中高纬度垂直环流的低频振荡与华北地区夏季干旱初探

用国家气象中心１９９２年６月１０日至７月２３日Ｔ４２中期数值预报模式格点资料，分析了中高纬度夏季垂直环流的低频振荡。发现中高纬度纬向垂直环流与热带纬向环流不同存在着２０－４０天的局地低频振荡，在热带季风中断时，３５－４５°Ｎ范围内中高纬度纬向垂直环流主要表现为１２０°Ｅ附近区域内下沉气流加强。初步探讨了中高纬度地区经圈环流的低频振荡，所选范围为１００－１２０°Ｅ平均低频经向环流，热带季风中断时，下沉气流在３０－４０°Ｎ区域内加强。通过对中高纬度地区垂直环而的低频振荡的分析，探讨了中高纬度地区垂直环流的低频振荡与华北地区夏季干旱的可能联系。由于热带季风中断时，主要降雨带位于我国江淮一带，此时垂直环流表现为在对流层低层２８°Ｎ左右范围内为上升运动区，在３５－４５°Ｎ区域附近内下沉气流加强，即我国华北地区上空盛行下沉气流，对应于该地区干旱、少雨。     

2013年夏季湖南严重高温干旱及其大气环流异常

利用湖南省97个台站降水、气温资料和NECP/NCAR再分析资料以及NOAA卫星观测的OLR场资料,系统分析了2013年6月30日至8月14日湖南持续高温干旱的时空分布及同期大气环流异常特征。结果表明：2013年夏季是湖南1951年以来降水最少、高温干旱程度最严重的一年。西太平洋副热带高压强度偏强、西伸脊点偏西,湖南处在副高控制下,盛行下沉气流是发生持续高温干旱的直接原因;西太平洋副高内增强的下沉气流,致使多数县市高温日数和极端高温突破历史同期最高记录。位于菲律宾附近的OLR低值带中心偏西,致使副热带地区下沉区偏西,进而造成西太平洋副高偏强偏西。此外,湖南地区上空为水汽输送异常辐散中心,这在一定程度上促使了干旱的发生发展。     

近20年华北地区干旱期大气环流异常特征

利用NCAR/NCEP再分析资料和中国气象局整编的中国160站气温、降水月平均资料, 计算并分析了1951年1月-2000年10月中国华北地区Palmer drought severity index (PDSI)。研究表明:近50年来华北干旱有显著的年际和年代际变化。从20世纪80年代以来, 华北出现了持续性严重干旱现象; 另外, 华北地区干旱持续时间一般都在两年以上。华北夏季典型干旱年的前期 (冬季和春季) 及同期环流特征是:北半球中高纬度500hPa高度距平场出现EU型遥相关分布, 华北地区长期处于大陆暖高压控制下。     

2006年夏季西南地区东部特大干旱及其大气环流异常

利用1959-2006年西南地区东部20个测站的逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及国家气候中心提供的环流特征量资料,分析了2006年夏季西南地区东部特大干旱的时空分布及其同期大气环流的异常特征.结果表明,2006年夏季西南地Ⅸ东部少雨时段从6月中旬初开始一直持续到9月上旬中后期,达80多天,其中7月下旬中期到9月上旬中期降水尤其稀少.西南地区东部区域6、7、8月及整个夏季(6-8月)降水都偏少,降水指数显示2006年是西南地区东部1959年以来夏季降水最少的年份.2006年夏季西南地区特大干旱与大气环流异常有很大的关系,中高纬度环流及西太平洋副热带高压、西风带环流、南亚岛压、低层流场、水汽输送以及垂直运动等都持续异常.西太平洋副高异常偏北且偏西和副高异常偏弱且偏东时,两南地区东部都日,能出现严重干旱,2006年夏季属于副高控制性高温伏旱.西太平洋副高偏强偏北偏西,同时伴随南亚高压偏强偏东,西南地区东部在副高控制下,盛行下沉气流,同时也抑制了向该地的水汽输送,再加上西风带环流以及中高纬环流配置不利于冷空气南下,因而2006夏季西南地区东部少雨干旱.青藏高原热源偏弱,菲律宾附近地区对流非常活跃,是引起2006年夏季西太平洋副商偏强偏北偏西的重要原因.     

