A possible abrupt change in summer precipitation over eastern China around 2009

Historical studies have shown that summer rainfall in eastern China undergoes decadal variations, with three apparent changes in the late 1970s, 1992, and the late 1990s. The present observational study indicates that summer precipitation over eastern China likely underwent a change in the late 2000s, during which the main spatial pattern changed from negative–positive–negative to positive–negative in the meridional direction. This change in summer precipitation over eastern China may have been associated with circulation anomalies in the middle/upper troposphere. A strong trough over Lake Baikal created a southward flow of cold air during 2009–15, compared with 1999–2008, while the westward recession of the western Pacific subtropical high strengthened the moisture transport to the north, creating conditions that were conducive for more rainfall in the north during this period. The phase shift of the Pacific Decadal Oscillation in the late 2000s led to the Pacific–Japan-type teleconnection wave train shifting from negative to positive phases, resulting in varied summer precipitation over eastern China.     

基于自组织映射的长江中下游夏季天气分型及其降水特征

利用欧洲中心1979—2015年夏季6—8月ERA-Interim逐日再分析资料和国家气候中心CN05.1格点化降水观测数据集,引入基于自组织映射SOM(Self-Organizing Maps)方法进行长江中下游地区夏季海平面气压空间距平场的客观分型,得到该地区25种地面天气型及其系统演变特征,发现天气型的稳定、转移与天气系统强弱有关。高低压系统越强,天气型停滞频率越高,天气型越稳定;反之,天气型越不稳定。基于SOM天气型转移概率,发现三条与局地降水联系的系统演变路径,其中1号路径暖空气势力强盛,副高北上,推动锋面北抬,产生江北降水型,多发生在7月;路径2反映冷空气势力强盛推动锋面南下的天气过程,产生沿江降水型,该天气型在6、7月均易发生;路径3表现为台风移动变化对长江下游江南地区降水的影响,为江南降水型,且集中在8月。通过引入SOM方法对逐日天气尺度环流进行分型,从气候态上捕捉与降水有关的天气系统的移动变化特征,体现SOM方法在模拟天气系统演变的优势。     

RSM模式对中国东部夏季降水模拟能力的检验

本文利用美国国家环境预报中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)区域谱模式RSM(Regional Spectral Model)对中国东部地区夏季降水进行了为期20 a(1984—2003年)、水平分辨率为30 km的高精度模拟,并对模拟所得降水的气候态、年际变率、逐日变化以及极端事件进行了检验,和对造成降水偏差的大气环流特征进行了分析。结果表明RSM模拟所得夏季降水的空间分布、时间变率,以及降水量值都与实况相近,也基本可以再现夏季降水的年际变率分布情况,但是模拟所得的雨带存在偏南且偏弱的特点。对于逐日降水特征,RSM模拟所得季节内逐日降水变化与实况的走势基本一致,再现了夏季降水主要集中于东部和南部的特点,模拟出了江淮地区6月日降水区随时间北抬的特点。对于极端事件,模拟和实测的夏季不同雨强的天数分布对比表明模拟与实况基本接近,但是模拟的降水日大值中心较实况偏北;极端降水指数的计算结果也表明RSM模拟的极端降水情况与实况基本一致。综上,RSM模式对中国东部地区降水有着较好的模拟能力,可以用于中国东部地区的夏季降水气候特征研究。     

1961—2018年九江夏季降水的年际变化特征及其可能原因

采用1961—2018年中国160站降水资料、NOAA海面温度资料及NCEP/NCAR再分析资料,利用回归分析等方法,对九江夏季降水的年际变化特征及其可能原因进行分析。结果表明：九江夏季降水具有明显的年际变化特征,存在准4 a的变化周期;九江夏季降水与中国105°E以东的长江中下游及以南地区夏季降水呈显著正相关关系;中国邻近海域的西北太平洋（140°—150°E,15°—25°N）为影响九江夏季降水的海面温度关键区。西北太平洋海温异常与九江夏季降水异常的对应关系为：当西北太平洋夏季海温偏高时,西北太平洋副热带高压偏强偏南、贝加尔湖阻塞高压偏活跃、东亚副热带夏季风偏弱,长江中下游及以南有异常南、北风交汇,且水汽充沛、垂直运动旺盛。这种环流配置有利于长江中下游及以南地区包括九江的夏季降水偏多;反之亦然。     

