Large-scale Circulation Anomalies Associated with Interannual Variation in Monthly Rainfall over South China from May to August简

Interannual variation in summer rainfall over South China （SC） was investigated on the monthly timescale.It was found that monthly rainfall from May to August exhibits different features of variation,and the amounts are basically independent of each other.There is a significant negative correlation,however,between May and July SC rainfall,which is partially related to the developing phases of ENSO events.It was also found that stronger （weaker） lower-tropospheric winds over SC and the upstream parts are responsible for more （less） SC rainfall in every month from May to August.Despite this monthly consistent enhancement of horizontal winds,the wind anomalies exhibit distinct differences between May-June and July-August,due to the remarkable change in climatological winds between these two periods.More SC rainfall is associated with a lower-tropospheric anticyclonic anomaly over the SCS and the Philippine Sea in May and June,but with a cyclonic anomaly centered over SC in July and August.     

夏季北大西洋三极型海温异常与中国西南地区气温年际变化的联系

利用1951—2016年Hadley中心海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和全国160站气温资料,研究了夏季北大西洋三极型海温异常与中国气温年际变化的联系及可能机制。结果表明,夏季北大西洋三极型海温异常与同期中国西南地区气温年际变化存在显著的负相关关系。夏季北大西洋“-+-”三极型海温异常激发的北半球中高纬欧亚遥相关波列,引起贝加尔湖地区位势高度升高,产生反气旋性环流异常,并引起东亚地区位势高度降低,产生气旋性环流异常。西南地区在对流层中下层位于贝加尔湖异常反气旋性环流的东部和东亚异常气旋性环流的西部,在两者的共同作用下,受异常偏北气流影响,有利于冷空气南下和堆积。与此同时,对流层高层的东亚副热带西风急流位置偏南,西南地区位于急流南侧的异常上升气流中。此种环流形势配置导致中国西南地区气温降低,反之亦然。     

Variation in summer surface air temperature over Northeast Asia and its associated circulation anomalies

This study investigates the interannual variation of summer surface air temperature over Northeast Asia(NEA) and its associated circulation anomalies.Two leading modes for the temperature variability over NEA are obtained by EOF analysis.The first EOF mode is characterized by a homogeneous temperature anomaly over NEA and therefore is called the NEA mode.This anomaly extends from southeast of Lake Baikal to Japan,with a central area in Northeast China.The second EOF mode is characterized by a seesaw pattern,showing a contrasting distribution between East Asia(specifically including the Changbai Mountains in Northeast China,Korea,and Japan) and north of this region.This mode is named the East Asia(EA) mode.Both modes contribute equivalently to the temperature variability in EA.The two leading modes are associated with different circulation anomalies.A warm NEA mode is associated with a positive geopotential height anomaly over NEA and thus a weakened upper-tropospheric westerly jet.On the other hand,a warm EA mode is related to a positive height anomaly over EA and a northward displaced jet.In addition,the NEA mode tends to be related to the Eurasian teleconnection pattern,while the EA mode is associated with the East Asia-Pacific/PacificJapan pattern.     

东北地区夏季气温变化特征分析

采用1951～2003年26个气象台站的夏季气温资料对我国东北地区夏季气温变化特征进行了分析。结果表明:近50多年来我国东北地区夏季气温主要经历了冷期、相对正常期和暖期3个阶段,夏季升温趋势达到0·15℃/10a,远超过全球、北半球、东北亚夏季的增暖程度。其对全球气候变暖的响应,一方面表现在夏季变暖、平均气温升高;另一方面表现在夏季气温变率加大;第三,气候变暖使东北夏季低温冷害明显减少、异常高温气候明显增多,但在变暖形势下局部发生低温冷害的现象仍然存在。     

A decadal shift of summer surface air temperature over Northeast Asia around the mid-1990s

