近45a长江中下游地区夏季降水的区域特征

利用旋转经验正交函数(Rotated Empirical Orthogonal Function,REOF)展开方法,分析了长江中下游地区六省一市1960—2004年78站夏季(6—8月)降水场,并将降水场分为5个主要区域,在此基础上揭示了长江中下游5个区域夏季降水的时间演变特征。5个区域夏季降水序列的Mann-Kendall突变检验表明,各区代表站中只有衢州和南通发生了突变,且突变时间不同;5个区域夏季降水长期变化呈现增加趋势,Ⅰ区和Ⅴ区表现出较强的增加趋势,Ⅲ区次之,Ⅱ区和Ⅳ区较弱;5个区域夏季降水的周期振荡差异明显。     

近60年中国日降水量分区及气候特征

根据中国国家级地面气象站均一化降水数据集,使用1956~2015年512个台站的日降水量资料,通过旋转经验正交函数（REOF）得到七个分区。比较了各分区平均日降水量的年内变化和多年倾向率差异:我国偏南分区的小雨日数减少,大雨、暴雨日数、日降水量的区域年均值增加;偏北分区的小雨、大雨、暴雨日数、降水量年均值为递减;长江中下游区（东北区）日降水量、小雨日数、暴雨日数的年均值的近60年倾向率分别是0.0071 mm a-1（-0.0010 mm a-1）、-0.0729 d a-1（-0.0615 d a-1）、0.0132 d a-1（-0.0007 d a-1）。100°E以西地区:小雨、中雨日数在增加,无雨日数显著减少,日降水量的年均值呈递增特点。通过自相关函数和小波功率谱估计,揭示了七个分区的日降水量年均值普遍存在2~4 a周期震荡。使用NCEP/NCAR月均再分析资料,以区域日降水量年均值为指数得到500 hPa、700 hPa、850 hPa回归风系数场、旱涝年整场水汽通量和水汽通量散度差异场相结合分析,结果表明:"东高西低,南高北低"环流型和区域降水有密切关系,水汽差异场是上述环流特点的反映。     

秦巴谷地夏季降水的时空特征分析

利用安康和汉中地区21个测站1963—2012年逐日降水和气温资料以及统计诊断方法,分析了秦巴谷地年均气温和降水以及季节降水的时空变化特征,结果表明:秦巴谷地的年均气温呈明显线性增暖趋势,而年降水量的线性变化趋势不明显;在降水量较为集中的春夏秋3季中,春秋季降水量呈减小的趋势,而夏季的降水量却呈增多的趋势,尤其是近10年来降水量增多趋势明显。利用REOF方法将秦巴谷地夏季降水量分解为3个主要空间模态,即西部、东部和中部型,其中西部型和东部型是秦巴谷地夏季降水分布最敏感的区域类型。对秦巴山区2010年7月17—18日一次典型强降水天气过程的分析表明,西部型和东部型可能是秦巴地区的主要典型降雨型,对于秦巴地区降水规律认识和天气预报及防灾减灾有着重要意义。     

近53a中国东部雨季降水的区域特征

利用1951-2003年中国东部114个站雨季（4-9月）降水量资料作旋转经验正交函数（REOF）展开，根据前5个旋转空间模上高载荷区分布，将中国东部地区分成5个降水气候区，即东北南部、河套地区、江淮地区、长江中下游地区及华南地区。Morlet小波分析结果表明，除了7～8a的周期外，各区还存在不同的振荡周期。长期变化趋势显示各区在53a中基本上呈两波型，东北南部、河套地区和江淮地区降水发生突变的时间为20世纪60年代末70年代初，降水下降趋势显著，长江中下游及华南地区降水突变时间为90年代初，降水有弱的上升趋势。     

中国近117年年平均气温变化的区域特征研究

用ＲＥＯＦ法以１６０站近４７年的年平均气温变化为依据将我国分为８个年平均气温变化区．以国内及临近国家长资料序列为基础,建立了反映我国各区及全国近１１７年的年平均气温标准化序列．从近１１７年气温变化来看,Ｉ～ＶＩＩ区都有升温趋势,全国平均气温的升温趋势为０．７６℃／１００ａ,北半球陆地则为０．６４℃／１００ａ．最大的为东北,华北、新疆,最小的为四川、贵州．从年代际尺度看我国与北半球陆地的平均气温的变化是相当一致的,相关系数高达０．９３,主要差别在于年际变化．     

