欧亚中高纬冬季地表感热异常与中国西北东部夏季降水的可能联系

利用1979—2012年NCEP/DOE月平均地表感热通量再分析资料、西北东部156站夏季降水日资料,分析了欧亚大陆中高纬(61°N—67°N,53°E—68°E)冬季地表感热通量对我国西北东部夏季降水的影响。结果表明,当欧亚大陆中高纬冬季大气向地表输送感热值偏大时,春、夏季地表向大气输送感热值也偏大,引起了夏季500 hPa乌拉尔山阻塞高压加强,蒙古低压加深,西北太平洋副热带高压强度偏强,位置偏西,西风急流位置偏北,南亚高压呈东部型;对流层中低层表现为异常上升气流,同时有水汽的辐合,西北东部位于副高外围和蒙古低压底部,大气环流场的变化导致中国西北东部夏季降水偏多。当欧亚大陆中高纬冬季大气向地表输送感热值偏小时,春、夏季地表向大气输送感热值偏小,引起相反的夏季大气环流异常,使得中国西北东部夏季降水偏少。     

欧亚大陆春季植被状况与东亚夏季大气环流的显著联系

地表植被覆盖的变化能通过改变陆面参数,以及生地化循环过程,对区域和全球气候产生重要影响.文中利用1982-2002年欧亚大陆春季归一化植被指数(NDVI)和欧洲中期数值天气预报中心再分析资料,采用奇异值分解分析方法,研究欧亚大陆春季植被状况与东亚夏季大气环流的关系.结果表明,贝加尔湖以西区域(55°-65°N,60°-100°E)春季植被状况与东亚夏季大气环流存在显著联系.当春季该区植被指数偏高时,在对流层高层从巴尔喀什湖、贝加尔湖至日本北部,以及中国华南和中南半岛上空存在显著的纬向风正异常,中国华北地区和江淮地区以北为显著负异常,异常中心自北向南依次为"正-负-正"分布,说明东亚夏季200 hPa西风急流轴偏南;相应的在对流层中层15°-25°N地区西风偏强,伴随偏强上升气流,而在25°-42°N地区西风偏弱,并且在32°N附近存在显著下沉气流;在对流层低层,中国江淮流域以北、华北及贝加尔湖以东地区存在明显的反气旋型风场异常,而华南存在东北风异常.这种环流特征说明东亚夏季风偏弱,雨带偏南,并且使得中国华南降水偏多,华南以北大部分地区降水偏少,同时中国东南以及青藏高原东南部温度偏低,而中国北方以及江淮流域温度偏高.欧亚大陆春季植被状况与东亚夏季风的显著关系为东亚夏季风预测提供了有用的帮助.     

东亚夏季风北界与我国夏季降水关系的研究

为了研究东亚夏季风北界与我国东部夏季降水异常的关系,本文利用夏季850 hPa上20°N以北105°~125°E之间平均南风风速2 m/s所在的纬度,定义了一个新的东亚夏季风北界指数。初步分析表明:东亚夏季风北界在1976年之前(含1976年)位置偏北,而1976年之后位置偏南,具有明显的年代际变化,较好地反映了我国东部夏季降水异常分布型的变化。对应于东亚夏季风北界的异常,东亚夏季风强度、西北太平洋副热带高压位置与面积、亚洲大陆热低压等也发生了相应的变化,它们之间的关系如下:东亚夏季风北界位置偏北(南)时,对流层低层亚洲大陆热低压偏强(弱),东亚夏季风偏强(弱),西北太平洋副热带高压位置偏北(南)、面积偏小(大),南亚高压偏弱(强),长江中下游地区气流以下沉(上升)为主,降水偏少(多);华北地区气流以上升(下沉)为主,降水偏多(少)。     

