华南春季降水的年代际变化及其与大气环流和海温的关系

利用1960—2010年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA提供的海表温度资料以及太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)指数,分析了华南春季降水的年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:华南春季降水经历了偏少(1960—1971年)—偏多(1972—1992年)—次偏少(1993—2010年)三个阶段。第一阶段少雨期,500 hPa上西风气流较平直,不利于北方冷空气南下,华南地区的暖气团也不活跃,对应的水汽通量散度为异常辐散。第二阶段多雨期,500 hPa高度上,高原北部脊偏强,利于冷空气南下,与华南地区活跃的暖湿气团汇合,对应的水汽场上为水汽异常辐合。第三阶段少雨期,500 hPa西风气流上的槽脊系统偏强,利于北方强冷空气南下,孟加拉湾地区的南支槽填塞,南方暖湿空气向华南的输送减弱。华南春季降水与PDO指数存在正相关关系,从不同季节来看,在年代际时间尺度上,前期秋季的PDO指数与华南春季降水的正相关显著,PDO处于负位相时,华南春季降水偏少,反之亦然;从华南春季降水年代际变化的不同阶段来看,PDO指数与华南春季降水的正相关在1960—1971年少雨期较显著。     

梅雨期中国东部降水的时空变化及其与大气环流、海温的关系

利用1961～2000年中国台站降水资料、 NCEP/NCAR再分析资料以及扩展重建海平面温度 (Extended Reconstructed Sea Surface Temperatures, ERSST) 资料, 采用EOF、小波变换、合成及相关方法探讨中国东部梅雨期降水的时空变化及其环流、水汽输送和海温异常特征.分析指出中国东部梅雨期 (6月11日～7月10日) 降水存在三种主要空间型: 江南北部多雨型、长江流域多雨型和江淮平原多雨型.三种降水型都存在多时间尺度特征, 由于年际和年代际振荡的周期和强度随时间的变化有不同表现, 三种雨型旱涝年出现的年份有所不同.三种雨型对应的东亚夏季风环流各子系统的强度、位置、水汽输送等也存在明显差异.梅雨期三种雨型与冬季海温的研究表明:赤道东太平洋海温偏高有利于出现江南北部降水型; 赤道印度洋、南海和西太平洋黑潮海温偏高有利于出现长江流域降水型; 北太平洋中纬度海温偏高则有利于出现江淮平原降水型.     

中国东部夏季三个雨带降水的年代际变化及其与中高纬环流和海温的关系

根据1998年南海夏季风试验期间GAME／HUBEX一天4次同化资料,着重分析了1998年南海夏季风爆发前后大尺度水汽输送的主要特征,结果表明大尺度水汽条件与季风活动密切相关。南海夏季风爆发前后,南海地区主要的水汽输送带发生了较大变化。季风爆发前,南海地区水汽主要来自西太平洋;季风爆发后,水汽主要来自热带东印度洋和盂加拉湾。降水过程与水汽辐合的极大值密切相关,而主要水汽辐合带位置的移动及强度的变化则和南海夏季风相联系。随着南海夏季风的建立、加强,南海地区的水汽辐合带相应地建立和加强,并伴有降水发生。季风爆发后南海地区大气的可降水量较季风爆发前显著增加。季风爆发前大气的水汽汇中心主要出现在中南半岛及我国华南沿海地区,南海夏季风爆发后,从孟加拉湾到南海水汽输送加强,南海大部、孟加拉湾北部和菲律宾以东的洋面上均转为水汽汇区,从而对南海、日本及其以南的降水产生重要影响。     

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。     

塔里木河流域夏季降水年际和年代变化的环流异常

基于1961-2020年夏季（6-8月）NCAR/NCEP再分析资料和塔里木河流域（简称“塔河”）38个气象站降水资料,使用5年滑动平均分离出塔河夏季降水年代际和年际变化,选出了典型的年际变化的干年和湿年与年代际变化的干期（1963-1986年）和湿期（1989-2018年）,分析了与这两种时间尺度变化相关联的大气环流异常。结果表明,两者的变化不同,影响两者变化的大气环流不同。影响年代际变化的大气环流异常主要表现在欧亚大陆对流层从西北至东南交替出现正负位势高度异常中心,在湿期塔河东部和西部分别出现明显的东风和西南风异常,水汽主要由西北太平洋和印度洋输送至塔河,在干期则与之相反;影响年际变化的大气环流异常主要表现为在塔河东部和西部对流层分别为反气旋异常和气旋异常,在多雨年从南北方向向塔河输送的水汽增多,北风水汽通量异常向流域输送较多,南风水汽通量异常向流域输送较小且主要集中在流域西部,水汽主要由北冰洋洋和印度洋输送至塔河。在干年则与之相反。     

