东北地区夏季旱涝的环流型及动力气候模式解释应用

利用松花江流域100站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、哈得来中心海温资料等,运用多种统计方法和数值模拟分析了1975—2020年松花江流域暖季（5—9月）降水的年代际变化特征及其与北大西洋和热带印度洋海温的关系。研究表明,松花江流域暖季降水具有明显的年代际变化特征,20世纪90年代中后期发生了明显的年代际转变,由多雨阶段转为少雨阶段。年代际尺度上,暖季北大西洋马蹄型（North Atlantic Horseshoe,NAH）海温模态和印度洋海盆一致型（Indian Ocean Basin,IOB）海温模态分别与同期松花江流域降水呈显著的负相关和正相关关系,相关系数分别为−0.77和0.68。20世纪90年代中期之前,NAH模态负位相的海温异常在欧亚中高纬度地区激发纬向波列,将异常波能量传递到东北亚地区,在日本海至贝加尔湖地区产生异常气旋式环流;同时,IOB模态正位相的海温异常通过激发开尔文波,引起中国南海到孟加拉湾地区异常反气旋式环流,该异常反气旋式环流在东亚沿海激发出太平洋-日本型（PJ）波列,使得松花江流域出现异常气旋式环流。两者的共同作用使北太平洋水汽输送至松花江流域,有利于松花江流域降水偏多;20世纪90年代中期之后,NAH（IOB）模态由负位相（正位相）转为正位相（负位相）,在NAH正位相和IOB负位相的协同影响下,松花江流域出现异常反气旋式环流,导致该区域降水偏少。     

中国东北地区夏季旱涝的大气环流异常特征

利用东北地区均匀分布的69个测站35年(1961～1995年)夏季月平均降水资料和NCEP/NCAR 1958～1997年月平均再分析资料,对我国东北地区夏季旱涝发生的大气环流异常特征及其差异进行了诊断分析研究.结果表明,东北地区旱涝年夏季,高纬和极区大气环流特征、东北亚异常长波槽脊的分布和活跃程度、东亚大槽和西太平洋副热带高压的位置和强度等均有十分明显的差别.不仅如此,该区域夏季降水异常还显著地受到亚洲季风诸系统的影响,包括南亚季风,也包括南海季风和副热带季风,并且高空西风急流的位置和强度也有明显变化.涡度、散度、垂直速度和水汽含量等物理量特征在旱涝年不仅有截然相反的分布,而且还表现出与低纬地区存在着不同的联系方式.位于菲律宾以东洋面上行星尺度的高层辐散和低层辐合也有一定不同,并且受热带地区大气加热强度变化的影响,东北地区所在经度上的经圈环流在旱涝年也发生了明显变化,从而对该区域降水异常产生影响.     

华北夏季旱涝的环流特征分析

本文运用月降水量、500hPa、100hPa月平均高度场和海平面气压场，在对50a华北夏季旱涝等级重新评定的基础上，分析了与华北夏季旱涝年对应的环流异常特征。结果表明华北旱涝年，对应整个北半球上各层都存在显著的环流异常变化。旱年500hPa环流异常使得极涡偏心，相应乌拉尔山和北美的气候槽偏强；中纬度位于华北的平均槽东移到朝鲜日本一带，而西部脊东移控制华北；低纬西太平洋副高偏东，印度低压槽偏弱。涝年则相反。在海平面气压场上，除了在与高层对应的显著异常区有相应变化外，在我国东部大陆大部及赤道中东太平洋上也有一显著的异常区，证实夏季风和KNSO与华北旱涝存在密切的联系。在100hPa高度场旱涝年环流差异主要表现为南亚高压南北界的位置变化。     

商丘夏季旱涝环流形势及气候变化特征

利用1954～2001年气象资料,分析了商丘夏季旱涝的环流形势特点,并通过历史曲线演变趋势和小波分析方法分析了夏季降水和温度的变化时序特征,结果表明,降水和温度变化具有不同周期性.     

