关于我国夏季气候年代际变化特征及其可能成因的研究

利用我国160个台站1951～2000年夏季(6～8月)降水和气温观测资料,以及NCEP/NCAR海温、风场和水汽的再分析资料,分析了我国夏季风降水和气温的年代际变化特征及其可能成因.分析结果表明,我国夏季降水有明显的年代际变化,在1976年前后发生了一次明显的气候跃变,从1977年到2000年夏季长江流域的降水明显增加,而华北地区和黄河流域夏季降水明显减少,出现了严重干旱.分析结果还表明,我国西北地区降水的振荡位相要超前于华北地区降水振荡位相5～8年,华北地区气候年代际时间尺度变化是从1977年起降水减少,气温上升;但西北地区从20世纪70年代开始,则温度升高,降水增多.此外,分析结果也表明我国气温同样有年代际变化,但不如降水年代际变化明显.作者还从热带太平洋SST(海面温度)的年代际变化及其对中印半岛和东亚上空水汽输送的影响,分析了上述我国气候年代际变化的可能成因.分析结果表明,热带中东太平洋的SST也有明显的年代际变化,从1976年以后热带中东太平洋海水明显增暖,出现了明显的"类似El Nino型"的SST距平分布,呈现出"年代际的El Nino现象".这种海温异常分布减弱了亚洲夏季风,从而减弱了从热带太平洋、中国南海和孟加拉湾向东亚的水汽输送,造成水汽输送在长江流域辐合,使到达华北地区的水汽大大减弱,因此引起长江流域降水明显增加,而华北地区明显减少,出现了持续性严重干旱.     

中国东部夏季水汽输送的年代际变化特征

基于1948—2012年NCEP/NCAR月平均再分析资料,采用9 a滑动平均、EOF分析及合成分析方法,研究了我国东部夏季水汽输送的年代际变化特征。结果表明:6—8月水汽输送由强转弱发生在1975年前后,水汽输送异常显著区域主要位于东部地区;6月南海到我国东部地区的水汽输送存在年代际变化,7月孟加拉湾、南海和西太平洋(8月印度洋、南海和西太平洋)到我国东部的水汽输送同样存在年代际变化;6—8月年代际变化前后水汽输送矢量分布与相应月份水汽输送通量年代际特征向量场的空间分布基本一致;显著的水汽通量散度辐合区位于华中以西经华北到东北地区,长江以北水汽辐合(辐散)异常显著区域由风场的辐合(辐散)异常和水汽平流异常共同造成,长江以南地区水汽辐合(辐散)异常显著区域主要由风场的辐合(辐散)异常造成。     

1990年代末东亚北部地区夏季水汽输送年代际变化特征及其影响机制

利用1983～2011年降水量、环流和海温的再分析资料,探讨了东亚北部地区夏季水汽输送的年代际变化特征,并分析了前冬北大西洋海温对东亚北部地区夏季水汽输送与大气环流的可能影响。研究结果表明,20世纪90年代末期东亚北部地区夏季整层水汽与降水年代际的变化特征相一致,整层水汽通量的年代际变化主要是由于纬向水汽输送异常作用的结果。东亚北部地区（35°～55°N,90°～145°E）西边界的水汽输送通量由多变少,东边界的水汽输送通量由少变多特征则直接导致了该地区降水由偏多转为偏少的年代际变化。就外强迫海温角度来说,前冬北大西洋海温跟东亚北部地区夏季500 hPa高度场、850 hPa风场和850 hPa比湿均显著相关。同时,在20世纪90年代中后期前冬北大西洋海温也表现出由偏低向偏高转变的年代际变化特征,且由于海温自身的记忆性前冬的海温异常一直延续到夏季。并在夏季激发出横跨北大西洋和欧亚大陆中高纬度地区的大西洋-欧亚（AEA）遥相关结构,并进一步影响东亚北部地区夏季水汽输送。     

