2013年长江中下游夏季高温干旱演变过程及环流异常成因简析

利用改进的CIn指数,结合NCEP/NCAR再分析资料,逐候分析2013年夏季长江中下游地区高温干旱演变过程和高温异常成因。结果表明：改进后的CIn指数能够准确识别此次干旱过程,整体持续时间近一个月。旱情从7月第4候湖南南部开始,8月第3候干旱程度最强,特旱中心位于湖南省中东部,浙江省为高温中心,8月第4候旱情得到缓解。在干旱成因上,极涡位置异常偏西,影响长江中下游地区冷空气偏弱,南亚高压东伸与西太平洋副热带高压西伸明显;鄂霍次克海至菲律宾一带呈较强的EAP遥相关型,其中长江中下游地区位势高度的正异常加强了西太平洋副热带高压的中心强度并使其位置偏西;乌拉尔山地区的阻塞高压与西太平洋副热带高压相对峙,有利于西太平洋副热带高压长期稳定地控制在长江中下游地区;同时欧亚大陆与西太平洋海陆温差增大,东亚夏季风偏强,西太平洋副热带高压异常偏北,长江中下游地区下沉气流强盛,在西太平洋副热带高压和南亚高压共同作用下,造成持续的高温干旱过程。     

2022年长江中下游夏季异常干旱高温事件之环流异常特征

2022年夏季长江流域发生了建国以来最为严重的干旱高温气候事件,对当地工农业生产、居民生活、生态安全等造成严重影响。为深入认识这次干旱高温气候事件发生的原因和改进气候预测技术,利用1951—2022年2400多测站气温、降水数据和NCEP/NCAR再分析数据等资料,采用T-N波作用通量、视热源Q₁(Q₂)诊断和合成分析、距平分析等方法,从大气环流异常的角度进行综合分析。主要结论如下：(1)2022年夏季,500 hPa源自北大西洋地区的扰动异常偏强,在沿中高纬西风带向东传播时引发了明显的大槽大脊活动,波动能量主要沿西风带向东传播,没有出现在东亚向东南方向传播的特征,造成冷空气活动位置偏北,很难影响到长江流域。(2)2022年夏季,500 hPa高度场在青藏高原上空出现明显正距平扰动,尤其8月扰动进一步加强,东移到长江流域,诱发西北太平洋副热带高压西伸,使得副热带高压呈现东西带状分布。副热带高压(简称“副高”)西部完全控制了长江流域地区,一方面副高阻挡了北方冷空气南下,另一方面副高长时间维持下沉运动,不利于降水发生,有利于下沉增温。(3)202...     

6月长江中下游降水和春季东亚季风区土壤湿度的关系

利用美国气候预测中心(CPC)土壤湿度资料、中国台站观测降水资料以及NCEP/NCAR再分析的风场和气温资料,在去除了降水资料中的ENSO信号的影响后,分析了6月长江中下游降水和春季东亚季风区土壤湿度的关系。结果表明,长江中下游6月降水和前期春季土壤湿度存在很显著的正相关关系。进一步分析表明,当中晚春(4—5月)长江中下游地区的土壤湿度偏高(低)时,晚春(5月)长江中下游上空低层气温偏低(高),从而导致东亚季风区的海陆温差减小(增加)。海陆温差的减弱(增强)使得6月东亚夏季风较常年偏弱(强),伴随的风场异常主要体现在长江以南地区为南风(北风)异常所控制,而长江以北则为北风(南风)异常,从而使得长江中下游存在着异常辐合(散),最终导致长江中下游降水量较常年偏多(少)。     

