基于BP-CCA的贵州夏季降水与太平洋海温耦合关系

利用贵州83个台站1979—2011年的夏季月降水资料、海温、气压场、风场等再分析格点资料及副高指数资料,利用点相关找出影响贵州夏季降水的海温关键区及关键时段,利用变形的典型相关分析(BP-CCA)方法对贵州夏季降水与关键区海温的耦合关系进行了分析,并对海温影响贵州夏季降水的可能机制进行了探讨。结果表明:1影响贵州夏季降水的海温关键区域为北太平洋及中东赤道太平洋,其中尤以加利福尼亚冷流区、北太平洋暖流区对贵州夏季降水的影响更为重要,关键时段为上一年7-9月;2BP-CCA第一对典型相关场分析结果表明:加利福尼亚冷流区海温与贵州夏季降水呈同位相变化,而北太平洋暖流区海温与贵州夏季降水呈反相位变化,关键区海温对贵州北部降水的耦合好于南部,而对西南部的耦合最差;3前期7-9月海温与副高强度指数的相关系数分布呈EI Nino型,与副高西伸脊线指数的相关系数分布在中低纬度西太平洋呈正相关,与中东赤道太平洋呈负相关,与副高脊点的相关系数与海温和副高的强度相关分布相反,在赤道中东太平洋为负相关区,西北太平洋为正相关区,海温分布型为LA Nina型。东北太平洋及中东赤道太平洋海温异常与贵州500h Pa气压场及风场显著正相关,而西北太平洋海温与贵州地区500 h Pa气压场及风场成负相关,为典型的EI Nino型。     

海温异常对东亚夏季风强度先兆信号的影响

利用ERA-Interim再分析资料、NOAA海温资料、CMAP格点降水资料和中国气象站降水资料,通过合成、相关和回归分析等方法研究了1979—2012年东亚夏季风强度与其先兆信号的关系,并分析了热带海温异常的可能影响。研究表明:东亚夏季风先兆指数反映了2月200 hPa纬向风距平的主要模态特征 (EOF1),前冬热带中东太平洋海温偏低 (高),2月亚洲地区西风急流位置偏北 (偏南),东亚夏季风先兆指数偏强 (弱)。前期热带海温异常对东亚夏季风强度有明显影响,前冬热带中东太平洋海温偏低 (高) 有利于东亚夏季风偏强 (弱)。2月亚洲中纬度地区纬向风异常特征在春季不能持续,先兆信号与东亚夏季风强度的联系主要源自热带海洋。     

海温分布型对长江中下游旱涝的影响

采用经验正交函数 (EOF) 分解、奇异值分解 (SVD) 及相关、合成分析等方法, 分析了太平洋海温异常分布与东亚大气环流及长江中下游降水的关系.结果表明:涝、旱年太平洋海温差值场从前一年秋季至当年夏季一直维持由西北向东南“+ - + -”分布特征, 这种太平洋海温分布型与东亚-太平洋遥相关型 (EAP) 密切相关.旱涝年前期太平洋海温异常分布使得低纬度对流活动有明显差异, 而对流活动的异常分布又导致西太平洋副高及东亚大气环流的异常, 从而影响长江中下游降水.数值试验进一步表明:长江中下游旱涝不仅与热带, 同时也与中高纬太平洋的海温异常有关.     

夏季大西洋Niňo基本特征及其与中国夏季降水异常的联系

利用NCEP-DOE AMIP-Ⅱ再分析资料、Hadley中心海表温度资料以及全国160站降水资料,运用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)分解和回归分析等方法,研究了夏季大西洋Niňo的变化特征及其与中国夏季降水异常的联系。结果表明:夏季大西洋Niňo是热带大西洋海温异常的第一EOF模态,其方差贡献率为33.7%,具有明显的年际变化特征。当夏季大西洋Niňo处于暖位相时,对流层低层西北太平洋地区出现明显的异常反气旋,受其影响,西太平洋副热带高压强度增强、位置西伸,中国华南地区出现显著的西南风异常,有利于西太平洋副热带高压西南侧的水汽向中国长江流域及其以北地区输送,使中国长江流域和华北地区降水增多,而中国东南沿海地区则受西北太平洋异常反气旋控制,不利于降水发生;反之亦然。     