江南雨季降水季节内演变及其年际、年代际变化特征

利用1961—2008年逐日降水资料,在对比我国东南部各地区气候态降水特征的基础上,着重探讨了江南地区(110~120°E、24~30°N)雨季降水的季节内变化特征及其年际、年代际变化规律。结果表明:1)江南雨季气候态降水的季节内变化具有明显的双峰型特征,两个峰值集中期分别是4、6月中旬前后。4月中下旬第一个降水峰值率先出现在江南地区,之后峰值降水南移,于6月上中旬华南地区达峰值集中期,之后强降水才逐渐北移,6月中下旬又回至江南地区,使江南地区降水达第二个峰值集中期。2)我国江南地区区域平均的双峰降水与4—6月的实际降水之间的相关系数达0.69,这表明双峰型降水确实反映了江南雨季降水的季节内演变特征。3)江南雨季降水双峰型的季节内变化特征具有明显的年际、年代际变化周期。年际变化周期为2~3 a,强信号主要集中在20世纪60年代后期到70年代中期以及80年代中期到21世纪初;年代际变化周期约为8~10 a,在整个时间域上都存在,最强信号集中在80年代初到90年代末期。4)年代际尺度上,江南雨季降水的季节内变化特征(双峰型态)具有隔代显著的特征,即20世纪60、80年代及21世纪初双峰型特征显著,而20世纪70、90年代双峰型特征不显著。     

中国西部冬季降水年际与年代际变化的水汽输送差异

中国西部地区是著名的气候脆弱区,降水的多寡对其影响十分巨大。尤其是在全球变暖的背景下,西部地区的增暖、增湿异常显著,随之而来的西部地区气候变化也越来越受到关注。本研究主要分析了中国西部地区冬季降水的时空变化特征,结果表明:该地区冬季降水的最主要模态具有全区一致变化的特点,并且在20世纪80年代中期出现了一次显著的年代际突变,突变之后中国西部地区冬季降水明显增多。大气环流和水汽输送的分析结果显示,引起西部地区冬季降水年际和年代际变化的因子有着明显的差异。其中西风带水汽输送是影响西部地区冬季降水年代际变化的主要原因;而影响西部地区冬季降水年际变化的水汽则主要来自于阿拉伯海西南向的水汽输送;而且在不同年代际背景下,影响中国西部地区冬季降水的主要水汽输送通道是一致的。这些说明西部降水的预测必须要分不同时间尺度进行研究,短期气候预测需要综合考虑年际变化、年代际变化以及气候长期变化背景才会更为合理和可行。另外,西部降水年际变化因子在不同年代际背景下的稳定性,为建立该地区持续稳定的年际预测模型奠定了科学基础。     

季风湿润区夏季水汽收支的年代际变化特征

采用1983—2002年NCEP/NCAR再分析资料和我国660站降水资料,对我国东部季风湿润区夏季水汽收支变化与大气环流和我国降水异常特征的关系进行研究。结果表明:20世纪80—90年代夏季水汽收支时间序列表现出明显的年代际变化增加趋势,与降水时间序列的相关系数为0.71;水汽收支高值、低值年代不仅能够指示季风湿润区经向风的异常变化,还能够指示东亚夏季风的强弱和降水异常变化。合成的水汽输送年代际异常在东亚—西太平洋区表现为4个异常环流,异常水汽通量辐合区位于长江流域及以南地区。水汽收支高值年代,亚洲大陆高纬度地区低压偏弱,大陆表面温度及西太平洋海温偏高,我国东部沿海盛行异常偏南风,低层气流辐合、高层气流辐散强,垂直上升运动强烈;低值年代则相反。合成的经向水汽收支占总收支的71.3%,合成的异常降水量最大达100 mm以上。     

冬季北半球大气低频环流型的年际变化特征

采用NCEP/NCAR逐日再分析资料,利用31点数字滤波器提取了58个冬季(1951/1952-2008/2009年)的500 hPa高度场低频分量,通过经验正交函数分析方法定义了6种低频环流型.从逐年低频环流型的差异和低频环流型系数两个角度分析低频环流型的年际变化特征;给出了58个冬季的主要低频环流型并分析了逐年低频...     

长江流域夏季气温变化型及其成因Ⅱ:年代际变化

采用中国气象局整编的气温资料、ERA再分析资料、哈得来中心月平均海温资料,分析了长江流域夏季气温的变化型在年代际时间尺度上的形成机理.结果表明:长江中下游地区夏季气温呈现出全区一致、南北反相以及东西反相3种分布型;年代际尺度变化与年际尺度变化共有相同的空间型;特别有趣的是,长江流域夏季气温变化的第3模(EOF3)的时间...     

