秋季南极涛动异常对冬季中国南方降水的影响

本文针对秋季南极涛动(AAO)和冬季中国南方降水的关系作了研究,发现两者之间存在显著的反向年际变化关系。AAO正(负)异常年,副热带西风急流显著增强(减弱),欧洲西部槽、乌拉尔山高压脊和东亚沿岸大槽均偏强(偏弱),阿留申低压、南支槽和西太平洋副高偏弱(偏强),西南急流上的扰动不活跃(活跃),我国大部分地区出现异常偏北风(偏南风)和OLR弱正距平,导致南方降水偏少(偏多)。两半球存在东亚—南半球高纬地区和纵贯太平洋南北的两个遥相关型,海洋性大陆对流活动可能是秋季AAO影响南方冬季降水的一个机制。因此,秋季南极涛动的异常很可能对预测我国南方冬季降水有显著指示意义。     

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)。     

南方涛动与我国夏季降水

本文分析了南方涛动、赤道东太平洋海温与我国夏季降水的关系。分析表明,前一年春季到冬季,赤道东太平洋海温偏高,南方涛动偏弱,夏季我国主要雨带位置偏北,位于黄河流域及其以北地区(即1类雨型),反之,夏季我国主要雨带位置偏南,位于黄河与长江之间(即2类雨型)。由此得出了预报我国夏季1、2类雨型的预报方案。并分析了南方涛动和北半球大气环流的遥相关联系及对北太平洋海温场热源异常的响应。     

厄尔尼诺/南方涛动与我国秋季气候异常

利用1951—1999年我国秋季(9—11月)降水、温度和南方涛动指数(SOI)1935—2000年资料研究ENS0与我国秋季气候异常的关系，结果表明，秋季降水与ENS0的关系远比夏季降水与ENS0的关系好。E1Nino年我国秋季降水出现南多北少的分布型(S型)的频率增加近20％，而La Nina年出现S型的频率减少20％。反之，当我国秋季降水距平出现大尺度南北降水异常时，往往表示当时有ENS0现象发生。E1 Nino和La Nina年我国秋季降水距平的分布有显著差异，且这种显著差异主要表现在长江南北、西北和河套地区。不同时段SOI对秋季气候异常的影响不同，当年4—10月SOI值与秋季降水EOF分解第二时间系数(反映大尺度南北旱涝异常特征的权重系数)之间为较明显的正相关，其中8月最显著。上一年7—9月和同年1—3月的SOI值同秋季气温EOF分解的第二时间系数的正相关较明显。可根据前期5—8月的月平均SOI值，预报秋季大尺度降水异常，当年5—8月的SOI平均值偏高时，长江以南(北)地区的降水将有减少(增加)的可能，反之亦然。     

南方涛动与印度夏季降水相关联系的历史演变

用１８７１～１９９４年南方涛动指数（ＩＳＯ）与印度夏季降水资料,研究了它们的相关关系及其历史演变。结果表明：不同季节两者相关程度不同;同一季节两者的相关关系是随时间变的不稳定关系。     

北大西洋涛动对新疆夏季降水异常的影响

利用1961~2003年NCEP/NCAR再分析和新疆75个气象站月降水资料,分析新疆夏季降水与沿西亚副热带西风急流Rossby波和北大西洋涛动（NAO）的关系,研究表明,夏季斯堪的纳维亚半岛-中欧—西亚和中亚的准静止波传播是联系NAO与沿西亚副热带西风急流波活动和新疆夏季降水变化的纽带。通过波作用量的动力学诊断分析,讨论了夏季NAO正、负位相异常年准静止波传播特征和差异,夏季NAO强弱活动影响斯堪的纳维亚半岛EP通量散度强度和位置异常,该区EP通量散度强度和位置异常导致强辐散中心在中高纬向东传播的准静止波和沿副热带西风急流准静止波活动变化,从而影响新疆夏季降水。     

