山东夏季暴雨对青藏高原东南部及邻近区域春季大气热源变化的响应

利用1979—2018年山东省120个国家气象站逐日降水观测数据、欧洲中期天气预报中心ERA-Interim逐月再分析资料以及美国国家环境预报中心和大气研究中心逐6 h再分析资料,分析春季青藏高原大气热源强度变化对山东夏季暴雨的影响。结果表明：近40 a山东大部地区暴雨日数呈增加趋势,鲁西南、鲁西北中东部增加趋势显著。春季、夏季高原均为东亚大气热源较强区域,春季高原大气热源强中心区的强度与山东夏季暴雨指数呈显著正相关。当春季高原大气热源增强时,夏季南亚高压加强、东扩,200 hPa南亚高压易呈中部型,500 hPa中国东北地区易有冷涡生成南下,日本东部西太平洋副热带高压加强北抬,山东处于冷暖气流交汇区,同时明显有自南向北的水汽输送至山东地区,低层辐合、高层辐散的环流配置促使该地区上升气流增强,有利于降水产生。春季高原大气热源强度与夏季南亚高压强度、丝绸之路遥相关分别呈显著正、负相关,大气热源增强下的环流形势有利于山东地区出现强降雨。     

青藏高原地表热源异常与四川盆地夏季降水的关联

利用所计算的1961—1995年高原热源资料、四川与重庆的降水资料以及500hPa月平均高度场资料，分析了高原地表热源异常对四川盆地降水与旱涝的影响。结果表明，高原地表热源异常与四川盆地降水和旱涝有显著的相关；高原地表热源异常通过强迫500hPa东亚大气环流异常来影响四川盆地降水。     

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。     

1998年5～8月青藏高原东部和邻近地区大气热源日变化特征及其与高原环流的关系

利用1998年5－8月“南海季风试验”期间观测站的探空及地面资料，计算并分析了高原及邻近地区大尺度大气热源和水汽汇的日变化特征及其与高原环流的关系。初步结果表明：中南半岛－高原东部的大气热源在早上弱，傍晚较强；南海北部－华南－华中的热源在早上强，傍晚弱。水汽汇的日变化与热源基本相似。傍晚高原东部上升运动明显增强，高原及其南侧的局地经向季风环流增强；高原东部下游地区傍晚的上升运动减弱或变为下沉，形成一个西升东降的局地日变热力纬向环流。1998年夏季长江中偏上游的致洪暴雨和华南的降水主要集中在夜间至午后。     

夏季青藏高原东部大气热源变化及其对相邻区域气候的影响

基于NCEP/NCAR 1968～2009年逐月再分析资料,采用倒算法,对夏季青藏高原东部大气热源的长期变化进行了计算,结果发现:(1)夏季青藏高原东部大气热源存在10a左右的时间尺度变化周期;(2)夏季青藏高原东部大气热源偏强时,四川盆地东部及重庆地区多雨,气温偏低;当夏季青藏高原东部大气热源偏弱时,四川盆地东部及重庆地区容易发生高温干旱;(3)夏季青藏高原东部大气热源通过直接影响垂直上升运动场的异常,同时影响周围地区的大气环流形势,异常强迫500hPa副热带高压,进而影响到四川盆地东部及重庆地区的夏季气候。     

西太平洋副高位置变动与大气热源的关系

采用NCEP／NCAR再分析逐日资料和SCSMEX等资料，根据全型垂直涡度倾向方程，研究了1998年6月西太平洋副高位置变动与大气热源的关系。结果表明，副热带地区的非绝热加热对副高位置变化有很重要的作用。与气候平均状况相比，1998年6月副高北侧的非绝热加热垂直变化较常年偏强，而南侧较常年偏弱。这种异常的非均匀加热状况导致我国华南、江南、长江中下游地区呈现异常气旋性涡度制造，而中南半岛大部和南海地区为异常反气旋性涡度制造，使得1998年6月副高位置异常偏南。     

