梅雨准双周振荡的年际变化及其前期强信号分析

利用1954—2005年中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了江淮梅雨准双周振荡的年际变化,并讨论了异常年的海气背景特征。将滤波后的每个降水周期划分为8个位相,其中第3位相对应准双周降水正距平最大,而第7位相对应准双周降水负距平最大,在此基础上的诊断结果表明：1）振荡强弱偏差场,在梅雨降水偏多的第3位相,低层大气中类似Rossby波列从南海经日本海、鄂霍次克海和阿留申群岛延伸至阿拉斯加地区,其中南海上空的反气旋和日本上空的气旋相互配合,造成冷暖空气在江淮地区交汇,有利于准双周降水正距平的产生。在降水偏少的第7位相,波列位相基本反向,传播路径偏南。2）第3位相时高层环流显示,鄂霍次克海地区高度场正异常明显,和我国东北地区的负距平共同作用为梅雨降水提供了足够的干冷空气。第7位相分布相反。3）前期3月至同期的黑潮及其延伸区海表温度和梅雨的准双周振荡强强度之间呈很好的正相关关系。黑潮及其延伸区持续的正海温异常,通过影响西太平洋副热带高压的位置和强度的变化,进而增强梅雨降水的准双周振荡     

长江中上游地区汛期降水的准两年振荡

利用１９５１￣１９８７年５￣８月长江中上游地区３４站的降水量资料，采用移动样本序列的极大熵谱法对长江中上游汛期降水的周期特征进行了客观、细致研究。结果表明，长江中上游地区存在显著的准两年周期振荡，并给出了其地理分布特征，其他周期振荡则不十分明显，且不稳定。     

1991年北半球夏季风及江淮流域降雨量的低频振荡

根据１９９１年５－８月江淮特大暴雨资料，使用功率谱和带通滤波结合的方法，研究了１９９１年夏季风和江淮梅雨的准周期振荡，探索季风对异常梅雨的影响。分析指出，１９９１年北半球夏季风活动，江淮流域湿度场和降雨量变化均存在显著的准２４天周期振荡，夏季风的周期振荡，主要表现在西南季风（东南季风不明显），它的位相比降雨量提前２－４左右，其振幅大小较好地反映了降雨量的大小。     

2003年江淮梅雨暴雨与湿位涡的关系

统计了2003年发生在江淮地区的梅雨暴雨，根据暴雨中心对流稳定度及降雨性质将暴雨分为4种类型。分析湿位涡与梅雨暴雨中的惯性不稳定、对称不稳定、对流不稳定的关系发现：第1类暴雨往往与对称不稳定有关，第2类暴雨与对流不稳定有关，且这两类暴雨高层多具有强惯性不稳定，降水相对较大；第3、第4类暴雨是稳定性降雨，高层一般不具备惯性不稳定，雨量一般较小。高层的惯性不稳定对降水的加强作用明显。     

梅雨锋降水运动诊断分析与（大）暴雨形成——江淮梅雨锋暴雨的天气学成因个例分析

对T213 L31再分析模式大气,在等熵坐标系上对天气学大尺度凝结函数降水、水汽通量散度降水做了诊断计算;同时,对整层对流不稳定性降水和气块（团）湿不稳定降水做了理想设计与诊断计算.对2003年7月江淮梅雨锋暴雨的计算与分析表明：两种天气尺度波动的大尺度稳定性降水运动的降水量级较小,都不足以直接形成暴雨;而对流不稳定降水运动可以形成暴雨,却不足以形成大暴雨;只有气块不稳定降水运动,才是梅雨锋上大暴雨的自组织、正反馈的唯一降水机制.研究表明,该江淮梅雨锋暴雨虽然存在着明显的梅雨锋天气尺度降水系统,但充沛的水汽通量和异常高温高湿气团的维持,使得在梅雨锋上发生着的非等熵湿绝热运动及其对流不稳定降水和气块不稳定降水,是（大）暴雨发生的天气学成因.     

