贵州夏季暴雨的气候特征

利用贵州52个测站的1961-2006年历年夏季（6-8月）逐日降水资料,分析了贵州夏季暴雨的时空分布特征、周期振荡及其突变特征。结果表明：46 a来贵州夏季暴雨量呈增加趋势,并存在明显的年际、年代际变化特征;暴雨日数和暴雨量在1985年发生突变;暴雨日数和暴雨量均存在15 a和准10 a的周期振荡;暴雨日数和暴雨量EOF分解的第一特征向量的荷载场空间分布基本一致,表明全省呈偏多（少）的一致型同位相分布。     

贵州夏季暴雨的气候特征

 利用贵州52个测站的1961-2006年历年夏季（6-8月）逐日降水资料,分析了贵州夏季暴雨的时空分布特征、周期振荡及其突变特征。结果表明：46 a来贵州夏季暴雨量呈增加趋势,并存在明显的年际、年代际变化特征;暴雨日数和暴雨量在1985年发生突变;暴雨日数和暴雨量均存在15 a和准10 a的周期振荡;暴雨日数和暴雨量EOF分解的第一特征向量的荷载场空间分布基本一致,表明全省呈偏多（少）的一致型同位相分布。     

南京地区夏季高温日数年际变化的主要模态及其与200 hPa经向风的联系

利用集合经验模态分解（EEMD）方法研究了南京地区夏季高温日数主要的非平稳年际变化周期型。对1946—2000年的南京地区夏季高温日数进行分解,分别得到包含有准2年周期分量和6年周期分量的年际变化型,而且准2年周期分量幅度较大,变化特征与高温日数观测数据变化具有较高的相似性。不同于传统方法,EEMD方法给出了高温日数在不同时间尺度上各自分离的变化特征。另外,这两种时间变化模态的演变对应于同期夏季不同的全球200 hPa经向风波列型,前者主要作用区域在南亚经过南海、西太平洋的副热带地区到日本海附近、北美中纬度地区和南印度洋和南大西洋中高纬度地区,而后者仅位于欧亚中高纬度地区。这两种独立变化时间模态的对应的遥相关空间分布型对于提高南京地区高温日数气候预报精度有重要意义。     

夏季北极涛动的时空特征

运用NCEP/NCAR SLP再分析月资料,分析研究了北极涛动的季节性差异,着重讨论了夏季北极涛动的时空特征。结果表明,除了强弱的季节差异,夏季北极涛动与冬季北极涛动在空间模态上也存在较大差异,主要表现在夏季北极涛动的中纬度强活动中心从北大西洋地区转移到亚洲大陆上,其亚洲中心只在对流层低层比较明显,强度随高度增加而减小,因而在对流层中呈现出比冬季北极涛动更强的斜压性。这种模态在年际和月际时间尺度上均有所体现。夏季北极涛动在近50年来一直存在稳定的准22年周期,其次为6~7年周期。另外,从1970年左右开始出现准2年周期振荡,而1970年代以前准2年周期不明显。     

NCEP/NCAR再分析资料中北半球夏季海平面气压的年代际变化

NCEP/NCAR再分析资料集中1948—2005年北半球夏季海平面气压（sea level pressure,SLP）场具有明显的年代际变化特征,主要在东亚和北非大陆地区以及极地地区。20世纪60年代中后期和70年代中后期夏季SLP场有两次跃变过程。对于北半球夏季SLP的这次年代际变化过程而言,20世纪60年代末首先于北欧地区出现距平变化,然后逐渐向东南方向移动,70年代早期贝加尔湖地区开始出现正距平信号,之后这种正距平信号开始往南移,70年代中期东亚大陆出现正距平中心。另外,20世纪60年代中期西北大西洋SLP距平也开始了转变,之后分别向南、北移动,于70年代早期加强了北欧的正距平强度,同时非洲北部也开始了SLP距平的转变。     

