西太平洋气旋频数、强度与地球日长、章动的相关性探索

地球自转参数变化引发大气、洋流变化,因此本文试图探索西太平洋气旋频数、强度与地球自转参数的相关性,结果表明:日长月平均值与下一月气旋频数呈正比,章动月标准差与下一月气旋强度相关性较好;频数与强度极端年份的日长、章动逐日变化有显著差异,频数最大值年与最小值年对应的日长位相呈明显的反相,相位若接近同步,则大值年对应的日长明显大于小值年;频数极端年份4-6月章动的位相差异明显,7-9月章动幅度差异明显;强度极端年对应的前30天逐日日长呈非常显著的反相关系,x方向章动具有明显差异,大值年的x方向章动值均偏小.     

华南前汛期开始和结束日期的划分

本文利用48年（1957～2004年）中国站点逐日降水资料和同期NCEP/ NCAR逐日再分析资料,研究了华南前汛期的开始和结束时间的划分问题.首先,选择了研究华南前汛期问题的区域和代表站点,然后对降水量、水汽（可降水量,水汽通量,水汽通量散度）、垂直速度和假相当位温等物理量的演变特征进行分析,发现：前汛期起、止前后上述要素均有阶段性的突变.其中4月第1候（19候）是华南前汛期的开始,可降水量、水汽通量和假相当位温等增加显著,对流开始活跃,水汽通量散度也由辐散变为辐合,降水量明显增加.但4月份总体雨量不强,主要为锋面降水.5月份随夏季风爆发,水汽继续增加,对流活跃,进入季风降水阶段;夏季风降水盛期时段主要集中在6月份.6月第4候（34候）前汛期结束,各降水指标骤减.然后根据降水和环流指标,提出了华南前汛期开始和结束日期的划分标准,定义了逐年的开始和结束日期.最后对华南前汛期开始期之前、之后以及结束期之前、之后的大气环流背景做了对比分析.指出,前汛期开始前,环流形势有利于华南地区增暖增湿;开始期以后则有利于冷空气南下,造成连续降水,使华南进入前汛期.而前汛期的结束,则是由于东亚大气环流的季节调整,尤其是西太平洋副热带高压的第一次北跳所造成的.     

华南前汛期降水异常与太平洋海表温度异常的关系

利用近50年华南地区站点逐日降水观测资料和全球大气、海洋分析资料,分析了华南前汛期降水异常的变化特征及其与太平洋海温异常的联系.结果表明,近50年来华南前汛期降水总体呈现减少趋势.影响华南前汛期降水异常的太平洋海温异常型是一个类似于ENSO的西太平洋暖池模态,即显著海温异常区域位于西太平洋暖池.西太平洋暖池区域(120°E-180°E,20°S-20°N)前期冬季海温异常同华南前汛期降水存在显著的负相关关系,是具有预报意义的海温关键区.该关键区海温异常影响华南前汛期降水的可能物理过程是:当前期冬季暖池异常偏暖时,菲律宾周围地区对流活动加强,导致Walker环流及东亚太平洋中低纬局地Hadley环流增强;该异常通过影响东亚－太平洋遥相关波列,使前汛期期间西太平洋副高加强西伸,脊线位置偏北,同时副热带西风急流减弱北退.随着Hadley环流上升支的增强,东亚副热带地区下沉运动也增强了,华南地区对流活动受到抑制.而且由于副高的增强,经过其北侧向华南地区的西南水汽输送辐合也减弱了,因此前汛期降水偏少.冷海温年的情形则相反,华南前汛期降水偏多.近50年来华南前汛期降水总体呈现趋势性减少正是由于前冬西太平洋暖池趋势性增暖所致.     

鄱阳湖区域极端降水异常的特征及成因

鄱阳湖区域4-7月极端降水总量存在显著的2-4年周期变化,且鄱阳湖4-7月极端降水总量的变率存在比较显著的增加趋势.1998年6月鄱阳湖地区极端降水总量异常偏多,而2001年6月异常偏少,仅为1998年的13.5%左右.通过分析大气环流场、水汽输送等方面的差异,发现1998年6月500hPa高度场上乌拉尔山高脊和鄂霍次...     

