气候变暖背景下全球海温对中国东部夏季降水年代际转折的影响

针对1970年代末及1990年代初中国东部夏季降水（ECP）的年代际变化格局,采用EOF分解、相关分析、回归分析等统计方法诊断了全球海表面温度对ECP年代际变化前两个模态（EOF1、EOF2）的影响。发现大西洋多年代际振荡（AMO）序列,印度洋偶极子（DMI）序列,太平洋年代际振荡（PDO）序列与ECP前两个模态时间系数（PC1、PC2）相关性较好,结合各海温指数的年代际变化特征,发现ECP在1970年代末受PDO及DMI的影响在低纬及中纬度地区分别呈现EOF1、EOF2的正位相分布特征;而在1990年代初受AMO及PDO的影响主要呈现EOF1的特征。由各海温指数及PC1、PC2重建的ECP分布特征可知,AMO及DMI与PC1重建的ECP型相近,对ECP的影响范围集中在低纬地区。除去变暖影响的DMI及PC1回归的高度场中发现一个源起大西洋的波列,黄河以北为异常反气旋中心,以南为异常气旋中心,低层南风异常,水汽被输送到北方,导致中国北方降水增加,南方降水减少。PDO与PC2重建的ECP型相近,对ECP的影响集中在中纬度地区。二者回归得到中国东部低层北风异常,水汽在长江流域辐合,长江流域降水增加。      

台风突然加强与环境场关系的气候分析

使用ＥＯＦ分析方法对２０年热带太平洋地区风应力场资料和ＳＳＴＡ资料进行分析，研究它们的空间分布特征模态和时间变化特征，发现风应力场的第一特征向量一海温距平场的第一特征向量的时间系数具有相同的变化特征，它们反映了海洋和大气在这个时空尺度上的相互作用和耦合关系，并与Ｅ１Ｎｉｎｏ循环有较好的对应关系。     

热带太平洋地区SSTA和风应力场的海气耦合模态

按国家气象局“八五”攻关力专家组提出的有关近海热带气候强度突变的标准，对１９７０－１９９１年在我国的近海发生强度突为的热带气旋进行了分类统计，发现如下气候特征：平均每年有８－９个热带气旋移到我国近海时发生强度突变，其中突然减弱的居多，占总个数的７９．６％，突然增强的只占总个数的２０．４％，突然增强只发和天５－１０月，而突然减弱到５－１２月均可发生；突然增强主要出现在浙闽沿海、南海中部，珠江口外西侧     

ENSO现象与甘肃省夏季降水

本文利用1958—1986年共29年甘肃省31个测站的夏季(6—8月)降水资料,运用自然正交函数方法进行展开。分析了展开后降水的空间分布特征与第一时间系数的变化规律,並与ENSO现象相对照,发现在ENSO现象发生之年甘肃夏季中部和陇东南降水明显偏少;而在ENSO现象次年夏季降水全省明显偏多。     

几种亚洲季风指数与中国夏季主要雨型的关联

首先采用EOF方法分析了中国夏季降水的主要特征 ,其第一 (EOF1 )和第二 (EOF2 )特征向量及其时间序列 (EOF1 - T、EOF2 T)基本上反映了中国夏季 1 (或 3)类和 2类主要雨型的空间和时间分布 ;进一步建立了EOF1、EOF2及其对应的时间序列EOF1 - T、EOF2- T与季风指数的关联 ,以及中国夏季主要雨型与季风指数直接的关联。结果表明 :各季风指数都对中国夏季的 1类雨型有较好的反映能力 ,都对 2类雨型无反映能力 ,仅学者施能定义的指数对 3类雨型有一定的反映能力。     

