THE RELATIONSHIP BETWEEN MEIYU IN THE MID- AND LOWER REACHES OF THE YANGTZE RIVER VALLEY AND THE BOREAL SPRING SOUTHERN HEMISPHERE ANNUAL MODE

1 INTRODUCTION As confirmed by many studies[1-4], sea surface pressure is of interannual variations in subtropical Southern Hemisphere, which is defined as the Southern-hemisphere Annual Mode (SAM). It is in fact a seesaw effect of sea surface pressure symmetric longitudinally between the South Pole region and austral middle latitudes.     

长江中下游梅雨与春季南半球年际模态(SAM)的关系分析

利用1951～2000年中国160站梅汛期（6～7月）月平均降水资料和南半球月平均海平面气压资料,对全国梅汛期降水与其前期春季（4～5月）南半球年际模态进行了统计分析,结果表明：长江中下游梅雨与春季SAM指数存在显著的正相关,东亚梅汛期大尺度大气环流异常同样与春季SAM指数有着紧密的联系,强SAM春季对应着后期弱东亚夏季风,西太平洋副高加强西伸,以及长江中下游地区垂直上升速度的增加,这些为长江中下游梅雨的增加提供了有利的大气环流和水汽条件,而弱SAM春季情况则正好相反。春季南半球年际模态的异常为长江中下游梅雨的预测提供了有参考价值的前兆信号。     

春季南半球环状模与长江流域夏季降水的关系：Ⅰ 基本事实

利用统计方法对春季(4~5月)南半球环状模(SAM)与夏季(6~8月)中国降水的关系作了分析,发现春季南半球环状模指数(SAMI)与夏季长江中下游降水之间存在显著的正相关关系。春季SAM偏强的同期对流层下层在欧亚大陆存在一以蒙古高原和天山山脉为中心的异常反气旋对,从中国东北到华南中纬度地区均为异常的偏北气流控制。这种环流异常形式可以持续到夏季并加强,致使东亚夏季风减弱;春季SAM偏强,夏季西太平洋副热带高压西部脊强度加强,位置偏西,这些异常环流都有利于长江中下游地区降水偏多。另外,春季SAM偏强,夏季长江中下游地区水汽含量增大,向上的垂直运动得到加强,为该地区降水偏多提供了基本的水汽条件。春季SAM偏弱时,夏季东亚大气环流和水汽条件相反。因此,春季SAM为夏季长江中下游汛期降水提供了一有用的前期信号。     

春季南半球环状模与长江流域夏季降水的关系：Ⅱ 印度洋和南海海温的“海洋桥”作用

用回归、合成、相关、ESVD等方法分析了春夏季印度洋、南海海温异常在春季南半球环状模(SAM)与夏季长江中下游降水关系中的作用.研究发现春季南半球环状模指数(SAMI)正(负)异常时,同期南印度洋中高纬、北印度洋海域海温出现了明显正(负)异常,这种海温的正(负)异常在夏季依然存在,并且北印度洋的海温异常得到加强.对印度洋和南海海域详细划分区域后的进一步分析表明春季南半球热带外大气环流(SAM)异常可以强迫南印度洋中高纬海域海温发生明显异常.这种异常可以持续到夏季,而且表现出传播特性,即南印度洋中高纬海温异常可以传播到北印度洋(包括阿拉伯海和孟加拉湾)和南海海域,加强这些海域的海温异常.对东亚夏季风与夏季海温关系的分析表明东亚夏季风异常对应的夏季北印度洋、南海海温异常与春季SAM异常对应的夏季北印度洋、南海海温异常的形势相似,符号相反.说明印度洋、南海海温是春季SAM影响夏季长江中下游降水的一个"桥梁".基本思路为强(弱)春季SAM可以引起南印度洋中高纬海域海温的偏高(偏低);南印度洋中高纬海域偏高(偏低)的海温从春季持续到夏季并且传播到阿拉伯海、孟加拉湾、南海海域;这些海区偏高(偏低)的海温可以导致东亚夏季风减弱(加强),而东亚夏季风减弱(加强)是长江中下游降水偏多(偏少)的一种有利条件.     

