2017年夏季北半球大气环流特征及对我国天气气候的影响

2017年夏季（6—8月）,全国平均降水量348.6 mm,较常年同期（322.6 mm）偏多8.1%,呈现南、北两条多雨带。全国平均气温21.7℃,较常年同期（20.9℃）偏高0.8℃,为1961年以来第二高。东亚夏季风偏弱,西太平洋副热带高压显著偏强,脊线位置偏南,菲律宾附近对流层低层为反气旋环流控制;欧亚中高纬呈现“两槽一脊”环流型,乌拉尔山地区高度场为负距平,高压脊偏弱,贝加尔湖地区为正距平控制,日本附近高度场为负距平。低纬度和中高纬度的环流配置有利于冷暖气流在我国长江以南交汇,水汽通量辐合偏强,主要多雨带位于我国长江以南地区,降水显著偏多。西太平洋副热带高压的年代际增强和赤道中东太平洋由冷水向暖水发展是多雨带偏南的重要原因。     

1998年夏季东北亚阻塞高压异常的大尺度环流特征及成因初探

分析了1998年夏季东北阻塞高压异常及大尺度环流特征，研究了1979－1998年夏季东北阻塞高压年际变化，环流背景特征以及东北亚阻塞高压异常的太平洋海温异常的关系，认为夏季东北亚500hPa平均高度偏高（低），东亚地区“＋－＋”（“－＋－”）的距平波列，是典型的东北亚阻塞高压强盛（稀少）的环流型，太平洋海温的异常，激发东焉地区的遥相关波列，致使东北亚500hPa高度场异常，可能是东北亚阻塞主压异常的原因之一，在亚少中高续高度场平均偏高的环流背景下，乌拉尔册地区的阻塞高压对东北亚阻塞高压的发展和建立起到了促进作用，1998年乌拉尔山阻塞高频繁也是东北亚阻塞高压异常频繁的可能原因之一。     

夏季西北太平洋副热带高压指数

利用在特定区域上平均的夏季（6、7、8月）平均850hPa位势高度异常,我们定义了两种指数,分别用来描述夏季北太平洋副热带高压在东西方向和南北方向上的偏移。对于东西向指数,平均的区域为副高的西侧（110°-150°E,10°-30°N）;对于南北向指数,平均的区域为副高的西北侧（120°-150°E,30°-40°N）。发现这两种指数是相互独立的。基于南北向指数的合成分析结果与以往的研究结果吻合得相当好。在年际时间尺度上,将这两种指数与国家气候中心公布的副高指数进行了比较,发现尽管有一些微弱的差别,本文定义的指数与国家气候中心的副高指数大致具有相似的年际变化,因而本文的指数与国家气候中心的指数也对应着相似的环流和降水型。进而,对本文的指数与国家气候中心的指数对应的环流（降水）型之间的不同进行了分析,表明本文的指数比国家气候中心的指数能够更好地描述对应的环流和降水型。一个重要的结果是,不论根据本文指数,还是根据国家气候中心指数,东西向指数（或西伸指数）都比南北向指数（或北界指数）对应着更显著的降水异常,特别是在东亚地区和菲律宾海。 这两种指数还可以用来描述副高在夏季里的季节推进,即,北移和东退。副高在7月中旬迅速北移和东退。发现在副高平均处于偏北或偏东的夏季里,北移     

1月份黑潮区域海温异常与我国夏季降水的关系

分析了1月份黑潮区域海表温度异常与我国夏季(6—8月平均)降水的相关关系及其与夏季东亚大气环流的关系。结果表明：1月份黑潮区域海温偏高(低)时，乌拉尔山附近和雅库茨克附近的阻高加强(减弱)，在这两个阻高之间的低压槽加深(减弱)，西北太平洋副热带高压加强(减弱)、西伸(东撤)，亚洲夏季风明显偏弱(强)，导致副热带高压西侧的暖湿气流输送到长江中下游地区(我国北方地区)，从而使长江中下游地区的夏季降水增多(减少)。     

西印度洋大气垂直环流与江淮夏季降水关系的年代际变化

利用1958—2013年NCEP/NCAR逐月再分析资料和国家气候中心整编的160站月降水资料,研究了西印度洋大气垂直环流（WIOVC）与江淮夏季降水关系年代际变化的原因。结果表明：两者关系的年代际变化经历了两次转折,1950年代末期的不显著关系在1970年代末转为显著负相关,又在1990年代中后期变为显著正相关。进一步研究发现,两者关系的年代际变化是由WIOVC的年际异常和热带背景场的年代际变化共同作用造成的。在1980年代以前热带东太平洋大气异常偏强的下沉运动背景下对应东亚夏季风偏强,WIOVC与江淮夏季降水关系不明显。1980年代—1990年代中期,热带东太平洋大气异常偏强的上升运动背景对应东亚夏季风偏弱,WIOVC与江淮夏季降水呈显著反相关。1990年代中期以后,热带东太平洋大气仍为异常上升运动,且热带中太平洋为异常下沉运动,对应东亚夏季风进一步减弱,WIOVC与江淮夏季降水呈显著正相关。     

