春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响和预测作用

利用1980-2012年青藏高原中、东部71个站点观测资料、全中国756站的月降水资料、哈得来中心提供的HadISST v1.1海温资料以及ERA-Interim再分析资料,综合青藏高原的感热加热以及全球海温,研究了春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响,并建立预报方程,探讨了青藏高原春季感热对中国降水的预报作用。结果表明,青藏高原春季感热与中国东部降水关系密切,青藏高原春季感热异常增强伴随着长江流域中下游同期降水增多,后期夏季长江流域整流域降水也持续偏多,华南东部降水偏少。春季青藏高原感热的增强与环北半球中高纬度的罗斯贝波列密切相关,扰动在北太平洋形成的反气旋环流向西南方向延伸至西北太平洋,为长江流域输送大量的水汽,有利于降水的发生。夏季,伴随着前期青藏高原感热的增强,南亚高压位置偏东,西北太平洋副热带高压（西太副高）位置偏西偏南,西太副高北侧为气旋式环流异常。在西太副高的控制下,华南东部降水减少;西太副高西侧的偏南气流为长江流域带来大量水汽,并与来自北部气旋式环流异常西侧的偏北风发生辐合,降水增多。青藏高原春季感热异常是华南和长江流域夏季降水异常的重要前兆信号。加入青藏高原春季感热后,利用海温预报的华南、长江流域夏季降水量与观测值的相关系数有所提高,预报方程对区域降水的解释方差提高约15%。      

北非和青藏高原感热振荡特征及与我国东部夏季降水的关系

利用EOF方法,分析了NCEP/NCAR 1948—2002年再分析资料中月平均全球地面感热资料,揭示了北非和青藏高原感热的振荡特征。分析了振荡关键区的感热距平与我国东部51个测站1951—2000年汛期降水距平的相关关系,用SVD方法分析了关键区感热距平场与我国东部51个测站全年各月降水距平场的空间耦合和时滞关系及关键区感热异常对我国东部降水异常的影响。结果表明,北非和青藏高原两个区域的感热变化呈负相关,它们对我国华北、江淮和华南三个区域的汛期降水滞后影响明显。感热对我国降水的影响以年代际为主。     

青藏高原地面感热异常对西北地区东部夏季降水的影响

本文利用1961~2012年夏季西北地区东部(32~40°N,100~110°E)156个站点逐日降水资料,以及1982~2012年青藏高原70个站点的地面感热观测资料,采用EOF、相关分析等方法分析了西北地区东部夏季降水、青藏高原冬末春初(2~4月)地面感热的时空变化特征,讨论了西北地区东部夏季降水对于青藏高原冬末春初地面感热异常的响应,通过环流场分析高原感热异常对西北东部夏季降水的影响成因。结果表明:高原东部冬末春初地面感热偏强时,西北东部地区北部降水偏少,东南部和西南部降水偏多;反之,西北东部北部降水偏多,东南部和西南部降水偏少。      

青藏高原春季地表感热异常对西北地区东部降水变化的影响

利用青藏高原地区代表站点的实测地表热通量数据、JRA-55和NCEP再分析资料以及中国西北地区东部代表站点的降水资料等数据,通过波文比分析、奇异值分析(下称SVD)以及环流场的合成分析等方法,研究了青藏高原地区春季地表加热场异常与同期中国西北地区东部降水变率的关系,结果表明:(1)高原春季波文比值的变化反映出高原地表的非绝热加热中,春季感热加热的贡献较为显著,是高原春季地表加热的主要成分;(2)SVD分析表明,春季高原地表感热的异常与同期中国西北地区东部的降水存在负相关关系,春季高原地表感热增强的年份,中国西北地区东部的春季降水减少;(3)春季地表感热强-弱年的高原周边垂直环流偏差场表明,春季高原地表感热的年际异常增强(减弱)会引起高原周边地区的垂直环流场上升气流的减弱(增强);(4)相对涡度场、位势高度场、风场和水汽通量散度场的合成分析表明,春季高原地表感热偏强的年份,中国西北地区东部对流层高层以正涡度和气流的辐合运动异常为主,中低层以负涡度和辐散下沉运动异常为主,因此中国西北地区东部春季的水汽辐合由低层向高层逐渐减弱,不利于春季降水的发生。     

