华北夏季旱涝的前期环流异常及其与北太平洋海温的关系

文章分析了华北地区夏季旱涝的前期春季大气环流和北太平洋海温异常（SSTA）分布特征,探讨SSTA与异常环流的关系,并用OSU-AGCM进行黑潮地区热源异常强迫的数值试验。结果表明,当春季北极低涡明显减弱,欧亚大陆中高纬度地区纬向环流加强,西太平洋副高位置偏北偏西,且存在负PNA型异常环流时,华北地区夏季多雨涝;反之则少雨干旱。此时,西北太平洋和赤道东太平洋SST分别存在较大的正、负异常,它们与春季环流异常密切相关,黑潮区SSTA对北半球副热带及其以北的大气环流产生显著影响,正的SSTA是造成华北夏涝年的前期春季异常环流形势的重要因素。     

中高纬度印度洋海温与西北太平洋夏季台风生成数的相关性

从独立性、显著性和滞后性角度分析西北太平洋夏季台风生成数(WNPTYF)与前期中高纬度印度洋海表温度(SST)的关系, 结果表明:前期中高纬度印度洋SST与WNPTYF相关显著, 且独立于热带东太平洋SST(或ENSO)对WNPTYF影响;中高纬度印度洋SST年际变化对WNPTYF年际变化的指示能力相当或超过热 带东太平洋, 综合两者的影响预测夏季西北太平洋台风生成数的变化有非常重要的现实意义。进一步的分析表明, 中高纬度印度洋SST对WNPTYF影响有明显的滞后性, 前期相关显著而同期相关不显著。这种滞后性意味着其前期中高纬度印度洋SST对WNPTYF的影响并不是通过SST的持续性, 而很可能是通过南半球大气活动的持续性及异常信号在大气中的传播而影响到夏季的环流, 最终影响WNPTYF异常。这种影响机制有待进一步研究。     

青藏高原春夏季温度与太平洋海温的关系

从预测高原不同区域春、夏季温度趋势分布的需要出发,利用聚类分析法将高原温度场分为3个区域。通过对3个区春、夏季温度指数与前期太平洋海温相关普查,定义了与高原春、夏季温度指数相关关系清晰的海温分布型指数。冬季西太平洋海温偏高（偏低）的海温分布型造成后期高原Ⅱ区春季温度偏高（偏低）;冬季西太平洋海温、东太平洋海温同时偏高（偏低）的海温分布型造成后期高原Ⅱ区南部、Ⅲ区夏季温度偏高（偏低）。进一步分析这2种海温分布型与后期春夏季500hPa北半球高度场的相关关系,结果表明：当冬季西太平洋海温指数偏高（低）时,春季高度场高纬冷空气活动的势力弱（强）且路径偏北（南）,同时高原高度场较低（高）,有利于（不利于）偏南气流北上,有利于（不利于）冬季向夏季环流形势的转变,春季高原中部温度偏高（偏低）;而当冬季西太平洋、东太平洋海域海温综合指数偏高（低）时,同年夏季500hPa高度场高原北部至中西伯利亚南部脊加强（减弱）,高原及北部为高值（低值）系统活动,西太平洋副高偏强（弱）,夏季高原中部、南部温度偏高（偏低）。     

夏季西北太平洋热带气旋生成频次与热带海温关系的年代际变化

探讨了夏季(6—8月)西北太平洋(Western North Pacific,WNP)热带气旋生成频次(Tropical Cyclone Genesis Frequency,TCGF)与热带海温关系的年代际变化,发现影响WNP TCGF的热带海温型在1991/1992年发生了年代际变化。在1990年代初之前,TCGF正异常对应的热带海温异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)呈现东部型La Ni?a衰减位相,前冬至春季WNP局地暖SSTA在其西北侧激发气旋异常,夏季时由热带印度洋冷SSTA继续维持。在1990年代初之后,TCGF正异常对应的热带SSTA呈现东部型La Ni?a向中部型El Ni?o快速转换的位相,夏季中太平洋暖SSTA在其西北侧激发气旋异常,同时热带东印度洋至海洋性大陆以及热带大西洋的冷SSTA通过垂直环流圈加强中太平洋的辐合上升运动,进一步维持其西北侧气旋异常。由于激发气旋异常的暖SSTA在第二个年代相较第一个年代明显偏南偏东,气旋异常和TCGF正异常在第二个年代也整体偏南且向东扩展至更远的区域。WNP TCGF与热带海温关系的年代际变化与1990年代初之后厄尔尼诺-南方涛动演变速率加快有关。      

