中国和日本气候极端降水研究

采用气候极端降水分析方法,把降水时空分布特征结合起来进行研究,揭示了近４０年中国和日本不同量级降水特征及变化趋势。同时分析了阶段性气候极端降和强的差异,并分析比较了我国华北降水不同变化阶段日雨量的变化特征,指出两者的主要差别在极端 水的量值上。     

IMPACT OF CLOUD DROPLETS SPECTRAL UNCERTAINTY ON MESOSCALE PRECIPITATION

1 INTRODUCTIONCloud radiation is one of the most important andindefinite factors in atmospheric radiation. As shown ina comparative study by Cess et al.[1] with a climatemodel, differences can be very large in the outcome ofvarying schemes of cloud parame…     

IMPACT OF CLOUD DROPLETS SPECTRAL UNCERTAINTY ON MESOSCALE PRECIPITATION

1 INTRODUCTION Cloud radiation is one of the most important and indefinite factors in atmospheric radiation. As shown in a comparative study by Cess et al.[1] with a climate model, differences can be very large in the outcome of varying schemes of cloud parameterization. It is therefore of great significance to have a relatively accurate scheme of cloud parameterization for the atmospheric radiative transfer process.     

热带气旋对1975-2018年暖季中国极端降水气候态、变化趋势及其与温度关系的影响研究

全球变暖背景下我国极端小时降水和极端日降水(EXHP、EXDP)气候态及变化趋势的区域差异明显,其中热带气旋(TC)的影响尚不明确。利用1975─2018年暖季台站小时降水(P)和热带气旋最佳路径等资料,采用百分位法定义极端小时降水与极端日降水,并将总降水(All)客观分为热带气旋降水与非热带气旋(nonTC)降水,分析热带气旋对中国东部All-P、All-EXHP、All-EXDP的气候态和变化趋势以及极端小时降水随温度变化的影响。主要结论如下：(1) TC-P、TC-EXDP、TC-EXHP占其对应总降水之比均从东南和华南沿海向西北内陆递减,区域平均而言,TC-P占All-P之比与TC-EXHP占All-EXHP之比均约为11%,而TC-EXDP占AllEXDP之比为15.8%;(2)热带气旋和非热带气旋降水变化趋势的空间分布差别较大,热带气旋对长江流域东部总降水增多的贡献高达49%,并一定程度上改变了降水趋势的空间分布;(3) TC-EXHP强度与温度的关系在约21℃发生改变,且截然不同于nonTC-EXHP,华南、东南沿海TC-EXHP强度随温度的变化率明显低于nonTCEXH...     

中国东部降水的极端特性及其气候特征分析

基于1960—2017年观测数据分析了中国东部降水极端特性的地区差异、季节和气候学特征及变化格局,探讨了与全球变化和区域气候变率的关联性。结果表明,极端性降水的演化与降水均值或总量的气候型态、降水集中性和持续性密切关联,尤其雨带迁移和雨型演替是影响极端性降水地区差异与时空演变的根本因素。气候变化背景下,中国东部极端性降水强度和频次变化存在较好的协同一致性,近60年来在长江以南,强度加大的地区极端性降水亦趋于频发。同时,两者季节特征和地区差异明显。春季东北地区及华北北部极端性降水强度和频次均有明显增加。近60年来夏季极端性降水强度和频次的趋势变化在长江以南均以增加为主,以北以下降为主。秋季极端性降水强度和频次在华北地区亦呈增加趋势。冬季华南和江南地区极端性降水强度和频次趋势变化均以增加为主。华北地区及以北和内蒙古的西部冬季极端性降水强度增加显著,但频次变化不明显。而东北地区北部冬季极端性降水在强度减小的情形下,其频次仍趋显著增加。特别是中国降水主要集中在夏季,自1980年代以来中国东部夏季多雨带南移,雨型以北方型和中间型占优,转换为以长江型和华南型为主,多雨带的极端性降水群发性强,影响指数显著增加。此外,太平洋年代际振荡(PDO)暖位相及ENSO暖事件期间,长江以北夏季极端性降水的影响指数会显著降低。而东亚夏季风的减弱则有利于长江中下游等地区夏季极端性降水的频发和群发,极端性降水强度加大,其影响的危险性趋于增强。      

