中国东部夏季分区降水对海温异常响应特征的研究

用刘征宇最新发展的广义平衡反馈方法结合经验正交分析和旋转经验正交分析法,研究中国东部6个分区夏季降水异常对各海盆海温异常(SSTA)模态的响应特征,探讨了东北区降水异常对SSTA的响应机制。结果表明:各分区降水异常对SSTA的响应特征有明显差异。东北区降水异常对热带太平洋SSTA的回应显著,当SSTA表现为类似El Niño模时,该区夏季降水增加;江淮区降水异常同时受到中纬度以及热带SSTA的强迫,对热带太平洋SSTA的类似La Niña Modoki模、北大西洋SSTA三极型模等回应显著;西南地区的降水异常主要与中纬度SSTA有密切关联。对流层高度场对热带太平洋SSTA类似El Niño模的直接回应在热带太平洋上空为显著正异常。通过东亚—太平洋型遥相关波列使东北地区上空高度场出现负异常,并在其西侧形成负异常中心,对流层低层为气旋性环流异常。这一环流回应与东北地区夏季降水偏多时的环流特征相近。     

1991和1994年南京夏季降水异常与副热带东北太平洋海温异常的联系及成因

利用1979-2015年降水观测资料、海表温度资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了南京夏季降水的时间变化规律,发现南京夏季降水具有明显的年际和年代际变化特征,且总体呈增多趋势。1991年南京夏季降水为极端正异常年份,距平为343.92 mm;1994年南京夏季降水为负异常年份,距平为-273.78 mm。南京夏季降水与副热带东北太平洋（美国加利福尼亚地区西海岸）海温异常存在显著的负相关关系,1991年副热带东北太平洋海温负异常,1994年副热带东北太平洋海温无显著异常。1991年副热带东北太平洋海温负异常,引起该地区上空低层辐散、高层辐合,热带中东太平洋上空低层辐合、高层辐散,这样的环流异常引起中东太平洋上空存在异常上升运动,该异常上升运动则通过纬向垂直环流引起菲律宾附近产生下沉运动并抑制该地区对流活动,激发出负位相的EAP/PJ型遥相关波列,引起了包括南京在内的长江流域降水正异常;同时,水汽由菲律宾地区向南京地区输送并辐合,有利于南京地区1991年夏季降水偏多。1994年副热带东北太平洋海温无显著异常,菲律宾附近对流活动活跃,激发出正异常的EAP/PJ型遥相关波列;同时,水汽由黑潮延伸区经日本列岛向西输送,南京地区为水汽辐散区域,使得1994年南京夏季降水负异常。     

热带北太平洋海温异常对2018年华南前汛期降水负异常事件的影响

本文利用1979—2018年中国地面气象台站1 767个站点降水资料、HadISST海温数据及NCEP/NCAR再分析资料,滤除同期ENSO影响后,分析了2018年华南前汛期降水负异常与热带北太平洋海温异常之间的联系。研究结果显示,2018年华南前汛期降水负异常事件和热带北太平洋(Tropical Northern Pacific,TNP)海温偏暖有关。热带北太平洋海温正异常,通过Mastuno-Gill响应引起西北太平洋气旋式环流异常,中国南海东风异常,减弱了南海夏季风,华南至中国南海地区对流层低层存在异常反气旋环流。水汽存在由中纬度北太平洋经黑潮海区-华南地区-中国南海-菲律宾群岛向热带太平洋的异常输送,且华南地区为水汽的异常辐散区域。另一方面,TNP区域暖海温异常引起了该区域低层异常辐合、高层异常辐散、异常上升运动,使得华南地区高层异常辐合、低层异常辐散、异常下沉运动。这样的环流配置对华南地区降水的产生有不利影响,引起了2018年华南前汛期降水异常偏少。2018年TNP区域暖海温异常引起华南前汛期降水负异常的物理机制还在ECHAM5模式30个成员集合平均的试验结果中得以验证。     

