华南地区7-10月两类区域性极端降水事件特征及环流异常对比

利用1981—2016年7—10月中国753站逐日降水资料、气象信息综合分析处理系统（MICAPS）逐日站点降水资料、日本东京台风中心西北太平洋热带气旋（TC）最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料集,分析了华南地区区域性日降水极端事件（RDPE事件）的统计特征及环流异常。根据华南地区RDPE事件的发生是否受热带气旋影响将其分为TCfree-RDPE和TCaff-RDPE两类事件,其中TCaff-RDPE事件占42%且集中发生在8月4—5候;TCfree-RDPE事件以7月发生频数最多,占其总频次的1/2以上。TCfree-RDPE事件发生时,华南地区受异常气旋性环流控制,来自西太平洋和中国南海的暖湿气流与北方冷气团在此汇合并形成一条狭长的水汽辐合带,低层辐合、高层辐散,显著强烈的上升运动为TCfree-RDPE事件的发生与维持提供了有利条件;与此同时,波扰动能量由高原东北侧及河西走廊地区向华南一带传播并在华南显著辐合,有利于华南上空扰动的发展和维持。TCaff-RDPE事件发生时,华南上空由低层到高层的斜压环流结构更为明显,异常上升运动更加强烈,热带气旋在其运动过程中携带了大量源自孟加拉湾、中国南海和西太平洋地区的水汽并输送至华南地区,水汽辐合气流更为强盛。同时,波扰动能量由高纬度地区沿河西走廊向下游传播,但在华南地区辐合不甚明显。两类极端事件发生时,加热场上的差异亦明显。华南及邻近地区上空的大气净加热及其南侧大范围区域的净冷却所形成的加热场梯度对TCfree-RDPE事件的发生有利。而TCaff-RDPE事件发生时,〈Q₁〉和〈Q₂〉在经向上由18°N以南、华南及其邻近地区、32°N以北呈负—正—负的异常分布型,正距平值更高,加热场梯度更大,有利于TCaff-RDPE事件的维持。这些结果有利于人们认识和预测华南区域性日降水极端事件的发生。      

华中地区夏季区域性极端日降水事件变化特征及环流异常

利用1961—2010年夏季(6—8月)华中区域239个中国国家级气象台站逐日降水观测资料及NCEP/NCAR再分析资料集,对华中地区夏季区域性极端日降水事件及环流异常进行了分析,结果表明:华中地区夏季区域性极端日降水量的99百分位阈值为23.585 mm/d,20世纪80年代中期以后的极端日降水事件明显偏多,且6月下旬至7月中旬为华中地区极端降水多发期。极端日降水事件由具有从低层到高层呈斜压结构的异常环流控制,其南侧的水汽通过孟加拉湾与中国南海地区的异常反气旋外围呈阶梯状输送至华中地区。位于青藏高原东北侧的波作用量通量向华中地区的辐合有利于华中地区上空波动扰动的产生和维持,同时极端日降水事件的发生亦与华中地区的大气净加热及华中周边大范围区域中的净冷却形成的加热场梯度有关。这些结果表明华中地区夏季区域性极端日降水事件有显著的年际和年代际变化,且极端事件的发生与华中地区气旋性环流异常、青藏高原东北侧地形强迫、以及华中地区与周边非绝热加热梯度异常关系密切。     

北京地区夏季极端降水变化特征及城市化影响

利用1981-2016年京津冀地区174个国家站逐日降水资料,采用百分位方法和线性倾向估计方法对京津冀地区极端降水的时空分布特征及演变趋势进行了分析。结果表明：（1）对于京津冀地区极端降水空间分布,不同百分位降水阈值表现为一致的分布特征,年平均极端降水量、平均极端降水强度与百分位极端降水阈值分布大体一致,而年平均极端降水日数的分布则与其相反。（2）年平均极端降水量在103.6~259.1 mm之间,年平均极端降水日数在3.0~4.0 d之间,平均极端降水强度在大雨到暴雨之间,极端降水量对总降水量贡献达28%以上。（3）极端降水总站次和极端降水日数年变化趋势一致,7月、8月和10月是极端降水较活跃月份。（4）在36 a期间,年平均极端降水量、年平均极端降水日数、平均极端降水强度以及极端降水量对总降水量贡献的变化趋势分布情况基本一致,呈减少趋势的站点均相对较多,年平均极端降水量增减幅度较大,年平均极端降水日数变化在1 d·（10 a）^-1以内,平均极端降水强度和极端降水量对总降水量贡献减少趋势相对明显。

     