1982～2005年中国江南旱涝变化特征及其对月赤纬的显著响应

统计分析了1951~2005年江南地区(16站平均)汛期(6~8月)降水量、旱涝与年降水量的年际变化特征,并统计和研究了江南地区汛期降水量、旱涝对月球运动轨道参数的响应关系.结果发现,在1982~2005年期间中国江南地区汛期降水量、旱涝与年降水量对夏季月赤纬到达最北纬度的年际变化有十分显著的响应关系,相关系数(r=0.812)和显著性水平(超过0.001)都很高,相关概率为100%(24/24).这说明在1982~2005年期间,月球运动轨道的年际变化对中国江南地区汛期降水量和旱涝有重要影响和作用.文中对这种显著影响关系的成因进行了初步探讨,从6~8月平均500 hPa的11年平均大气环流图上可见,夏季最北月赤纬偏北(在25.5°N以北)的11年平均的西太平洋副热带高压较常年同期明显偏东,西风带环流比较平直,位置略偏北,江南地区缺乏充足的水汽来源致使降水偏少;而在夏季最北月赤纬偏南(在25.5°N以南)的11年平均的西太平洋副热带高压要比前者偏西约10个经度,西风环流经向度加大,南支位置略偏南,这种大气环流形势对江南地区的降水十分有利.由此可见,月亮位相的变化对中国江南地区降水和旱涝的作用是通过影响大气环流而产生的.     

新疆北部汛期降水年际和年代际异常的环流特征

新疆北部汛期（7～8月）降水量具有明显的年际和年代际变化.针对年代际、除去年代际后年际和不同年代际背景下年际变化三种时间尺度,利用NECP/NCAR再分析资料,分析相应的大气环流.结果表明,三种时间尺度降水变化的物理机制不同,年代际背景非常重要.新疆北部汛期降水异常时,欧亚中高纬环流系统具有相当正压结构的显著异常.从气候角度和年代际大气环流变化,提出新疆年代际增湿存在索马里越赤道急流到新疆的三段式水汽接力输送方式,索马里急流和热带印度洋是中亚和新疆的重要水汽补充源之一.     

前冬南半球环状模对春季华南降水的影响及其机理

利用相关、合成、奇异值分解等统计诊断和数值模拟方法,分析了前冬(12—2月)南半球环状模(SAM)对春季(3—5月)中国华南降水的可能影响及其机理.诊断分析的结果表明,前冬南半球环状模与春季华南降水存在显著的负相关关系,也即前冬SAM偏强(弱),对应春季华南降水偏少(多).为了探讨这种南半球中高纬信号影响滞后一个季节的华南降水的物理机制,需要考虑下垫面海洋的桥梁作用.诊断分析的结果表明,当前冬SAM偏强时,南半球中高纬海洋的潜热释放受到海表风速影响发生变化,导致30°S—45°S海温偏高, 45°S—70°S海温偏低,并且异常的海温信号可以持续到次年春季.这种前冬SAM偏强时的春季海温异常信号,对应着春季西北太平洋副热带高压位置偏东且强度偏弱,西北太平洋上盛行异常气旋式环流,华南地区上空对流层低层有异常东北风和风场辐散,西南水汽输送较常年减弱,为春季降水偏少提供了有利的条件.前冬SAM偏弱时,南半球中高纬的海温异常及其引起的华南区域大气环流异常相反,有利于华南降水偏多.利用CAM3进行海温敏感性试验,也证明了上述南半球中高纬海温异常对应的环流异常.模拟结果表明,SAM偏强时的海温异常,对应着华南上空对流层低层的东北风异常、风场辐散、以及下沉运动,不利于华南降水生成;SAM偏弱时的海温异常,对应的环流异常相反,有利于华南降水增多,验证了资料诊断的结论.综上,在前冬SAM影响春季华南降水的过程中,体现了海气耦合桥的作用,即:海洋储存了冬季SAM的异常信号并在春季释放,通过影响春季大气环流,进一步影响华南春季降水.因此,前冬SAM为华南春季降水预测提供了一个有意义的前期信号.     

