东亚副热带急流对我国西北春季干旱的影响

利用1980~2009年NCEP/NCAR逐日平均风速场、高度场资料和中国西北地区136个台站春季逐日降水量资料,通过定义干旱指数和东亚副热带急流位置指数,研究我国西北春季干旱事件的时空分布特征以及东亚副热带急流的异常特征,揭示副热带急流对西北春季干旱的影响。结果表明,1980~2009年西北地区的春旱表现出前15 a稍减轻、后15 a再次加重的趋势;东亚副热带西风急流的位置无论是冬季还是春季都有向北移动的趋势。相关分析表明,西北地区的春旱与前一年冬季东亚副热带西风急流的位置呈显著负相关,冬季急流位置偏北的年份,次年春季西北地区为强大的高压控制,脊前干冷的西北气流使得干旱容易发生;而急流位置偏南的年份,控制西北地区的高压相对较弱,西北气流偏北,偏南气流能够携带水汽北上与偏北气流交汇,导致降水相应的增多,从而春旱不易发生。     

宁夏春季降水异常年东亚副热带急流特征

利用1961—2016年NCEP/NCAR逐月再分析资料和宁夏20个气象台站逐日降水观测资料,分析宁夏春季降水异常年东亚副热带急流异常特征,并简要分析可能影响原因。结果表明:春季降水异常年同期及前期,副热带纬向风均存在空间结构异常,且在110°E—160°E异常年反位相特征表现更显著。在降水异常偏少(多)年同期及前期,水平及垂直方向上均存在东亚副热带急流区西风增强(减弱),但前期反位相对应关系不如同期明显;建立的春季东亚副热带急流指数与宁夏春季降水呈显著正相关,春季东亚副热带急流指数为负(正)异常时,东亚大槽较常年加深(略浅),宁夏地区受西北(南支)气流影响,850 hPa风场也表现为偏北风(偏南风)距平,不利于(有利于)形成降水。     

湖南夏秋干旱及环流异常特征

利用湖南83站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用数理统计方法,分析了湖南夏秋干旱的分布特征,对湖南夏秋干旱类型进行了划分,对比了3类干旱型在同期大气环流和前期海温上的差异。结果表明:(1)1961—2016年湖南夏秋干湿变化经历了"干、湿、干、湿、干、湿"6个时段,可分为全省、北部和南部干旱型;(2)全省干旱型年份西太平洋副热带高压(副高)偏弱、偏北,南亚高压偏强、偏北,东亚地区从北至南呈东亚/太平洋型遥相关(EAP)的负位相分布,东亚副热带西风急流偏东、偏北,低层风场在我国江南地区有一反气旋距平环流,湖南大部为辐散异常区,造成湖南大部降水偏少,形成干旱;(3)北部干旱型年份副高偏弱、偏北、偏东,南亚高压和东亚副热带西风急流明显偏北,低层风场在长江中下游地区有一较大的东风距平区,湖南北部为辐散异常区,南部为辐合异常区,形成湖南北旱南涝的空间格局;(4)南部干旱型年份副高偏强、偏西、偏南,南亚高压偏强、略偏南,东亚地区从北至南呈EAP的正位相分布,东亚副热带西风急流偏南,低层风场在我国华南地区有一反气旋距平环流,华南地区为辐散异常区,江淮地区为辐合异常区,形成湖南南旱北涝的空间格局。     

高空西风急流东西向形态变化对梅雨期降水空间分布的影响

利用40年的NCEP/NCAR再分析候平均资料和同期长江中下游地区逐日降水资料,使用合成方法分析了梅雨期东亚副热带高空西风急流的东西位置和形态变化特征,探讨了高空西风急流对梅雨期降水空间分布的影响.分析结果表明,梅雨期东亚大陆上空西风急流强度减弱且持续维持、西太平洋上空西风急流核分裂减弱直至出梅后消失,这是梅雨期200 hPa东亚高空西风急流东西向位置变化的主要特征.梅雨期,200 hPa副热带西风急流中心呈现东西向位置变化和海陆分布形态差异,西风急流中心东西向位置变化对梅雨起讫有着较好的指示意义.梅雨期东亚副热带高空西风急流东西形态分布差异不仅影响到长江中下游地区降水空间集中区的位置而且还影响到降水中心强度.进一步分析表明,当东亚西风急流主体位于西太平洋上空时,在长江下游地区形成高低空急流耦合的环流形势,强烈的辐合上升运动加上充足的水汽条件供应,有利于在长江下游形成集中的强降水区域.当高空西风急流位于东亚大陆上空时,在长江中下游地区高低空急流无耦合形势存在,长江中下游地区也没有强的集中降水区域.因此,东亚副热带高空西风急流东西向形态变化对长江中下游地区的高低空环流结构、地面集中降水区域的空间分布具有重要的影响.     

