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。     

近50年中国大陆冬季气温和区域环流的年代际变化研究

利用中国大陆468 个站点1960～2013 年逐日气温资料,本文首先对中国冬季气温的年代际变化特征进行分析。通过气候跃变检验分析发现,中国冬季气温在整体变暖的趋势上叠加有年代际波动,可划分为冷期、暖期和停滞期三个时期。本文对比三个时期的冬季大气环流发现,冷/停滞期（暖）期西风环流减弱（增强）而东亚大槽增强（浅薄）,槽后的辐合下沉增强（削弱）,西伯利亚高压增强（减弱）,这加强（削弱）了东亚冬季风,冷空气更多（少）侵入中国大陆地区,冬季气温偏低（高）。北半球环状模/北极涛动（Northern Hemisphere Annular Mode,NAM/Arctic Oscillation,AO）正是通过东亚冬季风系统对中国冬季气温,尤其是冬季最低气温有很强的年代际影响。太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation,PDO）与中国冬季气温在年代际上也有很好的正相关关系。进一步将PDO 的年代际变化分量作为背景,分析NAM/AO 和厄尔尼诺—南方涛动（El Nino Southern Oscillation,ENSO）不同配置下的东亚冬季风环流场可以发现,两者的配置作用不仅影响着中国冬季气温一致变化型的年代际波动,而且也可以影响到冬季气温南北反相振荡型的变化,这从一个方面解释了1980 年代和1990年代北方变暖较强及最近十年北方降温趋势较为明显的原因。     

大样本初始化十年际预测试验（CESM-DPLE）对东亚夏季气候预测的评估

基于气温和降水观测资料以及美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）大气再分析资料,系统评估了大样本初始化十年际预测试验（CESM-DPLE）对1959—2016年东亚夏季气候预测的能力。结果表明,CESM-DPLE能较好地模拟东亚夏季气候以及相关主要大气环流系统的基本态特征,在年际尺度上对东亚气温有很高的预测技巧但对降水几乎没有预测能力。CESM-DPLE再现了北大西洋多年代际振荡（AMO）经由激发遥相关波列所引起的中高纬度大气环流、东亚夏季风和气候的异常。20世纪90年代末之后,北大西洋多年代际振荡由冷位相转为暖位相,遥相关波列位相调整,东亚受异常低压控制,东亚夏季风偏强,夏季气温偏高、降水偏多。总体上,尽管还存在着不足,但CESM-DPLE对东亚夏季温度年际变化以及与20世纪90年代末北大西洋多年代际振荡位相转变相联的东亚夏季气候年代际变化具备一定的预测能力,是目前研究和预测东亚气候变化的一套较好试验数据。      

春季青藏高原积雪年际变率的年代际转型对东亚夏季风影响的研究进展

冬春青藏高原积雪异常是东亚夏季风的重要预测因子之一。本文系统回顾了近20年关于青藏高原积雪年际变率的年代际转型影响东亚夏季风的相关研究,主要结论如下：（1）20世纪90年代初春季青藏高原积雪的年际变率从东西偶极型转变为全区一致型,这主要受北太平洋、热带大西洋海温异常变化的影响,也与南极涛动、北极涛动的变化密切相关;（2）春季青藏高原积雪年际变率的年代际转型可通过影响东亚高层的副热带西风急流和低层的水汽输送,进而影响东亚夏季风降水格局变化;（3）青藏高原积雪异常可通过“高原大气河”的机制影响梅雨雨带;（4）大西洋年代际振荡可调节春季青藏高原积雪与梅雨降水关系的年代际变化,当大西洋年代际振荡为正（负）位相时,春季青藏高原积雪与梅雨的关系加强（减弱）。最后,本文对青藏高原积雪异常影响东亚季风变化的关键科学问题进行了讨论与展望。     

热带环流指数与夏季长江中下游旱涝的年际变化

比较利用海—陆气压差和南亚季风环流定义的夏季风指数对夏季长江中下游旱涝年际变化的表征能力,根据影响东亚季风的主要热带环流定义了一个环流指数,该指数与长江中下游旱涝的年际变化存在很好的对应关系。利用１９８２年～１９９４年夏季平均可降水量距平、北半球５００ｈＰａ位势高度场距平,通过高、低指数合成和高度场与同期的热带海表温度异常的ＳＶＤ分析,结果表明,热带环流指数的高、低差异和年际变化对影响东亚夏季降水的大气环流型具有较强的分辨能力。     

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.     