热带西太平洋海面高度变化与华南3—4月降水异常的关系

随着海洋观测技术的进步,新的海洋数据在大气海洋研究中得到应用。卫星海面高度观测反映了海洋的热力及动力状况,是海洋状况的重要指标。利用多颗卫星观测融合的海面高度异常（Sea Level Anomaly,SLA）资料分析了海面高度异常与华南前汛期3—4月降水异常的关系。结果表明,从气候状况而言,华南前汛期3—4月降水的主要影响系统为西太平洋副热带高压（简称西太副高）,其外围的西南气流为华南提供充足的水汽输送;年际尺度,华南前汛期3—4月降水指数与850 hPa等压面上100~140 °E范围内的副高脊线的南北位置为显著负相关关系,与青藏高原东南侧（105~115 °E,20~25 °N）的西南风为显著正相关关系。利用大气向外长波辐射（OLR）及再分析资料的分析表明,西南太平洋（150 °E~170 °W,10~5 °S）的海面高度异常将引起菲律宾以东广大洋面上OLR异常及相应的潜热释放异常,当这一海域的海面高度偏高时,西太副高位置较常年偏北,青藏高原东南侧西南风将偏弱,不利于向华南地区的水汽输送及辐合,华南降水偏少。      

冬季东亚中纬度西风急流对我国气候的影响

利用1957—2001年欧洲中期数值天气预报中心再分析资料及地面台站观测资料，分析了冬季东亚西风急流与我国气候的关系。首先定义了冬季东亚西风急流强度指数(区域30°~35°N，127.5°~155°E冬季200 hPa纬向风u₂₀₀平均值的标准化值)和切变指数(区域15°~25°N，100°~115°E与区域30°~40°N，100°~115°E的平均u₂₀₀之差的标准化值)，这两个指数能较好地反映冬季东亚西风急流的强度变化和位置的南北移动，二者相关系数为-0.48，通过99%信度检验。西风急流强度与亚洲和西太平洋大范围的大气环流有密切关系，而西风急流位置移动则与印度洋、中东太平洋的大气环流有密切关系，并分析了冬季急流强度指数和切变指数与我国温度和降水的关系。结果表明:当西风急流强度偏强时，西风急流位置偏北，此时在急流入口区左侧由于气流辐合造成低层气压上升，在出口区左侧则由于气流发生强烈辐散，引起低层气压下降，所以西伯利亚地区上空从对流层低层到中层高度值升高，北太平洋高度值降低，东西向气压差加大的形势，同时东亚大槽偏强，海陆气压差加大和东亚大槽偏强，导致冬季风强度偏强，引起我国从北到南的陆面降温，同时30°~40°N低层有下沉气流，使得华北、华中和长江中下游地区降水偏少；当西风急流强度偏弱时，西风急流位置偏南，整个东亚地区存在南风异常，东亚冬季风较弱，在25°N附近有上升气流，此时华南和内蒙古、华北降水偏多，内蒙古地表温度偏高。     

2011年5、6月长江中下游旱涝转折的大气低频特征及其预报

基于国家气候中心2011年5、6月长江中下游降水量、降水过程和气象干旱、洪涝区域等统计资料,以及同期NCEP/NCAR逐日纬向风（u）、经向风（v）和水汽（q）资料,对2011年5、6月长江中下游旱涝转折的大气低频环流特征进行分析。结果表明,气象干旱的5月和暴雨洪涝的6月在大气低频系统分布、低频气流交汇和低频水汽输送等方面有显著不同。5月（6月）我国东部以东洋面,850 hPa等压面先后维持西风带低频反气旋或低频气旋（西太平洋低频反气旋）,导致长江中下游为单一的低频偏南或偏北气流（低频偏南气流与低频偏北气流交汇）。而且5月（6月）从西南-东北和东南-西北的低频-qv（qv）交汇于120 °E,30 °N及其附近地区。长江中下游地区水汽通量散度为辐散区（辐合区）。另外,5月无（6月有）自60 °E,沿30 °N向东传播的低频偏南风与自60 °N,沿120 °E向南传播的低频偏北风在长江中下游交汇。低频环流的不同特征,有利于5月干旱（6月洪涝）的维持。并对此次旱涝转折在延伸期预报（10～30 d）时效内的预报取得较好的预报结果。      

