2003年淮河洪涝与西太副高异常及成因的关系

分析了2003年夏季西太平洋副热带高压的异常特征,结果表明,副高总体偏强、偏西,长时间在24 °N南北2个纬距范围内摆动,导致淮河流域30多天的连续强降水.并对2003年淮河洪涝与西太副高异常及其成因作了初步分析:(1) 南半球中高纬的冷空气活动、90 °E附近越赤道气流偏弱和赤道辐合带偏弱、偏南是造成淮河流域雨带稳定和降水集中的重要原因;(2) 6月下旬～7月上旬亚洲极涡偏强和冷空气活动可能是淮河流域出现强降水又是副高位置变化的主要影响因子;(3) 由高低空急流耦合在淮河流域产生持久的上升运动是淮河流域强降水的主要物理机制;(4) 地表潜热释放是使副高加强和维持的主要热力因子之一.     

索马里越赤道气流与淮河流域夏季降水关系的年代际增强

基于1961~2016年淮河流域172个测站逐日降水资料,分析了淮河夏季降水的多时间尺度变率,发现其具有显著的准两年周期,1990年代以来亦呈现出明显的年代际变化。EOF分析结果显示,淮河夏季降水的异常主要表现为全流域一致偏多或偏少型（第一模态）,其方差贡献高达37%。相比于长江中下游地区,淮河夏季降水与东亚500 hPa位势高度场上的EAP遥相关型关系很弱,但和对流层低层西南水汽输送有更好的对应关系,表现为从索马里半岛至淮河流域的多个正负交替的相关波列。这一波列表明当索马里越赤道气流加强时,通过热带印度洋西风的纽带作用加强了进入淮河流域的西南暖湿气流,并在淮河上空低层形成水汽辐合,造成淮河多雨,反之当索马里越赤道气流强度弱时,淮河夏季降水偏少。索马里越赤道气流和中国台站降水的空间相关同样显示出最显著的相关区位于淮河流域。进一步的分析发现,研究时段内二者关系并非稳定维持,而是表现出显著的年代际变化,近二十年来索马里越赤道气流对淮河流域夏季降水的影响明显增强,且在季节预测上的指示意义也在增强。这一增强的可能原因是索马里越赤道气流与流域南侧的经向水汽输送和西侧的纬向水汽输送的关系均发生了年代际反转,并且这两条水汽输送带对流域夏季降水的影响发生了年代际增强。     

淮河流域夏季降水异常与若干气候因子的关系

基于旋转经验正交函数分解 (REOF) 方法探讨淮河流域1961—2010年夏季降水与厄尔尼诺/南方涛动 (ENSO)、北大西洋涛动 (NAO)、印度洋偶极子 (IOD)、太平洋年代际振荡 (PDO) 之间的关系,并进一步分析各气候因子不同位相单独以及联合对淮河流域夏季降水的影响。结果表明:淮河流域夏季降水与ENSO,PDO,NAO,IOD等气候因子具有较稳定的相关性,其中,PDO和IOD是影响淮河流域夏季降水的关键因子,且PDO与夏季降水呈显著负相关关系;各气候因子的冷暖位相单独及联合对淮河流域夏季降水的影响不同,PDO的冷期以及NAO,IOD冷位相使流域北部的夏季降水量呈显著增加趋势,PDO分别联合ENSO,NAO和IOD的冷、暖位相对流域北部地区和淮河上游地区的夏季降水影响显著。     

夏季长江淮河流域异常降水事件环流差异及机理研究

长江、淮河同处东亚中纬度,天气过程的大尺度环流背景相似,大量相关研究基本是把江淮流域天气气候事件作为一个整体研究,然而对长江、淮河流域夏季降水的时空变化进行分析发现,长江、淮河流域夏季异常降水事件有各自不同的年际、年代际变化特征,但环流差异及成因并不十分清楚。本文根据中国台站降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,利用物理量诊断和现代统计学等方法,重点分析长江、淮河流域梅雨期降水异常事件发生时南北半球大气环流内部动力过程的差异及成因。研究指出:长江（淮河）流域梅雨期降水异常偏多年500 hPa位势高度场亚洲中高纬度环流呈现为南北向（东西向）的波列与东亚中高纬鄂霍茨克海阻塞频次增多（减少）以及200 hPa高度场上东亚副热带高空西风急流强度加强（减弱）、稳定（移动）有关;长江（淮河）流域梅雨期降水异常偏多年主要水汽来源与南半球澳大利亚高压、马斯克林高压位置偏东（西）造成西太平洋150°E～180°（阿拉伯海50°E～60°E）地区越赤道气流加强有关。长江（淮河）流域梅雨期异常降水事件大气环流内部动力过程最显著的差异表现为:东亚副热带高空西风急流加强（减弱）以及南半球澳大利亚高压、马斯克林高压位置偏东（西）。     

