黄土高原春季干旱时空分异特征

采用基于相对湿润度的干旱指数分析方法和黄土高原1961 2010年气候要素资料,研究了黄土高原春季干旱时空变化、异常分布和次区域演变特征。结果表明:1961 2010年黄土高原春季干旱强度变化呈现明显中心区域强、周边区域弱的分布特征,其中中部腹地干旱强度增加趋势倾向率最大,中部周边干旱强度增加次之,东北部和西部边缘呈减弱趋势。研究区不同区域春季干旱强度呈同位相变化是干旱变化的首要空间分布模态,异常中心区域在陕北、陇东及宁夏西南部。东西部反相位分布模态反映了黄土高原东西部所受大气系统影响差异性的特征。根据载荷向量不同模态空间异常分布型,可将春季干旱划分为西北部型、东北部型和南部型等3个次区域异常型,南部春季干旱强度时间序列呈显著增强趋势,其由弱变强的突变点出现在1977年,西北部和东北部干旱强度也呈波动增强趋势,但未通过显著性检验,没有突变。西北部和南部春季干旱指数存在显著的3~4年振荡周期,东北部存在显著的5~6年振荡周期。     

近54年柳州干旱的时空特征分析

基于1961-2014年逐日降水资料,用降水量距平百分率作为划分干旱的指标,对柳州各季节干旱的时空特征进行了分析,结果为:(1)春季柳州干旱频数的空间分布特征是北部和东部多、其他地区少,夏季西多东少,秋季东北部最多、其他地区接近,冬季西南部多、东北部少、其他地区居中。柳州北部的干旱事件以轻旱、中旱为主,重旱、特旱事件主要发生在在中部和南部地区。(2)从春季到冬季,柳州的干旱发生严重程度有随时间递增的趋势,全市性的中旱、重旱、特旱事件主要发生在秋季和冬季,春季、夏季干旱事件全部为轻旱。(3)近54年柳州全市性干旱总频数的年代际变化呈单峰型,1980年代为波峰,1960年代和2010年代波谷。各季节干旱频数的年代际变化趋势是:春季和秋季1980年代以前干旱发生较多,1990年代以后干旱发生较少,夏季和冬季1980年代以前干旱发生较少,1990年代以后干旱发生较多。     

黑龙江省春季干旱风险评估及区划

利用黑龙江省70个气象站1961～2003年气象资料,通过计算黑龙江省春旱指数、春旱发生频率、变异系数、风险指数,对黑龙江省春季干旱的风险性进行了探讨和评估.风险评估的结果表明:春季干旱频率、偏旱的变异系数和风险指数三者的高值区基本都位于黑龙江省松嫩平原西南部地区.从综合区划的结果来看,黑龙江省松嫩平原西南部地区是春季干旱的高风险区,并以这些地方为中心,向外围逐步形成春季干旱的较高风险区和中等风险区.因此在农业生产中,应充分考虑这些地方的春季干旱风险,减少农业损失.     

基于精细资料的宁夏春季干旱特征分析

本文利用多种地面精细观测资料,统计分析得到近55a宁夏春季干旱的精细化空间分布和多时间尺度变化特征。结果表明:在采用了更为精细的观测资料后,宁夏春季干旱的分布显得更为不均,呈中部多发南北少发的分布特征而干旱平均强度却呈中部弱南北强的分布特征;最大春季干旱强度分布呈明显的多极性分布。在宁夏5地市中,吴忠市、银川市、中卫市3市较易发生干旱。宁夏春季干旱发生次数基本呈逐年增加的趋势,但平均强度呈逐年减弱的趋势;年代际发生次数的增加趋势更加明显;在20世纪80年代前后存在1次突变。春季干旱强度具有较为稳定的气候态,3、5月易出现大范围轻旱以上的干旱过程;3月上旬、5月上旬、5月下旬较易出现重旱级别的干旱过程。500hPa大陆高压脊与大气环流的变化是造成西北地区春季干旱强弱分布的主要原因之一。     

