1948～2001年全球陆地及大尺度区域6～8月旱涝气候变化

用 1 948～ 2 0 0 1全球陆地月降水资料 (PREC/L) ,研究了全球、北半球、南半球及欧亚、非洲、澳洲、北美、南美和南极大陆等 6个大尺度区域 6～ 8月的旱涝气候变化。结果表明 ,全球及北、南半球 6～ 8月的旱涝有明显的年代际变化。 2 0世纪 40年代末～ 70年代为全球洪涝多发期 ,80～ 90年代为全球干旱多发期。北半球的特征与全球较为一致 ;南、北半球 6～ 8月的旱涝没有明显的联系 ,但发生暖 (冷 )事件时 ,两个半球可能同时出现干旱(洪涝 ) ;全球、半球的旱涝与ENSO有明显的联系。另外 ,非洲大陆和欧亚大陆旱涝年的分布有十分明显的年代际特征 ,6个大区域 6～ 8月的旱涝之间存在一定的联系。     

1920～2000年全球6～8月陆地旱涝气候变化

用 192 0～ 2 0 0 0年全球 6～ 8月陆地降水量资料研究了全球、北、南半球 6～ 8月旱涝特征。采用加权平均的 6～ 8月降水距平指数和加权平均的 6～ 8月旱涝面积指数来表示全球的旱涝程度 ;从而划分了 192 0～ 2 0 0 0年的全球 6～ 8月降水量的旱涝年。对划分的旱、涝年进行了旱涝年差异的MonteCarlo检验。研究结果指出 ,在 192 0～2 0 0 0年中 ,1988( 193 0 )年是全球最严重的涝 (旱 )年 ,其次是 195 4( 1976)年。全球的及北、南半球的旱涝有明显的年代际变化。 2 0世纪 2 0年代为全球 6～ 8月干旱多发期 ,2 0～ 40年代为全球 6～ 8月洪涝少发期 ,5 0～ 60年代为全球洪涝多发期 ,70年代～ 2 0 0 0年全球旱涝爆发频繁 ,旱年多于涝年。北半球的特征与全球较为一致。南、北半球陆地分别作用为一个整体 ,它们的 6～ 8月旱涝没有明显的联系 ,但是当发生暖 (冷 )事件时 ,南、北半球 6～ 8月可能出现干旱 (洪涝 ) ,全球 6～ 8月的旱涝变化与ENSO之间有明显的联系     

1948～2001年全球旱、涝变化和ENSO关系

本文回顾了全球旱涝气候变化的一些最新研究,提出全球旱涝年定义方法,用最新资料对全球的旱涝年,旱涝季进行了补充计算与统一划分。给出了1948~2001年全球旱涝年和旱涝季表。据此,研究了全球旱涝气候变化和年代际变化特征;研究了全球旱涝年、旱涝季、全球降水量与ENSO的关系。计算了南方涛动在解释年、季平均降水量的年际变化中的方差贡献百分比,结果表明,南方涛动在对全球,北半球和南半球陆地年降水量中的解释方差百分比,分别是59.5%;28.6%和47.2%。南方涛动在9~11月,0°~10°S纬度带内的降水量的年际变化中的解释方差高达到67.9%。南方涛动在20°N~30°S纬度带内的年降水量中有很大的解释方差。     

1920-2000年全球陆地降水气候特征与变化

分析了1920-2000年全球陆地降水场.指出降水量最大的区域主要在季风区,在季风降水区有明显的雨季和旱季之分.全球多年平均降水随纬向分布有着较好的连贯性,即热带地区比较湿润,从赤道向南向北递减,但是在南半球40°～50°S中高纬度降水量还比较多,故南半球降水随纬度分布呈双峰型.文中还分析了全球陆地平均的全年、各季降水序列的周期和趋势特征.指出全球降水序列中有明显的与2～7年ENSO周期相吻合的变化周期,也有年代际变化.在1920-2000年期间,除了冬季降水有一个弱的上升趋势外,其它季节降水量的变化趋势不很明显.分析比较了全球陆地年、各季降水长期趋势的地理分布差异,指出在南半球,赤道～10°S除了在春季降水表现为弱的负趋势外,其他季节都是正趋势,其中冬季最明显,但是并不显著.10°～25°S在冬、秋季是正趋势而夏季是负趋势,趋势都不显著.在20°～40°S夏、秋季的降水量正趋势达到0.01显著性水平.在北半球,25°N以南的热带地区的四季降水都是负趋势,在秋季尤为明显,达到0.01显著性水平.在30°N以北,除了在30°～40°N冬季表现为降水的负趋势外,其它季节降水为正趋势.在45°～55°N地区,降水的正趋势在春季表现的最为明显,在北半球更高的纬度上,冬季降水的正趋势表现的特别明显.     