淮河流域春夏季降水位相变化特征

淮河流域的降水异常容易导致旱涝灾害。本研究从降水位相变化的角度,对淮河流域春夏季降水规律作了分析。在近50 a中,春夏季降水持续偏多的典型事件发生频次较多,强度较大。1960年代初期—1970年代末期和2000年代的两个时期内发生降水位相变化的站次都呈现减少趋势,而在近几年则显著增加。通过S-EOF分解,第1模态代表春、夏季降水持续同位相变化,其时间系数在近年来持续上升;第2模态为春夏季降水反位相变化特征,此模态的时间系数有明显的年代际变化特征。进一步研究发现:前冬和春季,当赤道太平洋持续发生El Ni1o事件,南印度洋偶极子负位相;春季东亚副热带急流偏弱,春夏季中国东部850 hPa均存在南风异常,有利于淮河流域春夏季降水持续正位相变化;持续负位相年则反之。当春季东亚副热带急流偏强(弱),夏季位置偏南(北);中国东部沿海春季海温偏低(高);春夏季间中国东南部850 hPa经向风由北(南)风异常转变为南(北)风异常,可能会导致春季降水负(正)位相—夏季正(负)位相的变化。     

2011年7月七大江河流域气候特点及降水异常成因分析

利用国家气候中心723站降水和气温资料、JRA-25和NCEP/NCAR I再分析资料数据集、NOAA气候预测中心海温资料等,采用线性趋势、动力诊断、相关分析、小波分析等方法,开展2011年7月我国七大江河流域气候特点及其变化特征研究,揭示长江流域主汛期降水异常的可能机理。结果表明：2011年7月七大江河流域降水量总体偏少,长江流域降水属异常偏少;流域气温持续气候变暖特征,以松嫩流域异常偏暖最为显著。降水变化线性趋势显示：珠江流域和长江流域为线性增加型;淮河流域为基本不变型;辽河流域、海河流域、黄河流域和松嫩流域为线性减少型。但降水具有显著年际变化外,长江流域、淮河流域、海河流域、黄河流域等具有显著年代际变化周期。2011年7月长江流域降水异常偏少的主要原因：大气对赤道中东太平洋外强迫的响应持续着La Nina的形态;副热带高压异常活动与东亚南风环流强度指数偏弱;长江流域整层水汽收支显著亏损,降水效率低。     

2007年淮河强降水时期低频环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料以及中国气象台站降水资料,研究了2007年夏季淮河流域强降水的低频振荡及其环流特征。结果表明,2007年夏季淮河流域强降水低频振荡的主要周期是10 25天。淮河流域降水强弱与对应低频周期存在联系,降水主要发生在低频周期的正位相时期,而在负位相时期结束或明显减弱。降水的低频变化一方面与副热带高压和南亚高压的低频变化有关,另一方面还受到中高纬度冷空气低频变化的影响。在低频周期的峰值位相,对流层高层出现的低频反气旋使南亚高压偏东,脊线偏北,并有利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的上升运动。中高纬地区出现大片正位势涡度,冷空气的低频活动显著偏强,南下侵入到中国淮河流域的冷空气较多,形成有利于淮河流域强降水的环流场。相反,在低频周期的谷值位相,对流层高层出现的低频气旋使南亚高压偏西,脊线偏南,不利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的下沉运动。高纬度冷空气的低频活动偏弱,南下侵入到中国淮河流域的冷空气也较少,最终形成不利于淮河流域强降水的环流场。     

2006年春季沙尘天气异常的气候背景分析及趋势预测检验

作者概述了2006年春季我国北方地区沙尘天气异常的观测特征.与2000～2005年同期相比,2006年春季,我国北方地区沙尘天气过程相对频繁,强度偏强.首先,利用NCEP再分析资料及台站观测资料,对可能影响2006年春季我国沙尘天气异常的气候背景进行了分析,结果表明:2006年春季北方地区冷空气势力较常年强,冷空气活动较频繁,这是造成2006年春季我国沙尘天气多于前几年的动力原因.此外,春季我国西北及内蒙古的沙源地区降水偏少,干旱少雨,加之春季气温偏高,在一定程度上也有利于沙尘天气的形成.利用IAP 年度数值气候预测系统对2006、2007年春季我国沙尘天气趋势的气候背景进行了预测,检验了系统对2006年沙尘趋势的预测能力,并对2007年春季沙尘天气趋势进行了展望.结果表明:预测系统较好地预测出2006年我国北方地区春季降水偏少、土壤偏干的状况,但对风场的预测与实况有一定的差距,由预测的气候距平结果推断2006年春季我国北方沙尘次数正常略偏少,与实况相反;对2007年春季的预测结果表明,2007年春季我国北方,特别是西北及内蒙古沙源地区土壤湿度偏湿,冷空气活动势力偏弱,不利于沙尘天气的形成,由此预测2007年春季我国北方沙尘趋势与常年相比略偏弱.     