中国东部夏季降水异常与青藏高原冬季积雪的关系

基于中国740站月降水、积雪、地温资料和NCEP/NCAR再分析月资料,采用相关分析、合成分析和最大协方差法,研究了1979—2008年青藏高原冬季积雪异常与长江中下游夏季降水的关系及其可能的影响机制。结果表明:(1)在年际时间尺度上,青藏高原中北部12月—翌年1月积雪指数与长江中下游夏季降水呈显著正相关。在年代际时间尺度上,1990s—2000s的高原积雪指数与长江中下游夏季降水具有较好的同位相变化特征。表明高原中北部12月—翌年1月积雪指数对长江中下游夏季降水异常具有较好的指示意义,可作为预测长江中下游夏季降水年际年代变化的依据。(2)高原12月—翌年1月积雪异常偏多,是长江中下游夏季洪涝的一个强信号,12月—翌年1月积雪指数正异常年与长江中下游夏季降水正异常年有很好的一致性。(3)高原冬季积雪异常影响长江中下游夏季降水的可能途径是:高原冬季积雪异常通过影响同期及其后春季地温,再由春季地温以某种方式把异常信号维持到夏季。之后,地温异常又改变了局地地气热量交换,导致周围大气环流异常,从而影响到其下游的降水过程。     

Forecasting monthly precipitation in Central Chile: a self-organizing map approach using filtered sea surface temperature

Western South America is subject to considerable inter-annual variability due to El Ni?o–Southern Oscillation (ENSO) so forecasting inter-annual variations associated with ENSO would provide an opportunity to tailor management decisions more appropriately to the season. On one hand, the self-organizing maps (SOM) method is a suitable technique to explore the association between sea surface temperature and precipitation fields. On the other hand, Wavelet transform is a filtering technique, which allows the identification of relevant frequencies in signals, and also allows localization on time. Taking advantage of both methods, we present a method to forecast monthly precipitation using the SOM trained with filtered SST anomalies. The use of the SOM to forecast precipitation for Chillan showed good agreement between forecasted and measured values, with correlation coefficients (r ²) ranging from 0.72 to 0.91, making the combined use filtered SST fields and SOM a suitable tool to assist water management, for example in agricultural water management. The method can be easily tailored to be applied in other stations or to other variables.     

中高纬瞬变涡旋活动对我国东部夏季降水的影响

基于1981—2020年日本气象厅(Japanese Meteorological Agency,JMA)再分析资料JRA-55(Japanese 55-year Reanalysis)以及美国国家气候中心(Climate Prediction Center,CPC)卫星降水资料,分析了瞬变涡旋活动特征及其对我国东部夏季降水异常的影响,并对其可能机制展开讨论。研究表明,蒙古国至我国东北和华北地区既是瞬变涡旋活动的活跃区域,也是其输送的大值区域,其中瞬变涡旋对热量和水汽的经向输送占主导地位,是中高纬热量和水汽的重要来源。根据瞬变涡旋经向热量和水汽输送变率的强度确定了瞬变热量和水汽输送的关键区域,分别为(45°~60°N,100°~130°E)和(35°~50°N,100°~120°E),并定义了瞬变热量和水汽指数,其与我国东部夏季降水异常的回归结果表明,瞬变涡旋活动对我国东部夏季降水存在显著影响。中高纬天气尺度瞬变涡旋对热量、水汽和动量的输送异常,通过波流相互作用过程,对平均流形成了反馈,导致季节平均环流、水汽分布和水汽输送的异常,从而在热力、动力和水汽条件的共同作用下引起降水异常。     

