太平洋SSTA对广东前汛期极端降水事件影响的机制分析

利用国家气候中心提供的1960-2004年太平洋SSTA和广东省23个台站逐日降水资料,采用SVD方法对太平洋SSTA和广东省极端降水事件进行了时滞耦合,着重分析了太平洋SSTA对广东前汛期降水的影响机制.结果表明:太平洋SSTA变化与广东前汛期极端降水事件的变化有着显著的相关关系.热带西太平洋是影响广东前汛期极端降水事件的关键区,如果该海域前期秋季SSTA为正异常,次年前汛期高层盛行异常偏南风,而低层盛行异常偏北风,使得前汛期达到广东地区的水汽偏少,造成前汛期极端降水事件偏少,而异常冷年正好相反.赤道中东太平洋也是影响广东前汛期极端降水事件的关键区,该海域前期秋季SSTA处于正异常时,次年前汛期500 hPa高度场表现为WP遥相关型(太平洋西部遥相关型),这样从秋季到次年前汛期西太平洋高压偏强,次年前汛期广东东部及南部地区容易受副高控制,极端降水事件呈偏少趋势,广东偏北区域容易受副高西北侧暖湿气流和北方冷空气交汇影响,极端降水事件有偏多倾向,而异常冷年正好相反.     

中国西部夏季雨型的划分及年代际变化研究

通过对精选的1961-2000年中国西部48站夏季降水资料进行ISODATA模糊聚类，将中西部夏季降水分为两类雨型。第1类雨型的主要特征为大部分地区降水偏少。部分地区偏多；第2类雨型与之相反。分析了两类雨型的年际变化和年代际变化。显示西部降水特征在70年代中后期出现了明显转折。分析发现两种雨型对应的同期500hPa环流形势和前期赤道太平洋SSTA背景场具有明显的差别，这对短期气候预测业务工作具有明显的指导意义。     

ENSO与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化

利用热带太平洋海表温度和中国降水和气温站点观测资料,通过滑动相关分析,揭示了ENSO与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化事实。结果表明:ENSO与中国夏季年际气候异常的关系既有稳定的方面,又存在年代际变化特征。稳定的关系表现在:处于发展阶段的ENSO事件往往造成华北夏季降水偏少;处于衰减阶段的ENSO事件则易引起长江流域及江南地区夏季降水偏多。而二者关系的年代际变化表现在:1970年代中后期,处于发展阶段的ENSO事件引起的夏季降水异常在华南地区由偏少变为偏多,东北地区则由偏多变为偏少,而江淮地区偏多的现象不再明显,华北和东北夏季气温异常也由偏冷转变为偏暖,而华南则有偏冷趋势;处于衰减阶段的ENSO事件引起的夏季降水异常在华北地区由偏多变为偏少,江淮地区降水由偏少变为正常甚至偏多,华北夏季气温异常则由偏冷变为偏暖,长江流域和华南也有偏暖趋势。利用NCEP/NCAR再分析资料合成分析表明,在不同的年代际背景下ENSO引起的东亚中高纬度大气环流异常型发生了明显改变是ENSO和降水气温关系发生年代际变化的原因。     

东北夏季降水的年代际特征及环流变化

利用1961-2012年中国东北地区91个气象站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和海温资料,以及经验正交函数分解EOF、显著性检验等方法,分析了东北地区夏季降水的时空分布特征、年代际变化特征及相应的环流分布型变化,探讨了不同年代际背景下东北夏季降水年际变化的环流差异。结果表明,东北夏季降水存在明显的年代际变化特征,在1961 1983年(P1)期间降水偏少,19841998年(P2)期间降水偏多,1999年之后(P3)又进入偏少时段。P2与P1时段相比,东北气旋式环流和蒙古反气旋式环流异常增强,而西北太平洋副热带地区为气旋式环流异常,来自西北太平洋偏东水汽输送贡献明显。P3与P2时段相比,东北冷涡活动偏弱,东北地区东部在850 h Pa为偏北风异常,偏南水汽输送有所减弱。进一步分析证实,北太平洋年代际振荡(PDO)对于东北地区夏季降水及相关环流型的年代际变化有重要的调制作用。P1与P3同为降水偏少时段,PDO都处于负位相,东北地区反气旋式环流都偏强;然而P1时段的多雨年,水汽输送主要来自较强的夏季风偏南气流;P3时段的多雨年,水汽输送可能主要来自西北太平洋地区。     