夏季青藏高原大气热源低频振荡与南亚高压东西振荡的关系

利用1983～2012年NCEP/NCAR逐日再分析资料对夏季青藏高原大气热源和南亚高压东西振荡的低频特征以及两者的关系进行了讨论,发现夏季青藏高原东部大气热源与南亚高压纬向运动的主要低频周期都是10～20 d。在高原东部大气热源10～20 d振荡峰值位相,青藏高原上空被低频气旋控制,高原西部被低频反气旋控制,导致南亚高压主要高压中心向西移动呈伊朗高压模态;在大气热源10～20 d振荡谷值位相,低频环流形势完全相反,青藏高原上空被低频反气旋控制,高原西部被低频气旋控制,致使南亚高压主要高压中心向东移动呈青藏高压模态。高原热力场异常导致其上空暖中心变化从而引起的高层风场变化可以解释南亚高压的东西振荡。     

青藏高原大气热源及其影响的研究进展

青藏高原及其热源效应对东亚以及全球的天气气候起着举足轻重的作用。青藏高原大气热源及其影响的相关研究有助于进一步加深对青藏高原大气热源及其影响的认识,提高高原地区天气系统发生发展的预报能力,提升高原地区降水的预报水平。本文较为系统地梳理了青藏高原大气热源的相关研究,涉及青藏高原大气热源的获取与特征,包括青藏高原大气热源的计算和青藏高原大气热源的时空分布及演变特征;青藏高原大气热源对季风、对降水的影响;青藏高原大气热源对天气系统的影响和作用,包括青藏高原大气热源对南亚高压、西太平洋副热带高压、高原低涡以及高原切变线的影响。在总结已有研究进展和成果的基础上,对今后青藏高原大气热源研究做出一定展望,提出值得进一步加强研究的方面。     

夏季青藏高原大气热源准双周振荡及其传播途径

采用1979—2017年NCEP/NCAR逐日再分析资料估算大气热源,研究夏季青藏高原大气热源准双周振荡(Quasi-BiWeekly Oscillation,QBWO)的特征及传播途径。结果表明:青藏高原及其周边的大气热源QBWO的前两个主模态,即荷载中心在高原东南部的全区一致型和高原东南-西北反位相变化的偶极型,呈现了高原夏季大气热源QBWO自东向西传播过程中所处的两种不同状态。这主要是由于在中纬度地区对流层中上层,低频大气环流的活动表现为大的异常气旋和反气旋环流从我国东北经青藏高原至西亚的自东向西的传播,当移近高原时迅速增强,当西移离开高原时明显减弱。在此过程中,青藏高原及其周边、孟加拉湾以及印度半岛等地区的降水都发生了异常变化。     

青藏高原大气热源与江淮梅雨异常的关系

利用江淮流域1954\_2001年梅雨量资料和同期内美国NCEP/NCAR 逐日高度场、 风场、 比湿场和地面气压场再分析资料, 网格距为2.5°×2.5°。采用模糊聚类、 EOF分解、 合成分析、 SVD分解等方法, 详细讨论了青藏高原大气热源与江淮梅雨的关系。结果表明： 梅雨量区域指数能很好地揭示江淮流域梅雨量的丰枯, 高原大气热源大致以90°E为界, 可分为高原东部型和西部型; 高原大气热源与梅雨量存在显著相关关系, 高原大气热源东部型与江淮梅雨量呈显著正相关关系, 西部型与梅雨量呈显著负相关关系、说明高原大气热源东部型增强, 西部型减弱, 江淮梅雨量异常偏多。高原大气热源东部型减弱, 西部型增强, 江淮梅雨量异常偏少; 反之亦然、SVD分解结果与合成分析的结果完全一致。     

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).     

