中国西部冬季降水年际与年代际变化的水汽输送差异

中国西部地区是著名的气候脆弱区,降水的多寡对其影响十分巨大。尤其是在全球变暖的背景下,西部地区的增暖、增湿异常显著,随之而来的西部地区气候变化也越来越受到关注。本研究主要分析了中国西部地区冬季降水的时空变化特征,结果表明:该地区冬季降水的最主要模态具有全区一致变化的特点,并且在20世纪80年代中期出现了一次显著的年代际突变,突变之后中国西部地区冬季降水明显增多。大气环流和水汽输送的分析结果显示,引起西部地区冬季降水年际和年代际变化的因子有着明显的差异。其中西风带水汽输送是影响西部地区冬季降水年代际变化的主要原因;而影响西部地区冬季降水年际变化的水汽则主要来自于阿拉伯海西南向的水汽输送;而且在不同年代际背景下,影响中国西部地区冬季降水的主要水汽输送通道是一致的。这些说明西部降水的预测必须要分不同时间尺度进行研究,短期气候预测需要综合考虑年际变化、年代际变化以及气候长期变化背景才会更为合理和可行。另外,西部降水年际变化因子在不同年代际背景下的稳定性,为建立该地区持续稳定的年际预测模型奠定了科学基础。     

夏季副热带西部模态水异常与我国秋、冬季气温年际变化的关系

利用合成、回归等方法分析了夏季副热带西部模态水(简称STMW)异常与我国秋、冬季气温年际变化的联系,发现:1)秋、冬季东亚—太平洋地区的大气环流异常对我国的气温变化起了重要作用,夏季STMW异常通过东亚—太平洋地区的大气环流异常进而与我国秋、冬季的气温变化联系在一起。2)夏季ST-MW正(负)异常时,同年秋季我国西北、东北和江淮地区的气温异常偏低(偏高);冬季时,东北、西北地区气温偏高(低)。3)这种联系主要是通过东亚—太平洋地区大气环流的典型分布实现的:夏季STMW异常偏强(弱)时,同年秋季与黑潮附近的冷(暖)海温相对应,西北太平洋上空大气环流出现负(正)的高度距平,气旋性(反气旋性)环流西侧的偏北(南)气流引导(阻碍)东亚大陆中高纬冷空气南下,同时东欧地区的高压(低压)向东南方向伸展,对我国西北地区秋季冷空气的活动起到了增幅(削弱)作用,我国东北、西北和江淮大部分地区的冷空气活动偏强,气温普遍偏低(高)。黑潮区附近的冷(暖)海温持续热力作用下,海洋不断得到(失去)热量,积累到冬季,促使黑潮区域的海表面温度(SST)逐渐向正(负)异常转变。冬季的大气环流场也对应发生调整:西北太平洋上空出现显著的高压(低压)异常,反气旋(气旋)西侧的偏南(北)气流减弱(加强)了我国东北地区的冷空气强度,气温偏高(低);亚洲中纬度地区受低压(高压)距平控制,我国西北地区的冷空气活动较弱(强),气温偏高。     

嘉兴夏季降水与副高的年际年代际变化关系分析

为了定量描述副高变化及其与嘉兴夏季降水的关系,在500 hPa高度场上选择一个特定的关键区定义了一个副高指数,分析发现该指数既存在大于45年周期、准9~16年的年代际变化周期,也存在4年和准2年的年际变化,与降水间存在很好的相关关系,可以作为预测降水的一个重要因子。嘉兴夏季降水与西北太平洋副热带高压在1980年前后发生了一次同期的年代际尺度跃变。1980年以前,副高强度明显偏弱,主体偏东,嘉兴夏季降水偏少;而1980年以后则反之。     

山东冬季气温年际变化及大气环流特征

采用经验正交函数(EOF)方法分析山东省43年(1961—2003年)冬季气温变化，结果表明，第1模态几乎反映了整个温度场的时空变化特征，冬季气温年际变化明显，增温显著；采用NCEP／NCAR月平均大气环流再分析资料(1961—2003年)，分析表明，冷、暖冬大气环流差异明显，冷冬年500hPa高度距平场呈北高南低的特征，西伯利亚高压加强，东亚大槽偏西加深，亚洲地区维持稳定的经向环流，利于冷空气南下，易造成冷冬；暖冬年呈相反特征。     

