南方涛动、热带海温与西北太平洋副高的联系

本文应用统计方法,首先探讨南方涛动指数与西北太平洋副热带高压的联系,然后分析赤道和热带太平洋区域海温对南方涛动的响应情况,同时分析南方涛动响应区域的海温与当时及滞后的西北太平洋副热带高压的联系,从中探讨南方涛动、厄尔尼诺海温异常及西北太平洋副热带高压之间的一种可能的相互作用机制。     

热带次表层海温对中国东部夏季气候的影响

热带海洋热状况是影响中国气候变化的主要因子之一,为了研究热带次表层海温如何影响中国气候,通过相关计算和合成分析等方法讨论了热带太平洋至印度洋次表层海温异常对中国东部夏季降水和温度的影响。结果表明:当冬季赤道东印度洋至西太平洋次表层海温偏暖(偏冷),中印度洋和东太平洋次表层海温偏冷(偏暖),夏季,长江中下游地区降水偏少(偏多),华南、华北和东北大部地区降水偏多(偏少);中国东部大范围高温(低温)。其可能的影响途径为,东亚夏季风环流对热带次表层海温异常的响应导致了其年际变化,进而引起中国东部夏季气候的异常分布。     

前期印度洋海温异常对中国春季降水的影响

为了进一步认识印度洋海温的异常变化与中国降水的关系,采用SVD分析、相关分析及合成差值分析讨论了前期冬季关键区海温的异常变化对中国春季降水影响的差异,探讨了产生这种影响的原因。结果表明:前期冬季关键区海温的异常增高(降低),会造成后期春季中国华北往南到华中、华东、华南东部及西北的新疆地区的降水明显增多(减少),西南的四川、贵州及华南的广西等地降水会有所减少(增多)。与关键区冷年相比,在关键区的暖年,环流形势反映出东欧槽显著减弱,北方气压显著降低,蒙古高压明显减弱,冷空气南下更为明显,而华南东部、华中、华东及华北一直被较为显著的南风气流控制,海洋的暖湿气流向中国内陆输送更为显著,使得东部及中部大部分地区水汽较为充沛,形成大面积的降水。     

冬夏季热带太平洋至印度洋次表层海温变化的模态特征

采用美国Scripps海洋研究所的1955—1998年全球海洋上层海水温度月距平资料,对热带太平洋至印度洋各层海温进行经验正交函数分解,分析其主要模态特征。结果表明：热带太平洋至印度洋次表层海温场主要表现出东、西太平洋海温异常反位相变化的特征,异常强度冬季明显强于夏季。冬季赤道东太平洋40m层,东印度洋至西太平洋120m层,夏季赤道东太平洋40m层,东印度洋至西太平洋160m层为海温异常的显著区域。冬季0—60m层第一特征向量表现出厄尔尼诺（拉尼娜）模态特征,第二特征向量表现出海温异常的东西运移模态特征,80—400m层第一特征向量表现出西太平洋暖池模态特征,第二特征向量表现出海温异常的东西运移模态特征。夏季0—60m层特征向量表现出厄尔尼诺（拉尼娜）模态,80—400m层特征向量表现出西太平洋暖池模态特征。     

湛江市降水年代际特征及其影响机制

【目的】研究湛江地区降水的年际、年代际特征及其影响因素。【数据】基于1962-2016年湛江地区6个国家气象观测站的逐日降水资料、同期月平均ONI、PDO序列和月平均风场、相对湿度等再分析资料,【方法】结合线性倾向估计、连续小波变换、相关分析等多种统计学方法。【结果与结论】湛江地区降水存在准2 a、5~8 a的年际振荡,降水日数有显著的准40 a年代际振荡;夏、秋季节的降水变化构成了湛江地区全年降水变化的主要部分;除冬季降水量增加外,各季节降水与降水日数基本呈现"偏多-偏少"的年代际特征;进一步对比发现P1(降水偏多)时期涝年较多,旱年较少,P2(降水偏少)时期恰好相反,但严重涝年偏多,降水强度增大,极端性降水事件发生频次增多。通过对湛江地区降水可能产生影响的因素分析发现:P2时期湛江地区降水频次的减少主要是由于西北太平洋副热带高压的增强、西南季风的减弱以及夏、秋季孟加拉湾和中南半岛异常下沉气流影响所致;冬季南海东部低层异常气旋环流是P2时期降水增加的一个主要原因;P2时期ENSO、PDO等大尺度海气系统在调控湛江地区降水变化中所起作用均有增加。     