南北涛动与南极涛动及北极涛动的相互作用

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了南北涛动（Interhemispheric Oscillation,IHO）与北极涛动（Arctic Oscillation,AO）和南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）的联系。分析表明：1）北极涛动（AO）、南极涛动（AAO）与全年各自半球中高纬度地表气压变化密切联系。其中,AO冬季强度最强,且在春季、冬季的影响范围大。而AAO对南半球中高纬的地表气压变动影响更为明显,其在夏季影响范围最大。2）南极涛动（AAO）与南北涛动（IHO）有很好的同期相关性,南极涛动可部分解释南北涛动的形成。IHO与AO存在不显著的负相关,南北半球中高纬大气运动具有相对独立性。3）南北涛动（IHO）与全球较大范围内的地面气压变化有关,而去除AAO信号后,夏季在南极地区原显著相关区显著减少,夏季AAO与IHO存在密切联系。4）南北涛动（IHO）主要与春季、秋季和冬季亚洲、欧洲北部地面气温关系密切。秋季最强,春季次之,冬季最弱。夏季IHO与全球地面气温没有较好的联系。亚欧大陆北部的热力作用可能部分地解释了南北涛动的形成。     

热带低频振荡的强度和相位对中国南方冬季降水的影响

利用NOAA的逐日向外长波辐射（简称OLR）资料、NCEP／NCAR资料和中国台站降水资料,初步研究了热带地区低频振荡与我国南方冬季降水的关系,并分析了低频振荡不同位相对降水的影响。对低频振荡不同位相的合成分析表明：热带低频振荡的相位变化与位于副热带和菲律宾地区的环流系统的低频变化密切相关,并会影响到我国南方地区降水的演变。在低频振荡强度的高指数年,当对流活跃中心位于热带印度洋（热带西太平洋）时,副热带地区的阿拉伯海槽和孟加拉湾槽加深（减弱）,菲律宾附近表现为反气旋（气旋）式环流,导致我国南方地区南（北）风异常,同时水汽输送和上升运动增强（减弱）,从而导致降水偏多（少）。低指数年各位相的对流、降水以及其他要素的异常均不明显。     

Weakening of Winter North Atlantic Oscillation Signal in Spring Precipitation over Southern China

In this study,the relationship between the North Atlantic Oscillation(NAO)in winter(December–February)and the precipitation over southern China(SCP)in the following spring(March–May)was investigated.Results showed an interdecadal change,from strong to weak connection,in their connection.Before the early1980s,they were highly correlated,with a strong(weak)winter NAO followed by an increased(decreased)spring SCP.However,after the early 1980s,their relationship was weakened significantly.This unstable relationship may be linked to the climatological change of East Asian jet.Before the early 1980s,the wave train along the Asian jet propagated the NAO signal eastward to East Asia and affected local upper-tropospheric atmospheric circulation.A strong NAO in winter led to an anomalous anticyclonic circulation at the south side of 30 N in East Asia in spring,resulting in an increase of SCP.In contrast,after the early1980s,the wave train pattern along the Asian jet extended eastward due to strengthening of the climatological East Asian jet.Correspondingly,the NAO-related East Asian atmospheric circulations in the upper troposphere shifted eastward,thereby weakening the linkage between the spring SCP and the winter NAO.     

南极海冰北界涛动指数及其与我国夏季天气气候的关系

南极海冰的变化和全球大气环流关系密切。南极各区海冰的不同变化, 对南北半球大气环流有着不同的影响。文中基于对南极海冰变化的客观分区, 定义了南极海冰北界涛动指数 (ASEOI), 并结合中央气象台提供的南方涛动指数、北半球500 hPa和100 hPa高度场资料以及我国160站降水、温度资料, 利用诊断分析方法, 对ASEOI与我国夏季天气气候的关系进行了研究。研究表明:ASEOI对我国长江中下游降水及全国大部分地区温度具有指示意义。若前一年10月ASEOI偏低, 则当年7月我国长江中下游降水偏多, 引发洪涝灾害的可能性很大; 温度场上, 我国北方气温偏高, 南方气温偏低, 而高温往往伴随着少雨, 这无疑会加剧华北本就严重的旱情。     