登陆中国热带风暴年际和年代际变化及其与全球大尺度环流的相关

利用集合经验模态分解（EEMD）方法研究了登陆中国热带风暴频数的非平稳年际和年代际变化主要周期型。对1951—2006年登陆中国的热带风暴频数序列进行分解,分别得到包含有准4年（C01）、6～7年（C02）的年际周期分量和14～16年（C03）的年代际周期分量的时间变化型。这些分量给出了登陆中国热带风暴频数在不同时间尺度上独立的变化特征,其中C01周期分量强度最大,且与ENSO有关。登陆中国的热带风暴频数趋势分量不显著,表明近56年来登陆中国热带风暴无明显增加（减少）趋势。这些周期分量与夏季海平面气压场的相关分析表明,登陆中国热带风暴频数年代际变化与南半球热带和中高纬度环流系统的相互作用密切相关。     

东亚夏季风异常活动的多模态特征:不同再分析资料的比较分析

利用1979～2002年ERA-40、ERA interim、JRA-25和NCEP-DOE AMIP-Ⅱ(简称为NCEP-2)再分析资料,采用扩展经验正交分解(EEOF)、相关分析等方法,对比分析了不同资料所揭示的东亚夏季风异常活动的多模态特征,在此基础上探讨了东亚夏季风异常活动各模态对应的大气环流异常分布型及其与中国夏季降水的可能联系。结果表明:(1)四套再分析资料所揭示的东亚夏季风异常活动均存在三种差异显著的空间模态,且各套资料对东亚夏季风异常活动空间多模态特征具有很好的一致性,仅NCEP-2的结果与其他资料略有差异。(2)第一模态体现了夏季风年际异常在中国南方和北方的反相变化,并具有显著的3～6年和准8年周期;与正(负)时间系数相对应,850 hPa风场、500 hPa高度场、SLP均显示东亚沿岸存在从西北太平洋经过日本以南到达鄂霍次克海的“-+-”(“+-+”)经向三极型结构;相应的降水变化在长江中下游为显著的负(正)异常,而在我国东北东部、东南沿海及云南西部则为正(负)异常。(3)第二模态反映了夏季风活动主导模态的一致性变化且在1993年左右发生年代际转折,并呈现准12年周期的强弱交替分布。当对应的时间系数为正(负)时,850 hPa风场在环贝加尔湖地区受强大的异常反气旋(气旋)控制;500 hPa高度场上,中高纬地区表现为异常的纬向波列结构,具体表现为起源于欧洲大陆西部经西西伯利亚平原向东南方向延伸至东北亚地区的“+-+”(“-+-”)的波列;SLP在我国大陆主要为正(负)异常,东亚夏季风整体减弱(加强);对应的夏季降水异常场呈现“南涝北旱”(“南旱北涝”)的分布形势。(4)第三模态表明了夏季风异常活动的东西反相变化,且有12～16年的准周期变化。对应正(负)的时间系数,115°E 以东地区盛行异常偏南(北)风,而115°E 以西地区主要盛行异常偏北(南)风;500 hPa高度场、SLP均显示出东亚沿岸地区、鄂霍次克海至日本以南洋面的“-+”(“+-”)波列以及欧亚大陆北部的准纬向遥相关波列;夏季降水在我国大部分地区偏多(偏少),显著变化主要位于黄淮及附近地区。     

北极涛动与北大西洋涛动的低频变化特征

本文主要利用小波分析方法研究北极涛动(AO)和北大西洋涛动(NAO)的低频变化和周期特征。结果表明:AO在1965年以前有准两年周期振荡,1975年后转为准8 a周期和准16 a周期;NAO也存在相似的周期转变,但其准8 a周期出现在60年代末到1976年前后,并且没有明显的准16 a周期;AO和NAO准8 a周期的交叉小波能谱在1975年前后达到极大值,这与北半球气候突变时间基本吻合。另外,AO和NAO模态的北大西洋中心在1975年后表现出不同程度的东移,AO中心移到地中海地区,且太平洋中心明显增强,使其纬向对称的环形模态较突变前更显著。     