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。     

四川盆地夏季水汽输送特征及其对旱涝的影响

利用1981—2000年夏季观测资料,分析了四川盆地夏季平均的水汽输送状况及四川盆地典型旱涝年的水汽输送差异特征,并在此基础上,初步分析了四川盆地旱涝异常的大气环流背景。结果表明:四川盆地的夏季水汽主要来源于青藏高原、孟加拉湾及南海地区。当西太平洋副热带高压偏北偏西时,其外侧东南风可以把南海水汽带到盆地西部,孟加拉湾及青藏高原水汽受到阻挡被迫停留在盆地西部,形成了盆地西部异常的水汽辐合,东部异常的水汽辐散,由此导致四川盆地西涝东旱。反之,当西太平洋副热带高压偏南偏东时,其西南侧的南海水汽不能到达盆地西部,只能到达盆地东南部,而孟加拉湾及青藏高原水汽则可以进入盆地东部,在盆地东部形成异常的水汽辐合,在西部形成异常的水汽辐散,造成四川盆地西旱东涝。     

青藏高原-孟加拉湾大气热力差异与夏季暴雨

利用1979—2019年多年平均5—8月的逐日气象资料,采用EOF,MV-EOF、相关分析和合成分析等方法,对夏季青藏高原-孟加拉湾的大气热源与中国东部暴雨的时空演变特征及两者之间的联系进行探讨。研究结果表明：MV-EOF能够很好地表现不同要素的空间分布特征及其时间演变之间的联系。结果显示：在气候平均状态下,强降水事件分别发生在华南地区、华西和长江中下游地区时,青藏高原东部和孟加拉湾的大气加热出现相反的变化趋势,说明青藏高原东部和孟加拉湾之间的海陆热力对比很可能是导致中国东部强降水事件在不同地点发生的关键因素之一。合成分析结果揭示可能物理机制：青藏高原和孟加拉湾的热力对比变化通过调制大气垂直环流,影响南亚高压和西北太平洋副热带高压的位置和强度,改变水汽输送,最终对中国东部暴雨事件的时空变化产生重要的影响。     

2001及2003年夏季青藏高原及附近大气热源(汇)的变化特征

利用NCEP/NCAR再分析资料,计算了2001及2003年青藏高原及其附近地区的大气热源(汇),再用CEOF方法分析了它俩的异同。结果表明:(1)该两年冬夏季节转换前的4月份,热源(汇)分布相似,强度不同;季节转换后的6月份,热源(汇)分布明显不同,强度也有很大差异;(2)该两年分别在青藏高原南侧到孟加拉湾北部和阿拉伯海东部到印度半岛西侧各有一个高值中心,但强度明显不同:表现为2001年夏季孟加拉湾地区的热源强度明显比阿拉伯海地区强,2003年夏季则相反;(3)两年季节转换期间的5月到6月下旬期间,高原及其南侧的热源变化趋势也是不同的。2003年6月下旬达最强值;2001年则是5月中下旬到6月初已达到较强,到6月下旬又突然减弱;(4)该两年第一特征向量的空间位相上也是不同的。在2001年,印度半岛中部是晚位相中心,其四周的位相都相对较早,位相差近180°,因此印度半岛大部与其周围的大气热源(汇)有近似相反的变化趋势;而在2003年情况则有所不同,印度半岛与其两侧的阿拉伯海和孟加拉湾北部仅是一个相对高晚位相区,其西北部和南端是晚位相中心,高原南部和赤道附近的洋面上是早位相区。因此,在2003年的大气热源(汇)变化趋势与2001年有明显的不同。2001及2003年夏季青藏高原及其附近地区大气热源(汇)的这些差异可能正是影响我国江淮地区严重干旱/洪涝的原因之一。     

夏半年青藏高原东部大气热源时间变化特征

本文利用１９８３－１９９２年夏半年逐日控空资料，计算了青藏高原东部大气热源和水汽汇，讨论了高原东部热源平均值的日变化，季节内变化，季节变化和年际变化。结果表明，热源和水汽汇铅直廓线存在明显的日变化，夏半年平均热源日变化振幅为１－２℃／Ｄａｙ，水汽汇为１－１．５℃／Ｄａｙ，热源铅直积分显示准双周振动特征，各半夏半年热源滤波曲线表明，７，８月份准双周振动较弱，５，６和９月份较强。     