随机参数扰动方法对中国冬季降水集合预报的影响

降水数值预报有很大的不确定性,与降水预报密切相关的物理过程参数化方案中关键参数的不确定性是降水数值预报误差来源之一,对这些参数引入随机扰动的随机参数扰动方法（Stochastically Perturbed Parameterization,简称SPP方法）可以代表模式降水预报的不确定性,是国际集合预报前沿研究领域。为了认识该方法能否代表中国冬季降水数值预报的不确定性,为业务应用提供科学依据,基于中国气象局中尺度区域集合预报模式（Global/Regional Assimilation and Prediction System-Regional Ensemble Prediciton System,简称GRAPES-REPS）,从对模式降水预报不确定性有较大影响的积云对流、云微物理、边界层及近地面层等四个参数化方案中选取了16个与降水密切相关的关键参数,引入了随机参数扰动方法,并通过2018年12月12日至2019年1月12日总计31天的冬季集合预报试验,对比分析了SPP方法对等压面要素及降水的集合预报效果。结果显示:在冬季应用SPP方法时,等压面要素的概率预报技巧总体来说优于无SPP方法扰动的对比试验,且对于低层、近地面要素的改进效果优于对中高层等压面要素的改进;但对降水概率预报而言,尽管检验评分数值略优于对比预报试验,但并未通过显著性检验,这表明,在东亚冬季风影响下,随机参数扰动方法对中国冬季降水概率预报技巧没有明显的改进。究其原因,可能是由于SPP方法主要代表对流性降水预报的不确定性,而中国冬季降水过程主要与斜压不稳定发生发展有关,模式降水以大尺度格点降水为主,对流性降水较少,故对冬季降水预报改进不明显,这为业务集合预报模式中应用随机参数扰动方法提供了科学依据。     

青藏高原南、北积雪异常与中国东部夏季降水关系的数值试验研究

青藏高原冬、春积雪有着显著的南、北空间差异,本文利用通用地球系统模式（CESM）设计了增加高原南、北冬、春积雪的敏感性试验,结果表明:当高原南部冬、春积雪异常偏多,长江及其以北地区夏季降水偏多,华南大部分地区夏季降水偏少;而当高原北部冬、春积雪异常偏多,华北及东北地区夏季降水偏多,长江下游南部地区夏季降水偏少,雨带更偏北。青藏高原南、北部冬、春积雪异常影响中国东部夏季降水的物理机制的分析结果表明,高原不同区域（南部和北部）冬、春积雪异常引起的非绝热加热异常效应都可持续到夏季,且北部积雪异常持续时间更长。高原南部和北部积雪异常偏多均会减弱高原北侧上空大气的水平温度梯度,进而减弱高原北侧西风急流的位置及强度,进而影响下游出口区处急流的强度和位置,且高原北部积雪异常偏多的影响更大。当高原南部积雪异常偏多,急流出口区的西风急流加强且偏南;而高原北部积雪异常偏多,出口区的西风急流减弱且偏北。相应地,对流层中层500 hPa西太平洋副热带高压减弱,低层850 hPa异常反气旋环流,影响中国东部地区水汽输送,从而影响了中国东部地区夏季雨带的变化。当高原南部积雪异常偏多,异常反气旋性环流位于东海附近,有利于更多水汽输送至长江流域,华南水汽输送减少;当高原北部积雪异常偏多,异常反气旋性环流相对偏北,更有利于华北及东北水汽输送,雨带偏北。     