中国东部春季极端降水与同期欧亚大陆地表感热的可能联系

利用1960~2010年ERA-20C再分析资料和中国东部站点降水观测资料,探讨了我国东部春季极端降水与欧亚大陆地表感热通量的联系和可能影响途径。结果发现,当春季欧亚大陆中纬度巴尔喀什湖以西及贝加尔湖以南区域地表感热通量偏弱（强）,我国东部沿海地区地表感热通量偏强（弱）时,我国东部春季极端降水呈现南少（多）北多（少）的反相分布特征。当春季欧亚大陆中纬度关键区地表感热偏弱,低纬度关键区地表感热通量偏强时,春季副热带西风急流偏弱、位置偏北,我国东部北方地区大气斜压不稳定和对流不稳定偏强,北方地区极端降水偏强,而南方地区大气斜压不稳定和对流不稳定偏弱,南方地区极端降水偏弱。当春季欧亚大陆中纬度关键区地表感热偏强,低纬度关键区地表感热通量偏弱,我国东部极端降水的情况大致相反。     

青海东部地区3～5月气候及环流特征分析

利用1961~2006年春季(3~5月)海东和西宁气象观测资料和500hPa高度场、环流特征指数和海温距平指数等资料,采用气候诊断方法对海东和西宁春季气温及降水的年代际变化特征以及影响因子进行了分析,并组建了气温和降水的预测方程。结果表明:海东和西宁春季的平均气温呈明显的升高趋势,降水呈微弱的增多趋势,气温每10a增加0.205℃;气温和降水分别存在准11a和22a的变化周期。青藏高原与中国东部沿海地区500hPa高度距平场形成“西低东高(西高东低)“的距平分布型时,海东和西宁春季容易出现多(少)雨年。印度洋副高、极涡、西太平洋副高、西藏高原、印缅槽、北美副高、东亚槽等环流指数以及太平洋地区海温指数的变化对该地区气温、降水的变化具有很好的指示作用。     

欧亚中高纬冬季地表感热异常与中国西北东部夏季降水的可能联系

利用1979—2012年NCEP/DOE月平均地表感热通量再分析资料、西北东部156站夏季降水日资料,分析了欧亚大陆中高纬(61°N—67°N,53°E—68°E)冬季地表感热通量对我国西北东部夏季降水的影响。结果表明,当欧亚大陆中高纬冬季大气向地表输送感热值偏大时,春、夏季地表向大气输送感热值也偏大,引起了夏季500 hPa乌拉尔山阻塞高压加强,蒙古低压加深,西北太平洋副热带高压强度偏强,位置偏西,西风急流位置偏北,南亚高压呈东部型;对流层中低层表现为异常上升气流,同时有水汽的辐合,西北东部位于副高外围和蒙古低压底部,大气环流场的变化导致中国西北东部夏季降水偏多。当欧亚大陆中高纬冬季大气向地表输送感热值偏小时,春、夏季地表向大气输送感热值偏小,引起相反的夏季大气环流异常,使得中国西北东部夏季降水偏少。     

高原东部凝结潜热及其对北半球500hPa高度场和我国汛期降水的影响

利用1961—2005年青藏高原东部雨季凝结潜热序列进一步分析其气候特征及其对后期北半球大气环流和中国汛期降水的影响。结果表明,青藏高原东部雨季各月的凝结潜热均有所增加,其年际变化的差异也较大,其中5月最大,6~7月较稳定,极大年份均出现在气候明显变暖的近10年,极小年份多数出现在气候相对较冷的时期。青藏高原东部凝结潜热具有一定的持续影响力,当其潜热增强时,可引起北半球同纬度带的位势高度场偏低,特别是西太平洋副热带高压偏弱,位置偏南,进而使我国长江流域汛期降水偏多,西北区东部、华北、东北区南部及华南降水偏少。     

春季中国东海黑潮区大气热源异常对中国东部降水的影响

采用ERA-interim逐日再分析数据集与中国东部389个站逐日降水资料,通过相关和合成分析讨论了不同时间尺度上,春季中国东海黑潮区上空大气热源异常对东亚大气环流和中国东部降水的影响。观测分析表明,春季中国东海黑潮区上空为一显著的大气热源,大气对该热源的响应在不同时间尺度上表现出不同的形式。在较长时间的季节和年际尺度上,春季中国东海黑潮区大气热源增强时,可在大气对流层低层强迫出偏南气流,同期春季及后期夏季西太平洋副热带高压增强并西伸,相比于热源低值年西北太平洋副热带地区为一反气旋式异常环流所控制,中国长江中下游以南地区降水增多;反之亦然。与年际和季节时间尺度不同,在较短的天气时间尺度上,中国东海黑潮区上空大气热源增强可在其下方强迫出气旋式异常环流。大气热源的增强与中国东部对流层低层气旋式异常环流的东移有关,相应地在中国东部地区出现了显著的降水增多。     