This study identifies a decadal shift of summer surface air temperature （SAT） over Northeast Asia,including southeastern parts of Russia,Mongolia and northern China,around the mid-1990s.The results suggest that the SAT over the Northeast Asia experienced a significant warming after 1994 relative to that before 1993.This decadal shift also extends to northern China,and leads to a warmer summer over Northeast China and North China after the mid-1990s.The decadal warming over Northeast Asia is found to concur with the enhancement of South China rainfall around the mid-1990s.On the one hand,both the Northeast Asian SAT and South China rainfall exhibit this mid-1990s decadal shift only in summer,but not in other seasons.On the other hand,both the Northeast Asian SAT and South China rainfall exhibit this mid-1990s decadal shift not only in the summer seasonal mean,but also in each month of summer （June,July and August）.Furthermore,the decadal warming is found to result from an anticyclonic anomaly over Northeast Asia,which can be interpreted as the response to the increased precipitation over South China,according to previous numerical results.Thus,we conclude that the warming shift of summer Northeast Asian SAT around the mid-1990s was a remote response to the increased precipitation over South China.     

夏季北太平洋洋中槽强度的年际变化及其与北美地面气温的关系

利用1979—2010年NCEP/NCAR再分析资料和特拉华大学地面气温资料,研究了夏季北太平洋洋中槽强度的年际变化特征、成因及其与北美地表气温的联系。结果表明,夏季北太平洋洋中槽强度存在明显的年际变化特征,并主要表现为准4 a和准5a的周期变化特征。进一步的分析表明,夏季北太平洋洋中槽强度与同期北美东南地区地表气温存在显著的负相关,当夏季北太平洋洋中槽强度异常偏强(弱)时,洋中槽下游的北美东南地区对流层中高层的位势高度异常降低(升高),对应于控制该地区的高压减弱(增强),从而使得该地区地表气温降低(升高)。此外,夏季热带印度洋海温异常对洋中槽的年际变化起了决定性的作用。当热带印度洋海温异常偏暖时,通过调节大气边界层相当位温,加热对流层大气,在热带印度洋东侧激发出东传的开尔文波,同时也使得北太平洋中东部位势高度异常升高,导致洋中槽的异常减弱。反之亦然。     

我国东北夏季气温年代际变化特征及与太平洋海温异常关系的研究

利用1951—2008年东北地区夏季平均气温资料,分析了东北地区近58 a来东北地区夏季气温的变化趋势和突变特征,结果表明,东北夏季气温存在明显年代际变化的阶段性特征和总体增暖的趋势。对我国东北夏季气温与太平洋海温的相关分析表明,太平洋年代际振荡(PDO)由冷位相转为暖位相后,我国东北夏季气温与同期赤道中东太平洋海温相关减弱、与黑潮区海温相关增强,我国东北夏季气温与前期各季太平洋海温相关分布差异很大,海温关键区及相关强度都有所改变,这种相关关系的转变可能是造成近几年来利用太平洋海温预测我国东北夏季气温不确定性的原因之一。     

热带海温影响我国南方冬季降水年际变化的年代际差异及其成因

利用中国740个站逐月降水资料、NOAA月平均海表温度资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用统计学方法分析了近50 a(1961/1962至2010/2011年冬季)海温异常对我国南方冬季降水年际变化影响的年代际差异及其成因。结果表明:(1)中国冬季降水大致位于长江以南的我国南方地区,降水年际变化较强。1987年后,在El Niňo年中国南方冬季降水偏多。(2)中国南方冬季降水与赤道中东太平洋海温异常以及海洋性大陆西部海温异常密切相关。但相关性存在年代际差异:1987年之前,主要与海洋性大陆西部海温异常相关;1987年之后,主要与赤道中东太平洋海温异常密切相关,海洋性大陆西部海温异常次之。(3)1987年之前,海洋性大陆西部海温通过影响东亚环流形势和水汽条件影响我国南方降水;在1988年之后,海洋性大陆的影响趋于减弱,而赤道中东太平洋海温异常通过改变水汽条件影响我国南方冬季降水强度。     

中国东北夏季极端高温的分类及其与北大西洋海表温度异常的联系

利用层次聚类方法对1979-2016年中国东北夏季259次极端高温事件爆发当天的500 hPa高度场进行聚类分型,并讨论了不同类型极端高温事件的环流演变特征及其与北大西洋海表温度异常的联系.结果表明,东北夏季极端高温事件可分为3类,即西风型、阻塞型和波列型;这3类高温事件在1979-2016年分别发生了 113、89和...     