2011年春夏长江中下游旱涝急转的低频环流系统变化

为研究2011年春夏长江中下游地区旱涝急转现象与低频环流的关系,利用国家气象信息中心的753站逐日降水、NCEP/NCAR再分析资料和带通滤波的方法,得到如下结果：（1）2011年5-6月,长江中下游地区存在明显旱涝急转现象,5月的降水较同期偏少40％以上,6月的降水较同期偏多60％。（2）5-6月的旱涝急转前后,长江中下游地区的500hPa的垂直速度变化不仅与降水有很好的关系,而且其低频振荡的强度也显著加强,垂直速度由正（下沉运动）转负（上升运动）的转换时间几乎对应由旱转涝的时间。（3）对旱涝急转过程的500hPa低频变化垂直速度下沉运动最强、下沉运动向上升运动转换、上升运动最强3个位相的低频散度场分析发现,在5月干旱期间,长江中下游地区维持对流层低层（850hPa）辐散、高层（200hPa）辐合的低频环流系统,不利于降水。到6月强降水期,长江中下游地区则迅速转为对流层低层辐合、高层辐散的低频环流系统,有利于降水的发生。这种对流层低层-高层低频环流系统的变化是导致旱涝急转的重要原因之一。     

北太平洋海表温度异常对我国汛期降水的影响

本文对我国汛期降水进行了旋转主分量分析,得到6个最基本的降水型,并利用北太平洋超前一年各季的海表温度与这6个降水型求相关,得到24张相关图。分析相关图的结果表明:黑潮海域的海表温度对我国东部绝大部分地区降水很敏感;影响我国江淮流域降水的海温区有几个,因而使得江淮流域旱涝情况特别复杂也难以预报;我国汛期降水和北太平洋海表温度的相关具有不同的时滞现象,绝大多数与冬半年的海温有密切联系,充分反映了海气相互作用具有十分复杂的机制。     

长江中下游持续性异常降水的天气学特征分析

针对长江中下游持续性降水的研究多为个例诊断,很少从合成的角度考虑,利用长江中下游地区89站的1961~2011年的逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,采用数理统计和合成分析的方法,统计长江中下游地区夏季持续性降水事件,并合成分析了其环流特征。结果表明:1961~2011年,长江中下游地区夏季持续性异常降水事件发生了50次,主要集中在6月和7月,长江中下游地区持续性异常降水事件平均每2~3年发生一次。厄尔尼诺次年多有持续性异常降水发生;长江中下游地区持续性异常事件发生时,总伴有环流场的异常调整,低纬西太平洋副热带高压西伸,南北经向风在长江流域交汇,高层上,南亚高压东移,长江中下游地区出现强的辐散中心,为异常降水提供了重要条件。水汽来源主要是索马里越赤道气流途径暖湿的阿拉伯海,孟加拉湾和我国南海北部,进入长江中下游地区。     

东北区域水汽收支的变化及其与降水的关系

为了明确东北区域水汽收支变化及其与降水的关系,利用1970～2010年NCEP/NCAR逐月平均分析资料、国家气象信息中心提供同期的气象站逐日降水实况资料,对东北区域夏半年（5～9月）区域水汽收支的年（年代）际变化及其与降水的关系、降水偏多（少）年的水汽输送特征进行研究.研究结果表明：（1） 1970年代水汽异常输送主要来自华北地区;1980年代,水汽异常输送主要来自蒙古东部和日本海;1990年代,水汽异常输送主要来自鄂霍次克海;2000年以后,水汽异常自东北区域向西南方向输送.总体而言,1970～1990年代区域内的水汽增加,2000年以后区域内水汽明显大幅度减少.（2）东北区域水汽总收支与夏季降水相关性较好,相关系数可达0.79,通过99％的信度检验,南、北边界的水汽输送对该区域的夏季降水有显著影响.（3）东北地区降水偏多年,西北太平洋上的水汽明显增强;降水偏少年,西风带和西北太平洋的水汽输送明显减弱.     