江苏6—7月降水与前期澳大利亚高压及相关海温异常的关系

利用5月份澳大利亚海平面气压和中国107站的6—7月降水资料,使用SVD方法揭示了5月份澳大利亚高压(简称澳高)与江苏汛期(6—7月)降水(简称汛期降水)的联系及可能原因,研究表明:当5月澳高偏强时,汛期环流特征表现为:(1)低层风场在30°N附近存在明显的风向切变,上升气流显著,并且西太平洋副热带高压较常年偏西,这样有利于降水增多;(2)130°E附近的越赤道气流显著加强,为降水提供了很好的水汽条件。主要影响途径:当5月澳高偏强(偏弱)时,与澳高相联系的印度尼西亚附近海温持续性偏冷(偏暖),偏冷(偏暖)的海温一方面使得其区域低层风场的异常辐散(辐合),异常辐散(辐合)风场作为涡度源通过Gill型响应可引起西太平洋异常反气旋(气旋)环流,有利于副热带高压较常年偏强偏西(偏弱偏东),也增强(减弱)了自南向北的暖湿气流的输送;另一方面引起其区域下沉(上升)气流异常,进而通过类似与EAP波列,激发江淮地区的异常上升(下沉)气流,使得汛期降水偏多(偏少)。     

北半球冬季110°—120°E垂直经向环流的年际变化及其与中国东部同期降水的关系

利用NCEP／NCAR再分析月平均风场资料和中国东部120个站的降水资料,分析了1951--2010年北半球冬季110°-120°E经向环流的气候特征,定义了北半球冬季110°-120°E低纬Hadley环流和中高纬气流强度指数,并分析了其强度的长期变化趋势以及对中国东部同期降水的影响。结果表明：（1）北半球冬季110°-120°E经向环流主要包括低纬Hadley环流和中高纬度从高层到低层较-致的偏北下沉气流。（2）北半球冬季110°-120°EHadley环流和中高纬气流强度有明显的年际和年代际变化,二者在长期变化趋势上表现-致,即在1990年以前呈约20a的振荡周期,且波动更大,而在1990年以后呈约10a的振荡周期,波动相对较小。（3）北半球冬季110°-120°E经向环流强度指数对中国东部同期降水的年际变率具有较高的解释率,二者在统计上呈显著的负相关关系。北半球冬季110°-120°EHadley环流强度和中国东部同期降水相关程度大值区集中在江南、华南及江淮地区,中高纬气流强度和中国东部同期降水相关程度大值区集中在西北、江淮及江南地区。（4）东亚地区冬季经向环流异常的显著差异主要表现在中高纬度反向的异常气流和中低纬度反向异常环流圈的变化。强（弱）经向风年,北半球中高纬度从高层到低层为异常的偏北（南）气流,中低纬度对流层存在顺时针（逆时针）方向闭合的异常经向环流,对应中国东部降水显著减少（增多）。     

一次秋季罕见强连阴雨过程分析

分析了2007年9月27日-10月11日长治市出现的历史罕见的持续时间最长、影响范围最广、灾害最严重的秋季连续阴雨天气的成因,给出了秋季连阴雨的预报着眼点:副高脊线位于25°N以北、西伸脊点位于100°E,北部冷空气南下受副高阻挡,在40-55°N形成平直西风带锋区,锋区南侧偏西西北气流与副高边缘西南气流交汇,切变系统频频建立,是山西中南部连阴雨天气的产生机制.降水落区在500 hPa层以下温度露点差≤4℃的重叠湿区内.亚洲两槽-脊型建立,贝加尔湖高脊东移,副高脊线南撤至20°N附近,预示连阴雨天气结束.     

