西太平洋副热带高压异常与中国长江中下游夏季降水关系研究综述

综述了西太平洋副热带高压对长江中下游夏季降水异常的影响。在回顾西太平洋副热带高压强度、位置等特征及其异常成因的基础上,总结了近年来气象学者关于西太平洋副热带高压对中国长江中下游夏季降水异常的影响和机理等方面的研究成果：西太平洋副热带高压异常不仅受动力因素的影响还受热力的因素的影响;西太平洋副热带高压的强度存在3-4 a、10-13 a的震荡周期,在1978年前后发生气候突变,脊线位置由正距平为主转为负距平为主,而强度正好相反,这样的变化显著影响了中国长江中下游地区的降水;西太平洋副热带高压的位置、形状和强度是长江中下游地区旱涝的决定条件之一;利用西太平洋副热带高压来对长江中下游降水进行预测,主要有4种方法。提出了当前存在的问题和需要进一步研究的方向。     

副高持续异常对长江中下游夏季降水的影响

分析了从上一年夏季以来 5 0 0 h Pa高度距平场的持续变化对当年长江中下游地区汛期降水的影响。结果表明 ,前期副热带地区高度距平累积指数与长江中下游地区汛期降水有密切的关系 ,与全国降水的分布也有一定的联系     

长江中下游降水异常特征及其与全国降水和气温异常的关系

利用１９５１－１９９８年中国１６０站逐月降水和气温资料,分析了长江中下游降水异常的基本特征,并着重分析了它与全国其他地区降水和气温异常的关系。结果表明：长江中下游降水异常有明显的季节,年际和年代际变化特征、６－７月降水异常程度大,频数多,以７月为最;在近４８年中,该地区的降水异常表现为３个明显不同的气候时段,可选出１０个涝年和８个旱年。     

南亚高压与西太平洋副热带高压对我国西南地区夏季降水异常的影响

利用1961～2010年全国台站观测资料中逐日平均降水资料,及同期NCEP／NCAR再分析资料,通过统计方法,研究分析了南亚高压东脊点和西太平洋副热带高压西脊点对我国西南地区夏季区域降水的影响。分析得到：对于1961～2010年我国西南地区夏季降水异常,南亚高压与西太平洋副热带高压其东西脊点之间的经距,在31候、36～37候以及45～46候,体现出明显异常特征。特别是涝年和旱年对比中,在这3个时段上存在明显差异。并且发现,31候时南亚高压东脊点与西太平洋副热带高压西脊点之间经距,与前一年的差距越大,我国西南地区该年夏季降水偏多,特别是中部与东部,效果更为显著。     

青藏高原夏季风对长江中下游气候的影响及与南亚高压的联系

应用1951～2011年NCEP/NCAR第一套逐月再分析资料和国家气候中心提供的全国160站逐月的降水和气温资料.通过相关分析得出该指数与长江中下游的夏季降水（温度）存在正（负）相关（均通过了95％的显著性检验）.高原夏季风存在明显的年际和年代际变化,1979年是其突变点.高原夏季风与副热带高压以及南亚高压的特征参数之间存在较好的相关性.高原夏季风偏强（弱）时,南亚高压出现青藏高原（伊朗高原）模态,强度减弱（增强）且东伸（西退）,副高增强（减弱）且西伸（东退）.南亚高压的各个特征参数都存在共同2～4年周期振荡,且高原夏季风与南亚高压主中心的经度（纬度）在3～5年（3～4年以及5～6年）上的显著关系最好.     