华北雨季降水年代际变化与水汽输送的联系

本文基于1961～2018年华北地区均一化逐日降水资料和ECMWF（欧洲中期天气预报中心）ERA5全球再分析环流资料,采用一种综合考虑降水量和西太平洋副热带高压脊线影响的雨季监测标准,计算了华北雨季起讫日期和降水量,在此基础上讨论了华北雨季季节内进程的水汽输送特征。重点分析了降水量与水汽收支的年代际变化关系,揭示了水汽输送的时空变化规律及其对华北雨季降水的影响。研究结果表明:（1）华北雨季每年的起讫日期不同,从而每年雨季发生时段和季节内进程不同。（2）降水的形成与水汽输送及其辐合密切相关,有四个水汽通道维持华北雨季降水,即印度季风水汽、东亚季风水汽、110°E～120°E之间越赤道气流向北的水汽输送和40°N附近中纬度西风带水汽。（3）华北雨季降水和净水汽收支具有相似的年代际变化特征,分别在1977、1987、1999年发生突变,总体呈现“减—增—减”的阶段性变化趋势,两者位相转变相关性很强。（4）水汽输送的强弱和到达华北时间的早晚均对雨季降水多寡有重要影响。华北多雨年代与少雨年代水汽通量有明显的差异,主要表现在:在多雨年代,西北太平洋为反气旋式环流异常,偏南水汽强盛,并且与中高纬西风带异常偏西水汽汇聚于华北,华北地区水汽辐合偏强;考虑季节内进程,水汽到达华北的时间早、强度大,停留时间长、辐合强,减弱的时间晚;而在少雨年代,我国东北地区、朝鲜半岛及日本海附近为气旋式环流异常,华北地区由南向北的水汽输送偏弱,水汽辐散明显加强;季节内进程表现出与多雨年代相反的特征。（5）考虑华北地区四个边界的水汽收支,南边界和西边界有最大、次大水汽输入,二者的年代际变化是影响雨季降水年代际变化的重要因素。在多雨年代,南边界和西边界水汽净输入很强,但北边界的输出也很强;在少雨年代,南边界和西边界水汽净输入很弱,但北边界转为输入,这是区别于多雨年代的重要特征。     

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。     

华南持续性强降水期间低频非绝热加热对低频环流的影响

利用站点降水资料和再分析资料针对华南地区5—8月的持续性强降水过程,分析了低频异常非绝热加热的时空分布特征及其对低频大气环流的可能反馈作用。得到如下结论:5—6月和7—8月华南持续性强降水期间10—30 d低频非绝热加热的演变特征有所不同,5—6月持续性强降水发生前低频非绝热加热大值区从30°N(107°—115°E)以北向南传播发展至华南地区,而在7—8月降水前非绝热加热大值区从中国南海中部向西北方向传播,并在降水最强盛期到达华南。异常环流型控制着持续性强降水的强度和位置,从而决定异常凝结潜热的演变特征。异常凝结潜热则是通过影响涡度倾向变化而对大气环流有一个反馈作用。对于发生在华南5—6月和7—8月的这2组持续性强降水过程,当降水处于发展阶段,在低频非绝热加热作用项和低频涡度平流项的共同作用下,华南上空中层存在显著的10—30 d低频正涡度倾向变化,有利于低频气旋式环流的进一步发展。非绝热加热作用项主要由加热率的垂直梯度决定,涡度平流项则与气候背景风场有密切关系。5—6月持续性强降水期间涡度平流项位于非绝热加热项东侧,而7—8月持续性强降水期间涡度平流项位于非绝热加热项北侧。在持续性强降水的衰亡期,由于非绝热加热项和涡度平流项转为负值,华南被负涡度倾向变化控制,低频气旋式环流迅速消亡。     

影响海南岛的台风降水及水汽输送源地分析

利用1986—2016年中国气象局台风最佳路径资料、海南岛区域站降水数据以及基于拉格朗日方法的轨迹模式对近30 a影响海南岛的台风降水和大气环流特征进行分析,并探讨了台风影响降水期间水汽输送通道和源地。结果表明：6—10月是台风影响海南岛的主要时段,也是台风降水主要时段。在台风降水偏多(少)年,长江以南地区冷空气影响偏弱(强),副热带高压偏弱(强),南支槽偏强(弱),低层水汽通量场呈现异常气旋性(反气旋性)环流。降水偏多年,海南岛受到来自西北太平洋异常东北气流与印度洋、孟加拉湾的异常偏强西南气流影响;降水偏少年,水汽主要来自西太平洋的偏东气流和南海较弱的西南气流。海南岛台风降水的四个主要水汽源地分别为西太平洋、孟加拉湾、南海和印度洋,在台风降水偏多年,水汽输送贡献最大的是西太平洋和孟加拉湾,分别为33%和30%,来自东西两路的水汽供应充足,而在偏少年西太平洋水汽输送贡献最大,为38%,其余水汽源地贡献均在30%以下,以110°E以东的水汽输送为主。     