冬／夏季热带太平洋～印度洋海温年际异常的年代际变化

用Nino3指数、印度洋单极、偶极子指数表示热带两洋SST的年际异常，分季节分析表明：冬季Nino3区与热带印度洋SSTA相互关系表现为单极，且1976年以后两者的相互关系减弱，其可能原因，一是冬季是ENSO事件的盛期；二是冬季西太平洋暖水区东移，造成两洋的垂直纬向环流耦合减弱。夏季两者相互关系表现为偶极，1976年以后两者的相互关系加强，其可能原因，一是夏季是偶极子盛期，ENSO事件的发展期；二是夏季西太平洋暖水区虽然东移，但暖水区位置偏北，且东南印度洋的上升支强度增大，造成两洋的纬向环流耦合更强烈。     

夏季热带北大西洋海温异常对西北太平洋热带气旋生成的影响

利用1979—2012年西北太平洋热带气旋最佳路径资料,Hadley中心的海温资料和NCEP/NCAR再分析资料等,研究了夏季(6—10月)热带北大西洋海温异常与西北太平洋热带气旋(Tropical Cyclone,TC)生成的关系及其可能机制。结果表明,夏季热带北大西洋海温异常与同期西北太平洋TC生成频次之间存在显著的负相关关系。热带北大西洋海温的异常增暖可产生一对东—西向分布的偶极型低层异常环流,其中气旋性异常环流位于北大西洋/东太平洋地区,反气旋异常环流位于西北太平洋地区。该反气旋环流异常使得TC主要生成区的对流活动受到抑制、低层涡度正异常、中低层相对湿度负异常、中层下沉气流异常,这些动力/热力条件均不利于TC生成。此外,西北太平洋地区低层涡旋动能负异常,同时来自大尺度环流的涡旋动能的正压转换也受到抑制,不能为TC的生成和发展提供额外能量源。反之亦然。     

夏季季节内振荡对西北太平洋台风活动的影响

利用夏季季节内振荡(Boreal Summer Intraseasonal Oscillation, BSISO)指数和台风密集度分析了夏季季节内振荡和西北太平洋台风活动的关系。台风密集度定义为一天内500 km范围内台风出现的概率,与台风经纬度位置相比,台风密集度可更灵活地表达台风生成及移动特征。结果表明夏季季节内振荡对台风活动有明显的调制作用。当夏季季节内振荡指数1(BSISO1)处于第1、5、6、7、8位相时,南海及菲律宾以东海域台风活动明显增强;当夏季季节内振荡指数2(BSISO2)处于第2、3、4位相时,西北太平洋台风活动也明显增强。当夏季季节内振荡处于这些位相时,台风活动增强与南海及菲律宾以东海域环流气旋式异常、对流活动正异常相一致。      

青藏高原冬春积雪特征及其对我国夏季降水的影响

本文利用国家气象中心提供的逐日地面积雪深度和积雪日数数据,以及NOAA的大气环流再分析资料,通过合成分析等方法,对1961—2013年青藏高原冬春季积雪高原整体、高原东部、高原西部进行了年际和年代际趋势分析,结果表明,青藏高原整体冬、春季积雪的变化趋势一致,雪深呈现"少雪—多雪—少雪—多雪"的变化趋势,积雪日数呈现"少雪—多雪—少雪"的变化趋势。高原东(西)部积雪在20世纪60—70年代均明显增加,20世纪80—90年代均减少,20世纪90年代末东部春季和冬季积雪减少更为显著,而西部地区除了春季积雪日数变化不大,春、冬季积雪雪深和冬季积雪日数均明显增加。其次,对青藏高原东、西部地区多(少)雪年的划分,发现高原东部和西部地区积雪异常年对应的大气环流形势也存在差异。最后,进一步分析了青藏高原不同区域积雪异常年环流形势变化特征及其对我国夏季降水的影响,发现高原东(西)部积雪异常年时我国夏季降水分布存在显著差异,因此,在将高原积雪作为气候预测因子的时候,应当考虑东部和西部积雪异常不同所产生影响的差异。     