Observed,reconstructed, and simulated decadal variability of summer precipitation over eastern China

Based on observations made during recent decades, reconstructed precipitation for the period A.D. 1736–2000, dry–wet index data for A.D. 500–2000, and a 1000-yr control simulation using the Community Earth System Model with fixed pre-industrial external forcing, the decadal variability of summer precipitation over eastern China is studied. Power spectrum analysis shows that the dominant cycles for the decadal variation of summer precipitation are: 22–24 and quasi-70 yr over the North China Plain; 32–36, 44–48, and quasi-70 yr in the Jiang–Huai area; and 32–36 and 44–48 yr in the Jiang–Nan area. Bandpass decomposition from observation, reconstruction, and simulation reveals that the variability of summer precipitation over the North China Plain, Jiang–Huai area, and Jiang–Nan area, at scales of 20–35, 35–50, and 50–80 yr, is not consistent across the entire millennium. We also find that the warm (cold) phase of the Pacific Decadal Oscillation generally corresponds to dry (wet) conditions over the North China Plain, but wet (dry) conditions in the Jiang–Nan area, from A.D. 1800, when the PDO became strengthened. However, such a correspondence does not exist throughout the entire last millennium. Data–model comparison suggests that these decadal oscillations and their temporal evolution over eastern China, including the decadal shifts in the spatial pattern of the precipitation anomaly observed in the late 1970s, early 1990s, and early 2000s, might result from internal variability of the climate system.     

热带太平洋海平面高度的年代际异常及其与中国东部夏季降水的关系

利用美国国家海洋和大气管理局的GODAS逐月海平面高度资料、NCEP/NCAR 850 h Pa逐月风场再分析资料和中国160站逐月降水资料,分析了热带太平洋海平面高度(Sea Surface Height,SSH)年代际异常的时空特征,并进一步分析了夏季热带太平洋SSH、850 h Pa风场与中国东部夏季降水年代际异常的相关关系。结果表明:1)从秋到冬,热带太平洋SSH年代际异常主要空间形态向类"ENSO"型异常发展,从春到夏,类"ENSO"型异常逐渐减弱直到消失。1996前后热带太平洋SSH发生一次显著年代际转折,转折之后热带太平洋SSH呈东低西高特征,不同季节有所差异。2)1990年前后夏季热带太平洋SSH发生的一次弱波动,持续影响夏季大气环流,使得1992年前后东亚夏季风出现减弱趋势,造成中国东部黄河以南地区,特别是华南夏季降水显著异常偏多,四川盆地和东北大部降水异常偏少;1996年SSH的实质性转折加剧了中国夏季降水的年代际异常趋势。     

西北地区东部夏季降水日数的变化趋势及其气候特征

利用1981-2012年中国西北东部198个台站的逐日气象观测数据和ERA-Interim再分析资料,分析了近32年中国西北东部夏季不同强度降水的雨日和雨量的变化特征,并对比了产生不同强度降水的大气环流系统的异同。结果表明,西北东部夏季降水以小雨和中雨为主,二者占夏季雨日的90%以上、占夏季雨量的70%左右。小雨日数占总雨日的比率在空间上自东南向西北递增;中雨、大雨、暴雨和（特）大暴雨日数的比率自东南向西北递减。夏季小雨、中雨日数和降水量均呈减少的趋势,21世纪初的减少速率慢于20世纪80-90年代;暴雨则呈略微增多的趋势。通过对1981和2003年的个例分析发现,乌拉尔山阻塞高压、蒙古气旋和西北太平洋副热带高压增强西伸时,有利于北方干冷气流和南方暖湿气流在西北东部交汇,降水较多;反之则降水较少。在冷、暖空气均增强的背景下,若冷、暖气团的交界线偏南,西北东部主要受北方冷气团控制,南边界的水汽输送较微弱,易发生小雨;若冷、暖气团的交界线偏北,西北东部主要受到南方暖湿气团的影响,南边界的水汽输送和辐合较强,多出现强降水,降水强度取决于水汽的强度和上升运动的高度。     

