南半球环流异常与长江中下游夏季旱涝的关系

本文对长江中下游夏季旱涝年前期（3、4、5月的季节平均）和同期（6、7、8月的季节平均）的南半球环流作对比分析,探讨南半球环流异常与长江中下游夏季旱涝的关系. 结果表明前期和同期南半球环流均有显著差异,春季南极涛动对长江中下游旱涝的影响较夏季显著,南半球副热带高压在春、夏两季中有很好季节持续性. 因此,春季南半球环流异常可以作为长江中下游夏季旱涝主要短期气候预测因子. 南、北半球中高纬环流相互作用是长江中下游夏季降水的一个重要因素,其可能的联系机制是从南半球高纬到北半球东亚沿岸经向分布的正压遥相关. 研究中还发现在长江中下游的涝年,整个对流层中南半球春、夏两季有持续增温,这说明了南北半球的温度梯度减弱也是东亚夏季风减弱的原因之一.     

新疆地区强震前地磁低点位移异常的特点及其与构造活动的联系

对地磁垂直分量日变低点位移异常与１９８５年以来新疆ＭＳ≥５．０地震相对应的震例进行了分析研究．结果表明,该区的地震活动和地磁低点位移异常都有其独特之处,并与其孕震的内、外环境因素有着密切联系．     

纬向风与赤道异常的行星波同步振荡及其谱分析

本文利用最大熵谱分析方法处理了电离层赤道异常北峰Okinawa站的f0F2行星波周期的振荡.比较同一期间相近经度链上的南北半球观测到的低热层中性大气运动,发现较短周期的2—5日波,尤其是在南北半球的夏季期间（北半球7—8月前后,南半球1—2月前后）,其纬向风与赤道异常振荡强弱及周期变化具有良好的同步对应性.对于较长周期的中性风振荡,只要其幅度相当大,也会在赤道异常的振荡中有所对应.从而提供证据说明中性风的行星波振荡是赤道异常的行星波振荡的驱动源.     

纬向风与赤道异常的行星波同步振荡及其谱分析

本文利用最大熵谱分析方法处理了电离层赤道异常北峰Okinawa站的f₀F₂行星波周期的振荡.比较同一期间相近经度链上的南北半球观测到的低热层中性大气运动,发现较短周期的2-5日波,尤其是在南北半球的夏季期间（北半球7-8月前后,南半球1-2月前后）,其纬向风与赤道异常振荡强弱及周期变化具有良好的同步对应性.对于较长周期的中性风振荡,只要其幅度相当大,也会在赤道异常的振荡中有所对应.从而提供证据说明中性风的行星波振荡是赤道异常的行星波振荡的驱动源.     

地球的密度扁率与纬向正常密度假说

给出了水准椭球的“纬向密度”和“密度扁率”的定义,推导出极点重力与赤道重力的纬向密度积分公式．按照水准椭球的极点重力条件和赤道重力条件,求解出水准椭球的“纬向密度分布函数”,从数学上证明了地球的赤道纬向密度大于极点纬向密度,并初步计算出地球的密度扁率为１／３２２,进而提出了“地球纬向正常密度假说”,为研究和探讨大陆漂移、地幔对流、海底扩张等问题的地球重力学成因做好了理论准备．     

东北夏季气温变异的区域差异及其与大气环流和海表温度的关系

利用1951～2000年中国东北地区23个台站资料，对东北夏季气温的时空分布进行了研究，发现其变化除具有整体的一致性外，东北南部和北部的夏季气温在年际和年代际时间尺度都表现出很大不同，其中北部区域的夏季气温在1987～1988年间发生了一次显著的气候突变. 另外，剔除夏季气温全区一致变化的年份后，南北两区夏季气温与大气环流和海表温度的关系表明：突变前，影响北部和南部冷/热夏季的大气环流形势存在显著的不同，关键海域亦有很大差异：影响南部的为中纬度西太平洋和印度洋部分海域，影响北部的主要为ENSO事件；突变后，两区的夏季气温及相应大气环流和关键海区都趋于一致. 在整个分析时段内，北部夏季气温与东亚夏季风存在显著负相关，而南部的关系则不明显.     