北太平洋混合层深度异常及其与中国夏季降水的关系

利用GODAS逐月混合层深度(mixed layer depth,MLD)资料和中国160站逐月降水资料,分析了北太平洋MLD多年平均气候及异常特征,进一步研究了其对中国夏季降水年际异常的影响.结果表明:1)北太平洋30 ～ 40°N之间混合层最深,冬、春季明显大于夏、秋季.2)日期线附近的北太平洋中部海域是各季MLD年际异常共同最显著区域;仅夏季MLD年际异常与ENSO存在一定关系;秋、冬和春季MLD还存在明显年代际异常特征.3)当前冬北太平洋西部及中部MLD加深时,次年黄河下游部分地区、黄淮、江淮及长江以南大部分地区(广西南部除外)降水将偏少;河套地区、内蒙东部及东北大部降水可能偏多.     

华南夏季降水的变化特征及其与热带太平洋海温异常的关系

根据1958-2008年华南48站降水资料、NOAA全球逐月海温格点资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF分解、相关、合成等统计方法,分析了华南夏季降水的变化特征及其与冬季热带太平洋海温的关系。结果表明,华南夏季降水变化特征主要表现为,空间分布以全区一致型为主,其次是南北反相对称型和东西反相对称型,且这3种分布模态都表现出显著的年际和年代际特征。全区一致型降水异常与热带太平洋海温显著相关,二者的相关性也具有年代际变化特征,其对应的热带太平洋海温具有沿赤道太平洋呈“负-正-负”的纬向分布型,类似于中部型El Nino。全区降水偏多时期,西南季风偏强,西太平洋副热带高压偏强、脊点位置偏西,南亚高压偏强、脊点位置偏东,总体的环流形势有利于华南地区的水汽输送和上升运动;降水偏少时期,情况相反。     

太平洋年代际振荡与中国气候变率的联系

利用 195 1～ 1998年的太平洋年代际振荡 (PDO)指数、全球海洋和大气分析资料及中国降水和气温站点观测资料 ,分析了太平洋年代际振荡在海洋中的特征及其与东亚大气环流和中国气候变率的联系。结果表明 ,PDO与东亚大气环流及中国气候年代际变化关系密切。对应于PDO暖位相期 (即中纬度北太平洋异常冷、热带中东太平洋异常暖 ) ,冬季 ,阿留申低压增强 ,蒙古高压也增强 (但东西伯利亚高压减弱 ) ,中国东北、华北、江淮以及长江流域大部分地区降水偏少 ,东北、华北和西北地区气温异常显著偏高 ,而西南和华南地区气温偏低 ;夏季 ,海平面气压在北太平洋的负异常较弱 ,而在东亚大陆的正异常较强 ,东亚夏季风偏弱 ,西太平洋副热带高压偏南 ,热带太平洋信风减弱 ,赤道西风增强 ,此时华北地区降水异常偏少而长江中下游、华南南部、东北和西北地区降水异常偏多 ,东北、华北及华南地区气温异常偏高 ,而西北、西南和长江中下游地区气温异常偏低。对应于PDO冷位相期 ,上述形势相反。结果还表明 ,处于不同阶段的ENSO事件对中国夏季气候异常的影响明显受到PDO的调制。在PDO冷位相期 ,当ENSO事件处于发展阶段 ,华南地区夏季降水偏少 ,东北地区夏季多低温 ,在其衰减阶段 ,华北地区和长江流域降水偏多 ,淮河地区降水偏少 ;     