我国东部夏季降水季节内振荡与低频大气环流演变特征分析

利用1979—2017年夏季逐日气象数据,使用经验正交函数（Empirical Orthogonal Function,EOF）分解和超前滞后回归方法分析了我国东部地区夏季降水季节内振荡（Intra-seasonal Oscillation,ISO）的时空特征及其与低纬和北太平洋中高纬度低频大气环流的联系。结果表明：EOF分解的第一模态表现为我国东南部地区ISO降水显著偏多,而我国北方地区偏少的空间型,相应的低频向外长波辐射（Outgoing Long wave Radiation,OLR）场表现为我国东南部地区低频对流异常活跃,而北方地区异常不活跃的南北偶极子型分布。位于南海至副热带西太平洋上空的低频对流异常活跃区与低频上升气流和低频水汽辐合带协同北传和西北传,在我国东南部地区ISO降水异常偏多位相峰值之前一周抵达华南上空,我国东部地区ISO降水开始呈现出南北偶极子空间型;与此同时,200 hPa低频经向风在北太平洋中高纬度表现为一个纬向低频波列形式,并向西传播,当低频波列中的低频南风异常西传到东亚—日本岛上空时,与低纬北传的高层异常北风形成经向对比,造成我国东南部地区上空出现强的低频散度异常。以上低纬度低频信号西北传与北太平洋中高纬度低频波列西传的协同作用,使得异常活跃的对流活动、水汽异常辐合区、异常上升运动和高层异常辐散区均锚定在我国东南部上空,形成该地区ISO降水异常偏多位相。     

西北东部夏季极端干旱事件机理分析

利用国家气候中心提供的1951—2012年逐日降水、温度、综合气象干旱指数、逐月NCEP/NCAR再分析资料等,采用REOF分析、动力诊断、相关分析以及合成分析等方法,从大气环流异常特征、高空急流与季风异常等方面揭示西北东部夏季极端干旱事件的可能机理。研究发现西北东部夏季发生极端干旱时,副热带急流轴"倾斜",且急流与东亚夏季风强度均处于相对偏弱阶段。极端干旱的成因研究表明:急流轴"倾斜"及其强度减弱导致西北东部地区高层大范围的异常辐合;该地区为水汽源区,对流层整层水汽收支显著亏损;此外,该地区低层盛行来自内陆干旱区的异常西南风,东亚夏季风强度偏弱,高低层配置及大尺度环流形势不利于降水产生。     

2019年山东夏季降水异常特征及成因分析

2019年夏季山东平均降水量为414.6 mm,较常年偏多3.0%。降水过程较少,时空分布不均,降水偏多主要是由台风“利奇马”影响所致,如果去除台风降水,夏季平均降水量较常年偏少41.8%。夏季西太平洋副热带高压持续偏强、偏西、偏南,配合欧亚中高纬的“两槽一脊”环流型,是去除台风影响后造成山东夏季降水明显偏少的直接原因;2018年9月至2019年6月的厄尔尼诺事件和热带印度洋海面温度的持续偏高对西太平洋副热带高压偏强、偏西、偏南起到重要作用;北大西洋海面温度三极子持续的正位相与贝加尔湖高压脊偏强有着密切联系。     

宁夏夏季极端降水日数的变化规律及其成因

利用1961—2015年宁夏逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料,分析了宁夏夏季极端降水的变化规律及其成因。结果表明:1)55年来宁夏夏季极端降水日数呈微弱减少趋势,但变率在1994年发生了由大到小的气候突变。各月极端降水的变化存在差异:6月极端降水日数在1982年发生突变,突变后日数显著增多;7月极端降水日数呈微弱减少趋势;8月极端降水日数在1995年发生突变,突变后日数显著减少。2)500 h Pa高度场上6月中国华北—东北与西太平洋上的偶极型异常分布、8月西西伯利亚—蒙古—副热带地区的遥相关波列和EAP异常分布型以及700h Pa上宁夏6月偏东风增强和8月偏北风增强,是导致极端降水事件变化的直接原因。3)6月菲律宾附近海温偏高,有利于500 h Pa高度距平场形成华北—东北与西太平洋的"+-"偶极型异常分布;8月拉尼娜事件的发生,有利于我国呈现西低东高分布型,激发EAP遥相关波列,冷空气与水汽条件相配合,从而导致宁夏极端降水事件频发。     