东北春季极端连续无雨日与前冬北太平洋海平面气压的可能联系北大核心

基于1960—2019年中国东北地区108个台站逐日降水资料、JRA-55再分析资料和Hadley中心海温数据,分析了东北地区春季极端连续无雨日的年际变化特征及其与前冬北太平洋地区大气环流和海表温度的关系。研究表明,东北地区春季极端连续无雨日集中在3—4月。当3—4月极端连续无雨日偏多时,贝加尔湖地区存在异常高压,东北地区受偏北气流影响,局地水汽辐散。进一步分析发现,东北地区3—4月极端连续无雨日与前冬1—2月北太平洋地区偶极型海平面气压存在密切联系。该大气模态可以引起同期北太平洋海温呈现出马蹄形异常分布并持续到3—4月。在3—4月,海温异常可以通过改变北太平洋上空的经向温度梯度,引起东亚到北太平洋地区的西风变化,进而有利于贝加尔湖地区出现异常高压。另一方面,海温异常还会增强北半球中纬度的波列活动,东传的波列也可以增强贝加尔湖地区的高压。上述异常环流为东北地区极端连续无雨日的增加提供了有利背景条件。留一交叉验证结果显示,前冬1—2月北太平洋地区偶极型海平面气压可作为东北春季极端连续无雨日的潜在预测因子。     

Relationship Between the Number of Summer Typhoons Engendered over the Northwest Pacific and South China Sea and Main Climatic Conditions in the Preceding Winter and Spring

Based on the monthly NCEP/NCAR reanalysis data, OLR (outgoing longwave radiation) data, and tropical cyclone data from the Typhoon Annual and Tropical Cyclone Annual edited by China Meteorological Administration, the relationship between the number of tropical cyclones (with the strongest wind ≥17 m s-1, including tropical storm, strong tropical storm, and typhoon, simply called typhoon in this paper)engendered over the Northwest Pacific and South China Sea in summer and the associated climate conditions is studied. First, the characteristics and di?erences of the climatic conditions between the years with more typhoons and those with fewer typhoons are compared. The results show that the summer typhoon has a close relationship with SST (sea surface temperature) and ITCZ (intertropical convergence zone) anomalies in the preceding winter and spring. With a La Niena like SST anomaly (SSTA) pattern in the preceding winter and spring, the ITCZ will move northwestward and be enhanced around 160°E in the equatorial central Pacific from the preceding winter to spring.The activity of the Pacific ITCZ is in general stronger and its location is more northward than usual, especially in the typhoon genesis region in West Pacific. This background is propitious to have more typhoons in summer. On the other hand, an El Nieno like SSTA pattern in the preceding winter will be companied with weaker ITCZ activities, and its location is more southward over the equatorial western Pacific from the preceding winter to spring; this background is propitious to have fewer typhoons in summer. In the year with more typhoons, the warm SST over West Pacific in the preceding winter provides a favorable condition for typhoon fromation in the following summer. It enhances the convergence in the troposphere and increases the water vapor supply to the warm SST region. In the following spring, the perturbation of the tropical ITCZ plays a more important role.When the ITCZ moves northward in spring, anomalous convergence will appear over the warm SST region and inspire the positive feedback between the large-scale moisture flux at low levels and the latent heat release in the atmosphere, which benefits the typhoon genesis in summer. Otherwise, if cold SST maintains over the northwestern Pacific during the preceding winter and spring, the convergence in the troposphere is disfavored and the water vapor supply to the cold SST region is reduced, which will bring about weaker ITCZ activities and the perturbation is lacking in the following spring. It then results in fewer summer typhoons.     

