1998和2010年夏季降水异常成因的对比分析：兼论两类不同厄尔尼诺事件的影响

1998和2010年夏季长江流域均发生了明显的洪涝灾害,且都是厄尔尼诺事件的次年(衰亡位相).不同的是:1997/1998年冬季的厄尔尼诺事件是传统东部型,而2009/2010年冬季的厄尔尼诺事件是中部型(EL Ni(n)o Modoki).首先利用中国160个台站月降水观测资料,对比了1998和2010年降水异常情况,结果显示除长江流域多降水这一共同特征外,1998和2010年降水分布还存在一定差异.利用NCEP/NCAR再分析资料,对比了大气环流异常特征.结果表明:与1998年相比,2010年西北太平洋对流层低层异常反气旋中心位置偏北偏西,西太平洋副热带高压偏强、脊线偏北,使得南海孟加拉湾西南风减弱而东亚南风加强,导致自印度洋、南海向内陆的水汽输送减少,而自西太平洋的水汽输送增加并输送到偏北的位置,雨带比1998年偏北,中国西南地区降水比1998年偏少.进一步分析厄尔尼诺的影响,揭示环流形势的变化与中部型厄尔尼诺年赤道太平洋异常上升气流比传统厄尔尼诺年偏西、西太平洋异常下沉气流随之变化有关.利用GFDL大气环流模式AM2.1,进行了给定1998和2010年实际观测海温强迫的试验,显示海温差异能够部分解释观测到的环流异常.最后,将这两个个例与历史合成进行了比较,发现2010年与历史合成的中部型厄尔尼诺存在较大差异,表明中部型厄尔尼诺对中国夏季降水的影响比以前所认识的要复杂.     

Connections between surface sensible heat net flux and regional summer precipitation over China

Using the observed monthly precipitation and NCEP (National Centers for Environmental Prediction)reanalysis surface flux data from 1951-2000, the connections between the seasonal SSHNF (Surface Sensible Heat Net Flux) over the Asian continent and the regional summer precipitation of China were examined.The patterns of collective and individual correlations were identified. The results indicate that the responseof the regional summer precipitation of China to the seasonal SSHNF over the study area varies according to region and season. The interannual variability of summer precipitation anomalies over Xinjiang, the northernmost Northeast China, and the North China Plain are most sensitive to the anomaly of the seasonal SSHNF. There are significant collective correlations between the interannual anomalies of the seasonal SSHNF and summer precipitation over these regions. In contrast, the Southeast Tibetan Plateau,Huaihe River Valley, and surrounding areas exhibit the least significant correlation. Significant individual correlations exist between the summer precipitation over the southernmost Northeast China, East Inner Mongolia, South of the Yangtze River and South China and the seasonal SSHNF in certain seasons over the following areas: near Lake Baikal and Lake Balkhash, near Da Hinggan Mountains and Xiao Hinggan Mountains, as well as the Tibetan Plateau.     

近50年华东地区夏季异常降水空间分型及与其相联系的遥相关

利用中国华东地区91个站点1961～2007年夏季 (6～8月) 逐日降水资料和NCEP/NACR再分析资料, 用旋转经验正交函数 (REOF) 方法将华东地区夏季降水场分为5个区域, 即I区 (闽赣地区)、II区 (江南)、III区 (长江中下游地区)、IV区 (江淮) 和V区 (黄淮)。这5个区域的夏季降水周期显著不同, 当I区降水的年际周期性强 (弱) 时, II、III、IV、V区降水年际周期性弱 (强)。I～V区夏季降水的年代际及年际变率的年代际变化显著, 且在年代际降水较少或由多变少或由少变多的转换时段, 容易发生较大的年际变化。各区降水异常形成的局地成因有所差别。其中, 江南南部、江南、沿江 (长江中下游) 受低层异常反气旋控制, 该异常反气旋使得这些地区出现水汽辐散, 与异常的非绝热冷却结合, 造成异常下沉气流, 导致干旱发生。对于江淮之间的地区, 由南侧异常气旋性环流和北侧反气旋环流的西部辐散气流控制, 造成水汽向南北两侧辐散, 导致降水偏少; 对于黄淮地区干旱, 可归因于位于蒙古高原上的反气旋异常和位于西太平洋上的气旋性异常之间的异常偏北气流造成该地区水汽的异常辐散所致。华东5个区域的夏季降水和不同类型的遥相关有关。闽赣地区降水受欧亚-太平洋型 (EUP) 遥相关影响; 江南地区降水则可能受东亚-太平洋型 (EAP)/太平洋-日本型 (PJ) 影响, 亦与太平洋-北美型 (PNA) 存在可能的联系; 长江流域则可能受东大西洋型 (EA) 和EAP型影响; 江淮地区降水则明显地受EA/EUP和PJ/EAP的共同影响, 而黄淮降水则与源于地中海地区向东北传播且通过北极涛动 (AO) 产生影响的波列存在联系。这5个区域的夏季降水异常还和东亚地区位涡、 南海夏季风、 Niño3、Niño4区海温、西太平洋副高变动等因子有关。     

