赤道中东太平洋海温和北极海冰与夏季长江流域旱涝的相关

夏季长江流域旱涝形成不仅归因于大尺度夏季风环流(包括西太平洋副高)系统和热带海温的异常,而且极地热汇作用造成的冷空气活动异常也必须同时引起注意。事实上,许多研究已经表明,El Nino(或La Nina)事件和夏季长江流域旱涝关系并不简单,例如,El Nino年常对应于干旱,但是La Nina年长江流域夏季也可能干旱。显然,试图用海温这一单因子来解释旱涝成因存在着明显的因难。      

INTERANNUAL VARIATION CHARACTERISTICS OF EAST HEMISPHERIC CROSS-EQUATORIAL FLOW AND ITS CONCURRENT RELATIONSHIPS WITH TEMPERATURE AND RAINFALL IN CHINA

The NCEP/NCAR global reanalysis data were used to analyze the interannual variation characteristics of the cross-equatorial flow (CEF) and its concurrent relationships with temperature and rainfall in China. The results indicated that CEF changes more in summer than in winter. As the main flow channel in summer, the Somali CEF changes in a way that does not markedly influence the changes in the CEF total except for winter. The summer CEF total has two sudden increases and one sudden decrease during the last century while the winter total has just one decrease. Long-period data show that the correlation between CEF and summer rainfall in China is not very significant, but is different before and after the 1970s, which is due to CEF’s close links with the East Asia summer monsoon. Winter CEF’s correlation with concurrent winter temperature in northern and southern China varies with the relationship between CEF and sea-level pressure in different areas.     

北太平洋风暴轴的变异特征及其与中纬度海气耦合关系分析

本文使用欧洲ECMWF（ERA40）再分析资料,通过经验正交函数（Empirical Orthogonal Function,EOF）分解探讨了冬季北太平洋风暴轴的变异特征,使用回归分析得到了与风暴轴空间异常型相关的冬季大气平均流异常、表层海温（Sea Surface Temperature,SST）异常的空间耦合型.研究结果表明,冬季北太平洋风暴轴主要有两种空间异常型,第一种是风暴轴中东部明显北抬（南压）,使得整个风暴轴向东北（东南）倾斜,与此同时,在中纬度北太平洋海区,冬季暖（冷）异常的洋面上是异常高压（低压）,海气系统在垂直向表现为一种暖脊（冷槽）配置,在对流层中高层是太平洋-北美（Pacific North American,PNA）型负（正）位相.第二种是风暴轴整体性加强（减弱）并偏北（南）,此时,黑潮区海温异常偏暖（冷）,低层阿留申低压和高空的西风急流略偏北（南）,对流层中高层表现为西太平洋（Western Pacific,WP）型负（正）位相.风暴轴EOF分解的时间系数与阿留申低压指数、PNA指数、WP指数,以及与尼诺3区（NINO3）指数、黑潮海温指数间显著的相关性再次证实了在北太平洋中纬度地区存在着SST异常、风暴轴异常和大气平均流异常三者间的空间耦合型.     

中纬度瞬变涡旋活动对东亚夏季平均环流和降水的影响

首先利用CFSR再分析数据,分析了东亚夏季平均环流结构及瞬变涡旋活动特征,再通过WRF模式设计控制性试验和敏感性试验分别模拟受到/不受到来自北边界中纬度瞬变涡旋活动影响的东亚夏季环流和降水,通过两组试验对比揭示了瞬变涡旋活动对东亚夏季平均环流和降水的贡献。结果表明,中纬度瞬变涡旋活动可以通过系统性的输送动量、热量、水汽和涡度来改变背景场,从而影响夏季平均环流和降水。当中纬度瞬变涡旋活动大幅度减弱时,其产生的向极动量、热量和水汽输送也显著减弱。一方面向北热量和水汽输送的减少使东亚东部大陆上低层的平均温度和水汽增加,为降水提供了环流不稳定条件和水汽条件,另一方面瞬变涡旋的动力输送变化在环流场上形成相当正压结构响应,整个中国东部地区受强西南风控制,东亚夏季风增强并推进到更北的区域。这两个因素的共同作用使我国北部地区和华南地区产生了水汽辐合和对流增强,导致该地区降水的增强。     

从有效位能变化来分析ElNino的年代际变化

利用近50a的美国Maryland大学全球海洋同化分析资料和NCEP全球大气再分析资料，分析了与ElNino相联系的热带太平洋有效位能（APE）的时空演变过程，从有效位能变化角度揭示了50年来ElNino的年代际变化特征。结果表明，热带太平洋ElNino年代际变化特征主要表现为在20世纪70年代末期以前与其后的显著不同。在有效位能异常变化的振幅和频率方面，20世纪70年代末期以后，振荡的振幅显著增,大直频率变慢。在有效位能异常变化的振幅和频率方面，70年代末期以前，ElNino事件的先兆是有效位能先在热带西太平洋异常积累，然后这些积累的有效位能沿赤道快速向东传播并释放能量，使得东太平洋出现能量的异常，东太平洋的有效位能减少，产生ElNino事件；70年代末期以后，ElNino事件的建立没有表现异常的有效位能在热带西太平洋的积累，其建立表现为赤道中太平洋直接出现的局地有效位能的异常，然后表现为不稳定海气耦合模态增幅性地缓慢向东传播，使得东太平洋的有效位能减少，发生ElNino事件。     

