中国东北地区夏季旱涝的大气环流异常特征

利用东北地区均匀分布的69个测站35年(1961～1995年)夏季月平均降水资料和NCEP/NCAR 1958～1997年月平均再分析资料,对我国东北地区夏季旱涝发生的大气环流异常特征及其差异进行了诊断分析研究.结果表明,东北地区旱涝年夏季,高纬和极区大气环流特征、东北亚异常长波槽脊的分布和活跃程度、东亚大槽和西太平洋副热带高压的位置和强度等均有十分明显的差别.不仅如此,该区域夏季降水异常还显著地受到亚洲季风诸系统的影响,包括南亚季风,也包括南海季风和副热带季风,并且高空西风急流的位置和强度也有明显变化.涡度、散度、垂直速度和水汽含量等物理量特征在旱涝年不仅有截然相反的分布,而且还表现出与低纬地区存在着不同的联系方式.位于菲律宾以东洋面上行星尺度的高层辐散和低层辐合也有一定不同,并且受热带地区大气加热强度变化的影响,东北地区所在经度上的经圈环流在旱涝年也发生了明显变化,从而对该区域降水异常产生影响.     

夏季鄂海阻高活动天数的年际变化及其前期征兆分析

利用1951-2009年NCEP/NCAR高度场月平均资料、全球海表温度月平均资料、国家气候中心提供的东北地区24站逐月温度资料、鄂霍次克海阻塞高压（东阻）活动天数等数据,采用相关和奇异值分解分析（SVD）方法,分析夏季（6-8月）东阻活动天数的年际变化及其前期征兆,结果表明：夏季东阻活动天数年际变化阶段性明显,21世纪以来不仅处于强盛后期明显下降趋势阶段,而且年际变率显著增大;夏季东阻活动天数与中国东北地区中部及东部的温度呈显著负相关;春季至夏季赤道东太平洋（NINO3区）SSTA（特别是1977-2009年）呈El Niño位相是夏季东阻活动的最重要强迫源,当赤道东太平洋为El Niño状态,以及阿拉伯海与北太平洋西风漂流区为暖海温时,夏季东阻活动天数偏多;与夏季同期大西洋海温的SVD1模态表明,当大西洋海温SSTA整体上处于冷（暖）位相分布时,东阻活动天数偏少（多）;夏季东阻活动天数与春季NPO和极涡面积指数相关存在着的年代际变化特征,1951-1976年,夏季东阻活动天数仅与春季北半球极涡面积指数、亚洲极涡面积指数呈显著正相关, 1977-2009年,不仅与春季极涡面积指数呈正相关信号消失,而且,1951-2009年与春季NPO指数呈显著的正相关信号,在此期间也迅速减弱消失。     

北太平洋涛动区500 hPa高度场季节变化特征及其对中国东北区降水的影响

利用国家气候中心1960~2000年500 hPa高度场10°×5°经纬度月平均资料，采用EOF、SVD方法，分析了北太平洋涛动区（25°~70°N，140°E~150°W）500 hPa高度场季节变化特征和中国东北区80个测站降水场相关。结果表明:（1）北太平洋涛动区500 hPa高度场冬季EOF第1载荷向量场呈由北向南的“-，+”波列分布，这种北南分布相反型，占总体方差贡献的40%，可以表现为北低南高，类似地面气压场涛动 (NPO) 的正位相阶段，反映了40年北太平洋中高纬度上空以东亚大槽为定常波的大气环流基本模态，亦是NPO呈正位相阶段的主要成因，反之，类似地面气压场涛动（NPO）的负位相阶段，第2载荷向量场呈整体“+”值分布，占方差贡献28%，该模态则表现为东亚大槽被长波脊替代的与气候基本模态呈相反分布的异常环流型；夏季第1载荷向量场基本模态则为全区的正值分布，占总体方差贡献的30%，第3载荷向量呈北“+”南“-”的分布，占方差贡献的13%，表明夏季500 hPa高度场NPO不是主要模态；春秋两季均呈现出较为明显的NPO模态；（2）北太平洋涛动区500 hPa高度冬季平均场与东北区夏季降水场呈由北向南的“+，-”相关波列，存在显著的相关性（α＞0.01）, 第1对SVD奇异向量占总方差贡献的49%，当NPO区前冬500 hPa高度场呈负位相阶段时，东北区夏季降水偏多，反之，东北区夏季干旱少雨，其它季节亦有类似隔季相关关系。     

