初夏至盛夏东亚副热带西风急流变化与江淮出梅的关系

利用1961—2005年逐候资料对东亚副热带西风急流初夏至盛夏变化与江淮出梅的关系进行了分析。结果表明,多年平均7月初夏至盛夏急流中心由西太平洋地区西跳至青藏高原的同时我国东部地区急流北跳至37.5°N以北,比梅雨结束早1候;急流北跳使得我国东部高空强辐散中心北移至华北地区,江淮地区上空辐散显著减弱,上升运动减弱,从而使得江淮梅雨结束,雨带北移;而急流中心的西跳仅使得我国东部地区高空辐散中心减弱,降水减弱,有利于雨带北移。我国东部急流北跳与江淮地区梅雨结束时间显著正相关,在北跳偏早(晚)年份梅雨结束早(晚),长江中下游地区降水偏少(多),而急流中心西跳早晚对我国华北北部地区和淮河附近地区降水有较大影响。可见,我国东部急流北跳与梅雨结束关系密切,可作为梅雨结束的先期信号。     

7月东亚高空西风急流变化对我国雨带的影响

分析了7月东亚高空西风急流北跳和急流中心西移时我国雨带的变化特征,发现急流北跳与长江中下游梅雨结束有很好的对应关系;急流中心西移则与长江中下游梅雨结束无对应关系,但急流中心西移相对于急流北跳发生的早晚对雨带北移过程有重要影响:在急流中心西移晚于急流北跳发生年份,雨带北移依次为长江中下游地区—淮河流域—黄淮地区逐渐北推,其他年份雨带则从长江流域直接北跳至黄淮地区。进一步分析表明:(1)急流北跳和急流中心西移引起中纬度大气环流发生显著变化,从而引起西太平洋水汽输送发生显著变化,孟加拉湾水汽输送无变化。(2)急流北跳和急流中心西移时大气环流调整不同,导致来自西太平洋的水汽输送变化不同,进而对雨带北移产生不同的影响。急流中心西移相对于急流北跳发生时间早晚不同,大气环流调整过程和水汽输送调整过程也不同,使得雨带北推进程不同。     

江淮梅雨期降水异常分布型及其与东亚副热带高空西风急流的关系

利用1980—2010年的NCEP/NCAR再分析资料与江淮地区44个站逐日降水资料,分析了江淮地区1980—2010年梅雨期(6月16日—7月15日)降水的基本空间分布型及其与东亚副热带西风急流的关系。结果表明,江淮梅雨降水的第一分布型为"南正(负)北负(正)",该型受副热带高空西风急流位置的影响,急流位置偏南(北),则雨带位于江淮南(北)部地区;第二分布型为"中间负(正),两边正(负)",该型受副热带高空西风急流强度的影响,急流强度异常偏弱(强),则雨带位于江淮地区西北、东南部(中部)。合成分析表明,高空急流位置异常偏南时,500 h Pa副高偏弱、偏南,850 h Pa江淮南部地区为水汽、风场辐合区,高低空配置有利于降水呈"南正北负"的分布型。高空急流强度异常偏弱时,从我国江淮中东部地区至日本南部,500 h Pa上无明显垂直运动,850 h Pa上有水汽和风场的辐散区,高低空配置有利于降水呈"中间负,两边正"的分布型。     

初夏至盛夏东亚副热带西风急流突变早晚与东亚环流异常的关系

利用1961-2004年NCEP／NCAR再分析逐候资料和全国160站月平均降水资料,分析了初夏至盛夏东亚副热带急流北跳和急流中心西移发生早晚对7月东亚大气环流和我国降水的影响。结果表明,急流北跳时间与7月长江中下游地区降水异常正相关,急流中心西移时间则与7月淮河流域降水异常正相关,与华北和河套地区降水异常负相关。急流北跳时间与南亚高压和西太平洋副热带高压南北位置异常及高纬贝加尔湖以东高压脊强度相关;而急流中心西移时间与南亚高压和西太平洋副热带高压的东西伸展及贝加尔湖以西高压脊强度相关,在急流中心西移偏晚年,南亚高压西缩,贝加尔湖西南侧高压脊增强,南下至华北和河套地区冷空气偏强,且西太平洋副热带高压东撤,冷暖空气在淮河流域交汇,使得华北和河套地区降水减少而淮河流域降水偏多;偏早年情况与偏晚年情况相反。     