基于客观识别的冬季南支槽强度年际变化及其与南方降水的关联性

利用欧洲中心ERA Interim逐日再分析资料,基于南支槽客观识别方法定义了一个南支槽强度指数,并结合格点降水资料,对1980—2019年冬季南支槽强度的年际变化特征及其与中国降水、大气环流和水汽输送的联系进行了研究。结果表明：① 南支槽强度变化主要呈准4年周期。② 赤道中东太平洋海温是影响南支槽年际变化的一个重要因素,与南支槽强度有很强的负相关关系,其中Nino 3区的海温变化对南支槽强度的影响更显著。③ 南支槽偏强年从云南南部到华南一带降水量较常年偏多,其中广东、湖南和江西南部至福建一带降水量较常年偏多30 mm以上;南支槽偏弱年西南至华南一带降水较常年偏少,其中广东、广西东部降水量较常年偏少30 mm以上。④ 南支槽偏强年时存在两支异常水汽输送路径,一支为从赤道以北至10°N,从60°E延伸至菲律宾附近的异常强西风水汽输送带;另一支位于20°N附近,由南支槽的槽前西南气流将孟加拉湾地区水汽输送到我国境内,是冬季西南与华南的主要水汽通道。     

四川盆地夏季降水年际变化的主模态分析

利用1979～2018年四川盆地134站夏季降水观测资料、ERA-Interim再分析资料以及英国气象局哈德莱中心的海表温度及海冰资料,对比分析了四川盆地夏季降水异常主模态及其同期大气环流和前期海温海冰演变特征的差异,以探讨其形成机制及前期预测信号。结果表明:四川盆地夏季降水存在两类优势空间模态:全区一致型和东西反相型,在20世纪80年代多出现东西反相型,90年代到21世纪初以一致型为主,进入21世纪10年代后又多表现为东西反相型。不同模态所对应的大气环流和海温海冰的演变具有明显差异,全区一致型降水分布受低纬系统影响显著,在500 hPa高度场上主要表现为西太平洋副热带高压的位置及强度异常;850 hPa风场为辐合或辐散特征,受到来自孟加拉湾、南海、西太平洋三条水汽通道的共同影响,其中与南海水汽通道的相关性最高,一致型降水多/少年水汽在盆地区域南北边界为同收/同支;环流可能受到前期ENSO事件衰减的显著影响。东西反相型降水分布受中高纬环流的影响较大,在500 hPa高度场上的特征类似于极地欧亚型（POL）遥相关;水汽在区域南北边界为一收一支,西多东少型为南收北支,而西少东多型为北收南支,与西太平洋水汽通道关系显著;环流可能受到前期北极海冰异常的影响。     

云南冬季降水的演变特征及成因分析

利用云南124个气象观测站逐月降水量资料、NCEP/NCAR再分析大气环流资料和海表面温度(SST)资料,分析了云南冬季降水时空演变特征及其相对应的大气环流异常和海温异常。结果表明:(1)云南冬季降水第一模态表现为一致性变化模态,方差贡献为53%,具有显著的准5年周期,该模态具有一定的年代际变化特征。(2)第二模态表现为滇中及以东、以南与滇西及滇西北地区反位相振荡模态,方差贡献为13.4%,具有显著的准3年周期,也具有一定的年代际变化特征。(3)云南冬季降水与大气环流异常密切相关。当云南冬季降水偏多(少)时,中国大陆大部分地区海平面气压偏高(低),近地面冷高压活动频繁(偏少),冷空气易(不易)南下影响云南;500 hPa高度场上,中高纬度贝加尔湖附近高度场偏高(低),该处的脊强(弱),有(不)利于引导北方冷空气南下;同时,中低纬度在孟加拉湾北部高度场偏低(高),南支槽偏强(弱),有(不)利于南方暖湿空气向北输送。来自南海和孟加拉湾的异常水汽输送在云南形成辐合(辐散),从而造成该地区降水异常偏多(少)。(4)云南冬季降水与海温异常也存在密切关系。云南冬季降水偏多、偏少年,太平洋海温差异场呈类似El Nino年的分布:赤道中东太平洋的SST异常偏高,而菲律宾以东的西太平洋SST异常偏低。El Nino年冬季降水以偏多为主;而La Nina年,则以偏少为主。赤道中东太平洋海温异常对云南冬季降水具有一定的潜在预报意义。(5)北极涛动(AO)与云南冬季降水存在密切相关关系。当AO为正(负)位相时,云南冬季降水偏多(少)。同时,AO与云南冬季降水的关系在一定程度上受ENSO事件的制约,在ENSO暖位相时,冬季AO与云南冬季降水密切相关,而在ENSO冷位相时两者间几乎没有联系。     