1880-2006年中国夏季雨带类型的年代际变化特征

 利用1880-2006年中国东部地区夏季降水量及1951-2006年中国160个站夏季降水量和北半球大气环流资料,在夏季降水分型的基础上,研究了夏季雨型的年代际变化规律,分析了夏季各类雨型所对应的北半球500 hPa环流场的主要特征。结果表明：东部季风区和西部区存在着20～40 a左右的年代际振荡趋势,东北区则表现为明显的15 a左右的年代际变化特点;东部季风区四类雨型东亚大气环流差异显著,西部区二类雨型和东北区二类雨型欧亚大气环流的配置基本都相反。     

青藏高原增暖对东亚夏季风的影响——大气环流模式数值模拟研究

20世纪50年代以来,随着全球海表面温度年代际变化和全球变暖现象的出现,东亚夏季风降水和环流场也出现相应的年代际变化。是什么原因引起这个长期的变化趋势？研究表明青藏高原增暖可能是导致东亚夏季风年代际变化的重要因子之一。为了能够更好地理解青藏高原地表状况对下游东亚季风的影响,作者使用德国马普气象研究所大气环流模式（ECHAM）进行一系列数值试验。在两组敏感性试验中,通过改变高原上的地表反照率从而达到改变地表温度的目的。数值试验结果表明:青藏高原增暖有助于增强对流层上层的南亚高压、高原北侧西风急流和高原南侧东风急流以及印度低空西南季风;与此同时,东亚地区低层西南气流水汽输送增强。高原增暖后降水场的变化表现为:印度西北部季风降水增加,长江中下游以及朝鲜半岛梅雨降水增多;在太平洋副热带高压控制下的西北太平洋地区和孟加拉湾东北部,季风降水减少。对数值模拟结果的初步诊断分析表明:在感热加热和对流引起的潜热加热相互作用下,南亚高压强度加强,东亚夏季低层西南季风增大、梅雨锋降水增强,高原东部对流层上层的副热带气旋性环流增加,以及对流层低层的西太平洋副热带高压增强。另外,在青藏高原增暖的背景下,孟加拉湾地区季风降水减弱。本项研究有助于更好地理解东亚夏季风年代际变化特征和未来气候变化趋势。     

夏季东亚大气遥相关型变化特征及其与长江中下游旱涝的关系

用 ５００ ｈ Ｐａ 高度场资料及中国 １６０ 个站的月平均降水资料,采用 Ｅ Ｏ Ｆ、合成分析和奇异谱分析等方法,分析了长江中下游旱涝年夏季降水与同期东亚大气环流的关系,结果表明长江中下游旱涝与 ５００ ｈ Ｐａ 高度场东亚太平洋遥相关型（ Ｅ Ａ Ｐ）关系密切, Ｅ Ａ Ｐ指数能较好地反映夏季 ５００ ｈ Ｐａ 高度场的配置及长江中下游降水。文中重点讨论了 Ｅ Ａ Ｐ指数的振荡周期及高低指数年西太平洋副高的变化特征。 Ｅ Ａ Ｐ指数 ３～６ 年、准两年及年代际变化反映了长江中下游旱涝的年际变化及年代际变化趋势。 Ｅ Ａ Ｐ高指数年（对应涝年）,西太平洋副热带高压为纬向型,随季节南北移动较缓慢,副高位置偏南偏西,并且强度偏强;而 Ｅ Ａ Ｐ低指数年（对应旱年）,西太平洋副高呈经向型,随季节由西南向东北移动较迅速,副高偏东偏北,并且强度偏弱。     

1880-2006年中国夏季雨带类型的年代际变化特征

利用1880-2006年中国东部地区夏季降水量及1951-2006年中国160个站夏季降水量和北半球大气环流资料,在夏季降水分型的基础上,研究了夏季雨型的年代际变化规律,分析了夏季各类雨型所对应的北半球500 hPa环流场的主要特征。结果表明：东部季风区和西部区存在着20～40 a左右的年代际振荡趋势,东北区则表现为明显的15 a左右的年代际变化特点;东部季风区四类雨型东亚大气环流差异显著,西部区二类雨型和东北区二类雨型欧亚大气环流的配置基本都相反。     

