夏季东北冷涡持续性活动及其大气环流异常特征的分析

本文首先分析了夏季东北冷涡持续性活动特征及其对东北地区天气气候的影响,然后利用NCEP/NCAR 1958～1997年月平均再分析资料,探讨了东北冷涡持续性活动与大气环流异常之间的联系.结果表明,东北冷涡持续性活动是导致东北地区夏季低温的一个十分关键的因子,同时对降水也有重要影响.冷涡活跃年夏季,500 hPa高度场会出现以东北地区为中心的南北向和东西向分布的正-负-正距平波列,即与东亚阻高势力偏强而西太平洋副高位置偏南等大尺度环流背景相联系.在对流层中上层,高空西风急流有明显的分支现象,特别是亚洲中纬西风急流位置偏南.而在对流层中下层,东北地区和华北大部以及朝鲜半岛和日本北部等地由明显的气旋式距平环流所控制,并且源自东北及其以西地区的北风距平可一直推进至长江流域并转变为西北风距平,并与那里的西南风距平汇合而形成有利于该地区梅雨偏多时的环流形势,与此同时,长江中下游地区和四川盆地等容易出现垂直速度负距平、涡度正距平和散度负距平分布,而华北和华南大部上述物理量一般为相反的距平分布,从而对应少雨形势,并且中国北方地区(长江以北)对应负温度距平.当夏季东北冷涡活动偏弱时,一般会出现与上述相反的结果.即东北冷涡持续性活动不但对东北地区,而且与中国其它某些地区的天气气候可能也存在着一定的对应关系.     

太阳活动对夏季大气环流异常及云南降水的影响

利用1948～2005年太阳10．7cm射电流量资料,采用小波分析、相关合成分析方法对太阳活动与夏季大气环流异常的联系进行了初步的研究,分析了太阳活动对云南夏季降水的影响。研究表明：太阳活动有明显的年际和年代际变化特征,太阳流量特征时间尺度分别约为11年、22年;太阳活动与夏季中高层大气环流异常有十分明显的联系;太阳活动强弱年的大气环流存在显著差异：太阳活动峰值年,南亚高压异常强大,高压脊线偏南,副高表现出明显的偏强偏西;而太阳活动谷值年,南亚高压较弱,高压脊线偏北,副高表现出明显的偏弱偏东。进一步对太阳活动与异常风场的联系进行了分析,得出显著相关区主要位于中高纬,索马里附近为一显著正相关区。太阳活动峰值年,东亚地区西风急流异常偏南偏强,热带季风环流加强,梅雨锋区环流偏弱（夏季风环流加强）;太阳活动谷值年,东亚地区西风急流异常偏北偏弱,热带季风环流偏弱,梅雨锋区环流加强（夏季风环流偏弱）。云南夏季降水与太阳10．7cm流量在年代际尺度上有很好的对应关系,初夏、汛期降水分别有与太阳活动相关的11、20-24年明显周期。滇南、滇西北初夏5月的降水与太阳活动有一定的正相关关系,太阳活动强时,5月降水越多,太阳活动弱时,5月降水越少。     

山东夏季降水异常与大气环流特征分析

通过分析山东近40年夏季旱涝分布特征,利用NCEP再分析资料运用合成分析的方法,分析了影响山东夏季降水异常的大气环流特征,结果表明:山东夏季旱涝年,中高纬度环流、东亚大槽分布和西太平洋副高的位置和强度差异明显,涡度、散度等物理量也有明显的差异。     

影响北京夏季降水异常的大尺度环流特征

利用1951--2004年500hPa高度场、副高特征量及北京降水量资料,采用相关和合成分析方法,研究了夏季北半球500hPa环流异常与北京旱涝的关系。结果表明：北京夏季降水与副高强度和位置的关系比较复杂,中高纬与副热带环流特征的各种配置会对北京夏季降水产生不同的影响。欧亚中高纬环流出现欧亚-太平洋遥相关型,华北上空持续受高压控制;北京及附近地区处在西高东低的形势下,持续受西北下沉气流控制是北京夏季少雨的有利环流条件。北京及附近地区位于低压槽区或处在东高西低的下游“阻塞”形势,是北京夏季多雨的基本环流条件。研究的结果为北京地区夏季旱涝预测提供了环流背景。     