10—20天准双周振荡的经向传播及地理特征

本文采用ECMWF 1983年7月1日至9月12日逐日200hPa纬向风场资料， 用复经验正交方法讨论了10—20天低频振荡的经向传播及地理特征。结果表明:(1) 10—20天振荡有三个显著区域:贝加尔湖附近地区；赤道90°E附近以及新加坡、马来西亚地区；80—100°E, 22-32°N之间。(2) 源于较高纬度地区的振荡与源于赤道附近地区的振荡在105°E，17—23#+[o]N附近同位相相遇，在90°E, 20°N附近反位相相叠加，振荡相互削弱，在25°N附近同位相相遇。(3) 从振荡位相来看，中南半岛东南部、马来西亚北部、菲律宾以西区域的振荡向北传播到中国东南沿海，向西传播到孟加拉湾印度半岛；20°N 以南低纬度地区的振荡很少能传播到8°E以东30°N附近地区；位于90—95°E, 25-27°N之间的振荡以及贝加尔湖附近地区的振荡可以向南北两个方向传播。     

东北北部夏季旱涝形成机理的数值研究

根据 1 95 8～ 1 996年黑龙江省 38个代表站历年降水量资料和同期北半球 2 .5°× 2 .5°格点 5 0 0 h Pa位势高度资料 ,分别求出了干旱和洪涝年份 7、8月的流型 ,指出东北北部盛夏旱涝的形成与东亚由冬至夏的季节转换联系密切。用北半球正压模式实施 4组积分时间为 30个模式日的数值试验 ,成功地模拟了 7、8月干旱和洪涝流型的形成和持续过程 ,并分析了与旱涝流型相应的热源强迫场的不同特征     

冬季北太平洋南北海温异常对我国汛期雨带类型的影响研究

使用1951—2002年前期（1—5月）北太平洋海温场月平均资料，运用合成分析、多因变量方差分析、判别分析及相关分析方法，探讨我国汛期雨带类型与前期北太平洋海温的时空分布关系。分析表明:尽管汛期各雨带类型对应着前期不同的海温距平场，但它们之间只有部分海域存在显著性差异，且在1月表现最显著。各雨带类型对应海温距平场显著差异关键区主要位于北太平洋的南北海域，即北部中高纬亲潮附近（40°~50°N, 160°E~180°），北太平洋西风漂流区（30°~40°N，175°~145°W）及南部近赤道太平洋中部（10°S~0°, 175°~145°W），且南北海温呈反相关关系。将海温关键区作为判别因子，对雨带类型进行判别分析表明:用多个海温关键区作为判别因子建立的判别方程，其判别准确率比仅用某一海温关键区或海温区之间的和差简单定义的指数作为判别因子建立的判别方程判别准确率高，说明我国东部汛期降水型的分布与多个海温关键区的综合作用是密切相关的。进一步分析判别方程定义的1月海温判别指数与前期高度场和夏季副热带高压各特征量的相关关系表明，该指数对我国汛期雨带类型影响的可能途径是:一是造成大气环流异常，特别是北太平洋涛动的异常，并形成PNA大气遥相关型，从而引起我国汛期降水异常；二是造成西太平洋副热带高压的异常，主要是面积、强度和西伸脊点位置的异常，从而引起我国汛期降水异常。可见，冬季北太平洋海温南北异常与我国汛期雨带类型关系密切，且具有重要的天气气候学意义。     