REGIONAL CHARACTERISTICS OF SUMMER PRECIPITATION ANOMALIES OVER CHINA*

The regional characteristics of precipitation anomalies of total summer precipitation of June,July and August and individual monthly precipitation are analyzed by using the method of Varimax EOF and correlation analysis.The data set used is the precipitation of a 5°Lat.×5°Long.spatial uniform network over China in the period of 1959 to 1994.The analysis of total summer precipitation shows that the most significant regional characteristic is the existence of negative correlation in precipitation anomalies between the lower reaches of the Changjiang River and the Huaihe River Valley(the LRCH region) and the middle reaches of the Huanghe River Valley(the MRH region),and between the LRCH region and South China.The precipitation anomaly over the Sichuan Basin is negatively correlated with that over eastern part of Qinghai-Xizang Plateau and that over the LRCH region.The regional characteristics of summer precipitation anomalies in western China are that there exists negative correlation between the summer precipitation anomalies over the southern part of the central and eastern Qinghai-Xizang Plateau and that over its northern part.There also exists positive correlation between the southern part of the central and eastern Qinghai-Xizang Plateau and the eastern part of North China and the southern part of Northeast China.The above spatial correlation modes have significant periods of about 3 years and ten years.The analysis of the monthly precipitation shows that in June there exists positive correlation among the precipitation anomalies over the LRCH region,the eastern part of North China and Northeast China.In July,the precipitations in the MRH region and the LRCH region are negatively correlated.The regional characteristic of precipitation anomalies in August is very similar to that of the total summer precipitation anomalies.     

中国东部夏季降水特征及其与西太平洋副高的关系

利用中国东部160个气象观测站1951年-2012年夏季（6-8月）的月平均降水资料,运用EOF分析方法,分析中国东部夏季降水的时空分布特征及其与西太平洋副热带高压的关系。结果表明:（1)夏季,中国东部降水大值区域从华南移到江淮流域,然后到达华北和东北地区。（2) 中国东部夏季降水EOF第一模态空间分布为长江以北与黄河以南地区之间存在一个降水大值雨带, EOF第二模态显示出整个东部沿海地区的降水量以长江为界,长江以南降水偏少,长江以北降水偏多,且江南与江北的降水呈反位相。（3)在西太平洋副热带高压较强的年份,江淮流域降水偏少,华北地区降水偏多;西太平洋副热带高压较弱的年份,江淮流域降水偏多,华南地区降水偏少。     

PRINCIPAL MODES OF THE SOUTH PACIFIC SSTA IN JUNE, JULY AND AUGUST AND THEIR RELATIONS TO ENSO AND SAM

The relationships of variations of sea surface temperature anomalies (SSTA) in the South Pacific with ENSO and Southern Hemisphere Annular Mode (SAM) are examined in the present article by employing the NCEP-NCAR reanalysis from 1951 to 2006. Two principal modes of South Pacific SSTA are obtained using the EOF (Empirical Orthogonal Function) analysis for austral winter (June, July and August). Our results suggest that EOF1 is closely related with ENSO and EOF2 links to SAM. The EOF1 varies largely on an interannual and EOF2 on a decadal scale. The time series of coefficients of EOF1 is highly correlated simultaneously with Nino3 index. However, the time series of coefficients of EOF2 is significantly correlated with the March-April-May mean SAM index. Both the EOF1 and EOF2 are found in significant correlation to summer precipitation over China. With higher-than-normal SSTs in the eastern South Pacific and simultaneously lower SSTs in the western South Pacific in June-July-August, the summertime rainfall is found to be less than normal in northern China. As displayed in EOF2 of SSTA, in years with lower-than-normal SSTs in mid-latitude southern and equatorial eastern Pacific and higher-than-normal SSTs in the equatorial middle Pacific in March-April-May, the summer precipitation in August tends to be more than normal in regions south of Yangtze River.     

