2004年NCEP/NCAR月平均再分析资料及160个中国地面测站月降水资料,对夏季东亚地区水汽输送的年代际变化特征及其对中国东部降水的影响进行分析.研究结果表明:20世纪70年代中后期至90年代初期,中国东部夏季降水以"南北旱中间涝"分布型为主,90年代初期之后则以"南涝北旱"分布型为主,呈现出显著的年代际变化特征,即20世纪90年代后雨带南移的特征开始明显:夏季整层水汽输送通量主模态的空间结构及其时间系数可以较好地反映出近50年来东亚大陆东部经向水汽输送从1974年起由强变弱的"转折点"特征及其年代际减弱变化趋势:印度大陆和孟加拉湾北部、长江中下游地区、南海以及热带西太平洋地区纬向水汽输送从1973年起由弱变强的"转折点"特征及年代增强变化趋势.揭示了东亚夏季水汽输送年代际分量主模态的时空演变造成中国东部夏季降水从"南北旱中间涝"分布型转向"南涝北旱"分布型,即中国东部夏季雨带呈现出南移年代际变化特征的关键因素之一.     

夏季北极涛动与西北夏季干湿特征的年代际关系

 摘要： 利用中国西北地区（新、青、甘、宁、陕及内蒙古西部地区）1960—2003年131个测站夏季降水量、小型蒸发皿蒸发量，NECP/NCAR月平均再分析资料及夏季北极涛动指数，首先通过降水量和蒸发量定义了均一化干湿指数，进而分析了夏季北极涛动同西北地区夏季干湿特征之间的关系。研究表明：夏季北极涛动与西北地区大部分地区夏季干湿特征之间存在着显著的正相关关系，特别是年代际尺度上关系尤其密切。夏季北极涛动与西北地区夏季干湿特征空间变化的南北差异密切相关，在夏季AO偏强年代，海平面气压场在东亚大陆为正距平，太平洋为负距平;700 hPa风场在贝加尔湖地区及其下方有较强的反气旋性距平环流，西北西风带区出现西风距平，季风区出现北风距平，而500 hPa高度场在中国西北地区表现为西低东高结构。这样使得东亚夏季风偏弱，西北西风带区在夏季以西风气流为主，降水偏多，气候偏湿，而季风区盛行偏北气流，降水偏少，气候偏干。反之亦然。     

川西高原夏季降水变化特征及其异常年环流形势

利用川西高原9个观测站的1960—2006年夏季降水资料分析了川西高原夏季降水的气候变化特征及其与大尺度环流的关系。得到如下主要结论:①1960—2006年,川西高原的夏季降水有微弱增加的趋势。20世纪60年代、80年代和近几年,川西高原夏季降水偏多,70年代和90年代川西高原夏季降水明显偏少。②川西高原夏季降水多雨年和少雨年的环流形势存着明显的差异。高原夏季降水与500 hPa乌拉尔山高压脊、亚洲东北部高压脊、巴尔喀什湖至贝加尔湖之间的低压槽密切相关,还与100 hPa南亚高压的强弱有关。③川西高原多雨年前期春季OLR距平场上,印度洋中部对流偏强,印尼-南海南部地区对流减弱。OLR的变化可以为川西高原夏季降水的预测提供参考依据。     

中国夏季高温日数时空变化及其环流背景

本研究利用1955~2005年全国193个气象站点夏季(5~9月)逐日最高气温资料,分析了我国东部地区夏季高温日数变化的空间分布特征和时间变化规律。经验正交函数分析结果显示高温日数的变化有明显的区域特征,第一模态表现为区域整体一致的异常,中心区位于长江中下游地区,第二模态表现为江淮流域与华南反向变化的特点,第三模态表现为东南部地区与西南、华北的反向变化。这些模态与高层大气环流的变化有关。分析表明ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)、赤道印度洋和西太平洋暖池海温,可以通过影响西太平洋和东亚地区大气环流而影响我国夏季高温日数频次,其中ENSO和西太平洋暖池区海温对高温日数变化第一模态的相关比较明显;而热带印度洋海温对第二模态有显著影响。与前期海温的关系分析可知,第一模态与前期夏季的西太平洋暖池和前期冬季赤道东太平洋海温相关关系最好,第二模态则受热带印度洋前期冬季海温影响最大,这对高温预测具有指示意义。     

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.     

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。     

新疆夏季降水异常的时空特征及北极涡与阻塞高压对其的影响

采用新疆地区50个站1960-2000年6～8月降水资料,运用标准化距平、二项式系数加权平均、Morlet小波分析及线性倾向估计等方法分析了新疆夏季降水异常的时空特征,并基于NCEP/NCAR的500hPa再分析高度场资料对极涡、阻高与新疆夏季降水做奇异值分解,从而讨论了极涡与阻高对新疆夏季降水的影响,得到了一些结果。新疆夏季降水具有明显的空间不均匀性,天山山脉附近的降水量最大,而南疆的塔克拉玛干沙漠周边及新疆东部戈壁滩地区的降水量最小。新疆夏季降水存在明显的年际差异,20世纪80年代初之前年际变化振幅较小,之后年际差异急剧增大。新疆夏季降水的年代际变化、周期性也很显著,降水量总体上呈现明显的线性增长趋势。同期及前期冬春季极涡与阻高对新疆夏季降水均有重要影响。     

近50年四川盆地汛期极端降水事件的时空演变

利用四川盆地1961-2006年145个台站汛期的逐日降水资料,分析了该地区汛期极端降水事件的时空演变特征,结果表明:该地区汛期极端降水事件的发生频次分布与降水量分布差异较大,由西向东呈阶梯状递减趋势;川西高原与四川盆地之间以及盆地东西部之间的反位相变化是川渝地区汛期极端降水事件发生频次最主要的两个空间异常模态:该地区汛期极端降水事件发生频次的空间分布可以分为8个区;分别是四川盆地中部区、东部区、南部区、西部区、川西高原西部区、中部区、川西南山地区和重庆东部区;从长期变化趋势来看,汛期极端降水事件发生频次除在四川盆地西部区和重庆东部区分别呈较弱的减少和增长趋势以外,在其余各区的线性趋势都较为明显,其中四川盆地东部区、川西南山地区、川西高原西部和中部区表现为增长,四川盆地中部和南部区表现为减少;从气候因子分析看,汛期西太平洋副高位置的南北变化、东亚以及南亚季风的强弱变化分别对四川盆地东部区、中部区以及西部区的极端降水事件存在显著影响.     

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。