印度季风的年际变化与高原夏季旱涝

根据NCEP／NCAR再分析资料和海表面温度距平资料,分析了西藏高原夏季降水5个多、少雨年春、夏季印度洋850hPa、200hPa合成风场和合成海温场,发现多、少雨年前期与同期印度洋高、低空风场和海温场均存在明显差异,主要表现为高原夏季降水偏多(少)年印度夏季风偏强(弱),在850hPa合成风场上印度半岛维持西(东)风距平,西印度洋—东非沿岸为南(北)风距平,夏季阿拉伯海区和孟加拉湾出现反气旋(气旋)距平环流;200hPa合成风场上印度半岛维持东(西)风距平,南亚高压偏强(弱),索马里沿岸为南(北)风距平。印度夏季风异常与夏季印度洋海温距平的纬向分布型有密切联系。当夏季海温场出现西冷(暖)东暖(冷)的分布型时,季风偏强(弱),高原降水普遍偏多(少)。相关分析指出,索马里赤道海区的风场异常与高原夏季降水的关系最为密切,在此基础上我们定义了一个索马里急流越赤道气流指数,用它识别高原夏季旱涝的能力较之目前普遍使用的印度季风指数有了明显的提高。     

江淮流域夏季严重旱涝与大气季节内振荡

利用NCEP/NCAR的再分析资料和中国气象局国家气象中心提供的中国台站降水资料,分析研究了江淮流域大范围严重旱涝的20-70天大气季节内振荡(ISO)特征。结果表明,对应江淮流域严重涝年,200hPa青藏高原北部存在ISO气旋性环流,青藏高原南部存在ISO反气旋性环流;大气ISO流型在对流层中低层850hPa主要是我国长江以南、南海和西太平洋地区为大气ISO反气旋性环流,我国长江以北到日本地区的大气ISO气旋性环流,我国江淮流域位于这两个ISO涡旋西侧偏南气流和偏北气流的交汇处;旱年反之。利用向量经验正交展开方法得到,上述大气ISO环流型分别是旱涝年大气ISO流型的第一模态,并且涝年大气ISO流型的振幅强,旱年振幅弱。进一步分析揭示,严重洪涝(干旱)年分别对应对流层中上层江淮流域及其以北的中高纬度地区有强(弱)的大气ISO活动。中高纬度地区的大气ISO在严重洪涝年向南传播,与低纬度向北传播的大气ISO在江淮流域汇合;而在严重干旱年,虽然大气ISO可向北传播,但向南的传播却很不明显。     

2011年春季河南久旱转暴雨的环流特征及成因分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°和2.5°×2.5°全球再分析资料,对2011年5月河南久旱转暴雨过程的影响系统及环流演变特征进行分析。结果表明,暴雨产生在高空槽前、中低层切变线南侧、低空急流出口左侧强的低空辐合区。将干旱期间与暴雨时段大尺度环流场进行对比分析得出,干旱期间500 hPa高度场长期维持＂西高东低＂的环流形势,暴雨时段环流迅速调整为＂东高西低＂,上游也由干旱时期的高度正距平转为负距平,下游由高度负距平转为正距平。干旱期间西风急流和南亚高压主体均较偏南,暴雨时段二者均快速加强北移,暴雨区恰好位于二者交汇的高空强辐散区。干旱期间AO指数及NAO指数均为正值,当二者先后由正值转为负值时,有可能预示着后面将有强降水发生。     

2009年初内蒙古降水分布特征与成因

利用观测资料及NCEP再分析资料对2009年1—2月内蒙古地区降水异常的成因进行了初步分析。结果表明：2009年1—2月内蒙古西部、中部、东部偏南地区降水明显偏少,内蒙古东部偏北地区降水出现一定程度的增加。500 hPa高度距平特征表现为：以45°N为界,其南北两侧分别为正负距平区。这一环流特征是导致内蒙古东部偏北地区降水增多的原因之一,但对内蒙古中西部及东部偏南地区的降水异常并没有决定性的影响。内蒙古中部地区湿度条件和动力抬升条件均不利于降水,因而形成异常干旱;内蒙古东部偏南地区动力抬升条件有利于降水,但湿度条件不利于降水,实况降水的减少表明湿度条件是影响该地区降水的关键因素;内蒙古东北部地区湿度条件接近常年,而动力抬升条件明显有利于降水,因而导致降水增多。     