近20年中国气象灾害损失的初步分析

采用全国气象部门收集的县（区）域行政单元灾情普查资料,结合全国气象站点降水观测资料,分析了1984—2008年中国暴雨及其引发的洪涝灾害的时空演变特点及灾害损失情况,揭示了气候变化及人类活动双重作用下中国暴雨洪涝灾害变化趋势和演变特点,以及暴雨洪涝灾害影响的时空差异性。结果表明：近25 a来中国暴雨日数总体上稍有增加,暴雨强度和暴雨天数的空间分布均表现为南方高于北方,东部高于西部的特点,20世纪90年代中后期为中国暴雨高发期。研究时段内,中国暴雨洪涝灾害造成的直接经济损失呈增加趋势,但直接经济损失占当年GDP的比例则呈下降趋势,平均每年经济损失约为573亿元人民币,损失较高的地区主要集中在中国南方地区,县域年平均损失超过2 000万元的县约占15%,其中有34个县超过亿元。受灾人口呈增加趋势,但因灾死亡人口呈下降趋势;暴雨洪涝灾害对农作物受灾面积和绝收面积的影响均呈微弱上升趋势,年平均作物受灾面积近9.00×10⁶ hm²,作物绝收面积为1.27×10⁶ hm²。

     

东北夏季降水分型及其大气环流特征

利用1961—2010年中国东北122站逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及中国国家气候中心整理的160站月平均温度资料,对东北6月、7月、8月的降水进行分型,在此基础上分析各类降水型对应的环流形势。结果表明:东北6月、7月、8月降水均可划分为两大类四小类,6月与8月的分型结果相同,为全区一致型(同多型、同少型)和南北反位相型(南部型、北部型),7月可分为全区一致型(同多型、同少型)和东西反位相型(东部型、西部型)。6月东北降水主要受东北冷涡影响,冷涡越强,降水越多,且当鄂霍次克海阻塞高压出现明显异常时,6月东北降水将呈现南北反位相特征;7月、8月降水主要受东亚夏季风影响,其中东北降水全区一致型与西太平洋副热带高压的位置以及沿亚洲西风急流东传的波列有关,而降水南北(东西)反位相型则与西太平洋副热带高压的强度有关。     

Influence of three types of boreal summer intraseasonal oscillation on summer precipitation over the Yangtze River Valley

本文研究了三种来源于印度洋的北半球夏季季节内振荡(BSISO)对长江中下游地区降水的影响.结果表明,在所有BSISO类型中水汽辐合对降水异常的贡献最大.在经典型中,伴随着自副热带西太平洋向西北太平洋传播的正(负)对流异常的气旋(反气旋)使得降水在-2(-1至3)侯减少(增加).在向东扩展型中,由于在印度洋的正(负)对流异常激发的遥响应在西北太平洋引起反气旋(气旋),降水在-2至0(1至3)侯增加(减少),在向北偶极子型中,由于伴随着正(负)对流异常的气旋(反气旋)从中国南海移动到西北太平洋,降水在-2至0(1至3)侯减少(增加).     

夏季淮河流域大气环流型在降水趋势预测中的应用

采用NCEP/NCAR逐日海平面气压场资料,利用Lamb-Jenkinson大气环流分型方法对淮河流域夏季环流进行分型,并利用逐步回归方法建立了淮河流域夏季降水趋势的预测模型。结果表明:影响夏季淮河流域的主要环流型有南风型、西南风型、东南风型及气旋性环流,这些环流型都具有显著的年际和年代际变化特征,利用大气环流型建立的夏季淮河流域降水趋势预测模型具有一定的预报能力。     

Variations of winter precipitation over southeastern China in association with the North Atlantic Oscillation

The synoptic-scale winter precipitation variations over southeastern China (22°–32°N, 105°–125°E) and their association with the North Atlantic Oscillation (NAO) during 1951–2007 are investigated in this paper. The variability of wintertime precipitation is characterized by meridional displacement of its maximum center. Two precipitation regimes, with maximum centers located over the Yangtze and Pearl River basins, are identified via cluster analysis. Time-lagged analyses suggest that the two precipitation regimes are connected with the decaying phases of positive NAO (NAO+) events of different amplitudes. A strong (medium) NAO+ event is defined as one when the maximum amplitude of the NAO index exceeds 1.0 (in the range of 0.7–1.0) for at least 4 consecutive days and drops to less than 0.3 within 7 days following the peak index. After the peak of a strong NAO+, southerly winds expand northward to the Yangtze River (about 30°N), a northeast–southwest-tilted trough migrates to east of Lake Baikal, and cold air intrudes into central eastern China; thus, precipitation is strengthened over the Yangtze River basin where warm and cold air masses converge. In comparison, during the decaying phase of medium NAO+ events, the southerly winds are relatively weak, and precipitation tends to be enhanced at lower latitudes (around 25°N). Further analysis indicates that downstream Rossby-wave propagation may account for the latitudinal expansion of the southerly wind anomalies over the eastern coastal area of China during the decaying phase of NAO+ events of different strengths.     

