Variation in Summer Rainfall in North China during the Period 1956--2007 and Links with Atmospheric Circulation

Using gauge precipitation data and NCEP-NCAR reanalysis data, the interdecadal changes in summer precipitation during the period 1956-2007 in North China and the link with atmospheric circulation change over Eurasia are studied. Results show that precipitation amounts decreased by 16.2 mm per decade, which was attributable to a significant reduction in precipitation frequency. Contrary wave trains were found in the subtropical westerly jet (wave guide) over Eurasia for the wet and dry years of North China. When the wave trains had a ridge (trough) around the Korean Peninsula, conditions favored (disfavored) the westward and northward extension of the West Pacific subtropical high. The westward and northward extension of the West Pacific subtropical high is, and was, beneficial to rainfall in North China. The downstream propagation of Rossby waves was found to favor the maintenance of these wave trains. Sensible heating in the south of Lake Baikal and latent heating from the Korean Peninsula to the south of Japan increased during the period 1980-2007, as compared to that during 1957-1979. the wet period. These changes had positive influences on the maintenance of Anticyclonic-Cyclonic anomaly centers in the wave trains. Furthermore, northerly winds were prevalent in the lower troposphere during the dry period (1980-2007). which prohibited the transportation of water vapor to North China from the seas and thereby led to a decrease in rainfall in North China. The weakening of the Indian Monsoon during the dry period might be one of reasons for the reduction in water vapor transportation.     

与华北地区春季降水量异常关联的大气环流异常

华北地区的春旱极大地影响着农作物的播种和生长.因此,尽管华北地区的春季1降水量没有夏季降水量那么多,但它的变化规律及其原因也是一个非常值得研究的问题.在本文中,我们指出,相对平均值而言,华北地区春季降水量的年际变化相当大.早年降水量的变化幅度相对较小,而降水多的年份之间降水量却有相当大的变化.进而,我们分析了在年际变化时间尺度上,与华北地区春季降水异常相关联的大尺度大气环流异常.发现在华北春季降水多时,东亚地区上空在整个对流层中存在一反气旋式环流异常,即与季节演变特征相符,而在热带地区存在与季节演变相反的环流异常.东亚地区上空这种反气旋式环流使得东亚大槽偏东、偏弱,并使得在我国东部地区出现南风异常,这种南风异常一直达到华北地区,为华北地区的降水提供有利条件.此外,反气旋式异常随高度向西斜,也为扰动的发展提供了有利的环流背景.本文对对流层高层经向风的分析结果表明,与华北春季降水密切相关的东亚地区反气旋式环流异常和南北风异常与出现在北半球中纬地区的波列有关系,但关于该波列产生的原因却有待进一步的研究.       

华北夏季降水的年代际变化及其与东亚地区大气环流的联系

利用1990－1999年华北夏季降水，海平面气压和1950－1999年NCEP月平均资料，借助小波变换研究了华北夏季降水的年代际变化特征，再用合成分析研究了华北夏季降水的年代际变化与东亚地区大气环流的联系，结果表明：近百年的华北夏季降水经历了20世纪30年代末之前和40年代末到70年代末两个多雨期阶段，20世纪30年代末到40年代末和70年代末之后两个少雨期阶段，华北夏季少雨期，东亚夏季风偏弱，亚洲地区500hPa高度场为正距平，副高脊线和北界位置偏南，贝加尔湖附近常伴有阻塞高压存在，而华北夏季多雨期则相反。     

华北夏季降水减少与北半球大气环流异常的关系

利用华北地区20站夏季降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用趋势分析、合成分析等方法,对华北夏季降水减少与北半球大气环流异常进行对比分析。结果表明,华北夏季降水量1951—2008年呈显著减少趋势,平均每10 a减少13.4 mm,1965年发生了气候突变,之后降水量减少更加明显。北半球大气环流在1965年前后有明显不同：1）1951—1965年夏季500 hPa高度场欧洲大槽、贝加尔湖槽较深,乌拉尔山高压脊较强,经向环流表现突出;而1966—2008年夏季欧洲大槽、贝加尔湖槽较浅,乌拉尔山高压脊较弱,纬向环流表现突出。2）1951—1965年夏季500 hPa蒙古冷槽位置偏北偏西,冷空气活动经常影响华北地区;而1966—2008年夏季蒙古冷槽位置东移南压到河套附近,冷空气经常影响华北以南以东地区。3）1951—1965年夏季海平面气压场蒙古低压异常强大,而1966—2008年蒙古低压明显减弱。4）1951—1965年夏季850 hPa东亚夏季风一直伸展到华北、东北地区,蒙古地区存在明显的气旋性环流,在河套附近产生风向辐合;而1966—2008年东亚夏季风在到达30°N附近风速显著减小,很少越过长江到达华北地区,在长江流域形成了风速辐合,同时蒙古地区的气旋性环流消失,河套附近的风向辐合变的很弱。1951—1965年华北多雨是由于东亚夏季风水汽的有效输送和河套附近的风向辐合造成的,而1966—2008年长江流域多雨是由于东亚夏季风在这里产生了风速辐合造成的。华北夏季降水减少与北半球大气环流异常有很好的联系。     