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。     

山东夏季降水年际优势模态及对应大气环流特征

本文基于1962-2016年山东省降水资料和JRA-55再分析资料,利用EOF、相关分析和合成分析等方法,研究了山东夏季降水年际分布型态及对应的大气环流形势。结果表明:山东夏季降水的年际型态主要分为全区一致型、西北-东南型和东北-西南型模态。在全区一致偏多(少)年,蒙古高原和日本海呈“东高西低”(“西高东低”)的环流结构,东亚地区有“-+-”(“+-+”)分布的类似EAP遥相关型经向波列,阿拉伯海、孟加拉湾和菲律宾低层为异常反气旋式环流。在西北多(少)—东南少(多)年,乌拉尔山阻塞高压和鄂霍次克海阻塞高压活动加强(减弱),沿高空急流轴自西向东有类似“丝绸之路”遥相关型的波列。在东北多(少)—西南少(多)年,在欧亚大陆中西部有“+-”(“++”)东北-西南向异常波列,热带地区为东(西)风异常。另外,西太平洋副热带高压的南北位置主要影响第一模态、西伸东退主要影响第二模态;三个模态的东亚急流在山东及其附近区域都有位于急流轴南北两侧的偶极子异常结构,但异常中心的位置有所差异。这些结论有助于进一步认识山东夏季降水异常及其环流特征,从而为预测提供参考依据。     

北半球环状模和东北冷涡与我国东北夏季降水关系分析

利用国家气象信息中心提供的1951～2004年全国160个测站月平均降水资料和欧洲中心提供的ERA-40再分析资料,对近50多年东北地区夏季降水、东北冷涡与前期北半球环状模和海温的关系进行了统计分析,定义了一个夏季(6～8月)东北冷涡强度指数(NECVI)。结果表明:NECVI能够较好表征东北低涡的气候效应;夏季东北冷涡强度与降水存在显著的正相关,东北冷涡强年,降水偏多,前期2月北半球环状模(NAM)偏弱;东北冷涡偏弱年,降水偏少,前期2月NAM偏强。此外,夏季东北冷涡与前期的中国近海海温存在显著的负相关,前期NAM和中国近海海温的异常可以作为夏季东北冷涡异常的一个前兆信号,进而为东北地区夏季降水异常的预测提供参考依据。     

新疆哈密大降水的大气环流特征分型

利用1951~2012年新疆哈密市的观测资料和NCEP再分析资料,对造成哈密市大降水(12.0 mm)的大气环流特征进行合成分析。结果发现造成哈密站大降水的大气环流分为4种类型:横槽型、低涡型、低槽(ω)型和不稳定小槽型。其中出现暴雨以上降水(24 h降水量24.0 mm)的个例集中在低槽(ω)型;横槽型个例的降水量在13.0~22.0 mm之间;低涡型个例的降水量分布相对均匀,在15.0~20.0 mm之间;不稳定小槽型个例的降水量偏少,全部在18.0 mm以下。4种类型的大气环流特征主要在对流层中高层差异明显。横槽型中低纬度环流平直,其横槽的北部是西北气流,南亚高压是青藏高压西部型;低涡型的中低纬度,在孟加拉湾有低槽,低槽的北部有低涡存在,低涡西面的脊偏强,其南亚高压是青藏高压东部型;低槽(ω)型东部的脊偏强,呈西北东南向,南亚高压是伊朗高压型;不稳定小槽型的南亚高压为伊朗高原到青藏高原东部的带状,500 hPa位势高度场上,85°E以西是平直的偏西气流,新疆东部地区有一小的短波槽。     

吉林省盛夏降水季内变化特征及大气环流分析

利用1961—2017年吉林省46个地面气象观测站点降水月数据及NCEP/NCAR全球月平均位势高度场、风场再分析资料,采用EOF、SEOF、滑动相关、回归分析及合成分析等方法研究了近57 a吉林省盛夏7月、8月降水的基本特征,季内差异及其大气环流异常特征.结果表明:吉林省盛夏7月、8月降水在空间上以全区一致型为主,整...     