淮河流域冬春季土壤温湿度异常对夏季降水的影响及其应用的研究

夏季降水异常与前期环流、下垫面异常有密切的关系 ,文中重点研究了淮河流域前期下垫土壤温、湿度异常对夏季降水的影响。提出了一种动力与统计相结合寻找影响降水的因子的方法 ,通过将大气中的热量、水汽收支方程与一个简化的两层土壤温度、湿度方程相结合 ,并依据月尺度大气环流的演变特征 ,推导出月降水距平与 5 0 0hPa月平均高度距平场、土壤深浅两层温、湿度的关系 ;并利用台站观测资料 ,使用统计反演方法确定方程中各项的系数和量级 ,从而找出影响降水的主要土壤温、湿度因子 ;利用统计方法建立这些因子与淮河流域夏季降水异常之间的简单线性预报方程 ,并对 1982～ 2 0 0 0年淮河流域夏季降水趋势进行回报 ,结果表明 :对淮河流域夏季降水趋势的预测有很好的效果 ,且更加明确了土壤温、湿度因子与降水异常之间的动力学联系。     

土壤温湿异常对短期气候影响的数值模拟试验

本文介绍了用IAP气候模式进行关于土壤温度异常和土壤湿度异常的敏感性试验研究,异常区域都取在中国范围内。其中关于土壤温度异常的影响,我们进行了初值异常和固定异常两种试验,而对土壤湿度异常的影响则进行了初始异常的试验。结果表明,土壤温度的初始异常一天以后基本消失,而固定的土壤温度异常和土壤湿度的初始异常对短期(一个月左右)气候有明显影响。土壤温度的影响主要在异常区内及其南部相邻区域,土壤湿度异常的影响则可以以长波波列形式向外传播到很远距离处。     

1985年夏季长江和黄河流域降水异常成因的数值分析

1985年，赤道东太平洋地区海温全年为负距平，冷水范围宽广；赤道西太平洋大部分地区为海温正距平区，距平值在0.5℃左右。该年盛夏我国华南、华中和江淮流域相继出现干旱高温天气，江淮地区6月份的降水不及常年的一半。本文应用中国科学院大气物理研究所的两层大气环流模式（IAP-AGCM）,分别以观测得到的1985年赤道东太平洋和赤道西太平洋月平均海表温度场为外强迫源进行了两个区域海温异常的敏感性试验，分析了造成1985年夏季华南、华中和江淮流域干旱，而华北多雨的原因。另外，为了便于分析和比较，本文还以气侯平均的海     

夏季赤道东太平洋海温异常对全球及东亚短期气候变化影响的数值试验

本文应用中国科学院大气物理研究所设计的两层大气环流模式（IAP-AGCM）研究了夏季赤道东太平洋地区负的海温异常对全球大气及赤道太平洋地区和东亚局地短期气候变化的影响，着重分析了海温异常（SSTA）所造成的降水、高度场、风场以及赤道太平洋地区海表感热和潜热输送等一些物理场的异常，并对赤道东太平洋海温异常影响全球及赤道太平洋和东亚局地短期气候变化的物理机制进行了探讨，得到了一些有意义的结果。     

长江中下游平原2022年高温干旱复合型极端事件的影响因子分析

基于ERA5和ERA5-LAND再分析资料,利用水量平衡分解法,将净降水量(降水量减蒸发量,P-E)的变化分解为热动力贡献、热力学贡献和涡动贡献,分析了2022年发生在长江中下游平原的极端干旱事件的机理和演变过程,并将其与2013年同样发生在长江中下游的高温干旱事件进行对比分析。净降水量分析表明,2022年长江中下游平原汛期前期(5—6月)干旱主要由降水量减小导致,水量平衡分解分析显示,湍流涡动与平均环流变化的贡献是早期干旱的主要因子;中期(7—8月)的高温增强了地表蒸散发,尤其是裸土蒸发的增强,加剧了干旱程度,水量平衡分解显示,表征温度升高引起的水汽含量变化的热力贡献对干旱加剧的贡献最大;后期(9—10月)高温进一步引发平均环流变化导致的热动力贡献延长了干旱持续时间。而2013年的高温干旱为高温引发的热力学贡献主导,持续事件短,干旱程度弱。本文对2022年发生在长江中下游平原的高温干旱复合型极端事件的发展和演变过程的剖析,可为湿润区极端高温干旱事件的预测预警提供参考。     