华北地区夏季降水的年际变化特征

利用1951—2000年中国160个台站降水资料和1958—2002年欧洲中心的ERA-40再分析资料,分析了华北地区夏季降水和对应大气环流的变化特征。结果表明：华北地区夏季降水自20世纪70年代中后期开始明显减少,出现持续性干旱;华北地区上空的暖高压、鄂霍次克海地区的高压脊和西太平洋副热带高压是控制华北地区的主要环流系统。当华北地区降水偏少时,华北地区上空700hPa出现反气旋型环流异常,华北地区上空出现明显偏北风异常,且下沉气流加强,水汽出现辐散,200hPa高度上西风带偏南且减弱;反之,当华北地区降水偏多时,华北地区上空700hPa出现气旋型环流异常,并出现偏南风异常,上升气流加强,水汽输送辐合,200hPa上西风异常偏北加强。     

华北夏季降水异常的变化及其与大气环流的联系

利用中国160站1951-2005年的逐月降水资料,以华北17站夏季降水异常为研究对象,在对其时空变化特征进行分析的基础上,探讨了影响其异常的同期因子——该地区上空大尺度环流异常特征.研究结果表明,华北夏季降水在55a里总的趋势是减少的,该地区干旱化的趋势明显,华北夏季降水存在准3a、准6a、准8a的年际周期和17～19a的年代际振荡周期。在华北夏季降水异常的年份,其降水通常与江南和华南的呈现反位相。在低层850hPa,当贝加尔湖地区的东北气流、中南半岛的西南气流及青藏高原北侧的偏西气流较常年偏强时,华北夏季降水较常年偏多;中层500hPa,副热带高压较常年偏弱、偏北、偏西,冷空气偏强,低纬热带季风活跃,南方水汽也供应充沛,从而华北多雨.     

华北夏季降水与北半球环流及北太平洋海温关系的初步分析

在利用基于Z指数的判别方法确定华北地区严重旱涝年份的基础上，应用合成分析方法研究了严重旱涝年的环流形势并初步分析了华北夏季旱涝的成因。然后用相关分析研究方法找出了与华北地区夏季降水关系密切的海温关键区，即赤道中东太平洋地区和北太平洋中高纬地区。利用大气环流模式进行数值试验，进一步研究了两个区域海温影响华北降水的地理机制和相对重要性，得到了一些有意义的结果。最后初步探讨了影响华北夏季降水异常的可能物理机制。     

近60年华北春季干旱特征及其与北大西洋海表温度的关系

利用观测资料统计分析和CAM5.3数值模拟相结合的方法,基于标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI),分析了1955-2018年华北地区春季干旱特征,并重点探讨了对北大西洋产生的影响.华北春季干旱的主要空间分布型为全区一致型,...     

华北夏季降水异常的客观分区及时间变化特征

应用1981—2007年华北地区703个站逐日加密站降水资料,运用旋转经验正交函数分解方法,对华北地区夏季降水进行了客观分区研究,并在此基础上应用Mann-Kendall和统计t检验方法分析了华北夏季降水不同区域的时间变化特征。结果表明:华北地区夏季降水区域性较强,华北地区夏季降水可分为7个典型天气区,7个典型天气区集中降水的起止时间不同,各分区的降水季节有别于自然季节,其中华北中部汛期开始迟,南、北部汛期开始早;华北东南部汛期结束最早,京津、河北东北部结束最晚。所分区域和所确定的各区域降水集中时间可应用到建立客观降水预报区域模型中,改善实际业务中客观降水的预报效果。     

