东北亚地区初夏、盛夏和传统夏季降水特征及环流型的异同性研究

本文利用1979~2015年GPCP（Global Precipitation Climatology Project）逐月降水资料,采用经验正交函数（EOF）分解和Morlet小波分析方法,对东北亚地区初夏、盛夏和传统夏季降水的时空分布特征以及环流型开展了系统性的研究,揭示了东北亚地区传统夏季降水表现为盛夏降水贡献占主导,其年际和年代际特征以及环流特征同盛夏降水特征相一致,而初夏降水和盛夏降水特征及形成机制则具有显著差异。空间分布上,初夏的降水EOF第一模态表现为“+－+”的三极型分布,而盛夏和传统夏季则表现为南北相反的偶极型特征;时间演变方面,初夏降水表现为5~6 a振荡周期,盛夏为2~3 a为主的振荡周期,传统夏季则兼具上述两类振荡周期;在年代际调整方面,在1990年代末,盛夏降水和传统夏季降水在华北和东北地区发生了显著的年代际转折。此外,分析降水与环流的联系发现:初夏,由于西太平洋上空异常反气旋将西太平洋等地的水汽向北方地区输送,且受欧亚Ⅱ型（EUII）遥相关的作用,东北亚地区初夏降水异常具有明显纬向特征。盛夏,东北亚地区降水主要受到西太平洋副热带高压西伸北进、孟加拉湾和南海等地水汽加强的影响。欧亚Ⅰ型（EUI）遥相关和亚洲太平洋型（EAP）遥相关与我国东北以西和沿海地区的降水具有显著相关性。EU型遥相关的作用使东北亚夏季降水的异常中心存在西北—东南向的波列特征,EAP型遥相关的作用则使夏季降水存在经向三极型或偶极型特征。     

西北地区春季和夏季降水异常特征分析

用EOF分析方法选取西北地区29个代表站,分别对其春季和夏季近50a降水进行年际变化和年代际变化时空特征分析,发现西北地区近50a降水时空趋势变化以103°E为基准线,以西为正,以东为负,并有准3a的振荡周期;20世纪80年代中期西北地区春季降水出现了气候突变,西北地区多、少雨与500hPa高度场和副热带高压的位置和强弱密切相关。     

近45a郑州夏季大气可降水量及其降水转化率分析

根据郑州站1964—2008年月平均探空资料及地面降水资料,分析了近45a郑州夏季大气可降水量和地面降水量的演变特征,并在此基础上讨论了与该站夏季降水转化率的关系。结果表明：（1）郑州站夏季可降水量和降水量存在明显的年际变化,可降水量存在准2a的振荡,而降水量主要表现出准4～6a的振荡周期;（2）在长期线性趋势上,可降水量呈微弱的下降趋势,而降水量呈线性上升趋势,两者都在1990年代末发生突变;（3）郑州站夏季降水转化率与降水量存在相同的年际振荡周期和线性增加趋势,其降水转化率在21世纪初发生突变。     

近58a南岳高山站气候变化特征分析

采用1953—2010年南岳高山站逐日气象资料,运用线性回归、突变分析和小波分析方法,对该站平均风速、气温和降水的气候变化特征进行了分析,并对与平均风速变化密切相关的气温和降水进行了年际变化特征比较.结果表明:1)年和四季平均风速均呈明显减小趋势,在20世纪90年代前后风速有由大到小的突变,年平均风速存在显著的准2 a和准4 a周期;2)年平均气温、最低气温、最高气温均呈明显升高趋势,气温存在显著的准2 a和准4 a周期,且于20世纪90年代中期前后气温有由偏低向偏高的突变;3)年降水量呈下降趋势,存在显著的准2 a和准3 a周期;4)风速与平均气温、最高气温和最低气温呈负相关关系,均通过0.01显著性检验,风速与降水的相关性没有通过显著性检验,但风速与降水的变化趋势在20世纪60年代中后期、70年代中期到21世纪初有较好的反相位变化.     