赤道中太平洋海表温度异常对西南地区春季降水年际变化的影响

基于1961—2010年中国西南地区26站春季月平均降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和Hadley全球海表温度(SST)资料,分析了西南地区春季降水年际变化特征及其与海温异常(SSTA)的关系。利用全球大气环流模式ECHAM5进行降水异常对关键海域SSTA响应的敏感性试验。结果表明,西南春季降水年际变化特征十分明显,与同期赤道中太平洋海温有显著的负相关,与中纬度太平洋海温有显著的正相关。数值模式研究显示,当春季赤道中太平洋处于SSTA冷位相时,局地降水减少,其西北侧产生副热带反气旋和中纬度西太平洋地区的气旋式环流异常的响应,我国西南地区对流层低层的东北侧受西太平洋异常气旋环流西部的东-东北风影响。赤道西太平洋海洋大陆区域降水增加,其西北侧的气旋式环流异常,使孟加拉湾低槽增强,西南地区南侧的偏南气流加强了向西南地区的水汽输送,该异常暖湿气流与从东北侧进入西南地区的异常冷空气相交绥,使西南地区春季降水增多。在年际时间尺度上,中纬度太平洋SSTA对西南地区春季降水异常的直接影响不明显,这与中纬度太平洋SSTA受赤道中太平洋SSTA的影响有关,其自身可能是对赤道中太平洋SSTA引起的大气异常的一种反馈。      

1961-2018年西南地区夏季干旱变化特征及其与环流异常的联系

利用1961—2018年中国西南地区312站降水观测资料、NCEP/NCAR再分析资料及海表温度资料,采用夏季SPI(Standardized Precipitation Index)指数作为干旱指数,研究了西南地区夏季干旱变化特征及其与环流异常的联系。结果表明:西南地区夏季总体呈现变干趋势,尤其在云南、四川东南部干旱化趋势显著。当西南地区夏季显著干旱时,该地区对流层低层辐散、上层辐合,且向该地区的水汽输送偏少。造成西南地区干旱维持的原因可归结为大气波动活动异常和海温异常强迫。前者通过西风带扰动向下游的能量频散,为西南地区低层辐散、上层辐合的环流异常的形成和维持提供了必要的扰动能量积聚;后者通过热带西北太平洋异常热源对大气的强迫,使得该地区对流层低层(上层)形成异常辐合(辐散),在西南地区和热带西北太平洋形成了斜向垂直环流,使西南地区受下沉气流控制,从而形成了利于降水显著偏少和干旱发生并维持的条件。     

夏季长江中下游流域性极端日降水事件的环流异常特征及其与非极端事件的比较

利用1979—2008年夏季(6—8月)的NCEP/NCAR再分析逐日资料与中国743测站的逐日降水资料,对长江中下游地区流域性极端降水(99百分位,也称为极端强降水)、85～90百分位、75～80百分位降水事件进行合成分析,比较了不同百分位降水事件的环流异常特征。结果表明:长江中下游地区流域性极端日降水量的99百分位阈值为25 mm/d。各类降水事件在梅雨汛期出现频率较高。1990年代以后的极端日降水事件明显偏多。在各百分位降水事件中,在对流层中、低层,长江中下游地区均受气旋性异常环流控制,但对流层高层异常环流特征明显不同。无论在低层还是高层,极端事件的异常环流比非极端事件的异常环流强。不同百分位降水事件的水汽主要来源亦有所不同。极端降水事件中,由孟加拉湾直接辐散至长江流域的水汽较强,而在非极端降水事件中,则是来自南海地区的水汽明显偏强。非绝热加热率、与-的异常分布在各百分位降水事件中的分布较为一致,但强度随降水强度的减小而明显减小。另外,极端日降水事件与85～90百分位的降水事件在太平洋上都存在着北负南正的海温分布,但极端降水事件相应的海温异常明显偏强。而在75～80百分位降水事件中,海温并未出现明显异常。说明极端日降水事件的形成与较强的局地环流异常、与中纬度和热带西太平洋-南海区域的环流异常直接相关,与太平洋海温异常存在可能的密切联系,而非极端事件则主要与局地性异常环流有关。这些结果有利于人们认识和预测极端日降水事件的发生。     