汉中干旱时空分布特征分析

基于1971—2015年汉中11个县区地面气象观测站逐日降水观测资料,以降水距平百分率为干旱划分标准,采用干旱频率、干旱站次比和干旱强度三个指标,分析了汉中地区年尺度和季尺度干旱时空变化特征。结果表明:汉中地区年尺度干旱频率东南部低,西北部高,并从东南部向西北部递增;季节尺度来看,各季干旱频率分布差异明显。年尺度干旱强度从1996年开始有较弱增强趋势,而干旱站次比有明显降低趋势,汉中地区干旱朝着小区域性中旱发展;季尺度干旱特征为春季和夏季干旱站次比有增加趋势,秋季和冬季有减少趋势,春季和夏季干旱范围逐渐扩大,秋季和冬季干旱范围逐渐减少;春季、夏季和秋季干旱强度基本为轻旱,冬季多为中旱,有时能达到重旱。     

灰色系统理论在江苏省淮北地区春旱,初夏旱趋势预测中的应用

本文利用灰色系统理论预测方法建立的GM(1,1)预测模型,对我省淮北地区春季、初夏季节未来的干旱少雨趋势进行了预测。为淮北地区春季、初夏季节的农业气象干旱研究和预报提供了参考依据。     

内蒙古西部春季干旱特征分析评估

基于内蒙古西部40个国家级气象站1961-2018年春季逐日平均气温和降水量资料,构建的综合干旱指数,分析评估了春季区域干旱发生情况,结果显示:(1)近58a内蒙古西部区域春季干旱年发生频率高达78%,平均5a中有4a春旱,且多数为中到重旱。(2)20世纪70-80年代春旱年份发生概率更高,连年干旱,近10a干旱明显减少。(3)春旱频率空间分布是西高东低。(4)干旱影响范围最大,干旱最重的前3a分别是1962、1993年和1995年,出现了季内连月重旱,农牧业生产和群众生活均受严重影响。构建的综合干旱指数与实况对比分析,能够较好地反映春旱发生程度,可以用于月季干旱的影响评估业务。     

新疆气象干旱的统计分析

用降水距平＜－40％、＜－20％作为大旱、干旱指标,研究了新疆气象干旱发生的统计规律：冬春季干旱发生频率大,夏秋季小,南疆大于北疆;南疆冬、春季及北疆冬季干旱年际持续性强,北疆春、夏季及南疆夏季年际持续性弱;冬春连旱出现频率较高,春夏、夏秋季连早出现频率少。     

1959-2003年青海省干湿变化分析

利用青海省1959-2003年气象资料,计算了修正的Palmer干旱指数,并对其进行了分析。结果表明：在青海省旱涝监测中,PDSI指数反映旱涝程度更为客观;青海省的干旱主要以轻旱为主;夏秋季年际干湿交替较冬春季频繁,变化振幅也较大;秋季青海省干旱化倾向最为严重,冬春季出现轻旱几率最大。另外,春季干旱总面积在减小;夏季轻旱面积增加,而中旱、重旱面积在减小;秋冬季重旱面积在增加。     

河北省南部干旱特征及其对冬小麦产量的影响分析

以河北省南部冬小麦产区为例,基于标准化降水指数(SPI),采用数理统计方法,分析了近40 a(1971—2010年)冬小麦生育期干旱的时空变化特征,干旱对冬小麦产量的影响及干旱风险特征。结果表明:河北省南部干旱在空间上具有一致性,在时间上春季干旱20世纪90年代少于20世纪70年代和80年代,冬小麦全生育期干旱无明显变化。河北省石家庄地区冬小麦产量受干旱影响较小,沧州地区影响大,其他地区一般主要受春季干旱的影响。干旱的影响与各地灌溉条件及管理水平有关。冬小麦全生育期,邯郸西南部为干旱较高风险区;邢台、邯郸局部地区为干旱低风险区;其他大部分地区为干旱中风险区。     

与夏季北太平洋副热带中尺度海洋涡旋相联系的海气关系

采用高分辨率卫星和再分析资料,利用涡旋探测技术、滤波和合成分析等方法,对夏季北太平洋副热带地区中尺度海洋涡旋与大气的耦合关系进行了分析。结果表明:在日时间尺度上,海洋涡旋的海表温度（Sea SurfaceTemperature,简称SST）与海表风速之间不仅存在同位相的正相关关系,还存在反位相的负相关关系,即在涡旋这种中尺度上既存在海洋对大气的强迫,也存在大气对海洋的强迫。海表风速与SST同位相时,对暖（冷）涡来说,向上（下）的净热通量增强,云和降水增多（减少）;其海水温度异常和海流旋度较强,暖（冷）涡较为深厚,一定程度上表明了海洋对大气的强迫。海表风速与SST反位相时,对暖（冷）涡而言,当其处在正（负）位势高度异常、中低层相对湿度较小（大）、气温较高（低）的大气配置下,海表风速较小（大）;同时向下（上）净热通量增强,云和降水减少（增多）;涡旋海水温度异常和海流旋度较弱,这种暖（冷）涡较为浅薄;表明晴空（阴雨）条件下有利于暖（冷）涡的维持,一定程度上反映了大气对海洋的强迫作用。     