我国夏季降水与全球海温的耦合关系分析

利用我国160个台站从1951~2000年的月降水观测资料和NCEP/NCAR的全球海表温度(SST)资料,分析了我国夏季(6、7、8月)降水的时空变化特征及其与海温的相关,并应用奇异值分解(SVD)方法研究了我国夏季降水分布异常与海温变化的耦合关系。结果表明,我国夏季降水异常的雨型分布主要有3种,这些雨型的时间变化除了有明显的年际变化外,还存在显著的年代际变化。尤其是华北地区的降水从1965年左右开始减少,特别是大约1976年后有显著的减少。SVD分析揭示的我国夏季降水和全球海温异常的耦合关系表明,这种耦合关系最主要的时空变化特征表现在年代际变化的时间尺度上。我国华北和东北南部的夏季降水从1976年前后明显减少,与之显著关联的海温异常的关键区包括太平洋、印度洋以及热带和南大西洋。特别是热带中、东太平洋,印度洋,以及热带和南大西洋海水,从1976年前后也明显增暖。本研究揭示的华北持续干旱与印度洋和大西洋海温的年代际变化的耦合关系,在以往的研究中还未见到,因而有必要在今后的研究中加以重视。我国夏季降水和海温的耦合关系,还表现在长江中下游地区的降水异常与太平洋和大西洋海温异常的显著相关上。当南海和黑潮区域以及相邻的热带西太平洋海区海温为正异常时,热带和北大西洋海温也为正异常;而热带中、东太平洋海温为负异常时,长江中下游地区往往偏涝;反之,该地区则偏旱。     

1998年和2016年北大西洋海温异常对中国夏季降水影响的数值模拟研究

基于1979-2016年ERA-Interim再分析资料和CAM5.3模式,研究了2016年和1998年北大西洋海温异常对中国夏季降水以及大尺度环流的可能影响及其机制。结果表明,这两年前夏（6-7月）长江中下游及其以南地区降水均异常偏多,但1998年降水异常较2016年更为显著。后夏（8月）,2016年长江以南地区降水异常偏多,长江-黄河流域降水异常偏少,而1998年降水异常分布与之相反。2016年和1998年夏季中国东部降水异常的差异与西北太平洋对流层低层异常反气旋以及欧亚中高纬度环流变化的共同作用直接相关。敏感性数值试验的结果表明,北大西洋海温异常的显著差异是导致2016年和1998年夏季中国东部降水以及大尺度环流异常存在明显差异的重要原因之一。一方面,北大西洋海温异常可以通过改变欧亚中高纬度环流进而对中国夏季降水产生影响。1998年北大西洋海温异常自热带至副极地呈类似"+ - +"型分布,这种海温异常型能够在前夏欧亚中高纬度地区激发出双阻型的环流异常响应。2016年北大西洋海温异常自热带至副极地呈相对弱的"- + -"型分布,欧亚中高纬度环流异常响应总体偏弱。另一方面,北大西洋海温异常还可以通过影响热带纬向环流进而对西北太平洋对流层低层异常反气旋起调制作用。1998年北大西洋海温异常对夏季西北太平洋异常反气旋起增强作用,这与热带印度洋-太平洋海温的强迫作用相协调。然而,2016年北大西洋海温异常则有利于西北太平洋异常反气旋的减弱,这与热带印度洋-太平洋海温的强迫作用相反。因此,在这3个大洋的协同作用下,2016年和1998年前夏西北太平洋异常反气旋均偏强,但前者的振幅弱于后者。在后夏,1998年西北太平洋对流层低层仍受异常反气旋控制,2016年则为异常气旋控制。      

西北太平洋热带气旋频数的年际、年代际变化及预测

利用1950-2009年60 a的热带气旋资料、NOAA海温、NCEP再分析资料及74项环流指数等资料,研究了西北太平洋热带气旋频数的年际、年代际变化特征,结果表明,西北太平洋热带气旋生成频数既有显著的年际变化,同时也存在明显的年代际变化。自1950年以来,西北太平洋热带气旋频数经历了一个先增加再减少的过程,其中转折点在20世纪70年代中后期,与之相对应,热带气旋路径频数也呈现明显年代际变化。在此基础上,通过分析前期春季海温场、大气环流异常及环流指数与夏季(6-10月)热带气旋生成频数的相关关系,选取了影响夏季西北太平洋热带气旋活动频数的预测因子,建立了一个夏季西北太平洋热带气旋生成频数的多元回归预测模型。检验结果表明,该模型能较好地拟合1951-2003年夏季西北太平洋热带气旋生成频数的年际变化,拟合率为0.6。对2004-2009年夏季热带气旋生成频数的独立样本预测试验表明,该模型对夏季西北太平洋热带气旋活动频数具有较好的预测能力,可以为热带气旋业务预报提供一定参考。     