青藏高原感热与黄土高原春季降水异常关系研究

利用1961～2000年黄土高原56站的春季降水、气温资料,用SVD方法分析了其与青藏高原感热场的关系。结果表明,降水量与青藏高原感热场的前两模态代表了两场间的主要耦合特征;上年冬季和秋季青藏高原感热场的异常通过影响大气环流,能够导致次年黄土高原春季降水异常;青藏高原感热对黄土高原西部和南部、北部的部分地区影响较显著,而对陕西北部、山西中部影响不明显。前期高原感热场SVD第一、二模态的变化,可以作为黄土高原春季降水异常的预测信号。     

中国西北地区东部近546年干旱事件特征分析

以西北地区东部的17个代表站1470—2008年的旱涝等级资料和1958—2015年5—9月气象站降水量数据为基础，建立了546年中国西北地区东部旱涝等级序列，采用经验正交函数分解、滑动t检验等统计方法，对其干湿演变规律进行分析，详细讨论了546年极端干旱事件及干旱持续性特征。结果表明:旱涝等级资料能够较好地反映西北地区东部干旱变化的时、空特征；在百年尺度上，20世纪发生旱、偏旱最为频繁，且高值区位于宁夏及陕北；干旱尺度因子的空间分布表明宁夏东部及陕北地区的干旱持续性相对较强，陇南及陕西南部地区的干旱持续性较差；空间范围较大且强度较大的重大干旱事件对干旱的持续发生起重要作用，历史上发生在1470—1500年和1910—1940年的两次西北地区东部百年甚至两百年一遇的极端干旱事件，对该地区干旱持续性的影响较为显著。      

RSM模式对中国东部夏季降水模拟能力的检验

本文利用美国国家环境预报中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)区域谱模式RSM(Regional Spectral Model)对中国东部地区夏季降水进行了为期20 a(1984—2003年)、水平分辨率为30 km的高精度模拟,并对模拟所得降水的气候态、年际变率、逐日变化以及极端事件进行了检验,和对造成降水偏差的大气环流特征进行了分析。结果表明RSM模拟所得夏季降水的空间分布、时间变率,以及降水量值都与实况相近,也基本可以再现夏季降水的年际变率分布情况,但是模拟所得的雨带存在偏南且偏弱的特点。对于逐日降水特征,RSM模拟所得季节内逐日降水变化与实况的走势基本一致,再现了夏季降水主要集中于东部和南部的特点,模拟出了江淮地区6月日降水区随时间北抬的特点。对于极端事件,模拟和实测的夏季不同雨强的天数分布对比表明模拟与实况基本接近,但是模拟的降水日大值中心较实况偏北;极端降水指数的计算结果也表明RSM模拟的极端降水情况与实况基本一致。综上,RSM模式对中国东部地区降水有着较好的模拟能力,可以用于中国东部地区的夏季降水气候特征研究。     

Characteristics of anomalous precipitation events over eastern China during the past five centuries

Characteristics of anomalous precipitation events during the past five centuries in North China (NC) and the middle-lower Yangtze River Valley (MLYRV) were investigated using the data network of dryness/wetness index (DWI) over eastern China. The high occurrence frequency of anomalous precipitation events mainly occurred at periods of high solar forcing, active volcanic eruption, and large anthropogenic forcing (the twentieth century). Coherence and dipole were the two dominant modes in spatial patterns of anomalous precipitation events. Coherent floods dominated the eighteenth and nineteenth centuries, whereas coherent droughts occurred frequently in the seventeenth and twentieth centuries. The dipole patterns of anomalous precipitation events were the most frequent in the twentieth century. NC experienced more floods in the cold periods than warm periods. Both NC and the MLYRV experienced far fewer droughts and more floods in the warm eighteenth century when natural climate forcing dominated, and more droughts in the twentieth century when anthropogenic forcing dominated. Coherent drought was the only spatial pattern of precipitation significantly associated with explosive low-latitude volcanic eruptions. The increased coherent droughts and dipole patterns in the twentieth century support the findings of previous modeling studies that the tropospheric aerosols and human-induced land cover changes play important roles in the changes of summer rainfall over eastern China. Electronic supplementary material  The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users. This paper is a contribution to the AMIP-CMIP Diagnostic Sub-project on General Circulation Model Simulation of the East Asian Climate, coordinated by W.-C. Wang.     