印度洋偶极子与中国东部夏季降水的年代际变化关系

采用1951—2012年GPCP、中国160站台站降水资料及NOAA海表温度资料,分析了中国东部夏季降水及热带印度洋偶极子(IOD)的年际变化特征,以及两者的年代际变化关系。结果表明,中国东部夏季降水主要呈现两种模态分布,即"+-+"三极型和"-+"偶极型。并且在1953—1973年和2002—2012年中国东部夏季降水分别存在准2 a和4 a的震荡周期,年际变化明显。相关性分析发现,夏季IOD时间序列与中国东部夏季降水场的第三模态所对应的时间序列场呈负相关关系,且通过了信度为0.05的显著性检验,说明夏季IOD与中国东部夏季降水第三模态相关性较好。     

冬季太平洋海温的年代际变化对亚洲地表气温异常的影响

本文利用1951年～1999年冬季海温场(SST)再分析资料，分析得到20世纪70年代中期太平洋年代际振荡(PDO)由负(冷)位相转为正(暖)位相，发生了显著的年代际变化。SVD分析冬季北太平洋SST与亚洲地表温度(SAT)的结果表明，PDO的年代际变化对亚洲SAT北部的增暖有显著的影响。这种影响主要是通过海气间的相互作用间接对亚洲SAT产生作用。当PDO模态进入暖位相的时候，北半球SLP场主要表现出强阿留申低压，弱西伯利亚高压和中低纬气压加强的特征，SLP场的这种变化有利于中纬度西风带的加强，使得亚洲北部大部分区域冬季增暖明显。     

Interannual variability of the upper tropospheric circulation

Summary Seventeen years of sea level pressure (SLP), 200-hPa zonal wind and 500-hPa geopotential height data were used to investigate the boreal winter and summer interannual (IA) circulation patterns. The IA patterns for these variables and for their zonally asymmetric (ZA) part were determined by performing empirical orthogonal function (EOF) analyses on the SLP and on ZA SLP. The corresponding patterns for the other variables were obtained by correlating their time series with the amplitude time series of these EOF analyses. For both seasons, the SLP and ZA SLP show a zonal wavenumber one pattern extending from the tropics into the winter hemisphere extratropics, which is consistent with the circulation anomalies related to the El Niño/Southern Oscillation (ENSO) cycles. The zonal wavenumber one pattern observed for the boreal winter describes the SLP and ZA SLP variations related to the mature state of the El Niño and La Niña episodes, and that for the summer, the SLP and ZA SLP variations associated with the initial or decay stages of these phenomena. The 200-hPa zonal wind and 500-hPa geopotential height patterns exhibit strong seasonal dependence, and the ZA parts of these two variables show even more pronounced seasonal differences. These results indicate that the seasonal cycle of the atmospheric circulation, in particular at the upper tropospheric levels, might play an important role in extending the IA wavetrain-like structure into the subtropics as noted for the 200-hPa zonal wind and its ZA part in the Pacific/Americas sector. This wavetrain-like structure shows its Southern Hemisphere (SH) and Northern Hemisphere (NH) branches for the boreal winter, and only its SH branch, for the boreal summer. Thus, the effects of the seasonal cycle of the atmospheric circulation on the IA patterns seem to be stronger for the NH.With 9 Figures     

与北极涛动或北半球环状模相关的纬向对称的正规模态

作为一个全球气候变率的重要模态,北极涛动或北半球环状模态(AO/NAM)一般由北半球海平面气压变率的EOF1来表示。但是通常认为EOF1仅有统计学意义而并不能够表明它是否是一种实际的物理模态。另一方面,现有的波-流相互作用理论也仅能给出纬向风的纬向平均状况,而不能够保证沿着某一纬圈的变化,所以它并不意味着一个具有半球尺度的纬向对称的相干结构能够组织起来。因此AO/NAM的形成机制仍然是一个具有争议的问题。文章提出纬向对称的或环状的正规模态与基本气候态附近的线性(进而非线性)动力学之间有着最直接的联系,因而可能在AO/NAM动力学的理解中扮演重要角色。为了深入探讨AO/NAM的动力学本质,使用p-坐标球面原始方程计算了冬季北半球及全球气候基本态附近的线性动力系统纬向对称的正规模态,发现在半球尺度上的纬向对称正规模态具有AO/NAM的经向偶极子及垂直方向近似正压的空间结构特征。而这些纬向对称正规模的时间变化尺度取决于与其他非纬向对称正规模间的相互作用。从而说明了AO/NAM可能是半球尺度上纬向对称正规模态的动力学行为的反映。     