1948-2003年热带地区降水气候特征与变化

使用1948—2003年全球陆地和海洋的月降水资料,研究了热带地区年降水量场的趋势变化,同时还研究了ENSO事件与热带地区年降水量的关系。结果表明,在1948—2003年,热带地区年降水量场以负趋势为主要变化特征。给出了降水趋势明显的13个区域,指出热带海洋降水趋势明显的地区比陆地的范围广而且强度大,正趋势区基本都在南半球的海洋上,且北半球降水趋势明显的海洋区域都呈负趋势。研究结果还表明,ENSO事件可能是热带地区年降水量减少的一个重要原因;同时给出了ENSO事件发生时热带地区的明显旱涝区,并与以往的研究进行了比较。     

20世纪两次全球增暖事件的比较

20世纪20年代和70年代全球出现了两次突变增暖,本文分析比较了这两次全球增暖的起源地,空间分布特点,影响范围,以及北半球增温和降温最大地区的气温变化与其相对应的大气环流变化的联系等.发现,第一次全球增暖始于北半球新地岛西北、冰岛及以北的极地地区,主要增暖区在北大西洋、格陵兰岛、冰岛和北半球中、高纬大陆地区,主要增暖季节是夏季.第二次全球增暖最早可能始于南半球南印度洋海盆及南极大陆地区,增暖中心有明显向北半球方向移动的倾向并广泛影响到全球热带、副热带海洋,没有明显的区域和季节增暖差异;北半球第二次增暖比南半球约晚10年,主要增温区在东亚大陆和北美西部,主要增暖季节在冬季.分析还发现,20世纪北半球增暖最强的东亚大陆、北美西北部和降温显著的冰岛、格陵兰岛、北大西洋以及中北太平洋等地的气温变化与其相应的大气环流系统的异常变化关系密切.     

1948—2003年热带地区降水气候特征与变化

使用1948—2003年全球陆地和海洋的月降水资料,研究了热带地区年降水量场的趋势变化,同时还研究了ENSO事件与热带地区年降水量的关系。结果表明,在1948—2003年,热带地区年降水量场以负趋势为主要变化特征。给出了降水趋势明显的13个区域,指出热带海洋降水趋势明显的地区比陆地的范围广而且强度大,正趋势区基本都在南半球的海洋上,且北半球降水趋势明显的海洋区域都呈负趋势。研究结果还表明,ENSO事件可能是热带地区年降水量减少的一个重要原因;同时给出了ENSO事件发生时热带地区的明显旱涝区,并与以往的研究进行了比较。     

1948～2001年全球陆地9～11月降水的长期变化

本文用Chen等(2001)最新创建的全球陆地月降水资料(PREC／L)，计算了1948～2001年全球9～11月陆地降水量趋势变化。结果表明，在1948～2001年，全球9～11月的降水量场有明显的趋势变化，全球大约2／3左右的陆地9～11月降水量是负趋势，明显减少的区域是：热带非洲，俄罗斯西北部，中国东部，南亚及东南亚，南极的威尔克斯地，格陵兰北部，等六个地区。全球仅1／3左右的陆地9～11月降水量是正趋势，降水量增加的地区是：加拿大北部，墨西哥北部及美国西南部，南美的阿根廷，非洲南部的南非、博茨瓦纳南部，等四个地区。正负趋势面积的差异在统计上是显著的。本文还研究了36个纬度带9～11月平均降水量的趋势系数，指出全球共有8个纬圈的9～11月降水量的趋势变化达到0．05信度的显著性，初步讨论了全球9～11月降水量趋势变化的原因。     