江苏夏季旱涝环流演变特征分析

利用NCEP/NCAR OLR月资料和北半球500 hPa逐月高度场距平格点资料,讨论江苏夏季旱涝天气气候的环流特征.研究表明:菲律宾以西太平洋暖池区OLR低值区值强弱直接影响江苏夏季降水,OLR值越低,该区辐合越强,则其北部副热带高压偏强,有利于副高的北抬和西伸,使副高北侧的雨带偏东偏北,江苏易偏旱;反之江苏易偏涝.500 hPa在东亚地区南北呈" 、-、 "的纬向分布,中高纬度乌拉尔山和鄂霍茨克海地区夏季500 hPa高度距平场为明显的正距平区,在该地区形成双阻或单阻有利于形势的稳定,使降水持续,江苏夏季降水偏多.     

商丘夏季旱涝环流形势及气候变化特征

利用1954－2001年气象资料，分析了商丘夏季旱涝的环流形势特点，并通过历史曲线演变趋势和小波分析方法分析了夏季降水和湿度的变化时序特征。结果表明，降水和湿度变化具有不同周期性。     

陕西夏季旱涝的主要环流特征

利用1961—2008年NCEP／NCAR再分析资料以及陕西地面月降水资料,采用EOF分解、合成分析等方法,分析了陕西夏季旱涝的时空分布特征以及前期气候系统的异常信号特征。结果表明：陕西夏季多雨年乌拉尔山高压脊和鄂霍次克海高压偏强,贝加尔湖低槽偏深,西太平洋副热带高压偏强,西伸脊点偏西。并且前期冬季中高纬度中亚长波脊偏强偏西,西太平洋副热带高压偏强,印缅槽偏弱,700hPa西北地区东部至华北偏北风异常偏强,赤道东太平洋出现暖水位相,西风漂流区海温偏低,印度洋海温偏高,陕西夏季易多雨;而陕西夏季少雨年西太平洋副热带高压偏弱,西伸脊点偏东,陕西主要受中亚高脊前西北气流控制。前期冬季中高纬度欧洲西北部低槽偏强,中亚长波脊偏弱,西太平洋副热带高压偏弱,印缅槽偏强,700hPa西北地区东部至华北偏南风异常偏强,赤道东太平洋出现冷水位相,西风漂流区海温偏高,印度洋海温偏低,陕西夏季易少雨。     

重庆夏季旱涝的欧亚环流特征分析

计算了重庆地区夏季区域降水指数．采用相关、合成、奇异值分解等多种技术方法分析了重庆地区夏季旱涝的同期夏季和前期冬季欧亚环流特征,在此基础上定义了关键区环流指数．并分析了其对重庆地区夏季降水预报的指示意义。     

冬季环流与赤峰地区夏季旱涝

夏季旱涝与冬季环流关系密切。亚洲地区冬季纬向环流异常偏强，经向环流偏弱，同时1月的极涡所在纬度（简称极涡纬度）偏南时，极易造成赤峰地区夏季洪涝；相反，纬向环流偏弱，经向环流偏强，同时1月份的极涡纬度异常偏北时，极易造成赤峰地区夏季干旱。据此，把冬季环流进行分型，预测赤峰地区夏季旱涝。     

长江三峡地区夏季旱涝特征及气候预测

利用1951～2000年间三峡地区上游5个流域区间(乌江流域、重庆—万县、万县—坝区、嘉陵江流域、岷沱江流域)面降雨量资料分析了三峡地区夏季5、6、7、8月及6～8月旱涝分布特点和成因，探讨了若干主要环流系统对这一地区夏季旱涝的影响，建立了长江三峡地区夏季降水趋势概念化预测模型；模型思路清晰，方法简便，历史拟合率较高，2000、2001、2002年三年的预测结果基本是成功的。     

东北夏季降水的气候及异常特征分析

采用统计分析的方法对近50 a东北夏季降水的气候及异常特征进行了分析。结果表明:东北夏季降水空间分布很不均匀,除三江平原地区外东北大部7月降水最多;夏季全区出现较重干旱的概率大于较重雨涝,旱灾更为突出,其中辽西是较重旱涝频发的地区;近50 a夏季降水没有明显变干或变湿的倾向,而是具有阶段性旱涝交替特征,存在27、11 a左右的年代际尺度周期和3~6 a左右的年际尺度周期变化;6月旱灾几率大,易形成6~7月的连续干旱,7月易形成区域性特大涝灾,6月和8月在年代际尺度上具有反位相变化的特征。     