东北夏季降水的年代际特征及环流变化

利用1961-2012年中国东北地区91个气象站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和海温资料,以及经验正交函数分解EOF、显著性检验等方法,分析了东北地区夏季降水的时空分布特征、年代际变化特征及相应的环流分布型变化,探讨了不同年代际背景下东北夏季降水年际变化的环流差异。结果表明,东北夏季降水存在明显的年代际变化特征,在1961 1983年(P1)期间降水偏少,19841998年(P2)期间降水偏多,1999年之后(P3)又进入偏少时段。P2与P1时段相比,东北气旋式环流和蒙古反气旋式环流异常增强,而西北太平洋副热带地区为气旋式环流异常,来自西北太平洋偏东水汽输送贡献明显。P3与P2时段相比,东北冷涡活动偏弱,东北地区东部在850 h Pa为偏北风异常,偏南水汽输送有所减弱。进一步分析证实,北太平洋年代际振荡(PDO)对于东北地区夏季降水及相关环流型的年代际变化有重要的调制作用。P1与P3同为降水偏少时段,PDO都处于负位相,东北地区反气旋式环流都偏强;然而P1时段的多雨年,水汽输送主要来自较强的夏季风偏南气流;P3时段的多雨年,水汽输送可能主要来自西北太平洋地区。     

中国东北初夏降水与冷涡活动及西亚春季陆面热力异常的可能联系

基于国家气候中心提供的站点降水资料、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）再分析ERA-Interim陆面温度资料及美国国家环境预报中心和大气研究中心（NCEP/NCAR）位势高度、风场再分析资料,采用相关、合成、线性回归等多种统计分析方法,初步探讨了东北初夏降水与西亚前期（春季）陆面热力异常的可能联系。研究发现,东北初夏降水与前期春季西亚地区的陆面温度存在较为密切的联系,西亚地区（30～70°E,25～45°N）陆面春季异常增暖,对应东北初夏降水减少,尤其是东北地区东北部降水减少显著。进一步分析表明,西亚地区春季陆面异常增暖能引起初夏贝加尔湖附近地区反气旋性异常环流,导致初夏东北冷涡活动偏弱,东北初夏降水减弱。上述结果表明,西亚春季的陆面热力异常可以为东北初夏降水预测提供有效的前期信号。     

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。     

夏季大西洋Niňo基本特征及其与中国夏季降水异常的联系

利用NCEP-DOE AMIP-Ⅱ再分析资料、Hadley中心海表温度资料以及全国160站降水资料,运用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)分解和回归分析等方法,研究了夏季大西洋Niňo的变化特征及其与中国夏季降水异常的联系。结果表明:夏季大西洋Niňo是热带大西洋海温异常的第一EOF模态,其方差贡献率为33.7%,具有明显的年际变化特征。当夏季大西洋Niňo处于暖位相时,对流层低层西北太平洋地区出现明显的异常反气旋,受其影响,西太平洋副热带高压强度增强、位置西伸,中国华南地区出现显著的西南风异常,有利于西太平洋副热带高压西南侧的水汽向中国长江流域及其以北地区输送,使中国长江流域和华北地区降水增多,而中国东南沿海地区则受西北太平洋异常反气旋控制,不利于降水发生;反之亦然。     

2017年山东夏季降水特征及预测初探

2017年夏季山东平均降水量为453.0 mm,较常年（400.3 mm）偏多13.2%,降雨过程较多,降水空间分布不均匀。夏季北半球极涡为单极型分布,中高纬整体以纬向环流为主,西太平洋副热带高压较常年同期强度偏强,西伸脊点较常年偏西。6月降水主要由华北、东北冷涡偏强造成,7月和8月副热带高压偏强、偏西,副热带高压边缘暖湿气流为山东降水提供了充足水汽,导致7、8月降水偏多。此外,进一步分析了历史上相似年份确定和客观预测方法对山东夏季降水预测的作用。     

1月份黑潮区域海温异常与我国夏季降水的关系

分析了1月份黑潮区域海表温度异常与我国夏季(6—8月平均)降水的相关关系及其与夏季东亚大气环流的关系。结果表明：1月份黑潮区域海温偏高(低)时，乌拉尔山附近和雅库茨克附近的阻高加强(减弱)，在这两个阻高之间的低压槽加深(减弱)，西北太平洋副热带高压加强(减弱)、西伸(东撤)，亚洲夏季风明显偏弱(强)，导致副热带高压西侧的暖湿气流输送到长江中下游地区(我国北方地区)，从而使长江中下游地区的夏季降水增多(减少)。     

