青藏高原中东部夏季降水变化及其与北大西洋涛动的联系

利用青藏高原中东部地区1961～1990年2000m以上的66个台站夏季（6～8月）降水资料分析了其时空变化特征,发现高原南北降水具有反向变化的特点;结合500hPa高度场及风场资料,讨论了造成高原中东部降水异常的环流特征,指出北大西洋涛动变化可能是影响高原中东部降水的重要原因之一。与北大西洋涛动相联系的中纬度西风异常,通过对高原的西风环流的动力作用的改变,进而引起高原南北槽脊系统的同时加强或减弱,最终造成高原南北部降水的相反变化。     

冬季青藏高原上游西风模态与中国降水及NAO的关联

利用ERA40再分析资料和中国区域站点降水观测资料分析了冬季北大西洋至青藏高原上游地区上空西风变率的EOF主要模态(简称高原上游西风模态),并考察了这些模态与中国区域降水及北大西洋涛动(NAO)之间的联系。研究结果表明,冬季高原上游最主要的两种西风模态(EOF1和EOF2)都和北大西洋涛动(NAO)显著相关,却与中国冬季降水的关系明显不同:EOF1对应着整体位置偏北、南侧活动中心偏东的NAO型,并与高原西南侧及长江中下游地区冬季降水存在显著正相关;而EOF2对应着整体位置偏南,南侧活动中心位置偏西的NAO空间型,与中国冬季降水却没有显著的相关关系。进一步研究指出,在偏强的EOF1中,低纬异常西风带可向东伸展到位于亚欧大陆中南部的高原上游,造成高原西南侧中下层气流的爬升运动增强,导致高原西南侧降水异常偏多,同时,该西风异常可绕过高原形成异常西南风,与异常偏高的西太平洋副热带高压南侧湿润的东南风异常汇合于长江中下游地区,产生异常辐合上升运动,从而引起长江中下游地区冬季降水增强,反之亦然;而EOF2较EOF1位置偏东、偏南,低纬纬向风东伸较弱,对中国冬季降水影响不明显。这表明冬季高原上游西风异常分布的形态对下游中国区域降水的影响至关重要,而西风EOF1模态是NAO通过上下游效应影响中国冬季降水的一个重要媒介。     

冬季青藏高原上游西风模态与中国降水及NAO的关联北大核心CSCD

利用ERA40再分析资料和中国区域站点降水观测资料分析了冬季北大西洋至青藏高原上游地区上空西风变率的EOF主要模态(简称高原上游西风模态),并考察了这些模态与中国区域降水及北大西洋涛动(NAO)之间的联系。研究结果表明,冬季高原上游最主要的两种西风模态(EOF1和EOF2)都和北大西洋涛动(NAO)显著相关,却与中国冬季降水的关系明显不同:EOF1对应着整体位置偏北、南侧活动中心偏东的NAO型,并与高原西南侧及长江中下游地区冬季降水存在显著正相关;而EOF2对应着整体位置偏南,南侧活动中心位置偏西的NAO空间型,与中国冬季降水却没有显著的相关关系。进一步研究指出,在偏强的EOF1中,低纬异常西风带可向东伸展到位于亚欧大陆中南部的高原上游,造成高原西南侧中下层气流的爬升运动增强,导致高原西南侧降水异常偏多,同时,该西风异常可绕过高原形成异常西南风,与异常偏高的西太平洋副热带高压南侧湿润的东南风异常汇合于长江中下游地区,产生异常辐合上升运动,从而引起长江中下游地区冬季降水增强,反之亦然;而EOF2较EOF1位置偏东、偏南,低纬纬向风东伸较弱,对中国冬季降水影响不明显。这表明冬季高原上游西风异常分布的形态对下游中国区域降水的影响至关重要,而西风EOF1模态是NAO通过上下游效应影响中国冬季降水的一个重要媒介。     

广西夏季降水的多时间尺度特征及影响因子

利用1951—2011年广西夏季降水站点资料和NCEP/NACR等多种再分析资料,通过相关分析、经验模态分解、统计检验分析了广西夏季降水的多时间尺度特征及其影响因子,利用多元线性回归方法对夏季降水进行拟合和预测试验。结果显示:广西夏季降水具有多时间尺度特征,不同时间尺度对应着环流因子不同时间尺度的分量;在准2年尺度上,主要影响因子为季风槽、低空急流、高空急流、贝加尔湖高度场、南印度洋东部海温。利用对广西夏季降水影响显著的环流因子本征模态函数分量和多元线性回归方法拟合夏季降水,相关系数为0.73,表明广西夏季降水是环流因子多时间尺度共同作用的结果。利用前期冬季南印度洋东部海温异常本征模态函数作为前兆因子预报广西夏季降水,6个独立样本检验显示预测与实况趋势一致,该工作可供利用多时间尺度信息进行区域气候预测参考。     