El Nino事件对其衰减阶段夏季中国降水季节内演变的影响及其机理

利用1979—2007年NOAA重建海温逐月资料和中国160站夏季降水资料,使用扩展奇异值分解（extended singular value decomposition,ESVD）方法,研究了冬季热带太平洋海温异常与次年夏季中国降水异常季节内演变型之间的关系,指出前冬El Nino事件是与次年夏季中国降水季节内变化相联系的最重要的热带太平洋海温异常模态。相应的降水异常季节内变化情况为：6月在长江以南为正异常,江淮流域有负异常;7月在华南沿海有负降水异常,而正异常北进到长江流域,华北地区也出现正降水异常;8月在长江南北分别为少雨和多雨。进一步研究前冬El Nino事件与次年春夏印度洋、太平洋海温异常、对流层低层风场异常以及副热带高压等的联系,结果表明：El Nio事件发生的次年春夏,热带西太平洋周边存在东负西正的海温异常分布;西太平洋反气旋异常较强;副高在6月、7月偏西偏北,但在8月迅速南退。虽然与El Nino事件相联系的6月与7月、8月的降水型不同,但是西太平洋反气旋异常带来的充沛水汽造成7月长江流域雨季多雨,8月副高迅速南退带来的又一次长江流域降水,造成了El Nino事件发生次年夏季长江流域涝而华南沿海旱的夏季平均降水异常型。     

2015年夏季东亚和南亚降水异常与热带太平洋海温异常的联系及机理

2015年我国东部夏季降水呈现南北反位相的空间分布,河套地区降水异常偏少、长江中下游地区降水异常偏多,同期印度中部地区降水负异常,上述三个区域2015年夏季降水距平百分率绝对值极大值均超过55%。东亚和南亚地区2015年夏季降水异常的形成机理主要是由于该年夏季处于El Niňo事件的发展位相,菲律宾群岛及邻近区域反气旋环流异常,江淮地区至日本列岛气旋式环流异常,对流层低层位势高度异常场和整层水汽异常输送场亦存在相一致的空间分布,表现为负位相的EAP(East Asian-Pacific)/PJ(Pacific-Japan)型遥相关,有利于河套地区降水偏少和长江流域降水偏多。热带太平洋海温异常引起热带地区Walker环流负异常,热带西太平洋地区上空受异常下沉气流控制,热带印度洋区域对流层盛行东风异常,减弱了印度夏季风,并造成了印度中部地区夏季降水偏少。另一方面,印度上空对流层低层受异常反气旋控制,该异常反气旋北侧的西风异常沿着青藏高原南麓向东运动,增强了与EAP/PJ型遥相关相联系的异常水汽输送,有利于维持和增强河套地区降水负异常和长江中下游地区降水正异常。     

El Nio事件对其衰减阶段夏季中国降水季节内演变的影响及其机理

利用1979—2007年NOAA重建海温逐月资料和中国160站夏季降水资料,使用扩展奇异值分解(extended singular value decomposition,ESVD)方法,研究了冬季热带太平洋海温异常与次年夏季中国降水异常季节内演变型之间的关系,指出前冬El Nio事件是与次年夏季中国降水季节内变化相联系的最重要的热带太平洋海温异常模态。相应的降水异常季节内变化情况为:6月在长江以南为正异常,江淮流域有负异常;7月在华南沿海有负降水异常,而正异常北进到长江流域,华北地区也出现正降水异常;8月在长江南北分别为少雨和多雨。进一步研究前冬El Nio事件与次年春夏印度洋、太平洋海温异常、对流层低层风场异常以及副热带高压等的联系,结果表明:El Nio事件发生的次年春夏,热带西太平洋周边存在东负西正的海温异常分布;西太平洋反气旋异常较强;副高在6月、7月偏西偏北,但在8月迅速南退。虽然与El Nio事件相联系的6月与7月、8月的降水型不同,但是西太平洋反气旋异常带来的充沛水汽造成7月长江流域雨季多雨,8月副高迅速南退带来的又一次长江流域降水,造成了El Nio事件发生次年夏季长江流域涝而华南...     