东北地区夏季干旱的年际—年代际变化特征

利用国家气候中心提供的1951—2012年160个标准站的逐月降水和温度资料,计算了表征东北地区干旱的SPEI指数,并对该指数进行EMSD分解,研究了东北地区干旱的年际—年代际变化特征。结果表明,东北地区夏季干旱年际—年代际变化特征明显,年际变化中具有显著的准2 a、准5 a和准7 a振荡周期;年代际变化中则具有显著的准17 a和22 a振荡周期。进一步分析发现,1975—1984年和1994—2008年为相对干旱阶段,其中1994—2008年旱情比较严重,1953—1975年、1984—1994年以及2009—2012年为相对湿润阶段。Mann-Kendal检验结果表明,东北地区夏季旱涝突变发生在1975年和1994年。     

BCC_CSM1.1(m)模式对初夏东北冷涡的模拟及应用

利用1991-2017年BCC_CSM1.1（m）模式模拟数据和NCEP/NCAR逐月再分析资料,评估了BCC_CSM1.1（m）对初夏东北冷涡的模拟能力。结果表明：BCC_CSM1.1（m）模式可以对500 hPa位势高度场气候态进行模拟,均方根误差显示该模式对中国东北南部地区500 hPa位势高度场的模拟要优于东北北部地区。EOF第一模态结果显示,该模式可以较好地模拟出500 hPa位势高度场的主要时空变化特征。BCC_CSM1.1（m）模式能够模拟出近27 a东北冷涡指数的上升趋势和年际变化,但模拟的上升趋势较实况偏强,年际变率较实况偏弱。BCC_CSM1.1（m）模式能够模拟出东北冷涡指数的年代际突变,但是对突变开始时间的模拟较实况偏晚。BCC_CSM1.1（m）模式能够模拟出东北冷涡指数和500 hPa位势高度场在东北及其附近地区的显著正相关,不能模拟出东北冷涡指数与东北初夏降水之间的显著负相关。此外,模式东北冷涡指数对东北初夏降水的预测能力十分有限。     

近53a中国东部雨季降水的区域特征

利用1951-2003年中国东部114个站雨季（4-9月）降水量资料作旋转经验正交函数（REOF）展开，根据前5个旋转空间模上高载荷区分布，将中国东部地区分成5个降水气候区，即东北南部、河套地区、江淮地区、长江中下游地区及华南地区。Morlet小波分析结果表明，除了7～8a的周期外，各区还存在不同的振荡周期。长期变化趋势显示各区在53a中基本上呈两波型，东北南部、河套地区和江淮地区降水发生突变的时间为20世纪60年代末70年代初，降水下降趋势显著，长江中下游及华南地区降水突变时间为90年代初，降水有弱的上升趋势。     

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     

策勒绿洲区1960-2008年气温及降水变化特征分析

应用策勒绿洲区气象站1960-2008年逐月平均气温和降水量资料,采用线性倾向估计、Morlet连续小波、滑动t检验法分析了49 a来该绿洲区的气温、降水趋势变化、周期及突变特征.结果表明:年、四季及各月气温均呈明显的上升变化趋势,20世纪90年代开始的升温在2000-2008年达到最高,年气温线性增暖率迭O.34℃/10 a,表现出准31 a、5-8 a的振荡周期,并在1996年发生显著的暖突变;年、四季降水亦呈明显的增加趋势,增加在2000-2008年最明显,年降水量线性增加率为2.1 mm/10 a,准14 a、准8 a左右的周期十分明显,发生两次增加(1986、2001年)和两次减少(1966、1996年)突变.     

阿勒泰地区冬季降水变化特征分析

利用阿勒泰地区7个地面气象站1961—2011年51a的降水观测资料,运用线性趋势、变差分析、EOF、Molet小波变换、M—K突变检测、R／S分析法,分析了该地区近50a来冬季降水的时空变化特征。结果表明：近50a来,该地区冬季降水量存在自山区向河谷逐渐减少的分布特征,年际变化幅度由东北向西南逐渐减小;在空间分布上以全地区一致型为主,部分年份还呈现东北一西南差异分布。冬季降水量在196l一1968年处于偏多阶段,1968--1982年为偏少阶段,此后呈增多趋势。该地区降水以18a周期变化为主,20世纪70年代中后期出现8a的短周期,在90年代中期出现5a的短周期振荡。冬季降水量的突变特征并不显著。R／S分析表明该地区冬季降水量的增加趋势在未来仍将持续。     

