梅雨锋云系的模态研究Ⅱ：出现频率及转换特点

基于经验正交函数（EOF）分解方法提取的1998～2008年梅雨活跃期共16次过程的梅雨锋云系主导模态,讨论了这些主导模态的发生频率、维持时间及相互转换特征。结果表明,在16个梅雨活跃期内,云系的第1主导模态正相位出现的频率最高,并且在4个活跃期内作为首次出现模态率先出现;第5模态正位相的出现频率最低,且该模态多数伴随其他模态一同出现,为过渡模态。统计发现,各主导模态的维持时间并不相同,其中第2模态负位相持续时间最长,为81 h;第5模态正位相的最大持续时间最短,仅为18 h;第6模态负位相的平均持续时间最长。对不同主导模态转换方向和频次的计算表明,各个位相的模态最多（最少）向9种（3种）（含正负位相）其他模态进行转换。除第6模态负位相和第5模态负位相向其他模态的转化具有较好的方向性外,其他模态间的相互转换多表现出随机性特征。其中,第6模态负位相在超过半数的情况下向第5模态负位相转换,而第5模态负位相则多向第3模态正位相和第1模态负位相进行转换。     

2021/2022年冬季全球大气环流特征及主要灾害性天气分析

利用国家气象信息中心发布的第一代全球大气/陆面再分析产品数据分析了2021/2022年北半球冬季全球大气环流的主要特征及其主要灾害性天气。结果表明：2021/2022年北半球冬季全球陆地降水偏多、气温偏高、灾害性天气多、极端性强。北半球对流层上层中高纬大气环流主要呈现出“三槽三脊”特征,前期太平洋—北美地区PNA负位相环流形势最强,后期北大西洋涛动(NAO)正位相环流形势最为显著,中高纬度槽脊强度和位置变化是造成欧亚大陆和北美低温、寒潮暴风雪等灾害性天气的直接原因。南半球极涡为单极型,基本位于极圈内且大部分时段强度偏强,副热带高压强度偏强且稳定少动,造成澳大利亚、阿根廷等地持续高温天气。2月南印度洋热带气旋活跃,一个月内先后有4个热带气旋登陆或影响马达加斯加,造成严重洪涝灾害。     

2011年浙江梅汛期前后旱涝急转形势及梅雨锋结构特征分析

2011年浙江省出现了自1999年以来最典型、最强的梅雨降水集中期,连续4次强降水过程造成旱涝急转.本文利用NCEP再分析资料对2011年浙江梅汛期前后大尺度环流背景进行了分析并与历史同期进行了对比,同时又对4次强降水过程的梅雨锋结构进行了诊断分析.结果表明:(1)中高纬环流急转前后都具有很大的经向度,但由急转前的“三槽三脊”转变为“两槽一脊”,梅汛期为单阻形势,贝加尔湖阻塞高压前的西北气流为梅雨提供了冷空气条件.梅汛期印缅槽和西太平洋副热带高压较急转前明显加深、加强,偏强的印缅槽和西太平洋副热带高压有利于在副热带高压西北侧建立持久、稳定的水汽通道,西南气流与偏东气流在浙江构成准纬向切变,使得大量暖湿气流辐合上升,青藏高压北侧的偏北大风造成高层强烈辐散,这都为暴雨提供了良好的动力和水汽条件.(2)暴雨主要出现在梅雨锋前沿,梅雨锋区的上升运动与南北两支下沉气流相配合,北支携带冷空气向梅雨锋输送,南支与梅雨锋区上升气流构成经向垂直反环流,加强了锋区的上升运动.(3)4次暴雨过程梅雨锋都为相当位温密集带,在对流层低层垂直方向上近似直立分布.由于受冷空气影响,第一、三、四次过程梅雨锋区具有较明显的温度梯度,低层锋区向北倾斜;相反,没有冷空气的作用,第二次过程锋区无温度梯度,梅雨锋向南倾斜.     