近百年中国东部夏季降水的时空变率

利用中国东部25°N以北28个站1880-1999年夏季季降水序列,用旋转复经验正交函数（RCEOF）方法,研究了中国东部地区百年干湿的时空演变规律。结果表明,夏季降水空间变率大值区依次为:长江中下游地区、淮河流域、江南、华北、西南及东北。除西南外的5个关键区大体上反映了从6月到8月夏季雨带自南向北椎进所滞留的地区。旋转空间位相分布揭示了长江中下游地区、江南、东北的旱涝异常主要表现为驻波振动特征;而淮河流域、华北、西南地区显示出降水异常信号具有部分的行波特征。尤其第4空间模显示出旱涝异常信号从东北南部可沿着黄淮下游传到长江下游地区。对于近百年中国东部地区夏季于湿变化,长江中下游地区、淮河流域、华北及东北四个地区都存在20-25年时间尺度的周期振荡;长江中下游地区及华北地区都存在准60年时间尺度的振荡周期;东北地区主要表现出36年时间尺度的振荡周期;淮河流域存在明显的70-80年时间尺度的振荡周期;华北地区存在的11年时间尺度的振荡周期恰好与太阳黑子活动的11年周期相一致。在年代际时间尺度（包括次年代际时间尺度）上,长江中下游、淮河流域及华北地区的夏季降水的变化与太阳活动有显著的正相关。     

华东地区不同等级降水日数的时空分布特征

根据华东地区1961～2010年逐日降水量台站观测资料,利用趋势分析、Mann-Kendall检验和经验正交函数（EOF）分析等方法揭示不同强度降水日数的时空演变特征。结果表明,华东地区的小雨日数为总雨日数的72.42%,占总雨日数的最大比重。同时发现小雨日数和总雨日数（暴雨和大暴雨日数）表现为显著的减少（增加）趋势,说明总雨日数的减少主要是由于小雨日数的减少所致。EOF 分析结果显示总雨日和小雨日的主要 EOF 模态在空间上表现出全场一致的减少趋势以及南北反相位的特征。福建中部既是总雨日数和小雨日数最大的区域,也是两者减少趋势最明显的地区。暴雨日数和大暴雨日数高值中心出现的区域基本重合,大致在浙江-江西-安徽三省交界处。     

东北夏季气温和降水场的客观区划

采用旋转经验正交展开(REOF)方法,对东北夏季平均气温和降水场作空间分型,气温场可分为3个区,降水场可分为6个区。检验了各区的相关性,结果表明,这种分区方法比较客观,能更好地反映出东北夏季气候变化特征。     

河南夏季高温日数的时空分布特征及500 hPa环流型

对河南省40个代表站1961-2005年夏季≥35℃高温日数进行经验正交函数(EOF)展开分析,结果显示,前3个典型场基本能反映河南夏季高温日数分布的主要特征,前3个模态的累积方差贡献率达85%.据此,得出河南夏季≥35℃高温日数的时空分布类型为全省一致型、西北至东南差异型和西南至东北差异型.第一模态对应的时间系数序列的变化幅度最大,第二模态对应的时间系数序列的变化幅度比前一个时间序列要小.第一模态的时间系数演变显示,河南夏季高温日数平均呈减少趋势,且存在2～4 a、8～14 a的周期变化,目前河南夏季高温日数正处于偏多状态中.应用逐日20时500 hPa ECMWF北半球格点资料,对1991-2005年河南典型的大面积持续高温下的环流形势进行普查、分类,分别求各种类型下的环流平均场,从而得到河南省高温的两种环流型,即贝加尔湖高压型和副热带高压型.     

河南夏季高温日数的时空分布特征及500hPa环流型

对河南省40个代表站1961-2005年夏季≥35℃高温日数进行经验正交函数(EOF)展开分析,结果显示,前3个典型场基本能反映河南夏季高温日数分布的主要特征,前3个模态的累积方差贡献率达85%。据此,得出河南夏季≥35℃高温日数的时空分布类型为全省一致型、西北至东南差异型和西南至东北差异型。第一模态对应的时间系数序列的变化幅度最大,第二模态对应的时间系数序列的变化幅度比前一个时间序列要小。第一模态的时间系数演变显示,河南夏季高温日数平均呈减少趋势,且存在2~4 a、8~14 a的周期变化,目前河南夏季高温日数正处于偏多状态中。应用逐日20时500 hPa ECMWF北半球格点资料,对1991-2005年河南典型的大面积持续高温下的环流形势进行普查、分类,分别求各种类型下的环流平均场,从而得到河南省高温的两种环流型,即贝加尔湖高压型和副热带高压型。     

