华北盛夏旱涝的环流型特征及其在初夏的预兆

文中应用NCEP/NCAR 500 hPa逐日资料对影响华北盛夏旱涝的环流特征进行分析,给出了盛夏旱涝分别与“西高东低”和“东高西低”流型的对应关系。并进一步研究初夏与盛夏的环流演变特征,得知若在6月500 hPa华北出现异常增高过程时,则盛夏多出现“西高东低”流型,华北少雨;反之,6月华北出现异常低压过程时,盛夏多出现“东高西低”流型,华北多雨。6月华北高压区环流特征与盛夏的环流型相关系数达0.597,与华北中部盛夏降水相关系数为0.562,为初夏进行盛夏旱涝短期气候预测提供了依据。以此为根据建立了初夏对于天津盛夏降水短期气候预测的经验方法,在2002—2004年的业务应用中预报趋势都是正确的。     

华北夏季旱涝的环流特征分析

本文运用月降水量、500hPa、100hPa月平均高度场和海平面气压场，在对50a华北夏季旱涝等级重新评定的基础上，分析了与华北夏季旱涝年对应的环流异常特征。结果表明华北旱涝年，对应整个北半球上各层都存在显著的环流异常变化。旱年500hPa环流异常使得极涡偏心，相应乌拉尔山和北美的气候槽偏强；中纬度位于华北的平均槽东移到朝鲜日本一带，而西部脊东移控制华北；低纬西太平洋副高偏东，印度低压槽偏弱。涝年则相反。在海平面气压场上，除了在与高层对应的显著异常区有相应变化外，在我国东部大陆大部及赤道中东太平洋上也有一显著的异常区，证实夏季风和KNSO与华北旱涝存在密切的联系。在100hPa高度场旱涝年环流差异主要表现为南亚高压南北界的位置变化。     

华北盛夏降水年代际变化与南半球环流异常的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国160个台站降水资料,分析了华北盛夏降水与南半球马斯克林高压、澳大利亚高压的年际关系。结果表明,华北盛夏降水和马高、澳高在年际变化尺度上都有着显著的负相关关系,且这种关系存在年代际变化,并重点分析了与华北盛夏降水年代际变化相对应的南半球环流异常型的特征。     

华北夏季降水减少与北半球大气环流异常的关系

利用华北地区20站夏季降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用趋势分析、合成分析等方法,对华北夏季降水减少与北半球大气环流异常进行对比分析。结果表明,华北夏季降水量1951—2008年呈显著减少趋势,平均每10 a减少13.4 mm,1965年发生了气候突变,之后降水量减少更加明显。北半球大气环流在1965年前后有明显不同：1）1951—1965年夏季500 hPa高度场欧洲大槽、贝加尔湖槽较深,乌拉尔山高压脊较强,经向环流表现突出;而1966—2008年夏季欧洲大槽、贝加尔湖槽较浅,乌拉尔山高压脊较弱,纬向环流表现突出。2）1951—1965年夏季500 hPa蒙古冷槽位置偏北偏西,冷空气活动经常影响华北地区;而1966—2008年夏季蒙古冷槽位置东移南压到河套附近,冷空气经常影响华北以南以东地区。3）1951—1965年夏季海平面气压场蒙古低压异常强大,而1966—2008年蒙古低压明显减弱。4）1951—1965年夏季850 hPa东亚夏季风一直伸展到华北、东北地区,蒙古地区存在明显的气旋性环流,在河套附近产生风向辐合;而1966—2008年东亚夏季风在到达30°N附近风速显著减小,很少越过长江到达华北地区,在长江流域形成了风速辐合,同时蒙古地区的气旋性环流消失,河套附近的风向辐合变的很弱。1951—1965年华北多雨是由于东亚夏季风水汽的有效输送和河套附近的风向辐合造成的,而1966—2008年长江流域多雨是由于东亚夏季风在这里产生了风速辐合造成的。华北夏季降水减少与北半球大气环流异常有很好的联系。     