不同年代际背景下AO与冬季中国东北气温的关系

采用1951—2006年北极涛动指数序列、NCEP/NCAR再分析资料和我国160站气温资料,利用滑动相关分析研究了不同年代际背景下北极涛动与冬季中国东北气温年际异常关系的变化情况。结果表明,两者的关系在20世纪60年代中后期显著增强,在80年代中后期减弱。不同年代际背景下,与AO相关联的中高纬度大气环流异常发生的明显改变是AO与东北冬季气温关系发生年代际变化的原因。强相关年代,西伯利亚高压与阿留申低压均明显减弱,东亚冬季风偏弱,对流层中下层异常东南风控制东北地区,对流层中层东亚大槽明显减弱,环流的经向性减弱,使该地区冬季气温偏高;相关较弱的年代则以上表现不明显。     

东北夏季气温分区变化特征

对1961-2002年东北夏季气温用REOF方法分解,以此将东北夏季气温的变化区域分为南部、北部、中东部.讨论三个区域夏季气温的变化趋势及年代际变化特点,结果发现三个区域夏季气温年际变化表现为一致的上升趋势,只是升温的幅度有所不同,而年代际变化差异明显,主要体现在各区域回暖具有一定的先后顺序.功率谱分析的结果表明,各分区的周期变化有明显的差异.对全区以及各分区作滑动均方差,发现各分区气温的年际变化幅度存在差异,北部和中东部气温振荡幅度较为一致,南部地区在1990 s之前气温的年际变化较小,1990 s之后气温的振荡幅度明显增大.     

东亚夏季PJ遥相关型的年际及年代际变化机理

利用夏季东亚地区500 h Pa高度场和菲律宾附近的降水场进行SVD分析,将东亚500 h Pa高度场对应的时间序列定义为PJ指数,该指数不仅清楚地反映PJ型的年际变化,而且反应出PJ型的年代际变化,即500 h Pa高度场型态在20世纪70年代末由"气旋、反气旋、气旋"型突变为"反气旋、气旋、反气旋"型。本文研究表明PJ指数的年际变化与ENSO事件有密切的联系:El Ni1o事件通过电容器充电效应使印度洋海温增暖,而增暖的印度洋海温在菲律宾海附近强迫出异常反气旋,并沿东亚沿岸激发出PJ遥相关型。而PJ型态的年代际变化与热带印度洋SST的持续增暖有关。虽然许多学者认为是菲律宾附近海温异常引起对流异常,并沿东亚沿岸激发出PJ遥相关型,但我们认为该区域的海温变化并不是造成PJ型年际和年代际变化的原因,而是由于该区域有反气旋(或者气旋)异常,从而辐射增加(减少),蒸发减弱(增加),温跃层下降(上升),SST变暖(变冷),该区域的海温变暖意味着对流是减弱的。本文进一步利用大气环流模式ECHAM5.4进行数值试验,结果表明:当热带印度洋增暖时,在菲律宾海附近强迫出反气旋,并沿东亚激发出"反气旋、气旋、反气旋"PJ遥相关型。     

马斯克林高压与华北盛夏降水的年际关系及其年代际变化

利用NCEP／NCAR、ERA-40再分析资料和中国160站盛夏（7、8月）降水资料,使用相关分析、合成分析等方法,分析了马斯克林高压（马高）与华北盛夏降水的年际关系及其年代际变化。结果表明：马高与华北盛夏降水在年际时间尺度上存在显著的负相关关系,这种显著的负相关关系从1974年以后开始减弱。在强关系阶段（1951-1973年）,马高与中国东部盛夏降水的显著负相关中心主要位于华北地区;在弱关系阶段（1974-2011年）,马高与华北盛夏降水的负相关关系变弱,与长江中下游地区的正相关关系变强。导致马高与华北盛夏降水年际关系发生年代际变化的原因是：中国东部地区（不）受来自马高的异常偏南气流影响,使得华北盛夏降水偏多（少）,两者关系偏强（弱）。马高与华北盛夏降水年际关系发生的年代际变化,是中国东部地区从20世纪70年代中期以后出现“南涝北旱”的原因之一。     

