东亚季风环流演变的主要模态及其与中国东部降水异常的联系

利用美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析环流资料、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)重构的海温资料和中国国家气象信息中心(NMIC)整理的752个测站降水资料,对东亚地区季风环流季节演变主要模态及其与中国东部降水异常的关系进行了分析。结果表明,东亚地区850hPa季风环流季节演变存在两个主要模态,第一模态主要受热带印度洋海温和赤道东太平洋海温偏低背景下印度洋偶极(IOD)演变过程控制;第二模态主要受赤道东太平洋ENSO循环和IOD演变控制。对应第一模态,夏季华北多雨,长江流域少雨;对应第二模态,夏季华北、长江流域多雨,淮河、华南少雨。近50年两模态发生了明显改变,与降水变化有很好的对应关系。     

两个典型ENSO季节演变模态及其与我国东部降水的联系

本文根据1950~2014年月平均海温和大气环流资料以及中国160站降水等资料,利用扩展经验正交函数（EEOF）分析、相关分析以及合成分析等方法,分析了太平洋海温季节演变的主导模态,并探讨了各模态与中国东部降水和东亚环流季节变异的关系及其联系的物理过程。结果表明,ENSO（El Ni?o/Southern Oscillation）季节演变存在2个主导模态,包含4种类型:El Ni?o持续型、La Ni?a持续型、La Ni?a转El Ni?o型和El Ni?o转La Ni?a型。发现不同模态和类型的ENSO季节变化过程我国东部降水距平的分布和强度都有明显差异。El Ni?o持续型和El Ni?o转La Ni?a型,冬春季和初夏均处在El Ni?o背景下,降水异常分布存在一定共性,但盛夏和秋季分别受El Ni?o和La Ni?a影响,降水异常分布差异十分明显,前者雨带北跳慢、位置偏南而后者雨带北跳快、位置偏北。La Ni?a持续型和La Ni?a转El Ni?o型也是如此,冬春季和初夏降水异常分布大致相似,但盛夏和秋季分别受La Ni?a和El Ni?o影响,前者雨带北跳快、位置偏北而后者雨带北跳慢、位置偏南。因此,利用ENSO做我国降水的气候预测时,不能只着眼于前期冬季El Ni?o或La Ni?a事件,还应考虑其未来演变所属的可能模态和类型。对他们之间联系的物理过程分析表明,不同ENSO季节演变模态和类型主要通过影响西太平洋副热带高压以及西风带经向型/纬向型环流调整及伴随的低纬暖湿水汽输送以及中高纬冷空气活动变化来影响我国东部降水。其中,西太平洋菲律宾群岛附近异常反气旋（或气旋）、赤道Walker环流和北半球Hadley环流分别是联系ENSO与西太平洋副热带高压活动和东亚西风带经向型/纬向型环流的重要环节。     

横断山脉中西部降水的季节演变特征

利用台站观测逐日降水资料,对横断山脉中西部地区的降水季节演变特征进行了分析,发现该地区降水具有独特的季节变化特征:雨季开始早,从第10候前后降水开始迅速增加,至第19候前后就达到第1个峰值;雨季时间长,从第10候前后雨季开始,至第60候雨季结束,雨季持续长达8个月;多峰值特征明显,雨季先后经历3个降水峰值,分别在第19、35、55候前后.通过再分析资料对这一地区风场的季节变化进行分析发现,这些降水的季节演变特征与这一地区独特地形下风场季节演变密不可分.雨季开始早与第10候起低层西风、南风迅速加强,特别是西风加强有关;第2、3个降水峰值则与西南风,特小,降水主要受西风系统影响,与西风系统的季节变化密切相关;而第2、3个降水峰值分别发生在西太平洋副热带高压西伸、东退进程中,位势高度场东高西低,降水主要受西南风控制,并伴有南风辐合,与南风的季节变化相关.别是经向南风增强有关.对3个降水峰值时刻的环流背景进行了分析,第1个降水峰值发生时,位势高度东西方向水平差异     