极涡面积指数与北太平洋海温季节变异相关分析

利用1951-2002年NCEP/NCAR的位势高度再分析资料,中国国家气候中心极涡面积指数和海温资料,研究极涡面积指数与北太平洋海温季节变异相关.结果表明,4个季节的太平洋极涡面积指数均与北太平洋的西风漂流区呈显著的负相关(显著性水平α≥0.05);冬季和春季太平洋极涡面积指数与同期太平洋海温呈相关显著的西北-东南向的"-、 "波列,为太平洋年代际振荡模态(PDO)分布;夏季和秋季北太平洋西风漂流区海温异常对滞后的冬季太平洋极涡面积指数变化影响显著;而春季的太平洋极涡面积指数变化对滞后的夏季和秋季西风漂流区海温变化影响显著;定义了风暴轴指数和西风漂流指数.春季太平洋极涡面积指数、北太平洋风暴轴和西风漂流区海温都在1969年发生突变,太平洋极涡面积明显增大,春季风暴轴亦相应偏南,西风漂流 ,区春季海温降低.     

确定东亚-西北太平洋地区夏季副热带季风建立和活动范围的一种方法

文中利用1948—2002年NCEP/NCAR全球再分析资料,1958—2002年ECWMF再分析资料,中国国家气候中心的618个测站1961─2005年的逐日降水量资料,采用作者确定的东亚夏季风(EASM)建立标准,探讨东亚夏季风在南海爆发以后继续向北和向东推进活动范围、建立、持续和撤退的时空分布特征,结果表明:(1)给出东亚—西北太平洋地区的东亚夏季副热带季风(EASSM)的定义,计算其建立时间(候)和空间分布,发现EASSM除继续向北推进的方向外,在20°─25°N还有明显向东的分支,以及向西稍偏北的分支,107.5°E以西的季风建立等时线梯度十分密集,而以东的等时线梯度很小,季风建立的等时线的总体以110°─115°E为轴心、明显向中国华北和东北地区凸起的近于折线的分布,表明EASSM先在中国大陆建立,而同纬度的中国近海和西北太平洋地区的夏季副热带季风后建立;(2)撤退的等时线则近于与建立的等时线相反分布,沿120°E的方向凸向南,表明中国东北地区和近海地区先撤退;(3)给出东亚─西北太平洋地区EASSM建立的概率等值线的空间分布,我们尝试定义了<35%概率等值线的地区为其影响的边缘地带,北边界始于黑龙江省北部48°N附近向东南经由黑龙江省南部和俄罗斯滨海省,穿过日本海止于日本北海道南部,其西边界由东北向西南沿中蒙边境止于青藏高原。20世纪90年代北部边缘地带与多年平均比偏南3─5纬度,而西部边缘变动较小,只向东偏了1个经度。     

中国气候过渡带干旱化发展趋势与东亚夏季风、极涡活动相关研究

利用国家气候中心1961~2000年中国160个测站降水量和NCEP/NCAR全球再分析资料,采取线性趋势变化、相关和水汽输送等分析方法,揭示中国大陆40 a的年和季降水变化趋势显著区域的时空分布特征,探讨与东亚夏季风和极涡活动的某些相关。结果表明:(1)经内蒙古中东部、山西省、河南省、陕西省和甘肃省东部至湖北省西部、四川省西北部和重庆市年降水量线性下降趋势较显著(其中相当部分为中国的气候过渡带),并明显向东与华北大部、东北地区中南部、环渤海地区、山东省和江苏省北部线性下降较显著区连成一片,构成占中国国土面积约1/5的气候变化干旱化区域,其中20世纪90年代年平均降水量负距平为50~100 mm的面积约达90万km2,其季节变化主要为夏、秋两季降水锐减,长江中下游、东南部沿海和广东省大部年降水量线性上升趋势显著,其中江西省20世纪90年代年降水量正距平在200 mm以上;(2)20世纪90年代夏季1000~300 hPa水汽输送积分负距平区与中国40 a气候变化干旱化区域总体相吻合;(3)中国西部地区东部与华北、东北地区中南部、环渤海地区降水干旱化区域连成一片,原因是多方面的,文中初步揭示了与影响中国的东亚夏季风在30°N以北地区活动和太平洋区极涡强度指数自20世纪70年代前后减弱相关显著。     

前期西太平洋暖池热含量异常对中国东北地区夏季降水的影响

利用日本气象厅历史海温资料、NCEP/NCAR再分析资料、哈得来环流中心海表温度资料和降水资料,研究了1951—2010年中国东北地区夏季降水与前期西太平洋暖池(简称暖池)热含量异常的关系,并对可能影响途径进行了探讨。结果表明,中国东北地区夏季降水与前期暖池热含量有密切的负相关,前期10—11月暖池关键区(15.5°—20.5°N,125.5°—135.5°E)0—200 m热含量高(低)是预报中国东北地区夏季旱(涝)的一个很好的指标。前期暖池热含量异常激发的夏季东亚-太平洋型遥相关(EAP)和中纬度高层沿亚洲西风急流东传波列的存在,可能是影响中国东北地区夏季降水的主要原因。当前期10-11月暖池区热含量为负异常时,菲律宾反气旋异常持续存在,夏季东亚-太平洋遥相关型出现,导致西太平洋副热带高压西伸加强,中国东北地区局地异常低气压和鄂霍次克海阻塞高压形成。同时,高空存在沿西风急流传播的遥相关波列,使得中国东北地区局地异常低气压和西太平洋副热带高压在日本附近增强,有利于中国东北地区夏季降水偏多;反之亦然。     