On the separability of the North Atlantic oscillation and Arctic oscillation

We address the issue of whether the Arctic (AO), and North Atlantic oscillations (NAO) are inseparable, forming an annular mode in the Northern Hemisphere atmospheric circulation. This annular mode is the leading empirical orthogonal function of hemispheric sea level pressure (SLP) data, explaining the largest amount of its variability. We examine whether the NAO and AO are inseparable spatial modes of the atmospheric circulation using rotated principal component analysis (RPCA), a methodology that identifies simple and unique patterns of spatial dataset variability. RPCA of the spring, summer, and autumn SLP fields from 1946-1998 reveal NAO and AO-like patterns, occurring as separate regional teleconnections forming the first and second principal components respectively. The RPCA-based NAO dipole pattern is like that observed in many prior studies, while the AO-like pattern exhibits high SLP variability over the Kara and Laptev seas. During winter however, and in annual analyses, a distinct AO-like pattern is not obtained and the two patterns may be inseparable using commonly accepted RPCA methods. The RPCA-based AO-like mode is significantly linked to north-central Siberian seasonal air temperatures and to the prevailing direction of motion of the underlying Arctic Ocean in summer, suggesting that the non-winter AO-like pattern, as a stand alone teleconnection separate from the NAO, contributes significantly to high-latitude climate and ocean variability. The winter NAO/AO inseparability is discussed as a possible effect of a shared winter storm track between the northeastern Atlantic and the Arctic.     

北半球大气环流的纬向对称模态

运用自然正交分解方法（EOF）提取了北半球冬季热带外地区标准化纬向平均纬向风场的前两个模态。第1模态（方差贡献为34%）表现为中高纬带的西风（东风）异常和中纬带的东风（西风）异常,与之相联系的海平面气压场的异常表现为极区与中高纬度地区海平面气压场的反位相变化,即北极涛动（AO）;第2模态（方差贡献为21%）表现为中纬带的西风（东风）异常和中低纬带的东风（西风）异常,与之相联系的海平面气压场的异常表现为副极地地区与副热带地区海平面气压场的反位相变化,即副热带涛动STO（sub-tropical oscillation）。副热带涛动的水平结构表现出较强的纬向对称性,垂直方向上表现出相当正压性;与副热带涛动正位相相联系的纬向平均温度场表现为中高纬度地区负异常和副热带地区正异常,而且费雷尔环流加强南移。副热带涛动不仅在冬季有所表现,而且在整个冬半年（11月—翌年4月）都有所表现,但在夏半年则不存在。     

Interannual variation of the Asian-Pacific oscillation

Previous studies have identified an Asian-Pacific Oscillation (APO) teleconnection pattern, which exhibits an out-of-phase relationship in the summer tropospheric temperature with warming over the Eurasia and cooling over the Northern Pacific and the Northern America, and vice versa. But the interannual variation of this teleconnection remains obscure. This study points out that interannual variation of the APO teleconnection is associated with the second empirical orthogonal function (EOF) mode of the northern-hemisphere upper tropospheric temperature during boreal summer, which accounts for 14% of the variance. A heat budget analysis is conducted for the Eurasian region and the North Pacific region respectively to reveal the cause of the zonal dipole mode temperature structure. For the Eurasia region, the warming is contributed by the adiabatic heating process due to downward vertical motion anomalies. For the Northern Pacific region, the temperature variation is mainly contributed by zonal advection associated with interannual zonal wind perturbation acting on the climatological temperature gradient. Composite analysis and numerical experiments with an atmospheric general circulation model (AGCM) shows the interannual zonal wind perturbation is related to the sea surface temperature anomalies over the equatorial eastern Pacific.     

