MJO对中国春季降水影响的数值模拟研究

利用IAP-AGCM4.0模式,通过多初值集合数值模拟研究了赤道附近的大气季节内振荡(MJO)传播的两个关键位相期对中国东部春季降水的影响.当在赤道中东印度洋及赤道西太平洋引进异常非绝热加热(强MJO活动)强迫时,模式很好地模拟出了中国东部地区春季降水的异常形势,模式模拟与先期所作的诊断分析结果极为相似,即在MJO的第2-3(6-7)位相,中国长江中下游地区多雨(中国东部大部分地区降水偏少).对模式输出的高度场、风场、散度和涡度场以及水汽输送场的分析表明,中国春季降水异常的发生分别与异常非绝热加热在东亚/西北太平洋地区所造成的异常大气环流形势密切相关.对逐日响应场的分析表明,就MJO活动影响中国春季降水的可能物理过程及机制进行的讨论表明,赤道附近的异常对流加热不仅可以在赤道附近激发产生大气的罗斯贝波和开尔文波型响应,而且,还会在大气中激发产生从热带到中高纬度的罗斯贝波列遥响应.但是,由于异常对流加热发生的地区不同,大气遥响应场的形势也会十分不同,它所导致的影响也就很不一样.当异常对流加热发生在赤道中东印度洋(对应MJO的第2-3位相)时,大气的罗斯贝波列遥响应将在东亚/西太平洋地区形成有利于中国东部(尤其是长江中下游地区)春季降水偏多的形势;当异常对流加热发生在赤道西太平洋(对应MJO的第6-7位相)时,大气的罗斯贝波列遥响应将在东亚/西太平洋地区形成不利于中国东部春季降水的形势.     

MJO对春季中国东部大气环流和降水的影响

利用再分析资料分析了MJO（Madden-Julian Oscillation）不同位相对春季中国东部降水的影响。结果表明：MJO处于位相3时对应长江及其以南地区降水增多,处于位相7时该区域降水减小。当热带MJO对流从位相1东传至位相4,与其相伴的北向辐散辐合流会在印度东北部—长江及副热带西北太平洋地区的对流层中低层产生明显的辐合异常,且在MJO位相3时中国东部的辐合异常达到最大。从Rossby波源角度分析,这种辐合异常会增强对流层中低层气旋性环流,导致MJO处于位相3时长江流域及其以南地区降水增多。同时,利用现代次季节和季节预报业务系统探讨了MJO与降水的关系对降水预报技巧的影响,发现预报降水和再分析产品的相关系数在MJO处于位相3和7时有所增加。     

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。     

MJO对广东前汛期降水的影响

根据澳大利亚气象局MJO指数、国家气象局753站逐日站点资料、NCEP/NCAR全球再分析资料,通过合成分析研究了MJO活动对广东前汛期降水的影响。结果表明:MJO传播至东印度洋时广东降水为正异常,当其移至西太平洋时广东降水为负异常。MJO通过引起大尺度环流异常和大气垂直运动的异常对降水产生影响。当MJO传播至东印度洋时,副热带高压异常增强,广东为干冷偏北风和暖湿偏南风的交汇区且此时广东上空空气上升运动强烈,有利降水产生;当MJO传播至西太平洋时,副热带高压异常减弱,广东被偏北风控制且此时广东上空空气下沉运动强烈,对降水不利。     

MJO活动对云南5月降水的影响

本文分析了1979～2008年 5 月 MJO (Madden and Julian Oscillation)不同位相上大尺度环流对流和水汽输送的异常情况及其对云南5月降水的影响.按MJO活动中心位置从西向东分为8个位相,在不同位相上,云南5月降水呈现出明显的差异:第4～6位相(MJO对流中心位于赤道印度洋中部至西太平洋)降水偏多,而第7～8位相(赤道太平洋中部以东)和第1～3位相(赤道印度洋中西部)降水偏少,其中以第6位相的降水正异常和第2位相的负异常最为显著.在MJO 1～8位相中,对流主体从热带印度洋东移.在第1～3位相,孟加拉湾还未形成西南向水汽输送,而云南又处于水汽辐散区,降水较少;     

