青藏高原东部和西太平洋暖池区大气热源与中国夏季降水的关系

利用1951～2000年NCEP/NCAR逐日再分析资料计算了大气热源,并对夏季青藏高原东部大气热源异常和西太平洋暖池区大气热源异常对中国夏季降水的影响作了对比分析研究.结果表明,如果高原东部夏季大气热源显著偏强(偏弱),则长江流域地区的夏季降水显著偏多(偏少),而华南东部地区夏季降水偏少(偏多).菲律宾南部附近的热带西太平洋暖池区上空夏季大气热源显著偏强(偏弱)时,同期长江中下游地区偏涝(偏旱),而华南地区、江苏北部-山东南部则偏旱(偏涝).夏季青藏高原东部大气热源异常和热带西太平洋暖池区大气热源异常对中国夏季降水的影响是有差别的,中国的夏季降水受高原东部大气热源影响的显著范围要比受西太平洋暖池区大气热源影响的显著范围要大.无论是高原热源异常还是西太平洋暖池热源异常,东亚地区的大气环流都存在类似EAP型的遥相关波列.大气热源的异常是通过直接影响垂直运动场的异常,进而影响到我国的夏季降水的异常.夏季高原热源或西太平洋暖池热源偏强(偏弱)时,西太平洋副高的脊线比常年位置偏南(偏北).     

热带印度洋海温与西北地区东部降水关系研究

利用西北地区东部1961 2009年99个气象测站逐月降水量资料,以及Hardley中心逐月海表面温度(SST)资料,采用最大协方差分析(MCA)、相关、回归等统计方法,考虑扣除ENSO(El Ni珘noSouthern Oscillation)影响后,分析了西北地区东部降水量和热带印度洋SST之间年际、年代际变化关系。结果表明:前期冬、春季持续异常的热带印度洋海盆模与西北地区东部5月降水异常主模态存在显著正相关关系,通常超前1~2个季节的暖(冷)海盆模对应5月西北地区东部降水偏多(少),并且这种显著关系存在年代际差异,20世纪70年代中期之前两者关系不显著,之后两者关系加强,通过了0.05显著性水平检验。热带印度洋海盆模对西北地区东部5月降水的影响可能是热带印度洋海盆模"电容器"效应的一种具体体现。     

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。     

春季中国东海黑潮区大气热源异常对中国东部降水的影响

采用ERA-interim逐日再分析数据集与中国东部389个站逐日降水资料,通过相关和合成分析讨论了不同时间尺度上,春季中国东海黑潮区上空大气热源异常对东亚大气环流和中国东部降水的影响。观测分析表明,春季中国东海黑潮区上空为一显著的大气热源,大气对该热源的响应在不同时间尺度上表现出不同的形式。在较长时间的季节和年际尺度上,春季中国东海黑潮区大气热源增强时,可在大气对流层低层强迫出偏南气流,同期春季及后期夏季西太平洋副热带高压增强并西伸,相比于热源低值年西北太平洋副热带地区为一反气旋式异常环流所控制,中国长江中下游以南地区降水增多;反之亦然。与年际和季节时间尺度不同,在较短的天气时间尺度上,中国东海黑潮区上空大气热源增强可在其下方强迫出气旋式异常环流。大气热源的增强与中国东部对流层低层气旋式异常环流的东移有关,相应地在中国东部地区出现了显著的降水增多。     