华北5月降水年际变化特征及其成因

本文采用华北5月降水资料,NCEP资料以及COADS海温资料,借助相关分析、合成分析等方法研究了华北5月降水的总体分布特征,并从总体上探讨了其与海温、大气环流年际变化的关系及其影响机制。结果表明:华北5月降水存在年际变化特征,降水量偏少年份多于偏多的年份,降水偏少年降水量与平均值相差较小,而降水偏多年降水量与平均值相差较大;华北5月降水与(25~50°N,110~145°E)一带大气环流(200 hPa)的年际变化及前期低纬大气环流的年际变化均有显著的正相关关系;中纬度西传Rossby波列与低纬赤道印度洋海温的变化是引起华北5月降水年际变化的重要原因。     

冬季各月北太平洋涛动的年际变化及其与我国降水异常的联系

利用ERA-Interim的海平面气压(Sea Level Pressure,SLP)再分析资料和中国160站的降水观测资料,分析了冬季各月(当年12月、次年1月和2月)北太平洋涛动(North Pacific Oscillation,NPO)的年际变化特征,及其与我国同期降水异常之间的联系。结果表明:1)冬季各月NPO指数的年际变化较为显著,但各月NPO指数年际变化之间的相关性较差,1979—2012年冬季12月与1月NPO指数年际变化之间的相关系数为0.09,而1月与2月NPO指数的相关系数仅为-0.003,均没有通过信度检验。2)1月和12月NPO指数年际变化与同期我国黄淮流域降水异常之间存在明显的正相关,而2月NPO指数年际变化与同期我国华北降水异常之间为明显的负相关。3)当1月(12月)NPO指数增加1个标准差时,我国黄淮流域降水量比多年平均值增加约50%(40%);而当2月NPO指数增加1个标准差时,我国华北降水量比多年平均值减少约30%。     

我国东部梅雨期降水的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系

基于我国160站59年(1951～2009年)的月降水观测资料、美国气象环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的再分析资料和Hadley中心的海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料,对我国东部(100°E以东,15°N～40°N)梅雨期(6月和7月)降水的时空变化特...     

我国西南地区干湿季降水的主模态分析

利用我国西南地区26个台站降水资料,通过经验正交函数（EOF）分解的方法,分析了1980～2009年该地区干季（10～4月）和湿季（5～9月）降水的主模态。我国西南地区干季降水的时空变化存在两种主模态,它们分别可以解释总方差的22.4%和15.6%。第1主模态为全区一致型,具有准两年周期振荡的年际变化特征;第2主模态为东南—西北反向型,从20世纪90年代中期至21世纪初呈现2～3年的变化周期。我国西南地区湿季降水的时空变化存在三种主模态,它们分别可以解释总方差的17.1%,13.8%和11.1%。第1主模态为全区一致型,20世纪90年代初期具有较强的2～4年周期;第2主模态为经向偶极子型分布,并具有显著的4年周期;第3主模态为纬向偶极子型分布,具有2～4年的年际变化信号。进一步利用NCEP/NCAR再分析资料以及美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的海表面温度（SST）资料,通过合成分析和回归分析的方法探讨了与干湿季降水各主模态对应的大尺度大气环流和海温状况。我国西南地区干季降水第1主模态与北极涛动（AO）有明显的正相关关系,对应的大气环流和海温状况表现为高纬北冰洋与中纬度地区上空高度场的反向异常分布,北大西洋和北太平洋海温低纬与中高纬的偶极子型异常分布;第2主模态与中高纬欧亚大陆上空高度场经向偶极子型异常分布有关,中纬度北太平洋的海温异常与该模态具有紧密的联系。我国西南地区湿季降水第1主模态与北大西洋涛动（NAO）显著负相关,对应的大气环流和海温状况表现为北大西洋上,高纬度与中纬度地区上空高度场的偶极子型异常分布,海温从低纬到中高纬的三极子型异常分布;第2主模态受欧亚大陆上空高度场经向三极子型异常分布影响,并与北太平洋海温异常的一致型分布有关;第3主模态可能与El Ni?o Modoki有关,同时受到南亚高压的影响,赤道太平洋海温的纬向三极子型异常分布对该模态具有一定的潜在预报意义。     