耦合模式长期积分中东亚夏季风与ENSO联系的不稳定性

通过对挪威卑尔根全球大气-海洋-海冰耦合模式300a控制积分结果进行交叉子波分析,揭示了东亚夏季风（EASM）与同期Nio3区（90°W～150°W,5°S～5°N）海洋表面温度异常的相关关系在长期变化中是不稳定的,呈现出明显的阶段性特征.气候要素场在二者联系的紧密（HCP）和微弱（LCP）时期差别显著,在HCP时期,西北太平洋对流层低层出现一对耦合的异常气旋和反气旋性环流系统;东南亚地区对流层低层表现为强东风异常,风速的年际变率加大;热带西太平洋对流层温度和位势高度场的年际变率普遍加强.此外,中国夏季降水与同期Nio3区海洋表面温度异常的相关关系在上述两种时期也存在较大差别.     

夏季东亚和印度热带季风环流系统动能和对流扰动的纬向传播特征

使用1980~1997年NCEP/NCAR再分析资料及日本的TBB/GMS资料讨论了亚洲季风系统中印度和东亚两个子系统中热带季风变化(扰动)源地及变化后的纬向传播特性. 18a的结果表明, 在夏季热带季风主体的5º~15ºN范围内, 东亚夏季风系统中纬向风虽然为西风, 但绝大多数动能扰动和对流扰动均起源于140º~150ºE, 向西经南海传播到孟加拉湾(90º~100ºE). 而在印度夏季风系统中, 18a中有12a动能扰动起源于阿拉伯海向东传播到孟加拉湾, 东端抵达90ºE, 其余年份并无明显东西向传播特征. 因而, 在亚洲5º~15ºN夏季风主体区域内, 虽然均由西南季风控制, 但存在传播特性相反的东亚和印度两个子系统, 两个系统交界约在90º~95ºE, 比过去提出的交界经度105ºE更偏西一些. 以上结果也表明东亚夏季风环流系统在东西方向上主要受热带西太平洋影响而不是受来自孟加拉湾的印度季风影响. 相反, 印度季风环流系统除了受阿拉伯海影响外还部分受东亚季风系统影响.     

中国气候干湿变率与ENSO的关系及其稳定性

利用1951-01~2000-10中国160站气温和降水月平均资料, 计算了自修正PDSI指数. PDSI指数EOF分析第一模态空间场分布和1951~2000年PDSI指数的变化趋势分布十分相似, 第一模态时间系数反映了空间场随时间的演变情况. 研究发现, EOF分析所揭示的中国气候干湿变率和ENSO有着很好的关系. 这种关系表明, 在典型的ENSO暖状态, 中国大部分地区都偏干, 特别是华北地区更易偏干, 长江以南地区和西北容易偏湿, 而长江中下游地区处于变干和湿的过渡区, 变干或湿不明显. 在典型的ENSO冷状态则情况相反. 而中国气候干湿变率年际和年代际变化都对应着强El Niño事件; 反过来当发生强El Niño事件时, 中国气候干湿变率在年际和年代际尺度上有可能发生剧烈变化. 最近20~30 a中国气候干湿的年代际变化, 特别是华北自20世纪70年代末的变干和西北自80年代中期的变湿, 与ENSO朝更暖的状态变化及全球变暖有着紧密的联系. 1951~2000年中国气候干湿变率和ENSO关系的稳定性分析表明, 中国气候干湿变率和ENSO之间在3~8 a变化周期上存着很好的相关关系, 但这种相关关系不稳定, 存在着年代际变化: 1951~1962和1976~1991年两个时间段两者相关关系很高, 而在1963~1975和1992~2000年两时段内, 两者相关关系较差.     

青藏高原冬季热状况对赤道太平洋纬向风异常的影响

用经过改进的CCM 1动力气候模式研究了冬季青藏高原上空大气热源汇异常对太平洋纬向风异常的影响, 发现: (1) 当青藏高原1~3月份大气冷源加强时, 在对流层低层出现围绕青藏高原的异常反气旋, 随后的月份在中国大陆沿海出现异常的北风, 西太平洋出现异常气旋. 随后, 西太平洋赤道出现异常西风并向东扩展到东太平洋; (2) 当青藏高原1~3月份大气冷源异常减弱时, 首先在低层出现一个围绕青藏高原的异常气旋, 随后在西太平洋出现异常反气旋, 并向西南移动, 引起赤道太平洋地区的异常东风, 并向东传播. 此外青藏高原冬季和初春冷源强弱还可以引起赤道印度洋的纬向风的异常变化, 因而冬季青藏高原大气冷热源异常可以作为亚洲冬季风和ENSO之间的桥梁.     