淮河夏季降水与赤道东太平洋海温对应关系的年代际变化

基于我国台站降水观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA的ERSST资料讨论了淮河夏季降水与赤道东太平洋海表温度对应关系的年代际变化。结果表明:淮河夏季降水在20世纪70年代中期发生了一次明显的突变, 在突变之前, 其降水呈线性减少趋势, 而在其后降水呈线性增加趋势; 同时, 淮河夏季降水与前期ENSO的对应关系在突变前后有明显的差异, 在突变前, 降水与赤道东太平洋的海温为显著的负相关, 而在突变后, 相关值转为弱的正相关。滑动相关结果显示:近20年是整个研究时段中二者对应关系最弱的时期。进一步研究发现:淮河降水与西太平洋副热带高压位置和强度的对应关系也在20世纪70年代中期前后经历了一个年代际变化, 在突变前, 淮河夏季降水与副高强度呈正相关, 突变后则为负相关。其中淮河8月降水在突变前主要受副高脊线位置和副高北界影响, 突变后则主要受副高面积和强度影响。即ENSO对淮河夏季降水预测的参考意义正在减弱, 同时副高对降水的作用方式正在转变。     

夏季贝加尔湖阻塞高压的年际变化及其与我国降水的关系

采用1952—2008年NCEP/NCAR逐日500 hPa高度场再分析资料及中国国家气象中心整编的全国160站降水资料,对夏季贝加尔湖地区阻塞活动的年际变化特征及其同期与我国降水的可能联系,进行了分析。结果表明: 夏季贝加尔湖阻塞区域的阻塞活动具有明显的年际变化;在年际尺度上,夏季贝加尔湖地区阻塞活动偏多(少)对我国内蒙古东北部,华北部分地区,四川盆地与云南地区附近及广东南部的涝(旱)有一定的影响;同时对我国内蒙古中部,秦岭东北部,华北东部及川西高原的旱(涝) 也有一定的影响。     

中纬度阻塞高压指数与华北夏季降水的联系

利用500hPa高度场资料计算了亚洲中纬度3个区域(鄂霍次克海区、贝加尔湖区、乌拉尔山区)阻塞高压指数，通过相关分析、合成分析研究了阻塞高压指数与华北夏季降水之间的联系。结果表明3个区域阻塞高压指数均具有明显的年代际变化，并且与华北夏季降水在年代际尺度上关系密切，相关系数分别为-0．4622、-0．6763、-0．6713。在阻塞高压的频发期，中纬度西风在东亚地区发生分支，分别形成极锋和副热带锋区，东亚夏季风偏弱，西太平洋副热带高压位置偏南，我国夏季雨带位置偏南，造成华北夏季干旱；而在阻塞高压的少发期则相反。     

东北夏季降水的年代际特征及环流变化

利用1961-2012年中国东北地区91个气象站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和海温资料,以及经验正交函数分解EOF、显著性检验等方法,分析了东北地区夏季降水的时空分布特征、年代际变化特征及相应的环流分布型变化,探讨了不同年代际背景下东北夏季降水年际变化的环流差异。结果表明,东北夏季降水存在明显的年代际变化特征,在1961 1983年(P1)期间降水偏少,19841998年(P2)期间降水偏多,1999年之后(P3)又进入偏少时段。P2与P1时段相比,东北气旋式环流和蒙古反气旋式环流异常增强,而西北太平洋副热带地区为气旋式环流异常,来自西北太平洋偏东水汽输送贡献明显。P3与P2时段相比,东北冷涡活动偏弱,东北地区东部在850 h Pa为偏北风异常,偏南水汽输送有所减弱。进一步分析证实,北太平洋年代际振荡(PDO)对于东北地区夏季降水及相关环流型的年代际变化有重要的调制作用。P1与P3同为降水偏少时段,PDO都处于负位相,东北地区反气旋式环流都偏强;然而P1时段的多雨年,水汽输送主要来自较强的夏季风偏南气流;P3时段的多雨年,水汽输送可能主要来自西北太平洋地区。     