2011年长江中下游旱涝急转及汛期暴雨的对流条件研究

利用ERA-Interim及雨量和土壤水分观测资料,对比诊断了2011年5—6月长江中下游梅汛前极旱期急转为梅汛期洪涝的极端天气事件的对流条件(水汽、不稳定、抬升作用)差异及特征,并研究条件性湿位涡垂直通量(CMF)指数与暴雨之间的定量关系。结果表明:在极旱期,干冷的东北气流控制,西太平洋副热带高压偏东,低层水汽通量弱且以偏北风输送为主,中低层为下沉气流,无低空急流,等θse线稀疏,边界层抬升机制缺乏,是干旱加剧的主要因子;在梅汛期,西南气流增强,西太平洋副热带高压西伸,低层气流在长江地区辐合,低层水汽通量增加且转为西南和东南风输送为主,伴随高低空急流耦合和深厚的上升运动,等θse线密集形成梅雨锋,增强不稳定暖湿空气强迫抬升和垂直输送,造成暴雨频发,引起区域性洪涝。暴雨中心600 hPa以下为负湿位涡的不稳定层,对流不稳定与条件性对称不稳定共同作用是强降水发生的不稳定机制。CMF指数与旱涝变化、暴雨过程演变非常一致,在极旱(梅汛)期,CMF指数低(高),变化平缓(剧烈),CMF指数在暴雨开始时逐步剧增,结束时迅速减小。     

COMPARISONS OF CIRCULATION ANOMALIES BETWEEN THE DAILY PRECIPITATION EXTREME AND NON-EXTREME EVENTS IN THE MIDDLE AND LOWER REACHES OF YANGTZE RIVER IN BOREAL SUMMER

Based on the NCEP/NCAR reanalysis dataset and in situ meteorological observations of daily precipitation in boreal summer from 1979 to 2008, the features of circulation anomalies have been investigated using the composite analysis for the extreme events and non-extreme events of regional mean daily rainfall(RMDR) occurring over the midand lower- Yangtze valley(MLYV). The extreme RMDR(ERMDR) events are the events at and above the percentile99 in the rearranged time-series of the RMDR with ascending order of rainfall amount. The non-extreme RMDR events are those at the percentiles 90-85 and 80-75 separately. Our results suggest that the threshold value is 25 mm/day for the ERMDR at percentile 99. Precipitation at all the percentiles is found to occur more frequently in the Meiyu rainfall season in MLYV, and the ERMDR events have occurred with higher frequency since the 1990 s. For the percentiles-associated events, the MLYV is under the control of an anomalous cyclonic circulation in the mid- and lower- troposphere with vastly different anomalous circulation at higher levels. However, at both low and high levels, the ERMDR events-related anomalous circulation is stronger compared to that linked to the non-ERMDR events. The dominant sources of water vapor differ between the ERMDR and non-ERMDR events. During the ERMDR events plentiful water vapor is transported from the Bay of Bengal into the MLYV directly by divergence while there is distinctly increased water vapor from the South China Sea(SCS) in non-RMERMDR episodes. The diabatic heating rates < Q1>, < Q2> and< Q1>- < Q2> have their anomalous patterns and are consistent with each other for these percentiles but their strength decreases markedly with the drop of rainfall intensity. For the precipitation at percentiles 99 and 90-85, the sea surface temperature anomalies(SSTA) in the Pacific distribute positively(negatively) in the south(north), and are stronger when the ERMDR emerges, with little or no SSTA as the events at percentile 80-75 occur. Besides, these results suggest that the genesis of the ERMDR event is directly related to intense local circulation anomalies and the circulation anomalies over the Pacific and SCS in tropical to mid-latitudes, and probably linked with the Pacific SSTA closely while the non-ERMDR events are mainly associated with the anomalous circulation on a local basis. The findings here help understand and predict the happening of ERMDR events over the MLYV.     