影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区及机制初探

利用1958—2011年NCEP/ NCAR再分析资料和ERSST资料,采用Lanczos时间滤波器、相关分析、回归分析、合成分析和交叉检验等方法,研究了影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区海温异常的来源与可能机制。结果表明,前冬(12—2月)热带西南印度洋和热带西北太平洋是影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区。冬季热带西南印度洋(热带西北太平洋)的异常增暖是由前一年夏季El Ni?o早爆发(强印度季风异常驱动的行星尺度东-西向环流)触发、热带印度洋(西北太平洋)局地海气正反馈过程引起并维持到春季。冬季热带西北太平洋反气旋性环流(气旋性环流)及印度洋(热带西北太平洋)的暖海区局地海气相互作用使得印度洋(热带西北太平洋)海温异常维持到春末。春季,逐渐加强北移到10 °N附近的低层大气对北印度洋(热带西北太平洋)暖海温异常响应的东风急流(异常西风)及南海-热带西北太平洋维持的反气旋性环流(气旋性环流)异常,使得南海夏季风晚(早)爆发。      

夏季北印度洋海温异常对西北太平洋低层反气旋异常的影响

采用1957—2002年850 hPa风场的ERA-40再分析资料,分析得知西北太平洋低层环流存在着明显的年际变化。这种年际变化表征了西北太平洋夏季风的年际变化,并且会影响东亚夏季风的变化。用Hadley海表面气压以及海表温度资料诊断得到,这种夏季西北太平洋反气旋异常（WPAC,northwest Pacific anomalous anticyclone）的年际变化与北印度洋同期海表温度变化存在很好的相关。用偏相关方法消除N ino3.4信号的同期线性影响,这种同期相关更加显著,而西南热带印度洋的同期海温与WPAC的相关并不显著。数值试验结果表明,北印度洋存在正海温异常时,北印度洋降水偏多,同时伴随着西北太平洋反气旋异常。当只有西南热带印度洋有正海温异常时,北印度洋会出现东风异常且降水减少,而西北太平洋有弱的气旋异常。数值模式结果与观测数据的诊断结果相吻合,说明当夏季北印度洋海表温度为正异常时,可能会产生西北太平洋反气旋异常。     

夏季热带北大西洋海温异常对西北太平洋热带气旋生成的影响

利用1979—2012年西北太平洋热带气旋最佳路径资料,Hadley中心的海温资料和NCEP/NCAR再分析资料等,研究了夏季(6—10月)热带北大西洋海温异常与西北太平洋热带气旋(Tropical Cyclone,TC)生成的关系及其可能机制。结果表明,夏季热带北大西洋海温异常与同期西北太平洋TC生成频次之间存在显著的负相关关系。热带北大西洋海温的异常增暖可产生一对东—西向分布的偶极型低层异常环流,其中气旋性异常环流位于北大西洋/东太平洋地区,反气旋异常环流位于西北太平洋地区。该反气旋环流异常使得TC主要生成区的对流活动受到抑制、低层涡度正异常、中低层相对湿度负异常、中层下沉气流异常,这些动力/热力条件均不利于TC生成。此外,西北太平洋地区低层涡旋动能负异常,同时来自大尺度环流的涡旋动能的正压转换也受到抑制,不能为TC的生成和发展提供额外能量源。反之亦然。     

THE RELATIONSHIP BETWEEN TROPICAL PACIFIC SEA SURFACE TEMPERATURE AND SUMMER RAINFALL OVER NORTHWEST CHINA

In this paper,the data of summer precipitation in Northwest China were expanded by means of EOF.According tomajor eigenvectors in expansion the area of Northwest China was divided into four natural rainfall regions.Amongthem the region of greatest precipitation variability is found over the East Qinghai-North Shaanxi region,includingEast Qinghai,Central and East Gansu,Ningxia and North Shaanxi.There is apparent teleconnection between the firstand second time-dependent coefficients in EOF expansion and the tropical Pacific SST in the corresponding period andearlier months.The variation of the east tropical Pacific SST in winter and spring is able to predict precipitation trend ofNorthwest China next summer.Moreover,in the El Nino years precipitation trend is opposite to the following year,andthe region from East Qinghai to North Shaanxi is most sensitive.     