东北春季极端连续无雨日与前冬北太平洋海平面气压的可能联系北大核心

基于1960—2019年中国东北地区108个台站逐日降水资料、JRA-55再分析资料和Hadley中心海温数据,分析了东北地区春季极端连续无雨日的年际变化特征及其与前冬北太平洋地区大气环流和海表温度的关系。研究表明,东北地区春季极端连续无雨日集中在3—4月。当3—4月极端连续无雨日偏多时,贝加尔湖地区存在异常高压,东北地区受偏北气流影响,局地水汽辐散。进一步分析发现,东北地区3—4月极端连续无雨日与前冬1—2月北太平洋地区偶极型海平面气压存在密切联系。该大气模态可以引起同期北太平洋海温呈现出马蹄形异常分布并持续到3—4月。在3—4月,海温异常可以通过改变北太平洋上空的经向温度梯度,引起东亚到北太平洋地区的西风变化,进而有利于贝加尔湖地区出现异常高压。另一方面,海温异常还会增强北半球中纬度的波列活动,东传的波列也可以增强贝加尔湖地区的高压。上述异常环流为东北地区极端连续无雨日的增加提供了有利背景条件。留一交叉验证结果显示,前冬1—2月北太平洋地区偶极型海平面气压可作为东北春季极端连续无雨日的潜在预测因子。     

长江中下游旱涝的环流型与赤道东太平洋海温遥相关波列特征

根据长江中下游地区夏季旱涝年前期冬、春季北太平洋海温分布特征进行分析研究 ,提出了影响区域性旱涝的海温“强信号”概念 ;探讨了北半球大气环流结构对赤道东太平洋海温异常响应问题 ,并研究了东太平洋海温与北半球夏、春季高度偏差场季尺度相关偏差场波列结构相关特征。研究结果表明 ,赤道东太平洋海温异常可能通过低纬walker环流引起赤道西太平洋区域性大气异常运动 ,从而产生遥响应环流型 ,形成类似PNA遥相关“大圆波列”。此类遥响应特征在西太平洋区域表现出与副热带高压、西风槽、阻塞高压等相关的系统的准定常经向波列。研究结果还表明此类经向波列结构描述了中高纬地区系统对低纬异常海温遥响应的动力学特征。应用 1997～ 1998年冬季实际海温资料 ,并在赤道中东太平洋地区引入实际海温异常的敏感性试验 ,较成功地模拟了 1998年夏季长江流域洪涝的降水分布特征。文中从统计、动力分析和数值模拟综合分析方法揭示出由前期东太平洋海温异常引起的大气环流变异 ,构成中国长江流域旱涝的物理图像及其动力学模型。     

青藏高原夏季热力状态和南半球大气环流的可能联系

本文通过对观测和再分析数据采用最大协方差分析以及回归、合成等分析方法,研究了青藏高原夏季地表气温与南半球大气环流之间的遥相关关系。结果表明,前期(4月)南半球极地—中高纬度大气环流呈现负位势高度异常、较低纬度印度洋—西太平洋区域呈现正位势高度异常时,高原中部和东部大部分区域夏季出现暖异常。在上述遥相关中,印度洋—西太平洋海温异常可能起到了重要的中间桥梁作用。在高原夏季温度偏高的年份,前期跨赤道的印度洋—西太平洋海温也持续偏暖,带来的海陆热力对比减小、经向跨赤道气流减弱有利于削弱夏季的季风环流,使得高原夏季降水偏少,有利于形成高原夏季的暖异常。在这一高原气温—南半球大气环流的遥相关关系中,4月南半球的大气位势高度场异常和与印度洋—西太平洋海温异常相关的异常高度场分布也十分相似。这一前期的跨赤道区域海温异常与南半球中高纬度位势高度场异常的因果关系仍有待进一步揭示。     