Future changes in precipitation extremes over China using the NEX-GDDP high-resolution daily downscaled data-set

最近,NASA发布了一套基于CMIP5 21个耦合模式输出的高分辨率降尺度逐日数据集,简称NEX-GDDP。本文评估了NEX-GDDP对中国极端降水的模拟性能。研究发现:(1)相比CMIP5直接输出结果,NEX-GDDP能够更好刻画中国极端降水的空间分布;(2)未来中国极端降水事件明显增多、强度增强,NEX-GDDP在区域尺度上给出了更多的气候变化信息;(3)NEXGDDP预估的中国未来极端降水变化的不确定性范围相比CMIP5直接输出结果明显减少,使得预估结果更加可靠.     

A comprehensive classification of anomalous circulation patterns responsible for persistent precipitation extremes in South China

Based on observational precipitation at 63 stations in South China and NCEP NCAR reanalysis data during 1951 2010,a cluster analysis is performed to classify large-scale circulation patterns responsible for persistent precipitation extremes(PPEs) that are independent of the influence of tropical cyclones(TCs).Conceptual schematics depicting configurations among planetary-scale systems at different levels are established for each type.The PPEs free from TCs account for 38.6%of total events,and they tend to occur during April August and October,with the highest frequency observed in June.Corresponding circulation patterns during June August can be mainly categorized into two types,i.e.,summer-Ⅰ type and summer-Ⅱtype.In summer-Ⅰ type,the South Asian high takes the form of a zonal-belt type.The axis of upstream westerly jets is northwest-oriented.At the middle level,the westerly jets at midlatitudes extend zonally.Along the southern edge of the westerly jet,synoptic eddies steer cold air to penetrate southward;the Bay of Bengal(BOB) trough is located to the north;a shallow trough resides over coastal areas of western South China;and an intensified western Pacific subtropical high(WPSH) extends westward.The anomalous moisture is mainly contributed by horizontal advection via southwesterlies around 20°N and southeasterlies from the southern flange of the WPSH.Moisture convergence maximizes in coastal regions of eastern South China,which is the very place recording extreme precipitation.In summer-Ⅱ type,the South Asian high behaves as a western-center type.The BOB trough is much deeper,accompanied by a cyclone to its north;and a lower-level trough appears in northwestern parts of South China.Different to summer-Ⅰ type,moisture transport via southwesterlies is mostly responsible for the anomalous moisture in this type.The moisture convergence zones cover Guangdong,Guangxi,and Hainan,matching well with the areas of flooding.It is these set combinations among different systems at different levels that trigger PPEs in South China.     

三类厄尔尼诺事件对东亚大气环流及中国东部次年夏季降水的影响

利用全球海表温度(SST)资料、ONI(Oceanic Nino Index)序列以及中国160站逐月降水资料,研究了不同类型El Nino事件的主要特征及其对东亚大气环流及中国东部次年夏季逐月及季节降水的影响。结果表明:1)据El Nino事件期间SST最大正异常所在区域,将El Nino事件分为Nino3、Nino4和Nino3.4型。2)El Nino事件次年6月,Nino3型时降水显著正异常区主要位于鄱阳湖和洞庭湖流域,Nino4型时位于鄱阳湖流域、桂粤湘三省交界及广西西部,Nino3.4型时位于洞庭湖流域。7月Nino3型降水显著正异常区北移至长江流域,8月则呈西多东少反相分布。从次年6月至8月,Nino4型降水显著正异常区逐渐北移,Nino3.4型降水显著正异常区则从南到北再移向东北。3)在整个次年夏季,Nino3、Nino4和Nino3.4型降水显著正异常区在中国东部呈自南向北分布。无论逐月或季节降水,均是Nino4型降水正异常最强、Nino3.4型最弱。4)不同类型事件次年夏季和各月环流特征存在一定差异,总体而言,对于南亚高压,Nino3型、Nino4型事件后呈偏强、东伸和北抬的特点,且后者较前者时更强;Nino3.4型事件后主要呈减弱、西退特征。对于西太平洋副热带高压,Nino3型、Nino4型事件后主要呈偏强、西伸、北抬特征,后者较前者更强,西伸、北抬也更明显;Nino3.4型后,副高以东撤、北抬特征为主。     