南亚高压特征参数与我国夏季降水的关系分析

利用1951—2008年NCEP/NCAR再分析资料,结合国家气象中心提供的台站降水资料,分析了近30年夏季南亚高压各特征指数年际和年代际变化及其与我国夏季降水异常的联系。结果表明,除脊线外南亚高压面积、强度、东脊点位置和中心位置都存在显著的年代际变化。偏相关显示,当南亚高压面积不变时,东脊点位置与高压强度之间不存在显著的偏相关性。夏季南亚高压东脊点位置与长江流域中游、江淮流域的夏季降水有显著的正相关,与华南夏季降水有着显著的负相关,较其他各指数而言,南亚高压东脊点位置指数与全国夏季降水相关性更好。滑动相关分析显示,南亚高压东脊点位置与我国江淮流域夏季降水的相关性存在明显的转折,由20世纪70年代以前的负相关转变为70年代以后的正相关。分析表明夏季南亚高压东脊点位置指数为研究和预测江淮地区的降水异常提供了一个有利的信号。     

长江中下游夏季降水与热带对流的关系

本文利用1979～2001年中国160站月平均降水资料、NCEP／NCAR月平均再分析资料，包括OLR资料、500hPa高度场、海平面气压场及850hPa风场，借助相关分析、合成分析研究了长江中下游夏季降水与热带对流活动的关系。结果表明，热带对流活动与长江中下游夏季降水之间呈显著的正相关，即夏季热带对流活动强(弱)，长江中下游降水偏少(多)，易出现干旱(洪涝)。热带对流活动异常引起中、低纬度大气环流系统异常，中、低纬度大气环流系统异常向中、高纬度传播，引起中、高纬度大气环流系统异常，构成东亚地区大气环流异常，导致长江中下游地区夏季降水异常。     

南亚高压和西太副高位置与中国盛夏降水异常

用全国160站降水资料及ECMWF逐月再分析资料,采用合成分析方法,讨论了年际变化尺度上南亚高压与西太副高纬向位置异常与盛夏降水的关系。结果表明,当南亚高压与西太副高纬向异常重叠(分离)时,长江中下游流域存在异常上升(下沉)运动,江南的广大地区存在异常下沉(上升)运动。且当两个高压纬向异常重叠时,来自北印度洋及西太平洋的水汽,在长江中下游流域异常辐合,降水偏多。此时,江南地区水汽通量异常辐散,降水偏少。当两个高压纬向异常分离时,水汽主要来自北印度洋的西南风输送,长江流域降水偏少,江南地区降水偏多。     

南亚高压与华北夏季降水的关系

利用1958-1997年40年华北地区逐月降水资料与南亚高压的特征参数进行比较,分别检验了同一年6月南亚高压中心经度和前一年6月高压中心强度与华北夏季降水的相关性。从100hPa流场形势、低层到高层速度势和流函数的上下配置、辐合辐散风场以及涡旋风场的高低空配置等不同方面讨论了南亚高压对华北夏季降水的影响机制。结果表明,如果当年6月南亚高压的位置偏西,华北夏季降水就有可能增加。     

南亚高压活动特征及其与我国东部夏季降水的关系

利用1979—2007年NCEP/DOE2再分析资料,结合国家气象信息中心提供的595个测站逐日降水资料,分析了近30年平均的南亚高压脊线的纬度位置和东脊点的经度位置的逐日变化特征及其变化与我国东部夏季降水异常的联系。结果表明,南亚高压脊线北进过程中在5月第3候存在突变,其发生时间平均提前于南海夏季风爆发1候;同时南亚高压脊线在向北推进过程中于4月下旬出现稍南撤现象;4月后期到6月初高压脊线中段比其东段的脊线位置要偏北,北进更早,8月中期以后高压脊线中段又比其东段位置偏南。6月中旬到7月初是南亚高压东进最明显的阶段,高压东脊点存在时间尺度为一周的周期振荡。相关分析结果显示,对华南地区和江淮流域的夏季降水,南亚高压东脊点东西位置更能作为高压特征参数表征南亚高压,而对黄河下游地区的夏季降水,高压脊线更具有代表性。由合成分析可以看到,南亚高压东脊点偏东(西)年,高压强度增强(减弱),江淮流域、东北部分地区偏涝(旱),华南地区偏旱(涝)。     