海温异常对云南5月降水主要模态的影响

利用1961~2016年云南125个气象观测站逐月降水数据,结合同期NCEP/NCAR再分析资料和英国Hadley中心海表温度资料,在揭示云南5月降水主要模态特征的基础上,分析发现北太平洋、赤道中东太平洋和赤道印度洋是影响云南5月降水的三个主要关键海区,由此定义了对应不同关键区的类PDO指数、类ENSO指数、Dsst指数和Esst指数,进一步探究云南5月降水主要模态与海温异常的关系。结果表明：（1）云南5月降水的主要模态为全区一致型和东西差异型,其中东西差异型模态表现出明显不对称特征,东多西少时的东西差异特征比较明显,而东少西多时西部地区降水偏多的范围很小,主要以中东部地区降水偏少为主。（2）北太平洋地区的类PDO和类ENSO海温异常模态是影响云南降水全区一致型变化的主要因子,类PDO主要影响水汽输送变化,而类ENSO主要影响冷空气活动,即当北美沿岸海温偏低、北太平洋中部海温偏高和赤道中东太平洋海温偏低时,有利于云南全区一致型降水偏多,反之则有利于降水偏少。（3）Dsst指数表征的赤道印度洋海温变化是影响云南降水出现东西差异的主要因子,当印度洋海温偏高时,有利于云南降水西多东少,反之则有利于云南降水西少东多,而Esst指数表征的赤道中东太平洋海温变化却会减弱Dsst指数对降水东西差异型的影响,使云南降水更趋向于全区一致型的变化。     

北半球夏季大气低频振荡演变特征及其与华北夏季降水的关系

本文采用1981～2010年夏季5～10月逐日的（10°S～50°N,40°E～160°E）范围内向外长波辐射OLR（Outgoing Longwave Radiation）资料和850 hPa层纬向风速资料（简称U850）作经验EOF（Empirical Orthogonal Function）分解,重新计算北半球夏季大气低频振荡BSISO（Boreal Summer Intraseasonal Oscillation）指数,并分析了其演变特征及其对华北夏季降水的影响规律。结果表明:（1）在北半球夏季印度洋—西北太平洋地区存在两种明显的低频信号,一种是BSISO1,空间分布呈西北—东南倾斜状,从热带印度洋向东北方向传播,振荡周期约为45 d;另一种是BSISO2,空间分布呈西南—东北倾斜状,从西北太平洋向西北方向传播,振荡周期约为20 d。（2）BSISO主要是通过影响大气环流和水汽输送来影响华北夏季降水过程。在500 hPa层,BSISO信号会造成华北地区东部副热带高压位置南北移动和强度发生变化来影响华北夏季降水;在850 hPa层,BSISO信号会通过伴随的气旋性或反气旋性异常环流影响向华北的水汽输送来影响华北夏季降水。（3）虽然热带大气季节内振荡MJO（Madden-Julian Oscillation）信号在全年都存在,但其变化在冬半年尤其冬季振幅最大,在夏季最小。BSISO信号变化在夏半年尤其夏季振幅最大。因此,利用热带大气低频信号开展延伸期降水过程预测,冬半年可以重点考虑MJO的影响,夏半年重点考虑BSISO的影响。     

华南降水季节演变的年代际变化

利用中国测站的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了近35年华南降水季节演变的年代际变化特征及其相关的大气环流异常特征。华南地区降水季节分布型在1990年代初期发生了年代际转变,其中,华南西部降水在1990年之前为双峰型分布,1990年之后变为以6月为峰值的单峰型分布;华南东部降水在1990年之前是以5月、8月为峰值的弱双峰型分布,1990年之后变为以6月、8月为峰值的显著双峰型分布。华南东、西部降水季节分布的年代际变化分别与华南全区6月降水量的年代际增加以及8月华南东、西部降水显著反相的年代际变化（东多西少）密切相关。1990年之后,大雨及以上强降水事件发生频率的增强是导致上述年代际变化的主要原因。华南6月降水年代际的增强与南海区域的西北太平洋副热带高压（简称西太副高）脊线位置的年代际异常偏南密切相关。7月华南地区降水的年代际增加与西太副高年代际东撤及影响华南地区的热带气旋频数年代际增多有关。8月华南东、西部降水显著反相的年代际变化（东多西少）,一方面受印度洋及南海上空夏季风年代际减弱的影响,使得输送到华南西部的水汽减少,另一方面西太副高的年代际增强并西伸,使得源自副高西南侧的水汽更直接输送至华南东部地区有关;同时也与登陆和影响华南东、西部的热带气旋的年代际增多和减少有关。      