Sea surface temperature anomaly in the tropical North Atlantic during El Nino decaying years

基于1979年到2016年多种再分析资料,本文分析了El Ni?o衰减年热带北大西洋的海温异常.结果表明,热带北大西洋海温在此期间呈显著变暖趋势.10次El Ni?o事件的合成结果表明热带北大西洋海温异常在El Ni?o事件峰值之后的春季达到最大值,并持续到夏季.一般而言,这种异常与三个因子有关,即El Nino,北大西洋涛动和长期趋势,能分别导致局地海温上升0.4℃,0.3℃和0.35℃.1983年和2005年的对比分析表明,尽管El Ni?o强度对春季北大西洋海温起到决定性作用,与长期趋势密切相关的前冬海温也很重要.此外,超前-滞后相关结果表明北大西洋涛动超前海温约2-3个月.比较两个冬季相反位相北大西洋涛动的年份(即1992年和2010年),表明北大西洋涛动也能调制北大西洋海温异常.冬季负位相北大西洋涛动能显著增强El Ni?o的强迫影响,反之亦然.换言之,如果北大西洋涛动与El Ni?o位相相合,衰减年北大西洋海温异常才更为显著.因此,为全面理解热带北大西洋海温变化,除长期趋势外,还必须考虑El Ni?o和北大西洋涛动的综合影响.     

与华北地区春季降水量异常关联的大气环流异常

华北地区的春旱极大地影响着农作物的播种和生长.因此,尽管华北地区的春季1降水量没有夏季降水量那么多,但它的变化规律及其原因也是一个非常值得研究的问题.在本文中,我们指出,相对平均值而言,华北地区春季降水量的年际变化相当大.早年降水量的变化幅度相对较小,而降水多的年份之间降水量却有相当大的变化.进而,我们分析了在年际变化时间尺度上,与华北地区春季降水异常相关联的大尺度大气环流异常.发现在华北春季降水多时,东亚地区上空在整个对流层中存在一反气旋式环流异常,即与季节演变特征相符,而在热带地区存在与季节演变相反的环流异常.东亚地区上空这种反气旋式环流使得东亚大槽偏东、偏弱,并使得在我国东部地区出现南风异常,这种南风异常一直达到华北地区,为华北地区的降水提供有利条件.此外,反气旋式异常随高度向西斜,也为扰动的发展提供了有利的环流背景.本文对对流层高层经向风的分析结果表明,与华北春季降水密切相关的东亚地区反气旋式环流异常和南北风异常与出现在北半球中纬地区的波列有关系,但关于该波列产生的原因却有待进一步的研究.       

西太平洋暖池对流三类显著月际变化及其成因

基于1979～2018年观测的向外长波辐射（outgoing longwave radiation, OLR）资料和其他多种再分析资料,发现西太平洋暖池对流存在3类显著的月际变化。第一类为OLR在6月和8月为负异常而7月为正异常;第二类与第一类完全相反;第三类为OLR在6～7月为正异常,8月为负异常。3类月际变化与ENSO循环的背景有关,前两类发生在较弱的La Ni?a年和El Ni?o发展年,与春季暖池海温异常有关。当前一个月海温偏高时,后一个月对流偏强,造成局地海温降低,偏低的海温又反过来抑制了后一个月的对流发展,因此暖池地区局地海气相互作用在这两类月际变化中起到关键作用。与前两类不同的是,第三类月际变化发生在El Ni?o衰减年,与春季热带印度洋海温偏高有关。热带印度洋海温偏高造成印度附近对流在6～7月间增强,通过东传Kelvin波抑制了暖池对流发展。同时,印度附近对流偏强造成8月印度洋海温降低和对流减弱,对暖池对流的影响因而减弱。另一方面,6～7月暖池对流偏弱造成8月暖池海温升高,结果造成暖池对流增强。因此,第三类月际变化受到热带印度洋强迫以及暖池地区局地海气相互作用的共同影响。     

Increased summer electric power demand in Beijing driven by preceding spring tropical North Atlantic warming

本文利用北京市电力负荷资料,北京市站点观测温度资料,CN05.1温度资料,ERA5大气再分析资料及ERSST v3b海表温度资料,发现3-4月副热带北大西洋海温异常和北京市夏季电力呈很好的正相关关系,并揭示了副热带北大西洋海温异常影响北京市夏季电力的可能物理机制.春季副热带北大西洋海温异常偏暖,热带中太平洋出现东风异常...     