2018年西北太平洋和南海台风活动概述

2018年共有29个台风在西北太平洋和南海生成,生成台风个数偏多,南海台风活跃。有10个台风登陆我国,登陆强度整体明显偏弱,但是登陆台风个数明显偏多、登陆时间集中、登陆地段偏北、北上台风偏多,造成台风降水范围广、暴雨强度大、超警河流多。其中,“安比”、“摩羯”、“温比亚”一个月内相继在华东地区登陆并深入内陆北上,且登陆后长时间维持热带风暴级强度,给华东、华北、东北等地区带来大范围强降雨。“艾云尼”移动缓慢,与西南季风环流相结合,给广东等地区造成长时间的持续强降水。“山竹”是2018年登陆我国最强台风,其7级风圈明显偏大,给广东、香港等地区带来大范围、长时间的强风和强降水。2018年所有预报时效的路径预报误差较2017年均有所降低,路径预报水平进一步提高,但是强度预报水平仍然没有明显的进步。     

2019年西北太平洋和南海台风活动概述

应用中央气象台业务实时资料和中国气象局台风最佳路径资料对2019年发生在西北太平洋和南海的台风活动主要特征以及主要影响我国的台风路径、强度及风雨情况进行了统计分析和论述。2019年西北太平洋和南海共有29个台风生成,较多年平均值偏多2个;秋季台风异常活跃,生成数较常年明显偏多;台风整体强度偏弱,超强台风数与常年持平;有5个台风登陆我国,较多年平均值略偏少;登陆台风平均强度较多年平均值明显偏弱,但台风“利奇马”登陆强度强、风雨影响重。     

2020年西北太平洋和南海台风活动概述

利用中央气象台台风实时业务定位资料和地面气象观测资料对2020年西北太平洋和南海的台风活动主要特征以及主要影响我国的台风路径、强度及风雨情况进行了统计分析。2020年西北太平洋和南海共有23个台风生成,较多年平均值（27.0个）偏少4.0个;有5个台风登陆我国,较多年平均值（7.0个）偏少2.0个。2020年台风活动的主要特征有：台风生成源地明显偏西;生成总数偏少,极值强度偏弱;7月“空台”,是1949年以来历史首次;8月台风活跃,出现多个近海快速增强的台风;8月下旬至9月上旬,3个台风连续北上影响我国东北地区,历史罕见;10月生成的台风个数较常年偏多,先后影响我国南海或中南半岛。     

2017年西北太平洋和南海台风活动概述

2017年总计27个台风在西北太平洋和南海生成,其中8个在我国沿海登陆。台风生成时间集中于7—8月,生成源地较多年平均偏西5°,南海台风数（8个）较多年平均（4～7个）明显偏多,台风登陆点集中在广东沿海,气旋峰值强度（30.9 m·s-1）较多年平均（40.3 m·s-1）明显偏弱,登陆台风的平均登陆强度（29.0 m·s-1）较多年平均（32.8 m·s-1）偏弱。台风雨水情呈现降雨范围广、暴雨强度大,主要江河平稳、部分中小河流超警戒水位的特征。使用实时业务定位、定强及降水、大风、水文观测数据,针对2017年影响我国的10个台风个例的气象水文特征及社会经济影响做出详细分析。“天鸽”为2017年登陆中国最强的台风,导致灾损最为严重,其与“帕卡”在4 d内先后登陆经济发达、人口密集的珠三角地区,造成损失叠加。     

2021年西北太平洋和南海台风活动概述

利用中央气象台台风实时业务资料、自动气象站观测资料以及卫星云图等对2021年西北太平洋及南海台风活动的主要特征和影响我国台风的路径、强度及风雨影响进行分析和回顾。结果表明:2021年西北太平洋及南海台风生成个数偏少,生成源地整体偏西;台风强度偏弱,但有多个台风出现了快速增强,其中台风“烟花”“灿都”的24 h强度增幅达40 m·s^-1,为近30 a少见;2021年先后有5个台风登陆我国,另有2个台风影响我国。在登陆台风中,4个登陆华南的台风强度均弱于历史平均值。所有登陆台风在登陆后的维持时间都明显高于历史均值,特别是台风“烟花”为历史上登陆华东后维持时间最长的台风,给我国带来了严重的灾害影响。     