中国持续性暴雨特征及青藏高原热源的影响

利用气象站点逐日降水资料研究了中国1961 2011年5 10月持续性暴雨事件发生次数的空间分布、时间变化及其季节演变特征,分析了持续性暴雨事件异常的环流形势,并讨论了青藏高原大气热源的可能影响。结果表明,中国5 10月持续性暴雨事件的发生地主要集中在中国东部地区,逐年发生次数具有明显的年际波动和年代际变化,且其季节内的变化与东亚夏季风的季节演变进程联系密切。通过对比和相关分析还表明,青藏高原前期的大气热源偏弱(强),将导致东亚夏季风偏弱(强),西南水汽输送亦偏弱(强),水汽聚集在中国南(北)方地区,最终使得夏季中国的持续性暴雨事件偏多(少),初步揭示了青藏高原大气热源对中国持续性暴雨事件的可能影响。     

青藏高原及其周围地区大气热源对川渝盆地夏季降水的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国地面观测站的逐日降水资料,分析了青藏高原及其周围地区大气热源异常变化对川渝盆地夏季西涝东旱及东涝西旱发生的影响。结果表明,青藏高原东部经长江流域到渤海附近地区以及孟加拉湾到中南半岛附近地区大气热源减弱时,引起高纬冷空气和低纬暖湿气流向川渝盆地西部汇合,大量的水汽被输送到川渝盆地西部辐合上升形成降水,而东部地区的环流形势则不利于水汽辐合,最终导致西涝东旱;相反,青藏高原东部经长江流域到渤海附近、中南半岛经中国南海到菲律宾附近地区和中国西北部及蒙古国附近地区的热源加强时,引起高纬冷空气及低纬暖湿气流向川渝盆地东部汇合,大量的水汽被输送到川渝盆地东部辐合上升形成降水,西部地区环流形势也不利于水汽辐合,造成东涝西旱。     

2003年淮河流域致洪暴雨的环流背景及其与大气热源的关系

利用NCAR/NCEP的逐日再分析资料和降水资料,分析了2003年夏季淮河流域致洪暴雨的环流背景及其与大气热源的关系.结果表明,2002-2003年的El Nino事件是本次暴雨的前期背景;南海地区的视热源和视水汽汇异常可能是副高偏南维持的重要原因之一.与2003年夏季相比较,6月21日-7月22日淮河流域为正的异常视热源和视水汽汇,并且二者的高值中心与该时段雨量中心位置基本一致.孟加拉湾地区的异常加热源在其西北侧强迫出的高层反气旋性环流有利于南亚高压在青藏高原、江南、华南地区维持,从而使得淮河流域位于高压北侧高空西风急流入口区南侧的上升运动区,有利于淮河流域强降水发生和维持,形成该流域洪涝.     

全球变暖背景下青藏高原夏季大气中水汽含量的变化特征

利用中国气象局提供的0. 5°×0. 5°降水和温度的日值资料,联合ERA-Interim、MERRA2(second M odern-Era Retrospective analysis for Research and Applications)和JRA-55(Japanese 55-year Reanalysis)再分析资料以及全球陆面数据同化系统(Global Land surface Data Asimilation System,GLDAS-2. 0)资料,研究了全球变暖背景下青藏高原夏季地表气温及降水的变化特征,以及该地区大气中水汽含量及水汽输送特征。结果表明,1979—1998年期间,高原的地表气温呈增加趋势,降水呈减少趋势;而在全球增温减缓期间(1999—2010年),地表气温及降水较1979—1998年期间呈现更为显著的增加趋势。在青藏高原上空,大气中水汽含量在1979—2010年间整体呈增加趋势;然而,进一步分析表明,在此期间由外界向高原输送的水汽逐年降低,尤其在1998年后,由于西南季风强度的大幅减弱,使得外界向高原的净水汽输送量减少得更为显著;青藏高原地表蒸散量的分析表明,自1998年后,高原地表的蒸散量显著增加,成为高原地区大气中水汽增加的主要原因。