1998年和2016年北大西洋海温异常对中国夏季降水影响的数值模拟研究

基于1979-2016年ERA-Interim再分析资料和CAM5.3模式,研究了2016年和1998年北大西洋海温异常对中国夏季降水以及大尺度环流的可能影响及其机制。结果表明,这两年前夏（6-7月）长江中下游及其以南地区降水均异常偏多,但1998年降水异常较2016年更为显著。后夏（8月）,2016年长江以南地区降水异常偏多,长江-黄河流域降水异常偏少,而1998年降水异常分布与之相反。2016年和1998年夏季中国东部降水异常的差异与西北太平洋对流层低层异常反气旋以及欧亚中高纬度环流变化的共同作用直接相关。敏感性数值试验的结果表明,北大西洋海温异常的显著差异是导致2016年和1998年夏季中国东部降水以及大尺度环流异常存在明显差异的重要原因之一。一方面,北大西洋海温异常可以通过改变欧亚中高纬度环流进而对中国夏季降水产生影响。1998年北大西洋海温异常自热带至副极地呈类似"+ - +"型分布,这种海温异常型能够在前夏欧亚中高纬度地区激发出双阻型的环流异常响应。2016年北大西洋海温异常自热带至副极地呈相对弱的"- + -"型分布,欧亚中高纬度环流异常响应总体偏弱。另一方面,北大西洋海温异常还可以通过影响热带纬向环流进而对西北太平洋对流层低层异常反气旋起调制作用。1998年北大西洋海温异常对夏季西北太平洋异常反气旋起增强作用,这与热带印度洋-太平洋海温的强迫作用相协调。然而,2016年北大西洋海温异常则有利于西北太平洋异常反气旋的减弱,这与热带印度洋-太平洋海温的强迫作用相反。因此,在这3个大洋的协同作用下,2016年和1998年前夏西北太平洋异常反气旋均偏强,但前者的振幅弱于后者。在后夏,1998年西北太平洋对流层低层仍受异常反气旋控制,2016年则为异常气旋控制。      

我国近30年龙卷风研究进展

从3方面总结了龙卷风研究成果:①研究概况,最初的龙卷风灾后调查到开展天气气候特征分析至近年来开展龙卷风本体结构、产生机制的探讨,获得了丰硕成果;②研究方法提高,从事实调查到利用统计方法,从利用台站常规观测资料到运用卫星、多普勒雷达、风廓线仪等非常规资料开展分析,近年数值模式WRF、ARPS等也被用来研究龙卷风,研究的方法手段不断得到改进;③龙卷风研究、预报面临的困难和未来展望。     

河西走廊农业区春季气溶胶光学特性

为研究干旱农业区农耕季节气溶胶的基本光学特性,2014年4月利用地面气溶胶移动集成系统在甘肃武威黄羊镇农场开展气溶胶综合观测试验。结果表明,河西走廊黄羊镇农场PM2.5和PM1.0的散射系数以及PM2.5的吸收系数分别为98.2±38.3、74.6±29和8.8±6.3 Mm-1,均小于中东部地区观测值。气溶胶单次散射反照率为0.90±0.03,PM2.5和PM1.0的Angstrom指数分别为1.31±0.29和2.10±0.24。散射系数和吸收系数的日变化具有明显的双峰特征,单次散射反照率在散射系数出现峰值的时间段出现谷值。黄羊镇农场受人为气溶胶影响较大,西、西南和东南方向来的气溶胶散射系数和吸收系数值较大,西北方向传输过来的气溶胶主要是农业生产活动产生的。     