冬季风异常对中国春季北方沙尘日数的影响

基于1981 ～2010年台站沙尘观测资料和NCEP/NCAR再分析资料分析了我国北方春季沙尘日数的时空分布.沙尘频发区主要位于新疆南部和内蒙古西部,这两个中心全季沙尘日数均在10日以上.研究时段内北方沙尘日数呈显著减少趋势.相关分析发现,春季北方沙尘日数与前冬冬季风环流系统关系密切.春季沙尘日数偏多时,前冬东亚大陆陆地-西太平洋气压差较常年偏大,东亚大槽偏深,低层我国北方地区-蒙古国北风分量偏强,高层的东亚副热带纬向急流偏强、高纬度急流偏弱.上述环流型对应于强冬季风特征,反之亦然.进一步分析指出,冬季风强(弱)年,我国北方大部分地区春季低层辐散(辐合),降水偏少(多),低层北风偏强(弱),促使(抑制)春季沙尘的发生.     

湖南主汛期旱涝与大气环流及春季海温的关系

利用1960-2006年NCEP/NCAR逐月再分析资料、NOAA月平均海表温度资料和湖南月降水资料等,在计算分析湖南主汛期旱涝变化特征的基础上,对湖南主汛期旱涝大气环流及其与春季海温的关系进行了分析。结果表明,湖南主汛期洪涝指数增大趋势显著,1990年代以来处于洪涝多发期。洪涝指数具有20年、9年和3~4年的周期;干旱指数存在22年、10年和2~4年周期。湖南主汛期旱涝与西太平洋副热带高压、中高纬度环流、南亚高压、低层流场、水汽输送等持续异常有关。当西太平洋副热带高压面积偏大,强度偏强,脊线偏南,西伸脊点偏西,鄂霍次克海地区多阻塞活动,南亚高压主体位置较常年偏西,来自南海的水汽输送较常年强,低层湖南大部分地区处于辐合气流控制之下,湖南主汛期易洪涝;反之,当西太平洋副热带高压面积偏小,强度偏弱,脊线偏北,西伸脊点偏东,鄂霍次克海地区少阻塞活动,南亚高压主体位置较常年偏东,来自南海的水汽输送较常年弱,低层湖南大部分地区为辐散气流控制,湖南主汛期易干旱。春季印度洋、赤道中东太平洋和黑潮海温是湖南主汛期旱涝变化的重要短期气候预测信号,春季印度洋和赤道中东太平洋海温偏高(低)有利于湖南主汛期降水偏多(少),黑潮海温偏低湖南主汛期易少雨干旱。     

夏季东亚副热带西风急流位置对川渝地区降水的影响

利用夏季川渝地区30个台站降水和NCEP/NCAR 2.5°×2.5°的高度场、风场等再分析资料,通过CCA、相关、回归等分析方法,分析了近50年夏季东亚副热带高空西风急流与川渝地区降水的关系。结果表明,东亚副热带西风急流南北位置异常对川渝降水有重要影响。当西风急流轴线偏北(南)时,造成四川盆地西部降水偏多(少),盆地东部和川西高原降水偏少(多),夏季平均急流轴线指数对降水的预报指示意义要好于夏季各月。当西风急流轴线偏北(南)时,对应南亚高压东伸脊点偏西(东)、面积偏小(大),西太平洋副热带高压脊线偏北(南)、西伸脊点偏东(西)、面积偏小(大),这种高低层环流的异常配置造成了川渝地区夏季降水的变化。同时,西风急流轴线南北位置的年代际变化,是导致1965-1982年和1983-2006年四川盆地东部、川西高原降水由少转多、盆地西部由多转少的主要原因之一。     

夏季东亚高空副热带西风急流季节内异常的环流特征及前兆信号

位于东亚中纬度上空的东亚高空副热带西风急流是东亚季风环流系统中的重要成员,我国夏季降水雨带的季节内变化受东亚高空副热带西风急流位置季节内异常变化影响。根据1979~2008年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA ERSST V3月平均海表温度资料,利用统计分析和物理量诊断方法对夏季东亚高空副热带西风急流位置季节内异常的东亚大气环流特征及外强迫信号的物理过程进行了探讨。研究指出:6月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受欧亚大陆中高纬东传的Rossby波列位相变化影响,春季北大西洋海温异常是欧亚大陆中高纬度Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号;7月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受西太平洋热带向副热带传播的Rossby波列位相变化影响,春季西太平洋热带海温异常是西太平洋热带向副热带传播的Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号;8月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受南亚大陆向东亚大陆热带、副热带传播的Rossby波列位相变化影响,春季印度洋海温异常是南亚大陆向东亚大陆热带、副热带传播的Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号。     