中国东部夏季风雨带季节内变异模态的研究

根据中国气象局国家气候中心提供的1951～2005年中国160个站月降水量资料,用扩展的EOF（EEOF）分析、小波变换、相关分析和合成分析方法,研究了中国东部夏季风雨带季节性南北变动的主导模态和时空变化的特征,分析了各模态的气候特点及其与西太平洋副热带高压季节内变异的关系。 研究表明,我国夏季雨带季节性进退活动不仅是多态的而且是多时间尺度的现象。主导模态主要有六种,为了对各模态雨带推进过程的不同特点有个概要的认识, 分别称之为:梅涝型、伏旱型、梅旱型、南涝北旱型、常态型和南旱北涝型。这六种模态基本上反映了我国东部夏季雨带季节性移动异常的各种情况。在时间尺度上,各模态普遍存在准两年、3～5年和准8年的年际变化,以及准10年、准15年、准24年和准30年的年代际变化。但各模态的优势周期存在明显差别,尤其是年代际变化。分析还表明,西太平洋副热带高压的季节性变异是影响我国东部夏季雨带季节内时空变化最直接和最主要的原因。基本上, 不同型式的副高变异对应有不同的雨带季节内变化模态和天气气候特征。这些研究结果可为我们进一步探讨中国夏季雨带季节内变异各模态形成的物理过程和成因提供基础。     

中国西南汛期降水异常及影响因子

用１９５１－１９９２年３１个站的降水资料，作自然正交分解研究了近４２年汛期降水变化异常的时空分布，得到３种降水型。     

成都地区汛期降水分析及影响因子

用成都地区１３个站点、１９５９－１９８７年的降水资料，利用ＥＯＦ分析了２９年来汛期降水（５－９月）变化的时间分布，得到两种降水型。在此基础上，通过相关函数分析，讨论了副高强度、副高面积指数、副高西伸脊点、副平均脊线位置、５８８线北界位置和南方涛动指数对成都地区汛期降水的影响作用。并利用傅里地变换分析了成都汛期降水的周期性。     

ENSO及其组合模态对中国东部各季节降水的影响

近期的研究发现,热带太平洋低层大气存在两种主要模态,即经向对称ENSO模态和ENSO与海表温度(SST)年循环相互作用产生的经向反对称组合模态。主要探讨了这两种不同ENSO模态对中国东部各季节降水的影响。结果表明,厄尔尼诺年秋季,中国西南、长江及华南大部分区域呈现显著正降水异常;冬季,正降水异常范围扩大,覆盖华南、华东及华北东南部地区。这两个季节的异常降水都主要受ENSO模态的影响。与ENSO模态相关的正异常海温局地强迫导致120°E以西出现反气旋性环流,其西北侧增强的西南暖湿气流使得中国东部地区降水增多。次年春季,从中国华南延伸到东北出现正的异常降水,主要是ENSO组合模态的贡献。因为次年春季热带太平洋地区ENSO模态信号只局限于赤道地区,并没有对中国东部降水有显著的影响,而ENSO与海温年循环相互作用的组合模态使得与ENSO相关的赤道大气异常可以扩展到赤道以外地区。ENSO组合模态对中国降水异常有重要影响,在今后的研究和短期预测中需引起重视。      

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)。     

华北地区降水多时间尺度演变特征

 华北地区的水资源短缺及相关的生态环境恶化是中国亟待解决的问题之一。降水是水资源最重要的因素,根据华北地区25个测站的长期年降水量资料和15个测站历史旱涝资料,利用Mann-Kendall检验、功率谱和小波变换等方法进行的分析研究表明,华北地区的降水存在明显的准2 a振荡和准19 a周期变化特征,降水在1914和1964年发生了两次突变。历史旱涝等级时间序列有明显的4～5 a ENSO模的振荡、准10 a变化、准20 a变化和50～80 a世纪尺度特征。     

华北地区降水多时间尺度演变特征

华北地区的水资源短缺及相关的生态环境恶化是中国亟待解决的问题之一。降水是水资源最重要的因素,根据华北地区25个测站的长期年降水量资料和15个测站历史旱涝资料,利用Mann-Kendall检验、功率谱和小波变换等方法进行的分析研究表明,华北地区的降水存在明显的准2 a振荡和准19 a周期变化特征,降水在1914和1964年发生了两次突变。历史旱涝等级时间序列有明显的4～5 a ENSO模的振荡、准10 a变化、准20 a变化和50～80 a世纪尺度特征。     

华北四季降水特征及与我国其他地区降水的联系

利用中国160站1951－2000年逐月降水资料，在对华北地区降水气候特征分析的基础上，介重研究了华北地区降水异常在四季中的年际，年代际变化规律和特征，以及华北地区不同季节降水偏多（少）时全国同期的降水空间分布特征，并对各季的降水趋势作了初步的估测。     