高原东侧川渝盆地东西部夏季降水及其大尺度环流特征

采用我国台站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料,分析比较了高原东侧川渝盆地东、西部夏季降水及其大尺度环流特征。主要结论为：（1）1951-2004年来,盆西夏季降水总体呈减少趋势,盆东则呈增加趋势;盆地东西部夏季降水主要呈反位相变化,20世纪90年代以来最常见的两种雨型是西少东多、东西部一致偏少。（2）位于北半球中高纬度的乌拉尔山高脊、巴尔喀什湖至贝加尔湖之间的低压槽以及亚洲东部高脊的两脊一槽环流型发展、西太平洋副热带高压偏北,是盆西多雨年的环流背景。（3）乌拉尔山、巴尔喀什湖、西伯利亚地区的高脊偏强,贝加尔湖一线以南直到盆东附近地区上空为槽区,东亚中高纬地区以经向型环流为主,西太平洋副热带高压偏南,是盆东多雨年的环流背景。（4）亚欧大陆中高纬环流形势的显著不同,是盆地东西部夏季降水发生年代际变化的主要原因之一。     

Decadal Change in the Influence of the Western North Pacific Subtropical High on Summer Rainfall over the Yangtze River Basin in the Late 1970s

It is well known that on the interannual timescale, the westward extension of the western North Pacific subtropical high(WNPSH) results in enhanced rainfall over the Yangtze River basin(YRB) in summer, and vice versa. This study identifies that this correspondence experiences a decadal change in the late 1970 s. That is, the WNPSH significantly affects YRB precipitation(YRBP) after the late 1970 s(P2) but not before the late 1970 s(P1). It is found that enhanced interannual variability of the WNPSH favors its effect on YRB rainfall in P2. On the other hand, after removing the strong WNPSH cases in P2 and making the WNPSH variability equivalent to that in P1, the WNPSH can still significantly affect YRB rainfall, suggesting that the WNPSH variability is not the only factor that affects the WNPSH–YRBP relationship. Further results indicate that the change in basic state of thermal conditions in the tropical WNP provides a favorable background for the enhanced WNPSH–YRBP relationship. In P2, the lower-tropospheric atmosphere in the tropical WNP gets warmer and wetter, and thus the meridional gradient of climatological equivalent potential temperature over the YRB is enhanced. As a result, the WNPSH-related circulation anomalies can more effectively induce YRB rainfall anomalies through affecting the meridional gradient of equivalent potential temperature over the YRB.     

2003年夏季中高纬度环流与淮河流域降水

研究了 2 0 0 3年夏季中高纬环流特征以及乌拉尔山、鄂霍茨克海和贝加尔湖三个地区阻高指数逐候的变化情况。 6月下旬至 7月上旬东亚中高纬出现“双阻”形势 ,造成淮河流域持续一个多月的集中强降水 ,但是在 7月底 ,鄂霍次克海阻高再度建立并持续 ,致使盛夏西太平洋副热带高压较常年偏南 ,所以雨带的位置也未能北移。因此 2 0 0 3年夏季主要雨带维持在淮河流域     

The Seasonal Prediction of the Exceptional Yangtze River Rainfall in Summer 2020

During June and July of 2020, the Yangtze River basin suffered from extreme mei-yu rainfall and catastrophic flooding. This study explores the seasonal predictability and associated dynamical causes for this extreme Yangtze River rainfall event, based on forecasts from the Met Office GloSea5 operational forecast system. The forecasts successfully predicted above-average rainfall over the Yangtze River basin, which arose from the successful reproduction of the anomalous western North Pacific subtropical high (WNPSH). Our results indicate that both the Indian Ocean warm sea surface temperature (SST) and local WNP SST gradient were responsible for the westward extension of the WNPSH, and the forecasts captured these tropical signals well. We explore extratropical drivers but find a large model spread among the forecast members regarding the meridional displacements of the East Asian mid-latitude westerly jet (EAJ). The forecast members with an evident southward displacement of the EAJ favored more extreme Yangtze River rainfall. However, the forecast Yangtze River rainfall anomaly was weaker compared to that was observed and no member showed such strong rainfall. In observations, the EAJ displayed an evident acceleration in summer 2020, which could lead to a significant wind convergence in the lower troposphere around the Yangtze River basin, and favor more mei-yu rainfall. The model forecast failed to satisfactorily reproduce these processes. This difference implies that the observed enhancement of the EAJ intensity gave a large boost to the Yangtze River rainfall, hindering a better forecast of the intensity of the event and disaster mitigation.     

东部夏季降水变化及其与北太平洋SSTA的联系

采用REOF分析和小波变换方法对1900-1999年中国东部39站夏季降水资料进行分析，结果表明：华南、西南地区和长江中下游地区及华北、东北西南部地区是中国东部夏季降水异常3个最主要的区域，都存在显著的年际变化和年代际变化。分析了这3个区域夏季降水的年际、年代变化与北太平洋冬季海表温度异常的关系。     