贵州旱涝变化特征及其与西太平洋副高和海温的联系

利用国家气象信息中心整编的全国753站中贵州省16站逐日观测资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA的月平均海表温度资料,采用经验正交函数(EOF)展开、Morlet小波分析等方法对基于标准化降水指数(SPI)的贵州省旱涝时空分布特征进行研究,并分析贵州旱涝异常时的环流特征及与全球海表温度的关系。结果表明:(1)贵州SPI的各季节主模态空间分布均为全区一致型,春秋两季还表现出一定的干旱化趋势;春季和秋季的旱涝分布存在2 a、10 a左右的振荡周期,而夏季和冬季的振荡周期则以2 a、3 a及5 a左右为主;(2)春秋两季,当西太平洋副热带高压主体强度偏强(弱)、位置偏西(东)时,贵州地区降水偏少(多),易发生干旱(洪涝);而冬夏两季,当西太平洋副热带高压主体偏北(南)、位置偏东(西)时,贵州地区降水偏少(多),易发生干旱(洪涝);(3)贵州秋季SPI与前期、同期东印度洋—西太平洋区域的海温存在显著的负相关。     

东亚副热带西风急流位置异常对长江中下游夏季降水的影响

利用NCEP/NCAR 200 hPa月平均风场再分析资料,定义东亚大陆对流层上层不同经度上最大西风所在位置的平均纬度为东亚副热带西风急流轴线指数,该指数能准确反映东亚副热带西风急流位置的南北变化及其对长江中下游降水的影响,并能较好地体现东亚夏季风盛行期间对流层低层与高层的纬向风场变化特征。分析表明,该指数的时间变化具有与长江中下游夏季降水较一致的年代际变化及年际振荡特征。对东亚副热带西风急流位置异常年的大气环流差异分析表明,急流异常偏北时,南亚高压偏弱,位置偏北偏西,呈伊朗高压型;西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏弱、位置偏东偏北;气流的辐合上升区北移至华北一带,而长江流域低层风场为辐散异常,上升气流较常年偏弱,降水偏少。急流异常偏南时,南亚高压偏强,位置偏南偏东,呈青藏高压型;西太副高偏强、位置偏西偏南;长江流域地区上空低层有较强辐合上升气流,高层有较强的气流辐散,对流旺盛,雨带在此维持,容易引发洪涝。     

近50年黄河流域夏季降水的时空变化及其与东亚副热带西风急流的关系

基于1959-2008年黄河流域92个测站降水量和NCEP/NCAR再分析资料,研究黄河流域夏季降水的时空变化和周期特征,及其与东亚副热带西风急流的关系。结果表明,黄河流域夏季降水呈现由东南向西北逐渐减少的分布特点,其夏季降水的异常空间型主要有3种:全流域一致型,东南多(少)西北少(多)型,西南多(少)东北少(多)型。当夏季东亚副热带西风急流中心异常偏北(南)时,同期黄河流域中上游地区降水偏多(少),下游降水偏少(多);东亚副热带西风急流中心异常偏东(西)时,黄河流域上游降水偏多(少),中下游地区降水偏少(多)。     

夏季东亚高空西风急流气候特征分析

利用NCEP/NCAR全球再分析风场资料定义了西风急流强度指数和位置指数,然后利用EOF方法对西风急流进行了进一步的分析,分析了高空西风急流的空间分布特征,从强度和位置两方面分析了西风急流与东亚环流及其与海温的关系。分析表明： EOF第一模态反映了东亚高空急流的位置指数,第二模态反映了高空急流的强度指数。东亚高空急流与对流层大气环流包括南亚高压,西太平洋副热带高压,东亚夏季风存在着密切关系,其气候变化与热带副热带东太平洋、印度洋海温密切相关。     