1994年江淮地区持续高温干旱的环流特征

１９９４年江淮地区出现大范围高温干旱的异常天气，持续高温之长仅次于１９３４年，但甚于１９７８年，形成高温，干旱的环流特征是：７月份西太平洋副热带高压过早地北越２７°Ｎ控制长江下游地区；而８月份由于台风路径的偏南西进行和近海北上，造成大陆高压稳定，出梅后，西风带急流急速北抬，导致冷空气活动偏北，也是江淮地区盛夏久旱不雨的原因之一。     

陕西省干旱及其环流特征

从大气环流特征、干旱指数Ｓ及信噪比等三个方面对陕西省近几年干旱月份进行了分析，发现陕西干旱的大气环流可分为东亚大槽稳定型，西太平洋副热带高压控制型，青藏高压持续影响型，东亚大槽稳定型的干旱最为严重。     

1997年山东夏季高温干旱的环流特征分析

１９９７年山东出现了历史上罕见的高温天气和严重夏旱。本文通过对１９９７年６－７月份环流形势分析发现,极涡强度较常年同期偏弱,且位置偏于西半球一侧,导致影响亚洲的冷空气势力偏北,偏弱,以及副热带高压活动异常,形成大陆高压与副热带高压相继持续控制华北及华东北部地区,是造成山东高温天气和严重夏旱的主要环流特征。     

与华北地区春季降水量异常关联的大气环流异常

华北地区的春旱极大地影响着农作物的播种和生长.因此,尽管华北地区的春季1降水量没有夏季降水量那么多,但它的变化规律及其原因也是一个非常值得研究的问题.在本文中,我们指出,相对平均值而言,华北地区春季降水量的年际变化相当大.早年降水量的变化幅度相对较小,而降水多的年份之间降水量却有相当大的变化.进而,我们分析了在年际变化时间尺度上,与华北地区春季降水异常相关联的大尺度大气环流异常.发现在华北春季降水多时,东亚地区上空在整个对流层中存在一反气旋式环流异常,即与季节演变特征相符,而在热带地区存在与季节演变相反的环流异常.东亚地区上空这种反气旋式环流使得东亚大槽偏东、偏弱,并使得在我国东部地区出现南风异常,这种南风异常一直达到华北地区,为华北地区的降水提供有利条件.此外,反气旋式异常随高度向西斜,也为扰动的发展提供了有利的环流背景.本文对对流层高层经向风的分析结果表明,与华北春季降水密切相关的东亚地区反气旋式环流异常和南北风异常与出现在北半球中纬地区的波列有关系,但关于该波列产生的原因却有待进一步的研究.       

2000—2015年华北地区8月极端干旱的异常环流型及其波活动特征

利用1961—2015年华北地区54个国家级气象观测站夏季8月逐日降水资料和2000—2015年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)再分析数据,研究了华北地区8月极端干旱的异常环流型及原因。结果表明:华北地区极端干旱事件以年际变化为主,2000—2015年华北地区极端干旱年在中高纬500 hPa高度距平场上存在“-、+、-、+”的异常波列结构,乌拉尔山西部地区上空存在较强的反气旋性距平使得暖脊加强向北收缩,同时贝加尔湖上空存在较强的反气旋性距平使得此处的高空脊强度异常加强,影响范围加大,这种异常环流形势导致高空脊前干冷西北气流输送到华北地区。欧洲西部地区是北半球中高纬波作用通量的关键区,该地区地表2 m温度呈明显增加趋势,同时该关键区对应的500 hPa垂直波作用通量TNZ也呈现明显增加趋势。由于异常热力强迫作用激发出EU波列,低层能量向上传输,高层能量向外频散影响下游乌拉尔山西部地区暖脊加强,造成中高纬环流异常,导致华北地区极端干旱事件频发。     

2006年川渝伏旱同期环流场和水汽场异常特征分析

2006年盛夏川渝地区发生了严重的伏旱灾害,通过对同期大气环流异常的诊断分析表明,2006年盛夏期间,我国川渝地区上空存在由东北向西南的异常水汽输送,从中南半岛到西南地区持续存在经向水汽输送的负异常中心,导致川渝地区上空维持着一个水汽输送辐散异常的中心,这种水汽输送形势有利于伏旱灾害的发展.西太平洋副高较常年持续异常偏北、偏西,强度偏强,它与东伸的伊朗高压及异常的青藏高压一起构成一条高压带,这也在很大程度上促进了川渝地区持续伏旱灾害的发展.     