中国长江中下游梅雨锋暴雨形成机理以及监测与预测理论和方法研究

国家重点基础研究发展规划项目“我国重大天气灾害形成机理与预测理论研究”经过项目全体科学家的 5a研究 ,取得了一系列重要的研究成果 :(1)提出了基于多种实时观测资料的梅雨锋暴雨的多尺度物理模型 ;(2 )建立了梅雨锋暴雨的天气学模型 ;(3)梅雨锋是由多个不同尺度系统构成的梅雨锋系 ,它具有介于温带锋系结构与热带辐合带结构之间的副热带锋系结构 ,在长江中下游有时可表现为双锋结构。锋前的湿物理过程与锋上强对流系统发展形成的正反馈过程以及梅雨锋系的不同尺度系统的相互作用是梅雨锋维持与发展的重要机制 ;(4 )提出了多种中尺度暴雨的定量卫星遥感反演理论和方法 ,并形成一系列新的反演产品 ;(5 )成功地研究了双多普勒雷达同步探测和反演中尺度暴雨三维结构的理论和方法 ;(6 )发展了配有三维变分同化系统的中尺度暴雨数值预报模式系统 ,在 2 0 0 3年淮河抗洪救灾中发挥了积极作用。上述研究成果表明该项目已经圆满地完成了预定的目标与任务。     

2004年春季两次增温过程及降水的对比分析

利用常规的天气图、卫星云图和物理量诊断对2004年春季两次持续性增温过程及降水天气进行诊断分析,结果表明:两次增温过程的降水强度、范围和落区等差异显著。前者造成了陕西历史上最早的暴雨过程,并有冰雹相伴;后者则为一般性降水。在春季降水过程中,当南海和菲律宾附近有热带低压云系存在时,对陕西的强降水有增幅作用;来自孟加拉湾700 hPa的偏西南急流和来自南海850 hPa的偏东南急流直伸到陕西的位置决定强降水的落区。700 hPa正涡度中心与垂直运动的上升区配合很好,涡度随着暴雨的临近明显增大,正涡度的增长,有利于对流的发展。     

EVALUATION OF CONVECTIVE-STRATIFORM RAINFALL SEPARATION SCHEMES BY PRECIPITATION AND CLOUD STATISTICS

In this study,two convective-stratiform rainfall partitioning schemes are evaluated using precipitation and cloud statistics for different rainfall types categorized by applying surface rainfall equation on grid-scale data from a two-dimensional cloud-resolving model simulation.One scheme is based on surface rainfall intensity whereas the other is based on cloud content information.The model is largely forced by the large-scale vertical velocity derived from the Tropical Ocean Global Atmosphere Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment(TOGA COARE).The results reveal that over 40% of convective rainfall is associated with water vapor divergence,which primarily comes from the rainfall type with local atmospheric drying and water hydrometeor loss/convergence,caused by precipitation and evaporation of rain.More than 40% of stratiform rainfall is related to water vapor convergence,which largely comes from the rainfall type with local atmospheric moistening and hydrometeor loss/convergence attributable to water clouds through precipitation and the evaporation of rain and ice clouds through the conversion from ice hydrometeor to water hydrometeor.This implies that the separation methods based on surface rainfall and cloud content may not clearly separate convective and stratiform rainfall.     

HLAFS显式云降水方案及其对暴雨和云的模拟(II)暴雨和云的模拟

在HLAFS业务数值预报模式的动力框架下,利用文章(I)所述的显式云降水方案,对一次暴雨过程和伴随着的云物蓝砸淮伪?雨过程和伴随着的云物泪果表明,显式方案对降水落区和强降水中心位置的预报较原HLAFS的大尺度饱和凝结方案有明显改进.模式能合理地揭示出暴雨发生、发展过程中的云系演变规律和云物理过程.冰相过程对降水、中尺度热力和动力场有明显影响,特别是冰相过程有利于降水的早期的形成速率.与卫星TBB资料的对比分析表明,引进显式方案后,模式能较合理地模拟出云系的轮廓、位置、范围、强度、生消和移向,模式模拟出的云顶温度与卫星测量出的云顶温度较为一致.     

东亚海陆热力差指数及其与环流和降水的年际变化关系

利用 196 1～ 1999年海温和地温月平均资料 ,定义了一个海陆热力差指数 ,来表示东亚季风环流的纬向和经向海陆热力差异的变化强度 ,研究了夏季指数与东亚夏季风环流场和中国东部夏季降水的年际变化关系。结果表明 :(1)海陆热力差指数可用来表示东亚夏季风的强弱变化。强指数年东亚季风区低空西南夏季风气流和高层的东风气流明显偏强 ,表明这一年夏季风偏强 ,弱指数年反之。 (2 )海陆热力差指数能较好地反映东部季风区夏季降水的异常状况。强指数年 ,雨带偏北 ,江淮流域和长江中下游明显干旱 ,华南、华北降水偏多 ,弱指数年反之。这一降水异常特征可以从强弱海陆热力差指数年的环流场得到解释。 (3)海陆热力差指数所反映的东亚夏季风具有明显的准 2a和 3～ 6a周期的年际振荡 ,但其振幅和周期具有显著的年代际异常     