CMIP5模式对青藏高原中东部夏季降水双极型模拟能力的评估

青藏高原中东部夏季降水主要表现为东北和东南反位相变化的双极型特征。采用经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分解方法,系统性地评估参与第五次耦合模式比较计划 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,CMIP5)历史模拟试验的 47 个模式对青藏高原中东部夏季降水双极型变化特征的模拟能力。结果表明,大多数模式基本可以反映青藏高原中东部夏季降水东北部和东南部反位相的变化特征。模式间 EOF 分析结果表明在35°N 以南的东西向模拟偏差是 CMIP5 模式模拟降水空间型态的主要偏差,且大多数模式对时间系数的模拟效果差于空间型态。文中定义了一个综合评估指标 Snew 来定量描述模式对空间型态、时间系数以及方差贡献的综合模拟效果。由定量评估结果来看,MIROC-ESM、HadGEM2-CC 和 ACCESS1-0 (FIO-ESM、 HadGEM2-AO 和 MIROC-ESM-CHEM)模式对观测降水的 EOF1(EOF2)模态的综合模拟能力相对较好,而 GISS 系列模式、CESM1-CAM5 和 MPI-ESM-LR (CMCC-CESM、MPI-ESM-MR 和 GFDL- CM3)模式对观测降水的 EOF1(EOF2)模态的综合模拟效果较差。由 EOF1 和 EOF2 的综合评估结果来看,MIROC-ESM-CHEM模式对观测降水的 EOF1 和 EOF2 模态的综合模拟效果最好。     

北大西洋涛动对新疆夏季降水异常的影响

利用1961~2003年NCEP/NCAR再分析和新疆75个气象站月降水资料,分析新疆夏季降水与沿西亚副热带西风急流Rossby波和北大西洋涛动（NAO）的关系,研究表明,夏季斯堪的纳维亚半岛-中欧—西亚和中亚的准静止波传播是联系NAO与沿西亚副热带西风急流波活动和新疆夏季降水变化的纽带。通过波作用量的动力学诊断分析,讨论了夏季NAO正、负位相异常年准静止波传播特征和差异,夏季NAO强弱活动影响斯堪的纳维亚半岛EP通量散度强度和位置异常,该区EP通量散度强度和位置异常导致强辐散中心在中高纬向东传播的准静止波和沿副热带西风急流准静止波活动变化,从而影响新疆夏季降水。     

青藏高原中东部夏季极端降水年代际变化特征

基于中国国家级地面气象站基本气象要素日值数据集得到的均一化降水序列,计算了夏季极端降水指数,分析青藏高原中东部1961—2014年夏季极端降水年代际变化趋势。结果表明:青藏高原中东部地区夏季降水量占全年总降水的50%以上,且夏季降水的变化趋势存在区域性差异,北部站点主要为增加趋势,南部增加和减少趋势的站点相当。夏季极端降水除西藏东部主要为减少趋势外,其他地区主要为增加趋势,且极强降水量的年代际变化趋势显著。大部分夏季极端降水指数的变化趋势在1970s发生转折,在此之前表现为减少的趋势,之后为增加趋势。通过Mann-Kendall趋势检验,在2000年之后强降水量和极强降水量出现突变。     

基于可预报模态分析方法的青藏高原东部夏季降水统计预测模型

利用国家气象信息中心提供的降水资料、NCEP/NCAR再分析月平均资料以及Hadley中心提供的海温资料,基于可预报模态分析(PMA)方法,从观测数据中提取青藏高原东部夏季降水具有物理意义的可预报模态,根据已有研究选取合适的预报因子并建立了物理-经验(P-E)模型,从而对青藏高原东部夏季降水进行统计预测。结果表明:南北反向型、一致型、中部型和东北型这4个主导模态反映了降水的异常变化,具有一定的物理意义,为可预报模态;超前0个月和超前1个月的区域平均的预报技巧分别为0.44和0.36,其中青藏高原东南部地区的预报技巧较高;超前0个月和超前1个月的模态相关系数分别为0.46和0.42,预报最好的年份都是1998年,预报最差的年份分别是1980年和2009年。     

北太平洋涛动与淮河流域夏季降水异常的关系

研究了北太平洋涛动（NPO）与淮河流域夏季降水异常的关系。结果表明：冬季北太平洋涛动与次年夏季我国淮河流域降水异常呈明显的负相关：强（弱）涛动年,次年夏季淮河流域降水偏少（多）。进一步研究表明,1976年冬季NPO突变前,冬季北太平洋涛动指数（North Pacific Oscilla-tion index,INPO）与次年夏季淮河流域降水的负相关显著;突变后,负相关明显减弱;冬季INPO对淮河流域夏季降水预测的参考意义在突变前较好,在突变后减弱。     