2011年6月江淮梅雨暴雨主要影响系统特征

利用江淮梅雨期逐日降水资料与NCEP/NCAR的FNL分析资料,对2011年夏季江淮梅雨主要影响系统及环流特征进行了分析.结果发现,与典型梅雨期阻塞形势不同,2011年梅雨期中高纬阻塞形势有移动性特征,冷空气由于中高纬环流的发展导致极涡分裂南下而至;中高纬弱阻塞形势引起的切断槽提供了梅雨暴雨的动力条件;西北太平洋副热带高压脊线的变动是梅雨暴雨发展的决定性因素.同时分析了梅雨锋面系统、急流及其引发的高低空次级环流和干冷空气的侵入对暴雨的影响机制.     

1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次年际尺度偶极子模态特征

基于观测和再分析资料,本文研究了近几十年来1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次年际变异主导模态特征及与其相联的大气背景场。结果表明,1980—2019年冬季(12月—次年2月)该地区阻塞高压频次年际变异的主导模态存在明显月际差异:12月表现为北大西洋东部-欧洲西部地区阻塞高压频次的显著同位相变化,1月为北大西洋东部-欧洲西部与乌拉尔山地区阻塞高压频次的具有显著的反位相变化即偶极子模态,2月则为北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次的显著同位相变化。进一步研究表明:1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次偶极子模态与同期局地纬向西风、纬向风垂直切变、经向位涡梯度等大气背景场异常偶极型变化相联系。当乌拉尔山地区关键大气背景场为负异常,而北大西洋东部-欧洲西部为正异常时,两个地区阻塞高压频次分别增加和减少,呈现偶极子模态;反之亦然。阻塞高压频次偶极子模态及相关的背景环流异常可通过调节水平温度平流、垂直运动和水汽输送等来影响1月欧亚北部气温和降水,以及它们的极端事件频次。当阻塞高压频次偶极子模态处于正位相时,乌拉尔山北部(南部)和欧洲南部增温(降温),极端暖、冷事件频次分别增加(减少)和减少(增加...     

冬季西伯利亚高压的主要年际变化模态及其对东亚气温的影响

选取40°N—60°N,80°E—120°E的区域作为西伯利亚高压的主要活动区域,利用NCEP/NCAR月均海平面气压再分析资料,对该区域西伯利亚高压(Siberian High,SH)从1979—2017年共38个冬季(12月至次年2月)进行经验正交函数分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)。结果表明,第1模态为全区一致的变化,第2模态为南北气压的反相变化关系,第3模态为东西部气压的反相变化关系,并且3个模态的时间序列都存在显著的年际变化。进一步对相关的大气环流和东亚气温异常的分析表明,第1模态相联系的大气环流在地面表现为海陆气压差的改变,500 h Pa高度上东亚大槽强度的变化,200 h Pa纬向风场上温带急流、副热带急流强度的变化,SH负位相时,东亚偏暖,SH正位相时,东亚偏冷;第2模态与北极涛动(Arctic Oscillation,AO)和北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)的变化有密切关系,在高度场上表现为一个准正压的南北环状模态,SH北强南弱时,环流场类似AO正位相,温带急流减弱,东亚东北部偏暖,SH北弱南强时,东亚东北部偏冷;而与第3模态相联系的大气环流主要出现在欧亚大陆局部区域,与北大西洋涛动(NAO)也存在一定的关联,SH东强西弱时,东亚北部偏暖,西南部偏冷,SH东弱西强时,东亚北部偏冷,西南部偏暖。     

北半球大气环流的纬向对称模态

运用自然正交分解方法（EOF）提取了北半球冬季热带外地区标准化纬向平均纬向风场的前两个模态。第1模态（方差贡献为34%）表现为中高纬带的西风（东风）异常和中纬带的东风（西风）异常,与之相联系的海平面气压场的异常表现为极区与中高纬度地区海平面气压场的反位相变化,即北极涛动（AO）;第2模态（方差贡献为21%）表现为中纬带的西风（东风）异常和中低纬带的东风（西风）异常,与之相联系的海平面气压场的异常表现为副极地地区与副热带地区海平面气压场的反位相变化,即副热带涛动STO（sub-tropical oscillation）。副热带涛动的水平结构表现出较强的纬向对称性,垂直方向上表现出相当正压性;与副热带涛动正位相相联系的纬向平均温度场表现为中高纬度地区负异常和副热带地区正异常,而且费雷尔环流加强南移。副热带涛动不仅在冬季有所表现,而且在整个冬半年（11月—翌年4月）都有所表现,但在夏半年则不存在。     