北京地区大气环流型及气候特征

以北京地区为研究对象,应用Lamb-Jenkinson大气环流分型方法对1948-2008年的逐日平均海平面气压场进行定量计算环流指数。通过对27类逐日环流分型结果的统计分析得出：北京地区主导环流类型依次为A型、C型和SW型,其频率分别为23.8 %、15.4%和7.0%;A和C环流型频率均呈逐年上升趋势,但A型频率上升速度远大于C型;春季北京主导环流类型为A型和C型,夏季主导环流型为C型和SW型,夏季CSW型环流所占比例也较大,秋季和冬季为A型。通过主导环流型和北京气温、降水之间变化规律的分析可知：冬季在A型环流的控制下北京地区多为低温晴好天气;夏季在C型环流的控制下北京地区降水增多,在SW型环流的控制下北京地区降水偏少,而CSW型环流控制下北京地区呈现干热天气状态,2000年后尤为明显。     

华北雨季开始早晚与大气环流和海表温度异常的关系

本文利用国家气候中心的1961~2016年华北雨季监测资料、美国国家环境预报中心/大气研究中心（NCEP/NCAR）的大气再分析资料、NOAA海表温度资料,分析了华北雨季开始早晚的气候特征,然后利用合成分析、回归分析等方法,研究了华北雨季开始早晚与大气环流系统和关键区域海表温度的关系。结果表明,56 a来华北雨季开始最早在7月6日,最晚在8月10日,1961~2016年华北雨季开始平均日期是7月18日。华北雨季开始时间具有显著的年际变化,但雨季发生早晚的长期变化趋势不太明显。华北雨季开始早晚与西太平洋副热带高压（简称副高）、东亚副热带西风急流、东亚夏季风等环流系统的活动关系密切,当对流层高层副热带西风急流建立偏早偏强,中层西太平洋副高第二次北跳偏早,低层东亚夏季风北进提前时,华北雨季开始偏早,反之华北雨季开始偏晚。华北雨季开始早晚与春、夏季热带印度洋、赤道中东太平洋海表温度关系显著且稳定,当Ni?o3.4指数和热带印度洋全区海表温度一致模态（IOBW）为正值时,贝加尔湖大陆高压偏强,副高偏强偏南,东亚夏季风偏弱,导致华北雨季开始偏晚;当海表温度指数为负值时,则华北雨季开始偏早。     

华北夏季旱涝的云量和大气环流特征

基于地面逐时观测资料,分析了华北夏季旱、涝年各类云的云量变化,采用统计学和合成分析方法,并利用ERA再分析资料探究其变化原因。结果表明,华北地区雨层云、层积云、层云和积云云量在旱、涝年的变化趋势相反,除高层云外其余各类云在涝年的降水概率大于旱年。华北夏季旱年500 h Pa高度距平场呈现纬向型的鞍形场,华北地区和东部海域呈现出"西高东低"的距平环流形势。850 h Pa风场在贝加尔湖以南为反气旋性异常中心,西太平洋地区为气旋式距平环流。华北地区受控于脊前的偏北距平气流,不利于暖湿水汽向华北地区输送。高层为散度负距平,低层为散度正距平,不利于云的形成和云产生降水。涝年与之相反。     

2012年夏季华北降水和环流形势的低频振荡特征分析

对2012年夏季华北降水的低频振荡特征和相应的低频环流形势进行了分析,结果表明:2012年华北夏季降水具有显著的10~13 d低频振荡周期,振荡的演变和强降水有很好的对应关系,强降水过程基本发生在振荡的波峰处。强降水发生前,对流层低层在孟加拉湾地区首先出现低频反气旋式环流并逐渐加强,菲律宾至我国南海地区的低频环流系统逐渐向西北方向传播,中高纬西风带上有负低频高度距平东移,其伴随西风槽加深东移。对流层上层伊朗高原低频气旋式环流减弱,随后青藏高原东部低频反气旋式环流加强东移。强降水发生时,来自西北太平洋的低频偏南风和西风槽东移携带的低频水汽,为华北地区提供了充沛的低频水汽。同时对流层高层青藏高原的低频反气旋式环流东移控制我国中东部地区,华北至东北地区为强烈的低频辐散中心,上升运动加强,为降水的发生提供动力条件。对流层各层低频系统的相互配合对华北强降水的发生和维持起到了重要作用。     