梅雨锋强降水与低空急流日变化的观测分析和数值模拟

利用地面加密自动站逐小时观测资料和ERA-Interim再分析资料,分析了2011年6月江淮流域的5次强降水过程和西南低空急流的日变化特征。发现强降水的日变化与西南低空急流的日变化一致:02—08时增强,14时减弱。这主要是由于夜间边界层内的惯性振荡,导致西南低空急流增强从而使得梅雨锋水汽通量辐合增强,降水增强;而白天由于边界层混合摩擦力增大,致使西南低空急流减弱或消失,降水减弱。WRF数值模拟试验不仅重现了观测的日变化特征,而且证实了江淮暴雨和西南低空急流的日变化主要是由非地转风的日变化造成:白天边界层混合强,风为次地转;而夜间边界层混合消失,气压梯度力和科氏力平衡的惯性振荡使得风为超地转      

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…     

IMPACTS OF MONTHLY ANOMALIES OF INTRASEASONAL OSCILLATION OVER SOUTH CHINA SEA AND SOUTH ASIA ON THE ACTIVITY OF SUMMER MONSOON AND RAINFALL IN EASTERN CHINA

The impact of strong (weak) intraseasonal oscillation (ISO) over South China Sea (SCS) and South Asia (SA) in summer on the SCS and SA summer monsoon and the summer rainfall in Eastern China are studied by using the NCEP-NCAR analysis data and the rainfall data of 160 stations in China from 1961 to 2010. It is found that the impacts are significantly different in different months of summer. The study shows that in June and July cyclonic (anticyclonic) atmospheric circulation over SCS and SA corresponds to strong (weak) ISO over SCS. In August, however, strong (weak) ISO over SCS still corresponds to cyclonic (anticyclonic) atmospheric circulation over SA. In June and August cyclonic (anticyclonic) atmospheric circulation over South Asia corresponds to strong (weak) ISO over SA while a strong (weak) ISO corresponds to anticyclonic (cyclonic) atmospheric circulation over SA in July. Besides, in June the strong (weak) ISO over SA corresponds to cyclonic (anticyclonic) atmospheric circulation over SCS, while in July and August the atmospheric circulation is in the same phase regardless of whether the ISO over SA is strong or weak. The impacts of the strong（weak）ISO over SCS on the rainfall of eastern China are similar in June and July, which favors less (more) rainfall in Yangtze-Huaihe Rivers basin but sufficient (deficient) rainfall in the south of Yangtze River. However, the impacts are not so apparent in August. In South Asia, the strong (weak) ISO in July results in less (more) rainfall in the south of Yangtze River but sufficient (deficient) rainfall in Yangtze-Huaihe Rivers basin. The influence on the rainfall in eastern China in June and August is not as significant as in July.     

上海地区城市化速度与降水空间分布变化的关系研究

采用1960-2007年上海地区11个站的逐日降水资料,基于空间标准化相对降水量,研究上海城市化进程不同阶段的降水空间分布变化.结果表明,伴随城郊城市化进程差异的显著加快,上海年降水量的空间差异增大.城市化进程的快速增长期,年降水量和暴雨以上的强降水日数呈现出明显的城市雨岛分布特征;在城市化进程的缓慢增长期,该特征则不...     

EFFECTS OF SEA SURFACE TEMPERATURE AND ITS DIURNAL VARIATION ON DIURNAL VARIATION OF RAINFALL: A PARTITIONING ANALYSIS BASED ON SURFACE RAINFALL BUDGET

The effects of sea surface temperature(SST) and its diurnal variation on diurnal variation of rainfall are examined in this study by analyzing a series of equilibrium cloud-resolving model experiments which are imposed with zero large-scale vertical velocity.The grid rainfall simulation data are categorized into eight rainfall types based on rainfall processes including water vapor convergence/divergence,local atmospheric drying/moistening,and hydrometeor loss/convergence or gain/divergence.The rainfall contributions of the rainfall types with water vapor convergence are insensitive to the increase in SST from 27°C to 29°C during the nighttime,whereas they are decreased during the daytime.The rainfall contributions of the rainfall types with water vapor convergence are decreased as the SST increases from 29°C to 31°C but the decreases are larger during the nighttime than during the daytime.The rainfall contributions of the rainfall types with water vapor convergence are decreased by the inclusion of diurnal variation of SST with diurnal difference of 1°C during the nighttime,but the decreases are significantly slowed down as the diurnal difference of SST increases from 1°C to 2°C.The rainfall contributions of the rainfall types with water vapor convergence are insensitive to the inclusion of diurnal variation of SST during the daytime.