华南前汛期盛期中国东部降水异常模态的环流特征及成因分析

根据1958~2011年中国东部(105°E以东)316站逐日降水观测资料及环流逐日再分析资料,利用统计分析、物理量诊断等方法,探讨华南前汛期盛期(5月21日至6月10日)中国东部降水异常模态及对应大气环流特征和可能成因。分析发现,华南前汛期盛期中国东部降水异常表现为两个相互独立的降水模态:第一模态为华南全区一致型,当其时间系数为正(负)时,整个华南降水偏多(少),黄河中游降水偏少(多);第二模态为华南沿海东部型,当其时间系数为正(负)时,华南沿海东部降水偏多(少),而长江中下游降水偏少(多)。研究发现,造成华南前汛期盛期两个降水型的环流特征有明显差异:全区一致型降水主要受东亚高空西风急流南北偏移、副热带高压脊东西偏移及低层南海北部异常风场影响;沿海东部型降水主要由东亚高空西风急流强弱及位置异常、副热带高压强弱变化、低层日本以南西太平洋异常风场导致。此外,两个降水型对应环流异常的成因也各不相同。第一模态中高层环流异常由丝绸之路遥相关型导致,低层风场异常在5月下旬由阿拉伯海向下游传播的风场异常波列引起,在6月上旬则由西太平洋西移的异常反气旋(气旋)造成。第二模态的中高层环流异常先后由极地—欧亚遥相关型、环球遥相关型引起,低层风场异常由高层环流异常的动力作用造成。两降水型均存在整层深厚的垂直运动,但第一模态的垂直运动在高层闭合且对应显著的辐合辐散异常,第二模态则不具有上述特征。     

南半球环流异常与我国夏季旱涝分布关系及其影响机制

利用1951—2000年NCEP/NCAR风场和高度场再分析资料及全国160站降水量资料, 采用奇异值分解、相关和合成分析方法, 研究6—8月南半球500 hPa高度、高低层纬向风距平差异常 (Δu₈₅₀-Δu₂₀₀) 与我国夏季旱涝分布的关系及其影响机制。结果表明:当500 hPa澳大利亚高压脊偏强及西南太平洋热带地区高低层纬向风距平差为负值时, 来自南半球冷空气活动偏弱, 有利于西北太平洋副热带高压位置偏南, 热带季风偏弱, 我国夏季雨带偏南。反之, 当澳大利亚高压脊偏弱及西南太平洋热带地区高低层纬向风距平差为正值时, 我国北方降水偏多。同时, 定义了澳大利亚冬季风指数, 指出澳大利亚冬季风强年和弱年影响我国夏季旱涝分布异常的水汽输送型式不同。     

Evolution of Intraseasonal Oscillation over the Tropica lWestern Pacific/South China Sea and Its Effect to the Summer Precipitation in Southern China

ＥｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆＩｎｔｒａｓｅａｓｏｎａｌＯｓｃｉｌａｔｉｏｎｏｖｅｒｔｈｅＴｒｏｐｉｃａｌＷｅｓｔｅｒｎＰａｃｉｆｉｃ／ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＳｅａａｎｄＩｔｓＥｆｅｃｔｔｏｔｈｅＳｕｍｍｅｒＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｎＳｏｕｔｈｅｒｎＣｈｉ...     

Impact of Preceding Summer North Atlantic Oscillation on Early Autumn Precipitation over Central China

This study examined the impact of the preceding boreal summer（June–August） North Atlantic Oscillation（NAO） on early autumn（September） rainfall over Central China（RCC）. The results show that a significant positive correlation exists between the preceding summer NAO and the early autumn RCC on the interannual timescale. In order to understand the physical mechanism between them, the role of ocean was investigated. It was found that the strong summer NAO can induce a tripole sea surface temperature anomaly（SSTA） in the North Atlantic; this SSTA pattern can persist until early autumn. The diagnostic analysis showed that the tripole SSTA pattern excites a downstream Atlantic-Eurasian（AEA） teleconnection, which contributes to an increase in RCC. The circulation anomalies related to SSTA caused by the weak NAO are opposite, so the RCC is less than normal. The results imply that the preceding summer NAO may be regarded as a forecast factor for the early autumn RCC.