全球不同空间尺度陆地年降水的年代尺度变化特征

基于1951~2010年GPCC（Global Precipitation Climatology Centre）的逐月降水数据,利用集合经验模分解法（Ensemble Empirical Mode Decomposition,简称EEMD法）对全球、东西半球、五个大陆和四个典型干旱半干旱区等不同空间尺度年降水量的年代尺度特征进行了研究,区分了不同空间尺度上降水的年代际变化及其长期趋势。结果发现:（1）全球陆地平均降水既存在年代际的周期振荡,又存在长期变化的趋势,降水的年代际周期振荡的强度远大于降水的长期趋势,两者的共同作用使得全球陆地平均降水呈现以年代际周期振荡为主的特征。（2）在半球尺度,2000年以前,东、西半球具有明显相反的年代尺度变化特征,东半球变干（降水减少）,西半球变湿（降水增加）。（3）1951~2010年,欧亚大陆和非洲大陆与北美、南美和澳洲大陆的年代际振荡和趋势存在着一个近似反位相的关系;干旱化与干旱时段是完全不同的两个过程,两者所处的时段也不同;近10年（2001~2010年）全球五个大陆可能将进入一个相对湿润的时段。（4）四个典型干旱半干旱区降水的年代尺度变化具有明显的区域差异。总体来说,华北和北非与北美和中亚降水在长期趋势及年代际振荡上具有反位相的特征。华北和北非的年代际振荡具有近似的位相。在最近几十年,北美和中亚同处于湿润时段,但前者开始于1975年,后者开始于1985年。此外,中亚的第一个湿润时段（1959~1968年）却对应北美的干旱时段。     

近45年山东夏季降水时空分布及变化趋势分析

利用1961-2005年山东省26个观测站逐日降水资料,对山东夏季(6～8月)降水总量、雨日和暴雨日数进行时空分析,研究夏季降水气候变化成因,并划分了夏季降水旱涝年.结果表明,山东夏季降水大部分地区为减少趋势,暴雨日降雨强度的变化与夏季降水量的减少关系更为密切;夏季降水量、暴雨日降雨强度和旱涝年有明显的年代际变化特征.最后用500 hPa位势高度和环流特征量分析了夏季旱涝异常的大尺度环流背景及气候变化原因.     

Global trends and patterns of drought from space

This paper analyzes changes in areas under droughts over the past three decades and alters our understanding of how amplitude and frequency of droughts differ in the Southern Hemisphere (SH) and Northern Hemisphere (NH). Unlike most previous global-scale studies that have been based on climate models, this study is based on satellite gauge-adjusted precipitation observations. Here, we show that droughts in terms of both amplitude and frequency are more variable over land in the SH than in the NH. The results reveal no significant trend in the areas under drought over land in the past three decades. However, after investigating land in the NH and the SH separately, the results exhibit a significant positive trend in the area under drought over land in the SH, while no significant trend is observed over land in the NH. We investigate the spatial patterns of the wetness and dryness over the past three decades, and we show that several regions, such as the southwestern United States, Texas, parts of the Amazon, the Horn of Africa, northern India, and parts of the Mediterranean region, exhibit a significant drying trend. The global trend maps indicate that central Africa, parts of southwest Asia (e.g., Thailand, Taiwan), Central America, northern Australia, and parts of eastern Europe show a wetting trend during the same time span. The results of this satellite-based study disagree with several model-based studies which indicate that droughts have been increasing over land. On the other hand, our findings concur with some of the observation-based studies.     