大气再分析资料中潜在可预报性的特征及其差异

利用1957年9月—2002年8月ECMWF和NCEP/NCAR月平均再分析资料,分别讨论了冬季和夏季SLP(sea level pressure,海平面气压)、500hPa高度、200hPa纬向风和850hPa经向风年际变率的潜在可预报性特征。结果表明:热带地区的潜在可预报性较高,尤其是赤道中东太平洋地区,而中高纬地区的潜在可预报性则较低。比较两套资料潜在可预报性的异同后发现:南半球的差异均明显大于北半球,特别是南极地区;低层变量的差异均大于中高层变量;东亚大陆在冬、夏季均具有一定的潜在可预报性;冬季各变量均表现出东亚冬季风具有较高的年际变率潜在可预报性,且两套资料的差异较小;500hPa位势高度表现的东亚夏季风潜在可预报性在两套资料中较一致,而低层变量(SLP和850hPa经向风)表现的东亚夏季风年际变率潜在可预报性在两套资料中存在较大差异。     

下边界条件对北极涛动影响的数值模拟研究

利用NCAR大气模式CAM3.0探讨了包括山脉和海陆分布等下边界条件对北极涛动(AO)或北半球环状模(NAM)形成的影响.主要进行了控制试验和两个地形敏感性数值试验,对比了控制试验结果与资料分析结果.控制试验和NCEP/NCAR资料分析结果对比指出,CAM3.0模式能够较好地模拟出AO的水平环状结构和垂直相当正压结构.在去除山脉的敏感性试验中发现,AO中纬度北太平洋和北大西洋两个活动中心的强度、范围和位置发生变化.在水球敏感性试验中发现,AO两个大洋上的活动中心被环绕极地主活动中心的环状结构代替.两个敏感性试验共同表明,AO是大气内部某种过程作用的结果,它的存在本身不取决于下边界条件的改变.山脉和海陆分布主要影响的是AO的具体形态.通过控制试验和两个敏感性试验对比,又分析了准定常波和瞬变波对AO的影响.去除山脉和海陆分布热力差异共同强迫的准定常波,AO纬向平均纬向风高纬地区平流层异常最大值活动中心消失,这表明在平流层准定常波和纬向平均流的相互作用与AO活动关系密切.在只有对流层瞬变波作用时,AO仍然存在,表明准定常波不是AO存在的必要条件.平流层准定常波与平均流的相互作用和对流层瞬变波与平均流的相互作用与AO形成之间的具体关系有待通过E-P通量诊断进一步确定.     

平流层30 hPa月平均高度场的气候特征

采用经验正交函数分解(EOF)方法对NCEP／NCAR全球再分析资料中1958—1997年共40年,30hPa月平均高度和月平均风场进行了分析,讨论了40年平流层的主要特征向量和相应时间系数的变化特征,发现高度场的EOF第一模态具有很好的空间整体性和明显的季节变化。在平流层中,北半球冬季为一较大的环极冷低压,夏季为一以整个半球为规模的环极暖高压。并以1月和7月代表冬、夏季,选取1月和7月的40年资料作为时间序列,用EOF分析了冬、夏季不同的空问振荡型的特征,运用小波分析方法考察了其年际及年代际变化周期。并据此定义了不同的振荡型指数,为以后分析平流层要素场与气候变化的关系奠定了基础。     

Modal aspects of the Northern Hemisphere annular mode as identified from the results of a GCM run

In order to study the physical nature of the Arctic Oscillation (AO) or the Northern Hemisphere annular mode (NAM), the linear stochastic model, constructed empirically from the output of a GCM run, is used to investigate the modal aspects of this climate variability mode. Theoretical analysis on the dominant modal response to the stochastic forcing is performed in terms of the maximum variance contribution. As the modal aspect of AO/NAM, two dominant normal modes are found to resemble the spatial structure of the AO/NAM represented by the leading EOF. These stochastically forced normal modes are regarded to be physical modes and thus can explain many fundamental features of the AO/NAM such as the barotropic annular dipole, tropospher–stratosphere coupling, and its dominance over the wintertime Northern Hemisphere. It then follows that the origin or physical nature of the AO/NAM can be attributed to the behaviors of the dominant annular normal modes. A key distinction of this study from previous eddy driving theories is that, to drive the variability, eddy forcing needs not to have a spatial structure completely coinciding with the pattern of the NAM, since the latter is mainly decided by the linear normal modes.