东亚副热带西风急流位置变化及其对中国东部夏季降水异常分布的影响

利用1951～2004年美国国家环境预报中心 (NCAR/NCEP) 再分析候平均资料和同期中国740站日降水资料, 分析了东亚副热带西风急流轴位置的变化趋势及其对中国东部夏季降水分布的影响, 结果表明: (1) 夏季7～8月东亚副热带西风急流位置和形态在1975～1980年间出现转折, 1980年后西风急流中心逐渐向西移动的同时伴随有西风急流向南偏移。 (2) 在1980年以后华北地区降水量减少和降水强度减弱, 雨季开始时间推迟、 雨季变短, 而长江中下游地区入梅提前、 梅雨期变长, 降水量增加, 从而形成南涝北旱的降水分布形势。 (3) 1957～1964年华北典型多雨时期, 西风急流呈纬向分布, 在华北地区有高低空急流耦合, 强辐合上升区正好位于华北, 并有充足的水汽条件供应, 使得华北降水偏多。而1980～1987年和1997～2002年华北地区为典型少雨时期, 1980～1987年西风急流中心位置偏南和1997～2002年急流位置显著偏西, 在华北地区均无高低空急流耦合的环流形势, 水汽辐合区位于长江流域, 强辐合上升区位置在30°N以南区域, 有利于江南地区降水增加而华北地区少雨, 这表明西风急流位置变化导致环流调整对中国东部降水分布有显著影响。因而, 在讨论东亚副热带西风急流位置与中国东部地区降水异常的关系时, 不仅要考虑西风急流南北位置变化, 还需要综合分析西风急流的东西位置和形态的变化。     

冬季北大西洋涛动对中国春季降水异常的影响

利用中国397个测站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用相关分析、合成分析等方法,研究了冬季北大西洋涛动(NAO)对我国春季降水的影响。结果表明,我国春季降水与前期冬季NAO关系密切,冬季NAO偏强(弱)时,我国东部南方地区春季降水偏多(少),北方地区春季降水偏少(多)。冬季NAO信号通过波列形式传播至东亚地区,使得春季东亚副热带急流和温带急流发生变化,冬季NAO偏强(弱)时,春季东亚副热带西风急流增强(减弱),温带急流减弱(增强)。进一步分析表明,冬季NAO异常会引起春季乌拉尔山高压脊和东亚大槽的变化,导致东亚对流层上层的温度发生变化,并由此产生经向温度梯度异常,这可能是NAO影响东亚高空急流的原因之一。春季东亚对流层上层的气温变冷(暖),使得东亚地区30°-40°N区域产生下沉(上升)运动,20°-30°N区域产生上升(下沉)运动,最终导致我国东部南方地区春季降水偏多(少)、北方地区春季降水偏少(多)。     

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。     

湖南省夏季极端降水异常时空特征及其成因分析

利用湖南省88站常规观测资料、NCEP全球再分析资料,采用EOF分解和合成分析方法研究了湖南省1961—2014年极端降水的年际变化异常和时空特征,以及极端降水异常的环流成因。并主要分析了由EOF方法分析得出的第一类极端降水形态(一致偏多或偏少型)与环流异常之间的联系。结果表明,湖南省夏季极端降水分布有较大的空间差异,且湖南省极端降水呈明显增强的趋势。由于极端降水的变化周期与大尺度环流固有的2～4 a周期相同,因此大尺度环流的变化是湖南省极端降水异常的主要成因。大尺度环流的变异引起中国东部经向排列的环流异常分布,使得高度场和风场等气候场产生变异,从而引起湖南省极端降水的异常。从极端降水偏多年与偏少年大气环流的差值场可以看出:湖南省处于显著差异区,湖南省极端降水偏多(偏少)主要是由于北方的偏北风加强(减弱)和经西太平洋—南海进入湖南地区的西南风加强(减弱)并在湖南地区产生辐合(辐散)。当夏季东亚副热带西风急流偏南时,湖南正处在偏南较强西风急流的南侧,较强西风急流所产生的抽吸现象使得上层空气辐散,增加了湖南省极端降水的强度。副热带高压强度偏强、位置偏南、偏西,使得东亚夏季风偏弱,导致气流辐合稳定在湖南省,造成极端降水偏强。前冬中东太平洋海温偏暖(EI Ni1o)/偏冷(La Ni1a),湖南地区的极端降水容易一致偏多/偏少。同时黑潮暖流区也是影响湖南极端降水变化的可能原因。     

大连盛夏旱涝典型年环流对比分析

利用1964—2016年大连地区6个气象观测站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析月平均资料和国家气候中心提供的西太平洋副热带高压环流特征量资料,采用相关分析和合成分析的方法,分析了大连地区盛夏(7—8月)旱涝的大气环流异常特征,并从大气环流异常的角度揭示了大连地区盛夏旱涝的成因。结果表明:大连地区盛夏涝(旱)年,200 h Pa东北地区西风急流强(弱)、长江流域西风急流弱(强),500 h Pa西太平洋副热带高压脊线偏北(南),东亚大槽偏西(东),850 h Pa南风异常偏强(弱),大连地区所在经度上垂直速度的经圈环流在大连上空出现异常上升(下沉)运动,从而导致大连地区盛夏降水异常偏多(少)。     