海温异常对降水异常影响的数值试验

利用球圈范围的初始方程模式和1991年6～7月海温距平分布，研究海温异常对我国东部地区、西北地区、青藏高原附近地区以及南亚和其它降水变化明显区的影响。结果表明，除远离海洋的内陆地区外，按照类似于实际海温距平模拟出的降水场分布与实况基本一致。特别是考虑了阿拉伯海和太平洋东部的海温距平中心后，我国的东部、青藏高原附近及印度半岛等地的降水模拟得比较成功。文章最后指出，降水异常是与海温异常造成的环流异常有关。     

四川省2006年盛夏罕见高温干旱分析

2006年盛夏,四川省盆地区发生严重的高温干旱,本文利用实时和历史资料对该区域、该时段的气候特点作了综合分析.盛夏异常高温出现时间早,高温日数持续时间长,高温天气影响范围广.8月中旬为全盆地高温最严重时段,广安市出现全省高温中心.9月1日,华蓥山市的日最高气温再创新高,达43.6℃,为全省最高值.盛夏盆地降水为1961年以来历史最小值,旱区连续无降雨日数显著偏多,南充、广安、遂宁是省高温干旱最严重地区.通过对四川盆地16个测站46年(1961年～2006年)7～8月平均气温资料和46年7～8月盆地100多站平均降水量资料进行Mann-Kenall统计方法分析,盆地7～8气温,20世纪70年代属于高温阶段,20世纪80年代开始下降属于低温阶段,90年代中后期开始上升,但上升幅度慢于盆地秋季和冬季气温,2006年夏季处于上升期内.对盆地7月平均降水量进行分析判断,20世纪70年代后期到20世纪90年代初期属于峰值区;20世纪90年代中后期开始缓慢下降,2006年处于低谷区.     

长江中下游沿江地区夏季旱涝分型及预测

对1961-2000年长江中下游沿江地区8个站夏季（6-8月）累积降水距平进行EOF分析，根据有三个特和下向量将长江中下游沿江地区旱涝趋势异常分成4种主要空间型：旱型、涝型、东旱西涝型、东涝西旱型。并在此基础上，分析了它们与500hPa高度场异常的同时，时滞关系，得到一些对长江中下游沿江地区汛期旱涝异常预测有意义的结果。     

长江中下游地区2010/2011年秋冬春连旱成因再分析

基于长江中下游70个气象站点逐月降水和CRU逐月降水格点数据、NOAA逐月海温数据以及NCEP/NCAR逐月再分析数据,分析长江中下游地区2010/2011年秋冬春连旱的时空特征,进一步探讨此次连旱的可能成因。结果表明:(1)2010/2011年长江中下游区域性秋冬春连旱事件始于2010年10月,止于2011年6月,其中2011年春季(特别是4月)干旱程度最重,大部分地区为重旱和特旱;(2)此次连旱事件受拉尼娜事件影响,赤道西太平洋海温异常偏暖、冬春季印度洋和黑潮区海温异常偏冷,使得Walker环流上升支和局地Hadley环流显著增强、西太平洋副热带高压显著偏弱,长江中下游地区始终处于下沉气流控制下,且水汽输送减少;(3)自2010年秋季,乌拉尔山阻塞高压、贝加尔湖阻塞高压和鄂霍次克海阻塞高压轮番控制中高纬度地区,使得西伯利亚高压和阿留申低压持续增强,冬季风自秋季便开始影响中国东部地区,并一直持续到2011年春季,长江中下游地区受干冷的偏北气流控制,进一步阻碍了来自低纬的暖湿气流向本地输送,不利于降水的形成。     

基于信息扩散理论的长江中下游地区高温热害风险分析

基于长江中下游地区85个站点1961—2008年水稻减产率,采用基于信息扩散理论的信息分配方法,研究长江中下游地区水稻高温热害风险的年代际变化和空间分布。结果表明,20世纪60年代风险值相对较小,高温热害发生较少,2000年以后风险值较大,灾情较重,高温热害风险的变化呈增加的趋势。发生高温热害风险较大的地区主要位于研究区的安徽、浙江、湖北西部和东部以及江西东北部和中部地区。其中,浙江丽水和湖北宜昌地区风险值都超过了0．25;江苏东南部、湖南西南和东北部地区属于高温热害风险较低的地区。     