冬季西太平洋暖池与华南降水关系的年代际变化

利用1951-2010年全国台站冬季降水观测资料、Hadley环流中心逐月海表温度资料以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,探讨了西太平洋暖池与我国华南地区冬季降水的关系。结果表明,西太平洋暖池与我国华南冬季降水的年际关系在1972年发生了明显的年代际转折,20世纪70年代前两者弱的负相关未通过信度检验,而70年代后两者相关系数达到-0.5~-0.6。回归分析显示,70年代前,暖池对产生华南冬季降水的水汽条件以及动力条件等的影响不显著,因此其与华南冬季降水的关系不明显。70年代后,暖池偏暖时,在菲律宾海区域激发出一个显著的气旋性环流,该环流西北侧的偏北风不利于南海地区水汽向我国华南地区输送,华南地区水汽辐散增强,而且南支槽地区对流减弱,南支扰动不活跃且扰动不能向下游地区传播,华南地区扰动活动减弱,此外暖池偏暖使北半球经向环流显著增强,且下沉支位于我国华南地区,加强了华南地区的下沉运动,因而华南地区冬季降水显著偏少;暖池偏冷时,情况相反。     

前期春季北太平洋海温异常与冬季北半球极涡的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和NOAA海温资料,用EOF、相关分析等方法,分析了1960—2010年500 hPa和100 hPa等压面上北半球后冬(2月)极涡面积和前春(4月)北太平洋(20~60 °N,120 °E~120 °W)海表温度(SST)的变化特征,揭示了二者的时空联系。结果表明:近50 a来,(1)冬季北半球500 hPa和100 hPa极涡面积整体经历了先扩张后收缩的变化。春季北太平洋SST经历了先降低后升高的变化。其突变时间与500 hPa极涡面积的突变时间相近,均出现在1987年,且与后冬500 hPa大西洋欧洲大陆区(Ⅳ区)极涡面积相关更好。(2)春季北太平洋SST的EOF第一模态空间型表现为PDO,第二模态表现为三极子型,突变分别出现在1980s初期和中期。(3)北太平洋SST与500 hPa Ⅳ区极涡面积相关的空间分布表现为:当前期春季北太平洋中部海温异常偏高(低),南部和北部海温异常偏低(高),使得下一个冬季500 hPa Ⅳ区极涡面积的扩大(缩小),这种空间遥相关型对应着海温的第二模态。北太平洋海温异常以第一模态空间型居多,但是对后冬北半球极涡面积影响大的却是第二模态。(4)当前春北太平洋SST呈第二模态时,对应次年冬季中高纬度对流层温度"上冷下暖",极地东风和绕极西风环流加强,极涡面积偏大。     

华北夏季降水异常与南太平洋夏季海表温度变化主要模态的可能联系

利用1951—2006年NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF（empirical orthogonal function,经验正交函数）展开方法提取了南太平洋12—2月海表温度变化的主要模态,其第一模态反映了ENSO（El Nino-Southern Oscillation）的信号,周期为3～5a;第二模态与南半球环状模（Southern-Hemi-sphere annual mode,SAM）相联系,周期为准两年。结果表明,南太平洋EOF1时间序列处于正（负）相位时华北地区后期5月多（少）雨,同时注意到南、北太平洋EOF1对中国5月降水的影响区域基本一致。南太平洋EOF2时间序列处于正（负）相位时江南地区的夏季平均降水减少（增多）。去掉EOF1和EOF2的线性趋势后,这种显著相关仍然存在,只是显著相关区域有所缩小。利用南、北太平洋EOF1时间序列作为预报因子,建立回归预报方程,可为预测中国华北地区5月降水提供依据