西印度洋大气垂直环流与江淮夏季降水关系的年代际变化

利用1958—2013年NCEP/NCAR逐月再分析资料和国家气候中心整编的160站月降水资料,研究了西印度洋大气垂直环流（WIOVC）与江淮夏季降水关系年代际变化的原因。结果表明：两者关系的年代际变化经历了两次转折,1950年代末期的不显著关系在1970年代末转为显著负相关,又在1990年代中后期变为显著正相关。进一步研究发现,两者关系的年代际变化是由WIOVC的年际异常和热带背景场的年代际变化共同作用造成的。在1980年代以前热带东太平洋大气异常偏强的下沉运动背景下对应东亚夏季风偏强,WIOVC与江淮夏季降水关系不明显。1980年代—1990年代中期,热带东太平洋大气异常偏强的上升运动背景对应东亚夏季风偏弱,WIOVC与江淮夏季降水呈显著反相关。1990年代中期以后,热带东太平洋大气仍为异常上升运动,且热带中太平洋为异常下沉运动,对应东亚夏季风进一步减弱,WIOVC与江淮夏季降水呈显著正相关。     

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。     

春季南支槽的年代际变化及其与降水、大气环流的关系

由于春季青藏高原动力作用在其南侧形成南支槽,南支槽年代际变化的异常,可能与中国降水异常有密切的关系。利用NCEP/NCAR月平均再分析资料和中国596个测站月降水资料,采用突变检验、合成分析等方法,分析了1950 2014年春季南支槽的强度和东、西位置的年代际变化特征,探讨了两者与同期中国降水年代际异常及环流背景场的关系。结果表明:春季南支槽的强度和位置都具有显著的年代际变化特征,南支槽强度在20世纪70年代末期有一次强弱突变过程,位置在90年代初期发生了明显的由东向西移动的转折,分别选取强度和位置突变前后的时间段进行分析,得到春季南支槽强度突变前(后),南支槽越强(弱),位置突变前(后),南支槽越偏东(西),会出现黄河流域、长江中下游及其以北和以南的大部分地区降水偏多(少),而青藏高原及其周围地区降水偏少(多)的现象,从两者突变前后与大气环流、垂直运动和水汽条件的显著关系能够合理地解释突变前后降水差异的原因。在此基础上,总结了春季南支槽年代际尺度与中国降水、大气环流的概念模型,可为中国春季的气候变化和气候预测提供更多的科学依据。     

山西夏季降水年代际变化特征及其与印度洋海温和大气环流的关系

利用山西省65个气象站1960—2011年逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA月平均海表温度资料等,应用谐波分析、EOF、SVD、Monte Carlo统计检验和合成分析等方法,探讨了山西夏季降水年代际变化特征,以及其与大气环流场、印度洋海温场异常的关系。结果表明,近52 a来,山西夏季降水总体呈现减少趋势,并有明显年代际变化特征:20世纪60年代初至80年代前期是降水偏多期,80年代中期至2011年则是降水偏少期,空间分布主要包括全省一致偏多(少)型和南多北少(南少北多)型。同时,山西夏季降水与印度洋关键区海温变化具有明显的负相关,当上年秋季、上年冬季、当年春季和当年夏季关键区海温异常偏高时,当年夏季山西降水呈现减少趋势,反之亦然。在1982年之前,关键区海温偏低,山西夏季降水偏多,同期500 hPa高度层上的乌拉尔山、青藏高原北部高空槽和东北冷涡发展深厚,活动频繁,西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东,850 hPa高度层上的印度季风低纬度偏西风和中纬度西南风异常强盛,贝加尔湖南侧低涡活跃;1982年之后,关键区海温偏高,山西夏季降水随之减少,同期500 hPa高度层上的贝加尔湖至青藏高原北部地区受高压控制,西太平洋副热带高压强度偏强、位置偏西,850 hPa高度层上的印度季风中纬度西南风异常偏弱。     

Interannual and Interdecadal Variations in Atmospheric Circulation Factors and Rainfall in China and Their Relationship

Wavelet analysis is used to study the interannual and interdecadal variations of rainfall in China and atmospheric circulation factors, including the key atmospheric oscillations, W, C, E patterns and subtropical high. Regression analysis and correlation analysis are both used to study the relationship of atmospheric circulation factors and China rainfall on different time scale and spatial scale. The results are as follows: (1) The variations of atmospheric circulation and rainfall in China are characterized by interannual and interdecadal scales. The variations of atmospheric circulation and rainfall are composed of interannual and interdecadal variations. It is necessary to separate those two time scales when climate changes and forecast are studied. (2) The variations of China rainfall are due to the interaction of multi-factors rather than single factors. The marked factors which influence the interannual and interdecadal variations are various. Subtropical high is one of the marked factors which influence interannual variations of rainfall, while AO, NAO, and NPO are one of the marked factors which influence interdecadal variations of rainfall. (3) The longer the time scale is, and the larger the spatial scale is, and the more remarkable the relationships between atmospheric circulation and rainfall are.     