江淮梅雨期降水南北反位相分布与大气准双周振荡

利用1954—2005年中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析江淮梅雨期降水的南北反位相分布(Anti-Phase Distribution:APD)和大气准双周振荡(Qusi-Biweekly Oscillation:QBWO)之间的关系,诊断结果表明:(1)1954—2005年江淮梅雨APD共有16年较为显著。从1990年代开始,梅雨APD显著增强,并且表现出显著的2年和4～6年振荡周期。在降水较多的区域,降水的准双周振荡往往也较强。(2)梅雨期降水APD和中国东部地区降水的南北变动同属一个位相,中国东部地区的南涝北旱或者南旱北涝在很大程度上可以由江淮地区降水的分布类型来说明。(3)"南旱北涝"年,准双周滤波的整层水汽通量能够传播到30°N以北,同时存在强烈的水汽通量辐合从中高纬度向南传播到江淮流域。而在"南涝北旱"年,准双周的水汽输送所能到达的纬度明显偏南,来自中高纬度向南传播的水汽通量辐合也不显著。(4)"南旱北涝"年降水正位相,西北太平洋副热带高压(简称西太副高)脊线位于22°N以北,850 hPa低频反气旋的位置相对于"南涝北旱"年偏北,调节西太副高进入南海位置也偏北。南海和江淮上空的准双周垂直速度异常位置整体偏北,第3位相的上升运动和第7位相的下沉运动都位于30°N以北,南海的垂直速度异常也主要位于南海北部,而在"南涝北旱"年,准双周垂直速度异常的分布偏南。     

华北地区降水的准周期信号及其阶段性变化特征

应用奇异谱（SSA）方法分析了华北地区降水的准周期信号及其阶段性变化特征，结果表明，华北地区月降水序列的年际振荡信号较强，占总方差的44．7％，显著振荡周期分别有17个月（准1～2a）、30个月（准2～3a）、60个月（准5a）和11个月（准1a），不同分区降水的准周期振荡信号各有差异。各种准周期振荡随时间的长期演变亦很明显且各不相同。奇异交叉谱（SCSA）诊断表明，华北地区降水的年际振荡与Nino区海温的准周期信号存在着显著的耦合关系，且这种耦合关系随时间是变化的，表现出耦合振荡强度的阶段性变化和耦合位相随时间的改变。各分区降水与不同Nino区海温的显著耦合周期信号及其随时间的长期演变各具特色，体现了华北地区降水对Nino区海温异常响应的复杂性。     

东亚夏季风降水中30—60天低频振荡

通过对东亚夏季风区域30年候降水量的分析研究可以看到,降水中30—60天低频振荡的季节变化与总的季风降水的季节变化具有明显的锁相关系,对季风雨带位置的出现起着重要的调制作用;降水低频振荡的年际变化对梅雨的年际变化也起着重要的调制作用;降水低频振荡呈现明显的由南向北的经向传播。     