广东省前汛期多雨或少雨年降水异常研究

广东省前汛期降水的年际变化较大,为对广东地区的旱涝变化有进一步的认识,利用广东省观测资料、NCEP全球再分析资料以及向外长波辐射通量资料,采用经验正交函数分解和合成分析方法研究了1970~2007年广东前汛期4~6月降水的年际变化异常以及时空特征,得出第一类雨型是广东前汛期一致多雨或少雨型。对造成第一类雨型的异常特征进行分析,得出:中高纬度地区大尺度环流场的变异引起环流异常分布,使得副高、西南季风水汽输送、冷空气活动等气候场产生变异,从而引起广东前汛期降水异常。经向风、相对湿度、垂直运动、向外长波辐射通量等分析得到多雨年与少雨年水汽条件、垂直运动条件、对流发展活动环流异常的分布特征。     

四川盆地东部、西部年降水量的振荡与太阳活动的联系

本文应用四川盆地23个站的年降水资料、太阳黑子相对数与西北太平洋副高强度指数资料,分析太阳黑子活动的异常与四川盆地降水的联系,认为:四川盆地东西部降水量呈振荡型、这种振荡型可能是太阳活动通过西北太平洋副高的作用而激发的、时间上有滞后一年以上的特性,即太阳黑子活动的强弱、引起西北太平洋副高强度的变化,进而影响四川降水的东西分布特征。反映为太阳黑子偏多年分,第二年的西北太平洋高压偏强、相应四川盆地降水呈西涝东旱型、反之亦然。     

索马里急流和南亚高压对印度夏季风爆发的协同作用

【目的】探讨索马里急流和南亚高压对印度夏季风(Indian Summer Monsoon,ISM)爆发产生的协同作用。【方法】基于ECMWF欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料(ERA5)提供的逐日数据,结合印度气象局对ISM爆发日期(即印度次大陆最南端的喀拉拉邦降水骤升的日期)的统计数据采用功率谱分析、偏相关分析和滑动相关等统计学方法,分析索马里急流和南亚高压对ISM爆发的协同作用。【结果】ISM爆发前1候至当候,印度地区对流层高层南亚高压的范围和强度不断扩大,同时对流层低层索马里急流的强度和范围不断增强,使阿拉伯海地区的西南气流不断增强,将阿拉伯海地区大量水汽输送至印度大陆,在这样有利的条件下,印度南部降水量剧增,ISM爆发;当5月下旬的南亚高压、索马里急流以及阿拉伯海地区水汽通量和气旋性环流均显著偏强时,ISM会提前爆发,降水也会异常偏多。【结论】ISM爆发日期受到索马里急流和南亚高压两者协同作用的影响,而并非单独受到某个系统的影响。     

台风“麦莎”移动过程中水汽输送特征

利用NCEP1°×1°的再分析资料,用大尺度水汽通量流函数和速度势以及水汽收支对台风“麦莎”在移动过程中水汽输送流函数和速度势进行了分析。结果表明：台风“麦沙”在北上过程中,主要有2支水汽通道,一支是从太平洋开始向西经赤道到达印度洋,在索马里转向,经过孟家加拉湾呈西南气流向西北方向输送;另一支来自副高南侧偏东气流。计算分析还表明,用无辐散风流场来定台风中心要比用总的流场更精确。     

川渝冬季降水的年际变化及其与海温异常的关系

为了认识川渝冬季降水与海温之间的关系,利用川渝地区44个站点降水资料和海表温度资料并借助EOF分解、小波分析和相关分析等方法,讨论了川渝冬季年际降水变化特征及其与前期海温异常之间的关系。结果表明：川渝冬季年际降水空间分布主要有3个类型,EOFl型为川渝冬季降水的一致偏多（偏少）,EOF2型为川渝西南部、东部降水偏少（偏多）,而川渝地区西北部、中部降水偏多（偏少）;EOF3型为川渝西南部降水偏多（偏少）,而东北部降水偏少（偏多）;EOF1型和EOF2型降水与前期海温的相关明显小于EOF3型并较为分散,EOF3型降水与前期夏季、秋季海温在热带中、东太平洋和印度洋中、北部呈现非常显著的正相关,对应ENSO特征非常明显。     