Variability patterns of Rossby wave source

Rossby waves (RW) propagation due to a local forcing is one of the mechanisms responsible for wave trains configurations known as teleconnections. The term teleconnection refers to anomalies patterns that are correlated in several regions of the world, causing large-scale changes in atmospheric waves patterns and temperature and precipitation regimes. The aim of teleconnections studies is to provide a better understanding of atmospheric variability and their mechanisms of action in order to identify patterns that can be tracked and predicted. The purpose of this study was to characterize seasonal and spatial variability of atmospheric RW sources. The RW source at 200?hPa was calculated for the four seasons with reanalysis data of zonal and meridional wind. In the Northern Hemisphere (NH), the RW sources were located on East Asia, North America, North Atlantic and Pacific. The main RW sources in the Southern Hemisphere (SH) were located over Intertropical, South Pacific, South Atlantic and South Indian Convergence Zones. Extratropical regions were also identified, mainly to the south of Australia. The vortex stretching term (S1) and the advection of absolute vorticity by the divergent wind (S2) were analyzed to discuss the physical mechanisms for RW generation. In the NH, the source at East Asia in DJF changed to a sink in JJA, related to the dominance of S1 term in DJF and S2 term in JJA. In the SH, the vortex stretching term had the dominant contribution for RW source located to the south of Australia. The main forcing for RW sources at east of Australia was the advection of absolute vorticity by divergent flow. Over South America, both terms contributed to the source in DJF. The main modes of RW source variability were discussed by using empirical orthogonal functions analysis. RW variability was characterized by wave trains configurations in both hemispheres over regions of jet streams and storm tracks, associated with favorable and unfavorable areas for RW generation.     

南极海冰北界涛动指数及其与我国夏季天气气候的关系

南极海冰的变化和全球大气环流关系密切。南极各区海冰的不同变化, 对南北半球大气环流有着不同的影响。文中基于对南极海冰变化的客观分区, 定义了南极海冰北界涛动指数 (ASEOI), 并结合中央气象台提供的南方涛动指数、北半球500 hPa和100 hPa高度场资料以及我国160站降水、温度资料, 利用诊断分析方法, 对ASEOI与我国夏季天气气候的关系进行了研究。研究表明:ASEOI对我国长江中下游降水及全国大部分地区温度具有指示意义。若前一年10月ASEOI偏低, 则当年7月我国长江中下游降水偏多, 引发洪涝灾害的可能性很大; 温度场上, 我国北方气温偏高, 南方气温偏低, 而高温往往伴随着少雨, 这无疑会加剧华北本就严重的旱情。     

全球变暖、AMO、IPO对全球陆地降水变化的相对贡献

本文探究了不同海表温度（SST）模态对6—8月和12月—次年2月全球陆地降水的趋势以及年代际变化的相对贡献。首先对热带地区陆地降水和SST进行SVD分析,得到影响陆地降水的趋势和年代际变化主要的海洋模态为：海洋中的全球变暖（Global Warming,GW）、大西洋多年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO）和太平洋多年代际振荡（Interdecadal Pacific Oscillation,IPO）。其次利用多元线性回归模型进一步定量评估了全球变暖、AMO和IPO对不同地区陆地降水的相对贡献大小。结果表明,全球变暖对陆地降水变化的贡献在冬夏季都是最大的,AMO在6—8月的贡献次之。IPO在12月—次年2月的贡献次之。不同纬度带,三者的贡献不同。GW的贡献在6—8月期间对10°N以北地区较大,南半球受GW的贡献相对较小,GW在12月—次年2月对40°N以北降水贡献异常显著;AMO主要在6—8月对10°～40°S和50°～60°S纬度带上的降水变化的贡献比较大;而IPO主要在12月—次年2月对北半球中纬度降水变化的贡献比较大。GW对许多地区降水变化的方差贡献都是最大的,例如6—8月期间,对北美洲东北部和亚洲降水变化贡献最大,12月—次年2月期间,对欧洲降水变化贡献最大。AMO对6—8月降水变化的方差贡献最大的区域为非洲萨赫勒、西伯利亚和南美洲。12月—次年2月期间,IPO对美国西南部的降水变化贡献最大,此外,北美洲东北部、南美洲西北部、非洲南部、澳大利亚东部、南亚季风区和我国北部的降水在12月—次年2月期间同样受IPO影响显著。进一步利用信息流的方法,探究了GW、AMO和IPO与陆地降水变化之间的因果关系,验证了上述结论。     