华南秋、冬、春季水汽输送特征及其与降水异常的联系

华南秋、冬、春季水汽输送特征的季节差异明显,水汽输送异常与降水异常存在密切联系,利用1958—2005年实测降水资料及NCEP/NCAR逐月再分析资料,探讨了华南秋、冬、春三季的水汽特征及其与降水异常的关系,主要结论有:大气中的水汽主要集中在500 hPa以下气层中,最大值出现在850～700 hPa;输送至华南的水汽秋季主要来源于孟加拉湾及副热带西太平洋,冬季主要来源于青藏高原南侧的东亚南支偏西风气流,春季则主要来源于东亚南支偏西风气流及热带西太平洋海区;华南秋、冬、春三季的降水偏多和偏少年的水汽输送距平场,并不是单纯的反向关系或主要输送带的偏强和偏弱,而是更为复杂;El Nio成熟期菲律宾附近的反气旋环流异常、冬季风的强度异常都是导致水汽输送异常的重要原因。     

东海黑潮区潜热变化对中国春季降水的影响及其影响过程

本文利用美国NCEP/NCAR再分析资料、哈德来(Hadley)中心海温数据、国家气候中心的观测站降水和客观分析海气通量(OAFlux)潜热感热通量资料,研究了1960~2010年春季黑潮区潜热输送对中国春季降水的影响及其影响过程。本文以黑潮流经的中国东部海域及邻近海域为研究对象,该区域是黑潮的主体区域,在文中简称为东海黑潮区。对中国东海以及邻近海域海温与降水的分析表明,在夏季该区域可能以大气强迫海洋为主,而在春冬两季可能主要为海洋强迫大气为主,秋季则可能为不明显的海气相互作用。在春季西北太平洋区域中感热和潜热都对黑潮流经的区域有比较好的敏感性,黑潮流经区域感热和潜热的气候平均值分别约为30 W m-2与120 W m-2;春季的感热通量标准差大值区主要集中在日本以西区域,潜热通量标准差主要集中在中国东海区域与日本东南区域(即东海黑潮区域)。春季潜热EOF第一模态的主要变化就集中在东海黑潮流域。相关分析与合成分析的结果表明,当黑潮潜热指数为正时,华南地区春季降水偏多,长江以北地区偏少,反之亦然。在物理过程分析中,黑潮潜热指数大于0.8时,长江以南的中国大陆有比较强盛的异常北风,使得水汽无法输送到更北的地区,导致在华南地区水汽的积累,并且在海面出现有利于降水的垂直运动异常延伸到大陆上,使华南地区降水增多,而长江以北的东部地区由于水汽输送偏弱,导致水汽积累偏少,从而降水减少。当黑潮指数小于-0.8时,有较强盛的异常南风,有利于水汽输送到北方地区,水汽在华北地区积累,导致长江以北出现降水正异常,而华南地区由于南风偏强,水汽输送加强,导致水汽无法在此区域积累,并且出现不利于降水的垂直运动异常,从而导致降水偏少。     

2013年夏季长江中下游地区降水异常与MJO的可能联系

利用国家气象信息中心提供的753站降水资料,澳大利亚气象局提供的RMM MJO指数资料和NECP/NCAR逐日再分析资料,分析了2013年夏季长江中下游地区降水持续异常与MJO位相异常的可能联系。结果表明：2013年夏季长江中下游地区持续干旱期间,MJO位相分布明显异常,MJO东传停滞,长时间维持在第1、8位相;西太平洋副热带高压偏北偏强。当MJO位于第1、8位相时,东亚高纬度地区的环流距平场呈现“西高东低”的分布特征,不利于西伯利亚地区的冷空气南下至长江中下游地区;当MJO位于第1位相时,副热带高压西北侧水汽主要输送至长江中下游地区,第8位相时,输送至长江中下游地区的水汽异常偏少。总之,当MJO位于第1、8位相时,冷空气活动较弱,冷暖空气无法在长江中下游地区交汇,同时该地区深厚的下沉运动从近地面一直延伸至对流层上层,不利于降水的发生,导致2013年夏季降水持续偏少。     

中国西南地区春季降水的时空变化及其异常的环流特征

利用中国气象局国家气象信息中心整编的中国西南地区97站逐日观测资料及美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料,对中国西南地区1961—2013年春季降水的时空分布特征进行了分析,并研究了造成西南地区春季降水异常的环流成因。结果表明,中国西南地区春季降水的主模态呈现为全区一致型,该模态具有明显的2.5—3.5a及准5a的活动周期。对流层中低层副热带地区的异常气旋式环流波列形成的异常气流将洋面上空的水汽向中国西南内陆地区输送,暖湿气流与异常活跃的北方冷空气活动相配合,加上西南地区大气低层辐合、高层辐散而产生抽吸作用,使得当地对流层中低层出现较强的沿地形抬升的上升气流,从而有利于西南地区降水的形成,反之亦然。造成环流异常的原因除了与西南地区、热带地区的异常辐合/辐散运动造成的位涡扰动能量有关,亦与中高纬度波扰动能量下欧亚大陆下游地区的频散及辐合有关。此外,冬季1月的青藏高原地面加热场特征可作为预测后期西南地区春季降水异常变化的一个前期信号。     