华北降水年代际、年际变化特征与北半球大气环流的联系

利用美国NCEP再分析月平均资料及我国华北地区26个测站月降水资料,采用奇异值分解（SVD）方法,研究了华北降水的年代际和年际变化特征与北半球大气环流的联系.结果表明,首先对降水和大气变量资料作相应时间尺度的分离是非常必要的,否则所得到的SVD结果不能反映年代际变化特征而只能反映年际变化特征;华北降水年代际和年际变化对应的大气环流异常有明显的差异;对应发生在20世纪70年代后期华北降水的一次年代际跃变,环流场均存在明显的跃变,而且有一个从地面向对流层上层传播的过程.     

长江和淮河流域汛期洪涝大气环流特征的比较

利用1990~2010年我国756站汛期(6~7月)逐日降水资料及NCEP逐日再分析资料,选取了这21年间分别发生在我国长江及淮河流域洪涝的典型年份,进行了汛期大气环流场及物理量场的合成分析,结果表明:长江与淮河流域汛期洪涝年的大气环流及物理量场有很大差异.在长江流域汛期洪涝年,南亚高压中心偏东,乌拉尔山及鄂霍次克海区域上空维持着阻塞高压系统,梅雨锋维持在30°N附近;而在淮河流域洪涝年,南亚高压中心位置偏西,北半球中高纬大气环流呈经向型,梅雨锋维持在33°N附近.此外,长江与淮河流域汛期洪涝的水汽来源及输送也有很大不同,长江流域汛期洪涝的水汽输送气流有两支,分别是来自孟加拉湾的西南气流和我国南海季风,这两支气流在我国长江流域上空交汇;而淮河流域汛期洪涝的两支水汽输送气流分别是我国东南洋面上的东南季风及我国南海季风,这两支季风气流在我国淮河流域上空交汇.     

中国东部夏季暴雨极端事件与水汽输送相关流型特征

1961~2010年中国东部夏季季风过程降水量与暴雨频数年际变化分析发现,两者年代际变化趋势相反,尤其90年代后暴雨频数年代际变化呈显著上升趋势,而中国东部夏季降水量却总体上呈下降趋势.分析1961~2010年夏季暴雨频数空间分布场,研究发现中国东部暴雨频数分布状态呈东南高频区向西北方向的大地形边缘带逐步递减,其可描述出50mm以上暴雨频数分布特征为"东南高,西北低"的与地形"阶梯式"分布相似的格局.另外,在全球气候变化背景下中国东部夏季降水变率与暴雨极端事件频数年际变率空间分布在中国"三阶梯"地形存在显著的区域性差异.研究发现中国东部夏季季风过程降水与暴雨极端事件频数相关的水汽输送通道及其水汽流型,水汽流汇合区的空间结构均呈显著差异.长江流域及华南等为暴雨高频区,中国东部暴雨过程整层水汽输送通道相关结构可描述出自中低纬海洋三支强水汽流"汇合"及其整层水汽辐合特征,此暴雨高频区水汽流相关"汇合"较夏季季风过程降水或非暴雨类降水"偏南",且水汽"辐合"结构更为显著.另外,中国东部夏季水汽流环流型特征亦对暴雨极端事件发生频数也有着重要的影响.整层水汽通量相关场暴雨类高频区对应矢气旋式涡旋结构环流型,对比分析非暴雨降水和暴雨频数与整层水汽输送通量相关矢场,可发现两者呈空间位置、尺度不同的相关气旋式环流型,其中暴雨类相关环流型"涡动"结构尺度小、位置偏南;非暴雨降水相关涡动结构尺度大、位置偏北.研究表明了夏季风强弱变化背景下整层水汽输送"涡动"环流的"驱动"及其水汽通量"辐合"的结构对中国东部暴雨高频区南-北位移格局变动有显著影响效应,中国东部暴雨高频区的年代际南北动态"摆动"与中国东部水汽输送"涡动"结构的涡度(正值中心)与散度高值区(负值中心)呈"同步"年代际变化特征.基于上述暴雨极端事件水汽输送及环流型影响综合分析研究,本文研究还提出了中国东部暴雨水汽输送流型结构的综合相关模型.     