Responses of global monsoon and seasonal cycle of precipitation to precession and obliquity forcing

In this paper, the response of global monsoon to changes in orbital forcing is investigated using a coupled atmosphere–ocean general circulation model with an emphasis on relative roles of precession and obliquity changes. When precession decreases, there are inter-hemispheric asymmetric responses in monsoonal precipitation, featuring a significant increase over most parts of the Northern Hemisphere (NH) monsoon regions and a decrease over the Southern Hemisphere (SH) monsoon regions. In contrast, when obliquity increases, global monsoon is enhanced except for the American monsoon. Dynamic effects (caused by changes in winds with humidity unchanged) dominate the monsoonal precipitation response to both precession and obliquity forcing, while thermodynamic effects (caused by changes in humidity with winds unchanged) is related to the northward extension of the North African summer monsoon. During minimum precession, the seasonal cycle of tropical precipitation is advanced with respect to the maximum precession. The rainfall increase in the transitional season (April-June in the NH and October-December in the SH) is dominated by the dynamic component. From an energetics perspective, the southward (northward) cross-equatorial energy transport during April-June (October-December) corresponds to a northward (southward) shift of tropical precipitation, which results in a seasonal advance in the migration of tropical precipitation. Nonetheless, there is no significant change in the seasonal cycle in response to obliquity forcing.

     

A review of the temporal and spatial variability of Arctic and Antarctic atmospheric circulation based upon ERA-40

A survey of the spatial and temporal behavior of the atmospheric general circulation as it relates to both polar regions is presented. The review is based on the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) 40-year reanalysis (ERA-40), updated using ECMWF operational analyses. The analysis spans 1960–2005 in the Northern Hemisphere, but is restricted to 1979–2005 in the Southern Hemisphere because of difficulties experienced by ERA-40 prior to the modern satellite era.The seasonal cycle of atmospheric circulation is illustrated by focusing on winter and summer. The huge circulation contrasts between the land-dominated Northern Hemisphere and the ocean-dominated Southern Hemisphere stand out. The intensification of the North Atlantic Oscillation/Northern Annular Mode and the Southern Annular Mode in DJF is highlighted and likely due to warming of the tropical Indian Ocean. The Arctic frontal zone during northern summer and the semi-annual oscillation throughout the year in the Southern Hemisphere are prominent features of the high latitude circulation in the respective hemispheres.Rotated principal component analysis (RPCA) is used to describe the primary modes of temporal variability affecting both polar regions, especially the links with the tropical forcing. The North Atlantic Oscillation is a key modulator of the atmospheric circulation in the North Atlantic sector, especially in winter, and is the dominant control on the moisture transport into the Arctic Basin. The Pacific-South American teleconnection patterns are primary factors in the high southern latitude circulation variability throughout the year, especially in the Pacific sector of Antarctica where the majority of moisture transport into the continent occurs.     

全球陆地年降水量与ENSO关系的初步研究

用全球陆地月降水资料（PREC／L），研究了1948－2000年期间的ENSO事件与全球陆地年降水量的关系，对全盛分析的结果进行了蒙特卡洛模拟经验。结果表明，暖事件年全球陆地年降水量大范围地明显减小，显著的地区是：赤道西太平洋区，中国的华北，赤道中美洲区，孟加拉湾北部及尼泊尔，东澳大利亚区，印度西部及巴基斯坦南部，勒拿河以东地区，西欧及南极的威尔克斯等区域。在暖事件年，陆地年降水量增加地区不多，主要是南美的智利和阿根廷，东非索马里，肯尼亚和坦桑亚，中东的土耳其，伊拉克及伊朗，北非的利比亚和阿尔及利亚，西南非的纳米比亚及非洲南部的博茨瓦纳和津巴布韦。统计检验表明，暖事件年全球陆地年降水量减少的面积比降水量增加的面积要大，而且更为显著，将本文结果与早期的研究结果进行了比较，研究还指出，ENSO的年代际变化对上述地区降水的年代际变化影响不明显。但是80年代以后的暖事件对东澳大利亚干旱，中国的华北的干旱的影响比80年代前的影响更大。