MJO对广西汛期降水的影响

利用1979—2012年中国753站地面气象观测站4—9月降水日资料和NCEP/DOE高度场、风场,温度场再分析Ⅱ格点日资料,基于实时多变量MJO指数研究MJO对于广西汛期(4—9月)降水的影响。根据MJO的8个不同位相使用逐日资料进行合成分析,结果表明:MJO对于广西汛期降水有显著影响。当MJO活跃中心位于西印度洋时,副高加强西伸,广西低层西南风增强,大量来自南海和孟加拉湾的水汽在广西上空辐合,广西汛期降水增强;当MJO活跃中心东移靠近西太平洋时,副高减弱东退,偏南暖湿气流向广西输送的水汽减少,其辐合减弱,广西汛期降水减少。     

THE IMPACTS OF MADDEN-JULIAN OSCILLATION ON SPRING RAINFALL IN EAST CHINA

Phase composite analyses are conducted to investigate the possible effect of the Madden–Julian oscillation(MJO)on the spring rainfall anomalies in East China by using the Real-time Multivariate MJO(RMM)index from Australian Meteorological Bureau.The results show that the rainfall anomalies over the mid-and lower-valley of Yangtze River are positive when the MJO shifts eastward to the mid-and eastern-Indian Ocean,and anomalous precipitation over South China are positive when the MJO moves further eastward to the maritime continent,whereas spring rainfall anomalies over East China are negative in the other MJO episodes.The MJO impacts on the precipitation over East China result from the changes in large-scale atmospheric circulation as well as vorticity and water vapor transportation in the mid-and lower-troposphere.     

POSSIBLE IMPACTS OF MADDEN-JULIAN OSCILLATION ON THE SEVERE RAIN-SNOW WEATHER IN CHINA DURING NOVEMBER 2009

Possible relationships between MJO and the severe rain-snow weather in Eastern China during November of 2009 are analyzed and results show that a strong MJO process is one of the strong impact factors.MJO is very active over the Indian Ocean in November 2009.Especially,it maintains 9 days in MJO phase 3,just corresponding to the two strongest rain-snow processes.Composites of MJO events show that when the MJO convective center is located over the Indian Ocean,the probability of rainfall is significantly increased and the temperature is lower than normal in eastern China,which is consistent with the situation in November of 2009.Atmospheric circulation anomalies of mid-and higher-latitudes can be influenced by the tropical MJO convection forcing and this influence could be realized by teleconnection.When the MJO is over the Indian Ocean,it is favorable for the maintenance of a circulation pattern of two ridges versus one trough at mid-and higher-latitudes.Meanwhile,the western Pacific subtropical high is stronger and more westward than normal,and a significant convective belt appears over eastern East Asia.All these circulation anomalies shown in the composite result also appeared in the observations in November 2009,which indicates the general features of relationships between the MJO and the circulation anomalies over the extratropics.Besides the zonal circulation anomalies,the MJO convection can also lead to meridional circulation anomalies.When the MJO convection is located over the Indian Ocean,the western Pacific is dominated by anomalous descending motion,and the eastern East Asia is controlled by strong convergence and ascending motion.Therefore,an anomalous meridional circulation is formed between the tropics and middle latitudes,enhancing the northward transportation of low-level moisture.It is potentially helpful to understanding and even forecasting such kind of rain-snow weather anomalies as that in November 2009 using MJO.     