2012年夏季华北降水和环流形势的低频振荡特征分析

对2012年夏季华北降水的低频振荡特征和相应的低频环流形势进行了分析,结果表明:2012年华北夏季降水具有显著的10~13 d低频振荡周期,振荡的演变和强降水有很好的对应关系,强降水过程基本发生在振荡的波峰处。强降水发生前,对流层低层在孟加拉湾地区首先出现低频反气旋式环流并逐渐加强,菲律宾至我国南海地区的低频环流系统逐渐向西北方向传播,中高纬西风带上有负低频高度距平东移,其伴随西风槽加深东移。对流层上层伊朗高原低频气旋式环流减弱,随后青藏高原东部低频反气旋式环流加强东移。强降水发生时,来自西北太平洋的低频偏南风和西风槽东移携带的低频水汽,为华北地区提供了充沛的低频水汽。同时对流层高层青藏高原的低频反气旋式环流东移控制我国中东部地区,华北至东北地区为强烈的低频辐散中心,上升运动加强,为降水的发生提供动力条件。对流层各层低频系统的相互配合对华北强降水的发生和维持起到了重要作用。     

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。     

华北盛夏降水年代际变化与南半球环流异常的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国160个台站降水资料,分析了华北盛夏降水与南半球马斯克林高压、澳大利亚高压的年际关系。结果表明,华北盛夏降水和马高、澳高在年际变化尺度上都有着显著的负相关关系,且这种关系存在年代际变化,并重点分析了与华北盛夏降水年代际变化相对应的南半球环流异常型的特征。     

中国东部夏季降水型的年代际变化及其与北太平洋海温的关系

采用中国160站降水资料、NOAA ERSST海温资料以及ERA－40大气再分析资料, 分析了中国东部夏季降水型的年代际变化特征及其与北太平洋海温的可能联系。结果表明: 中国东部夏季降水型在近50年中经历了两次年代际变化, 第1次发生在20世纪70年代中后期, 北太平洋中纬度地区冬季海温由正距平向负距平转变, 太平洋年代际振荡(PDO, Pacific decadal oscillation) 由负位相向正位相转变, 通过影响东亚夏季风环流, 使东亚夏季风减弱, 中国东部夏季降水从北到南呈现出“＋－＋” 转变为“－＋－”的三极分布形态, 这次年代际变化体现了同一模态正负位相的转变; 第2次发生在20世纪80年代末90年代初, 北太平洋海温转变为日本以南西北太平洋的正距平分布, 同时菲律宾群岛附近海温偏暖, 西太平洋副热带高压偏南偏西, 使得中国东部夏季降水由北至南转变成“－＋”的偶极分布形态, 这次年代际变化体现了一种模态向另一种模态的转变。     

西北地区夏季降水异常及其水汽输送和环流特征分析

利用NCEP/NCAR 1951～2000年共50a的再分析资料及我国西北地区内31个代表站的降水资料,对西北地区近50a来夏季降水异常的时空特征、环流形势及水汽输送进行了研究。分析发现,西北地区夏季降水异常与东部沿海地区的降水呈反位相分布,说明西北地区和东部沿海地区的降水影响系统不同,影响时期不一致。分析结果表明,影响西北地区夏季多、少雨年的相关区域环流特征和水汽输送特征有显著差异。     

Characteristics of Subtropical Monsoon and Rainfall over Eastern China and Western North Pacific

Using the NCAR/NCEP (National Center for Atmospheric Research/National Centers for EnvironmentalPrediction) reanalysis and the NOAA Climate Prediction Center's merged analysis of precipitation (CMAP)during 1981-2000, we investigated the seasonal evolution of the southwesterly wind and associated precipitation over the eastern China-subtropical western North Pacific area and its relationship with the tropical monsoon and rainfall, and analyzed the reasons responsible for the onset and development of the wind. It was found that the persistent southwesterly wind appears over southern China and the subtropical western Pacific the earliest in early spring, and then expands southwards to the tropics and advances northward to the midlatitudes. From winter to summer, the seasonal variation of surface heating over western China and the subtropical western Pacific may result in an earlier reversal of the westward tropospheric temperature gradient over the subtropics relative to the tropics, which may contribute to the earliest beginning of the subtropical southwesterly wind. Additionally, the strengthening and eastward expanding of the trough near theeastern Tibetan Plateau as well as the strengthening and westward moving of the western Pacific subtropical high also exert positive influences on the beginning and development of the subtropical southwesterly wind.In early summer,the northward expansion of the southwesterly wind over southern China is associated with a northward shift of the subtropical high, while the southward stretch of the southwesterly wind is associated with a southward stretch of the trough in the eastern side of the plateau. With the beginning and northward expansion of the subtropical southwesterly wind (namely southwest monsoon), convergences of the low-level air and water vapor and associated upward motion in front of the strongest southwesterly wind core also strengthen and move northward, leading to an increase in rainfall intensity and a northward shift of the rain belt. Accordingly, the subtropical rainy season occurs the earliest over southern China in spring, moves northward to the Yangtze-Huaihe River valley in early summer, and arrives in North China in mid summer.Compared with the subtropical rainy season, the tropical rainy season begins later and stays mainly over the tropics, not pronouncedly moving into the subtropics. Clearly, the Meiyu rainfall over the Yangtze-Huaihe River valley in early summer results from a northward shift of the spring rain belt over southern China,instead of a northward shift of the tropical monsoon rain belt. Before the onset of the tropical monsoon,water vapor over the subtropical monsoon region comes mainly from the coasts of the northern Indo-China Peninsula and southern China. After the onset, one branch of the water vapor flow comes from the Bay of Bengal, entering into eastern China and the subtropical western Pacific via southwestern China and the South China Sea, and another branch comes from the tropical western North Pacific, moving northwestward along the west edge of the western Pacific subtropical high and entering into the subtropics.     