全球海洋初级生产力时空异常变化对ENSO事件的响应

海洋初级生产力在海洋环境要素的驱动下,在不同海域呈现出不同的时空变化特征,这种时空演变特征在不同的ENSO事件类型下差异更为显著。本文基于1998年1月至2017年12月全球海洋初级生产力的卫星遥感数据集,通过改进海洋时空双约束聚类挖掘方法,挖掘了近20年海洋初级生产力的时空聚簇模式,并从时空分布和空间移动2个方面对比分析了海洋初级生产力时空演变簇与ENSO（El Niño-Southern Oscillation）事件之间的关系。结果表明：① 在EP（Eastern-Pacific）型El Niño事件期间,海洋初级生产力异常低值时空簇主要分布在赤道太平洋东部或中东部海域,异常高值时空簇主要分布在西太平洋和南太平洋中部海域;在CP（Central-Pacific）型El Niño事件期间,异常低值时空簇分布在太平洋中部,而异常高值时空簇分布在南太平洋与西太平洋海域;② 在EP型La Niña事件期间,赤道太平洋中部及东部、赤道大西洋与印度洋海域出现异常高值时空簇,南太平洋中东部海域出现异常低值时空簇;在CP型La Niña事件期间,赤道太平洋中部出现异常高值时空簇;南太平洋中西部海域出现异常低值时空簇;③ 发生在赤道太平洋的海洋初级生产力时空演变簇,在EP型ENSO事件期间具有东移特征,而在CP型ENSO事件期间,时空演变簇在赤道太平洋中部海域产生并消亡;④ ENSO事件中海洋初级生产力时空演变簇面积与MEI具有较强相关性。     

琼东海域沉积物元素组成变化揭示的全新世华南地区风化强度演变

【目的】探讨全新世以来华南地区陆地化学风化强度的变化及其控制因素。【方法】利用琼东海域沉积柱GH7的XRF扫描元素数据,从主量和微量元素中提取代表陆源输入的主成分PC1,分析华南沿海地区化学风化强度。【结果与结论】风化强度在13.2 ka BP以来经历了“强（13.2—7.5 ka BP）—弱（7.5—3.0 ka BP）—强（3.0—0 ka BP）”的变化,并在全球冷事件新仙女木、9.2 ka和8.2 ka时期均有明显减弱。PC1变化显示华南沿海地区风化强度大约在3 ka BP处于最强期,反映此时降雨量处于最大期,可能与热带辐合带（ITCZ）在此时期南移至低纬度有关。PC1频谱分析揭示风化强度存在一个约2 ka的周期,与厄尔尼诺（ENSO）周期一致,说明华南地区风化强度演变在千年尺度上很可能受ITCZ南移和ENSO的共同调控。     

广东“龙舟水”降水量成因分析

利用NCEP再分析资料、NOAA的OLR资料及GLDAS/NOAH的陆面资料对"龙舟水"前后的特征进行分析,结果表明:"龙舟水"期间,北半球中高纬度维持稳定的大气环流形势,有利于将冷空气引导至华南沿海;副热带高压加强西伸、孟加拉湾维持稳定的槽区,使得华南沿海暖湿气流加强,强暖湿气流为"龙舟水"过程的强降水提供充足的水汽和能量;旺盛的对流为降水提供动力条件;"龙舟水"过程前后的广东地区下垫面状况(陆面过程)的差异,对"龙舟水"期间该地区一些具体对流事件的启动和发展也有影响。     