前期ENSO事件对东北地区夏季气温的影响

利用太平洋海温、北半于500hPa高度和长春夏季气温资料，研究了前期Nino-C区海温与我国东北地区夏季气温的关系。结果表明：前一年5－7月Nino-C区海温与东北地区夏季气温有密切关系，特别是在ENSO事件出现之后。厄尔尼诺年的次年东北地区夏季多高温，而拉尼娜年的次年，东北地区夏季低温更明显，这种关系可用于进行东北地区夏季气温的预测。另外，通过对海－气相互作用、韵律关系等的分析，得出了前期海温对东北地区夏季气温的可能影响途径。     

海洋性大陆核心区域非绝热加热年代际变化及其与东亚夏季风变异的可能联系

海洋性大陆区域是太平洋和印度洋通过“大气桥”发生相互作用的区域,也是亚洲季风和澳洲季风相互作用的重要地区。利用1979—2012年的NCEP/NCAR、CMAP月平均资料和合成分析等方法,研究了海洋性大陆核心区域非绝热加热年代际变化规律及其与东亚夏季风的可能联系。海洋性大陆地区气候变动在95~145 °E,10 °S~10 °N区域尤为显著,记此区域为海洋性大陆核心区域（即KMC区域）。不考虑大气中潜热释放时,KMC区域的非绝热加热率在1979—2012年之间存在显著的年代际变化,加热作用由弱增强,在1980年代末期达到峰值后,即转为减弱阶段。对非绝热加热异常各分量的分析发现,在KMC区域,表面潜热和净大气长波辐射起主要作用。当非绝热加热负异常时,KMC区域的陆地降水偏多,海洋上降水偏少,赤道上存在气流辐合。在115~120 °E区间平均的经圈剖面上,气流在赤道地区上升、南海下沉、30 °N处上升,构成了异常的垂直环流圈。水汽从孟加拉湾、南海地区向中国东部输送,利于产生降水正异常。东亚剖面上的经圈环流在联系KMC区域非绝热加热和东亚夏季风异常的年代际变化中起重要作用。      

夏季影响海南的热带气旋频数预测

利用1976-2013年夏季影响海南的热带气旋频数(SumTCs)资料、NCEP/NCAR的500 hPa高度场、高低层纬向风切变场、SLP场、OLR场和海温场等再分析资料,研究了前期不同环境场因子对SumTCs的影响,提取有一定物理意义的高相关预测因子群,经因子降维处理后建立SumTCs的模糊神经网络(FNN)预测模型。研究结果表明:1976-2007年SumTCs的交叉检验预测结果与实况SumTCs的相关系数为0.71,平均绝对误差为0.65个。该预测模型在2008-2013年6年的独立样本检验中平均绝对误差为1.5个,评分为76.7分,优于相同因子的逐步回归预测模型和仅基于海温场和500 hPa高度场因子的FNN预测模型。该模型可以投入海南省热带气旋频数的季节预测业务参考使用。     

影响山东夏季降水的季风水汽输送特征分析

利用NCEP/NCAR月平均风场和比湿资料分析了亚洲季风区平均水汽输送通量的气候特征和季节变化;研究了山东旱涝年季风区水汽输送的差异及其在不同时段对山东夏季降水异常的贡献。结果表明,山东地区的平均水平水汽输送通量存在着明显的年际变化,纬向、经向和总水汽输送通量随时间均呈单峰曲线分布,7月达极值;影响山东夏季降水的印度季风区水汽输送以纬向为主、副热带季风区水汽输送以经向为主;5~6月,来自热带印度洋的西南季风水汽输送通量、西太平洋热带和副热带东南季风水汽输送通量以及南海北部的水汽输送通量对山东夏季降水均有贡献,涝年水汽输送通量明显大于旱年。虽然7月来自印度洋的西南季风水汽输送通量达极值,但对山东夏季降水异常的贡献并不显著,7~8月主要是来自西太平洋地区的热带和副热带季风水汽输送对山东夏季降水异常的贡献较明显。     

A study of influencing systems and moisture budget in a heavy rainfall in low latitude plateau in China during early summer