南海夏季风垂直结构的变化特征及其对中国东部降水的影响

采用NCEP/NCAR再分析月平均资料和NOAA全球逐日降水资料,首先利用EOF方法分析了南海夏季风的垂直结构时空变化特征,然后初步探讨了南海夏季风垂直结构对中国夏季降水的影响和机制。(1)南海夏季风的垂直结构有明显的年际和年代际变化特征。EOF第一模态型主要表现为南海夏季风垂直结构的年际变化特征,为对流层低层西南风和对流层高层东北风同时增强(同时减弱)(简称“低层-高层同时增强”和“低层-高层同时减弱”)两种典型结构变化;EOF第二模态主要表现为南海夏季风垂直结构的年代际变化,为对流低层(高层)西南风(东北风)由下向上的增强到减弱变化和相反的对流层低层(高层)西南风(东北风)减弱到增强的变化(简称“低层强弱-高层强弱”和“低层弱强-高层弱强”)的两个不同年代(时段)的垂直结构变化。(2)南海夏季风垂直结构变化通过改变对流层低层、高层的环流异常变化来影响中国东部夏季降水的异常变化。南海夏季风呈“低层-高层同时增强”垂直结构时,南海低纬热带季风环流异常加强,长江流域低层辐散、高层辐合及异常下沉运动,其南侧的华南地区和北侧的东北地区是低层辐合、高层辐散和异常上升运动,导致华南降水异常偏多、...     

云滴谱的不确定性对中尺度降水的影响

云滴的谱分布通过改变云滴的有效半径影响辐射传输过程,改变大气的热力、动力状况,进而影响云的发展,因此云滴谱将影响云和辐射的相互作用,从而改变地面降水。利用包含详细云微物理方案的MM5V3中尺度模式对1998年6月8日华南暴雨和2002年7月22日长江暴雨进行了数值模拟,研究了中尺度模式中云滴谱的不确定性对地面降水的影响。模拟结果表明,云滴谱在中尺度地面降水中起着重要的作用,其不确定性对地面降水的范围影响很小,却能明显地改变降水强度,能显著地改变地面降水中心的降水量和中心位置,还可能改变降水的起止时间;云滴谱的不确定性能够引起最大超过10％的平均降水强度的改变,而且其差异在白天比夜间更明显。     

NUMERICAL SIMULATIONS OF EXTREME PRECIPITATION IN EASTERN CHINA UNDER A1B SCENARIO

The regional climate model （RegCM3）, developed by the Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics and nested in one-way mode within the latest version of Community Climate System Model from the National Center for Atmospheric Research, is used to conduct a set of experiments to examine its capability of climate simulation for the past 50 years and to explore possible changes in extreme precipitation （EP） in the next 100 years under the A1B scenario. Compared with the observation from the Climate Research Unit at the University of East Anglia and CPC Merged Analysis of Precipitation, RegCM3 reasonably reproduces the spatiotemporal distributions of precipitation and EP in eastern China. Based on the present-day analysis, this study examines the changes in monsoonal precipitation over eastern China in mid- and late-21st century relative to the reference period of 1970-1999. It is found that the precipitation will increase over the middle and lower reaches of the Yangtze River and areas to its north, and decrease over coastal areas to its south, especially in late-21st century. The various indices reflecting extreme events showed that the EP will enhance 10%-15% over the middle and lower reaches of the Yangtze River and areas to its north, and weaken over the areas to its south. The summer monsoon will strengthen and shift northwards under SERS A1B, bringing more water vapor and energy from the Indian Ocean and South China Sea for precipitation and eventually more precipitation over northern China.     

未来全球气候变暖情景下华东地区极端降水变化的数值模拟研究

将公用气候系统模式与区域气候模式单向嵌套(CCSM3-RegCM3),分别对1950—1999年和2000—2099年进行大气温室气体中等排放情景(A1B)下中国区域高分辨率连续数值模拟试验,以分析其对我国华东降水量时空变化的模拟能力,探讨未来华东地区极端降水的可能变化。与CRU、CMAP实际降水观测及NCEP再分析资料驱动的RegCM3模拟结果的对比显示,模式系统较好地重现了我国华东降水水平分布、日变化以及极端降水指数变化特征。在此基础上,分析了A1B情景下21世纪中期和后期降水以及东亚夏季风的可能变化。(1)未来中国长江中下游及其以北地区降水普遍增加,以南沿海地区降水相对变化不明显甚至减少,21世纪末期相对21世纪中期更为明显;(2)极端降水指数显示未来长江中下游及其以北地区极端降水增加10%～15%,干旱程度减弱,而南部沿海地区小范围极端降水减少,最大持续无雨期天数增加最大可达30%;(3)未来东亚夏季风偏强,尤其是西南气流加强,致使夏季风明显北推,这是导致长江中下游及其以北地区降水显著增加的主要原因。     