夏季长江中下游流域性极端日降水事件的环流异常特征及其与非极端事件的比较

利用1979—2008年夏季(6—8月)的NCEP/NCAR再分析逐日资料与中国743测站的逐日降水资料,对长江中下游地区流域性极端降水(99百分位,也称为极端强降水)、85～90百分位、75～80百分位降水事件进行合成分析,比较了不同百分位降水事件的环流异常特征。结果表明:长江中下游地区流域性极端日降水量的99百分位阈值为25 mm/d。各类降水事件在梅雨汛期出现频率较高。1990年代以后的极端日降水事件明显偏多。在各百分位降水事件中,在对流层中、低层,长江中下游地区均受气旋性异常环流控制,但对流层高层异常环流特征明显不同。无论在低层还是高层,极端事件的异常环流比非极端事件的异常环流强。不同百分位降水事件的水汽主要来源亦有所不同。极端降水事件中,由孟加拉湾直接辐散至长江流域的水汽较强,而在非极端降水事件中,则是来自南海地区的水汽明显偏强。非绝热加热率、与-的异常分布在各百分位降水事件中的分布较为一致,但强度随降水强度的减小而明显减小。另外,极端日降水事件与85～90百分位的降水事件在太平洋上都存在着北负南正的海温分布,但极端降水事件相应的海温异常明显偏强。而在75～80百分位降水事件中,海温并未出现明显异常。说明极端日降水事件的形成与较强的局地环流异常、与中纬度和热带西太平洋-南海区域的环流异常直接相关,与太平洋海温异常存在可能的密切联系,而非极端事件则主要与局地性异常环流有关。这些结果有利于人们认识和预测极端日降水事件的发生。     

1998年长江中下游梅雨期间对流层上层斜压波包的传播

利用NCEP/NCAR再分析和中国740站逐日降水资料,对1998年长江中下游梅雨期间对流层上层斜压波的活动进行了研究。结果表明,梅雨期间的高频斜压波动（周期≤7天）具有明显的下游频散效应,在其东传过程中常组织成局地波包向下游传播。波动起源于里海附近,沿着副热带急流带向下游传播,3天后传至长江中下游地区。斜压波所带来的扰动能量为长江流域暴雨的发生发展提供了必要的能量积聚。对低频扰动场的合成表明梅雨期间有准定常波列的存在,为高频斜压波动的传播提供了有利的背景条件。最后通过与1997年的比较,发现在梅雨降水偏少的1997年没有明显的斜压波动向下游传播。     

全球海表温度年代际尺度的空间分布及其对长江中下游梅雨的影响

使用统计诊断的方法,探讨了近百年全球海表温度年代际尺度的空间分布结构与长江中下游梅雨异常变化的可能联系.采用三次样条函数拟合的方法将1885～2000-全球海表温度场和长江中下游梅雨雨量百分比序列的年代际变化分量分离出来,在分析各自年代际变化特征基础上,研究了全球海表温度的年代际尺度分布结构对长江中下游梅雨异常变化的影响.结果表明(1) 全球海表温度年代际尺度变化分量清晰地表征出气候背景的分布状态,其中太平洋年代际振荡(PDO)型态表现突出,特别是1976年以后太平洋的气候背景呈现暖事件增强的趋势.同时,印度洋及大西洋中部海域的海表温度也表现出明显的升温趋势.(2) 长江中下游梅雨年代际尺度变化趋势与全球海表温度的年代际变化趋势基本一致,特别是与PDO典型分布型态的变化趋势有很好的对应,当PDO暖事件趋势处于较强时期时,长江中下游梅雨为偏多的趋势,反之亦然.其中20世纪70胩代中期PDO出现暖位相增强的突变,长江中下游梅雨也在此时期转入增多的趋势.同时,印度洋、大西洋部分地区的海表温度的年代际变化与梅雨的年代际变化之间也有一定的关联.(3) PDO指数与西太平洋副热带高压面积指数的年代际变化趋势一致的统计事实,从一个侧面说明海洋的-代际变化最终通过副热带高压的变动影响梅雨的异常变化的可能性.     