华北汛期降水量变化中年代际和年际尺度的分离

华北地区汛期(7月和8月)降水量的变化中,不仅具有年际变化的特征,同时还具有明显的年代际变化特征.我们将这两种时间尺度进行分离,即将降水量的变化进行5年滑动平均,以滑动平均值代表年代际变化,并以每年的汛期降水量与滑动平均值的差代表去除了年代际变化后的年际变化.然后,利用NCAR/NCEP再分析资料对与这两种不同时间尺度相关联的大气环流异常进行了分析,发现两者具有不同的表现,说明影响这两种不同时间尺度的物理原因可能是不同的.与年代际变化相对应的大气环流异常主要表现为出现在我国东部地区的南北风异常以及欧亚大陆上空的位势高度异常.若对这两种时间尺度不进行分离,而直接按讨论年际变化的一般方法简单地分析与年际变化相关联的大气环流异常时,所得到的分析结果中既包含与华北降水年代际变化相关联的大气环流异常,又包含与去除年代际变化后的年际变化相关联的大气环流异常.而除去年代际变化后,与华北汛期降水年际变化相关联的大气环流异常主要表现为在东亚上空位势高度和纬向风的异常,意味着急流在涝年位置偏北.     

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.     

我国夏季东部区域降水异常年代际、年际变化分析

用华南、江淮、华北代表站6—8月降水量标准化距平的区域平均值定义了降水异常指数I，论证了它与常用指数Z、R的一致性。不同区域，的同期相关不显著，表明3区降水年际异常具有独立性。用周期分析将，分解为年代际、年际变化指数，Is、If，方差分析表明，只有华南区域Is在其，的构成中显著，表明区域夏季降水异常是复杂的。对Is、If，曲线的分析表明，3个区域Is均表现出与太平洋年代际振荡(PDO)20世纪70年代的转折有关的相关关系，华北区域If的显著偏少与强El Nino事件的同时性关系密切。     

广东汛期开始日期的年际和年代际变化研究

用小波分析和相关统计等方法,对近50多年来广东开汛的年际和年代际变化及与副高、PDO指数的关系进行了研究,同时也研究了它与后期天气、前期500 hPa环流场和海温场的关系.结果表明,近50年来广东开汛呈偏早的趋势,具有明显的2～7年左右的年际和34年左右的年代际周期振荡;开汛的年代际振荡与副高、PDO指数是一致的,并与它们存在反向的关系,且突变的时间也均发生在20世纪70年代中后期;广东开汛与后期天气的相关分析表明,它与广东4月降水的相关最好,与5,6月的相关则差;与广东降水集中期初日只有在1986年以后至今才具有显著的正相关,而与降水集中期次数却在1977年之前就具有显著的负相关;广东开汛的早晚与前冬500 hPa高度场存在几个显著的相关中心,与前秋北太平洋西风漂流区的海温异常也有明显的相关.     

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。     

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.       

传统梅雨区西北部梅雨期降水特征研究

本文从气候平均角度及年际时间尺度对传统梅雨区(28°~34°N,110°~123°E)的西北部(NW区)梅雨期降水及其与大气环流和海温的关系进行了研究,重点比较其与典型梅雨区梅雨期降水的异同。结果表明:(1)气候平均而言,850 hPa层次上大于40 g·m·kg^-1·s^-1的水汽输送带无法覆盖NW区,导致该地区在35~37候没有类似于江南地区、长江中下游地区和江淮地区梅汛期集中性降水的特征。(2)1979—2017年共39 a中,NW区有24 a出现了梅雨现象,有15 a为空梅,平均入梅日期为6月27日,比长江流域偏晚13 d,平均出梅日期为7月13日,与长江流域相近,梅雨期平均日降水量与长江流域相当。(3)NW区梅雨期时,雨量偏多的地区在我国黄淮地区,此时江南地区雨量偏少。东亚夏季风系统成员,如南亚高压、西太平洋副热带高压、青藏高原南部梅雨锚槽、低层西北太平洋反气旋等都比长江流域梅雨时偏北。(4)与典型梅雨区不同,NW区的入梅时间与赤道印度洋、赤道中东太平洋等关键区海温没有显著关联。