西北地区春、夏季降水的水汽输送特征

运用1960—1997年内NCEP/NCAR的格点为2.5°×2.5°多个再分析气象要素资料以及西北地区95个加密测站降水资料,通过相关分析、合成分析等诊断方法对影响西北地区春、夏季降水的整层大气的水汽水平输送特征、各层水汽垂直输送特征以及西北地区春、夏季各个边界区域水汽输送特征进行了系列研究,揭示了西北地区季节性降水的水汽源以及水汽源三维输送路径特征;同时阐述了西北地区季节性降水与同期空中水汽含量显著性相关的原因。并用西北地区干、湿年份相关气象要素场对本文的一些分析结果进行了验证。     

华北地区夏季降水与全球海温异常的关系

利用华北17个站1951—2000年的逐月降水资料,与前一年1月到当年12月全球逐月海温距平(1950—1998年)求相关,得到了全球海温影响华北夏季降水的关键影响区为21°~27°N,175°E~175°W,对应的关键影响时段为当年1~3月。然后用SVD方法证实了当年1~3月是与华北夏季降水相关最显著的时段;而所选关键区正是处于一种范围更大的海温分布型的关键部位,而华北地区是所选海温关键区在当年1~3月影响中国东部降水的相关最显著的区域之一。     

中纬度阻塞高压指数与华北夏季降水的联系

利用500hPa高度场资料计算了亚洲中纬度3个区域(鄂霍次克海区、贝加尔湖区、乌拉尔山区)阻塞高压指数，通过相关分析、合成分析研究了阻塞高压指数与华北夏季降水之间的联系。结果表明3个区域阻塞高压指数均具有明显的年代际变化，并且与华北夏季降水在年代际尺度上关系密切，相关系数分别为-0．4622、-0．6763、-0．6713。在阻塞高压的频发期，中纬度西风在东亚地区发生分支，分别形成极锋和副热带锋区，东亚夏季风偏弱，西太平洋副热带高压位置偏南，我国夏季雨带位置偏南，造成华北夏季干旱；而在阻塞高压的少发期则相反。     

Seesaw Pattern of Rainfall Anomalies between the Tropical Western North Pacific and Central Southern China during Late Summer

It is well known that suppressed convection in the tropical western North Pacific(WNP) induces an anticyclonic anomaly,and this anticyclonic anomaly results in more rainfall along the East Asian rain band through more water vapor transport during summer, as well as early and middle summer. However, the present results indicate that during late summer(from mid-August to the beginning of September), the anomalous anticyclone leads to more rainfall over central southern China(CSC), a region quite different from preceding periods. The uniqueness of late summer is found to be related to the dramatic change in climatological monsoon flows: southerlies over southern China during early and middle summer but easterlies during late summer. Therefore, the anomalous anticyclone, which shows a southerly anomaly over southern China, enhances monsoonal southerlies and induces more rainfall along the rain band during early and middle summer. During late summer,however, the anomalous anticyclone reflects a complicated change in monsoon flows: it changes the path, rather than the intensity, of monsoon flows. Specifically, during late summers of suppressed convection in the tropical WNP, southerlies dominate from the South China Sea to southern China, and during late summers of enhanced convection, northeasterlies dominate from the East China Sea to southern China, causing more and less rainfall in CSC, respectively.