MJO对2011年秋季云南干旱期间一次强降水过程的可能影响

为了探讨2011年10月26~30日云南南部一次强降水过程发生的可能原因,采用诊断、合成和相关等分析方法,得到2011年10月的强热带低频振荡过程是云南南部强降水过程的一个重要影响因素。2011年10月中下旬热带低频振荡在印度洋地区异常活跃,特别是热带低频振荡对流中心在第2位相(印度洋中西部)维持了9天(20~28日),强降水过程就发生在此期间。26~30日虽没有明显冷空气配合,但热带低频振荡进入第2位相后云南上游(孟加拉湾地区)开始出现持续稳定的水汽通量和水汽通量辐合,随着南支槽的东移和副高的缓慢东移,水汽在槽前西南气流和副高外围气流的引导下源源不断向云南南部输送水汽,是南部出现强降水过程的直接原因。相关性分析和合成分析表明,热带印度洋-5°S~5°N,65°E~90°E地区的对流与云南南部降水存在显著正相关关系,当热带低频振荡对流位于第2位相(印度洋中西部),云南上游水汽条件明显改善,南部降水异常偏多。关注热带低频振荡的演变和发展,对于把握类似2011年秋季这样的强降水过程预报是有帮助的。     

热带东风急流的演变特征及其与亚非降水的关系

为初步了解热带东风急流与亚非降水尤其中国东部、华南地区天气系统之间的关系,利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,结合全球综合分析降水集(CMAP)及Ni o3.4海温指数,采用突变检验、小波分析、相关分析、合成分析等方法,对TEJ的结构、演变特征及其与亚非地区降水和大气环流的关系等进行研究。分析表明:TEJ从南海上空向西延伸,经印度到达非洲北部上空,中心位于印度半岛南端、阿拉伯海上空。利用"区域平均"法,定义了热带东风急流指数(TEJI),讨论了该指数62年的年际、年代际变化特征,并分析了TEJI与亚非降水、大气环流及ENSO的关系,结果表明:TEJ呈现强度一致减弱趋势,且突变大致发生在1978年;小波分析表明标准化TEJI存在准10年振荡周期;主要降水带出现在急流入口区右侧和出口区左侧,降水主要位于南亚和东亚季风区内;亚非季风区夏季降水与TEJ响应最敏感的区域是西亚、北非(负相关)、南亚(正相关);海平面气压场和南亚高压与TEJ密切相关,对中国东部和华南地区的旱涝预报起着重要的作用。     

华南两次强台风暴雨过程的水汽与湿位涡对比分析

【目的】探讨不同季节但路径相似的台风暴雨的相关特征,为不同季节的台风暴雨落区预报提供参考依据。【方法】利用常规的探空和地面资料以及NCEP/NCAR1°×1°全球再分析资料,计算2个强台风的水汽通量散度和湿位涡场。对比分析水汽通量辐合、湿位涡正压项(MPV1)和斜压项(MPV2)的水平和垂直分布特征,以及与暴雨落区的对应关系。【结果】秋季的"彩虹"台风高层副热带高压加强,而中低层冷空气和东南气流的汇合使"彩虹"台风的东侧和北侧获得更有利的动力环境条件;而夏季的"威马逊"台风北侧无冷空气影响,台风南侧外围强盛的西南季风气流卷入。台风"威马逊"期间,强的水汽通量辐合中心始终在台风及其残涡中心的南侧和西侧;台风"彩虹"登陆后60 h内一直持续有2支强盛的气流向台风中心输送水汽,而水汽通量的辐合中心与"威马逊"相反,位于台风中心的北侧和东侧,东南气流的卷入以及维持时间长使暴雨增幅。台风"彩虹"登陆后高层高值MPV1扰动下传,低层MPV2> 0并增强,湿斜压性得以增强,有利于垂直涡度增长,使台风低压得以维持和发展;登陆后48～66 h 925 hPa层MPV1为负值,使对流不稳定能量及潜热能的释放,有利于暴雨的维持。而台风"威马逊"登陆后湿斜压性增强不明显。2个台风强降水中心大致位于925 hPa MPV1正负中心过渡带偏向负中心一侧;"威马逊"过程低层MPV1负值中心在正值中心的左侧,对应着西南季风的汇入区;而"彩虹"过程低层MPV1负值中心在正值中心的右侧,对应着冷空气和东南气流的汇合区。这是2个台风暴雨落区差异的成因之一。【结论】本研究得出的湿位涡诊断结果对台风暴雨落区预报具有较好的指示意义。