1980~2019年夏季青藏高原中东部极端日降水分布特征

基于中国气象局国家基准气象观测站逐日观测资料,采用百分位法对1980~2019年夏季青藏高原中东部地区极端日降水进行定义,分析了不同分位极端日降水的气候分布特征。结果表明：（1）青藏高原中东部夏季降水呈东多西少、中间多南北少的反位相分布特征,且存在显著的年际和年代际变化。（2）99%分位降水阈值普遍在24 mm/d以上,95%分位和90%分位降水阈值维持在12~20 mm/d,75%分位降水阈值则进一步下降至7~9 mm/d。（3）从长期变化趋势看,青藏高原中东部99%分位的极端日降水出现频次呈显著的上升趋势,其余几个分位则以下降趋势为主。（4）相较于99%和90%分位而言,95%分位在青藏高原中东部夏季降水中具有更为突出的贡献,且近40 a来99%分位的贡献在不断增加。（5）青藏高原中东部日降水量介于0.1~10.5 mm,但日降水量的频次波峰和总降水量的波峰位置存在差异,2.4~5.1 mm日降水量在青藏高原中东部降水中具有重要作用。     

印度洋海温的偶极振荡与高原汛期降水和温度的关系

利用1961—2000年近40年印度洋海温距平场资料及对应的青藏高原35个观测站的降水与温度资料,通过相关普查得出,印度洋地区东西海温的偶极振荡与青藏高原汛期降水、温度有较好的相关关系,特别是前期1月、12月～2月的印度洋地区东西海温的偶极指数与青藏高原汛期(6～8月)降水和前一年6月的印度洋地区东西海温的偶极指数与青藏高原汛期(6～8月)温度有很好的相关。分析1961—2002年NCEP／NCAR 500hPa北半球高度场资料发现,印度洋地区东西海温的偶极指数与欧亚500hPa的高度场异常有密切的关系,并通过印度西南季风的强弱,影响到青藏高原汛期降水和温度的变化。     

夏季青藏高原低压的年际和年代际变化及其与我国降水的关系

利用NCEP/NCAR再分析月平均资料,分析了1948-2009年夏季青藏高原(下称高原)600hPa位势高度场的变化趋势,发现整个高原位势高度场都出现大范围的升高,低压中心主要位于27.5°-40°N、80°-102.5°E范围内,定义该范围内位势高度场的平均值为高原夏季低压指数。采用经验正交函数分解(EOF)和小波分析等方法对近62年夏季高原低压的年际和年代际变化特征进行了分析。结果表明,近62年夏季高原低压总体呈减弱趋势,在20世纪80年代之前,夏季高原低压指数均处于低值范围,并在1962年出现最小值,在1979年左右出现最大值,之后在高值范围内上下振荡;空间分布表现为低压在高原大部分区域均为由南向北递增,呈明显的纬向分布;低压在1976年发生了一次较明显的减弱突变。小波分析表明,低压具有1～2年和13年周期。利用中国596个测站的月降水资料,采用相关分析和合成分析等方法分析了高原低压与我国夏季降水的关系,分析表明,高原低压增强时长江流域和新疆地区的降水偏多,而东北、华北和华南地区的降水则偏少。     

印度洋海温的偶极振荡与夏季青藏高原水汽输送的关系

本文应用1961-2005年近45年NCEP/NCAR月平均再分析资料,在分析夏季青藏高原水汽输送通量特征的基础上,研究印度洋偶极指数与夏季高原水汽输送的关系,分析表明：夏季高原水汽的输入主要是受高原南边界水汽输送通量的影响,并且夏季高原区域净水汽与南边界水汽输送通量45年来的趋势变化很一致：都表现出先增加（1961-1980年）后减少（1981-2005年）的趋势变化。印度洋海温的前期变化（前年12月至当年5月）对夏季高原水汽的输送有明显的影响,特别是在1-3月。春季印度洋偶极指数通过对孟加拉湾地区向北的水汽输送通量的影响,进而影响夏季青藏高原水汽输送的异常。     

The Relationship between Precipitation and Airflow over the Tibetan Plateau in Boreal Summer

Based on the observation data and the reanalysis datasets, the variability and the circulation features influencing precipitation in the Tibetan Plateau (TP) are investigated. Taking into account the effects of topography, surface winds are deconstructed into flow-around and flow-over components relative to the TP. Climatologically, the flow-around component mainly represents cyclonic circulation in the TP during the summer. The transition zone of total precipitation in the summer parallels the convergence belt between the southerlies and the northerlies of the flow-over component. The leading mode of rainfall anomalies in the TP has a meridional dipole structure, and the first principal component (PC1) mainly depicts the variation of rainfall in the southern TP. The wet southern TP experiences strengthened flow-over, which in turn mechanistically favors intensified ascent forced by the flow-over component. In addition, variations in the Indian summer monsoon (ISM) have an important role in influencing the flow over the southern TP, and the ISM ultimately impacts the precipitation over southern TP.     