对自然正交函数稳定性条件的讨论

对亚洲500毫巴候平均环流进行了天气统计学分析以后,本文进一步利用更新了的资料进行计算分析。指出,原始资料经过中心化处理后,在所对应的时空尺度上,自然正交函数是稳定的。在这一分析基础上,进一步论证了如果所分析的随机过程是平稳的,则其对应的自然正交函数是稳定的。从而为以自然正交分解方法为基础的预报问题提供了依据,并可以大大节省计算工作量。 本文还对气象上使用自然正交分解方法的若干问题进行了讨论,为有效地使用自然正交分解方法提出了一些有意义的看法。     

南海-热带东印度洋海温年际变化与南海季风爆发关系的初步分析

对５月东亚至热带东印度洋表面温度距平主要特征向量场的分析表明，以苏门答腊为中心的热带海洋温度异常与南海季风爆发有密切关系。当该海域海温较常年偏暖（冷）时，南海季风爆发往往迟（早），它可能是通过影响中南半岛与其南方热带海洋之间经向热力差异的变化来实现的。分析了从冬到夏南海－热带东印度洋海温距平主要特征向量场的时空演变，末夏初以苏门答腊为中心的热带海温距平场特征可以追溯到冬季南海海温场的变化，后者与南     

红水河汛期径流与印度洋海温异常的关系

使用1951—2014年广西河池市红水河龙滩站的月流量和同期海温、500 hPa位势高度、850 hPa矢量风资料,基于相关分析、EOF分析和合成分析,研究了红水河汛期流量与印度洋海温异常的关系,以及印度洋海温异常影响红水河流量的物理机制。结果表明,印度洋海温距平分布的三种模态,包括前期夏季印度洋海温距平EOF1_6—8、EOF1_2—4、印度洋海温距平EOF1_2—4和EOF3_2—4,与红水河汛期流量显著相关。用这三个模态的时间系数、龙滩站前期4—5月平均流量和南印度洋2、3和4月偶极子指数可以很好地模拟龙滩站汛期流量,因此,它们可以作为红水河径流预测的物理因子。印度洋海温异常影响红水河汛期流量的途径可以概括为,印度洋海温冷水年,冷异常可在四个季节持续。春季冷海温可使北半球春季南支气流上小槽波动强烈,南支槽加强,水汽输送显著增强;夏季可显著增强夏季风气流,使更多的水汽输送到红水河增大径流量;秋季和冬季,印度洋的冷海水减弱了北半球冬季环流形势,诱使西北太平洋水汽向中国东部地区输送,使红水河有更多的水汽汇集增大龙滩站流量。反之,印度洋海温暖水年时,四个季节的海温持续增暖,使北半球中纬度低气压系统变得不活跃,冬季形势进入早、而结束晚,中国东部受干燥气流控制时间长,春季和夏季副热带高压增强,同时,夏季风减弱,水汽输送较少,使汛期红水河流量减小。      

北方雨季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站逐日降水资料及NCEP/NCAR逐日再分析资料,利用统计分析、物理量诊断等方法,探讨北方雨季（7月11日至8月31日）中国东部降水异常模态及同期、前期的大气环流特征。分析发现,北方雨季中国东部降水异常表现为三个相互独立的降水模态:第一模态为偏西型,当其时间系数为正（负）时,河套地区降水偏多（少）,江淮流域上游降水偏少（多）,南方大部降水偏多（少）;第二模态为北方一致型,当其时间系数为正（负）时,北方降水一致偏多（少）,长江流域降水偏少（多）;第三模态为偏东型,当其时间系数为正（负）时,东北南部至长江中游降水偏多（少）,华东沿海降水偏少（多）。研究发现,造成北方雨季三个降水异常模态的环流特征各不相同:偏西型降水主要受西亚高空副热带西风急流位置南北偏移影响;北方一致型降水主要由东亚-太平洋遥相关波列导致;偏东型降水主要与海陆气压异常对比造成的东亚夏季风变化有关。此外,三个模态与前期环流异常有密切联系。第一模态的正（负）异常由7月上旬200 hPa来自北大西洋的异常波列造成乌拉尔山位势高度负（正）异常和巴尔喀什湖以南位势高度正（负）异常引起。第二模态的正（负）异常与前期7月上旬200 hPa北大西洋上位势高度负（正）异常产生的沿中纬度（高纬度）路径向下游传播的波列有关。第三模态的正（负）异常由春季3月份低层蒙古上空异常的气旋（反气旋）持续至同期造成。     