梅雨雨带北跳过程研究

利用1979～2007年逐日再分析资料和高分辨率逐日降水资料,通过定义确定了每年梅雨雨带北跳的日期,对梅雨雨带的北跳过程及其可能的物理机制进行了研究。分析结果表明:梅雨雨带北跳日期存在明显的年际变化,本文合成得到的雨带北跳过程与前人的工作相一致。水汽输送的变化和对流层中层的垂直运动是影响梅雨雨带位置分布的关键因素。Omega方程诊断结果表明,在梅雨雨带北跳前期,对流层高层的环流异常导致江淮流域出现异常下沉运动,不利于梅雨雨带的北跳;而涡度方程的诊断结果表明,江淮流域的异常下沉运动导致的非绝热冷却在中国东部的对流层低层引起异常反气旋涡度倾向,有利于副热带高压西伸,从而有利于梅雨雨带的北跳。因此,当对流层高层环流发生变化（主要受纬向涡度平流影响）,使得江淮流域的异常下沉运动转变为异常上升运动时,高低层相互配合,造成了梅雨雨带的突然北跳。     

江南南部初夏雨季的降水和环流气候特征

基于1961～2010年气象台站逐日降水资料、同期美国NCEP/NCAR的逐日再分析格点资料,通过气候平均、REOF分析、聚类分析等方法,分析了江南地区初夏降水的地域性和时段性特征,及西太平洋副高和高、低空急流等大气环流的相应演变过程。结果发现:（1）江南南部27.5°～29.5°N存在一个独立于华南前汛期和江淮梅雨的初夏雨季,该雨季平均发生时间为6月11～30日,比江淮梅雨早约8天左右。（2）西太平洋副高的西伸东退是江南南部初夏雨季发生发展的重要环流背景,6月第2候副高发生突变性加速西伸之后雨季开始,雨季期间850 hPa副高西伸脊点基本稳定在最西位置即133°E附近,6月第6候副高东退北抬后雨季结束。（3）低层急流大风带的形成和位置是江南南部初夏雨季阶段的重要动力条件,印度洋和孟加拉湾向东北延伸的低层急流与西太平洋副高西北侧的气流连通形成低层急流大风带,并与北侧上空的高空急流耦合,降水集中区位于低层急流大风带左侧、高空急流入口区右侧。     

梅雨暴雨与高空急流的统计与动力分析

对1991、1996、1998年梅雨暴雨与高空急流进行了统计与合成分析。结果表明，大尺度环流形势稳定是1991、1998年梅雨期局部降水时间较长的主要原因，1996年环流形势多变，难以在局地长久维持。梅雨暴雨与高空急流关系密切，暴雨多出现在西北风高空急流的右前方或西南风高空急流的右后方。西南风高空急流造成梅雨暴雨的高层辐散场多由经向风辐散形成，西北风高空急流多出现纬向风辐散，当其与南亚高压东部的经向风辐散配合时往往会造成较强的暴雨，1998年这类情况出现最多。南亚高压东北象限的偏北风对雨区南侧季风反环流的形成有重要作用。     

东亚夏季风活动与东亚高空西风急流位置北跳关系的研究

利用美国NCEP/NCAR再分析资料(1980～1999年)探讨了东亚夏季风活动的两个重要事件,即南海夏季风爆发和江淮流域梅雨起始,与东亚高空西风急流位置北跳的关系.系统的分析研究表明,东亚高空西风急流在由冬向夏的转变过程中一般存在着两次向北突跳现象,并与东亚夏季风活动有密切关系.第一次东亚高空急流的北跳(由25～28°N跳到30°N以北)平均发生在5月8日左右,比南海夏季风爆发日期(平均为5月15日)早7天左右;高空急流位置的北跳是中高纬度大气环流系统减弱北退的表现,它为热带环流和系统的向北推进提供了条件,从而有利于南海夏季风的爆发.第二次东亚高空急流的北跳(由32°N左右北跳到35°N以北)平均发生在6月7日左右,先于江淮流域梅雨起始时间(平均在6月18日左右)10天左右,它是梅雨起始的前期征兆.高空西风急流的两次北跳分别与亚洲大陆南部地区对流层中上层(500～200 hPa)经向温度梯度的两次逆转(反向)有关,在由冬到夏的季节转换中,由于大陆加热较快,导致对流层中上层大气在5～25°N间的经向温度梯度发生反向(逆转),通过地转适应使流场向气压场(温度场)调整,从而高空急流位置北跳.数据分析还发现,东亚高空急流位置的第一次北跳有时也受到南半球副热带高空急流位置北移和加强的影响.     