东北夏季(6-8月)气温异常的时空特征分析

利用夏季（6—8月）中国东北地区91站44a气温资料，采用谐波分析方法将该区夏季气温异常变化的年代际、年际尺度分量分离，研究时空特征，然后应用REOF进行气温异常的区划，研究局域异常变化的年代际、年际分量的变化特征。结果发现：1）东北各站夏季异常方差中，东北大部分地区的气温异常的年代际变化分量均明显大于年际变化分量。2）区域气温异常的年代际变化主要特征为线性上升趋势。大范围夏季异常高温（低温）常出现在年代际、年际异常同时为正（负）的年份。3）气温异常可划分为南部型、北部型、东部型、西部型4个型，其中南部型和西部型的年代际变化相对重要，而东部型和北部型的年际变化相对重要。     

欧洲东部土壤湿度对东北亚初夏气温异常转折的影响及其可能物理过程

采用1979—2020年观测和再分析资料,研究了年际时间尺度上初夏(5—6月)东北亚气温异常月际转折的基本特征,以及欧洲东部土壤湿度异常对其的影响及可能物理过程。结果表明,年际时间尺度上东北亚初夏气温异常月际演变的主导模态为转折模态,即5月偏暖(冷)则6月偏冷(暖);转折模态的形成直接源于东北亚地区环流异常的转折。进一步分析发现,5月欧洲东部土壤湿度偏低往往导致东北亚5月偏暖而6月偏冷,可能的物理过程如下:5月土壤湿度偏低导致局地土壤温度和对流层低层增温,进而造成地中海地区(欧洲北部)对流层低层经向温度梯度和大气斜压性减弱(增强),相应地高频瞬变波活动减弱(增强),并通过瞬变涡度强迫有利于欧洲中东部形成异常高压和Rossby波波源;相关的Rossby波沿极锋急流东传,导致东北亚为准正压的异常高压,地表升温。土壤湿度异常可持续到6月,但强度减弱;类似地,其可通过瞬变涡度强迫有利于异常高压和Rossby波波源的形成,但中心西移至欧洲西部;相关Rossby波活动导致东北亚为准正压的异常低压,地表降温。5月和6月欧洲东部土壤湿度异常相关的 Rossby波的活动特征(波源、活动中心和传播路径)存在明显差异,这与两个月欧亚北部大气平均态的差异密切相关。当5月欧洲东部土壤湿度偏高时,上述物理过程则大致相反。     

中国东北初夏降水与冷涡活动及西亚春季陆面热力异常的可能联系

基于国家气候中心提供的站点降水资料、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）再分析ERA-Interim陆面温度资料及美国国家环境预报中心和大气研究中心（NCEP/NCAR）位势高度、风场再分析资料,采用相关、合成、线性回归等多种统计分析方法,初步探讨了东北初夏降水与西亚前期（春季）陆面热力异常的可能联系。研究发现,东北初夏降水与前期春季西亚地区的陆面温度存在较为密切的联系,西亚地区（30～70°E,25～45°N）陆面春季异常增暖,对应东北初夏降水减少,尤其是东北地区东北部降水减少显著。进一步分析表明,西亚地区春季陆面异常增暖能引起初夏贝加尔湖附近地区反气旋性异常环流,导致初夏东北冷涡活动偏弱,东北初夏降水减弱。上述结果表明,西亚春季的陆面热力异常可以为东北初夏降水预测提供有效的前期信号。     

东亚太平洋地区近地面臭氧的季节和年际变化特征及其与东亚季风的关系

利用东亚清洁背景站近地面臭氧观测资料,结合风场和降水资料,分析东亚各地区臭氧的多年季节变化特征,并探讨东亚太平洋地区臭氧的季节和年际变化与季风的关系以及影响近地层臭氧的主要因子。结果表明：东亚大部分地区与北半球背景站观测一致,近地层臭氧季节变化表现为春季最高、夏季最低的特征;但在东亚中纬度33～43°N,臭氧表现为夏季最高,而在东亚20°N以南地区臭氧则表现为冬末、春初最高。东亚太平洋沿岸近地面臭氧的季节变化主要受东亚冬、夏季风环流的季节变化控制。该地区不同纬度上春季峰值出现时间的差异与亚洲大陆春季不同时期污染物输送路径的差异有关。对东亚太平洋沿岸对流层顶附近位势涡度、高空急流和垂直环流季节变化的分析表明,冬春季可能是平流层向对流层输送的最强期,对近地面臭氧贡献最大。初夏至秋季（5-11月）,平流层向对流层输送较弱,对近地面臭氧贡献较小。东亚太平洋地区夏季风爆发的时间和强度以及季风环流型的年际差异是导致该地区春、夏季臭氧年际变化的主要原因;而季风降水和云带位置以及平流层一对流层交换是造成臭氧年际变化的其他原因。     