夏季西太平洋副热带高压异常时的东亚大气环流特征

利用NCAR/NCEP月平均再分析资料,探讨夏季西太平洋副热带高压异常时东亚热带季风、梅雨锋及中高纬环流的变化特征.研究表明:夏季西太平洋副热带高压脊线异常偏南或脊点异常偏西时,东亚夏季风环流偏弱,850 hPa矢量风距平场上东亚热带地区出现反气旋性环流,副热带地区呈气旋性环流,500 hPa垂直速度距平场上东亚热带地区上升运动减弱,梅雨锋区上升运动加强,500 hPa高度上东亚高纬鄂霍次克海区域出现阻塞高压,高纬冷空气直达中纬度,梅雨锋扰动加强,造成江淮流域汛期降水偏多.夏季西太平洋副热带高压脊线异常偏北或脊点异常偏东时,东亚夏季风环流偏强,东亚大气环流系统的活动出现了与上述情况相反的异常型,江淮流域汛期降水偏少.     

冬季欧亚中高纬大气低频振荡的传播及其与欧亚遥相关型的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季欧亚中高纬大气低频振荡（LFO）的传播特征及其在年际尺度上与同期欧亚大气背景环流场之间的联系。结果表明,冬季欧亚中高纬LFO以10～30 d周期为主,且具有明显向东南方向传播的特征。其经、纬向平均移速分别约为3.4纬度/d和15经度/d。进一步分析发现,冬季欧亚中高纬LFO强度的年际变化与欧亚遥相关型（EU）密切相关。定义乌拉尔地区的脊和东亚、欧洲西北部的槽比常年弱（强）时,即EU指数小于（大于）零时,为EU负（正）位相。当对流层中上层EU处于负位相时,此时,对流层低层的西伯利亚高压强度减弱,这些因素均导致欧亚地区大尺度经向环流偏弱,环流较为平直,不利于LFO的传播;反之亦然。     

冬季欧亚中高纬大气低频振荡的传播及其与欧亚遥相关型的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季欧亚中高纬大气低频振荡(LFO)的传播特征及其在年际尺度上与同期欧亚大气背景环流场之间的联系。结果表明,冬季欧亚中高纬LFO以10~30 d周期为主,且具有明显向东南方向传播的特征。其经、纬向平均移速分别约为3.4纬度/d和15经度/d。进一步分析发现,冬季欧亚中高纬LFO强度的年际变化与欧亚遥相关型(EU)密切相关。定义乌拉尔地区的脊和东亚、欧洲西北部的槽比常年弱(强)时,即EU指数小于(大于)零时,为EU负(正)位相。当对流层中上层EU处于负位相时,此时,对流层低层的西伯利亚高压强度减弱,这些因素均导致欧亚地区大尺度经向环流偏弱,环流较为平直,不利于LFO的传播;反之亦然。     

Transition from the southern mode of the mei-yu front cloud system to other leading modes

Based on normalized six-hourly black body temperature （TBB） data of three geostationary meteorological satellites,the leading modes of the mei-yu cloud system between 1998 and 2008 were extracted by the Empirical Orthogonal Function （EOF） method,and the transition processes from the first typical leading mode to other leading modes were discussed and compared.The analysis shows that,when the southern mode （EOF1） transforms to the northeastern mode （EOF3）,in the mid-troposphere,a low trough develops and moves southeastward over central and eastern China.The circulation pattern is characterized by two highs and one low in the lower troposphere.A belt of low pressure is sandwiched between the weak high over central and western China and the strong western North Pacific subtropical high （WNPSH）.Cold air moves southward along the northerly flow behind the low,and meets the warm and moist air between the WNPSH and the forepart of the low trough,which leads to continuous convection.At the same time,the central extent of the WNPSH increases while its ridge extends westward.In addition,transitions from the southern mode to the dual centers mode and the tropical-low-influenced mode were found to be atypical,and so no common points could be concluded.Furthermore,the choice of threshold value can affect the number of samples discussed.     