2008年梅雨异常大尺度环流成因分析

利用NCEP再分析资料对2008年江淮梅雨异常特征及其大尺度环流成因进行了分析研究。结果表明： （1）2008年入（出）梅显著偏早、 梅雨期长度略偏短, 梅雨分布呈南涝北旱、 东多西少, 梅雨量偏少、 强度偏弱。（2）该年入梅显著偏早是东亚大气环流由冬季型向夏季型转换提前所致, 副热带高空西风急流北跳、 500 hPa西风带环流调整、 西太平洋副热带高压季节性北跳、 夏季风北涌至江淮流域的时间均早于常年。（3）该年出梅显著偏早的主导因素是冷空气活动。（4）南涝北旱梅雨型是受南亚高压东段脊线位置接近常年、 副热带高压脊线处于适宜梅雨发生纬度带的南段、 低空西南急流和水汽输送带北缘位置以及高空强辐散和中低空强辐合区位置偏南的影响。（5）东多西少梅雨型是冷空气路径偏西所致。（6）梅雨期夏季风北涌至江淮流域活动次数偏少是梅雨量偏少的重要因素。     

江淮流域梅雨环流结构特征及其演变分析

通过对比1954—2001年江淮流域各省入梅日与国家气候中心划定的入梅日，选取入梅一致年份进行合成，分析了入梅前后大尺度环流场的变化特征及梅雨期间的典型环流结构，并用多年平均的逐候资料追踪了典型环流结构的演变过程。研究发现：(1) 入梅后，低空急流向西伸展至长江以南地区，高空急流北抬，有利于江淮流域垂直运动的发展。中、低层高度差值场出现“印度-我国东海-日本岛以东洋面-北太平洋中部”的波列，其中印度半岛、江淮流域及东部沿海、北太平洋中部变化显著。入梅前、后，低层辐合中心均与雨带配合，经向风散度的变化在总散度中起主导作用；(2) 梅雨期典型环流结构在我国东部经向剖面图上，表现为“双脚型”涡度场和“鞍型”温湿场及高而窄的θse 密集带(锋面/锋区)，密集带与雨带对应。入梅前此典型结构已存在并与江南雨带相伴随，入梅后典型结构与雨带一致北推影响江淮。追踪其演变过程发现，梅雨期典型环流结构于3月底4月初开始建立，与东亚-西太平洋海陆温度热力差异的转向一致，可认为是东亚副热带季风开始的表现。     

东亚副热带西风急流位置变化与亚洲夏季风爆发的关系

利用1961～2000年的NCEP/NCAR候平均再分析资料,初步探讨了季节转换期间东亚副热带西风急流南北和东西向位置变化与亚洲季风爆发之间的联系。结果表明,亚洲夏季风爆发伴随着东亚副热带西风急流轴线的北跳和急流中心西移,急流轴北跳至35°N以北的青藏高原上空,南支西风急流消失,亚洲季风环流形势建立。南海季风爆发早年,低纬的东风向北推进的时间早,到达的纬度偏北,中纬的西风急流强度偏弱,季风爆发晚年则相反。同时,南海夏季风爆发早年,青藏高原上空急流核出现较早,西太平洋上空急流核减弱较快,急流中心“西移”较早。而在南海夏季风爆发晚年,西太平洋上空的急流核减弱较迟,青藏高原上空急流核形成偏晚,急流中心“西移”较迟。此外,急流中心东西向位置和强度变化与江淮流域梅雨的开始和结束也有密切关系。     