季节内振荡水汽收支对长江中下游持续性极端降水强度的调控作用

利用中国1979—2019年逐日降水格点数据,考量降水的时空聚集性强度之客观监测方法,识别中国东部区域极端降水事件,发现长江中下游是夏季持续3 d及以上区域持续性极端降水(PREP)发生最频繁的区域。以此为研究对象,基于水汽收支理论,利用ERA-Interim再分析资料和带通滤波方法,诊断日降水及其水汽收支的季节内特征,研究关键尺度对流层高低空系统配置及演变。结果显示：PREP日降水强度及其演变被证实与区域大气柱水汽辐合量相一致。10～30 d准双同振荡(QBWO)和30～90 d(MJO)的水汽辐合在事件发生前1～3 d和7～9 d开始由负位相转为正位相。区域南、北边界QBWO(MJO)水汽输送在事件发生前2～4 d(9～10 d)由水汽输出转为输入。南海的QBWO对流北传至长江中下游,促使源于西北太平洋的对流层低层QBWO反气旋式环流系统向西南移动,其西北侧的西南风使区域南边界水汽输送在事件开始日达最大。事件发生前10 d左右,对流层低层MJO反气旋式环流系统出现在西北太平洋,并向西南移动,长江中下游气旋系统加强维持,对流层中层孟加拉湾MJO尺度低槽开始加深,三者的配合使区域南边界的MJO水汽输入逐渐增强并维持到事件发生后。MJO尺度的强水汽输入结合QBWO反气旋式环流促使长江中下游地区的持续性极端降水事件的发生。研究结果对持续性极端降水事件延伸期的预报提供参考。     

长江中下游地区春季降水的时空特征

使用41站日降水资料和NCEP/NCAR再分析月平均资料,研究了长江中下游地区春季降水的时空特征。结果表明,过去50多年来,长江中下游地区春季的雨日、雨量呈整体下降趋势,降水强度呈东减西增的趋势;该区春季连续性降水通常以2 d降水居多,江北地区以连续性中小降水为主,而江南地区则是独立性的强降水居多。春季长江中下游地区在近50 a里呈现出干旱化趋势,其和对流层中高层气温下降关系密切,由于气温相对下降,我国东部上空高层产生气旋性环流异常,不利于降水的发生。     

基于多种干旱指数的长江中下游五省干旱监测与对比

利用多源遥感数据和稻谷产量资料,采用降水条件指数(PCI)、植被状态指数(VCI)、土壤湿度条件指数(SMCI)、温度条件指数(TCI)以及优化植被干旱指数(OVDI)5种干旱指数,对2012、2013年长江中下游五省的干旱状况进行监测。在此基础上,以标准化降水指数(SPI)和作物减产率为参考指标,对上述5种干旱指数在该区域的适用性进行比较分析。结果表明:PCI、SMCI更适用于长江中下游五省的干旱监测,而TCI、VCI不适合单独用于该地区的干旱监测。在2012、2013年,长江中下游五省发生了不同程度的干旱,其中2013年的干旱更严重(波及范围更广、发生频次更高)。2012年的干旱主要集中在1—2月和6—8月两个时段,旱区集中在北部地区,大致呈东北—西南向的条带状分布;而2013年的干旱主要集中在1—2月和6—10月两个时段,旱区覆盖了整个研究区域,且各省旱情不同步。     