气溶胶辐射效应在华东地区一次雾霾过程中的作用

利用WRF/Chem(Weather Research and Forecasting Model coupled with Chemistry)模拟了2013年12月华东地区一次雾、霾事件气溶胶辐射反馈效应对气象场和大气质量的影响。通过3个不同气溶胶浓度设置的试验区分气溶胶浓度不同辐射效应的影响。比较不同试验得出,本次雾、霾过程中,不论是气溶胶直接、半直接辐射效应还是间接效应均使污染地区短波辐射减少、2 m气温下降、大气边界层高度降低,不利于水汽与污染物的扩散,空气污染进一步加重,雾结构进一步稳定,并使雾的持续时间延长,发展高度更高;对于化学场来说,气溶胶直接、半直接辐射效应使污染地区PM_(2.5)浓度增大、消光系数增大、氮氧化物浓度增大,臭氧浓度降低;间接辐射效应使PM_(2.5)浓度和消光系数进一步增大,氮氧化物、臭氧浓度降低。综上所述,气溶胶辐射效应能使大气污染加重,并利于雾的发生、发展。     

太行山东麓一次强对流冰雹云结构的观测分析

利用“太行山东麓人工增雨防雹作业技术试验示范”项目在冰雹发生区获取的综合观测资料,从强对流单体出现的天气背景、降雹特征、雷达回波演变、大冰雹的形成机制及动力结构等方面对2018年5月12日下午发生于太行山东麓的一次强对流单体降雹天气过程进行了分析。结果显示,午后不稳定能量的增大形成了有利的热力条件,低层风场的辐合扰动以及中层的冷空气侵入是产生本次强冰雹过程的触发因素。通过对雹云降雹时段雷达回波具有超长“悬挂回波”和对应大雹形成特征分析表明,云中存在着上、中、下相互衔接的0线（域）,主上升气流2次逆时针转弯增加了雹胚再入主上升气流区继续长成大雹的机会,据此勾画出了云体主上升气流框架及大冰雹的形成机制,表明冰雹在雹云中的生长有多种模式。      

ENSO及其组合模态对中国东部各季节降水的影响

近期的研究发现,热带太平洋低层大气存在两种主要模态,即经向对称ENSO模态和ENSO与海表温度(SST)年循环相互作用产生的经向反对称组合模态。主要探讨了这两种不同ENSO模态对中国东部各季节降水的影响。结果表明,厄尔尼诺年秋季,中国西南、长江及华南大部分区域呈现显著正降水异常;冬季,正降水异常范围扩大,覆盖华南、华东及华北东南部地区。这两个季节的异常降水都主要受ENSO模态的影响。与ENSO模态相关的正异常海温局地强迫导致120°E以西出现反气旋性环流,其西北侧增强的西南暖湿气流使得中国东部地区降水增多。次年春季,从中国华南延伸到东北出现正的异常降水,主要是ENSO组合模态的贡献。因为次年春季热带太平洋地区ENSO模态信号只局限于赤道地区,并没有对中国东部降水有显著的影响,而ENSO与海温年循环相互作用的组合模态使得与ENSO相关的赤道大气异常可以扩展到赤道以外地区。ENSO组合模态对中国降水异常有重要影响,在今后的研究和短期预测中需引起重视。      

CMIP6模式对青藏高原东坡暖季降水的模拟评估

青藏高原东坡陡峭地形区是气候模式陆地降水模拟偏差的大值区,且这一偏差长期未得到有效改善.基于17个参加国际耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)的全球气候模式的日降水结果,评估了当前最新一代的气候模式对青藏高原东坡地区2000—2014年暖季(5—9月)降水气候态及其季节内演变的模拟能力.结果表明:高原东坡降水正偏差存...     