山东夏季降水年际优势模态及对应大气环流特征

本文基于1962-2016年山东省降水资料和JRA-55再分析资料,利用EOF、相关分析和合成分析等方法,研究了山东夏季降水年际分布型态及对应的大气环流形势。结果表明:山东夏季降水的年际型态主要分为全区一致型、西北-东南型和东北-西南型模态。在全区一致偏多(少)年,蒙古高原和日本海呈“东高西低”(“西高东低”)的环流结构,东亚地区有“-+-”(“+-+”)分布的类似EAP遥相关型经向波列,阿拉伯海、孟加拉湾和菲律宾低层为异常反气旋式环流。在西北多(少)—东南少(多)年,乌拉尔山阻塞高压和鄂霍次克海阻塞高压活动加强(减弱),沿高空急流轴自西向东有类似“丝绸之路”遥相关型的波列。在东北多(少)—西南少(多)年,在欧亚大陆中西部有“+-”(“++”)东北-西南向异常波列,热带地区为东(西)风异常。另外,西太平洋副热带高压的南北位置主要影响第一模态、西伸东退主要影响第二模态;三个模态的东亚急流在山东及其附近区域都有位于急流轴南北两侧的偶极子异常结构,但异常中心的位置有所差异。这些结论有助于进一步认识山东夏季降水异常及其环流特征,从而为预测提供参考依据。     

Interannual Variability of Autumn Precipitation over South China and its Relation to Atmospheric Circulation and SST Anomalies

The interannual variability of autumn precipitation over South China and its relationship with atmospheric circulation and SST anomalies are examined using the autumn precipitation data of 160 stations in China and the NCEP-NCAR reanalysis dataset from 1951 to 2004. Results indicate a strong interannual variability of autumn precipitation over South China and its positive correlation with the autumn western Pacific subtropical high （WPSH）. In the flood years, the WPSH ridge line lies over the south of South China and the strengthened ridge over North Asia triggers cold air to move southward. Furthermore, there exists a significantly anomalous updraft and cyclone with the northward stream strengthened at 850 hPa and a positive anomaly center of meridional moisture transport strengthening the northward warm and humid water transport over South China. These display the reverse feature in drought years. The autumn precipitation interannual variability over South China correlates positively with SST in the western Pacific and North Pacific, whereas a negative correlation occurs in the South Indian Ocean in July. The time of the strongest lag-correlation coefficients between SST and autumn precipitation over South China is about two months, implying that the SST of the three ocean areas in July might be one of the predictors for autumn precipitation interannual variability over South China. Discussion about the linkage among July SSTs in the western Pacific, the autumn WPSH and autumn precipitation over South China suggests that SST anomalies might contribute to autumn precipitation through its close relation to the autumn WPSH.     