全球变暖背景下春季Hadley环流与东亚夏季风环流年际对应关系的多模式预估

观测事实揭示,春季Hadley环流在年际时间尺度上与东亚夏季风环流和降水具有密切联系.在未来全球变暖背景下,春季Hadley环流与东亚夏季风环流和降水的这种年际关系是否会发生变化？针对该问题,本文在评估的基础上选取五个气候模式,分析了A1B排放情景下春季北半球Hadley环流年际变率的未来变化及其与东亚夏季风环流和降水的年际关系.多模式集合(MME)预估结果表明,在全球变暖背景下,与20世纪末期(1970—1999年)相比,到21世纪末期(2070—2099年),春季北半球Hadley环流的年际变率强度将减弱,减弱幅度达32%.随着春季Hadley环流年际变率的减弱,其与夏季西太平洋副热带高压和东亚夏季风强度的联系将变弱.MME模拟结果还显示,春季Hadley环流与夏季东亚西风急流和降水的关系也降低,但各单个模式间存在较大差异.     

平流层爆发性增温对中国天气气候的影响 及其在ENSO影响中的作用

本文通过分析1957~2002年平流层爆发性增温(SSW)的环流特征,研究平流层爆发性增温可能对我国天气气候的影响.平流层爆发性增温发生后平流层高纬地区有异常的环流变化,但是这种变化并不仅局限于平流层内部,其产生的环流异常能够向下传播,并对对流层的天气和气候产生影响.研究发现,平流层出现强爆发性增温后,平流层异常温度场和位势高度场在中、高纬度形成AO型振荡并向下传播,使得对流层低层西伯利亚高压增强、阿留申低压加深,500 hPa东亚大槽加深且偏西,导致东亚冬季风增强,我国北部大部分地区气温偏低.而在爆发性增温前,强行星波扰动使得东亚大槽加深,西伯利亚高压和阿留申低压同时增强,也可能导致东亚冬季风偏强.El Nio可能激发出强行星波,有利于强SSW事件的发生.通过上述的两个过程可能造成东亚冬季风的加强,这将会对"El Nio事件通过对流层过程而引起东亚冬季风减弱"的结论有一定影响. 因此,ENSO事件影响东亚冬季风及中国的天气气候存在不止一种途径,具体影响情况应该是几种途径的综合结果.     

南印度洋海温偶极子型振荡及其气候影响

印度洋海表温度（Sea Surface Temperature,简称SST）的方差分析和相关分析表明南印度洋也存在一个海温偶极子型振荡,并定义了一个南印度洋海表温度异常偶极子指数.夏、秋季（南半球冬、春）的南印度洋偶极子指数与后期热带500hPa和100hPa高度场异常有显著而持续的相关,在冬、春达到最大,并可以持续到次年夏、秋.前期夏、秋季节的南印度洋偶极模对次年我国大陆东部夏季降水异常有显著的影响,对应偶极子正位相,次年夏季印度洋、南海（东亚）夏季风偏弱;副高加强且南撤、西伸,南亚高压偏强且位置偏东,易形成我国长江流域降水偏多,华南降水偏少;负位相年反之.后期冬季西太平洋暖池是联系南印度洋偶极子与次年我国夏季降水异常关系的一条重要途径.南印度洋偶极子表现出了明显的独立于ENSO（El Nio-Southern Oscillation,简称ENSO）的特征.     

Regional sea-surface temperatures explain spatial and temporal variation of summer precipitation in the source region of the Yellow River

ABSTRACT

The summer precipitation (June–September) in the source region of the Yellow River accounts for about 70% of the annual total, playing an important role in water availability. This study divided the source region of the Yellow River into homogeneous zones based on precipitation variability using cluster analysis. Summer precipitation trends and teleconnections with global sea-surface temperatures (SST) and the Southern Oscillation Index (SOI) from 1961 to 2010 were investigated by Mann-Kendall test and Pearson product-moment correlation analysis. The results show that the northwest part (Zone 1) had a non-significantly increasing trend, and the middle and southeast parts (zones 2 and 3) that receive the most precipitation displayed a statistically significant decreasing trend for summer precipitation. The summer precipitation in the whole region showed statistically significant negative correlations with the central Pacific SST for 0–4 month lag and with the Southern Indian and Atlantic oceans SST for 5–8 month lag. Analyses of sub-regions reveal intricate and complex correlations with different SST areas that further explain the summer precipitation variability. The SOI had significant positive correlations, mainly for 0–2 months lag, with summer precipitation in the source region of the Yellow River. It is seen that El Niño Southern Oscillation (ENSO) events have an influence on summer precipitation, and the predominant negative correlations indicate that higher SST in equatorial Pacific areas corresponding to El Niño coincides with less summer precipitation in the source region of the Yellow River.