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。     

1961-2020年西北地区夏季降水趋势变化特征

采用1961—2020年我国西北地区364站逐日降水观测数据,从降水量和降水日的角度对比分析我国西北地区夏季降水趋势时空变化特征。结果表明：西北地区夏季降水量占全年总降水量的50%以上。从整体上来看,西北地区降水量呈现显著增多的线性趋势,但并非全区一致性增多。降水量增多（减少）的站数约占区域内总站数的57%(43%),降水日数呈现增多（减少）的站数约占总站数的43%(57%);降水量、降水日数同时增加的站点主要位于南疆盆地、北疆西部及青海中部和北部等地,两者同时减少的站点主要位于甘肃东南部、宁夏、陕西中部偏东等地,而两者反相变化的站点主要位于新疆北疆地区、青海省西南部边缘地区和陕西南部。近60年来,西北地区极端降水量和降水日数呈线性增加趋势。西北地区各个区域降水量和降水日数除年际变化外,还存在年代际变化特征,不同区域变化位相存在一定差异。     

1961-2020年西北地区夏季降水趋势变化特征

采用近60年西北地区364站逐日降水观测数据,从降水量和降水日的角度对比研究了西北地区夏季降水趋势时空变化特征。结果表明：平均而言,西北地区夏季降水量占全年总降水量的50-70%。整体上西北地区降水量呈现显著增多的线性趋势,但并非全区一致性增多。降水量增多（减少）的站数约占区域内总站数的57%（43%）,降水日数呈现增多（减少）的站数约占总站数的43%（57%）。两者同时增加的站点主要位于南疆盆地、北疆西部及青海中部和北部等地,两者同时减少的站点主要位于甘肃东南部、宁夏、陕西中部偏东等地,而两者反相变化的站点主要位于新疆北疆地区、青海省西南部边缘地区和陕西南部。近60年西北地区极端降水量和降水日数也呈现出线性增加的趋势。西北地区各个区域降水量和降水日数除年际变化外,还存在年代际变化特征,但不同区域变化位相存在一定差异。     

北太平洋增暖对我国西北秋雨的影响

利用1979-2012年我国160站逐月降水资料、NOAA全球海洋表面温度资料和NCEP-DOE大气环流再分析资料,采用统计分析方法研究了北太平洋海表增暖对我国西北秋雨年代际变化的影响。结果表明:西北秋雨在2000年前后经历了年代际跃变,1986-1999年为少雨期,2000-2012年为多雨期。进一步分析表明:西北秋雨的年代际变化与北太平洋海表增暖关系密切,北太平洋海温偏暖时,东亚一北太平洋地区的大气温度升高,引起东亚地区的南北温差减弱,使东亚西风急流减弱,急流中心偏北,东亚中纬度地区气压升高,导致异常东风水汽输送带偏强,造成西北秋雨异常偏多。     

1999年东亚夏季风异常活动的物理机制研究

文中从海-气相互作用的角度探讨了1999年东亚夏季风及与其相联系的雨带异常活动的物理机制。结果表明,由于1998年春季至1999年南海-热带西太平洋出现了近20 a最强的异常暧海温,该地强异常海-气相互作用的维持使得这种局地的热力强迫成为1999年东亚夏季风和降水异常的最主要外强迫机制,并使得1999年的季风活动和降水分布有别于一般的统计情形。从1998年秋到1999年,由于热带大气对南海-西太平洋暧海温所诱发的局地强加热的响应,热带西太平洋地区所出现的Gill模态的异常环流分布从冬季一直发展到夏季,并因此在海洋和大气之间形成了局地的强烈正反馈,不仅使得异常环流得以持续发展,而且也使得暖海温得以维持,成为影响1999年环流异常的最强前期信号。随着从冬到夏的季节演变,大气基本态对上述持续性异常环流的影响导致了冬、夏异常环流呈现出不同的纬向非对称,诱发了盛夏期间东亚到北美沿岸的遥相关波列。在东亚沿岸异常气旋性环流的影响下,大尺度异常东风在东亚沿岸的维持形成了极不利于季风西风在南海北部转向的条件,导致了季风在中国东部北进的异常偏弱和低纬西风转向位置的异常偏东。     