Dynamic downscaling of summer precipitation prediction over China in 1998 using WRF and CCSM4

To study the prediction of the anomalous precipitation and general circulation for the summer(June–July–August) of1998, the Community Climate System Model Version 4.0(CCSM4.0) integrations were used to drive version 3.2 of the Weather Research and Forecasting(WRF3.2) regional climate model to produce hindcasts at 60 km resolution. The results showed that the WRF model produced improved summer precipitation simulations. The systematic errors in the east of the Tibetan Plateau were removed, while in North China and Northeast China the systematic errors still existed. The improvements in summer precipitation interannual increment prediction also had regional characteristics. There was a marked improvement over the south of the Yangtze River basin and South China, but no obvious improvement over North China and Northeast China. Further analysis showed that the improvement was present not only for the seasonal mean precipitation, but also on a sub-seasonal timescale. The two occurrences of the Mei-yu rainfall agreed better with the observations in the WRF model,but were not resolved in CCSM. These improvements resulted from both the higher resolution and better topography of the WRF model.     

CWRF降尺度提高BCC_CSM1.1m对中国夏季降水跨季度动力预测能力

利用CWRF模式(Climate-Weather Research and Forecasting model)对国家气候中心BCC＿CSM1.1m业务预测模式短期气候预测结果进行中国区域降尺度,并使用1991—2010年3—8月逐日气温降水观测数据评估预测能力。结果表明：CWRF预测地面2 m气温、降水气候平均态的空间分布比BCC＿CSM1.1m更接近观测,分布误差更小;在保持总体技巧不低于BCC＿CSM1.1m的同时,CWRF对我国华东和华中地区的降水年际变化预测准确率更高;对不同强度的降水预测CWRF表现均优于BCC＿CSM1.1 m模式,尤其在极端降水预测准确率上更优。总之,得益于更高的空间分辨率和优化的低空物理过程模拟,CWRF降尺度可以提高中国夏季跨季度降水预测能力。     

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。     

两类ENSO背景下中国东部夏季降水的环流特征及关键系统

利用全国160站逐月降水资料、74项环流指数、HadISST月平均海温资料以及NCEP/NCAR月平均再分析资料,对比分析了两类ENSO事件衰减阶段中国东部夏季降水及相应大气环流的差异,并探讨其可能成因。结果表明:1)EP型El Ni?o(La Ni?a)事件次年夏季,中国东部降水由北至南呈正负正(负正负)的三极型反相分布;CP型El Ni?o(La Ni?a)事件次年夏季,中国东部降水由北至南呈正负(负正)的偶极型反相分布;2)El Ni?o事件次年夏季,西北太平洋副热带高压(以下简称西太副高)及南亚高压均偏强,EP型西太副高偏西、南亚高压偏东,CP型西太副高范围更大、强度更强;La Ni?a事件次年夏季,西太副高及南亚高压强度偏弱,CP型强于EP型但弱于气候平均;3)El Ni?o事件期间西北太平洋上存在异常反气旋,EP型位置偏南,强度更强,持续时间更长,CP型位置偏北,范围更大;La Ni?a事件期间,西北太平洋区域至中国东南部存在异常气旋,EP型异常气旋的强度及范围均不及CP型;4)两类El Ni?o事件期间异常反气旋的差异可能与印度洋海盆增暖及太平洋海温持续性偏冷有关;两类La Ni?a事件期间异常气旋的差异可能由赤道西太平洋海温持续偏暖造成。