中国近54年来夏季极端降水事件特征研究

利用1960~2013年中国6~8月无缺测的571站逐日降水资料,定义7个极端降水指数,研究中国夏季极端降水事件特征。结果表明:(1)极端降水事件空间分布存在明显的区域性差异,长江中下游地区、华南地区、西北地区表现为增加趋势,东北地区、华北地区、西南部分地区表现为减少趋势;时间分布表现出具有显著的年际和年代际变化特征,极端降水事件有增加趋势,在20世纪90年代初期有明显转折。(2)M-K检验表现出极端降水事件在20世纪90年代初发生突变,突变前(后)偏弱(强)。(3)极端降水指数周期振荡不完全一致,准15年周期振荡为主,其次是准7年周期,最强振动出现在1998年。(4)除持续干期指数外,其他极端降水指数间存在较好的相关性。     

1951—2007年华北地区夏季气温变化特征

利用1951—2007年月平均气温资料和NCEP/NCAR1951年1月—2007年12月500 hPa高度场再分析资料,统计近57 a华北地区29个台站逐年夏季气温值,运用EOF、REOF、趋势分析、Morlet小波分析、M-K突变检验及相关分析等对华北夏季气温的时空分布及其成因进行分析。结果表明：近57 a华北地区29站平均气温的空间差异较大;一致性特征是华北地区夏季气温的最主要的空间模态,在此基础上,第2种空间模态还显示出了华北地区夏季气温的南北差异;华北地区夏季气温可分为环渤海型、南方型、东北型及西部型4个主要的空间分型;近57 a来华北地区夏季气温各分区的周期振荡不完全一致,但都存在着一个准18 a的周期;20世纪90年代前中期,华北地区除Ⅱ区外,其他三区都存在着一个突变点,在突变点之后,出现了5个气温大值年,即酷暑年。我国华北地区夏季酷暑成因：从500hPa环流场来看,在欧亚中高纬地区,存在显著的正负距平相间的波列,其中最大正距平中心位于蒙古地区,说明东亚中纬度地区西风带位势高度场异常偏高,有利于引导西太平洋副热带高压北上,造成华北夏季气温升高;从我国华北地区汛期降水距平场来看,汛期降水偏少,也会导致华北夏季的酷暑天气。     

华北地区降水多时间尺度演变特征

 华北地区的水资源短缺及相关的生态环境恶化是中国亟待解决的问题之一。降水是水资源最重要的因素,根据华北地区25个测站的长期年降水量资料和15个测站历史旱涝资料,利用Mann-Kendall检验、功率谱和小波变换等方法进行的分析研究表明,华北地区的降水存在明显的准2 a振荡和准19 a周期变化特征,降水在1914和1964年发生了两次突变。历史旱涝等级时间序列有明显的4～5 a ENSO模的振荡、准10 a变化、准20 a变化和50～80 a世纪尺度特征。     

华北地区降水多时间尺度演变特征

华北地区的水资源短缺及相关的生态环境恶化是中国亟待解决的问题之一。降水是水资源最重要的因素,根据华北地区25个测站的长期年降水量资料和15个测站历史旱涝资料,利用Mann-Kendall检验、功率谱和小波变换等方法进行的分析研究表明,华北地区的降水存在明显的准2 a振荡和准19 a周期变化特征,降水在1914和1964年发生了两次突变。历史旱涝等级时间序列有明显的4～5 a ENSO模的振荡、准10 a变化、准20 a变化和50～80 a世纪尺度特征。     

晚春初夏西太平洋副高突变特征及其年际变化

根据热带印度洋和热带太平洋(22.5 S～22.5 N,42.5 E～77.5 W )1951～1995年逐月5 ×5 的海面温度距平资料,首先进行了海面温度距平的平均功率谱分析,获取赤道印度洋和赤道太平洋海面平均温度距平存在准12年和准4年的周期变化;然后,利用多维时间序列的交叉谱分析,进一步分别分析了赤道印度洋和赤道太平洋各格点上海面温度距平在准12年和准4年演变周期各格点之间的演变位相及演变落后时间,获得一些有意义的结论。     

ABRUPT CHANGES OF THE WESTERN PACIFIC SUBTROPICAL HIGH AND ITS INTERANNUAL VARIATION DURING LATE SPRING AND EARLY SUMMER

1INTRODUCTIONThesubtropicalhighpressureisthemostimportantcirculationsysteminlowlatitudes.ItisthereforeoneofthehighlyconcernedsubjectsformeteorologistsbothathomeandabroadtoaddresstheissueofthewesternPacificsubtropicalhigh(tobesimplifiedasWPSH),especiallyforsummer.Thestudyisroughlydividedintothreeaspects[1]:ThefirstonedealswiththepatternwithwhichtheWPSHvaries,whichstudiestheshape,structure,natureandtemporal/spatialchangesetc.;thesecondonediscussesawidescopeoffactorsgoverningtheactivityof…     