热带印度洋偶极子与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化

利用中国站点观测逐月降水和月平均气温资料以及NCEP/NCAR再分析资料,揭示了热带印度洋偶极子(IOD)与中国夏季气候异常关系的年代际变化.结果表明:IOD与中国夏季年际气候异常的关系既有稳定的一面,又存在着年代际变化.较为稳定的关系表现为:IOD与同年夏季长江黄河之间的降水变化存在显著负相关,与四川气温变化存在显著正相关;IOD与次年夏季四川降水存在显著正相关.伴随发生在20世纪70年代末的大尺度环流年代际转型,IOD与中国气候年际异常的联系亦发生变化:IOD正位相年的同年夏季降水异常型,由中国大部分地区偏少变为长江以南(北)偏多(少),气温由西南地区东部偏暖变为长江以南(北)偏冷(暖);次年夏季降水由全国大部分地区偏多变为长江以南(北)偏少(多),气温由全国大部分地区相关不显著变为黄河以南大部分地区显著偏暖.在IOD负位相年,中国夏季气候异常的特征与IOD正位相年相反.在20世纪70年代末的大尺度年代际气候转犁前后,与IOD相关的东亚大气环流异常特征明显不同.在IOD发展阶段,在70年代末以前,印度夏季风和南海季风偏强,副热带高压势力偏弱,导致中国华南大部分地区降水偏少,华北西部以及内蒙古中部等地降水偏多;70年代末以后,东亚大陆中纬度为弱的东风距平,导致新疆北部降水偏少,气温偏高,华南降水偏多.在IOD次年夏季,70年代末以前,华南、河套以及四川等地盛行偏南气流,降水偏多;70年代末以后,南亚高压和西太平洋副高偏西偏强,华南、江南降水偏少.     

北太平洋冬季次表层热状况及其与中国东部夏季气候的关系

利用北太平洋次表层海温及热容量资料和我国160个台站1951-2002年夏季(6-8月)降水、气温资料,分析了北太平洋冬季次表层热状况的特征,研究了中国区域气候与热容量变化之间的关系,并用SVD方法研究了北太平洋热容量变化与中国东部夏季气候的耦合关系.结果表明:北太平洋冬季次表层海温按其特征可分为40 m和240 m两类,两者的年代际特征都很明显;北太平洋冬季热容量异常变化与其相似,并与中国东部夏季气候异常有较好的耦合关系,北太平洋中部偏北和东南部地区冬季热容量异常偏高时,中国华南和华北区夏季降水将会偏多,华南区夏季气温将会偏低;黑潮延续体及北太平洋中部偏东地区冬季热容量异常偏高和北美西海岸地区异常偏低时,中国东北和长江流域地区夏季降水将会偏少,东北和华北地区夏季气温将会偏低,其关系有着明显的年代际特征.     

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。     

红水河汛期径流与印度洋海温异常的关系

使用1951—2014年广西河池市红水河龙滩站的月流量和同期海温、500 hPa位势高度、850 hPa矢量风资料,基于相关分析、EOF分析和合成分析,研究了红水河汛期流量与印度洋海温异常的关系,以及印度洋海温异常影响红水河流量的物理机制。结果表明,印度洋海温距平分布的三种模态,包括前期夏季印度洋海温距平EOF1_6—8、EOF1_2—4、印度洋海温距平EOF1_2—4和EOF3_2—4,与红水河汛期流量显著相关。用这三个模态的时间系数、龙滩站前期4—5月平均流量和南印度洋2、3和4月偶极子指数可以很好地模拟龙滩站汛期流量,因此,它们可以作为红水河径流预测的物理因子。印度洋海温异常影响红水河汛期流量的途径可以概括为,印度洋海温冷水年,冷异常可在四个季节持续。春季冷海温可使北半球春季南支气流上小槽波动强烈,南支槽加强,水汽输送显著增强;夏季可显著增强夏季风气流,使更多的水汽输送到红水河增大径流量;秋季和冬季,印度洋的冷海水减弱了北半球冬季环流形势,诱使西北太平洋水汽向中国东部地区输送,使红水河有更多的水汽汇集增大龙滩站流量。反之,印度洋海温暖水年时,四个季节的海温持续增暖,使北半球中纬度低气压系统变得不活跃,冬季形势进入早、而结束晚,中国东部受干燥气流控制时间长,春季和夏季副热带高压增强,同时,夏季风减弱,水汽输送较少,使汛期红水河流量减小。      

热带和热带外海表温度异常与低空环流特征比较

利用旋转主分量方法（ＲＰＣ），在对西太平洋和印度洋１９８０年１月至１９８８年９月共１０５个月的月平均海表温度（ＳＳＴ）进行分析的基础上，提取热带模及高纬模两种ＳＳＴ异常（ＳＳＴＡ）分布。再通过分析同期８５０ｈＰａ，各气象要素在该两模上的投影，比较低层大气与不同纬度上ＳＳＴＡ相联系的异常特征。结果表明，无论是热带还是热带外地区，暖性ＳＳＴＡ上空均有正的水汽异常及平均流场对月平均水汽输送的异常辐合。两地区ＳＳＴＡ上空８５０ｈＰａ月平均异常的最重要差异表现在流场、高度场及温度场上。热带正ＳＳＴＡ上方８５０ｈＰａ位势高度及温度均为负距平，流场呈Ｇｉｌｌ型的气旋式异常环流。热带外正ＳＳＴＡ上方８５０ｈＰａ高度及温度均为正距平，流场则呈反气旋式异常环流。分析表明，高纬度的这种异常特征主要是由于中高纬度大气的地转性和斜压性较强所致。     