天津市夏季降水日变化特征

利用1954－2007年天津市夏季逐时自记降水资料,分析了天津市夏季降水（包括逐小时降水量、降水频次、降水强度以及不同持续时间降水）日变化规律。结果表明：天津市一日内不同时次的多年累积降水量具有显著的日变化特征,呈明显的双峰型,高值分别出现在午后17时和午夜02时。逐小时降水强度与降水量的变化特征非常一致,而多年累积降水频次在凌晨02时至08时较高,之后至11时逐步降低,11时至24时变化不大。降水量与降水频次及降水强度的关系均达到显著性水平（P < 0.001）,但逐小时降水强度与降水量相关性明显高于降水频次,表明降水量变化与降水强度有直接的关系,而降水频次对累积降水量的贡献占较小的权重。持续不同时间降水事件的发生次数在一日内的变化特征明显不同,长时性降水峰值集中在清晨,而短时性降水尤其是1-3 h降水主要以午后为主。     

1960—2016年中国北方半干旱区盛夏降水时空变化及其水汽输送特征分析

基于气象台站降水观测资料,本文分析了1960—2016年半干旱区盛夏（7、8月）降水量时空变化特征,探讨了典型降水量时空分布型与大气环流及水汽输送的关系。结果表明,1960—2016年半干旱区7月和8月降水量的主导空间模态均可归纳为“区域一致型”和“区内反向型”。“区域一致型”时间序列显示1960—2016年7、8月降水量均呈减少趋势,但8月减少趋势更明显。这一时间序列与大气环流及水汽通量输送之间相关性分析显示,欧亚遥相关以及中纬度西风气流与7月降水量变化密切相关;而西太平洋副热带高压是影响半干旱区8月降水量变化的主要原因。相较而言,“区内反向型”年际变率较小但年代际变化明显,当北方半干旱区受反气旋性环流控制时,易形成北方半干旱区西部地区降水偏多而东部地区偏少的格局。     

2017年湖南一次极端降雨过程特征及成因分析

2017年6月22日-7月2日湖南出现了一次罕见的大范围持续暴雨、大暴雨过程,持续强降雨造成了重大人员伤亡和财产损失。本文利用地面常规探测资料、自动站资料和NCEP/NCAR再分析资料,对此次极端降雨过程的成因进行了分析。结果表明：（1）过程发生在单阻型稳定背景条件下,西太平洋副高较常年位置偏南,带状副高与北方冷涡对峙,导致了梅雨锋雨带在湖南摆动;（2）高低空急流加强了低层辐合高空辐散的动力作用,同时高能高湿激发了对流不稳定的产生,为大暴雨产生提供了动、热力条件;（3）水汽异常偏高,整层可降水量超过常年同期1-2个标准差,其大值区的演变与实际强降水区域对应较好;（4）湖南地形对降水有一定的增幅作用,地形坡度绝对值与降水量变化十分吻合,地形变化越剧烈降水强度越大,且在地形复杂的2个山峰之间区域通常对应着降水的峰值。     

西北区东部春季降水及其水汽输送的低频振荡特征

使用1962—2002年逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,考察了西北地区东部春季降水及其水汽输送的低频振荡特征。通过定义并计算相对比例系数prpt,并结合统计检验,证实了春季西北地区东部、华北和长江下游地区30~60天周期的相对重要性和显著性。2002年个例分析表明,以银川站为代表的西北地区东部春季降水和水汽通量散度具有显著的20~60天振荡周期,并且在4,5月份季节转换时期显著增强;在降水处于正位相时,低频水汽主要来自东面海上的向西输送和南海北部沿高原东侧的向北输送,低频波表现为明显的向东传播。多年资料分析表明,多雨年季节内振荡较强、反之较弱;主要周期尺度有所不同,低频降水与水汽输送具有很好的对应关系,但也存在一定差异。年代际变化特征突出,表现在从20世纪70~80年代初季节内振荡特征不明显,低频降水与水汽输送之间的一致性相对较差,显示出气候异常对低频振荡的影响。     