我国东部梅雨期降水的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系

基于我国160站59年(1951～2009年)的月降水观测资料、美国气象环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的再分析资料和Hadley中心的海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料,对我国东部(100°E以东,15°N～40°N)梅雨期(6月和7月)降水的时空变化特...     

华南前汛期盛期中国东部降水异常模态的环流特征及成因分析

根据1958~2011年中国东部(105°E以东)316站逐日降水观测资料及环流逐日再分析资料,利用统计分析、物理量诊断等方法,探讨华南前汛期盛期(5月21日至6月10日)中国东部降水异常模态及对应大气环流特征和可能成因。分析发现,华南前汛期盛期中国东部降水异常表现为两个相互独立的降水模态:第一模态为华南全区一致型,当其时间系数为正(负)时,整个华南降水偏多(少),黄河中游降水偏少(多);第二模态为华南沿海东部型,当其时间系数为正(负)时,华南沿海东部降水偏多(少),而长江中下游降水偏少(多)。研究发现,造成华南前汛期盛期两个降水型的环流特征有明显差异:全区一致型降水主要受东亚高空西风急流南北偏移、副热带高压脊东西偏移及低层南海北部异常风场影响;沿海东部型降水主要由东亚高空西风急流强弱及位置异常、副热带高压强弱变化、低层日本以南西太平洋异常风场导致。此外,两个降水型对应环流异常的成因也各不相同。第一模态中高层环流异常由丝绸之路遥相关型导致,低层风场异常在5月下旬由阿拉伯海向下游传播的风场异常波列引起,在6月上旬则由西太平洋西移的异常反气旋(气旋)造成。第二模态的中高层环流异常先后由极地—欧亚遥相关型、环球遥相关型引起,低层风场异常由高层环流异常的动力作用造成。两降水型均存在整层深厚的垂直运动,但第一模态的垂直运动在高层闭合且对应显著的辐合辐散异常,第二模态则不具有上述特征。     

内蒙古夏季降水变率的优势模态及其环流特征

本文基于1961～2013年的中国气象局降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,针对内蒙古地区夏季降水,利用经验正交函数分解法（EOF）和合成分析法,考察了年际尺度上内蒙古地区夏季降水分布的不同类型,并分析其前两个模态的典型环流形势以及相关的春夏季节转换特征。内蒙古夏季降水在年际尺度上主要分为整体一致型和东西反向型。整体一致型模态以贝加尔湖北侧和南侧对流层中上层环流的反位相变化、源于伊朗北部-中亚地区的中纬度遥相关型波列以及东亚地区“东高西低”或“西高东低”的环流形势为主要特征。而东西反向型模态以东欧平原-乌拉尔山东侧-内蒙古东部及东北地区为异常中心的波状环流以及东亚沿岸中高纬地区偶极子环流异常（“北高南低”或“北低南高”）为主要特征。这两种夏季降水模态的正负位相分别对应着亚洲中高纬环流春夏季节转换提前和滞后的情形。这些结论有助于进一步认识内蒙古地区夏季降水异常及其典型环流特征,从而为其预测提供参考依据。     

The Major Interannual Modes of Late-Summer Precipitation Over the Northern China Monsoon Region

ABSTRACT

Summer precipitation in the northern China monsoon region (NCMR; 35°–55°N, 108°–135°E) shows significant intraseasonal variability. The early-summer (June) and late-summer (July–August) precipitation patterns show clear differences in their formation mechanisms and the systems that affect them. We used empirical orthogonal function (EOF) analysis to investigate the two leading modes of July–August precipitation over the NCMR and their associated atmospheric circulation anomalies using linear regression. The results show that the first (EOF1) and second (EOF2) modes correspond to a pan-NCMR precipitation variation pattern and a precipitation oscillation pattern between North China (NC) and Northeast China (NEC), respectively. These two modes account for 22.1% and 10.1% of the total variance, respectively. The associated principal components (PCs) both have significant interannual variability with a period of 2–4 years. In addition, PC1 has significant interdecadal variability with a period of 20–30 years. Further analysis suggests that EOF1 and EOF2 clearly have a different relationship with the summer monsoon circulation system. In the positive phase of PC1, the East Asian subtropical westerly jet stream (EAWJS) shows a northward trend with higher intensity than normal the blocking high at mid- to high latitudes is inactive; and the western Pacific subtropical high (WPSH) is located to the north of its normal position. The NCMR is controlled by stronger southerly winds, which cause the convergence of water vapour, favouring more precipitation in this region and vice versa. In the positive phase of PC2, the EAWJS swings to the south of Lake Baikal. Significant positive height anomalies exist from western NC to NEC. Significant negative height anomalies occur to the subtropical northwestern Pacific. This indicates that the cold vortex in Northeast China is inactive, the WPSH tends to be weaker and located to the south of its normal position, and NEC (NC) is dominated by anomalous northeasterly (southeasterly) winds. The convergence (divergence) of water vapour in NC (NEC) favours more (less) precipitation in NC (NEC) and vice versa. Therefore, EOF1 is related to the large-scale circulation anomalies over East Asia and the northwest Pacific in July and August, whereas EOF2 is more closely related to the anomalies in the regional circulation over the NCMR and the subtropical northwestern Pacific.     