东亚梅雨季节内振荡的气候特征

影响中国、日本、朝鲜半岛的东亚梅雨是夏季风向北推进过程中的特有雨季。利用NCEP/NCAR逐日再分析资料、CMAP降水资料,将夏季风影响及夏季风降水的季节转换相结合,定义东亚梅雨的入、出梅指标;进而采用集合经验模态分解信号提取方法对东亚梅雨区降水季节内振荡及其大尺度环流条件的气候特征进行了详细分析;并对东亚梅雨季节内振荡对降水事件的指示作用进行讨论,为东亚梅雨区降水的延伸预报提供依据和参考。研究结果表明:(1)采用标准化候降水量的空间覆盖率,同时兼顾夏季风影响等条件确定的东亚梅雨入、出梅划分指标可较好地反映东亚梅雨的气候特征及东亚梅雨期的大尺度环流形势。(2)东亚梅雨全年降水量存在三峰型分布特征,峰值分别位于第27、36及47候。该三峰型特征主要受10—20及30—60d的低频振荡影响。比较而言,30—60d振荡对梅雨区降水三峰型的贡献较10—20d振荡大。(3)东亚梅雨区峰值降水与热带环流及北方高位涡冷空气输送的低频演变密切关联。在梅雨区北侧,中高纬度里海附近冷空气(高位涡)低频波列的东传及鄂霍次克海高位涡的西南向输送共同影响东亚梅雨区。在梅雨区南侧,通过热带低频异常强对流的激发作用,热带西太平洋至中国东北—鄂霍次克海地区形成沿经向分布的低层气旋-反气旋-气旋-反气旋波列,进而导致梅雨区低层形成低频偏北风和偏南风的辐合;而印度西海岸和阿拉伯海地区异常对流活动产生的波列向东北方向传播,亦对梅雨区低频峰值降水产生影响。对于低频谷值降水的大气低频演变,情况与上述基本相反。(4)东亚梅雨区降水不同位相下出现极端降水事件的概率有明显差异。梅雨区降水低频峰(谷)值位相下出现异常多(少)降水量的概率约为30%。因此,上述梅雨区降水低频振荡演变相关的大气低频振荡特征对梅雨区降水事件的延伸预报具有参考价值。     

新会单站降水的多尺度振荡特征

利用新会国家站1957—2014年逐日降水数据,通过功率谱分析、Morlet小波变换对新会单站年降水、年内逐日降水进行周期分析,使用Butterworth带通滤波对年内各尺度降水振荡进行滤波分析,并对汛期少雨年景与汛期降水正常年景的降水周期对比分析。分析表明:新会单站降水在多个尺度上表现有明显周期振荡特征,其中年降水在整个分析时段内并不存在稳定周期,以阶段性周期递增演变为主;年内逐日降水周期基本表现为5 d及以下天气尺度振荡、准单周振荡、准双周振荡、季节内振荡和季节振荡等5种尺度。在少雨汛期,逐日降水振荡趋向短周期、高频率,而正常降水汛期则在低频振荡表现更明显。     

广东前汛期降水与南海北部风场准双周振荡的关系

利用1961—2008年广东逐日降水、NCEP/NCAR逐日再分析资料,先采用EOF分析、相关分析定义了影响广东前汛期降水的850 hPa关键区——“南海北部风场指数”,再利用功率谱分析、Lanczos时间滤波器等方法研究了近48年广东前汛期降水与南海北部风场指数的低频振荡特征,并研究了广东暴雨与南海北部风场指数准双周振荡的关系。结果表明,广东前汛期降水与南海北部风场指数均以准单周、准双周振荡为主,而30～60天的季节内振荡不显著。南海北部风场指数与广东前汛期降水准双周振荡序列存在显著正相关,且明显高于准单周振荡序列的相关。近48年4—6月南海北部风场指数的准双周振荡波峰前后3天(个别4天)的广东省前汛期暴雨出现概率为78.2%。最后利用合成分析方法分析了南海北部风场指数准双周振荡的波峰附近有典型西南风暖区暴雨发生的大气环流场演变特征,可为广东暖区暴雨过程的中期预报提供参考依据。      

1991年江淮暴雨与20—25天低频振荡

1991年江淮梅雨期出现了三次暴雨过程，降水呈现显著的20－25天振荡，该周期明显短于海两期40天振荡的气候周期。分析表明，1991年梅雨降水的低频振荡与乌拉尔阻高、西太平洋副高、东亚与印度季风以及500hPa赤道地区向北传播涡列的20－25天振荡有着密切的关系。     