嫩江、松花江流域夏季降水与水位变化分析

利用嫩江、松花江流域内的气象和水文资料，分析了该流域夏季降水的天气气候特征以及降水与水位变化的关系，利用NCAR/NCEP的再分析资料讨论了形成夏季降水天气气候特征，并分析了降水量异常时的环流状况，表明：该流域夏季多年平均降水量基本上是呈南北的带状分布，并有明显的阶段性，汛期水位变化与流域内夏季降水有密切的关系，影响该流域夏季降水的环流系数为西风带阻塞形势下的低值系统和东亚夏季风。     

基于旋转经验正交分解的流域降水气候预测误差订正方法

流域尺度的降水短期气候预测水平对流域的防灾减灾具有重要价值。为了进一步提高中国科学院大气物理研究所新一代大气环流模式IAP AGCM 4.1在淮河和长江流域夏季降水预测效果,利用旋转经验正交分解（Rotated Empirical Orthogonal Function, REOF）方法对两个流域夏季降水区域特征进行分析的基础上,建立了一个适用于流域的分区经验正交分解（Empirical Orthogonal Function, EOF）订正方案,并利用IAP AGCM 4.1气候预测系统在两个流域的夏季降水共30年（1981～2010年）的集合回报试验结果进行了订正试验。结果表明分区订正方法明显改进了模式对淮河流域的夏季降水预测水平,淮河流域的流域平均相关系数从0.03提高到了0.22。对长江流域的季度降水预报也有显著的改进效果,平均相关系数从-0.05提高到0.24。分区订正结果明显优于流域整体订正方案,证明了基于REOF分析确定降水具有强局地性特征的订正区域,能够很好地提高EOF订正方法的效果稳定性,这对其他流域降水预测的订正研究具有很好的借鉴意义。     

近10年我国降水的QBO分析

近10年来我国东部地区降水分布趋势的年际变化具有QBO特征，双年的降水为中部地区少南北多，单年的降水为中部多南北少，其中江淮流域的降水变化最明显。分析表明，降水QBO的特征与西太平洋副高和冷空气活动有关，一般双年副高偏北、亚洲纬向环流发展，雨带偏北；单年相反，副高偏南、亚洲经向环流发展，雨带偏南，江淮流域降水较多。     

基于SWAT模型分析淮河流域中上游水量平衡要素对气候变化的响应

本研究在对SWAT模型进行参数化的基础上,采用淮河干流吴家渡和鲁台子水文控制站1971-1990年和1991-2014年的月径流观测数据对SWAT模型进行了率定和验证。模拟效果评估结果显示：不论是率定期还是验证期,Nash-Sutcliffe系数Ens和确定系数R2均>0.8,相对误差Re<1%,模型能够较好地再现月尺度的降雨-径流过程。淮河中上游年径流深线性变化趋势不明显,但子流域空间差异显著,径流深上游及南部呈线性减小趋势,其他子流域呈增大趋势。从年水量平衡要素来看,蒸散量和渗漏量对水量平衡贡献最大。主成分分析表明,平均气温、降水量及蒸散量是淮河中上游水文要素变化的关键因子。剔除人为因素的影响,1971-2014年淮河中上游地区水资源量呈减少趋势,这可能是年平均气温升高、年降 水量略有减少以及年蒸散量减少综合作用的结果。本文研究成果可为淮河中上游水资源管理和相关政策的制定提供技术支撑。     

不同纬度天气尺度扰动影响2020年夏季梅汛期降水的数值模拟

利用观测资料和区域气候模式RegCM4.6,研究了高纬和低纬天气尺度扰动对2020年梅雨期降水的可能影响.观测分析表明:2020年6月、7月长江中下游降水在周期上表现为10 d以下的天气尺度扰动,在降水过程中存在多次中高纬度天气尺度扰动的南传与低纬扰动的北传.在此基础上,设计改变不同纬度天气尺度扰动(＜10 d)输入的...     