长江中下游地区冬季极端降水事件与天气尺度瞬变波活动的可能联系

利用ERA40、NCEP/NCAR逐日再分析资料和长江中下游地区85站逐日降水资料,从大气内部天气尺度瞬变波的角度对长江中下游地区极端降水事件进行了成因分析。研究发现瞬变波活动与极端降水的发生关系密切;冬季在两支急流并存的欧亚大陆上空存在南北两支瞬变波活跃带。南支瞬变波在冬季极端降水频发、少发年存在较明显的差异。总体而言,极端降水频发年,瞬变波活动活跃,欧亚大陆上空的瞬变波持续时间长、传播连续、强度偏强;极端降水少发年,则反之。从逐日变化来看,南支瞬变波的强度和能量传播过程与极端降水的发生频次均具有一定的对应关系。北支瞬变波的传播及瞬变波对水汽的输送和极端降水的发生也有一定促进作 用。这些结果均表明,冬季极端降水的发生与天气尺度瞬变波的活动联系紧密,天气尺度瞬变波的异常活动及传播可能是极端降水发生的重要条件,研究可为极端降水的成因研究提供新的思路。     

东亚夏季风指数分类与长江中游地区夏季降水的关系

选取适当的亚洲夏季风指数并对它们进行分类,结合1979-2020年长江中游地区夏季降水资料,分析了夏季风异常年份长江中游地区夏季大气环流和降水的特征。主要得出以下结论：（1）两类夏季风指数都与长江中游地区夏季降水呈负相关关系,并且第二类夏季风指数与长江中游地区夏季降水的相关关系更加显著,因此选取第二类夏季风指数来反映长江中游地区夏季降水特征。（2）长江中游地区的降水具有低频振荡特征,在第二类夏季风指数高值年和低值年,振荡的主周期都是32-64天。（3）第二类夏季风指数高值年和低值年的降水差异主要取决于西太平副高的强度和偏南季风的水汽输送。     

长江流域、华北降水特征与南亚高压的关系分析

利用多年月平均气象场再分析资料和中国月平均降水资料,研究了长江流域和华北地区的典型旱涝年降水与南亚高压的关系,发现两地区的典型旱涝现象与南亚高压的异常增强或减弱、中心位置的经纬度偏差均有关。南亚高压异常增强,易造成长江流域涝、华北地区旱;南亚高压异常减弱,易造成长江流域旱、华北地区涝。同时发现、长江流域、华北地区的典型旱涝现象具有明显的反位相特征。     

夏季长江中下游地区降水持续性年(代)际变异及其与环流和Rossby波活动的联系

旱涝异常不仅与降水的频次和强度有关,在多种时间尺度上,其与降水的持续性亦存在较好的对应关系。基于1979～2013年6～7月中国东部249站点逐日降水资料及ERA-interim逐月再分析资料,研究了长江中下游地区近35年降水持续性的长期变化及其相联系的大尺度环流型和Rossby波能量频散特征。结果表明:近35年长江中下游地区降水时段平均持续时间变短而无雨时段变长,体现出了降水持续性的减弱趋势。进一步研究发现,该趋势变化与长江中下游地区在1980和1990年代持续性降水事件偏多,而在2000年以后偏少的年代际变化有关。在年代际和年际尺度上,与长江中下游地区降水持续特征变异相联系的异常环流型在我国东南部及南海地区分布较为类似,而在偏高纬度和偏低纬度地区存在较大差异。相似之处在于:在两个时间尺度上,在对流层中高层均存在显著的反气旋性环流控制我国东南部地区,而在中低层均存在由海洋向长江中下游地区的气流辐合,并在高层由长江中下游地区向海洋辐合。不同之处是:年代际尺度上,自对流层低层到高层在乌拉尔山以东及蒙古地区分别存在反气旋性环流和气旋性环流,且赤道印度洋地区的对流层中低层存在显著的气旋性环流;而在年际尺度上,由低层到高层位于贝加尔湖东、西侧均为反气旋性环流异常,但海洋性大陆的东北部,低层出现向长江中下游地区辐合的气流的源,高层则为由长江中下游地区向低纬度地区辐合的气流的汇。Rossby波扰动能量频散特征在年代际和年际尺度上亦呈现出明显的差异。年代际尺度上,中纬度地区自大西洋至蒙古地区存在一个正—负—正—负的Rossby波列,波能东传,对长江中下游地区产生影响,而在中低层,自低纬地区向长江中下游地区的波能传播相对较弱;在年际尺度上,影响长江中下游地区降水的Rossby波活动的局地性特征更为明显。在低层,波扰能量经由南海向长江中下游地区传播更明显,而在对流层高层源于贝加尔湖西侧的波扰能量传播相对较强。这些结果有助于深刻认识长江中下游地区降水的异常持续及与之相联系的洪涝灾害的形成机理。     