东北夏季降水的年代际特征及环流变化

利用1961-2012年中国东北地区91个气象站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和海温资料,以及经验正交函数分解EOF、显著性检验等方法,分析了东北地区夏季降水的时空分布特征、年代际变化特征及相应的环流分布型变化,探讨了不同年代际背景下东北夏季降水年际变化的环流差异。结果表明,东北夏季降水存在明显的年代际变化特征,在1961 1983年(P1)期间降水偏少,19841998年(P2)期间降水偏多,1999年之后(P3)又进入偏少时段。P2与P1时段相比,东北气旋式环流和蒙古反气旋式环流异常增强,而西北太平洋副热带地区为气旋式环流异常,来自西北太平洋偏东水汽输送贡献明显。P3与P2时段相比,东北冷涡活动偏弱,东北地区东部在850 h Pa为偏北风异常,偏南水汽输送有所减弱。进一步分析证实,北太平洋年代际振荡(PDO)对于东北地区夏季降水及相关环流型的年代际变化有重要的调制作用。P1与P3同为降水偏少时段,PDO都处于负位相,东北地区反气旋式环流都偏强;然而P1时段的多雨年,水汽输送主要来自较强的夏季风偏南气流;P3时段的多雨年,水汽输送可能主要来自西北太平洋地区。     

东北亚地区初夏、盛夏和传统夏季降水特征及环流型的异同性研究

本文利用1979~2015年GPCP（Global Precipitation Climatology Project）逐月降水资料,采用经验正交函数（EOF）分解和Morlet小波分析方法,对东北亚地区初夏、盛夏和传统夏季降水的时空分布特征以及环流型开展了系统性的研究,揭示了东北亚地区传统夏季降水表现为盛夏降水贡献占主导,其年际和年代际特征以及环流特征同盛夏降水特征相一致,而初夏降水和盛夏降水特征及形成机制则具有显著差异。空间分布上,初夏的降水EOF第一模态表现为“+－+”的三极型分布,而盛夏和传统夏季则表现为南北相反的偶极型特征;时间演变方面,初夏降水表现为5~6 a振荡周期,盛夏为2~3 a为主的振荡周期,传统夏季则兼具上述两类振荡周期;在年代际调整方面,在1990年代末,盛夏降水和传统夏季降水在华北和东北地区发生了显著的年代际转折。此外,分析降水与环流的联系发现:初夏,由于西太平洋上空异常反气旋将西太平洋等地的水汽向北方地区输送,且受欧亚Ⅱ型（EUII）遥相关的作用,东北亚地区初夏降水异常具有明显纬向特征。盛夏,东北亚地区降水主要受到西太平洋副热带高压西伸北进、孟加拉湾和南海等地水汽加强的影响。欧亚Ⅰ型（EUI）遥相关和亚洲太平洋型（EAP）遥相关与我国东北以西和沿海地区的降水具有显著相关性。EU型遥相关的作用使东北亚夏季降水的异常中心存在西北—东南向的波列特征,EAP型遥相关的作用则使夏季降水存在经向三极型或偶极型特征。     

东北夏季温度气候振动及其环流特征

本文着重分析了1910—1980年东北夏季气温的气候变化及其环流条件,并进一步探讨了它与赤道东太平洋海温的关系。结果表明：（1）东北夏季气温变化可以分为五个冷暖时期,冷期和暖期的环流特点有很大差别;（2）东北夏季气温和赤道东太平洋海温的长期变化有很好的反相关。     