过去千年中国东部年代际-百年尺度干湿变化特征:基于古水文动力同化数据

利用古水文动力同化数据(PHYDA)研究了过去千年中国东部年代际-百年尺度干湿变化特征.结果表明,对比其它重建数据PHYDA在百年尺度上对小冰期前期中国东部干湿变化的再现能力最好,其对这一时期发生的年代际干旱事件包括1352-90年,1445-98年,1580-94年和1626-65年干旱事件的再现能力也最强.通过与强...     

近50年中国东部夏季降水与贝加尔湖地表气温年代际变化的关系

最近50年全球变暖,陆地增温幅度大于海洋,主要的增温中心位于亚洲北部、欧洲和北美等地区。因此,全球变暖有可能通过改变大尺度季风环流而影响中国气候变化。利用美国国家航空航天局空间研究中心(GISS)的逐月地表气温资料、NCEP/NCAR再分析资料及中国604个站逐月气温和降水观测资料,重点讨论了1951—2007年中国东部夏季降水与同期的北半球大陆地表气温年代际尺度变化关系。结果表明,近50年中国东部夏季降水异常主要表现为南旱北涝与南涝北旱两者年代际异常之间的转换,但在1996年之后,伴随北方干旱区向南发展,呈现出华北和长江中下游地区降水同时减少的特征。研究发现中国华北地区夏季降水与同期的环贝加尔湖地表气温在年代际尺度上存在显著的负相关关系;贝加尔湖地区地表气温增暖可能导致蒙古高原对流层出现异常的暖性反气旋,使得位于蒙古高原的气旋频数减少和强度减弱。由于华北降水与蒙古气旋的活动直接相关,从而导致华北地区夏季降水的持续性减少。自1996年开始贝加尔湖地区的地表气温进一步升高,导致中国北方干旱化加剧。由于环贝加尔湖地区是过去50年全球变暖的最显著地区之一,因此,全球变暖可能是通过关键区域的温度变化对中国的气候变化产...     

Dynamics of the Leeuwin Current: Part 2. Impacts of mixing,friction, and advection on a buoyancy-driven eastern boundary current over a shelf

The boundary currents over the Western Australian continental shelf and slope consist of the poleward flowing Leeuwin Current (LC) and the equatorward flowing Leeuwin Undercurrent (LUC). Key properties of the LC are its poleward strengthening, deepening to the south, and shelfbreak intensification. The alongshore flow reverses direction below about 300 m, forming the LUC at greater depths. To investigate the processes that cause these features, we obtain solutions to an idealized, regional ocean model of the South Indian Ocean. Solutions are forced by relaxing surface density to a prescribed, meridionally varying density profile ρ^*(y) with a timescale of δt. In addition, vertical diffusion is intensified near the ocean surface. This diffusion establishes the minimum thickness over which density is well-mixed. We define this thickness as the “upper layer”. Solutions are obtained with and without a continental shelf and slope off Western Australia and for a range of values of δt and mixing parameters. Within this upper layer, there is a meridional density gradient that balances a near-surface, eastward geostrophic flow. The eastward current downwells near the eastern boundary, leading to westward flow at depth. The upper layer's meridional structure and zonal currents crucially depend on coastal processes, including the presence of topography near the eastern boundary. Kelvin waves inhibit the upper layer from deepening at the coast. Rossby waves propagate the coastal density structure offshore, hence modifying the interior currents. A comparison of the solutions with or without a continental shelf and slope demonstrate that topographic trapping of Rossby waves is a necessary process for maintaining realistic eastern boundary current speeds. Significant poleward speeds occur only onshore of where the upper layer intersects the slope, that is, at a grounding line. Its poleward transport increases when surface-enhanced vertical mixing is applied over a greater depth. When the timescale δt is sufficiently short, the poleward current is nearly barotropic. The current's spatial structure over the shelf is controlled by horizontal mixing, having the structure of a Munk layer. Increasing vertical diffusion deepens the upper layer thickness and strengthens the alongshore current speed. Bottom drag leads to an offshore flow along the bottom, reducing the net onshore transport and weakening the current's poleward acceleration. When δt is long, poleward advection of buoyancy forms a density front near the shelf break, intensifying poleward speeds near the surface. With bottom drag, a bottom Ekman flow advects density offshore, shifting the jet core offshore of the shelf break. The resulting cross-shelf density gradient reverses the meridional current's direction at depth, leading to an equatorward undercurrent.