同化青藏高原地区GPSPW数据对长江中下游地区降水预报的影响评估

长江中下游地区位于东亚季风区,其夏季降水的水汽部分来源于孟加拉湾的水汽输送。本文利用青藏高原地区全球定位系统（GPS）站点观测到的大气可降水量（PW）资料,采用WRF模式（Weather Research and Forcasting Model）的同化模块（WRFDA）,将这支水汽输送带的信息同化进数值模式,并用WRF模式对长江中下游地区的7月份降水预报进行批量试验和个例分析。批量试验和个例分析采用3种方案：无资料同化的控制试验（NoDA）,冷启动同化试验（Cold）和循环同化试验（Cycling）。此外,还针对Cycling方案进行延长预报时长的补充试验以探究同化带来正效果最明显的时段。同时为了探究同化正效果的来源,针对Cycling方案进行只同化被主要水汽输送带覆盖的GPS站点的补充试验（Cycling_less_a）以及只同化不被主要水汽输送带覆盖的GPS站点的补充试验（Cycling_less_b）。试验结果表明：同化青藏高原地区的GPS数据能在一定程度上改善长江中下游地区的降水预报,对于48～72小时的降水预报改善效果尤为明显,且Cycling方案在整体上优于Cold方案。对于Cycling方案,在120小时预报时长内,同化正效果最明显时段为48～72小时。当水汽输送带较多地经过同化区域时,降水的TS评分能得到明显改善,而当水汽输送带较少地经过同化区域时,降水的TS评分改善效果不明显。如果只同化被水汽输送带覆盖到的GPS站点的GPSPW数据,仍然可以保留住大部分的同化正效果,因此,针对性地同化GPSPW数据是可行的。     

长江中下游地区类寒潮发生频次的变化特征分析

本文采用中国国家气候中心提供的1957-2008年中国753个台站逐日13温度资料,挑选出长江中下游地区(27.5°～32.5°N、112°～123°E)的51个测站,对该地区类寒潮发生频次特征进行分析,得出主要结论:长江中下游地区类寒潮的发生随着全球变暖的气候趋势,总体频次减少.有明显的年代际特征,20世纪60-80年代,类寒潮发生频次逐渐减少,90年代类寒潮又略增多,1973年前后出现突变.长江中下游地区主要以5年和14年信号周期变化,长江中下游地区类寒潮发生频次最高的月份分别为每年3月和11月,但存在明显的年际差异,年际差异最大的区域在皖南、赣北和浙西.     

Relationship between the Late Spring NAO and Summer Extreme Precipitation Frequency in the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River

The relationship between the late spring North Atlantic Oscillation (NAO) and the summer extreme precipitation frequency (EPF) in the middle and lower reaches of the Yangtze River Valley (MLYRV) is examined using an NECP/NCAR reanalysis dataset and daily precipitation data from 74 stations in the MLYRV. The results show a significant negative correlation between the May NAO index and the EPF over the MLYRV in the subsequent summer. In positive EPF index years, the East Asian westerly jet shifts farther southward, and two blocking high positive anomalies appear over the Sea of Okhotsk and the Ural Mountains. These anomalies are favorable to the cold air from the mid-high latitudes invading the Yangtze River Valley (YRV). The moisture convergence and the ascending motion dominate the MLYRV. The above patterns are reversed in negative EPF index years. A wave train pattern that originates from the North Atlantic extends eastward to the Mediterranean and then moves to the Tibetan Plateau and from there to the YRV, which is an important link in the May NAO and the summer extreme precipitation in the MLYRV. The wave train may be aroused by the tripole pattern of the SST, which can explain why the May NAO affects the summer EPF in the MLYRV.     