北半球夏季热带季节内振荡影响我国夏季降水的规律和预测方法

利用1979—2018年夏季逐日观测和再分析数据，对北半球夏季热带季节内振荡影响我国夏季降水的规律和预测方法开展了研究。首先，利用非传统滤波即异常相对倾向（Anomalous Relative Tendency，ART）方法获取了气象要素的次季节变化分量，并采用EOF分析方法提取了北半球夏季热带主要季节内振荡信号，结果表明向外长波辐射（Outgoing Longwave Radiation，OLR）异常相对倾向EOF前两个模态共同反映了北半球夏季起源于印度洋并向东和向北传播的、具有30~60 d周期的季节内振荡（Boreal Summer Intraseasonal Oscillation，BSISO）信号。回归分析表明，该季节内振荡信号能够导致当地及其北面地区低层风场和位势高度场异常，影响该地区及其北面地区的水汽辐合辐散，从而能引起我国尤其是我国南方地区季节内旱涝变化，并一定程度上反映了我国异常雨带的向北推进过程。而后，将提取的热带主要季节内振荡信号作为预测因子，将降水异常相对倾向作为先行预板对象，利用多元线性回归方法构建了我国夏季旬降水异常相对倾向的预报模型，将预报的旬降水异常相对倾向加上观测已知的降水近期背景距平，从而得到旬降水距平的预报结果。通过历史回报和交叉检验，评估了该模型对梅雨期我国江淮流域降水（包括2020年梅汛期异常降水）的次季节预测能力。     

一种基于全球动力模式和SMART原理结合的统计降尺度区域季节气候预测方法

针对江苏夏季旱涝和高温热浪等异常气候的预测难题，以江苏夏季站点降水和气温为预测目标，建立了一种基于全球动力模式BCC_CSM1.1（m）和最优可预测气候模态和异常相对倾向（SMART）原理结合的统计降尺度季节气候预测方法。利用历史观测资料和SVD方法提取决定中国夏季降水异常相对倾向的同期热带地区向外长波辐射（Outgoing Longwave Radiation，OLR）和北半球中高纬500 hPa位势高度场异常相对倾向的最优可预测气候模态，并利用逐步回归法构建其与同期江苏站点降水和气温异常相对倾向同期关系的统计降尺度模型；将动力模式对最优可预测气候模态的预测带入统计降尺度模型，实现对区域降水和气温异常相对倾向的预测；最后通过引入观测的近期背景异常实现对降尺度的降水和气温总距平的预测。通过对1991—2019年江苏夏季降水和气温的回报检验表明，本文建立的统计降尺度模型效果较BCC_CSM1.1（m）动力模式的直接预测效果有显著提高，为区域精细化季节气候预测提供了一种有效的手段。     

与ENSO相联系的热带太平洋典型风应力异常场结构

利用多年逐月海温距平和风应力距平观测资料,运用线性回归和EOF分析方法,分析了与ENSO相联系的热带太平洋典型风应力异常场结构。结果显示,与ENSO线性相关的风应力异常场在时间尺度上表现为低频变化,在水平结构上主要表现为四个典型分布。其中,分布型1主要表现为日界线以东赤道地区东风异常和赤道风应力场辐散;分布型2主要表现为日界线以东赤道地区西风异常和经向异常风应力向赤道气流;分布型3主要表现为日界线以东赤道偏南地区西风异常和风应力场辐合,日界线以西为东风异常;分布型4主要表现为160°W以东的弱东风异常和160°W以西的西风异常。与ENSO线性无关的风应力场主要表现为高频过程,在水平空间结构上其典型场主要位于赤道外地区。还用与ENSO有关的那部分回归风应力异常场强迫海洋距平模式,成功地再现了ENSO的主要信号。这表现观测揭示的典型风应力异常型对于El Nino的产生是根本性的。      

嘉兴市高温和夏季降水的气候特征分析

本文根据嘉兴市1953年～2003年逐年高温天数、夏季平均温度和夏季降水资料，分析了嘉兴近50a来的高温和夏季降水气候变化的统计特征，得出：本市夏季气候年际差异显著，年代际变化较明显。通过对资料作小波分析发现：高温和降水既有长期较稳定的年代际振荡，也存在有一定时限的高频振荡。将动态优势周期组合与实况进行对比，结果表明，极端气候事件往往发生在“特征值”高值附近且为几个不同周期振荡共同作用的结果。