冬季和春季印度洋海温异常年际变率模态对中国东部夏季降水的可能影响过程

印度洋热力状况是影响全球气候变化和亚洲季风变异的一个重要的因素,但以往研究更多关注热带印度洋海温的变化,对南印度洋中高纬地区海温变化关注不够,由此限制了我们对印度洋的全面认识.本文研究了年际尺度上整个印度洋海温异常主导模态的特征及其对我国东部地区夏季降水的可能影响过程,以期望为气候变异研究及预测提供理论依据.研究结果表明:全印度洋海温异常年际变率的主导模态特征是在南印度洋副热带地区海温异常呈现西南—东北反向变化的偶极子模态,西极子位于马达加斯加以东南洋面,东极子位于澳大利亚以西洋面;同时,热带印度洋海温异常与东极子一致.当西极子为正的海温异常,东极子、热带印度洋为负异常时定义为正的印度洋海温异常年际变率模态;反之,则为负的印度洋海温异常年际变率模态.从冬至春,印度洋海温异常年际变率模态具有较好的季节持续性;与我国长江中游地区夏季降水显著负相关,而与我国华南地区夏季降水显著正相关.其可能的影响过程为:对于正的冬、春季印度洋海温异常年际变率模态事件,印度洋地区异常纬向风的经向大气遥相关使得热带印度洋盛行西风异常,导致春、夏季海洋性大陆对流减弱,使夏季西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东偏北,造成华南地区夏季降水增多,长江中游地区降水减少;反之亦然.同时,印度洋海温异常年际变率模态可通过改变印度洋和孟加拉湾向长江中游地区的水汽输送而影响其夏季降水.     

印度洋海盆模影响西北东部降水的大气环流分析

利用回归统计方法分析了热带印度洋海盆模影响西北地区东部5月降水异常的大气环流异常分布及可能的物理机制。结果表明:印度洋暖海盆模可以在亚欧地区大气中引起类似"Matsuno-Gill Pattern"的大气响应,在对流层中上层形成异常波列,西北地区东部正好位于新疆—巴尔喀什湖负异常中心和东亚地区正异常中心之间,处在明显西低东高的高度场异常形势下,这正是西北地区东部5月降水异常偏多的典型环流形势。对应波列分布,欧亚范围存在3个明显异常气旋、反气旋,对流层高层200 h Pa华北到西北地区东部为大片气流异常辐散区,低层850 h Pa为气流辐合,形成异常垂直上升运动,有利于西北区东部降水异常偏多。因此印度洋海盆模是通过引起遥相关波列,在西北地区东部上空形成西低东高的异常环流,从而影响该地区的降水异常。     

春季印度洋SSTA对夏季中国西北东部极端降水事件的影响研究

基于近47年来NCAR/NCEP再分析月平均高度场、风场、地面气压,比湿以及NOAA重构的印度洋海表温度资料和中国西北东部97个气象台站逐日降水资料,首先利用百分位法定义了极端降水事件的阈值,运用SVD及合成分析等方法,研究了前期秋季、冬季、春季及同期夏季印度洋海表温度同夏季中国西北东部极端降水事件的关系,结果表明前期春季印度洋海温异常对预测夏季中国西北东部极端降水事件的变化特征具有较明确的指示意义,关键区位于赤道印度洋地区。如果春季赤道印度洋海温异常偏暖,从同期春季到后期夏季,100～110 °E平均经圈环流在赤道附近表现为异常上升气流,对应30 °N附近在对流层中、上层表现为异常的下沉气流,同时来自印度洋的西南季风异常偏弱,使得后期夏季由于没有异常的水汽输送到我国西北东部地区,从而极端降水事件偏少,而偏冷年份正好相反。另外在春季赤道印度洋海温异常暖年,后期夏季南亚高压偏强,且呈西部型;而在异常冷年,南亚高压偏弱,且呈东部型,这可能是引起夏季中国西北东部极端降水事件变化的另一原因。     