热带太平洋-印度洋海表温度变化及其对西南地区东部夏季旱涝的影响

利用1959—2006 年西南地区东部20 个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR 再分析月平均资料,分析了热带太平洋-印度洋海表温度异常特征及其对西南地区东部夏季降水(旱涝)的影响,结果表明:前期赤道东太平洋海表温度偏高,西南地区东部夏季降水偏多的可能性大;当前期春季印度洋海表温度偏高时,西南地区东部夏季降水可能偏多。太平洋区的海表温度距平(SSTA)分布呈“V”字型特征,赤道中东太平洋及南、北美西部沿海的SSTA 与赤道西太平洋、南北太平洋的SSTA 呈反相关分布,与西太平洋的亚洲大陆东部沿海的SSTA 呈正相关,赤道印度洋及南印度洋的大部分地区的SSTA 与赤道中、东太平洋的SSTA 变化是一致的。当春季赤道中东太平洋及印度洋海表温度(SST)偏高(偏低)时,夏季南亚高压位置偏南(偏北),强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),同时西太平洋副高强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),位置偏南(偏北),西伸(东退)明显,东亚夏季风和南亚夏季风偏弱(偏强),我国华北及华南地区盛行下沉(上升)运动,而整个长江流域及青藏高原东部盛行上升(下沉)运动,西南地区东部也盛行弱的上升(下沉)运动,这有利于西南地区东部降水偏多(偏少),出现洪涝(干旱)的可能性大。      

热带印度洋-太平洋地区海表温度异常的线性转置预报模型

采用ＣＯＡＤＳ的月平均海平面温度跨平（ＳＳＴＡ）资料,建立了预报热带印度洋－太平洋ＳＳＴＡ的线性转置模型（ＬＩＭ）。经检验,对于非独立和独立样本,预报的均方根误差分别在１２个月和１０个月预报时效内小于ＳＳＴＡ的均方差,相对误差在５个月预报时效内都小于５０％。在Ｅ１Ｎｉｎｏ和Ｌａ Ｎｉｎａ时段效果优于其他时段,其中Ｌａ Ｎｉｎａ时段又更好些。对同一地区的ＳＳＴＡ,ＬＩＭ预报优于自回归模型预报、奇异谱     

关键海区海温异常的变化与中国区域降水和气温的关系

利用 １９５１年到 １９９８年的月平均海温资料及同时期中国 １６０个测站的降水和气温的月平均资料,选用海温异常的变化趋势一变温,讨论了关键海区海温异常的变化与我国降水和气温的关系,旨在探讨变温因子与我国降水和气温的关系与海温距平与降水和气温的关系有什么不同,用变温因子能否降低降水预报的不确定性。结果表明：降水异常对海温异常两种变化趋势的响应不完全相同,说明分别讨论同一种海温异常态的两种变化趋势对降水的影响比单独讨论海温距平对降水的影响更有效一些,有助于降低预报的不确定性;除西太平洋海区外,气温异常对各海区海温异常两种变化趋势的响应较一致。降水异常对变温的响应与对海温异常的响应,有一致之处,也有不同之处。     

河南省气温变化及其与ENSO的相关

利用Marr小波变换和交叉小波变换，对河南省近50年气温、Nin。海区KSTA、南方涛动指数SOI月平均距平序列进行了时频特征分析。结果表明：河南气温距平(△T)、海面温度距平(△Tss)以及南方涛动指数距平(△Iso)序列中都存在着不同时间尺度的周期分量，并且各周期分量具有不同的强度；河南省气温变化与ENSO振荡过程之间也存在着多尺度联系。     