青藏高原夏季风和南海夏季风低频振荡的关系

利用1948-2010年NCEP/NCAR全球大气逐日平均的再分析资料分析了青藏高原夏季风和南海夏季风大气低频振荡的可能关系。结果表明,夏半年高原地区和南海地区季风均存在明显的30~50天的振荡周期,并且两者在这个振荡周期上存在明显的位相关系,即南海夏季风的低频振荡比青藏高原夏季风提前约3/4个位相,对500 h Pa和850 h Pa低频风场的研究也得出同样的结果。两者存在明显位相关系的原因之一可能是3月下旬开始南海向青藏高原地区的低频输送。     

青藏高原地表热状况与华西秋雨

利用1961－1995年青藏高原及其邻近地区148个测站的月平均资料，分析研究了高原地面热源与华西秋雨的联系。结果表明，高原东部地面热源与华西秋雨存在着显著的负相关关系。高原东部地面热源异常强迫500hPa大气环流异常来制约华西秋雨的多寡。     

青藏高原和四川盆地夏季降水云物理特性差异

利用2008 2010年7、8月的Cloud Sat资料,统计分析了青藏高原(下称高原)、四川盆地及其过渡区域夏季降水云的宏微观物理特性和差异,并结合FY-2D的TBB和台站降水资料进行个例分析,深入探讨研究区域云物理特性的差异及其导致的降水差异。结果表明:(1)云宏观特性差异:在7、8月,高原降水云以Cu和Ci主,低云所占比例大于中云和高云,过渡区和四川盆地降水云主要为Ns和Ci,与四川盆地相比较,高原云底高、云顶低,云的厚度薄,对流较浅薄时便可降水。(2)云微观物理特性差异:高原降水云以冰云为主,混合相云次之,水云最少,四川盆地混合相云降水比例最大。统计时段多为云发展初期,高原已有比四川盆地和过渡区云中的冰相粒子有效半径大、谱宽较宽的趋势,而数浓度相近,利于冷云过程的发展,四川盆地冷云降水过程启动较慢。     

夏季青藏高原湿池变化特征及其与降水的关系

利用1979—2011年ERA-Interim的月平均再分析资料和全国气象台站观测资料,通过小波分析、合成分析和相关分析等多种统计分析方法,分析了夏季青藏高原湿池的基本特征,定义了能较好表征夏季青藏高原湿池强度变化的特征指数,并揭示了夏季青藏高原湿池强弱异常时的大气环流特征及其与中国夏季降水的关系。主要结论为:夏季高原上湿池特征非常明显,2个湿中心分别位于高原东南部和西南部。高原湿池强度指数有明显的阶段性变化特征,以4 a左右和6 a左右的变化周期为主。夏季高原湿池偏强(弱)年,南亚高压、西太副高、高原季风、低层风场以及整层水汽输送等均有显著变化,进而对我国夏季降水产生重要影响。     

我国西北和华北夏季降水的偶极子关系及其环流特征

用全国35年以上资料的672个站,讨论了华北和西北夏季降水关系及其环流特征,结果表明:(1)华北和西北夏季降水存在跷跷板式的偶极子关系,当华北夏季降水偏多时,西北降水偏少,反之亦然。华北夏季降水指数与西北夏季降水指数之间的相关系数为-0.28,超过了0.05显著性水平检验。这两条曲线的10年滑动平均的相关系数达到-0.61;而滤去年代际振荡后,它们的相关系数为-0.23,显著性水平接近0.05。这表明华北与西北夏季降水的偶极子关系主要是由年代际振荡引起的,但年际变化也是一个不可忽略的因素。(2)环流分析表明:华北与西北地区夏季降水的偶极子关系与贝加尔湖南部地区(45°~55°N,80°~110°E之间的8个格点)和西部巴尔喀什湖地区(35°~40°N,70°~90°E之间的5个格点)500 hPa高度距平符号相反有关,由它们之差(G-D)组成的华北和西北夏季降水的偶极子关系的环流指数,能很好地解释华北和西北夏季降水的偶极子关系。