长江中下游降水以及东亚夏季风环流的年代际变化

采用NCEP再分析资料及有关长江中下游的梅雨期降水量进行合成或诊断分析,目的是研究长江梅雨以及相应的大气环流的年代际变化,得出梅雨量的年代际变化和东亚大气环流以及厄尔尼诺现象的年代际变化密切相关的初步结果,具体结论如下：（1）与东亚季风指数相联系的长江中下游地区6-7月降水量及梅雨量在最近15年有持续增长的趋势。与此同时鄂霍茨克海地区的500hPa高度也有持续增长的趋势,并配合有厄尔尼诺频繁出现的趋势。（2）东亚夏季风指数与前年秋季NINO-3区域海温在最近20年有很好的相关,但是20年以前相关不好。意味着厄尔尼诺对东亚夏季环流的影响在加深。（3）近20年的PDO暖位相与东亚大气环流的年代际变化基本同步。     

DECADAL CLIMATE VARIABILITY OF RAINFALL AROUND THE MIDDLE AND LOWER REACHES OF THE YANGTZE RIVER AND ATMOSPHERIC CIRCULATION

1 INTRODUCTION Summer climate plays an especially important role in the people’s daily life around East Asia, one of the most populated regions in the world, for most of the regions receive more than 70% of the annual precipitation in summer due to the effect of monsoon climate. Global climate change caused by mankind activities have become a hot topic in recent years, though it is still not clear how these activities result in the climate change around East Asia. Successive studies (Qi…     

近46年江淮下游梅雨期的划分和演变特征

应用近46年江苏省中、南部各五站逐日雨量和西太平洋副高逐候脊线纬度资料分别划分出苏南和江淮两区梅雨期。部分梅雨期内含2段甚至3段梅雨集中期,因此也存在间歇期;出梅并不等同于入（盛）夏,少数年虽出梅却无（盛）夏。在所揭示的一系列区域气候特点中,最值得注意的是首次划分出的江淮梅雨期,它与苏南梅雨期并不尽同,有二成年份出梅期延迟至8月。两区梅雨期都具有很大的年际变化,尤其是苏南梅雨量的年际变化一直处于上升趋势且在近十年达到极大。     

长江中下游梅雨期中小尺度涡旋族发生演变分析

利用密集的地面观测资料和高分辨率的中尺度数值模拟结果 ,分析了 1999年 6月 2 2日长江中下游地区的梅雨过程。分析发现 :暴雨过程是由排列于边界层中尺度辐合线上近乎同时产生的小扰动所致 ;涡旋扰动的初始动力条件和触发系统与边界层内的中尺度辐合和低压倒槽有关 ;随着涡旋中心降水量的增大 ,近地面γ中尺度涡旋扰动出现气旋式的辐散环流 ,导致涡旋在低层减弱 ,同时又促使相邻γ中尺度涡旋发展的涡旋族相互作用过程。     

梅雨期间长江中下游降水与北半球环流的耦合相关

对1951－1994年6－7月（初夏）北半球500hPa高度距平场和长江中下游降水量进行旋转奇异值分解（RSVD），研究了耦合相关空间分布的区域特性，同时分析了相关型的时间变化。     

THE RELATIONSHIP BETWEEN THE ATMOSPHERIC HEATING SOURCE/SINK ANOMALIES OF ASIAN MONSOON AND FLOOD/DROUGHT IN THE YANGTZE RIVER BASIN IN THE MEIYU PERIOD

NCEP/NCAR reanalysis data and a 30-year precipitation dataset of observed daily rainfall from 109 gauge stations are utilized in this paper. Using the REOF we analyzed the spatial distribution of precipitation in the 109 stations in the Yangtze River Basin in Meiyu periods from 1978 to 2007. The result showed that the spatial distribution of precipitation in the Yangtze River Basin can be divided into the south and north part. As a result, relationships between an atmospheric heating source (hereafter called ) over the Asian region and the precipitation on the south and north side of Yangtze River in Meiyu periods were separately studied in this paper. The results are shown as follows. The flood/drought to the north of Yangtze River (NYR) was mainly related to the over the East Asia summer monsoon region: when the over the Philippines through Western Pacific and the south China was weakened (strengthened), it would probably result in the flood (drought) in NYR; and the precipitation on the south side of Yangtze River (SYR) was related to the over the east Asia and Indian summer monsoon region: when the over the areas from south China to the northern East China Sea and Yellow Sea and south-eastern Japan was strengthened (weakened), and the over the areas from the Bay of Bengal to south-eastern Tibetan Plateau was weakened (strengthened), it will lead to flood (drought) in SYR.     