中国东北地区春季透雨早晚与2～3月热带印度洋海温异常的联系

利用1961～2019年中国东北地区测站逐日降水资料、美国国家环境预报中心/大气研究中心的月平均再分析资料、NOAA重构的月平均海温和向外长波辐射资料,采用统计诊断方法,从年际时间尺度上分析了东北春季透雨早晚环流特征和前期海温,尤其是热带印度洋海温强迫的联系。结果表明:春季透雨日期与4月降水量的变化具有显著的一致性,典型透雨偏早年的开始时间集中在4月中下旬,偏晚年的开始时间集中在5月中下旬;4月东北亚上空500 hPa位势高度场上,若呈自西向东的“? +”异常环流分布,东北地区以偏南风和气旋性环流为主,有利于水汽输送,春季透雨开始偏早,反之,春季透雨开始偏晚;2～3月热带印度洋暖海温异常是中国东北地区春季透雨偏早的重要稳定影响源之一,其可能机制是,若热带印度洋全区一致海温模态呈正位相,有利于4月西北太平洋地区呈异常反气旋,东北亚地区500 hPa环流异常类似春季透雨偏早年形势,东北地区位于200 hPa西风急流出口区右侧,垂直上升运动增强,呈现出多雨形势。     

近40年5—6月东北亚和北半球其他区域阻塞高压活动特征及其联系

基于美国环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR-Ⅰ）再分析资料,按照国际通行的阻塞高压（阻高）定义,采用计算机自动识别和天气图人工主、客观相结合的检测方法,获得了1979—2018年5月和6月逐日北半球中高纬度阻高活动的无缝隙分布;并利用线性相关和信息流因果关系等统计方法,研究了东北亚（鄂霍次克海）阻高与北半球其他阻高活动区特征及其联系。根据阻高活动集中程度与占北半球活动总天数的百分比,选定8个5月阻高主要活动区和10个6月阻高主要活动区。从统计结果来看,5月北太平洋、北美和乌拉尔山阻高活动占前3位,6月东北亚阻高活动天数跃升第1位。值得注意的是,初夏在贝加尔湖以南、青藏高原以北地区出现了明显的阻塞形势,称为青藏高原北阻高。5月和6月北半球各阻高活动中心集中的纬度分布,自西向东具有“正弦波”特征,其主要活动区引起的同期北半球500 hPa高度场的异常虽不尽相同,但均具有一定的遥相关特征;5月和6月东北亚阻高活动天数的年际变化分量具有明显的相对独立性。5月东北亚阻高是6月贝加尔湖阻高活动年际变化的稳定影响源,是6月青藏高原北阻高活动年际变化的不稳定影响源;唯有5月北太平洋阻高是6月东北亚阻高年际变化的稳定影响源。2019年6月北半球阻高活动异常的区域位于欧洲,达19 d,为气候平均值（7 d）的2.7倍,也是导致欧洲大陆初夏高温的主要影响系统。      

东北夏季极端低温天气事件的定义及其冷空气路径分析

采用东北三省150 个测站1961~2010 年的逐日温度资料和同期美国环境预报中心（NCEP）以及国家大气研究中心（NCAR）2.5°×2.5°分辨率的全球再分析资料,定义了东北夏季极端低温天气事件（extreme low-temperatureevent 以下简称ELTE事件）,统计给出了ELTE事件的发生、峰值和持续时间的日历表。根据该日历分析,发现了影响东北地区夏季ELTE事件的最主要的2 条冷空气路径（西北路径和东北路径）,1961~2010 年期间,影响东北地区的ELTE事件最主要是受西北路径的冷空气的影响,其次是东北路径。同时也发现,ELTE事件20 世纪80 年代发生频率最高,90 年代后开始减少,但是东北路径的ELTE事件在90 年代以后开始明显的增加。还发现,ELTE事件发生的前4 d,贝加尔湖地区若是被低压槽覆盖,易发生西北路径的ELTE事件,若该区域被一个东北-西南走向的高压斜脊控制,同时鄂霍次克海区域存在一个低压中心,形成西北“+”东南“-”的跷跷板形态,易发生东北路径的ELTE事件。