三大洋对2020年6月长江流域破纪录强降水的影响

2020年6月长江流域的降水量破了1979年以来的纪录.研究表明三个大洋(太平洋、印度洋和大西洋)都有贡献,但是大西洋起到主导作用.三大洋的海温异常可以影响两个区域的相对涡度异常:一个是位于华北地区的200-hPa相对涡度(华北涡度)负异常,另一个是位于南海的850-hPa相对涡度(南海涡度)负异常.长江流域的降水异常主要受到华北涡度相关的大气过程控制. 5月西北大西洋的海温正异常可以引起6月中纬度北大西洋的位势高度正异常,进而通过横跨欧亚大陆的大气波列影响华北涡度,从而造成长江流域的降水正异常.而印度洋和热带北大西洋,作为前一年冬季太平洋El Ni?o事件的电容器,可以引起南海涡度负异常(反气旋性环流异常),通过进一步加强水汽输送增强长江流域的降水.本研究表明5月西北大西洋海温是6月长江流域降水很好的预测因子,并且强调三大洋海温对中国极端天气和气候事件的重要作用.     

北太平洋海温与广西前汛期降水的联系

利用1979—2019年全国160站逐月降水资料、Hadley中心海温资料、NOAA以及NCEP/NCAR再分析资料,结合相关分析、信息流以及合成分析方法,分析了北太平洋海温异常与广西前汛期降水的同期联系,并初步探讨了前者对后者的影响及可能机制,结果表明：北太平洋关键区海温是广西前汛期降水的显著影响源,海温正位相(负位相)的异常分布在一定程度上导致了广西前汛期降水增多(减少).北太平洋关键区海温变化可以独立于赤道中东太平洋影响前汛期降水,而赤道中东太平洋海温变化可以起到调制作用,增强两者联系.北太平洋为正位相海温异常时,大气为“+-+”的经向三极型位势高度异常响应.与此同时,海温异常激发了向下游中高纬传播的Rossby波列,引起东亚沿岸位势高度正异常和反气旋环流异常.在上述机制下,贝加尔湖高压脊和东亚大槽均显著增强,使得中高纬冷空气更易南下.赤道中东太平洋海温的调制作用体现在对中低纬环流的影响.关键区海温正位相对应于赤道中东太平洋海温偏暖,后者引起局地异常上升运动,减弱Walker环流进而导致赤道西太平洋出现下沉异常,抑制了对流活动,在西北太平洋强迫出异常反气旋,使得副高加强西伸.副高...     

近50a三峡库区汛期极端降水事件的时空变化

利用三峡库区35个台站1961-2010年汛期(5-9月)的逐日降水量资料,首先定义不同台站的极端降水量阈值,统计各站近50 a逐年汛期极端降水事件的发生频次,进而分析其时空变化特征.结果表明:三峡库区汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态是主体一致性,同时存在东西和南北相反变化的差异.三峡库区汛期极端降水事件发生频次具有较大的空间差异,可分为具有不同变化特点的5个主要异常区.滑动t检验表明,三峡库区西南部区代表站巴南的极端降水事件在1974年后发生了一次由偏多转为偏少的突变,北部区代表站北碚在1981年后和1993年后分别发生了由偏少转为偏多和由偏多到偏少的突变,中部区代表站武隆在1984年后发生了一次由偏多转为偏少的突变.结合最大熵谱和功率谱分析表明,近50 a来各分区汛期极端降水事件发生频次的周期振荡不太一致,三峡库区东北部区代表站宜昌、北部区代表站北碚和中部区代表站武隆分别存在5、2.4和8.3 a的显著周期.     

淮河流域夏季降水与前冬北太平洋涛动联系的年代际变化

利用我国160站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了前冬北太平洋涛动（NPO）在20世纪70年代中期发生年代际突变前后与淮河流域夏季降水的联系.研究发现两者之间的对应关系具有明显的年代际变化.20世纪70年代中期以前,前冬NPO与淮河流域夏季降水为显著的负相关,之后这种关系明显减弱.本文进一步探讨了20世纪70年代中期突变前后与前冬NPO异常相联系的大气环流场的变化.结果表明,在年代际突变前,当前冬NPO偏强（弱）时,夏季西太平洋对流层低层为异常气旋（反气旋）型环流控制,淮河流域上空大气异常下沉（上升）,同时向淮河流域的水汽输送减弱（加强）,这些条件不（有）利于淮河流域降水的发生,淮河流域夏季降水因而偏少（多）.在年代际突变后,前冬NPO异常对后期夏季与淮河流域降水相关联的大气环流系统的影响变得不明显,从而减弱前冬NPO与夏季淮河流域降水的联系.     