印度洋海温异常年际变率模态对中国东部地区夏季降水影响机制的数值试验

利用ECHAM5全球大气环流模式研究了印度洋海温异常年际变率模态从冬至夏的演变对我国东部地区夏季降水影响的机制。观测资料研究表明:对于正的印度洋海温异常年际变率模态,春、夏季热带印度洋和澳大利亚以西洋面(东极子)均为水汽的异常源区,向马达加斯加以东南洋面(西极子)及印度洋邻近大陆提供水汽。夏季,印度洋地区南极涛动、马斯克林高压加强;而印度季风低压和南亚高压均减弱,对应于印度夏季风减弱。夏季印度洋地区正压性的纬向风异常经向遥相关使热带印度洋地区出现西风异常,导致海洋性大陆地区对流活动减弱,而菲律宾海地区对流活动加强,进而导致西太平洋副热带高压偏弱、位置偏东北。对于负的印度洋海温异常年际变率模态,则反之。模式结果基本支持了已有的观测资料诊断结果。     

中国东部夏季降水的主相关型及其环流特征

将中国东部夏季降水单点相关图中达统计显著性标准台站数最多的相关分布型定义为主相关型,讨论了与该雨型对应的环流异常特征。结果表明：长江中下游和河套地区的夏季降水对中国东部地区具有较好的空间代表性,且它们呈反相关变化,可以利用这两个地区的降水之差来描述中国东部夏季降水的最主要雨型。当雨带位于河套地区、长江中下游少雨时：长江中下游为偏东风,太平洋Ｗａｌｋｅｒ环流偏强,南亚了风环流偏强,南亚高压位置偏北。     

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。     

青藏高原夏季大气视热源与中国东部降水的关系的年代际变化

基于1979～2017年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的ERA-Interim逐日再分析资料和热力学方程,本研究估算了大气视热源,分析研究了青藏高原夏季大气视热源的异常与中国东部降水关系的年代际变化,以及青藏高原大气视热源影响我国东部夏季降水的物理机制。结果表明:（1）高原热源东、西部反相变化模态的重要性发生了年代际转变,表现为由1994年之前方差贡献相对小的第二变异模态变为1994之后方差贡献明显增大而成为第一主导变异模态。（2）青藏高原夏季大气视热源的东、西反相变化模态与中国东部降水的关系存在年代际变化。1993年之前和2008年之后,高原大气视热源的异常分别仅与长江下游降水和长江中游降水异常存在密切的联系;而在1994～2007年,其对长江流域及附近区域和华南地区的夏季降水的影响显著,具体表现为,当高原夏季大气视热源异常表现为东强西弱（东弱西强）时,长江中上游、江淮地区的降水偏多（少）,华南地区降水偏少（多）。（3）高原大气视热源显著影响我国东部夏季降水主要是通过经高原上空发展加强的天气系统东移过程影响长江流域及附近地区的降水,以及通过垂直环流影响华南地区的降水。     

印度洋海表温度主模态及其与亚洲夏季季风的关系

分析了印度洋SST主模态的时空特征,并探讨其对亚洲夏季季风的影响,结果表明:印度洋SST主模态的主要特征为整个海盆一致的增温趋势,主要具有准3a和准11a周期,在1976/1977年和1997/1998年分别具有两次年代际显著增温.印度洋SST主模态与中国雨区夏季降水有很好的关系,其增温趋势与华北、东北南部、华南东部和西南西部降水减少,长江中下游地区、东北北部和西北地区降水增多具有很好的关系,并与长江中下游梅雨雨量具有较好的正相关关系;其变化趋势对亚洲夏季季风系统具有显著影响,在高空,使南亚高压、高原南侧的高空东风以及从南海、东南亚至西南印度洋的高空越赤道气流减弱,但增强10°-20°N、40°-110°E的北风;在中层,使西北太平洋副热带高压强度偏强,面积偏大;在低层,增强索马里越赤道气流,但却削弱印度夏季季风低层环流,并且在加强东亚地区的低层南风在中国长江中下游地区及其以南地区的同时减弱华北地区的低层西南风;地面,使亚洲大陆的气压升高;与对流层整层垂直积分水汽输送通量的相关分布与低层环流的相似.因此,印度洋SST主模态的上升趋势是亚洲夏季季风趋于减弱和中国雨带南移的一个原因.     