中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景

基于中国测站的降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,取第95百分位数作为极端降水阈值,通过经验正交函数分解(EOF)方法将中国东部分为华南、长江中下游、华北和东北三个地区,定义极端降水事件,并对中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景进行研究。结果表明,极端降水事件随日期的变化与中国东部夏季雨带的南北移动相吻合。近54年来,华南极端降水事件频数在1991年左右突增,长江中下游地区有两次突变,1991年左右突增,2000年左右突减。华北和东北地区在1999年左右突减。发生极端降水事件时,低层850 hPa出现局地异常气旋环流,位势高度异常降低,对应低空异常辐合;中层500 hPa,西太副高位置异常偏南有利于华南极端降水的发生,副高西伸有利于长江中下游的极端降水,位置偏北易造成华北和东北极端降水;高层200 hPa,发生极端事件时降水关键区位于西风急流轴右侧,对应异常反气旋环流,这种高层辐散低层辐合的环流配置为极端降水提供动力条件。极端降水的气候平均态水汽主要来源于南半球和西北太平洋。副高的位置异常影响我国东部水汽输送异常,造成不同地区的极端降水。      

IMPACT OF ENSO ON THE PRECIPITATION OVER CHINA IN WINTER HALF-YEARS

In this paper, the impact of ENSO on the precipitation over China in the winter half-year is investigated diagnostically. The results show that positive precipitation anomalies with statistical significance appear over southern China in El Nio episodes, which are caused by the enhanced warm and humid southwesterlies along the East Asian coast in the lower troposphere. The enhanced southwesterlies transport more water vapor to southern China, and the convergence of water vapor over southern China increases the precipitable water and specific humidity. In La Nia episodes,although atmospheric elements change reversely, they are not statistically significant as those in El Nio periods. The possible physical mechanism of the different impact of ENSO cycle on the precipitation over southern China is investigated by analyzing the intraseasonal oscillations(ISOs) in El Nio and La Nia winter half-years, respectively. By comparing the characteristics of ISOs in El Nio and La Nia, a physical mechanism is proposed to explain the different responses of the precipitation over China to ENSO in the winter half-year. In El Nio episodes, over western North Pacific(WNP) and South China Sea(SCS) the ISOs are inactive and exert little effect on water vapor transport and convergence, inducing positive precipitation anomalies with statistical significance over southern China in El Nio episodes. In La Nia episodes, however, the ISOs are active, which weaken the interannual variation signals of ENSO over WNP and southern China and lead to the insignificance of the interannual signals related to ENSO. Therefore, the different responses of precipitation over China to ENSO in the winter half-year are possibly caused by the difference of intraseasonal oscillations over WNP and SCS between El Nio and La Nia.     

东亚夏季经向水汽输送的变异及其对极端降水的影响

东亚夏季降水的异常与水汽输送的变异密切相关。基于1958—2016年资料,研究了夏季东亚季风区经向水汽输送的主要变异特征及其对东亚夏季极端降水的影响。经向水汽输送的第一主变异模态表现出中国东部和西北太平洋上的水汽经向输送呈现反向异常,以年际变化为主。当中国东部向北输送的水汽增强(减弱)而西北太平洋向北输送减弱(增强),则中国东部大范围的极端降水量及频次增加(减少)。该模态与西太(西太平洋)副高西伸(东撤)有关,并主要受到热带中东印度洋海温的影响。第二变异模态以年代际变化为主兼有年际变化,表现在1980年后中国东部及邻近海域上空的经向水汽输送减弱,使得环渤海地区和华南沿海的极端降水量及频次减少而长江上、下游和贵州的极端降水量及频次增加。该模态与西太副高的减弱有关,并受到热带西太海温年代际增温的影响。第三变异模态以年际变化为主兼有年代际变化,反映中国长江以北地区和日本南部及附近区域的经向水汽输送的反相变化结构。长江以北水汽输送减弱(增强),可导致华北、东北的极端降水量及频次减少(增加)和长江下游及江南地区的极端降水量及频次的减少(增加)。该模态主要受欧亚大陆上空中高纬度纬向遥相关波列和热带印太（印度洋太平洋）海温异常的影响。      