27.3及13.6 d周期的大气潮

对比分析了25 a (1973~1998年)的日长(Length of day, 以下简称LOD)、大气环流及月球相位随时间的变化. 发现伴随着月球相位的交替变化, 地球大气的纬向风速场、地球位势高度场及LOD作27.3及13.6 d的周期振荡. 每5~9 d (平均6.8 d), 随着月球视赤纬角从0°变为最大值(绝对值)或从最大值变为0°, 全球纬向风速场、地球位势高度场及LOD经历一次突然变化. 这种周期性的大气振荡, 被视为一种大气潮. 对比月球视赤纬角变化及与其对应的LOD、大气纬向风速场及地球位势高度场变化, 分析了10个大气潮个例. 月球对地球大气引潮力作用的周期变化, 是引发27.3及13.6 d周期大气潮的主要原因. 月球对地球大气的作用是巨大的, 它引起大气纬向风速场及地球位势高度场的变化. 当月球围绕地球运转至天赤道上空时, 月球视赤纬角等于0°, 这时月球对大气的引潮力最大, 大气的纬向风速增加, 地球的自转角速度减小, 日长(LOD)增加. 反之, 当月球视赤纬角最大(绝对值), 月球对大气的引潮力减小, 大气纬向风速减小, 地球的自转角速度增加, LOD减小. 27.3及13.6 d周期的大气潮值得更深入地研究. 月球对地球大气的引潮力作用, 应该在大气环流及中短期天气预报模式中予以考虑.     

TRMM多卫星降水分析资料揭示的青藏高原及其周边地区夏季降水日变化

本文在对比了TRMM多卫星降水分析TMPA(TRMM Multi-satellite Precipitation Analysis)资料和中国643个气象站观测降水量时空分布的基础上,采用2002~2006年夏季TMPA每小时降水量资料,用合成分析和谐波分析的方法研究了青藏高原及其周边地区夏季降水量和降水频率的日变化特征.分析结果表明,平均降水量和降水频率日变化谐波分析的标准振幅显示出青藏高原地区夏季降水具有显著的日变化特征,高原中部地区对流活动日变化最强,其次是高原西南方向的印度半岛地区.谐波分析的位相表明降水量和降水频率最大值出现的时间具有选择性,高原中部降水量最大值多集中在傍晚前后,高原以东的四川盆地通常在夜晚,尤其是在后半夜达到最大值,而长江上游和中下游地区对流活动则分别在上午和下午最为活跃.青藏高原以东地区降水量日变化的位相明显不同于其他陆地地区,也不同于高原中部,具有自西向东传播的信号,四川盆地的夜雨现象可能是高原地区对流活动日变化自西向东传播的结果.     

应用九层全球大气格点模式进行跨季度短期气候预测系统性试验

利用中国科学院大气物理研究所9层大气环流模式（IAP9L AGCM）对夏季气候进行了30年（ 1970～1999年）集合回报试验,并采用统计学分析方法对跨季度夏季短期气候的可预测性问 题进行了初步探讨. 结果表明,该模式对对流层中、高层大气环流的预测能力强于低层,位 势高度场和表面气温的可预测性最大,而降水的可预测性则相对较小. 对流层中、高层位势 高度场的可预测性基本呈带状分布,越靠近赤道可预测性越高;而降水的可预测性基本局限 于赤道东太平洋及热带个别区域. 由此可见,降水的预测极为困难和复杂,订正系 统的研究和寻找新的预报物理因子非常重要.      