中国东北植被动态变化及其与气候因子的关系

基于GIMMS/NDVI数据,采用小波分析方法,在年内、年际尺度上研究了1982—2006年我国东北区域地表植被的动态变化,并分析了温度、降水等气候因子对植被动态变化的影响。结果表明:东北区域地表植被动态变化特征显著,总体上珋INDV(描述归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)年际尺度平均状况)沿东北—西南方向递减,其中林地珋INDV及ΔINDV(描述NDVI年内变化)最大,分别为0.41和0.70,草地最小;草地区域珋INDV平均增加6.21%,耕地珋INDV有小幅增加,林地有所减小。温度、降水是影响地表植被动态变化的重要因素,总体上与温度的相关系数大于与降水的相关系数,年内尺度的相关系数大于年际尺度的相关系数;在年际尺度上,NDVI与温度的相关系数以耕地最大,平均为0.60,耕地和林地区域NDVI与降水的相关性不显著;在年内尺度上,NDVI与温度、降水的相关系数以林地最大,分别为0.90和0.75;滞后相关分析表明,在年际尺度上,温度对地表植被的影响随着滞后时间的延长以近似线性的趋势降低;在年内尺度上,温度、降水的影响随着滞后时间的延长而加速减小,温度和降水对林地的影响均较快;降水的影响较温度的持续时间更短。     

Seasonal Prediction of Summer Temperature over Northeast China Using a Year-to-Year Incremental Approach

We present a model for predicting summertime surface air temperature in Northeast China (NESSAT) using a year-to-year incremental approach. The predicted value for each year's increase or decrease of NESSAT is added to the observed value within a particular year to yield the net forecast NESSAT. The seasonal forecast model for the year-to-year increments of NESSAT is constructed based on data from 1975-2007. Five predictors are used: an index for sea ice cover over the East Siberian Sea, an index for central Pacific tropical sea surface temperature, two high latitude circulation indices, as well as a North American pressure index. All predictors are available by no later than March, which allows for compilation of a seasonal forecast with a two-month lead time. The prediction model accurately captures the interannual variations of NESSAT during 1977-2007 with a correlation coefficient between the predicted and observed NESSAT of 0.87 (accounting for 76% of total variance) and a mean absolute error (MAE) of 0.3℃. A cross-validation test during 1977 2008 demonstrates that the model has good predictive skill, with MAE of 0.4℃ and a correlation coefficient between the predicted and observed NESSAT of 0.76.     

大气环状模对夏季中国大陆登陆热带气旋频数气候变化的影响

采用1949—2016年7—8月美国国家环境预报中心及大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料与中国气象局(CMA)上海台风所整编的热带气旋最佳路径数据集,研究大气环状模(Circumglobal Teleconnection,CGT)与中国大陆地区登陆热带气旋(Tropical Cyclone,TC)频数气候变化的关系。定义200 hPa经向风经验正交展开(EOF)的第一模态为CGT,其时间系数为环状模指数(Circumgolbal Teleconnection Index,CGTI)。CGT在北半球中纬度地区有5个异常中心,CGTI在1949—2016年呈明显的下降趋势,且存在一个2~3 a的周期振荡。CGT与大尺度环流异常存在密切的联系。研究表明:CGTI与中国大陆登陆TC频数气候变率具有显著的正相关,即CGTI表现为正异常时,登陆中国大陆的TC频数增加,反之减少。当CGT表现为正位相时,东亚副热带西风急流增强,急流南侧的反气旋切变增强,使TC登陆过程的活动区域200 hPa的辐散增强,此外,对流层高层Rossby波能量向南传播增强,形成波通量辐合,导致东风异常,产生了东风异常的引导气流和纬向风垂直切变,东风切变使得切变减小,增加了TC登陆中国大陆的可能性。