热带太平洋海温与中国西北夏季降水的关系

本文将中国西北(陕、甘、宁、青四省区)夏季降水资料用经验正交函数(EOF)方法展开,根据展开后的主要特征向量把西北划分为四个自然降水区,其中降水变率最大的区域是包括青海省东部、甘肃省中东部、宁夏全区和陕西省北部在内的海东—陕北区。西北夏季降水经EOF方法展开后的第一、二时间系数与同期和前期热带太平洋海温有着明显的遥相关。热带东太平洋海温冬、春季的冷暖变化程度,可以预示后期西北夏季降水的趋势变化。另外,在厄尼诺现象发生的当年和次年,西北夏季降水具有明显的相反变化,其中海东—陕北区最敏感。     

A three-dimensional satellite retrieval method for atmospheric temperature and moisture profiles

A three-dimensional variational method is proposed to simultaneously retrieve the 3-D atmospheric temperature and moisture profiles from satellite radiance measurements. To include both vertical structure and the horizontal patterns of the atmospheric temperature and moisture, an EOF technique is used to decompose the temperature and moisture field in a 3-D space. A number of numerical simulations are conducted and they demonstrate that the 3-D method is less sensitive to the observation errors compared to the 1-D method. When the observation error is more than 2.0 K, to get the best results, the truncation number for the EOF＇s expansion have to be restricted to 2 in the 1-D method, while it can be set as large as 40 in a 3-D method. This results in the truncation error being reduced and the retrieval accuracy being improved in the 3-D method. Compared to the 1-D method, the rms errors of the 3-D method are reduced by 48% and 36% for the temperature and moisture retrievals, respectively. Using the real satellite measured brightness temperatures at 0557 UTC 31 July 2002, the temperature and moisture profiles are retrieved over a region （20°-45°N, 100°- 125°E） and compared with 37 collocated radiosonde observations. The results show that the retrieval accuracy with a 3-D method is significantly higher than those with the 1-D method.     

Spatial and temporal characteristics of minimum temperature in winter in China during 1961–2010 from NCEP/NCAR reanalysis

Based on the surface 2?m monthly minimum temperature from the National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research reanalysis dataset, the spatial and temporal characteristics of winter minimum temperature during 1961–2010 have been analyzed in China. Results showed that the minimum temperature in China has a significant increasing rate of 0.25° per decade calculated by the Mann–Kendall statistical test, which is consistent with the global warming trend. Empirical orthogonal function (EOF) analysis reveals that there are three main patterns that can explain more than 57.6% of the total variance of the winter minimum temperature. The EOF1, EOF2, and EOF3 account for 34.8%, 13.5%, and 13.5% of the total inter-annual variance, respectively. The EOF1, EOF2, and EOF3 patterns are synchronous in northern China, central China, and on the Tibetan Plateau. There exist a decrease trend in the corresponding time coefficients of EOF1 and EOF2 and an increase trend in that of EOF3 since the 1960s. Both the corresponding time coefficients of EOF1 and EOF2 have significant positive correlations with the 500?hPa geopotential heights of the Arctic region and negative correlations in the regions lower than 40°N, while a significant positive correlation is found between the corresponding time coefficients of EOF3 and 500?hPa geopotential heights in the low latitudes. This suggests that rapid warming occurs in northern China and on the Tibetan Plateau, while the weakest trend locates in southeast China. Thus, warming in winter is more pronounced at higher altitudes and latitudes. These patterns are tightly connected with the atmospheric circulation.     