前冬澳大利亚周边海温与我国长江流域夏季降水的联系

利用1980～2012年Hadley中心的HadISST再分析海温资料、美国NCEP/NCAR月平均再分析资料和中国160站月平均降水资料,研究了前冬澳大利亚周边海温与长江流域夏季降水关系。研究表明,澳大利亚周边冬季逐月海表温度距平（SSTA）EOF分解第一模态具有全区一致模形式,澳大利亚周边海温一致模具有季节持续性,可从前一年冬季一直维持到当年的夏季。用Ni?o3.4指数剔除海温场中ENSO线性信号后,表明澳大利亚周边海温一致模可能是独立于ENSO位相的区域局地现象。基于冬季澳大利亚周边海温一致模形式,定义了表征长江流域夏季降水一致模指数（CMI）,对长江流域夏季降水具有一定的短期预测意义。澳大利亚周边海温一致模与长江流域夏季降水显著相关,一方面是因为澳大利亚周边海温异常能激发南北半球遥相关,造成西太平洋副热带高压异常,从而影响长江流域夏季降水;另一方面,澳大利亚周边海温异常导致热带地区南北半球对流异常,尤其使得菲律宾周边地区的对流活动异常,进而造成长江流域夏季降水异常。     

热带太平洋SSTA与太平洋北美区500 hPa高度场的非线性关系

利用NOAA的逐月平均SST资料和NCEP/NCAR的逐月平均500 hPa高度场资料,采用非线性典型相关分析(NLCCA)分析了冬季热带太平洋SSTA场和太平洋北美地区500 hPa高度距平场之间的非线性关系,结论得出:NLCCA有能力表示出更一般的低维结构,可以提取资料集中传统CCA所不能提取的特征.NLCCA第一模态的典型相关变量μ从最大值变化到最小值,重建的SSTA场从强El Nino位相变换到强La Nina位相.La Nina位相的负距平中心(100 °W左右)比El Nino位相的正距平中心(150 °W左右)偏西约50个经度.对于500 hPa高度场,其非线性特征主要表现为定常波列(Rossby波)的位置偏差.El Nino时,PNA正位相的四个距平中心比La Nina时PNA负位相距平中心位置向东偏离约20个经度.NLCCA所得结论与合成分析结果一致.     

北太平洋海温异常的空间模态及其与东亚环流异常的关系

运用英国气象局全球海温和NCEP/NCAR 再分析逐月资料, 分析了1979年以来北太平洋夏季海温异常的主要模态, 并探讨了海温异常的空间分布与东亚环流异常的关系。结果表明: 北太平洋夏季海温主要存在两种模态, 当太平洋热带地区西高东低 (西低东高), 西太平洋到黑潮区海温偏高 (低), 东南太平洋的海温偏低 (高) 时, 东亚贝加尔湖南侧地区为显著的正 (负) 高度异常。进一步分析发现这种环流异常与北太平洋西部海温异常引起的辐合辐散有关, 北太平洋西部近大陆海域海温异常偏暖 (冷), 对应上空为异常的上升 (下沉) 运动, 因质量的连续性使贝加尔湖南侧地区低层辐散 (辐合) 异常, 有利于该地区异常反气旋性环流的加强 (减弱)。     

热带海表温度和低层风场的年际变率及与ENSO循环的相关特征研究

采用 NCEP/NCAR的 1 979～ 1 998年逐月平均的海表温度及 1 0 0 0 h Pa风场资料 ,进行滤波和均方差计算 ,得到了热带太平洋、印度洋、大西洋海表温度 (SST)和风场的年际变化特征。用旋转主分量 (RPC)方法和投影法对热带三大洋海表温度距平 (SSTA)进行分析 ,得到了各大洋 SSTA演变的主要时空特征和相应的距平风场特征 ;并用相关分析研究热带三大洋与ENSO相关的特征 ,得到三大洋间的同期相关关系为 :印度洋 SSTA与赤道东太平洋 SSTA成正相关 ,而赤道东大西洋 SSTA与赤道东太平洋 SSTA成弱的负相关 ;赤道印度洋在落后于赤道东太平洋 3个月左右时正相关达到最大 ,赤道大西洋在超前于赤道东太平洋 6个月左右时负相关达到最大 ;热带印度洋和大西洋与 ENSO相关的分量对各自大洋海表温度年际变化的方差贡献数值相近 ,最大在 40 %以上 ,平均解释方差分别为 1 4%和 1 2 %。