基于CEEMDAN-SE-ARIMA组合模型的东北夏季降水预测

针对传统时间序列模型无法有效预测模态混叠数据的不足,本文提出了一种基于CEEMDAN-SE-ARIMA的组合模型,并且对东北地区2016—2020年夏季降水量进行了实证分析。首先,基于完全自适应集合经验模态分解方法,将降水时间序列分解为多个本征模态分量,并根据不同分量样本熵的计算结果进行分量序列重构。然后,针对每一个重构分量,构建自回归移动平均预测模型。最后,将各分量的预测值进行叠加,得到组合模型的预测值。此外,还构建了ARIMA单一模型和其他组合模型,旨在与CEEMDAN-SE-ARIMA组合模型对比。结果表明：CEEMDAN-SE-ARIMA组合模型考虑了时间序列的模态混叠特征,能有效提高东北地区夏季降水时序模型的预测能力,具有良好的预测应用价值。预测结果较单一模型和其他组合模型均有所提高,MASE降低了0.02～0.91 mm, RMSE降低了0.80～130.49 mm, MAE降低了2.52～129.84 mm, MAPE降低了1.08～35.53 mm。CEEMDAN-SE-ARIMA模型在降水变率较小的西北部区域预测效果更好,对东南部区域的极值分布中心预测较为准确。     

我国中部地区夏季干旱的多时间尺度特征及其环流、海温异常

基于CRU逐月降水和NCEP/NCAR再分析等资料,利用集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)方法,分析1948—2016年中国中部地区夏季降水变化的多时间尺度特征及其对应的环流、海温异常,进而解释不同时期影响干旱发生的背景场有何不同。结果表明,中部地区夏季降水以年际变化为主,周期长度为3.8 a和6.9 a,年代际和多年代际变化的方差贡献不足20%。然而,各时间尺度降水变化对不同时期干旱事件的贡献存在较大差异,1960s、1970s,降水年际变化偏弱,相反地,多年代际变化正处于负位相的极小值期;1980s、1990s,多年代际变化位相转正;2000s初,年际变化明显增强。此外,通过分析不同时间尺度降水变化对应的环流、海温背景场,发现热带印度洋海温异常及其引起的西北太平洋副热带高压的变化、大西洋北部海温异常激发的纬向波列以及贝加尔湖地区的阻塞活动、1970s末PDO位相转变伴随的东亚夏季风突变是分别解释降水年际、年代际和多年代际变化的主要原因,进而揭示影响中部地区夏季干旱发生的关键因子及其相对重要性。     

山东半岛夏季降水异常的环流型及影响因子分析

利用1961—2016年华东地区106个气象观测站的日降水数据和再分析资料,分析引起山东半岛夏季降水异常的大气环流型及其与前期下垫面因子（海温和土壤湿度）的关系,结果发现：1）当孟加拉湾出现西南风异常,日本列岛以南和贝加尔湖西南侧地区分别呈反气旋和气旋式环流异常时,加强了向山东半岛的水汽输送,配合区域大气上升运动异常最终导致山东半岛夏季降水偏多;反之,当孟加拉湾出现西北风异常,日本列岛以南和贝加尔湖西南地区分别呈气旋和反气旋式环流异常时山东半岛降水偏少。2）孟加拉湾和北太平洋中部关键区的对流层整层位势高度与下垫面海温自春季持续至夏季存在显著正相关,当两个地区的整层位势高度均呈正异常时,分别对应夏季孟加拉湾的强西风气流和日本列岛以南的反气旋环流异常。3）区域土壤湿度异常引起的感热和潜热通量异常,可能是引起贝加尔湖关键区位势高度和山东半岛局地对流异常的原因：贝加尔湖西南地区土壤湿度偏大时,其上空对流层位势高度为负异常;山东半岛地区土壤湿度偏大时,其上空对流层大气出现异常上升运动。4）利用关键区春季下垫面因子（海温和土壤湿度）建立山东半岛夏季降水的统计预测模型,留一交叉检验的距平同号率达到75%。这些结果可为山东半岛夏季降水预测提供重要参考。