CI指数及SPEI指数在长江中下游地区的适用性分析

根据综合气象干旱指数(CI)在长江中下游地区应用中存在的不足,首先对CI中SPI指数等权累积降水进行合理的非等权处理及MI指数的优化,得到改进的综合气象干旱指数。然后利用1962—2013年长江中下游地区164个气象站的观测资料,对比分析了改进的综合气象干旱指数和标准化降水蒸散指数(SPEI)在长江中下游地区的适用性效果。结果表明:改进的综合气象干旱指数物理意义明确,解决了原CI指数对干旱开始时间、旱情发展中不连续加重现象和旱情解除时间滞后等不足,特别是对长江中下游地区的旱涝急转现象反映及时准确;设计的多时间尺度综合气象干旱指数与SPEI指数相关系数平均达0.8以上,说明得到的多时间尺度综合气象干旱指数对旱情的分析评估能力较强。经过适用性对比分析证明,月尺度综合气象干旱指数在江苏和安徽省应用效果要优于SPEI指数,湖南、江西和湖北省月尺度综合气象干旱指数在10—4月间的评估效果更好,SPEI指数在5—9月更优。因此,改进的综合气象干旱指数对长江中下游地区干旱分析与监测、预报预警等具有良好的推广应用价值。      

冬,春季海温异常关键区对长江中下游夏季降水影响的敏感性试验

本文利用9层菱形截断15波的全球大气环流谱模式（L9R15）研究了前期冬季和春季海温异常的关键区对我国长江中下游地区夏季降水的影响,数值试验结果表明,冬季赤道东太平洋和黑潮区海温异常及春季印度洋和黑潮区海温异常使得长江中下游地区的夏季降水明显增多,同时500hPa副热带高压和100hPa南亚高压增强,但从范围和强度上来看,冬季赤道东太平洋和黑潮区海温异常时我国西南至长江中下游地区一带的夏季降水异常比春季印度洋和黑潮区海温异常时更明显,由此证实了观测资料的分析结果。     

长江中下游梅汛期强降水过程非均匀特征

根据长江中下游地区205站1960—2004年的逐日降水量和梅雨期的特征参数,计算并分析了长江中下游地区梅汛期暴雨降水过程降水量、集中度和集中期的时空非均匀特征。结果表明:长江中下游梅汛暴雨降水量、暴雨日数显著增加,而集中度和集中期无明显变化;暴雨降水量和暴雨降水集中程度在时空上的叠加是造成长江中下游地区大旱大涝趋势加重的重要原因之一。     

赤道东太平洋海温与长江下游地区降水异常的相关分析

本文采用最大熵谱分析方法揭示了赤道东太平洋海温和长江下游地区降水均存在3-4年和准两年的周期性振荡特征。且通过时滞相关分析发现两者均存在显著的相关关系,并以降水滞后海温约4个月的正相关最为明显。在此基础上利用一个多级数字滤波器对两者的逐月距平序列进行了高通、低通和带通滤波,并对两者在不同时间尺度上的滤波分量进行时滞相关分析,结果发现只是在2-4年的时间尺度上两者相关最为密切,并以降水滞后海温4-5月的正相关最为显著。     

长江黄河流域上中下游汛期重旱涝的气候特征

为了揭示长江，黄河流域汛期（6-8月）重旱涝的气候特征，首先采用墨西哥帽小波对长江，黄河流域1951-1999年汛期的降雨资料作分析，得到了两流域汛期降雨量的年际变化趋势；其次将长江流域划分为三段（上游、中游、下游段），黄河流域分为两段（上中游、下游段），以各游段逐月的平均降水量（R）为基准，计算降雨量距平面分率，从而得到逐游段，逐月49年来的重旱涝的时序资料；最后分析该时序资料，得到两流域上中下游汛期重旱涝的时空分布，其结果深化了我们对重旱涝的认识。