我国冬季气温的年际变化及其与大气环流和海温异常的关系

利用我国160个台站49个冬季（1951/1952～1999/2000年）的气温资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过波谱分析的方法提取变量的年际变化分量（周期小于8年部分）进行分析,结果发现：在年际变化的时间尺度上,我国冬季气温表现为全国一致变化型（EOF1）和南北反相变化型（EOF2）两个主要模态,并可以解释总方差60％以上的变化。进一步分析表明,在年际变化尺度上,与气温全国一致变化型相联系的大气环流表现出海陆气压差的改变以及与此相关的东亚大槽强度的变化和东亚高空急流位置的南北移动;赤道中东太平洋的异常海温对这一模态的出现有一定的预示意义,而中国近海的海温则更多的是被动地随气温改变。与南北反相变化型相联系的大气环流表现出显著的北极涛动特征,这一模态的出现会使得次年春季的西北太平洋海温呈现以30°N为界南北反相变化的形态;而北太平洋的海温异常可能对这一模态的形成有一定的作用。这两个模态的空间分布虽然与年代际尺度上的分布非常相似,但它们的相对强弱和对应的环流却有很大的差异。分析显示,全国一致变化型可能更多地表现出年代际变化的特征,而南北反相变化型更多地表现出年际变化的特征;结果还表明,我国冬季气温的变化在不同的时间尺度上是受不同因子影响的。因此,在研究我国冬季气温变化时,将不同的时间尺度分开考虑是十分必要的。     

Wintertime Cyclone Activity and Its Relation to Precipitation over China

The authors examined the variability in wintertime cyclone activity and storm tracks and their relation to precipitation over China for the period 1951–2006 using the observational data.Two apparent modes of variability were assumed for the cyclone activity and storm tracks.The first mode describes the oscillation in the strength of the storm tracks in East Asia,which significantly increased since the mid-1980s,whereas the second mode describes a seesaw oscillation in the storm track strength between the Central-Southeast China and northern East Asia.The storm tracks over the Central-Southeast China have increased since the late 1960s.The possible causes for the variation of the cyclone activity and storm tracks are also explored.It is shown that wintertime precipitation,which has increased since the mid-1980s,concentrates in Central-Southeast China.The enhancement may be caused by the first mode of variability of storm tracks,whereas the interannual variability of precipitation may be linked to the second mode of the storm track variability.     

The Major Interannual Modes of Late-Summer Precipitation Over the Northern China Monsoon Region

ABSTRACT

Summer precipitation in the northern China monsoon region (NCMR; 35°–55°N, 108°–135°E) shows significant intraseasonal variability. The early-summer (June) and late-summer (July–August) precipitation patterns show clear differences in their formation mechanisms and the systems that affect them. We used empirical orthogonal function (EOF) analysis to investigate the two leading modes of July–August precipitation over the NCMR and their associated atmospheric circulation anomalies using linear regression. The results show that the first (EOF1) and second (EOF2) modes correspond to a pan-NCMR precipitation variation pattern and a precipitation oscillation pattern between North China (NC) and Northeast China (NEC), respectively. These two modes account for 22.1% and 10.1% of the total variance, respectively. The associated principal components (PCs) both have significant interannual variability with a period of 2–4 years. In addition, PC1 has significant interdecadal variability with a period of 20–30 years. Further analysis suggests that EOF1 and EOF2 clearly have a different relationship with the summer monsoon circulation system. In the positive phase of PC1, the East Asian subtropical westerly jet stream (EAWJS) shows a northward trend with higher intensity than normal the blocking high at mid- to high latitudes is inactive; and the western Pacific subtropical high (WPSH) is located to the north of its normal position. The NCMR is controlled by stronger southerly winds, which cause the convergence of water vapour, favouring more precipitation in this region and vice versa. In the positive phase of PC2, the EAWJS swings to the south of Lake Baikal. Significant positive height anomalies exist from western NC to NEC. Significant negative height anomalies occur to the subtropical northwestern Pacific. This indicates that the cold vortex in Northeast China is inactive, the WPSH tends to be weaker and located to the south of its normal position, and NEC (NC) is dominated by anomalous northeasterly (southeasterly) winds. The convergence (divergence) of water vapour in NC (NEC) favours more (less) precipitation in NC (NEC) and vice versa. Therefore, EOF1 is related to the large-scale circulation anomalies over East Asia and the northwest Pacific in July and August, whereas EOF2 is more closely related to the anomalies in the regional circulation over the NCMR and the subtropical northwestern Pacific.     