东亚中纬度干旱/半干旱区降水年际变化及其可能成因

基于NOAA的全球陆地降水资料(PREC/L)1948～2003年56年的月平均降水资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料以及英国气象局哈德莱中心的海温(Sea Surface Temperature,SST)资料,并根据多年降水平均图选定了东亚中纬度干旱/半干旱区,对该区域夏季(6～8月)降水进行了经验正交分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)。EOF第一模态呈现出全区一致的变化类型,第二模态则呈现出以100°E为界东西相反的分布类型。通过分析干旱/半干旱区以及以100°E为界的东西两部分降水异常年的环流形势和海温并加以对比,结果表明:在环流场上,对应于东亚中纬度干旱/半干旱区降水偏多年,对流层中下层环流异常在中高纬度呈现为一个东西向波列,乌拉尔山东侧为正的高度异常,贝加尔湖附近乃至以东地区为低压槽所控制;不同的是,对应于100°E以西的干旱/半干旱区夏季降水偏多年,波列有所东移,并且西太平洋副热带高压有显著北抬;而对应于100°E以东干旱/半干旱区夏季降水偏多年,环流形势异常基本与整个干旱/半干旱区降水偏多年一致,只是在里海附近有一高度负异常。在200hPa纬向风场上可以看到,当西亚副热带急流偏南加强时,对应于100°E以西的干旱/半干旱区降水偏多;而当东亚、西亚风急流都有显著北抬且加强时,对应于100°E以东干旱/半干旱区的夏季降水偏多,这可能与急流所激发的次级环流有关。进一步对SST的分析表明,海温与100°E以东或以西干旱/半干旱区降水异常的关系也不一样。当前冬、前春赤道中东太平洋都有正的海温异常,而到夏季转换为负的海温异常,且南太平洋在前冬和前春呈现显著负海温异常时,整个干旱/半干旱区夏季降水偏多;当赤道中东太平洋海温在前冬、前春有正的海温异常并一直减弱,但能维持到夏季,并且北印度洋海温也存在类似的海温异常时,100°E以西的干旱/半干旱区夏季降水偏多;而当前冬中东太平洋海温较暖但其南部海域偏冷,到了前春这些异常维持,并发展到同期为大范围弱的异常冷海温时,有利于100°E以东的干旱/半干旱区夏季降水偏多。比较的结果还揭示出,对应于干旱/半干旱区以及100°E以东干旱/半干旱区的降水异常年,海温异常分布大致是一致的;而对应于100°E以西干旱/半干旱区的降水异常年,海温异常分布及时间演变则有较大差异。     

亚洲急流与冬季风的关系及其对中国气候的影响

利用NCEP\NCAR逐月再分析资料和中国台站逐日观测数据,采用奇异值分解(SVD)、相关分析和合成分析等方法,研究冬季亚洲高空急流的配置与冬季风的关系及其对地面气候的影响.结果表明,青藏高原至亚洲东部沿海的副热带急流强(弱),高纬的温带急流弱(强)时,中国中、东部大范围地区气温偏低(高);中东急流强(弱),东亚副热带急流偏南(北),温带急流东南部较弱(强)时,西南气温偏低(高),东北气温偏高(低),中、东部地区冬季降水偏多(少).结合水平风场的变化,副热带地区出现西风异常弱,温带出现东风异常时,有利于东亚大槽加深并向南扩张,低层偏北风加强,东亚冬季风增强,而青藏高原反气旋环流被削弱,冷高压减弱,相应的高原季风减弱.高、低纬急流区纬向风的差异较大时,加强了急流对低层冷、暖空气交绥的引导和汇聚的作用.东亚季风指数(EAMI)与高原季风指数(PMI)在冬季多呈负相关.冬季风异常期间,若副热带急流偏强,温带急流偏弱,高纬的干冷空气受南侧急流的汇聚作用而南侵,有利于中国大部分地区降温,降水减少;反之,低纬的暖湿气流受到北侧急流引导而向北输送,导致中国大部分地区升温,降水偏多.     

东亚副热带西风急流的变化特征

利用1979-2013年NCEP/NCAR再分析资料研究了东亚副热带西风急流的变化特征。结果表明:东亚副热带西风急流中心位置、强度有明显的季节变化,冬季偏东偏南、强度最强,夏季偏北偏西、强度最弱。冬半年东亚副热带西风急流南界、北界年际变化的幅度大,夏半年幅度较小。冬季、春季东亚副热带西风急流范围较大,秋季、夏季小,一年内,偏大年或偏小年的出现不具有季节的连续性。