MJO对华南前汛期降水的影响及其可能机制

利用站点降水资料、实时多变量MJO(Madden-Julian Oscillation)指数、向外长波辐射(OLR)资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用合成分析方法研究了MJO对华南前汛期降水的影响,并讨论其可能机制。结果表明,(1)在MJO不同位相,华南前汛期降水异常有明显的差异,并且这种差异随滞后时长而发生变化。第2~3位相和第6~7位相分别是影响华南前汛期降水的典型"湿位相"和"干位相"。(2)华南前汛期降水对MJO的响应需要一定时间,滞后时长约为1~2候。(3)MJO活跃(受抑)对流可通过激发Rossby波影响华南前汛期降水。当MJO活跃(受抑)对流中心位于赤道印度洋附近时,非绝热加热作用激发的Rossby波到达并影响华南地区,华南地区出现水汽供应的增强(减弱),从而促进(抑制)华南前汛期降水。     

热带大气低频振荡强度年际异常对中国东部冬季降水的影响

利用NOAA的逐日向外长波辐射（OLR）资料、NCAR/NCEP资料和中国台站降水资料,以低频振荡的能量与总能量的百分比作为低频振荡强度指数,初步研究了热带地区低频振荡强度的年际变化及其对中国东部冬季降水的影响。结果表明:冬季热带地区低频振荡强度高（低）,则我国东部冬季降水多（少）。热带低频振荡强度的年际变化与欧洲西北部到我国南部的波列及东亚冬季风的年际变化密切相关。在热带低频振荡强度高值年,冬季北非槽和孟加拉湾槽加深,东亚大槽减弱,东亚冬季风减弱,我国东部地区南风异常,水汽输送强,导致降水偏多;反之,在热带低频振荡强度低值年,北非槽和孟加拉湾槽减弱,东亚大槽加深,东亚冬季风加强,我国东部地区北风异常,水汽输送减弱,导致降水偏少。      

4—6月MJO北传与东亚季风爆发的关系

大气季节内振荡(MJO)对东亚季风的活跃、推进和中断具有显著影响,然而其在东亚季风爆发中的作用一直没有得到深入探讨。利用经验正交函数(EOF)分解和超前滞后回归分析方法,探讨了1979—2011年4—6月MJO的北传与东亚季风爆发的关系。研究表明:4—6月MJO有两次明显的北传过程,分别发生在5月中旬和6月中旬。逐候向外长波辐射资料EOF分析的前两个模态对应了MJO的不同位相,可以表征MJO的向东向北传播。超前滞后回归分析表明,伴随MJO的北传,降水带北移、印度洋到我国南海地区西南风建立、西太平洋副热带高压撤出南海及南亚高压北抬,这些环流异常形势有利于东亚季风的爆发。进一步对PC1所确定的季风爆发候与其它5个季风爆发指数进行对比发现,在大多数年份中,PC1所确立的季风爆发候与其它指数相差2候以内,其中,与其它5个指数所表征的季风爆发时间严格一致的年份分别有15、10、11、10、12年,表明MJO对东亚季风的爆发具有普遍作用。     

IMPACTS OF MONTHLY ANOMALIES OF INTRASEASONAL OSCILLATION OVER SOUTH CHINA SEA AND SOUTH ASIA ON THE ACTIVITY OF SUMMER MONSOON AND RAINFALL IN EASTERN CHINA

The impact of strong (weak) intraseasonal oscillation (ISO) over South China Sea (SCS) and South Asia (SA) in summer on the SCS and SA summer monsoon and the summer rainfall in Eastern China are studied by using the NCEP-NCAR analysis data and the rainfall data of 160 stations in China from 1961 to 2010. It is found that the impacts are significantly different in different months of summer. The study shows that in June and July cyclonic (anticyclonic) atmospheric circulation over SCS and SA corresponds to strong (weak) ISO over SCS. In August, however, strong (weak) ISO over SCS still corresponds to cyclonic (anticyclonic) atmospheric circulation over SA. In June and August cyclonic (anticyclonic) atmospheric circulation over South Asia corresponds to strong (weak) ISO over SA while a strong (weak) ISO corresponds to anticyclonic (cyclonic) atmospheric circulation over SA in July. Besides, in June the strong (weak) ISO over SA corresponds to cyclonic (anticyclonic) atmospheric circulation over SCS, while in July and August the atmospheric circulation is in the same phase regardless of whether the ISO over SA is strong or weak. The impacts of the strong（weak）ISO over SCS on the rainfall of eastern China are similar in June and July, which favors less (more) rainfall in Yangtze-Huaihe Rivers basin but sufficient (deficient) rainfall in the south of Yangtze River. However, the impacts are not so apparent in August. In South Asia, the strong (weak) ISO in July results in less (more) rainfall in the south of Yangtze River but sufficient (deficient) rainfall in Yangtze-Huaihe Rivers basin. The influence on the rainfall in eastern China in June and August is not as significant as in July.     