临沂市气温变化规律及其与大气环流的关系

利用临沂市53年气温资料和北半球大气环流资料，采用相关分析、小波分析方法，对临沂市气温变化特征及其与北半球大气环流特征的关系进行分析，发现临沂市年平均气温变化具有明显的阶段特征，季节变化不同步。近年来气候变暖的主要因素是冬季平均气温及平均最低气温升高。气温变化与副高面积指数、强度指数，极涡面积指数，经、纬向环流指数等的变化密切相关，与南方涛动指数、太阳黑子相对数、东亚大槽位置等关系不显著。     

西江流域面雨量与区域大气环流型关系

利用Lamb-Jenkinson大气环流分型方法,对西江流域1971—2015年逐日平均850 hPa和500 hPa高度场进行环流客观分型,分析流域降水天气环流型出现概率及主导环流型变化特征,探讨主导环流型对西江流域总面雨量和子流域面雨量的贡献率及环流型配置与降水的关系。结果表明:当850 hPa为西南风型、500 hPa为西风型时,流域出现降水天气的概率最大;850 hPa气旋型和500 hPa西风型对年总面雨量和各子流域面雨量的贡献率均为最大,且对东部子流域面雨量的贡献率大于西部子流域,850 hPa南风型与500 hPa反气旋型的环流配置是西部子流域秋季降水偏多的主导环流型配置;春季850 hPa气旋型与500 hPa西风型、夏季850 hPa气旋型与500 hPa西风型、秋季850 hPa南风型与500 hPa反气旋型、冬季850 hPa西南风型与500 hPa西风型的环流配置时,出现强降水天气的概率分别为18.7%,21.1%,4.0%和2.0%,即夏季最大,其次为春季,冬季最小。近45年,850 hPa气旋型、500 hPa西风型对流域年总面雨量的贡献率呈增加趋势,是西江流域面雨量呈偏多趋势的主导环流型。     

华北地区未来气候变化的高分辨率数值模拟

使用20km高水平分辨率的区域气候模式RegCM3,单向嵌套FvGCM/CCM3全球模式,进行了中国区域气候变化的数值模拟试验,分析华北地区夏半年4-9月的气温、降水和高温、干旱事件的变化。模式积分时间分为两个时段,分别为当代的1961-1990年和在IPCC SRES A2温室气体排放情景下的21世纪末2071-2100年。模式检验结果表明:在大部分月份,区域模式对当代气候的模拟都较全球模式更好。两个模式模拟的未来气温和降水变化,在空间分布型和量级上都有一定不同,如区域模式的升温更高,降水出现大范围减少等。此外,使用日最高气温不低于35℃的日数(D_(T35))和考虑了湿度因素的炎热指数(I_(H))不低于35℃的日数(D_(H135)),分析了区域模式模拟的未来高温事件变化,结果表明:未来华北地区D_(T35)和平原地区D_(H135)均有较大增加。未来华北地区的连续干旱日数(CDD)将增加,依照UNEP(United Nations Environment Programme)干旱指数(A_(U))给出的气候湿润区将有较大幅度减少,而半湿润半干旱区和半干旱区面积将增加。     

冬季NPO突变前后大气环流和我国天气气候的变化

用Mann-Kendall突变检验方法对北太平洋涛动10a际气候突变进行的研究指出，在1976年左右存在着一次明显的气候突变，而突变前后大气环流场及遥相关型均发生了显著的变化。进而研究了北太平洋涛动突变前后我国冬季天气气候的变化特征。结果表明，突变前(后)，我国冬季气温一致性偏低(高)，且北方地区的变化明显大于南方；而降水则呈现出长江中下游地区偏多(少)和华南偏少(多)的反相特征。此外，冬季NPO突变前，北太平洋涛动以3a和6～7a的周期为主；突变后，3a周期仍然存在，但5a和10a左右的周期开始占主导地位。     