Analysis of a heavy rainfall in a lower latitude plateau and characteristics of water vapor transportation have been conducted by using conventional data and denser surface data. The results show： （1） the heavy rainfall was caused by a series of mesoscale systems under favorable large-scale conditions when the warm moister air and cold air interacted with each other. At the same time, the coupling between the upper- and lower-level jets was revealed. It is also found that there exists some different characteristics among the main influencing systems of heavy rainfalls in Yunnan, such as the Indian-Myanmar trough and the path of the cold air, compared with those in East and South China. （2） The interaction between mesoscale convergence lines near the ground may be a possible triggering mechanism for the occurrence of mesoscale systems, and the dynamical and thermal dynamical structure of the mesoscale systems was very obvious. The convergence lines may relate closely to the terrain of Yunnan, China. （3） The computation of the water vapor budget reveals that the primary source of water vapor supply for heavy rainfall was in the Bay of Bengal. In this case, the water vapor could be transported into Yunnan even though the amount of water vapor was less than that in the lower troposphere in East and South China. In addition, the analysis for three-dimensional air parcel trajectories better revealed and described the source location and the transportation of water vapor to Yunnan.     

Seasonal Prediction of Summer Temperature over Northeast China Using a Year-to-Year Incremental Approach

We present a model for predicting summertime surface air temperature in Northeast China (NESSAT) using a year-to-year incremental approach. The predicted value for each year's increase or decrease of NESSAT is added to the observed value within a particular year to yield the net forecast NESSAT. The seasonal forecast model for the year-to-year increments of NESSAT is constructed based on data from 1975-2007. Five predictors are used: an index for sea ice cover over the East Siberian Sea, an index for central Pacific tropical sea surface temperature, two high latitude circulation indices, as well as a North American pressure index. All predictors are available by no later than March, which allows for compilation of a seasonal forecast with a two-month lead time. The prediction model accurately captures the interannual variations of NESSAT during 1977-2007 with a correlation coefficient between the predicted and observed NESSAT of 0.87 (accounting for 76% of total variance) and a mean absolute error (MAE) of 0.3℃. A cross-validation test during 1977 2008 demonstrates that the model has good predictive skill, with MAE of 0.4℃ and a correlation coefficient between the predicted and observed NESSAT of 0.76.     

东亚中纬度干旱/半干旱区降水年际变化及其可能成因

基于NOAA的全球陆地降水资料(PREC/L)1948～2003年56年的月平均降水资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料以及英国气象局哈德莱中心的海温(Sea Surface Temperature,SST)资料,并根据多年降水平均图选定了东亚中纬度干旱/半干旱区,对该区域夏季(6～8月)降水进行了经验正交分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)。EOF第一模态呈现出全区一致的变化类型,第二模态则呈现出以100°E为界东西相反的分布类型。通过分析干旱/半干旱区以及以100°E为界的东西两部分降水异常年的环流形势和海温并加以对比,结果表明:在环流场上,对应于东亚中纬度干旱/半干旱区降水偏多年,对流层中下层环流异常在中高纬度呈现为一个东西向波列,乌拉尔山东侧为正的高度异常,贝加尔湖附近乃至以东地区为低压槽所控制;不同的是,对应于100°E以西的干旱/半干旱区夏季降水偏多年,波列有所东移,并且西太平洋副热带高压有显著北抬;而对应于100°E以东干旱/半干旱区夏季降水偏多年,环流形势异常基本与整个干旱/半干旱区降水偏多年一致,只是在里海附近有一高度负异常。在200hPa纬向风场上可以看到,当西亚副热带急流偏南加强时,对应于100°E以西的干旱/半干旱区降水偏多;而当东亚、西亚风急流都有显著北抬且加强时,对应于100°E以东干旱/半干旱区的夏季降水偏多,这可能与急流所激发的次级环流有关。进一步对SST的分析表明,海温与100°E以东或以西干旱/半干旱区降水异常的关系也不一样。当前冬、前春赤道中东太平洋都有正的海温异常,而到夏季转换为负的海温异常,且南太平洋在前冬和前春呈现显著负海温异常时,整个干旱/半干旱区夏季降水偏多;当赤道中东太平洋海温在前冬、前春有正的海温异常并一直减弱,但能维持到夏季,并且北印度洋海温也存在类似的海温异常时,100°E以西的干旱/半干旱区夏季降水偏多;而当前冬中东太平洋海温较暖但其南部海域偏冷,到了前春这些异常维持,并发展到同期为大范围弱的异常冷海温时,有利于100°E以东的干旱/半干旱区夏季降水偏多。比较的结果还揭示出,对应于干旱/半干旱区以及100°E以东干旱/半干旱区的降水异常年,海温异常分布大致是一致的;而对应于100°E以西干旱/半干旱区的降水异常年,海温异常分布及时间演变则有较大差异。