中国日极端降水和趋势

利用中国2000多站50年以上的日降水资料,提取各站6个极端降水指数,即历年最大值(top-1)、历年10个最大值(top-10)累积量、历年总降水量、历年夏季top-1、历年夏季top-10累积量、历年夏季总降水量,分别形成各站各极端降水指数时间序列.统计了历年全国及6个子区域整个研究资料时段内出现top-1和top-10值的总站次,分别形成历年全国及6个子区域极端降水总站次时间序列.各极端降水指数时间序列的趋势分析表明,中国各站top-1和top-10累积量时间序列趋势分布存在较为一致的3个明显趋势区域,即中国东南正趋势区、西北正趋势区和华北负趋势区,但各时间序列的趋势分布区域特征和趋势幅度增减程度不尽相同;正负趋势明显地区的大多数站点趋势增(减)幅度比(趋势幅度与平均值的比值)达10~30%,部分站点达30%以上.top-1和top-10降水全国年总站次时间序列表明了一致的线性增加趋势,平均每十年分别增加2.4站和15站,但年际差别较大;极端降水年总站次表现为三段极端降水多发期,分别出现在20世纪60年代初、90年代中后期和21世纪初,6个区域极端降水年总站次趋势特征与全国年总站次不尽相同,极端降水全国年总站次出现较多的年份在区域上表现不一样.与降水有关的环流形势要素的时间序列趋势分析表明,华北及上游蒙古高原地区呈现明显的位势高度增加趋势,而低层从中国南部沿海地区到华北地区呈现一条南风风速减弱的趋势带和华北地区水汽含量减少的趋势区,这些趋势特征有利于华北地区极端降水的减少.经验回归水平分析表明,50年一遇重现水平从南部沿海的400~600mm减少到西北地区的50mm以下,相比20年一遇重现水平提升率平均达6.8%,但比降水最大值可小一倍以上.     

4~6月青藏高原热状况与盛夏东亚降水和大气环流的异常

基于月平均NCEP/NCAR再分析资料和中国测站降水资料, 使用旋转经验正交展开(REOF)方法分析了1958~1999年4~6月青藏高原区域感热加热与7月东亚降水和大气环流异常的关系. 结果表明4~6月期间高原是一个单独的热源, 其感热加热性质与周边地区完全不同. 5月感热加热的第一旋转主成分(RPC1)与7月东亚地区降水场滞后相关的结果表明: 当前期高原主体部分感热加热偏强时, 7月高原及高原南侧、东南侧四川盆地、云贵高原及江淮地区降水明显偏多, 高原北侧、东北侧和高原西侧降水明显偏少, 而且降水场与流场、水汽通量场有很好的配置关系. 进一步的分析指出, 上述相关关系可用热力适应理论和大尺度准定常正压涡度方程予以解释. 因此4~6月高原感热加热可以作为东亚地区、尤其是中国江淮等地7月降水形势的预报因子.     

中国东部夏季降水准两年振荡空间分布及背景场特征

本文采用经验正交函数展开(EOF)及相关分析等方法,使用中国气象局整编的160站1951~2005年月平均降水资料和NCEP/NCAR再分析资料研究了中国东部夏季降水准两年周期振荡的空间模态及其大气环流背景场.结果表明:(1)中国地区降水季节性差异明显,夏季是主要的降水期并具有明显的准两年周期振荡(TBO)特征,中国东部地区是降水TBO方差变化最大的区域.(2)中国东部夏季降水TBO存在两个主要的空间模态,第1模态以27°N为界南北成反位相的变化关系,降水振幅较大;第2模态降水振幅相对较小,大值中心位于河套-华北地区.(3)形成中国东部夏季降水TBO的两个主要空间模态环流背景场明显不同.第1模态与西太平洋海温成正相关,与东太平洋海温成负相关.第2模态则主要与日本海附近的海温成正相关.当夏季降水TBO以江淮偏多时(第1模态),西太平洋海温偏高,东太平洋海温偏低,中国东部及沿海上空850 hPa有异常反气旋,500 hPa高度相关场东亚上空呈"正负正"波列特征,200 hPa南亚高压加强,西风急流位置偏南.当夏季降水TBO降水位置偏北时(第2模态),中国东部及沿海上空有异常气旋,200 hPa南亚高压偏弱,西风急流位置偏北.