Changes of atmospheric water vapor budget in the Pearl River basin and possible implications for hydrological cycle

In this study, we thoroughly analyzed abrupt behaviors, trends, and periodicity properties of water vapor flux and moisture budget entering and exiting the four edges of the Pearl River basin based on the NCAR/NCEP reanalysis dataset by using the continuous wavelet transform and the simple two-phase linear regression technique. Possible implications for hydrological cycle and water resource management of these changes are also discussed. The results indicate that: (1) the water vapor propagating through the four edges of the Pearl River basin is decreasing, and it is particularly true for the changes of the water vapor flux exiting from the north edge of the study river basin. The transition point from increase to decrease occurs in the early 1960s; (2) The wavelet transform spectra indicate that the monthly water vapor flux through the north edge decreases and this decrease is mainly reflected by intermittent distribution of the wavelet power spectra after early 1980s. The periodicity properties of the water vapor flux through the north edge imply that the northward propagation of water vapor flux decreases after the 1980s; (3) close relations between water vapor flux, precipitation and streamflow implies that the altered hydrological cycle in the Pearl River basin is mainly manifested by seasonal shifts of water vapor flux after early 1960s. One of the direct consequences of these changes of water vapor flux is the seasonal transition of wet and dry conditions across the Pearl River basin. Regional responses of hydrological cycle to climate variation/change could be different from one river basin to another. Hydrological responses of the Pearl River basin to the global warming are mainly demonstrated by seasonal shifts of precipitation changes: winter comes to be wetter and summer tends to be dryer. The finding of the seasonal transition of precipitation in the Pearl River basin is of great scientific and practical merits in basin scale water resource management in the Pearl River basin under the changing climate and global warming in particular.     

作物生长对流域水文过程与区域气候的影响

利用区域气候模式RegCM3以及考虑作物生长过程的耦合模式RegCM3_CERES对东亚区域进行20年模拟,研究作物生长对流域水文过程与区域气候的影响。结果表明：考虑作物生长过程的耦合模式模拟海河流域、松花江流域、珠江流域多年平均降水效果明显改进,在除黑河流域外的各流域模拟的温度负偏差有所减小,其中在海河流域、淮河流域的夏季改进尤为明显。各流域夏季（6、7、8月）月蒸散量最高,其中长江流域、海河流域、淮河流域、珠江流域的夏季月蒸散量基本上在100 mm左右,并且七大流域蒸散发的季节变化趋势跟总降水基本一致。多数流域考虑作物生长过程的耦合模式模拟得出蒸散发减少且进入的水汽增加,导致局地水循环率减小;黑河流域与黄河流域降水有所增加,其他流域均有不同程度的减小。针对长江流域,比较耦合模式RegCM3_CERES与模式RegCM3模拟结果显示,叶面积指数减少1.20 m²/m²,根区土壤湿度增加0.01 m³/m³,进而导致潜热通量下降1.34 W/m²（其中在四川盆地地区减少16.00 W/m²左右）,感热通量增加2.04 W/m²,从而影响到降水和气温。     

气候变化影响下极端水文事件的多变量统计模型研究

以黄河流域太原气象站和淮河流域鲁台子水文站为研究对象,利用Copula函数构建气候要素（降水）同极端水文事件（干旱和洪水）之间的多元统计模型,分析不同降水条件下不同等级干旱和洪水的发生概率变化。结果表明,Gumbel Copula能够较好地描述太原站7月份的前期累加降水量和帕默尔干旱指数（PDSI）的相关结构。随着降水量的增加,极端干旱的发生概率逐渐减小,重旱、中旱和轻旱的发生概率则先增加后减小。Clayton Copula能够较好地描述鲁台子水文站前期累加降水量和洪峰流量之间的相关结构。当前期累加降水量大于等于某一定值时,随着年最大洪峰x的增大,发生洪峰≥x的极端洪水事件的概率逐渐减小。在同一个极端洪水发生概率下,前期累加降水量越大,洪峰流量出现大值的可能性越大。     

The dynamical effects of divergent wind on the intraseasonal variability of the East Asian circulation

In this paper, the dynamical effects of divergent wind on the intraseasonal variability of atmospheric circulation over East Asia are analyzed by using the function of Rossby-wave source and the energy exchanging function be-tween divergent component and rotational component of the flow.The results analyzed from the observed data show that the advection of vorticity by divergent wind caused by the heating due to the monsoon rainfall in the south to the Yangtze River and the strong convective activities around the Philippines may play an important role in the northward jump of westerly jet stream during the seasonal transition from spring circulation to summer circulation over East Asia. Due to the northward movement of the advection of vorticity by the divergent wind, the energy transformation from divergent component into rotational component can be caused over the Yellow River basin and Northwest China and will cause the intensification of the zonal flow there. Thus, the jet stream abruptly shifts northward to North China.Moreover, the analysed results also show that the advection of vorticity by divergent wind caused by the heating due to the strong convective activities around the Philippines also plays an important role in the intraseasonal varia-bility of the circulation over East Asia during the seasonal transition from summer to winter. With the southward movement of the advection of vorticity by the divergent wind, the energy transformation from divergent component into rotational component can be caused over East Asia, especially over the Yangtze-Huaihe River basin. Therefore, the jet stream gradually moves southward from North China to the Yangtze River basin.