东亚中纬度干旱/半干旱区降水年际变化及其可能成因

基于NOAA的全球陆地降水资料(PREC/L)1948～2003年56年的月平均降水资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料以及英国气象局哈德莱中心的海温(Sea Surface Temperature,SST)资料,并根据多年降水平均图选定了东亚中纬度干旱/半干旱区,对该区域夏季(6～8月)降水进行了经验正交分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)。EOF第一模态呈现出全区一致的变化类型,第二模态则呈现出以100°E为界东西相反的分布类型。通过分析干旱/半干旱区以及以100°E为界的东西两部分降水异常年的环流形势和海温并加以对比,结果表明:在环流场上,对应于东亚中纬度干旱/半干旱区降水偏多年,对流层中下层环流异常在中高纬度呈现为一个东西向波列,乌拉尔山东侧为正的高度异常,贝加尔湖附近乃至以东地区为低压槽所控制;不同的是,对应于100°E以西的干旱/半干旱区夏季降水偏多年,波列有所东移,并且西太平洋副热带高压有显著北抬;而对应于100°E以东干旱/半干旱区夏季降水偏多年,环流形势异常基本与整个干旱/半干旱区降水偏多年一致,只是在里海附近有一高度负异常。在200hPa纬向风场上可以看到,当西亚副热带急流偏南加强时,对应于100°E以西的干旱/半干旱区降水偏多;而当东亚、西亚风急流都有显著北抬且加强时,对应于100°E以东干旱/半干旱区的夏季降水偏多,这可能与急流所激发的次级环流有关。进一步对SST的分析表明,海温与100°E以东或以西干旱/半干旱区降水异常的关系也不一样。当前冬、前春赤道中东太平洋都有正的海温异常,而到夏季转换为负的海温异常,且南太平洋在前冬和前春呈现显著负海温异常时,整个干旱/半干旱区夏季降水偏多;当赤道中东太平洋海温在前冬、前春有正的海温异常并一直减弱,但能维持到夏季,并且北印度洋海温也存在类似的海温异常时,100°E以西的干旱/半干旱区夏季降水偏多;而当前冬中东太平洋海温较暖但其南部海域偏冷,到了前春这些异常维持,并发展到同期为大范围弱的异常冷海温时,有利于100°E以东的干旱/半干旱区夏季降水偏多。比较的结果还揭示出,对应于干旱/半干旱区以及100°E以东干旱/半干旱区的降水异常年,海温异常分布大致是一致的;而对应于100°E以西干旱/半干旱区的降水异常年,海温异常分布及时间演变则有较大差异。     

Influence of Atlantic sea surface temperatures on persistent drought in North America

This study investigates the relationship between North Atlantic sea surface temperatures (SST) and persistent drought in North America using modern observations, proxy paleo-data, and simulations from multiple climate models. The observational results show that persistent droughts in the Great Plains and the southwest North America are closely related to multidecadal variations of North Atlantic SST (Atlantic Multidecadal Oscillations, AMO). During the AMO warm (cold) phases, most of North America is dry (wet). This relationship is persistent since at least 1567 AD, as based on proxy SST for the North Atlantic and the reconstructed drought index for North America. On centennial timescales, proxy SST records from the North Atlantic and proxy drought records for North America suggest that major periods of AMO-like warm (cold) SST anomalies during the last 7.0?ka correspond to dry (wet) conditions in the Great Plains. The influence of North Atlantic SST on North American droughts is examined using simulations made by five global climate models. When forced by warm North Atlantic SST anomalies, all models captured significant drying over North America, despite some regional differences. Specifically, dry summers in the Great Plains and the southwest North America are simulated by all models. The precipitation response to a cold North Atlantic is much weaker and contains greater disagreement among the models. Overall, the ensemble of the five models could well reproduce the statistical relationship between the dry/wet fluctuations in the North America and North Atlantic SST anomalies. Our results suggest that North Atlantic SSTs are likely a major driver of decadal and centennial timescale circulation, including droughts, in North America. Possible mechanisms that connect North Atlantic SST with North American drought, as well as interactions between North Atlantic and tropical Pacific SST and their relative roles on drought are also discussed.