长江中游和下游夏季降水季节内振荡的差异

利用1979~2013年中国站点逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,对长江中下游夏季降水的季节内振荡最显著周期进行了分析研究。结果表明长江中游最显著周期为10~30天,长江下游最显著周期为30~60天。为了揭示这种差异产生的物理原因,进一步利用位相合成的方法对这两个区域不同周期的季节内振荡降水、高低空风场和高度场以及垂直结构和水汽等循环过程的演变特征进行分析。在200 hPa环流场上,长江中游的降水主要受到高纬度自西向东传播的波列影响,而长江下游的降水与鄂霍次克海的高度场的变化相关。在风场的垂直涡度和散度的位相结构演变过程中,10~30天的垂直涡度和散度有自北向南的移动,30~60天的垂直涡度和散度在长江以南地区有自南向北的传播。水汽输送的位相发展过程表明,长江中游的水汽分别来自于南海的向北输送和长江以北地区向南的水汽输送;长江下游地区的水汽则主要来自于热带东印度洋经孟加拉湾的向东输送并在南海的北向输送,以及西太平洋水汽向西输送到南海再向长江下游的输送。从高层大尺度环流场和整层积分的水汽通量输送上解释了长江中游10~30天降水的自北向南移动,和长江下游30~60天降水自南向北传播的原因。     

澳大利亚东侧环流及海温异常与长江中下游夏季旱涝的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、NOAA的SST资料和1951～2005年中国160站月降水总量资料,研究了南极涛动,特别是澳大利亚东侧的环流及局地海温异常与长江中下游夏季旱涝的关系。研究发现,澳大利亚东侧位势高度异常与长江中下游夏季降水存在显著正相关,并由此定义了一个澳大利亚东侧位势高度指数（GHIEA）。当GHIEA指数偏大（小） 时,也即澳大利亚东侧位势高度偏高（偏低）,这种气压异常扰动可能通过Rossby波传播到北半球副热带地区,形成南北半球高度场的遥相关,使我国南海至菲律宾北部副热带地区位势高度增加（减小）,也即副高较强（弱）且偏南西伸（偏北偏东）,从而造成长江中下游地区降水偏多（少）。夏季南极涛动与长江中下游夏季降水的显著相关的原因主要是澳大利亚东侧局地位势高度异常造成的。澳大利亚东侧位势高度偏高（低）,南极涛动指数（IAO） 也随之偏大（小）,澳大利亚东侧位势高度异常通过南北半球高度场遥相关影响到北半球副热带地区的大气环流, 进而使长江中游夏季降水偏多（少）。另外,从局地海温异常角度也能部分解释澳大利亚东侧位势高度异常与长江中下游夏季降水存在显著正相关的可能成因:当澳大利亚东侧局地海域SST偏高（低）时,对应GHIEA指数偏高（低）,也即澳大利亚东侧位势高度偏高（低）。同时,当澳大利亚东侧局地海域SST偏高（低）时,南海地区SST也易于偏高（低）,使西太平洋副高较强并偏南西伸（较弱并偏北偏东）,从而造成长江中下游降水偏多（少）。     

菲律宾海地区异常环流与长江中下游6月旱涝的关系

利用1951—2010年NCEP/NCAR逐月再分析资料和中国160站月降水总量资料,研究了菲律宾海地区大气环流异常与长江中下游6月旱涝的关系。结果表明,菲律宾海附近是影响长江中下游地区6月降水的关键区。菲律宾异常反气旋（气旋）在对流层低层明显,强度随高度衰减。且这种大气环流异常与长江中下游地区6月降水的相关关系在低层850hPa最显著,到高层相关性减弱。当出现菲律宾异常反气旋环流时,垂直速度和水汽输送等异常分布特征有利于降水发生,使得长江中下游地区偏涝,反之则偏旱。