四川盆地夏季降水年际变化的主模态分析

利用1979～2018年四川盆地134站夏季降水观测资料、ERA-Interim再分析资料以及英国气象局哈德莱中心的海表温度及海冰资料,对比分析了四川盆地夏季降水异常主模态及其同期大气环流和前期海温海冰演变特征的差异,以探讨其形成机制及前期预测信号。结果表明:四川盆地夏季降水存在两类优势空间模态:全区一致型和东西反相型,在20世纪80年代多出现东西反相型,90年代到21世纪初以一致型为主,进入21世纪10年代后又多表现为东西反相型。不同模态所对应的大气环流和海温海冰的演变具有明显差异,全区一致型降水分布受低纬系统影响显著,在500 hPa高度场上主要表现为西太平洋副热带高压的位置及强度异常;850 hPa风场为辐合或辐散特征,受到来自孟加拉湾、南海、西太平洋三条水汽通道的共同影响,其中与南海水汽通道的相关性最高,一致型降水多/少年水汽在盆地区域南北边界为同收/同支;环流可能受到前期ENSO事件衰减的显著影响。东西反相型降水分布受中高纬环流的影响较大,在500 hPa高度场上的特征类似于极地欧亚型（POL）遥相关;水汽在区域南北边界为一收一支,西多东少型为南收北支,而西少东多型为北收南支,与西太平洋水汽通道关系显著;环流可能受到前期北极海冰异常的影响。     

我国冬季气温年代际变化及其与大气环流异常变化的关系

利用我国160个台站50年(1951~2000年)的月平均温度资料和NCEP/NCAR再分析资料,对我国从1951/1952~1999/2000共49个冬季(11月至次年3月平均)的气温进行经验正交函数(EOF)分解。第1模态表现为全国一致的增温或者降温,20世纪70年代中期以后,我国冬季气温增暖明显,发生了显著的年代际变化;第2模态则表现为南北温度的反相关系,20世纪80和90年代,我国北部地区,特别是东北和西北的温度增加,而我国南部则温度降低。采用频谱分析方法提取我国冬季气温的年代际变化信号更清楚地反映出这些变化。而且这两种模态从20世纪80年代开始的正位相叠加使得我国冬季持续偏暖,在降水场没有显著变化的情况下,加剧了华北地区的干旱程度。对气温的年代际变化与大气环流的回归分析表明,我国冬季气温年代际变化的第1模态与半球尺度上的北极涛动(AO)的变化有密切的关系,它在高度场上表现为一个准正压的南北环状模态;而第2模态则与中高纬大气环流中的一波结构联系密切,它在高度场上表现为一个准正压的太平洋和大西洋上反相的振荡模态。这就表明,我国冬季气温的年代际变化与大气环流中的基本气流及其扰动有密切的关联。作者还讨论了大气环流影响我国冬季气温年代际变化的可能机理,并指出进一步需要研究的问题。     

冬季北极海冰与中国同期气温的关系

采用Hadley中心的海冰密集度资料和中国160站气温资料,对冬季北极海冰变化的主要模态进行了分析,定义了5个关键海区,重点讨论了冬季北极海冰异常与中国冬季气温的关系。结果表明,冬季北极海冰变化主要表现为第一模态,即太平洋、大西洋的海冰反位相分布。海冰变化的关键区域为区域Ⅰ巴伦支海、区域Ⅱ格陵兰海、区域Ⅲ戴维斯海峡、区域Ⅳ白令海以及区域Ⅴ鄂霍次克海。中国冬季平均气温、冬季最低气温、冬季最高气温均与北极关键海区的海冰异常有显著相关,但是与其对应的海区有所不同。     

冬季北极海冰与中国同期气温的关系

采用Hadley中心的海冰密集度资料和中国160站气温资料,对冬季北极海冰变化的主要模态进行了分析,定义了5个关键海区,重点讨论了冬季北极海冰异常与中国冬季气温的关系.结果表明,冬季北极海冰变化主要表现为第一模态,即太平洋、大西洋的海冰反位相分布.海冰变化的关键区域为区域Ⅰ巴伦支海、区域Ⅱ格陵兰海、区域Ⅲ戴维斯海峡、区...