影响东亚夏季风降水异常的前期海温信号

采用NCEP/NCAR大气再分析资料、HadISST海温数据以及中国东亚季风区的实测降水资料,探讨前期冬季海温与东亚夏季风之间的关系。研究表明,影响东亚夏季风异常的海温变化存在2个关键区,分别位于南印度洋中部和北太平洋东部,关键区的海温与东亚季风区的降水在长江中游有显著正相关,与东亚夏季风指数有显著负相关。基于此,定义了印-太海温指数。强海温指数年的南亚高压、索马里越赤道气流、西太平洋副高偏强,有利于东亚夏季风北进,中国大部降水偏多;弱海温指数年则相反。      

VARIATIONS OF SEA SURFACE TEMPERATURE AND SEA LEVEL PRESSURE OVER PACIFIC AND INDIAN OCEANS AND THEIR INFLUENCE ON COLD SUMMER IN EAST ASIA

An EOF analysis was performed to investigate the variations of sea surface temperature (SST) of Pacific and Indian Oceans.Result shows that the distribution of SST anomaly exhibits a distinct anticorrelation pattern between Northwest and Southeast Pacific,as well as between Northwest Pacific and the Arabian Sea.It also shows that the sea level pressure (SLP) anomaly between North Pacific and North Indian Oceans is of a seesaw pattern,which we named the North Paci-fic and North Indian Ocean Oscillation (PIO).Such a phenomenon is closely correlated with the cold summer in East Asia.     

春夏季赤道中东太平洋海温异常变化与东亚夏季风关系的研究

利用1951—2003年的Ni?o1+2, 3, 4和3.4区的海温异常指数, 分析了各个海区3—8月海温异常随时间的变化与我国夏季降水的关系。研究发现4个海区海温异常变化与我国长江流域、江南地区、华北地区以及西北东部地区的夏季降水都有较高的相关性。合成分析表明:在海温异常随时间变化为正的年份, 上述地区的夏季降水偏少; 在海温异常随时间变化为负的年份, 情况正好相反。在此基础上, 分析了Ni?o3.4区的海温异常变化和高低空纬向风垂直切变之间的关系, 发现海温异常变化与东亚夏季风的环流场之间也有很好的关系。由合成分析结果发现, 在海温异常变化分别为正和负的年份, 500 hPa高度距平场、850 hPa纬向风距平场、850 hPa流场距平场, 200 hPa纬向风距平场及高低空纬向风距平切变均具有显著的差异, 尤其是在长江流域以南、南海及我国的东北地区都呈相反的分布形势。因此, Ni?o3.4区的海温异常随时间的变化可以为东亚夏季风和我国夏季降水的预报提供一定的依据。     

北半球夏季大气低频振荡演变特征及其与华北夏季降水的关系

本文采用1981～2010年夏季5～10月逐日的（10°S～50°N,40°E～160°E）范围内向外长波辐射OLR（Outgoing Longwave Radiation）资料和850 hPa层纬向风速资料（简称U850）作经验EOF（Empirical Orthogonal Function）分解,重新计算北半球夏季大气低频振荡BSISO（Boreal Summer Intraseasonal Oscillation）指数,并分析了其演变特征及其对华北夏季降水的影响规律。结果表明:（1）在北半球夏季印度洋—西北太平洋地区存在两种明显的低频信号,一种是BSISO1,空间分布呈西北—东南倾斜状,从热带印度洋向东北方向传播,振荡周期约为45 d;另一种是BSISO2,空间分布呈西南—东北倾斜状,从西北太平洋向西北方向传播,振荡周期约为20 d。（2）BSISO主要是通过影响大气环流和水汽输送来影响华北夏季降水过程。在500 hPa层,BSISO信号会造成华北地区东部副热带高压位置南北移动和强度发生变化来影响华北夏季降水;在850 hPa层,BSISO信号会通过伴随的气旋性或反气旋性异常环流影响向华北的水汽输送来影响华北夏季降水。（3）虽然热带大气季节内振荡MJO（Madden-Julian Oscillation）信号在全年都存在,但其变化在冬半年尤其冬季振幅最大,在夏季最小。BSISO信号变化在夏半年尤其夏季振幅最大。因此,利用热带大气低频信号开展延伸期降水过程预测,冬半年可以重点考虑MJO的影响,夏半年重点考虑BSISO的影响。