中国东部地区夏季降水和环流的年代际转型及其与PDO的联系

利用1951—2013年全国160个测站逐月降水资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料和NOAA全球月平均海表温度等资料,分析了中国东部地区夏季降水的年代际转型及相关大气环流变化。研究结果表明,1970s中后期和1990s PDO两次位相转换给中国东部地区夏季降水带来显著的年代际变化,前者使得东亚夏季风进一步减弱,夏季雨带南退至长江中下游地区,后者使得东亚夏季风恢复增强,雨带北移至淮河流域。进一步研究发现,1990s PDO年代际突变导致东亚夏季大气环流场发生显著变化,贝加尔湖地区增暖导致向北的经向温度梯度增大以及副热带高压的东退北抬是导致1990s东部地区夏季降水年代际变化的可能原因。     

2004年主汛期我国强对流天气灾害统计特征

利用1961-2015年江西省83个国家级气象观测站逐时降水资料,采用经验正交函数（EOF）和Morlet小波变换等方法,分析江西省短历时强降水时空分布特征,探讨当地短历时强降水与暴雨的关系。结果表明：（1）江西省短历时强降水极值与发生频次分布不匀,呈东多西少分布;全省短历时强降水发生频次变化一致,其中浙赣铁路沿线地区是其频次异常敏感区。（2）近55 a江西短历时强降水频次增加趋势明显,与江西区域性增暖呈正响应关系,该时段短历时强降水频次存在21 a和14 a左右年代际周期变化。（3）江西短历时强降水主要出现在4-9月,6月最多;其日变化4-7月呈双峰型,8-9月呈单峰型,强降水频次在16-17时最多。（4）江西短历时强降水与暴雨空间分布的高频中心相同,其相似系数达0.98;54.6%的短时强降水当日出现暴雨,尤其是凌晨至上午发生的短时强降水当日,暴雨概率高达69.2%~76.9%。

     

格点降水资料在中国东部夏季降水变率研究中的适用性

本文使用1951~2010年PREC、CRU、APHRO和GPCC 4种格点降水资料,通过比较其与中国756站点观测降水资料在中国东部(105°E以东)夏季降水变率中的差异,检验和评估了它们的可靠性和适用性。结果表明:中国东部夏季降水变率的前3个主要模态分别是以江淮流域、长江流域和华北与东北南部为核心的经向多中心分布,有明显的年际和年代际变率特征,且干旱特征较洪涝更明显;长江流域夏季降水异常的主周期为3~7 a和20~50 a,而江淮流域和华北地区夏季降水异常的主周期则为准2 a和准10 a。另外,长江与江淮流域和华南地区分别在1970s末和1990s初发生了显著的年代际转变;4种格点降水资料都能很好地再现中国东部夏季降水的时空变率特征,但由于GPCC格点降水资料是基于更多的基站观测和更精细复杂的质量控制方案得到的,因此它具有更高的可靠性。     

Interannual variability of summer monsoon precipitation over the Indochina Peninsula in association with ENSO

The interannual variability of summer monsoon precipitation (1979–2011) over the Indochina Peninsula (ICP) is characterized using the first empirical orthogonal function of 5-month total precipitation (May to September). The leading mode, with a monopole pattern, accounts for 30.6 % of the total variance. Dynamic composites and linear regression analysis indicate that the rainy season precipitation over the ICP is linked to El Niño–Southern Oscillation (ENSO) on interannual scales. The preceding winter [D(?1)JF(0)] negative sea surface temperature (SST) over the Niño-3.4 region is predominantly correlated with the rainy season precipitation over the ICP. Notably, the simultaneous correlation between remote SST anomalies in the Niño-3.4 region and the rainy season precipitation over the ICP is weak. The interannual variation of tropical cyclones modulated by ENSO is a significant contributing factor to the rainy season precipitation over the ICP. However, this relationship is not homogeneous over the ICP if ENSO is considered. Before removing the ENSO signal, enhanced precipitation is present over the northeastern part of the ICP and reduced precipitation appears in the western ICP, especially in coastal areas. In contrast, after removing ENSO, only a minor significant positive precipitation anomaly occurs over the northeastern part of the ICP and the negative anomaly appears particularly in the western and eastern coastal regions. The results obtained through the present study are useful for our understanding of circulation mechanisms and provide information for assessing the ability of regional and global climate models in simulating the climate of Southeast Asia.     