Regional Climate Change and Uncertainty Analysis based on Four Regional Climate Model Simulations over China

Four sets of climate change simulations at grid spacing of 50 km were conducted over East Asia with two regional climate models driven at the lateral boundaries by two global models for the period 1981–2050. The focus of the study was on the ensemble projection of climate change in the mid-21 st century(2031–50) over China. Validation of each simulation and the ensemble average showed good performances of the models overall, as well as advantages of the ensemble in reproducing present day(1981–2000) December–February(DJF), June–August(JJA), and annual(ANN) mean temperature and precipitation. Significant warming was projected for the mid-21 st century, with larger values of temperature increase found in the northern part of China and in the cold seasons. The ensemble average changes of precipitation in DJF, JJA, and ANN were determined, and the uncertainties of the projected changes analyzed based on the consistencies of the simulations. It was concluded that the largest uncertainties in precipitation projection are in eastern China during the summer season(monsoon precipitation).     

温室效应对我国东部地区气候影响的高分辨率数值试验

使用RegCM3区域气候模式,单向嵌套NASA/NCAR 的全球环流模式FvGCM的输出结果,对中国东部地区进行了在实际温室气体浓度下当代1961~1990年和在IPCC A2温室气体排放情景下21世纪末期2071~2100年各30年时间长度,水平分辨率为20 km的气候变化模拟试验。首先分析全球和区域模式对中国东部地区当代气候的模拟情况,结果表明全球模式对中国东部地区气温的总体分布型模拟较好,但存在冷偏差,区域模式在对这个冷偏差有所纠正的同时,提供了气温地理分布更详细的信息。全球模式模拟的年降水中心位于长江流域,与观测差别较大,区域模式对此同样也有改进,降水高值区主要位于区域南部,并表现出较强的地形强迫特征。区域模式的模拟结果还表明,至21世纪末期,在温室效应作用下,中国东部的气温将明显升高,年平均气温的升高值在2.7~4.0℃之间,其中北部升温大于南部,冬季升温大于夏季。冬季升温表现出明显的随纬度增加而增加的分布型。模拟区域内年平均降水将增加,增加值一般在10%以上,部分地区达到30%。降水增加在夏季较明显,区域内以普遍增加为主,冬季降水自山东半岛至湖南地区将减少,其他地区增加。此外,对夏季高温日数和冬季低温日数及年平均大雨日数的变化也进行了分析。     

冬季北太平洋涛动异常与东亚冬季风和我国天气气候的关系

用1948-2000年的北半球海平面气压场月平均资料，计算了北太平洋涛动指数和东亚冬季风指数，并研究了北太平洋涛动与东亚冬季风及我国冬季天气气候的关系。研究表明，北太平洋涛动异常变化与我国冬季天气、气候关系密切。强涛动年，东亚冬季风偏弱，我国气温普遍偏高，长江中下游地区降水偏少，而华南降水偏多；而弱涛动指数年，东亚冬季风偏强，我国气温普遍偏低，降水偏少。此外，还指出，强(弱)INPO年大气环流具有弱(强)WP型和强(弱)EU遥相关型。     

Changes in Extreme Events as Simulated by a High-Resolution Regional Climate Model for the Next 20–30 Years over China

In this paper, the changes in temperature and precipitation extremes over the next 20-30 years (2021-2050) in relative to the present day (1986-2005) under the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Special Report on Emissions Scenarios (SRES) A1B scenario are analyzed based on a high-resolution climate change simulation performed by a regional climate model (the Abdus Salam International Center for Theoretical Physics (ICTP) RegCM3). The extreme indices of summer days (SU), frost days (FD), and growing season length (GSL) for temperature and simple daily intensity index (SDII), number of days with precipitation ≥10 mm d-1 (R10), and consecutive dry days (CDD) for precipitation are used as the indicators of the extremes. The results show that the indices simulated by RegCM3 in the present day show good agreement with the observed. A general increase in SU, a decrease in FD, and an increase in GSL are found to occur in the next 20-30 years over China. A general increase in SDII, an increase in R10 over western China, and a decrease in R10 in north, northeast, and central China are simulated by the model. Changes in CDD are characterized by a decrease in the north and an increase in the south and the Tibetan Plateau.     