西北地区东部夏季降水异常主模态及其影响因子分析

基于EOF分析及相关分析等方法,以西北地区东部81个测站1961-2010年夏季降水为研究对象,分析了夏季降水异常主模态与前期和同期北半球500hPa、同期EL-Nino及74项环流特征量的关系。结果表明:(1)该区夏季降水的前三种主模态分别为东西差异型、南北异常型、河西走廊区域差异型,它们分别可以解释总方差的19.78%、13.14%和7.78%。(2)夏季降水第一主模态与前期冬季1月北太平洋涛动(NPO)有明显的正相关关系,其强弱变化可作为后期夏季降水异常变化的一个前期信号,其第一主模态与夏季东南象限(152.5°E-157.5°E,72.5°N)极涡的深浅显著负相关,同时欧洲东部-新疆北部大片负相关区与太平洋区显著正相关中心的分布特征与有利于造成夏季降水偏多的"西负东正"高度场相一致。(3)青藏高原东侧的气候变化敏感区对EL NINO的响应程度要高出其它区域。(4)西太平洋副高(以下简称:副高)面积偏大,强度偏强,夏季降水偏多,西太平洋西伸脊点偏西,夏季降水偏少。     

冬季热带印度洋上层流场异常模态分析

利用复经验正交函数(CEOF)分解对冬季热带印度洋海洋上层流场异常做了模态分析和结果讨论,得到以下主要结果:该流场异常前两个模态均呈现赤道俘获波形式,其异常在赤道上最大,向南北两侧迅速衰减,呈现纬向流的形态;第一、二模态的性质分别是大洋赤道波动的半波和1波形态,这表明此时赤道波动异常在大洋流场异常中占有重要地位。冬季第一模态大洋垂直运动所导致的近表层海温异常与春、秋季不同,此时在赤道印度洋呈现正—负—正的经向分布态势,这与印度洋耦极子(Indian Ocean Dipole,IOD)的不同,并是IOD在冬季衰亡的直接原因。第二模态相应的海温异常则在赤道东印度洋呈现北负南正的分布态势。第一模态与南亚冬季风异常密切有关,为印度洋冬季风环流模态。第一、二模态都有明显的年际变化和年代际变化,年际变化均为3~5年,主要的年代际变化则分别为约18、22年,此外两者还均有约13年的年代际变化。本文第一、二模态年代际变化的主周期也是冬季北太平洋和冬季热带太平洋流场异常第二、一模态的主周期。     

中国东部夏季季节内降水异常及其伴随的热带和中高纬度大气环流演变特征

利用1981—2020年夏季(5—8月)CPC(Climate Prediction Center)逐日降水资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料以及NOAA的向外长波辐射资料,通过经验正交函数(EOF)分解、超前滞后合成等方法,分析了中国东部夏季季节内降水异常的主要模态(即南方型和江淮型降水异常)及其伴随的热带和中高...     

热带印度洋-太平洋热力异常联合模对我国夏季降水的影响

基于我国160个台站的降水资料和西太平洋副热带高压指数,利用典型相关分析和合成分析等方法,研究了热带印度洋-太平洋热力异常联合模对我国夏季降水的影响,并探讨了该联合模与西太平洋副热带高压的关系。结果表明,该联合模对我国夏季降水有一年到半年的超前影响,且以冬季联合模对次年夏季降水的影响最显著。当冬季联合模出现正异常时,次年夏季我国四川地区、长江流域、华北南部降水偏多,而华北北部和江南大部分地区降水偏少;反之亦然。进一步分析表明,冬季热带印度洋-太平洋热力异常联合模对我国夏季降水的影响可能是通过夏季西太平洋副热带高压的变动来实现的。     