泛相似预报法在汛期降水预报中的应用

文中分析了中国汛期降水的最佳相似情况,将传统的相似方法推广为包含有相似和反相似两个方面,得出近23a的最佳相似的距平相关系数(ACC)可以达到0.382。在此基础上提出泛相似预报的方法。利用近23a降水资料试验,表明泛相似的汛期降水预报评分的ACC可达0.130。     

中国温度、降水的长期气候趋势及其影响因子分析

根据我国温度、降水长期变化规律的分析 ,已持续 1 0多年的暖周期还将持续一段时间 ;其中北方大部分地区气温可能处于下降趋势 ,南方大部分地区可能处于上升趋势 ;冬季温度将趋于下降 ,平均温度将比 2 0世纪 90年代降低 ;夏季温度将趋于上升 ,平均温度可能会比2 0世纪 90年代升高。长江流域将可能由多雨期向少雨期过渡 ,降水将比 2 0世纪 90年代减少 ;华北和黄河流域一带可能向多雨期过渡 ,降水将增加。     

亚洲热带气候态夏季风涌传播特征及其对中国降水的影响

基于1979—2020年逐日的NOAA向外长波辐射资料、NCEP/NCAR再分析风场资料,以及全球CMAP再分析降水资料,探讨了气候态亚洲热带夏季风涌的传播过程及与我国夏季相应的降水联系。分析结果表明,主汛期亚洲热带气候态夏季风季节内振荡(CISO)活动是亚洲夏季风活动的主要特征,随时间北传的亚洲热带夏季风CISO称为亚洲热带夏季风涌,主要有南亚夏季风涌和南海夏季风涌。亚洲热带夏季风涌的传播可分为四个阶段。在亚洲热带夏季风涌的发展阶段,印度洋区域低频气旋与对流活跃,孟加拉湾和南海热带区域被低频东风控制,我国大部分地区无降水发生,降水中心位于两广地区。当进入亚洲热带夏季风涌活跃阶段,孟加拉湾和南海热带地区低频气旋和对流活跃,东亚低频“PJ”波列显著,我国降水中心北移到长江以南的附近区域。亚洲热带夏季风涌减弱阶段,孟加拉湾与南海低频气旋消亡,对流减弱,低频西风加强,日本南部附近为低频反气旋控制,我国长江中下游低频南风活跃,降水中心也北移到长江中下游地区,而华南地区已基本无降水,此阶段的大气低频环流场与亚洲热带夏季风涌发展阶段基本相反。进入亚洲热带夏季风涌间歇阶段时,孟加拉湾和南海热带地区低...     

城市化对长江三角洲地区夏季降水、气温的影响

利用WRF耦合城市冠层模式作为区域气候模式,对2001—2007年长江三角洲地区夏季降水进行高分辨率模拟,与站点资料对比来检验模式的适用性;将上海及周边的城建土地利用类型用灌溉农田代替,进行敏感性试验,对比分析城市化对该地区降水、气温的影响,并探讨其影响机制,结果表明:(1) WRF模式合理模拟出该地区夏季降水的气候态分布特征,与实况观测比较接近,并具有较高的时间序列相关系数;该模式具有较高的适用性,可用于该地区研究城市化效应;(2) 城市化使得长三角地区城区上空气候态日平均降水减少,城区下风方向气候态日平均降水增强;城市化进程中不透水的城区面积扩大导致自然植被减少,潜热通量变小,进而减少地表蒸发以及相应局地大气水分的供给,从而使得城区上空降水减少;(3) 城市化使得以上海为中心的长三角城区气候态平均气温显著升高,气温升高最大值达0.8 ℃,升高幅度夜间时段大于白天时段、日最低气温大于日最高气温,城市热岛效应在夜间更明显,城区气温日较差明显减小;城区的城建结构以及建筑群吸收和存储大量太阳短波辐射以及人为热源释放的热能,减少了地面长波辐射的支出,从而使得城区感热通量增大,当其传播到空气中,使得城区地面气温升高。      