武汉市气候变暖与极端天气事件变化的归因分析

根据武汉市1951—2007年间年平均、最高、最低气温与8类年极端天气日数的序列,计算分析其变化趋势及年平均气温与极端天气日数的相关性,引入格兰杰因果性检验法,探讨气候变暖与极端天气事件之间的因果关系。结果发现:(1)近57年来武汉市年平均最低气温增幅为0.45℃/10a,明显高于年平均最高气温0.19℃/10a的增幅,可见气候变暖主要是由夜间气温升高所致;(2)高温和闷热天气事件为增多趋势,其中闷热天气事件最明显,达到2.8 d/10a,而年雷暴、降雪、低温、大风、雾日则均为下降趋势,雷暴、雾和低温事件降幅明显,每10年减少3.0 d、4.0 d和2.1 d。大风和降雪事件,每10年减少1.8 d和1.5 d。暴雨事件波动幅度较小。(3)年平均气温与当年及超前、滞后1～2年的极端天气事件具有高相关性;(4)格兰杰因果性检验结果发现,气候变暖是闷热天气增多和降雪事件减少的原因,同时亦是大风和低温减少的结果。这种因果关系的存在对极端天气事件预测和预估有重要的价值。     

城市气象研究进展

中国数十年来在城市气象研究这一新兴学科领域开展了大量研究并获得了多方面的丰硕成果。文中从城市气象观测网与观测试验、城市气象多尺度模式、城市气象与大气环境相互影响、城市化对天气气候的影响等4个方面论述了城市气象的主要研究进展:中国各大城市已建立或正在完善具有多平台、多变量、多尺度、多重链接、多功能等特点的城市气象综合观测网;北京、南京、上海等地开展了大型城市气象观测科学试验,被世界气象组织列入研究示范项目;成功开展了风洞实验、缩尺度外场实验研究;建立了多尺度城市气象和空气质量预报数值模式,并应用于业务;在城市热岛效应、城市对降水影响、城市气象与城市规划、城市化对区域气候及空气质量的影响、城市气象与大气环境相互作用等研究领域取得长足进展。最后指出,未来需要重点从新观测技术及观测资料同化应用、城市系统模式研究、城市化对天气气候的影响机理、城市化对大气环境和人体健康的影响、城市水文气象气候与环境综合服务等方面开展科学研究与应用,为中国城市化、生态文明建设、防灾减灾和应对气候变化等国家需求提供科技支撑。      

Trends in Temperature Extremes in Association with Weather-Intraseasonal Fluctuations in Eastern China

Trends in the frequencies of four temperature extremes (the occurrence of warm days, cold days, warm nights and cold nights) with respect to a modulated annual cycle (MAC), and those associated exclusively with weather-intraseasonal fluctuations (WIF) in eastern China were investigated based on an updated homogenized daily maximum and minimum temperature dataset for 1960–2008. The Ensemble Empirical Mode Decomposition (EEMD) method was used to isolate the WIF, MAC, and longer-term components from the temperature series. The annual, winter and summer occurrences of warm (cold) nights were found to have increased (decreased) significantly almost everywhere, while those of warm (cold) days have increased (decreased) in northern China (north of 40°N). However, the four temperature extremes associated exclusively with WIF for winter have decreased almost everywhere, while those for summer have decreased in the north but increased in the south. These characteristics agree with changes in the amplitude of WIF. In particular, winter WIF of maximum temperature tended to weaken almost everywhere, especially in eastern coastal areas (by 10%–20%); summer WIF tended to intensify in southern China by 10%–20%. It is notable that in northern China, the occurrence of warm days has increased, even where that associated with WIF has decreased significantly. This suggests that the recent increasing frequency of warm extremes is due to a considerable rise in the mean temperature level, which surpasses the effect of the weakening weather fluctuations in northern China.     

Changes in polar amplification in response to increasing warming in CMIP6

由于全球变暖,极地地区的气候经历了明显的变暖放大.在本项研究中,我们根据CMIP6模式的三种变暖情景(SSP1-2,6,SSP2-4.5和SSP5-8.5)下,极地放大变化对各个反馈机制(包括普朗克,温度递减率,云,水蒸气,反照率反馈,CO2强迫,海洋热吸收和大气热传输)的响应进行了分析.结果表明,通过用“辐射核”方法...     