热带印度洋MJO对4—6月长江中下游地区降水的影响

利用站点降水资料、美国气候预测中心(CPC)的MJO指数和NCEP/DOE AMIP-II再分析资料,研究了热带印度洋MJO对4—6月长江中下游地区降水的影响及可能机制。(1) 热带印度洋MJO对长江中下游地区降水有显著影响:热带印度洋MJO偏强(偏弱)时,同期以及滞后1～2候时该地区降水偏多(偏少)。(2) 热带印度洋MJO处在不同位相时,大尺度背景场有明显的差别:热带印度洋MJO偏强(偏弱)时,同期以及滞后1～2候时MJO活跃对流中心位于热带印度洋(西太平洋),西太平洋副热带地区表现为反气旋性(气旋性)环流异常,孟加拉湾为气旋性(反气旋性)环流异常,长江中下游地区出现了异常上升(下沉)运动,水汽辐合增强(减弱);伴随MJO的东传,水汽输送异常来源有所变化。(3) 热带印度洋MJO通过激发Gill型响应和Rossby波列,对长江中下游地区降水产生影响。      

我国南方夏季低频降水与热带大气季节内振荡传播的关系研究

为综合考察我国南方夏季低频降水与热带大气季节内振荡（ISO）传播的关系,利用1981—2011年再分析资料系统性地研究了我国南方夏季五类大尺度低频雨型分别对应的前期和同期热带ISO信号的传播特征。结果表明,我国南方夏季各类低频降水型与热带ISO信号的经向传播关系极为密切。热带湿ISO信号主要来源于我国东南方向的热带海洋,并大体向西北方向传播,最终对我国南方各地区低频降水事件产生影响。其中,东南型低频降水前期湿ISO信号自赤道中太平洋地区向西北方向传播,到达我国东南沿海;长江型和江南型低频降水前期湿ISO信号均产生于南海北部,北传至长江地区后西传,并表现出湿ISO信号低纬度北传与中纬度南传相互配合影响降水的特征;华南型低频降水前期湿ISO信号产生于菲律宾群岛附近,西北向传播特征明显,并以北传为主;同时也发现,对于南方少雨型,总体而言我国南方为干ISO位相控制且无明显传播特征相对应。研究结果可为开展我国南方地区夏季延伸期降水预报提供参考和依据。     

华南前汛期降水特征及其与大气热源的关系

该文采用中国气象局月值站点数据和JRA-55资料分析华南前汛期降水特征及其与大气热源的关系。发现4—6月降水中心从南岭地区转移到珠三角地区,同时伴随副高东退北抬。6月降水范围和强度最大,降水空间分布的典型模态是全区变化一致型。降水偏多年副高异常偏西,西南气流强盛,华南地区大气整层被强热源控制,且伴随显著上升气流。菲律宾以东和孟加拉湾西侧被异常冷源控制,伴随强下沉气流,异常冷热源在400 hPa高度达最强。合成和相关分析表明,前汛期菲律宾以东异常冷源加强下沉气流,使副高西伸加强,利于东南气流沿南海北上。孟加拉湾西侧异常冷源加强低空气流反气旋式辐散,从而使冷源东侧的印缅槽加深东进,利于西南暖湿气流北上。来自热带太平洋和热带印度洋的暖湿气流北上在华南地区汇合,而华南地区异常强热源抽吸低空气流辐合上升,从而造成前汛期降水偏多。降水偏少年也可采用相似机理来解释。     

青藏高原5月大气热源与黑龙江省盛夏降水的关系

利用1961—2017年黑龙江省夏季降水资料和NCEP再分析资料,采用奇异值分解、相关分析、回归分析等方法,研究了青藏高原大气热源与黑龙江省盛夏降水的关系及可能的影响机制。结果表明:5月青藏高原热源与黑龙江省7月降水关系最密切,当5月高原东部热源偏强时,7月黑龙江省中部降水显著偏少。5月热源偏强年,在副热带西风急流的作用下,7月中纬度环流呈现类似“丝绸之路”型遥相关波列,同时东亚沿岸环流呈现类似“东亚—太平洋”型遥相关波列,在二者共同作用下黑龙江省受反气旋式环流影响,7月降水偏少。