瞬变波动力强迫对初夏至盛夏东亚高空西风急流变化的影响

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,探讨了瞬变波动力强迫作用对初夏至盛夏急流北跳和急流中心西移的影响。结果表明,瞬变波的动力强迫作用有利于急流北跳的发生,但不利于急流中心西移的发生。通过分析年际尺度上初夏至盛夏急流变化的早晚与瞬变波异常的关系发现,对于急流北跳发生的早晚,瞬变波异常的动力强迫作用为正反馈作用;对于中心西移发生的早晚,瞬变波异常的动力强迫作用则为负反馈作用。可见,瞬变波的动力强迫作用对初夏至盛夏急流变化及其发生早晚具有重要影响,但对急流北跳和急流中心西移的作用显著不同。     

瞬变波动力强迫对初夏至盛夏东亚高空西风急流变化的影晌

利用NCEP／NCAR逐El再分析资料,探讨了瞬变波动力强迫作用对初夏至盛夏急流北跳和急流中心西移的影响。结果表明,瞬变波的动力强迫作用有利于急流北跳的发生,但不利于急流中心西移的发生。通过分析年际尺度上初夏至盛夏急流变化的早晚与瞬变波异常的关系发现,对于急流北跳发生的早晚,瞬变波异常的动力强迫作用为正反馈作用;对于中心西移发生的早晚,瞬变波异常的动力强迫作用则为负反馈作用。可见,瞬变波的动力强迫作用对初夏至盛夏急流变化及其发生早晚具有重要影响,但对急流北跳和急流中心西移的作用显著不同。     

The Relationship Between Abnormal Meiyu and Medium-Term Scale Wave Perturbation Energy Propagation Along the East Asian Subtropical Westerly Jet

The East Asian subtropical westerly jet(EASWJ) is one of the most important factors modulating the Meiyu rainfall in the Yangtze-Huaihe River Basin, China. This article analyzed periods of the medium-term EASWJ variation,wave packet distribution and energy propagation of Rossby waves along the EASWJ during Meiyu season, and investigated their possible influence on abnormal Meiyu rain. The results showed that during the medium-term scale atmospheric dynamic process, the evolution of the EASWJ in Meiyu season was mainly characterized by the changes of3-8 d synoptic-scale and 10-15 d low-frequency Rossby waves. The strong perturbation wave packet and energy propagation of the 3-8 d synoptic-scale and 10-15 d low-frequency Rossby waves are mostly concentrated in the East Asian region of 90°-150°E, where the two wave trains of perturbation wave packets and wave-activity flux divergence coexist in zonal and meridional directions, and converge on the EASWJ. Besides, the wave trains of perturbation wave packet and wave-activity flux divergence in wet Meiyu years are more systematically westward than those in dry Meiyu years, and they are shown in the inverse phases between each other. In wet(dry) Meiyu year, the perturbation wave packet high-value area of the 10-15 d low-frequency variability is located between the Aral Sea and the Lake Balkhash(in the northeastern part of China), while over eastern China the wave-activity flux is convergent and strong(divergent and weak), and the high-level jets are strong and southward(weak and northward). Because of the coupling of high and low level atmosphere and high-level strong(weak) divergence on the south side of the jet over the Yangtze-Huaihe River Basin, the low-level southwest wind and vertically ascending motion are strengthened(weakened), which is(is not)conducive to precipitation increase in the Yangtze-Huaihe River Basin. These findings would help to better understand the impact mechanisms of the EASWJ activities on abnormal Meiyu from the perspective of medium-term scale Rossby wave energy propagation.     