近50年华东地区夏季异常降水空间分型及与其相联系的遥相关

利用中国华东地区91个站点1961～2007年夏季 (6～8月) 逐日降水资料和NCEP/NACR再分析资料, 用旋转经验正交函数 (REOF) 方法将华东地区夏季降水场分为5个区域, 即I区 (闽赣地区)、II区 (江南)、III区 (长江中下游地区)、IV区 (江淮) 和V区 (黄淮)。这5个区域的夏季降水周期显著不同, 当I区降水的年际周期性强 (弱) 时, II、III、IV、V区降水年际周期性弱 (强)。I～V区夏季降水的年代际及年际变率的年代际变化显著, 且在年代际降水较少或由多变少或由少变多的转换时段, 容易发生较大的年际变化。各区降水异常形成的局地成因有所差别。其中, 江南南部、江南、沿江 (长江中下游) 受低层异常反气旋控制, 该异常反气旋使得这些地区出现水汽辐散, 与异常的非绝热冷却结合, 造成异常下沉气流, 导致干旱发生。对于江淮之间的地区, 由南侧异常气旋性环流和北侧反气旋环流的西部辐散气流控制, 造成水汽向南北两侧辐散, 导致降水偏少; 对于黄淮地区干旱, 可归因于位于蒙古高原上的反气旋异常和位于西太平洋上的气旋性异常之间的异常偏北气流造成该地区水汽的异常辐散所致。华东5个区域的夏季降水和不同类型的遥相关有关。闽赣地区降水受欧亚-太平洋型 (EUP) 遥相关影响; 江南地区降水则可能受东亚-太平洋型 (EAP)/太平洋-日本型 (PJ) 影响, 亦与太平洋-北美型 (PNA) 存在可能的联系; 长江流域则可能受东大西洋型 (EA) 和EAP型影响; 江淮地区降水则明显地受EA/EUP和PJ/EAP的共同影响, 而黄淮降水则与源于地中海地区向东北传播且通过北极涛动 (AO) 产生影响的波列存在联系。这5个区域的夏季降水异常还和东亚地区位涡、 南海夏季风、 Niño3、Niño4区海温、西太平洋副高变动等因子有关。     

我国西南地区夏季降水异常的区域特征

采用旋转经验正交展开（REOF）方法，对我国西南地区49a夏季降水标准化距平场进行客观分区，并分析了各区夏季降水异常的长期变化趋势。结果表明，西南地区夏季降水量场可以分为5个区域，该5区均具有显著的年代际变化特征，且近50a来它们的旱涝变化存在着显著差异，其中川西、川东和贵州降水的长期变化趋势不明显，而四川盆地和云南显著变干。     

1961-2010年广东省高温天气时空变化特征分析

利用广东省27个地面观测站1961-2010年的日平均气温、日最高气温以及日最低气温等观测资料,采用线性倾向、Morlet小波分析、Mann-Kendall突变检验、EOF及REOF等统计方法,分析了广东省高温天气的气候变化特征。结果表明：广东省多年平均高温日数由北向南递减,并且递减趋势明显;近50 a广东省各地区的高温日数基本为上升趋势,中部高温日数的上升幅度最为明显;从全省平均情况来看,高温日数长期演变为显著的上升趋势,在20世纪90年代末之前处于偏少期,90年代末期以后进入偏多期,2005年后高温日数上升趋势较为显著;高温日数在1998年出现了突变现象;高温日数存在20-23 a的振荡周期,但这种周期性变化并不显著;广东省高温日数的标准化距平场可分为中部、北部和南部3区。     

SVD分析揭示的澳大利亚高压年际变化对中国夏季气温的可能影响

利用澳大利亚海平面气压和中国夏季气温站点资料,使用SVD和线性回归方法揭示了澳大利亚高压（以下简称澳高）的年际变化与中国夏季气温异常的联系。结果表明,SVD的第一模态（简称SVD1）时间系数与通常使用澳高指数相关可达到0．97。SVD1表示出澳大利亚高压的年际变化与中国江南地区夏季气温存在密切联系。澳高增强（减弱）时,江南地区夏季气温偏低（偏高）。整层垂直积分大气加热场、海平面气压场、500hPa的高度场变化以及降水和总云量的变化都对夏季气温的形成有一定作用。澳高对中国夏季气温的可能影响途径为：澳高强（弱）年时,澳大利亚地区低层的异常辐散风场在菲律宾东侧的暖池附近产生辐合（辐散）,引起正（负）涡度源,激发P-J型波列,伴随着在南海-西太平洋地区产生副高正异常（负异常）,导致副高偏西（偏东）,进而增强（减弱）来自孟加拉湾的水汽输送,同时江南地区水汽和异常风场辐合（辐散）,有利于（不利于）该地区降水异常的发生和维持,有益于气温降低（升高）。     

1960—2010年中国南方地区夏季旱涝时空分布特征

基于1960—2010年中国南方地区51 a降水资料,进行Z指数变换,再利用降水距平场作REOF分区,并分别对各区域代表站点Z指数序列作线性趋势分析和M-K分析及Morlet小波分析。结果表明：中国南方5个分区岳阳站、广州站、丽水站、信阳站和巢湖站5个典型站点的年际及年代际波动幅度都比较明显,但均呈由干变湿的趋势。且5个站点分别在1973、1993、1992、2002年和1979年发生突变,突变后UF一直呈上升趋势,总体均由干变湿5,个分区旱涝异常具有相对一致的性质。中国南方地区夏季降水具有多时间尺度振荡的特点,存在2—3 a和5—6 a的周期。     