我国西南地区干湿季降水的主模态分析

利用我国西南地区26个台站降水资料,通过经验正交函数（EOF）分解的方法,分析了1980～2009年该地区干季（10～4月）和湿季（5～9月）降水的主模态。我国西南地区干季降水的时空变化存在两种主模态,它们分别可以解释总方差的22.4%和15.6%。第1主模态为全区一致型,具有准两年周期振荡的年际变化特征;第2主模态为东南—西北反向型,从20世纪90年代中期至21世纪初呈现2～3年的变化周期。我国西南地区湿季降水的时空变化存在三种主模态,它们分别可以解释总方差的17.1%,13.8%和11.1%。第1主模态为全区一致型,20世纪90年代初期具有较强的2～4年周期;第2主模态为经向偶极子型分布,并具有显著的4年周期;第3主模态为纬向偶极子型分布,具有2～4年的年际变化信号。进一步利用NCEP/NCAR再分析资料以及美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的海表面温度（SST）资料,通过合成分析和回归分析的方法探讨了与干湿季降水各主模态对应的大尺度大气环流和海温状况。我国西南地区干季降水第1主模态与北极涛动（AO）有明显的正相关关系,对应的大气环流和海温状况表现为高纬北冰洋与中纬度地区上空高度场的反向异常分布,北大西洋和北太平洋海温低纬与中高纬的偶极子型异常分布;第2主模态与中高纬欧亚大陆上空高度场经向偶极子型异常分布有关,中纬度北太平洋的海温异常与该模态具有紧密的联系。我国西南地区湿季降水第1主模态与北大西洋涛动（NAO）显著负相关,对应的大气环流和海温状况表现为北大西洋上,高纬度与中纬度地区上空高度场的偶极子型异常分布,海温从低纬到中高纬的三极子型异常分布;第2主模态受欧亚大陆上空高度场经向三极子型异常分布影响,并与北太平洋海温异常的一致型分布有关;第3主模态可能与El Ni?o Modoki有关,同时受到南亚高压的影响,赤道太平洋海温的纬向三极子型异常分布对该模态具有一定的潜在预报意义。     

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...     

Physical Mechanism of Phased Variation of 2020 Extremely Heavy Meiyu in Middle and Lower Reaches of Yangtze River

The extremely heavy Meiyu in the middle and lower reaches of the Yangtze River in 2020 features early beginning, extremely late retreat, long duration, and a dramatic north-south swing rain belt. It can be divided into three phases. The key point of the extremely heavy Meiyu is the long duration of precipitation. The physical mechanism of the phased variation is researched here by analyzing the phased evolution of atmospheric circulation, the thermal effect of Tibetan Plateau, the sea surface te...     

2016年梅雨持续性强降水期间大气环流稳定分量研究

梅雨降水具有显著的阶段变化特征,研究持续强降水期间的关键环流稳定分量,对于分析和预测梅雨降水具有重要意义.利用NCEP-DOE1979～2016年逐日再分析资料,对2016年梅雨持续强降水期间位势高度场、风场和相对湿度场进行分析,提取环流系统的关键稳定分量,并对其空间结构、演变特征及更长时间尺度的背景形势进行分析,为梅...