Revisiting the second EOF mode of interannual variation in summer rainfall over East China

The second EOF(EOF2) mode of interannual variation in summer rainfall over East China is characterized by inverse rainfall changes between South China(SC) and the Yellow River-Huaihe River valleys(YH).However,understanding of the EOF2 mode is still limited.In this study,the authors identify that the EOF2 mode physically depicts the latitudinal variation of the climatological summer-mean rainy belt along the Yangtze River valley(YRRB),based on a 160-station rainfall dataset in China for the period 1951-2011.The latitudinal variation of the YRRB is mostly attributed to two different rainfall patterns:one reflects the seesaw(SS) rainfall changes between the YH and SC(SS pattern),and the other features rainfall anomalies concentrated in SC only(SC pattern).Corresponding to a southward shift of the YRRB,the SS pattern,with above-normal rainfall in SC and below-normal rainfall in the YH,is related to a cyclonic anomaly centered over the SC-East China Sea region,with a northerly anomaly blowing from the YH to SC;while the SC pattern,with above-normal rainfall in SC,is related to an anticyclonic anomaly over the western North Pacific(WNP),corresponding to an enhanced southwest monsoon over SC.The cyclonic anomaly,related to the SS pattern,is induced by a near-barotropic eastward propagating wave train along the Asian upper-tropospheric westerly jet,originating from the mid-high latitudes of the North Atlantic.The anticyclonic anomaly,for the SC pattern,is related to suppressed rainfall in the WNP.     

北半球夏季热带季节内振荡影响我国夏季降水的规律和预测方法

利用1979—2018年夏季逐日观测和再分析数据,对北半球夏季热带季节内振荡影响我国夏季降水的规律和预测方法开展了研究。首先,利用非传统滤波即异常相对倾向（Anomalous Relative Tendency,ART）方法获取了气象要素的次季节变化分量,并采用EOF分析方法提取了北半球夏季热带主要季节内振荡信号,结果表明向外长波辐射（Outgoing Longwave Radiation,OLR）异常相对倾向EOF前两个模态共同反映了北半球夏季起源于印度洋并向东和向北传播的、具有30~60 d周期的季节内振荡（Boreal Summer Intraseasonal Oscillation,BSISO）信号。回归分析表明,该季节内振荡信号能够导致当地及其北面地区低层风场和位势高度场异常,影响该地区及其北面地区的水汽辐合辐散,从而能引起我国尤其是我国南方地区季节内旱涝变化,并一定程度上反映了我国异常雨带的向北推进过程。而后,将提取的热带主要季节内振荡信号作为预测因子,将降水异常相对倾向作为先行预板对象,利用多元线性回归方法构建了我国夏季旬降水异常相对倾向的预报模型,将预报的旬降水异常相对倾向加上观测已知的降水近期背景距平,从而得到旬降水距平的预报结果。通过历史回报和交叉检验,评估了该模型对梅雨期我国江淮流域降水（包括2020年梅汛期异常降水）的次季节预测能力。     

2010年7~8月东北地区暴雨过程的水汽输送特征分析

本文根据影响天气系统和雨带位置的不同将2010年7~8月东北地区出现的22个暴雨日划分成了三类暴雨,在以欧拉方法分析了各类暴雨的水汽输送和收支的基础上,利用基于拉格朗日方法的轨迹模式(HYSPLIT v4.9),模拟计算了各类暴雨的水汽输送轨迹、主要通道以及不同源地的水汽贡献。结果表明,影响暴雨的水汽输送通道有三支,一支是沿西太平洋副高边缘东南气流的水汽输送,另一支是起源于南海北部向北偏东气流的水汽输送,第三支是西风带西北气流的水汽输送。第一类暴雨中,来自于西太平洋通道和南海通道的水汽输送大体相当,均很重要,两者可以占总水汽输送的87.4%。第二类暴雨中,水汽输送路径偏东,西太平洋通道的水汽输送贡献可达近70%。第三类暴雨中,虽然西太平洋通道水汽输送仍占主导地位,但北方通道的水汽输送也变得不可忽视。西太平洋通道的水汽沿途损失较小,并主要被输送到东北地区850 hPa及以下的大气之中,而南海通道的水汽沿途损失较多,与北方通道的水汽一样,主要被输送到东北地区850 hPa以上的大气之中。