Diversity of the Coupling Wheels in the East Asian Summer Monsoon on the Interannual Time Scale: Challenge of Summer Rainfall Forecasting in China

Two types of three-dimensional circulation of the East Asian summer monsoon(EASM) act as the coupling wheels determining the seasonal rainfall anomalies in China during 1979–2015. The first coupling mode features the interaction between the Mongolian cyclone over North Asia and the South Asian high(SAH) anomalies over the Tibetan Plateau at 200 hPa. The second mode presents the coupling between the anomalous low-level western Pacific anticyclone and upperlevel SAH via the meridional flow over Southeast Asia. These two modes are responsible for the summer rainfall anomalies over China in 24 and 7 out of 37 years, respectively. However, the dominant SST anomalies in the tropical Pacific, the Indian Ocean, and the North Atlantic Ocean fail to account for the first coupling wheel's interannual variability, illustrating the challenges in forecasting summer rainfall over China.     

我国东部夏季气温特征分析

采用EOF、REOF展开、Mann-Kendall突变分析等方法,利用我国东部地区1951—2008年夏季(6—8月)气温观测资料,分析了该区夏季气温的时间空间分布特征。结果表明:①我国东部地区夏季气温可分为全区一致型、南北反向型、正—负—正型3类主要空间特征场;②该区夏季气温场分为7个区,分别为华北地区、江淮地区、东南地区、华南地区、西南地区、西北地区、东北地区;③我国东部全区夏季气温呈现先下降后上升的趋势;④整个东部地区夏季气温在1997年发生突变,气温上升;在各个分区中也都存在着不同年份的突变。     

The Interannual Variability of Summer Rainfall in the Arid and Semiarid Regions of Northern China and Its Association with the Northern Hemisphere Circumglobal Teleconnection

Using the latest daily observational rainfall datasets for the period 1961–2008, the present study investigates the interannual variability of June–September (JJAS) mean rainfall in northern China. The regional characteristics of JJAS mean rainfall are revealed by a rotated empirical orthogonal function (REOF) analysis. The analysis identifies three regions of large interannual variability of JJAS rainfall: North China (NC), Northeast China (NEC), and the Taklimakan Desert in Northwest China (TDNWC). Summer rainfall over NC is shown to have displayed a remarkable dry period from the late 1990s; while over NEC, decadal-scale variation with a significant decreasing trend in the last two decades is found, and over TDNWC, evidence of large interannual variability is revealed. Results also show that the interannual variability of JJAS rainfall in northern China is closely associated with the Northern Hemisphere circumglobal teleconnection (CGT). Correlation coefficients between the CGT index and regional-averaged JJAS mean rainfall over NC and NEC were calculated, revealing values of up to 0.50 and 0.53, respectively, both of which exceeded the 99% confidence level.     

南海夏季风活动的年际和年代际特征

利用NCEP风场资料和候平均向外长波辐射（OLR）资料分析了南海区域低层风场与对流活动的关系,在此基础上,采用南海中南部的纬向风平均值来定义南海夏季风的爆发,确定了长序列（1949～1998）的南海夏季风爆发日期和强度指数,并研究南海夏季风活动的年际和年代际变化特征。结果表明：南海夏季风爆发日期和强度指数呈显著的反相关;50年来的气候趋势是,爆发日期逐渐偏晚,强度指数逐渐减弱。二者都存在着明显的年际和年代际变化,它们在不同阶段上的波动是各种时间尺度振荡叠加的结果,而年代际尺度具有非常重要的作用。东印度洋海温异常在南海夏季风爆发前后,均与南海夏季风强度指数呈显著的反相关。东太平洋海温异常在南海夏季风爆发之前,与强度指数反相关,而爆发之后,与强度指数正相关。这体现了南海夏季风活动与ENSO事件的密切关系。     

中国东北和西北区域三种再分析资料与探空资料的温度对比分析

利用中国105站的探空资料以及NCEP/NCAR、ERA和JRA三种再分析资料,采用均方根误差、趋势分析等多种统计分析方法,对再分析资料的高空温度在中国东北和西北区域的可信度进行了分析。结果表明：在气候平均方面,JRA资料相比于探空资料的均方根误差较小,冬季的均方根误差较小,西北区的均方根误差普遍大于东北区;在年际变化方面,东北区三种再分析资料在低层的反映程度明显好于高层,西北区各层三种再分析资料与探空资料的差值普遍比东北区大;在长期变化方面,三种再分析资料在对流层低层都较好,东北区NCEP资料能更好地反映探空资料高层的降温趋势,而在西北区,则是JRA资料能更好地反映探空资料高层的降温趋势。