Editor Z.W. Kundzewicz; Associate editor D. Gerten     

Arabian Peninsula-North Pacific Oscillation and its association with the Asian summer monsoon

Using correlation and EOF analyses on sea level pressure from 57-year NCEP-NCAR reanalysis data, the Arabian Peninsula-North Pacific Oscillation (APNPO) is identified. The APNPO reflects the co-variability between the North Pacific high and South Asian summer monsoon low. This teleconnec- tion pattern is closely related to the Asian summer monsoon. On interannual timescale, it co-varies with both the East Asian summer monsoon (EASM) and South Asian summer monsoon (SASM); on decadal timescale, it co-varies with the EASM: both exhibit two abrupt climate changes in the middle 1960s and the late 1970s respectively. The possible physical process for the connections between the APNPO and Asian summer monsoon is then explored by analyzing the APNPO-related atmospheric circulations. The results show that with a strong APNPO, the Somali Jet, SASM flow, EASM flow, and South Asian high are all enhanced, and an anomalous anticyclone is produced at the upper level over northeast China via a zonal wave train. Meanwhile, the moisture transportation to the Asian monsoon regions is also strengthened in a strong APNPO year, leading to a strong moisture convergence over India and northern China. All these changes of circulations and moisture conditions finally result in an anoma- lous Asian summer monsoon and monsoon rainfall over India and northern China. In addition, the APNPO has a good persistence from spring to summer. The spring APNPO is also significantly corre- lated with Asian summer monsoon variability. The spring APNPO might therefore provide valuable in- formation for the prediction of Asian summer monsoon.     

青藏高原春季积雪在南海夏季风爆发过程中的作用

本文应用欧洲中期预报中心（ECMWF,European Centre for Medium\|Range Weather Forecasts—ERA\|40）资料和美国国家环境预测中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR, National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)资料,研究了青藏高原雪深变化对南海夏季风爆发的影响和ENSO对青藏高原降雪的影响.结果表明：（1）ECMWF的雪深资料是可信的,可以用来研究青藏高原雪深变化对南海夏季风爆发的影响;（2）青藏高原的积雪异常影响到500 hPa以上的温度异常和印度洋与大陆间的气温对比,一方面使上层的南亚高压移动速度发生变化,另一方面也影响到低层大气的运动和东西向风异常,在青藏高原少雪年,东印度洋产生西风异常和一个气旋对,而在青藏高原多雪年,东印度洋产生东风异常和一个反气旋对;（3）ENSO与青藏高原春季积雪关系密切.东太平洋SST正异常时,东印度洋和南海气压偏高,从而导致该区海陆经向压强梯度增强和西风异常.另外,此时青藏高原北部气压偏高,北风偏强,副热带锋面增强,同时,印度洋的SST偏高,为青藏高原降雪提供了水汽保障,这些都有利于青藏高原的降雪.     

Relationship and its instability of ENSO — Chinese variations in droughts and wet spells

Monthly data of Self-Calibrated Palmer Drought Severity Index (PDSI) from 1951 to 2000 are calculated using historical precipitation and temperature data for Chinese 160 stations. Temporal and spatial patterns of the first empirical orthogonal function (EOF) of the PDSI reveals a fairly linear trend resulting from trends in precipitation and surface temperature, which is similar to the linear PDSI trend during 1951–2000 calculated using all monthly data. The EOF analysis also reveals that the leading mode correlates significantly with ENSO events in time and space. The ENSO EOF shows that during the typical warm phase of ENSO, surface conditions are drier in most regions of China, especially North China, but wetter than normal in the southern regions of Changjiang River, and Northwest China. During the typical cold phase of ENSO, these anomalies reverse sign. From 1951 to 2000, there are large multi-year to decadal variations in droughts and wet spells over China, which are all closely related to strong El Niño events. In other words, when one strong El Niño event happens, there is a possible big variability in droughts and wet spells over China on the multi-year or decadal scale. Studies also suggest that during the last 2–3 decades climate changes over China, especially North China’s drying and northwest China’s wetting, are closely related to the shift in ENSO towards warmer events and global warming since the late 1970s. The instability of the relationship is also studied. It is revealed that there is a good correlation between ENSO and Chinese variations in droughts and wet spells in the 3–8-year band, but the correlation between ENSO and Chinese variations in droughts and wet spells is instable. Studies suggest that there are decadal changes in the correlation: the wavelet coherency between ENSO and Chinese variations in droughts and wet spells is high during 1951–1962 and 1976–1991, but low during 1963–1975 and 1992–2000.