四川地区夏季旱涝与西太平洋副热带高压的关系

利用近46年西太平洋副热带高压特征指数资料、四川地区123个测站的逐日降水资料集及NCEP\NCAR再分析资料,研究了四川地区夏季旱涝事件的空间分布特征及其与西太副高的关系。结果表明,四川盆地东西部经常出现"西旱东涝"或者"西涝东旱"的异常特征。西太平洋副热带高压的脊线、北界位置与四川盆地东(西)部区的旱涝之间存在很高正(负)相关关系。西太平洋副热带高压南北位置的异常变化对应着东亚地区大气环流的异常变化,从而影响四川盆地东部区及四川盆地西部区的旱涝变化。      

华南春季降水纬向非均匀分布及异常年大气环流特征分析

对1951—2007年华南地区18站春季（3—5月）降水进行EOF分析,发现华南春季降水的空间分布具有全区一致性、东西反位相、南北反位相及东北—西南反位相等特点。第二特征向量主要反映了华南春季降水的纬向非均匀分布特征,据此将华南春季降水型分为西涝东旱型和西旱东涝型,并利用NCEP再分析资料对春季降水的纬向分布异常年的大气环流背景特征进行了研究。结果发现：在西涝东旱年,华南西北部存在海平面气压场和高度场的正异常中心,有利于冷空气的南下,而该正异常中心的南部出现负异常,华南东部及其东部海面上呈现范围较大的气压场和高度场正异常,华南西部盛行东南风异常,华南东部存在东北风距平,风场和水汽输送场在华南西部表现为异常辐合,在华南东部表现为异常辐散,因此造成了华南西部降水的偏多和东部降水的偏少。同时,850 hPa涡度场、200 hPa散度场、850 hPa垂直速度场和1000 hPa温度场也均呈现出有利于华南西部降水增多和东部降水减少的环流形势。在西旱东涝年,情况基本相反。     

20世纪我国东部地区的降水及极端旱涝事件变化规律

根据我国东部地区（110°E以东）160个观测站100多a的降水资料对我国东部地区包括华北地区、长江流域和华南地区等100多a的降水变化趋势和降水极端偏多和极端偏少年份的分布进行了分析;并通过计算z指数,实现旱涝面积转化,分析我国东部100多a来的旱、涝范围变化和极端旱、涝年份的分布。结果表明：我国东部地区100多a的降水极端偏多年份随时间分布比较均匀,其间隔在20～40a间。降水极端偏少年份在减少。降水量的变化存在着大约40—50a的震荡周期。夏季降水增加明显,秋季降水下降明显。长江流域的年降水量和我国东部年降水量趋势保持较好的一致性,说明长江流域的降水对我国东部降水的贡献显著,华南区域的降水起次要作用。我国东部近100a来雨涝范围和干旱范围都没有表现出明显的增、减趋势,但存在着明显的年际和年代际振动。我国东部干旱覆盖面积最大的时间主要集中在1930年代以前,1969年以后变化趋势不明显。东北和华北极端干旱年份大都出现在1940年以前,长江流域和华南的极端干旱年份则随时间分布比较均匀。     

长江中下游旱涝中期预报方法及其业务应用

介绍了双层多因子综合相似的长江中下游旱涝中期预报模型。该模型引入了具有明确动力学和热力学意义的地转西风动量经向输送和经向温度梯度诊断量，同时强调了西太平洋副热带高压对长江中下游夏季降水的关键作用，并考虑了对流层中、低层500hPa高度和850hPa温度的大尺度环流背景场。与过去业务应用的单层相似预报模型相比较，不仅物理意义和天气学含义明确，而且更符合对具有复杂动力和热力机制的降水预报的考虑。5年的预报试验和业务应用结果表明，该方法对长江中下游地区旱涝的中期趋势预报有较好的预报能力。