与厄尔尼诺和拉尼娜相联系的中国南方冬季降水的年代际异常特征

利用NCEP/NCAR再分析大气环流资料、哈得来中心海温资料、中国700多站降水资料以及全球格点降水资料,详细分析了中国南方冬季降水异常的特征,并揭示了其所对应的欧亚大气环流和东亚冬季风异常与ENSO事件的联系,以及ENSO暖/冷位相对其影响的非对称性。研究进一步证明了厄尔尼诺是导致中国南方冬季降水偏多的重要外强迫因子,并指出拉尼娜对中国南方冬季降水的影响表现出明显的年代际变化特征。1980年之前的拉尼娜年冬季,东亚冬季风显著偏强,东亚大槽偏深,西北太平洋副热带高压偏弱偏东,中国南方受一致偏北风影响,气温偏低,降水偏少,多表现为冷干的气候特征。但1980年之后的拉尼娜年冬季,东亚大槽偏弱,印缅槽偏强,同时在菲律宾以西激发出异常气旋性环流,使得异常偏东风控制中国南方,有利于热带水汽输送增强,因此降水偏多。同时,1980年之后的拉尼娜事件还使得东亚副热带西风急流偏强偏北,中国南方处于急流入口区的右侧,通过二级环流使得中国南方上空的上升运动偏强,有利于降水偏多。因此,1980年之后的拉尼娜年冬季,中国南方易表现出冷湿的气候特征,有时也容易发生低温雨雪冰冻灾害。进一步分析表明,1980年以后拉尼娜成熟期海温异常空间分布型的变化,以及北半球大气环流的年代际变化可能是导致拉尼娜对东亚大气环流的影响在1980年之后发生变化的重要原因。     

欧亚大陆冷季积雪与亚洲夏季风的关系:区域特征与季节性

主要回顾了欧亚大陆冷季积雪与亚洲夏季风的关系,特别是积雪对季风演变和强度的影响。从Blanford(1884)着眼喜马拉雅山测站积雪开始,到20世纪70年代卫星测量的大范围雪盖资料的问世,直至近几十年来全球气候模式模拟与资料分析的结合,回顾了人们在不同时期对积雪-季风关系的不同认识以及对积雪影响季风的物理过程的不同理解。一方面,积雪通过反照率效应影响温度、温度梯度和大气环流包括季风环流;另一方面,积雪通过融化效应影响大气,特别是增强大气异常信号的持续性。在这些过程中,陆面积雪与大气运动的相互作用是一个正反馈的过程。另外,特别关注不同地区和季节的欧亚大陆积雪对不同亚洲区域季风的不同影响,以及积雪在季风演变过程中对不同阶段季风特征的作用。虽然积雪与季风的关系非常复杂,加深对这些复杂关系的认识,对理解季风系统的整体变化以及改进季风预报都尤为重要。     

东亚高空西风急流与东亚—西太平洋夏季风降水异常关系的年代际变化

东亚副热带西风急流（East Asian Jet Stream,EAJS）的经向位移对东亚—西太平洋夏季风降水活动有着重要影响。利用前人定义的EAJS经向位移指数（East Asian Jet Stream Index,EAJSI）,发现盛夏（7、8月）EAJSI的年际变率在1990s末期经历了一次显著的年代际变化。而且EAJSI与东亚—西太平洋盛夏降水之间的关系自1999年以来显著减弱。在1980—1998年盛夏,与EAJSI相关的东亚—西太平洋降水异常呈典型的三极型模态,而这种相关关系在1999—2017年盛夏期间几乎消失了。其可能的原因是由于大尺度的大气—海洋环境年代差异,使得东亚—太平洋型/日本—太平洋型（East Asia—Pacific/Pacific—Japan,EAP/PJ）低频遥相关波列在1990s末期之后明显减弱和东移。这导致了盛夏EAJS经向位移的幅度显著减弱,进而引起EAJSI和东亚—西太平洋夏季风降水异常之间的关系转变。     

泛南海地区极端降水的历史分布和未来演变特征

泛南海地区是全球海—陆—气相互作用最敏感的区域之一,该区域极端降水释放的潜热加热可以调节局地的温度和湿度廓线对大气环流进行调整,进而影响周边地区甚至全球的天气气候。因此,泛南海地区极端降水的时空变化特征及变异机理一直是国内外学者关注的焦点。本文利用观测数据（1951～2014年）和国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）两种共享社会经济路径（SSP1-2.6和SSP5-8.5）的统计降尺度数据（2015～2100年）,分析了泛南海地区年平均和季节平均的日降水的最大值（RX1day）、连续5日降水的最大值（RX5day）、极端强降水天数（R20）和非常湿润天（R95p）的时空变化特征。RX1day、RX5day、R20和R95p常用于表征极端强降水、持续性强降水、极端强降水的频率和极端累计降雨量的特征。1951～2014年泛南海地区年平均和季节平均的四个极端降水指数的较大值均分布在东南亚、中国东南部以及青藏高原南坡地区,即这些区域不仅是极端强降水发生的区域,也是持续性强降水以及高频极端降水发生的区域。季节平均的极端降水指数特征表现为：东南亚一年四季都极易发生强降水、持续性强降水和高频极...     