秦岭及周边地区夏季降水的主模态分析

基于秦岭及周边地区394站气象观测资料、欧洲中期数值预报中心(ECMWF)再分析ERA-Interim数据,利用小波和回归等分析方法,讨论了秦岭及周边地区夏季降水年际变化的主模态以及与其相联系的大气环流异常。结果表明:1)在年际变化的时间尺度上,秦岭及周边地区夏季降水主要表现为秦岭南北降水的气候差异性变化(EOF1)、黄土高原第二地形抬升带与其两侧降水的反位相振荡(EOF2)、秦岭西南部降水正异常和其东北部降水负异常变化(EOF3)和关中平原的地形降水贡献(EOF4)4个模态,其解释方差总贡献为73%,并且具有显著的2~4 a周期,其中EOF3和EOF4还具有4~8 a左右的年际变化周期。2)回归分析表明,EOF1正位相环流特征表现为200 hPa急流偏弱,中纬度槽填塞,西太平洋副热带高压强度偏弱,有来源于东海的水汽输送,使得秦岭北部降水偏多;EOF2和EOF3分别具有显著的蒙古低压和东北冷涡环流特征;EOF4的500 hPa环流异常不显著。3)根据新定义的秦岭季风指数回归分析表明,回归场的季风指数和降水模态的时间系数显著相关,秦岭北部降水偏多(少),南部降水偏少(多),反映了强(弱)季风年的年际转换。反之则具有多态性,不同年份强(弱)秦岭回归季风指数的环流形势存在较大的差异,可能触发多种降水模态和位相振荡。     

近57a夏季西太平洋副高面积的年代际振荡及其与中国降水的联系

利用1951—2007年NCEP/NCAR再分析资料及中国国家气候中心160站降水和环流特征指数,研究了近57 a来夏季平均的西太平洋副热带高压面积指数的气候变化特征及其对同期中国降水的影响。结果表明,在全球变暖的气候背景下,夏季副热带高压面积也表现出增大趋势,其中20世纪60年代中期和20世纪末显著增强,并呈现出准20 a的年代际周期变化特征。各周期中,中国同期降水及流场均出现较大调整：随着西太平洋副热带高压面积长期趋于增大,东亚夏季风异常偏弱,降水分布由＂北多南少＂转为＂北少南多＂,而降水线性增长的区域则呈现出较上一周期明显北移的特征。     

Climate Change in China from 1880 to 1998 and its Impact on the Environmental Condition

The global mean surface air temperature (SAT) or the Northern Hemisphere mean SAT has increased since the late nineteenth century, but the mean precipitation around the world has not formed a definite tendency to increase. A lot of studies showed that different climate and environmental changes during the past 100 years over various regions in the world were experienced. The climate change in China over the past 100 years and its impact on China's environmental conditions needs to be investigated in more detail.Data sets of surface air temperature and atmospheric precipitation over China since 1880 up to the present are now available. In this paper, a drought index has been formulated corresponding to both the temperature and precipitation. Based on three series of temperature, precipitation, and drought index, interdecadal changes in all 7 regions of China and temperature differences among individual regions are analyzed. Some interesting facts are revealed using the wavelet transform method. In Northeast China, the aridification trend has become more serious since 1970s. Drought index in North China has also reached a high value during 1990s, which seems similar to that period 1920s–1940s. In NorthwestChina, the highest temperature appeared over the period 1930s–1940s. Along the Yangtze River valley in central eastern China and Southwest China, interdecadal high temperature occurred from 1920s to 1940s and in 1990s, but the drought climate mainly appeared from 1920s to early 1940s. In South China, temperature remained at a high value over the period 1910s–1940s,but the smaller-scale variation of drought index was remarkable from 1880 to 1998. Consequently, the quasi-20-year oscillation (smaller-scale variation) and the quasi-70-year oscillation (secular variation) obviously exist in temperature and precipitation series in different regions over China.Climate change and intensified human activity in China have induced certain environmental evolutions, such as the frequency change of dust-storm event in northern China, no-flow in the lower reaches of the Yellow River and the runoff variation in Northwest China. On the other hand, frequent floods along the Yangtze River and high frequency of drought disaster have resulted in tremendous economic losses in the last decade in China. The primary reason for these happenings may be attributed to the evolution of the monsoon system in East Asian.