华南前汛期(4～6月)降水异常特征及其与我国近海海温的关系

分析了华南前汛期降水异常，认为华南前汛期降水峰值所在月有明显的年际变化。前汛期总的降水变化趋势不明显。前汛期降水异常存在多尺度振荡，前汛期降水偏多年，偏少年的同期全国降水分布存在明显相反的特征，且通过对华南前汛期降水异常与其前期（上一年6－8月）我国近海SSTA的相关分布，找到一个稳定的影响华南前汛期降水的敏感海区，同时讨论了它的敏感时段及其同期的SSTA，后期的距平环流场特征与华南前汛期降水异常，同期的距平环流场特征的关系，最后分析了该敏感海区SSTA与全球海域SSTA的关系，由此提出一个我国近海SSTA影响华南前汛期降水异常的可能机制。     

1998年青藏高原降水特征及大气LFO对长江流域低频降水的影响

本文使用美国NCAR—NCEP再分析的逐日资料，研究了1998年夏季青藏高原降水特征及大气准45d低频振荡(LFO)对长江流域低频降水的影响。研究表明，6月19日左右青藏高原雨季开始，青藏高原是水汽输送的汇区，青藏高原影响了我国东部的降水天气过程，使长江流域降水不均匀;青藏高原的大气低频振荡对东部地区低频降水也产生了影响，使低频降水带在青藏高原的东坡出现不连续现象。     

陕西降水季节及季节内振荡的气候特征

利用谐波分析、功率谱分析的方法,对陕西82个站点1962~2006年逐日降水资料进行气候平均分析,研究气候平均态下陕西降水季节及季节内振荡的时空分布特征。结果表明,陕西大部分地区降水主要以季节变化(年循环)为主,降水准双周振荡在全省范围都比较显著,降水30~60 d季节内振荡的显著分布区域主要集中在关中和陕南,这种地域分布与副热带高压随东亚夏季风南北移动有很大关系;气候平均态下降水的准双周振荡幅度于4月中旬开始逐渐加强,7~9月振幅最强,10~11月开始逐渐减弱;降水准双周振荡显著时期主要在夏季,而30~60 d季节内振荡在全省全年都存在,夏季比冬季振幅大,陕南和关中地区最大振幅出现在7月初。     

梅雨锋气旋暴雨的 Q 矢量分析：个例研究

文中对修改的Q矢量(Q*)进行转化、处理后,所得Q矢量(记为QN矢量)与准地转Q矢量具有类似的计算表达式,但其完全用实际风场资料进行计算.结合1991年7月5日20:00-6日20:00 BST的一次典型江淮梅雨锋气旋暴雨过程比较分析表明,QN矢量诊断能力较准地转Q矢量优越,且700 hPa QN矢量散度辐合场对同时期地面降水场的水平分布特征具有较好指示作用.将QN矢量沿以等高线为参照线的自然坐标系进行分解(简称为PG分解),所得各项QNalst矢量(沿流伸展项)、QNcurv矢量(曲率项)、QNshdv矢量(切变平流项)及QNcrst矢量(穿流伸展项)具有明确物理意义.对1991年7月5日20:00-6日20:00 BST此次江淮梅雨锋气旋暴雨过程进行QN矢量PG分解研究表明,QN矢量PG分解可以揭示出天气现象过程中"总"的QN矢量(即QN矢量)难以揭示的潜在物理机制.具体地讲,在梅雨锋气旋不同阶段,QNalst矢量散度场的水平分布特征都与总QN矢量散度场相似,其散度辐合场在总QN矢量散度辐合场中都占有较大比例,对总QN矢量散度对垂直运动产生的激发与强迫作用贡献大,对梅雨锋气旋引发降水的发生始终都起着主要的促进强迫作用.QNcurv矢量在整个梅雨锋气旋暴雨演变过程中,对降水发生的促进作用逐渐减小,直至起到抑制作用.QNshdv矢量对降水发生的促进作用则随着梅雨锋气旋发生发展而明显增强,但随着梅雨锋气旋的东移衰亡,其对降水发生的促进作用迅速减弱,直至对降水的发生基本无影响.对于QNcrst矢量来讲,其在梅雨锋气旋的发生发展及强盛阶段对降水的发生基本不起作用,但在梅雨锋气旋衰亡阶段其对降水发生起着主要促进作用.另外,在梅雨锋气旋发生发展及强盛时期,QNalst矢量与QNcurv矢量、QNshdv矢量与QNcrst矢量的散度水平分布特征相似,只不过强度上存在差异,但无明显相互抵消现象,而在梅雨锋气旋衰亡阶段就不同了,QNalst矢量与QNcurv矢量、QNshdv矢量与QNcrst矢量的散度水平分布特征基本相反,且存在明显的相互抵消现象.可见,通过QN矢量PG分解可以揭示出梅雨锋气旋不同阶段降水的强迫因子是不同的.     