MULTI-TIMESCALE VARIATIONS OF SOMALI JET AND ITS RELATION WITH PRECIPITATION IN CHINA

Based on the ERA reanalysis winds data, the multi-time scale variations of Somali jet are analyzed synthetically. The jet’s influences on rainfall in China on interannual, interdecadal and sub-monthly scales are also studied using correlation and composite analyses. The results demonstrate that the interdecadal variations of the jet are significant.The Somali jet became weaker in the 1960 s and became the weakest in the early 1970 s before enhancing slowly in the late 1970 s. Moreover, the relation between the Somali jet and summer precipitation in China is close, but varies on different timescales. Preliminary analysis shows that the intensity variations in May and June during the early days of establishment are well correlated with summer precipitation in China. The Somali jet intensity on the interdecadal scale is closely related with interdecadal variations of the precipitation in China. Regardless of leading or contemporaneous correlation, the correlations between the Somali jet intensity and the rainfall in northern and southern China show obvious interdecadal variations. Moreover, the link between the anomalies of the jet intensity in May-August and precipitation evolution on synoptic scale in China is further studied. China has more rainfall with positive anomalies of the Somali jet but less rainfall with negative anomalies during the active period of the jet. The influence of positive Somali jet anomalies on China precipitation is more evident.     

中国西北东部地区春季降水及其水汽输送特征

文中使用 1 96 2～ 2 0 0 2年逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料 ,考察了中国西北东部地区春季降水及其水汽输送的气候特征和异常变化。分析表明 ,该地区春季降水时段集中、变率较大 ,具有明显的年际和年代际变化特征 ;水汽主要来源于南部季风区 ,输送路径集中于青藏高原和偏南方向 ,偏东方向输送相对较弱 ,而且西太平洋副高和高原对输送路径具有显著影响 ;多雨年的异常水汽输送主要来源于偏东方向海洋上的异常向西输送和前期由菲律宾及其北部海区的向北输送 ;对异常水汽通量进行分解后发现 :由环流异常引起的平均水汽输送在多数年份的降水正异常过程中起主导作用 ,而平均环流对异常水汽的前期输送对于局地降水异常也有一定贡献 ;多雨年的环流异常集中表现为高度场上位于中国东北地区的正异常中心 ,这有利于偏东、偏南的异常水汽输送到西北东部。结果初步认为西北东部地区的空中水汽资源具有一定的补偿能力和利用潜力 ,该地区是维系西北内陆地区空中水资源乃至水分循环过程的水汽输送关键区     

春季印度洋SSTA对夏季中国西北东部极端降水事件的影响研究

基于近47年来NCAR/NCEP再分析月平均高度场、风场、地面气压,比湿以及NOAA重构的印度洋海表温度资料和中国西北东部97个气象台站逐日降水资料,首先利用百分位法定义了极端降水事件的阈值,运用SVD及合成分析等方法,研究了前期秋季、冬季、春季及同期夏季印度洋海表温度同夏季中国西北东部极端降水事件的关系,结果表明前期春季印度洋海温异常对预测夏季中国西北东部极端降水事件的变化特征具有较明确的指示意义,关键区位于赤道印度洋地区。如果春季赤道印度洋海温异常偏暖,从同期春季到后期夏季,100～110 °E平均经圈环流在赤道附近表现为异常上升气流,对应30 °N附近在对流层中、上层表现为异常的下沉气流,同时来自印度洋的西南季风异常偏弱,使得后期夏季由于没有异常的水汽输送到我国西北东部地区,从而极端降水事件偏少,而偏冷年份正好相反。另外在春季赤道印度洋海温异常暖年,后期夏季南亚高压偏强,且呈西部型;而在异常冷年,南亚高压偏弱,且呈东部型,这可能是引起夏季中国西北东部极端降水事件变化的另一原因。     

THE RELATIONSHIP BETWEEN EXTREME PRECIPITATION ANOMALY IN SOUTH OF CHINA AND ATMOSPHERIC CIRCULATION IN THE SOUTHERN HEMISPHERE

Based on the daily rainfall datasets of 743 stations in China and the NCEP/NCAR monthly reanalysis data during the period of 1960–2003, the relationship between the anomalous extreme precipitation (EP) in the south of China and atmospheric circulation in the Southern Hemisphere is analyzed. The phenomenon of opposite changes in the sea level pressure and geopotential height anomalies over the Ross Sea and New Zealand is defined as RN, and the index which describes this phenomenon is expressed as RNI. The results show that the RN has barotropic structure and the RNI in May is closely related to the June EP amount in the south of China (SCEP) and the East Asian summer monsoon (EASM). The positive correlations between the May RNI at each level and the June SCEP are significant, and the related simultaneous correlations between the RNI and the June SCEP are also positive, suggesting that the potential impact of RN on the SCEP persists from May to June. Therefore, RN in May can be taken as one of the predictive factors for the June SCEP. Furthermore, one possible physical mechanism by which the RN affects the June SCEP is a barotropic meridional teleconnection emanating from the Southern Hemisphere to the western North Pacific.