台风“莫拉菲”潜热的数值模拟研究

WRF天气研究和预报模式是新一代中尺度数值预报模式,本文采用最细2公里的网格距对台风“莫拉菲”内核的宏观、微观以及潜热过程进行数值模拟。通过对台风路径、风速大小、降水形态以及内核热力和动力结构的验证,证实了单向六参数WSM6方案的合理性。本文通过计算台风过程中的潜热加热率,揭示了总潜热主要来源于0℃层以下的凝结潜热和0℃层以上的凝华潜热。证实了与霰有关的云微物理过程是对总潜热贡献最重要的因子。除此之外,在本次台风“莫拉菲”的模拟中,其他重要的潜热贡献因子分别是水汽凝结成云水、云冰的凝华增长、雪的凝华增长、云冰的初始化、霰的凝华增长、云水被雪和霰收集、云水和雨水的蒸发、雪的升华、霰的升华、霰的融化以及云冰的升华。总体而言,本文模拟的潜热加热率廓线和TRMM卫星的廓线基本一致,尽管具体数值略有不同。     

大气温度反馈的机理及其对全球增暖的贡献

大气和地表之间热辐射交换引起的地气温度耦合(即大气温度反馈)是影响地表能量收支平衡的重要因子.文章旨在阐述大气温度反馈机理,讨论影响其强度和空间分布的主要因子;并以全球变暖为例,论述大气温度反馈如何与外强迫和气候反馈过程耦合最终对全球增暖产生贡献.基于ERA-Interim再分析资料,利用地表反馈响应分析方法,计算大气温度反馈核,以此来阐述大气温度反馈的物理机制及其强度的空间分布与气候态温度、水汽和云水含量空间分布的关系,以及全球增暖加速期间大气温度反馈对全球平均表面温度增加的贡献.分析表明大气温度反馈过程主要通过与气候系统外强迫和内部过程的耦合作用,将各独立过程引起的地表能量收支异常信号放大.研究结果表明大气温度反馈显著放大了CO_2浓度升高、冰雪融化、水汽含量增加和海洋热量吸收减缓引起的地表增暖,削弱了云量增加引起的地表降温效应.同时,也放大了地表潜热通量增加造成的地表冷却效应.从全球平均结果来看,全球快速变暖前后,尽管外强迫和气候系统内部过程引起的全球平均总地面直接能量通量扰动为负,但大气温度反馈造成的全球平均总地面能量通量扰动却为正,且后者幅度远大于前者,这导致全球平均总地面净能量通量扰动正异常.由此可见,大气温度反馈对全球变暖起到了至关重要的作用.     

Seasonal Prediction for May Rainfall over Southern China Based on the NCEP CFSv2

In this study, we assess the prediction for May rainfall over southern China (SC) by using the NCEP CFSv2 outputs. Results show that the CFSv2 is able to depict the climatology of May rainfall and associated circulations. However, the model has a poor skill in predicting interannual variation due to its poor performance in capturing related anomalous circulations. In observation, the above-normal SC rainfall is associated with two anomalous anticyclones over the western tropical Pacific and northeastern China, respectively, with a low-pressure convergence in between. In the CFSv2, however, the anomalous circulations exhibit the patterns in response to the El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO), demonstrating that the model overestimates the relationship between May SC rainfall and the ENSO. Because of the onset of the South China Sea monsoon, the atmospheric circulation in May over SC is more complex, so the prediction for May SC rainfall is more challenging. In this study, we establish a dynamic-statistical forecast model for May SC rainfall based on the relationship between the interannual variation of rainfall and large-scale ocean-atmosphere variables in the CFSv2. The sea surface temperature anomalies (SSTAs) in the northeastern Pacific and the central-eastern equatorial Pacific, and the 500-hPa geopotential height anomalies over western Siberia in previous April, which exert great influence on the SC rainfall in May, are chosen as predictors. Furthermore, multiple linear regression is employed between the predictors obtained from the CFSv2 and observed May SC rainfall. Both cross validation and independent test show that the hybrid model significantly improve the model''s skill in predicting the interannual variation of May SC rainfall by two months in advance.     

前、后冬的东亚冬季风年际变异及其与东亚降水的关系

利用ERA-Interim的再分析资料和NOAA海温、降水量等资料对前、后冬的东亚冬季风的年际变异特征及其与东亚降水的关系进行对比分析,并讨论了热带和中高纬系统影响东亚冬季风变异的相对重要性。前冬的东亚冬季风变异的主导模态为东亚全区一致变异型,即一致的北风偏弱或偏强;其次为南部变异型,主要表现为在我国南方-南海北部的东北风偏弱或偏强。而后冬的东亚冬季风变异的主导模态则为南部变异型,其次为东亚全区一致变异型。从前冬到后冬,东亚冬季风的主要变异模态的次序出现交叉更替。前、后冬的冬季风主要模态以年际变化为主,但后冬主导模态还显示出冬季风有变强的趋势。前、后冬的东亚冬季风的主导变异模态也影响东亚降水异常的位置。在前冬,冬季风异常主要影响我国华北、渤海-黄海海域以及朝鲜半岛和日本南部区域的降水异常,而后冬的冬季风异常则主要导致我国东南地区及其东侧附近的西北太平洋海区的降水异常。前冬的东亚冬季风的前两种主要变异模态都受到印度洋-太平洋海温和中高纬环流系统共同的影响;后冬的东亚冬季风的前两种主要变异模态则分别主要受ENSO和中高纬系统的影响。      

热带大气环流平均状况的研究

应用NMCl7年热带u、v风及OLR资料研究了热带地区大气环流的平均结构和特征。指出热带大尺度环流基本上是由东西向的walker环流和南北向的Hadley环流所组成的。这些环流是由热力作用直接驱动的,它具有高低层风向相反的特征。扰动风场与平均风场有密切关系。西风基本气流对应着扰动动能的极大值而东风则对应着扰动动能的极小值。热带地区存在着明显的辐散辐合作用,它也是由热力作用引起的并与热带对流活动有密切联系。