我国东部地区冬季模式边界层探空效果评估

应用中尺度气象模式MM5对2006年和2007年12月东部地区进行逐日模拟,并用地面常规观测资料及南京和安庆12h一次的逐日探空资料对模拟的地面及边界层内气象要素进行检验,计算地面和边界层内不同高度的温度、湿度、风向和风速等要素的多种常用统计参数;并分别评估雾发生前和发生时边界层探空的模拟效果。结果表明:(1)MM5模式模拟的地面温度和湿度均较理想,但风速误差较大。温度、相对湿度、风速的观测与模拟的偏差概率分布均呈近正态分布,峰值中心分别为-1.52℃、4.59%和1.92m·s-1,白天模拟效果优于夜间。(2)以南京、安庆两站为例,模拟的08:00(北京时,下同)和20:00边界层内探空基本可靠,但20:00的效果比08:00好;模拟效果均随高度上升而变好;且南京站边界层内温度、湿度的模拟效果优于安庆站,但安庆站风的模拟效果优于南京站。(3)以南京站为例,雾发生前和发生时温度、湿度模拟效果较平均情况差,风速模拟较其他模拟时段无明显变化。(4)南京、安庆冬季近地层逆温发生频率都比较高,常见多层逆温,MM5模式能再现近地层逆温,但有高估的倾向,且对边界层中上部逆温模拟效果不佳。此外,敏感性试验的结果表明,模拟方案中地面负的温度偏差不是由近地层高垂直分辨率所致。     

夏季全国降水EOF展开与黑龙江省降水的关系

用EOF对全国160个站夏季降水展开，取前5个特征向量进行分析，发现全国主要有4种雨型分布，依次呈“＋－＋”、“＋－”、“－＋－”、“－“型。与黑龙江省降为第1种，即东北区及黄河下游多雨，江浪少雨， 长江中下游流域多雨；夏末雨带南退至长江以南，华南多雨，而中国中部为广大的少雨区。     

Quantile Trends in Temperature Extremes in China

A number of recent studies have examined trends in extreme temperature indices using a linear regression model based on ordinary least-squares. In this study, quantile regression was, for the first time, applied to examine the trends not only in the mean but also in all parts of the distribution of several extreme temperature indices in China for the period 1960-2008. For China as a whole, the slopes in almost all the quantiles of the distribution showed a notable increase in the numbers of warm days and warm nights, and a significant decrease in the number of cool nights. These changes became much fas- ter as the quantile increased. However, although the number of cool days exhibited a significant decrease in the mean trend estimated by classical linear regression, there was no obvious trend in the upper and lower quantiles. This finding suggests that examining the trends in different parts of the distribution of the time-series is of great importance. The spatial distribution of the trend in the 90th quantile indicated that there was a pronounced increase in the numbers of warm days and warm nights, and a decrease in the number of cool nights for most of China, but especially in the northern and western parts of China, while there was no significant change for the number of cool days at almost all the stations.     

Recent advances in monsoon studies in China

This review provides a synopsis of the major progress that has been made in monsoon studies in China and to further bridge the gap between the Chinese and international meteorological community. It consists of seven major sections. After the introduction, the second section begins with the global monsoon systems and their seasonal variation, based on some new methods proposed in recent years. Besides, some major intraseasonal features of East Asian monsoon, including the onset of South China Sea summer monsoon are discussed. In the third section, we review the interactions between ENSO and the East Asian monsoon, focusing in particular on the results of Chinese meteorologists that indicate the influence of ENSO on the East Asian summer monsoon(EASM) is obviously different from that on the tropical monsoon. Besides the tropical Pacific,other ocean basins, such as the Indian Ocean and the Atlantic Ocean, are also important to the East Asian monsoon, and this topic is discussed in the fourth section. In the fifth section, we address the role of land surface processes in East Asian monsoon. For example, we describe work that has shown more snow cover in spring on the Tibetan Plateau is followed by a weakened EASM and more summer rainfall in the Yangtze River valleys. The sixth section focuses on the influence of atmospheric circulation in the Southern Hemisphere(SH) on EASM, demonstrating how the signal from the SH is likely to provide new clues for the seasonal forecasting of summer rainfall in China. Finally, in the seventh section, we concentrate on the interdecadal variations of EASM. In particular, we look at a significant interdecadal variation that occurred at the end of the 1970 s, and how our understanding of this feature could affect forecasting ability.