中国东部夏季降水与同期东亚副热带急流年代际异常的关系

利用中国738个台站的降水观测资料和NCEP/NCAR再分析资料, 分析了我国降水和200 hPa东亚副热带西风急流轴的年代际变化特征, 揭示了东亚副热带西风急流位置的南北移动与我国长江流域和华北降水异常之间的联系。结果表明, 我国东部地区夏季（7、 8月）降水异常主要表现为长江中下游地区多（少）雨, 华北及华南地区少（多）雨, 20世纪70年代末80年代初是这种异常分布型发生转折的时间。与此同时, 东亚高空副热带急流轴位置从70年代末开始逐渐偏南, 急流轴位置的变动将引起对流层低层水汽辐合区和高层散度分布以及垂直环流相应的变化, 进而引起降水区域的变化。相关分析发现, 当急流位置偏南时, 25°~35°N西风增强, 42°~50°N西风减弱, 华北夏季降水减少, 长江中下游地区夏季降水增多; 反之, 当急流位置偏北时, 华北夏季降水增多, 长江中下游地区夏季降水减少。与70年代末开始的我国东部地区急流轴位置逐渐南移相对应, 华北地区夏季降水呈现逐渐减少、 长江中下游地区夏季降水呈现逐渐增多的变化趋势。分析低层水汽通量和高层的散度分布以及垂直环流的差异发现, 1980年以来华北地区对流层中低层水汽通量辐合减弱, 水汽供应减少, 垂直上升运动减弱, 造成了华北夏季降水减少, 而长江中下游地区水汽通量辐合增加, 水汽供应增多, 垂直上升运动增强, 导致该地区降水增加。     

2021年盛夏中国东部极端降水月际演变成因及可预测性

2021年7—8月中国东部雨带演变特征与气候平均季风北推进程存在显著差异。其中,7月降水正异常中心位于江淮-华北地区,8月则南移至华中地区。2021年中国东部降水异常偏多且存在月际差异主要与7(8)月西北太平洋副热带高压(西太副高)偏北偏东(偏南偏西)、东亚副热带西风急流偏北(偏南)以及南亚高压持续东伸相关联。进一步研究表明,热带对流的活跃位置和北大西洋的增暖加强是影响其降水中心南移的主要原因。2021年7月热带大气低频振荡(MJO)在海洋性大陆地区活跃对应其热带海洋性大陆对流异常偏强,激发北传的类太平洋-日本(PJ)型遥相关波列,使得西太副高偏北偏东,有利于西北太平洋水汽在江淮-华北地区辐合,导致其降水偏多。8月,新发展MJO在热带印度洋上空对流异常持续偏强,加强局地经向环流,使得中国35°N以南至西北太平洋地区出现异常下沉运动,有利于西太副高南移西伸。此外,2021年8月北大西洋海温(SST)异常偏暖激发对流层高层向东南传播的Rossby波,有利于南亚高压加强和东亚副热带西风急流加强南移。因此,8月降水中心南移至华中地区。CFSv2预测系统(6月起报)结果能预测7月江淮-华北大部分地区降水偏多,但预测的8月华中南部地区降水偏少与实况相反。这可能是由于模式能够较好再现7月海洋性大陆热带对流活动影响江淮-华北地区降水的过程,但不能预测2021年8月热带印度洋对流活动和北大西洋海温异常偏暖对华中地区降水的影响。     

Impacts of two types of northward jumps of the East Asian upper-tropospheric jet stream in midsummer on rainfall in eastern China

The East Asian upper-tropospheric jet stream (EAJS) typically jumps north of 45°N in midsummer. These annual northward jumps are mostly classified into two dominant types: the first type corresponds to the enhanced westerly to the north of the EAJS’s axis (type A), while the second type is related to the weakened westerly within the EAJS’s axis (type B). In this study, the impacts of these two types of northward jumps on rainfall in eastern China are investigated. Our results show that rainfall significantly increases in northern Northeast China and decreases in the Yellow River-Huaihe River valleys, as well as in North China, during the type A jump. As a result of the type B jump, rainfall is enhanced in North China and suppressed in the Yangtze River valley. The changes in rainfall in eastern China during these two types of northward jumps are mainly caused by the northward shifts of the ascending air flow that is directly related to the EAJS. Concurrent with the type A (B) jump, the EAJS-related ascending branch moves from the Yangtze-Huai River valley to northern Northeast (North) China when the EAJS’s axis jumps from 40°N to 55°N (50°N). Meanwhile, the type A jump also strengthens the Northeast Asian low in the lower troposphere, leading to more moisture transport to northern Northeast China. The type B jump, however, induces a northwestward extension of the lower-tropospheric western North Pacific subtropical high and more moisture transport to North China.