动力模式产品在河南省夏季降水预测中的降尺度应用

利用NCEP/NCAR再分析资料和河南省106个站点夏季降水资料,建立了河南省夏季降水降尺度预测模型。该模型利用模式产品的500 h Pa高度场信息,通过统计降尺度方法,对河南省106个站点的夏季降水进行降尺度预测,实现了气候模式产品在河南省夏季降水预测中的降尺度解释应用,弥补了气候模式空间分辨率较低的缺陷。对该模型的历史回报检验表明,该降尺度模型对河南省夏季降水预测效果较好且较为稳定,尤其对北部、西部和豫南南部地区的效果最好。利用BCC-CGCM1和ECMWF-SYSTEM4模式资料,进行了独立样本的检验,结果表明,两种模式在5月起报的预测效果要优于3月起报的预测效果,BCC-CGCM1模式3月的预测效果要好于ECMWF-SYSTEM4的,两种模式在5月的预测效果相当。目前,此方法实现了可视化开发,并集成了检验方法,已应用于河南省气候预测业务中。     

东北地区夏季不同等级降水变化特征及小雨雨量减少成因分析

利用1961～2017年我国东北地区96个站点逐日降水、相对湿度和气温等资料,运用趋势分析、Mann-Kendall突变检验等方法,分析了东北地区夏季小雨、中雨、大雨、暴雨的气候变化特征,并对东北地区小雨量减少进行了成因分析,得出主要结论如下:东北地区夏季总降水量与各量级降水频率和贡献率均呈显著的正相关,总降水量的多寡受大雨频率及贡献率的影响最为显著。小雨量和中雨量的减少是导致东北地区夏季总降水量减少的主要原因,暴雨量受暴雨贡献率增加影响呈增加趋势。小雨量和小雨贡献率在1993年前后出现了年代际突变,小雨贡献率的突变是造成小雨量年代际突变的内在因素。东北地区总降水量呈减少趋势的站点有72个;小雨量呈减少趋势的站点有85个,显著减少的站点数达到25个;中雨量呈减少趋势的站点有70个,显著减少的站点只有9个;大雨量呈增加与减少趋势的站点数相当;而暴雨量呈增加趋势的站点数大于减少的站点数。从云形成机制角度出发,分别讨论大气水汽、温度、气溶胶浓度变化对东北地区小雨量减少的影响。结果表明,在全球变暖背景下东北地区气温增加和气溶胶浓度增加是导致该地区小雨量减少的主要原因。     

东北区夏季月降水数值产品释用预报方法

采用卡尔曼滤波法对国家气候中心的T63动力延伸预报场进行误差订正, 将订正后的预报场用于基于天气系统特征定性判断与相似离度指数定量相似相结合的降水预报模型, 制作东北区51个站点的定量的月降水预报, 并对1996~1998年夏季月降水进行了预报试验, 试验效果较好.     

东北地区降水与大气环流关系

利用Lamb-Jenkinson大气环流分型方法, 将1951—2004年逐日的海平面气压场分型, 得到27种不同的环流型, 研究了大气环流型与我国东北地区降水的关系。给出了8种出现频率最高的主要环流型出现的规律及它们平均的环流形势, 分析了8种主要环流型下东北地区降水异常分布状况, 并选出东北地区资料齐全、有代表性的9个站点进行了深入细致地分析, 成功地建立了降水与环流型出现频率的统计关系, 并用此重建了9个代表站54年的降水序列。结果表明:Lamb-Jenkinson大气环流分型方法可以很好地应用于我国东北地区, 由此划分的环流型符合实际情况; 8种主要环流型与降水的空间分布特征有很好的对应关系; 所建立的9个代表站降水距平回归方程能够解释近54年各站的大部分降水变化, 进一步证明了东北地区降水与大气环流之间的密切关系。     

中国夏季降水预测的能量互补模型

统计结果表明,冬季最大能量特征线(副热带高空西风急流轴)与夏季最小能量特征线(副高脊线)在长江流域上空9-15 km近于重合,冬季高空西风急流轴位于夏季西太平洋副高588线的西北侧,即平均雨带附近。据此,可预测夏季主雨带。经1997-2005年实时预报,主雨带均无漏报。     

中国夏季降水预测的能量互补模型

统计结果表明,冬季最大能量特征线(副热带高空西风急流轴)与夏季最小能量特征线(副高脊线)在长江流域上空9-15 km近于重合,冬季高空西风急流轴位于夏季西太平洋副高588线的西北侧,即平均雨带附近.据此,可预测夏季主雨带.经1997-2005年实时预报,主雨带均无漏报.