土地利用变化对我国区域气候影响的数值试验

使用RegCM2区域气候模式单向嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海-气耦合模式,通过将中国区域植被覆盖由理想状况改变为实际状况的数值试验对比分析,探讨了当代中国土地利用变化对中国区域气候的影响,并对结果进行了统计显著性检验。研究表明,土地利用的变化,会导致我国西北等地区年平均降水减少,导致年平均气温在内陆部分地区升高和在沿海个别地区降低,引起许多地方夏季日平均最高气温升高,而冬季日平均最低气温则在我国东部部分地区降低的同时在西北地区升高,土壤湿度的变化表现为大范围的降低。研究同时表明,相同的土地变化在不同的地理环境下引起的气候要素变化有一定的不一致性。     

华北夏季降水与北半球环流及北太平洋海温关系的初步分析

在利用基于Z指数的判别方法确定华北地区严重旱涝年份的基础上，应用合成分析方法研究了严重旱涝年的环流形势并初步分析了华北夏季旱涝的成因。然后用相关分析研究方法找出了与华北地区夏季降水关系密切的海温关键区，即赤道中东太平洋地区和北太平洋中高纬地区。利用大气环流模式进行数值试验，进一步研究了两个区域海温影响华北降水的地理机制和相对重要性，得到了一些有意义的结果。最后初步探讨了影响华北夏季降水异常的可能物理机制。     

Changes of Accumulated Temperature, Growing Season andPrecipitation in the North China Plain from 1961 to 2009

Using the high-quality observed meteorological data,changes of the thermal conditions and precipitation over the North China Plain from 1961 to 2009 were examined.Trends of accumulated temperature and negative temperature,growing season duration,as well as seasonal and annual rainfalls at 48 stations were analyzed.The results show that the accumulated temperature increased significantly by 348.5℃ day due to global warming during 1961 2009 while the absolute accumulated negative temperature decreased apparently by 175.3℃ day.The start of growing season displayed a significant negative trend of-14.3 days during 1961-2009,but the end of growing season delayed insignificantly by 6.7 days.As a result,the length of growing sea.son increased by 21.0 days.The annual and autumn rainfalls decreased slightly while summer rainfall and summer rainy days decreased significantly.In contrast,spring rainfall increased slightly without significant trends.All the results indicate that the thermal conditions were improved to benefit the crop growth over the North China Plain during 1961-2009,and the decreasing annual and summer rainfalls had no direct negative impact on the crop growth.But the decreasing summer rainfall was likely to influence the water resources in North China,especially the underground water,reservoir water,as well as river runoff,which would have influenced the irrigation of agriculture.     

Changes of Accumulated Temperature, Growing Season and Precipitation in the North China Plain from 1961 to 2009

Using the high-quality observed meteorological data, changes of the thermal conditions and precipitation over the North China Plain from 1961 to 2009 were examined. Trends of accumulated temperature and negative temperature, growing season duration, as well as seasonal and annual rainfalls at 48 stations were analyzed. The results show that the accumulated temperature increased significantly by 348.5℃ day due to global warming during 1961-2009 while the absolute accumulated negative temperature decreased apparently by 175.3℃ day. The start of growing season displayed a significant negative trend of -14.3 days during 1961- 2009, but the end of growing season delayed insignificantly by 6.7 days. As a result, the length of growing season increased by 21.0 days. The annual and autumn rainfalls decreased slightly while summer rainfall and summer rainy days decreased significantly. In contrast, spring rainfall increased slightly without significant trends. All the results indicate that the thermal conditions were improved to benefit the crop growth over the North China Plain during 1961-2009, and the decreasing annual and summer rainfalls had no direct negative impact on the crop growth. But the decreasing summer rainfall was likely to influence the water resources in North China, especially the underground water, reservoir water, as well as river runoff, which would have influenced the irrigation of agriculture.