东亚夏季风爆发和北进的年际变化特征及其与热带西太平洋热状态的关系

利用我国测站的降水资料、卫星测得的OLR和高云量资料、SST和137°E次表层海温资料以及NCEP/NCAR再分析资料,分析了东亚夏季风的爆发和北进的年际变化特征及其与热带西太平洋热状态的关系.分析结果表明:当春季热带西太平洋处于暖状态,菲律宾周围对流活动强,在这种情况下,南海上空对流层下层有气旋性距平环流,西太平洋副热带高压偏东,从而使得南海夏季风爆发早;并且,当夏季热带西太平洋也处于暖状态,菲律宾周围对流活动也很强,在这种情况下,西太平洋副热带高压北进时,在6月中旬和7月初存在明显的突跳,从而使得东亚季风雨带在6月中旬明显由华南北跳到江淮流域,并于7月初由江淮流域北跳到黄河流域、华北和东北地区.这将引起江淮流域和长江中、下游夏季风降水偏少,并往往发生干旱,而黄河流域、华北和东北地区的夏季降水正常或偏多.相反,当春季热带西太平洋处于冷状态,菲律宾周围对流活动弱,在这种情况下,南海上空对流层下层有反气旋性距平环流,西太平洋副热带高压偏西,从而使得南海夏季风爆发晚;并且,当夏季热带西太平洋也处于冷状态,菲律宾周围对流活动也很弱,在这种情况下,西太平洋副热带高压北进时,在6月中旬或7月初向北突跳并不明显,而是以渐进式向北移动,从而使得东亚季风雨带一直维持在长江流域和淮河流域.这将引起此两流域夏季风降水偏多,并往往发生洪涝,而黄河流域、华北和东北地区的夏季降水偏少,发生干旱.作者还从非线性多平衡态动力理论说明了菲律宾周围对流活动强弱对西太平洋副热带高压北进时以突跳或渐进式向北移动起到重要作用.     

2004年北半球大气环流及对中国气候异常的影响

20 0 4年上半年,赤道中、东太平洋大气、海洋状况总体上处于正常状态。7月以来,赤道中、东太平洋海表温度明显增暖;2 0 0 4年西太平洋副热带高压持续偏强,夏季西伸脊点位置偏东、脊线位置偏北;6月上中旬贝加尔湖以西地区50 0hPa高度场偏高,7月中旬和8月中旬贝加尔湖地区高度场偏高;2 0 0 4年南海季风爆发时间接近常年,南亚夏季风偏强;青藏高原50 0hPa高度场偏高,冬季积雪较常年稍偏多;2 0 0 4年上半年,赤道太平洋对流活动普遍受到抑制,7月后期开始,1 6 0°W以西海域上空对流活动较常年明显增强。2 0 0 4年中国气候异常可能是下垫面热力异常和大气环流异常共同作用的结果。     

2003年江淮流域强降水过程与30—70d天低频振荡的联系

利用NCEP／NCAR再分析和地面观测站的逐日降水资料,研究了2003年夏季江淮流域强降水过程与低频振荡的联系。结果显示,主周期为30～70d的低频振荡对2003年江淮流域暴雨的形成具有重要贡献：低频涡旋在江淮地区降水期的对流层高、低层呈负、正配置,具有斜压结构,利于降水发生;850hPa上正涡度系统的传播具有明显的北传和西传特征;存在于西太平洋、西北太平洋及其以东地区的低频波列（P—J）的活动过程影响了我国2003年江淮低频强降水的形成;整层低频水汽通量显示来自副热带高压外围的西南季风对水汽输送的贡献较显著,且2003年江淮地区30-70d时间尺度上降水的水汽来源为南海而非孟加拉湾或西太平洋。     

Changed Relationships Between the East Asian Summer Monsoon Circulations and the Summer Rainfall in Eastern China

In previous statistical forecast models, prediction of summer precipitation along the Yangtze River valley and in North China relies heavily on its close relationships with the western Pacific subtropical high (WPSH), the blocking high in higher latitudes, and the East Asian summer monsoon (EASM). These relationships were stable before the 1990s but have changed remarkably in the recent two decades. Before the 1990s, precipitation along the Yangtze River had a significant positive correlation with the intensity of the WPSH, but the correlation weakened rapidly after 1990, and the correlation between summer rainfall in North China and the WPSH also changed from weak negative to significantly positive. The changed relationships present a big challenge to the application of traditional statistical seasonal prediction models. Our study indicates that the change could be attributed to expansion of the WPSH after around 1990. Owing to global warming, increased sea surface temperatures in the western Pacific rendered the WPSH stronger and further westward. Under this condition, more moisture was transported from southern to northern China, leading to divergence and reduced (increased) rainfall over the Yangtze River (North China). On the other hand, when the WPSH was weaker, it stayed close to its climatological position (rather than more eastward), and the circulations showed an asymmetrical feature between the stronger and weaker WPSH cases owing to the decadal enhancement of the WPSH. Composite analysis reveals that the maximum difference in the moisture transport before and after 1990 appeared over the western Pacific. This asymmetric influence is possibly the reason why the previous relationships between monsoon circulations and summer rainfall have now changed.