石羊河流域中下游高温事件的气候特征

根据石羊河流域中游(武威)和下游(民勤)气象站1960—2015年逐日最高、平均气温观测数据,采用固定阈值法(天气标准)和百分位阈值法(平均标准)定义了高温事件,运用气候统计学方法分析了该区域高温事件强度、日数和极值的变化特征。统计结果显示,中、下游年代、年天气标准和平均标准高温事件强度总体上呈增强和日数呈增多趋势,2010—2015年高温事件强度增强和日数增多趋势明显,高温事件极值也呈增强趋势。高温事件出现在5—9月,高温事件强度和日数的高峰值均在7月,依次向两端递减。高温事件强度和日数均为下游中游,说明闷热天气持续时间下游比中游更长。高温事件中、下游年天气标准强度和日数时间序列没有发生周期性变化,平均标准强度和日数时间序列均存在着5～7 a的准周期变化。高温事件中、下游天气标准强度和日数以及平均标准强度均没有发生气候突变,平均标准日数发生了气候突变,突变时间中游在1997年、下游在1996年。年高温事件存在一定的异常性,高温事件强度和日数正常年份概率在58.9%～73.2%,对生命健康和安全生产造成危害的强度偏强和特强年份概率在14.3%～16.9%、日数偏多和特多年份概率在14.3%～21.4%。     

石羊河流域中下游高温事件气候特征

根据石羊河流域中游(武威)和下游(民勤)气象站1960—2015年逐日最高、平均气温观测数据,采用固定阈值法(天气标准)和百分位阈值法(平均标准)定义了高温事件,运用气候统计学方法分析了该区域高温事件强度、日数和极值的变化特征。统计结果显示,中、下游年代、年天气标准和平均标准高温事件强度总体上呈增强和日数呈增多趋势,2010—2015年高温事件强度增强和日数增多趋势明显,高温事件极值也呈增强趋势。高温事件出现在5—9月,高温事件强度和日数的高峰值均在7月,依次向两端递减。高温事件强度和日数均为下游>中游,说明闷热天气持续时间下游比中游更长。高温事件中、下游年天气标准强度和日数时间序列没有发生周期性变化,平均标准强度和日数时间序列均存在着5～7 a的准周期变化。高温事件中、下游天气标准强度和日数以及平均标准强度均没有发生气候突变,平均标准日数发生了气候突变,突变时间中游在1997年、下游在1996年。年高温事件存在一定的异常性,高温事件强度和日数正常年份概率在58.9%～73.2%,对生命健康和安全生产造成危害的强度偏强和特强年份概率在14.3%～16.9%、日数偏多和特多年份概率在14.3%～21.4%。     

1994年江淮地区持续高温干旱的环流特征

１９９４年江淮地区出现大范围高温干旱的异常天气，持续高温之长仅次于１９３４年，但甚于１９７８年，形成高温，干旱的环流特征是：７月份西太平洋副热带高压过早地北越２７°Ｎ控制长江下游地区；而８月份由于台风路径的偏南西进行和近海北上，造成大陆高压稳定，出梅后，西风带急流急速北抬，导致冷空气活动偏北，也是江淮地区盛夏久旱不雨的原因之一。     

2011年长江中下游旱涝急转成因初步分析

以2011年1~6月长江中下游"旱涝急转"事件为例,研究了长江中下游旱涝急转与大尺度环流和海温异常的关系,初步得到以下引发旱涝急转的原因:(1)中高纬度大气环流出现快速调整,迅速由强冬季风形势调整为两槽一脊环流形势所控制,进而造成长江中下游由受中高纬度系统控制转变为冷暖空气对峙之地;(2)西太平洋副热带高压位置和强度迅速调整,1~5月来自热带地区的水汽输送条件差,长江中下游地区水汽辐合较常年明显偏弱。6月,水汽输送和收支状况发生根本性转变,长江中下游表现为显著的水汽辐合中心,且明显强于常年;(3)6月青藏高原上空存在显著的气旋性异常环流,利于对流活动发展,受其底部异常西风的影响,对流活动频繁地东传至长江中下游地区,增强了梅雨锋的强度,先后引发了5次强降水过程;(4)前期持续的La Ni?a事件及其变化通过影响Walker环流、西太平洋副热带高压等大气环流系统,为旱涝急转事件的发生提供了有利的背景条件。