华北干旱异常的地域特征

利用1951～1996年月降水量和气温资料,以降水量为主,兼顾底墒及蒸发状况,定义了华北地区24站春、夏季干旱指数。区域及单站干旱指数的代表性分析表明,该干旱指数可以真实、客观地反映该区的干旱状况。文中还采用了方差极大旋转经验正交函数,分离出春季干旱的3个主要类型和夏季旱涝的4个主要类型。另外,对空间模的极大值中心所表示的含义也进行了讨论。     

华南秋旱的大气环流异常特征

利用实测降水量资料及NCEP再分析资料,通过统计方法分析了华南秋旱及其相关的环流异常特征.结果发现,华南秋旱以全区性的干旱出现居多.华南秋旱事件对应的同期海温异常分布型大致可分两类.一类是热带中东太平洋的负海表温度距平(SSTA)区的极值中心位于赤道东太平洋,在海洋性大陆和热带西太平洋有马蹄形的正SSTA,而在热带西印度洋,南海至日本东、南部西北太平洋是负SSTA;另一类是热带中东太平洋正SSTA极值中心位于赤道中太平洋,热带-副热带西太平洋、南海和热带印度洋为负SSTA区,副热带北太平洋东部和南太平洋东部为显著的正SSTA.与第一类SSTA相关的华南秋旱与海洋性大陆区域上空的上升运动异常增强     

1999及2000年夏季华北严重干旱的物理成因分析

中国科学院资源环境领域知识创新工程重要方向项目KZCX2-203和国家重点基础研究发展规划项目G1998040900第一部分共同资助     

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。     

2008/2009年秋冬季我国东部严重干旱分析

2008/2009年秋冬季我国12省区出现30～50年一遇的罕见干旱,这次我国大范围严重干旱是较长时期降水稀少所造成的.欧亚中高纬度存在稳定的准静止环流系统是造成这次干旱灾害的主要成因.东亚大槽维持在日本东北部,高原上空为稳定的高压脊,中国大陆长时期处于东亚大槽槽后西北气流控制下;从亚洲西部过来的扰动系统不易东移到东亚上空;此外,北非、印度次大陆、中南半岛和中国大部冬季风异常盛行,来自海洋上的水汽不易到达这些地区.欧亚大陆稳定长达3个月的异常环流的形成机制,有待深入研究.     

2009年盛夏湖南持续高温干旱及同期大气环流异常分析

利用湖南省97个台站降水、气温资料、NCEP/NCAR再分析资料,分析了2009年8月湖南持续高温干旱的时空分布及同期大气环流的异常特征。结果表明:高温时段从8月中旬初开始一直持续到下旬后期,其中8月中旬到下旬高温范围和持续时间大部分地区为1959年以来最严重的时段。西太平洋副热带高压面积偏大、强度偏强、西伸脊点偏西,湖南地区在副高控制下,盛行下沉气流是引起持续高温干旱的直接原因。从南海到湖南地区存在经向水汽输送的负异常中心,这种水汽输送形势有利于持续高温干旱的发展。     

华北东部地区干旱分布特征

用１９５１－１９９０年降水怛资料，计算了我国华北东部地区的Ｚ指数级别值，并分析该地区内干旱发生的气候规律。结果表明，该区干旱发生频繁且严重，有明显的季节和持续性特点，年代际变化大体上有２０年振荡周期。     

Features of the Extremely Severe Drought in the East of Southwest China and Anomalies of Atmospheric Circulation in Summer 2006

The spatial-temporal features of the extremely severe drought and the anomalous atmospheric circulation in summer 2006 are analyzed based on the NCEP/NCAR reanalysis data, the characteristic circulation indices given by the National Climate Center of China, and the daily precipitation data of 20 stations in the east of Southwest China (ESC) from 1959 to 2006. The results show that the rainless period started from early June and ended in early September 2006 with a total of more than 80 days, and the rainfall was especially scarce from around 25 July to 5 September 2006. Precipitation for each month was less than normal, and analysis of the precipitation indices shows that the summer precipitation in 2006 was the least since 1959. The extremely severe drought in the ESC in summer 2006 was closely related to the persistent anomalies of the atmospheric circulation in the same period, i.e., anomalies of mid-high latitude atmospheric circulation, western Pacific subtropical high (WPSH), westerlies, South Asian high, lower-level flow, water vapor transport, vertical motion, and so on. Droughts usually occur when the WPSH lies anomalously northward and westward, or anomalously weak and eastward. The extreme drought in summer 2006 was caused by the former. When the WPSH turned stronger and shifted to the north and west of its normal position, and the South Asian high was also strong and lay eastward, downdrafts prevailed over the ESC and suppressed the water vapor transfer toward this area. At the same time, the disposition of the westerlies and the mid-high latitude circulation disfavored the southward invasion of cold air, which jointly resulted in the extremely severe drought in the ESC in summer 2006. The weak heating over the Tibetan Plateau and vigorous convective activities over the Philippine area were likely responsible for the strong WPSH and its northwestward shift in summer 2006.