华北降水年代际振荡及其与全球温度变化的联系

利用小波分析,发现华北近百年降水变化中除了较强的年际振荡外,存在明显的准２０年振荡,但６０年代后信号减弱,导致持续的偏旱气候．在全球温度场中也存在类似尺度的振荡．分析还表明,我国范围内副热带与中纬带温度差异呈现与我国北方降雨十分相似的振荡谱,２０多年尺度的振荡较为明显,且也是６０年代以来有所减弱．华北降雨与中低纬温差呈正相关,特别表现为两者的准２０年尺度振荡位相极为吻合,在此尺度上,南北温差较大时华北降水较多．北美地区温度和一些区域降水气候也同样存在准２０年振荡信号,与华北降水变化近于反相     

1997年华南汛期降水异常与大气低频振荡的关系

利用国家气象中心提供的逐日降水资料及NCEP逐日再分析资料,分析了1997年华南地区汛期异常降水低频特征与大气低频振荡的关系。研究表明,1997年华南前汛期和后汛期降水表现为不同的振荡特征;前汛期降水主要以10～20天准双周振荡为主,而后汛期降水的低频特征并不明显。进一步对降水和其它要素的低频振荡特征进行分析发现,该年华南地区前汛期降水和风场的低频振荡现象是普遍存在的;低频纬向风的传播变化与降水的时间分布有较好的对应。并且,高、低纬度低频风场同时向华南地区传输,会产生极强的降水。在对大气低频扰动动能的分析中也发现,华南前汛期降水伴随着低频扰动动能在该地区的集中释放。     

开平单站降水的多尺度振荡特征

利用开平市国家气象观测站1959—2016年逐日降水数据,通过功率谱分析、Morlet小波分析等方法对开平单站雨量数据中存在的振荡变化特征进行初步分析。结果表明:开平单站逐年降水、逐日降水不存在稳定的振荡周期,其中逐年降水表现为多尺度的阶段性变化,逐日降水中季节内振荡信号最强,并存在相对较弱的5 d及以下尺度振荡、准双周振荡等;通过对汛期逐日降水振荡变化的分析发现,开平汛期降水偏多年,逐日降水易表现为低频振荡;汛期降水偏少年,逐日降水易表现为高频振荡。     

中国东部降水特征及其与印度、北美降水的关系

本文应用了10年平均的旬、候和日平均降水资料,研究了中国东部4—9月降水分布特点。结果指出,华南、华中4—9月候降水量高值中心区存在准一个月的振荡现象,东北、华北4—9月的日平均降水量低值中心区具有准一周的振荡现象。而在长江流域,4—9月的旬降水量高值中心区以不连续跳跃方式在东西方向上传播,高值中心区“重现”的准周期约为一个月左右。 同时,本文也应用了1957—1985年月平均降水资料,计算了中国东部和印度中部、北美西部同期降水相关系数。结果指出,华南、华中5—7月降水相关场的分布作反时针旋转。在6月梅雨季节,长江中下游地区是降水正相关区,而华南是负相关区。在6—8月,中国东部和北美西部的月平均降水量之间存在稳定的负相关关系。