南海和南亚大气季节内振荡月异常对夏季风活动及中国东部夏季降水的影响

利用ECMWF逐日再分析资料(1961—2000年),中国气象局国家气候中心提供的1961—2000年中国160个站降水资料,探讨了夏季逐月南海和南亚ISO的强弱对南海和南亚夏季风及中国东部降水的影响。研究表明,夏季各月南海和南亚ISO异常对夏季风活动及中国东部降水的影响存在显著的差异,有分月进行讨论的必要。夏季各个月南海大气ISO的异常对南海和南亚夏季风活动的影响在6、7月有些相似,都表现为ISO强(弱)与南海地区和南亚地区气旋性(反气旋性)环流相对应,而8月截然相反,ISO强(弱)与仍南海地区气旋性(反气旋性)环流对应,而南亚地区表现为反气旋性(气旋性)环流。南亚大气ISO异常对夏季风活动的影响与南海地区有较大差异,6月和8月南亚大气ISO强(弱)与南亚地区气旋性(反气旋性)环流对应,而7月ISO的强(弱)对应于南亚地区反气旋性(气旋性)环流。6月南亚大气ISO强(弱)对应于南海地区气旋性(反气旋性)环流,而7、8月无论是南亚大气ISO强年还是弱年,南海地区都表现为反气旋性异常环流。从降水来看,夏季6、7月南海大气ISO偏强(弱)年,长江以南大部分为正(负)距平而江淮流域降水基本上为负(正)距平。而8月南海大气ISO强弱年,长江以南与江淮流域这种反相的降水特征并不明显。7月南亚大气ISO强(弱)年,长江以南降水大部分为负(正)距平而江淮流域为正(负)距平,而6月和8月南亚大气ISO的强弱对中国东部降水的影响并不如7月表现明显。     

2003年东亚季风季节内振荡对我国东部地区降水的影响

将2003年东亚夏季风指数IM进行30~60天带通滤波后,分析结果表明,大气季节内振荡(ISO)的经向传播主要表现为从南海南部地区向北传播,其传播过程中的高值中心分别对应我国南海地区、华南前汛期以及江淮流域梅雨的强降水过程。ISO的传播还表现出纬向与经向相互接力的特征,纬向上源于热带地区孟加拉湾向东传播的ISO和源于副热带西太平洋地区向西传播的ISO 在120 °E附近汇合后,分别补充到由南海南部向北传播的ISO中,使其可以继续加强北传,最北界可延伸到35 °N以北,对我国东部地区大尺度降水过程产生一定的影响。     

RELATIONSHIPS BETWEEN SPRING KUROSHIO SSTA AND SUMMER RAINFALL IN CHINA

Based on the data of SST and NCEP/NCAR reanalysis data, the relationship is analyzed of spring SSTA in the Kuroshio region with summer precipitation in China, summer 500 hPa field and water vapor transport, using the methods of Morlet wave, correlation and composite analysis. The results show that annual and interdecadal change of spring SST in the Kuroshio region is distinct. Spring SST displays a significantly increasing trend and there exist different periodic oscillations in the Kuroshio region, with the 23-year periodic oscillation being the most obvious. Troughs and ridges in the mid- and higher- latitudes turn deeper in high Kuroshio SSTA years. At the same time, the western Pacific subtropical high strengthens and stretches westwards. As a result, the warm / wet air from the west of the subtropical high locates in the mid- and lower- reaches of the Yangtze River and south China and summer rainfall in the above regions increases accordingly. Composite anomalous water vapor flux fields indicate that the vapor transport from the South China Sea and western Pacific and the vapor from the north converge over the mid- and lower- reaches of the Yangtze River and south China, which results in the increase of the summer rainfall in the mid- and lower- reaches of the Yangtze River and south China. On the contrary, the summer rainfall in the mid- and lower- reaches of the Yangtze River and south China decreases correspondingly in low Kuroshio SSTA years.     

中国东部地区降水季内变化的季节锁相

用１９５４－１９８３年５－８月的逐日降水资料分析了中国东部地区降水的气候特征，并讨论了它同东亚季风季节内变化的联系。结果发现，江淮梅雨同华南夏季风降水都具有季节锁相特征，前者呈单峰分布，后者呈双峰分布。同时，降水量的季内变化均具有２０－２５天的周期振荡特征。江淮流域降水的峰值和华南地区的第一个峰值主要受副热带季风影响，同夏季风的季节性北进和加强有关，华南地区第二个降水峰值受南海热带季风影响，与同期