The relation of vegetation over the Tibetan Plateau to rainfall in China during the boreal summer

The relationship between vegetation on the Tibetan Plateau (TP) and summer (June–August) rainfall in China is investigated using the normalized difference vegetation index (NDVI) from the Earth Resources Observation System and observed rainfall data from surface 616 stations in China for the period 1982–2001. The leading mode of empirical orthogonal functions analysis for summer rainfall variability in China shows a negative anomaly in the area from the Yangtze River valley to the Yellow River valley (YYR) and most of western China, and positive anomalies in southern China and North China. This mode is significantly correlated with summer NDVI around the southern TP. This finding indicates that vegetation around the southern TP has a positive correlation with summer rainfall in southern China and North China, but a negative correlation with summer rainfall in YYR and western China. We investigate the physical process by which vegetation change affects summer rainfall in China. Increased vegetation around the southern TP is associated with a descending motion anomaly on the TP and the neighboring area to the east, resulting in reduced surface heating and a lower Bowen ratio, accompanied by weaker divergence in the upper troposphere and convergence in the lower troposphere on the TP. In turn, these changes result in the weakening of and a westward shift in the southern Asian High in the upper troposphere and thereby the weakening of and an eastward withdrawal in the western Pacific subtropical high. These features result in weak circulation in the East Asian summer monsoon. Consequently, enhanced summer rainfall occurs in southern China and North China, but reduced rainfall in YYR.     

1960—2016年中国北方半干旱区盛夏降水时空变化及其水汽输送特征分析

基于气象台站降水观测资料,本文分析了1960—2016年半干旱区盛夏（7、8月）降水量时空变化特征,探讨了典型降水量时空分布型与大气环流及水汽输送的关系。结果表明,1960—2016年半干旱区7月和8月降水量的主导空间模态均可归纳为“区域一致型”和“区内反向型”。“区域一致型”时间序列显示1960—2016年7、8月降水量均呈减少趋势,但8月减少趋势更明显。这一时间序列与大气环流及水汽通量输送之间相关性分析显示,欧亚遥相关以及中纬度西风气流与7月降水量变化密切相关;而西太平洋副热带高压是影响半干旱区8月降水量变化的主要原因。相较而言,“区内反向型”年际变率较小但年代际变化明显,当北方半干旱区受反气旋性环流控制时,易形成北方半干旱区西部地区降水偏多而东部地区偏少的格局。     

北半球夏季大气季节内振荡对中国东南沿海热带气旋暴雨的影响

本文采用美国台风联合警报中心整编的1981—2012年的best-track热带气旋资料、中国大陆743站逐日降水数据、亚太经合组织气候中心的北半球夏季季节内振荡(BSISO)指数和美国国家环境预报中心及大气研究中心的再分析资料,分析了中国东南部地区热带气旋暴雨特征及其与BSISO 8个位相的联系。结果表明:7、8月,中国东南沿海地区的热带气旋暴雨发生的频次最多,多个站点热带气旋暴雨占总暴雨频次的比例达40%以上。7、8月热带气旋暴雨主要发生于BSISO1的第1、2、7、8位相,发生的暴雨频次占总频次的78.4%,主要分布于福建省沿海地区和西南部;BSISO2的第5、6、7位相热带气旋暴雨发生的频次也较多,占总频次的73.6%,主要分布于福建省沿海地区及西南部和广东省西南沿海地区。对发生较多热带气旋暴雨的BSISO1和BSISO2位相背景下的环流合成异常的诊断显示,西北太平洋伸向中国东南沿海地区,大尺度引导气流为显著的异常东风带,有利于热带气旋登陆中国大陆;显著异常的纬向东风切变、气旋性相对涡度和整层水汽的异常辐合,有利于热带气旋登陆过程强度的维持,促使热带气旋暴雨发生在中国大陆。     

华东地区夏季不同等级降水变化特征分析

采用华东地区78个气象站点逐日降水资料,根据日降水量的5个等级划分,应用线性趋势分析、相关分析等分析了不同等级降水频率和降水量的空间分布及其变化趋势。结果表明:(1)夏季不同等级降水频率在整个华东地区具有明显的地区差异,区域平均的降水频率由大到小依次为小雨、微量降水、中雨、大雨、暴雨。(2)平均的夏季总降水量呈南多北少的分布,各等级降水对总降水量的贡献率由大到小依次为暴雨、大雨、中雨、小雨,暴雨对夏季总降水量的贡献在某些年份可达50%以上。(3)区域平均的夏季降水日数呈下降趋势,但总降水量却有明显的增大趋势。(4)区域平均的某等级降水频率正异常时,华东地区各地该等级降水频率,亦多表现为正异常,尤其中雨以上等级降水频率异常符号在整个华东地区更为一致。(5)华东区域微量降水和小雨发生频率分别与其他等级降水存在显著的反相关关系,而中雨、大雨、暴雨三者发生频率之间无显著相关。