天津盛夏降水趋势与初夏华北高压的统计分析

根据初夏(6月)的天气气候演变，预测盛夏(7～8月)的短期气候趋势，一直是急需解决的难题。文章揭示了自1958年以来天津盛夏降水趋势与初夏时节临近地区上空的环流特征之间的统计关系。结果表明，初夏华北高压强时盛夏天津降水偏少，反之盛夏天津降水偏多，不仅逐年的对应关系显著，而且变化趋势相反，转折时期也一致。初步解释了20世纪70年代以前天津(华北)盛夏多雨和80年代至今天津(华北)少雨的物理原因。以此为主要根据建立了初夏对于盛夏天津降水的短期气候预测方法，1998～2003年连续6年预报正确。     

华北夏季降水的年代际变化

利用我国740个测站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,使用合成分析等方法,对华北夏季降水的年代际变化特征进行分析。结果表明：华北夏季降水的年代际变化与华北夏季雨带的年代际变化密不可分。在华北夏季降水偏多阶段,华北地区雨带降水量较大,华北雨带能够向西延伸,雨带位置大多数时间能够越过115°E,并且能够接近华北西部边界110°E,位置偏西;而在华北夏季降水偏少阶段,华北雨带降水量偏小,雨带虽然也能够越过115°E,但维持时间不长,且向西延伸并不明显,雨带位置很难接近华北西部边界110°E,位置偏东。华北雨带发生的年代际变化和东亚地区大气环流以及东亚夏季风的年代际变化有关。     

我国华南3月份降水异常的可能影响因子分析

利用1951～2005年华南地区3月份的降水资料、NOAA海温资料、Ni?o3.4指数和NCEP再分析资料,分析了华南3月份降水异常与同期环流场、全球海温场的关系,从环流和海温的角度揭示了华南3月份降水异常的可能原因。结果表明,当华南3月份降水偏多(少)时,在对流层中低层,北太平洋海区存在气旋(反气旋)性环流异常,西太平洋及南海海面上存在反气旋(气旋)性环流异常,这样的环流异常有利(不利)于东南暖湿气流与北方东部异常冷空气在华南地区形成水汽辐合,导致降水显著增多(减少)。进一步的分析表明,ENSO和北印度洋及南海附近海温是影响华南3月份降水异常的重要外强迫因子,ENSO对华南3月降水异常的影响是通过影响春季西太平洋副热带高压和低层风场异常实现的,而北印度洋及南海附近海温对华南3月降水异常的影响则是通过垂直环流场异常和低层风场以及西太平洋副热带高压异常来实现的。     

华北地区500年滑动平均降水场序列重建

基于533年旱涝指数场序列，采用了滑动累积频率法用于降水序列重建工作，并选用了3种不同均值用于序列重建试验，得到了1499～2002年共504年连续的滑动平均降水场序列。分析表明，重建的504年降水场序列与49年实测降水场序列相关性较好，其平均相对均方误差在1．89％以下；重建的序列与原旱涝指数序列的非线性关系，表明重建序列是合理的，为华北地区长期旱涝变化规律的研究提供了基础资料。     

登陆我国台风与华北夏季降水的相关

利用1957-2002年华北104站月降水量、登陆我国台风频数、海平面气压场、850hPa流场、500hPa高度场资料，分析了华北地区夏季降水与登陆我国台风的关系。结果表明：华北中部和东部夏季降水量与登陆我国台风频数存在着显著的正相关，中心在华北中部的河北饶阳和保定一带。在登陆台风特多年，华北中、东部夏季降水增加（偏涝），南部降水减少（偏旱）；登陆台风特少年则相反。逐月分析发现．8月登陆我国台风频数与华北地区同期降水量相关最好，而且显著的正相关仍然位于华北中部和东部。多（少）登陆台风活动年无论是海平面气压距平场、850hPa流场距平、500hPa高度距平场还是冷空气异常，其特征均与华北中、东部夏季降水偏多（少）年相似。     

华北夏季降水异常的变化及其与大气环流的联系

利用中国160站1951-2005年的逐月降水资料,以华北17站夏季降水异常为研究对象,在对其时空变化特征进行分析的基础上,探讨了影响其异常的同期因子——该地区上空大尺度环流异常特征.研究结果表明,华北夏季降水在55a里总的趋势是减少的,该地区干旱化的趋势明显,华北夏季降水存在准3a、准6a、准8a的年际周期和17～19a的年代际振荡周期。在华北夏季降水异常的年份,其降水通常与江南和华南的呈现反位相。在低层850hPa,当贝加尔湖地区的东北气流、中南半岛的西南气流及青藏高原北侧的偏西气流较常年偏强时,华北夏季降水较常年偏多;中层500hPa,副热带高压较常年偏弱、偏北、偏西,冷空气偏强,低纬热带季风活跃,南方水汽也供应充沛,从而华北多雨.