Diversity on the Interannual Variations of Spring Monthly Precipitation in Southern China and the Associated Tropical Sea Surface Temperature Anomalies

There is a continuous and relatively stable rainy period every spring in southern China (SC). This spring precipitation process is a unique weather and climate phenomenon in East Asia. Previously, the variation characteristics and associated mechanisms of this precipitation process have been mostly discussed from the perspective of seasonal mean. Based on the observed and reanalysis datasets from 1982 to 2021, this study investigates the diversity of the interannual variations of monthly precipitation in spring in SC, and focuses on the potential influence of the tropical sea surface temperature (SST) anomalies. The results show that the interannual variations of monthly precipitation in spring in SC have significant differences, and the correlations between each two months are very weak. All the interannual variations of precipitation in three months are related to a similar western North Pacific anomalous anticyclone (WNPAC), and the southwesterlies at the western flank of WNPAC bring abundant water vapor for the precipitation in SC. However, the WNPAC is influenced by tropical SST anomalies in different regions each month. The interannual variation of precipitation in March in SC is mainly influenced by the signal of El Ni?o-Southern Oscillation, and the associated SST anomalies in the equatorial central-eastern Pacific regulate the WNPAC through the Pacific-East Asia (PEA) tele-connection. In contrast, the WNPAC associated with the interannual variation of precipitation in April can be affected by the SST anomalies in the northwestern equatorial Pacific through a thermally induced Rossby wave response. The interannual variation of precipitation in May is regulated by the SST anomalies around the western Maritime Continent, which stimulates the development of low-level anomalous anticyclones over the South China Sea and east of the Philippine Sea by driving anomalous meridional vertical circulation.     

影响华南汛期持续性强降水年际变化的大气环流和海温异常

利用1961—2017年中国地面观测站日降水资料、全球大气多要素和海表温度月资料,分析华南区域持续性强降水过程的气候特征,诊断并比较与华南前汛期、后汛期区域持续性强降水年际变化相关的大气环流和海表温度异常特征。结果表明,3—12月华南都可能出现持续性强降水过程,其中汛期4—9月的占了94.4%。伴随着区域持续性强降水的年际变化,华南本地垂直上升运动显著异常是前汛期和后汛期的共同点,但前汛期、后汛期在华南及周边环流异常、水汽输送来源以及海温异常分布等方面都存在一定差异。在前汛期华南区域持续性强降水偏重年,赤道西太平洋区域海温偏低,由于大气罗斯贝波响应使西太平洋副热带高压偏强,热带西太平洋向华南区域水汽输送加强,从而有利于区域持续性强降水偏重。后汛期华南区域持续性强降水偏重年的海温异常分布是赤道中东太平洋区域正异常、东印度洋至西太平洋暖池区负异常,海温异常通过西北太平洋副热带高压、南海热带季风强度、水汽输送和垂直环流等多方面,导致后汛期区域持续性强降水偏重。      

重庆春播期间降水特征及其与北太平洋海温的关系

运用NCEP/NCAR全球高度场再分析资料、美国NOAA全球海温资料以及重庆34个站春播期间降水资料,对重庆春播期间降水特征及其与前期秋季海温场的关系进行分析。结果表明：重庆春播期间降水与前期秋季北太平洋暖流附近（20°～40°N、165°E～140°W）的海温有显著负相关关系,而与北太平洋阿拉斯加暖流附近（40°～60°N、165°E～140°W）的海温则有显著正相关关系,即南、北海温呈现相反的相关性。当前期秋季北太平洋副热带地区海温异常偏高,中高纬度地区海温异常偏低时,后期重庆春播期间降水将异常偏多;反之,北太平洋副热带地区海温异常偏低,中高纬度地区海温异常偏高时,重庆春播期间降水将异常偏少。针对秋季北太平洋南、北海温异常的反相分布特征定义了用于诊断和预测重庆春播期间降水的判别指数,该指数代表了北太平洋海温异常南北反相的分布特征。该前期判别指数具有重要的天气气候学意义和一定的指示和预测能力。其代表的北太平洋海温异常与西太平洋区域500 hPa高度场有密切联系,其可使大气环流场产生持续性的异常,大气环流的异常特征能一直持续到春播期间,将影响重庆春播期间降水变化。