2017年7月陕西高温热浪天气成因及前期信号初探

利用陕西98个气象观测站最高气温逐日资料和NCEP/NCAR再分析逐日、逐月资料、NOAA逐月海表温度资料以及国家气候中心逐月环流指数资料,分析了2017年7月陕西极端高温热浪天气的成因,探寻其前期信号。结果表明:此次高温演变过程分为两个阶段,第一阶段为9—14日,陕西大部处于新疆至河套一带高度场正异常控制中,异常下沉运动和低层暖平流位置偏北造成陕西中北部出现高温;第二阶段为19—27日,西太平洋副热带高压明显北抬西伸、高空急流与南亚高压东进,造成异常下沉运动增强、南移,加之低层暖平流范围增大、强度增强,使得高温向陕西南部扩展,高温中心南移且强度增大。前期5—6月赤道西太平洋关键区(10°S—15°N、160°E—140°W)海温异常与7月陕西中南部高温呈显著正相关,它是7月陕西中南部高温一个可靠的前期信号。当前期5—6月关键区海温偏高时,其可通过激发遥相关波列与西太副高、南亚高压及东亚上空纬向风发生联系,进而影响陕西中南部气温变化,这可能是造成该地区7月极端高温事件的主要原因。     

华南冬末春初降水异常及其与海温的关系

利用ERA interim再分析资料和全国160站降水等资料,通过经验正交函数分解、回归分析、合成分析等方法,对我国1979—2012年南方冬末春初降水变异及其环流特征进行分析,结果表明:冬末春初降水主要变异中心位于华南。华南降水偏多时,低层菲律宾海上空存在异常反气旋,在华南上空异常辐合、热带西太平洋异常辐散、赤道中东太平洋异常辐合;高层环流配置则相反。太平洋海温异常信号通过地表热通量作为媒介作用上传到大气,大气环流异常形成的波列通过太平洋-东亚遥相关型的作用影响我国降水。     

我国南方降水集中期年际变化特征及机制分析

利用国家气象信息中心提供的我国南方1961—2012年逐日降水观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和Hadley中心海温资料,定义了一种新的降水集中期计算方法,识别出了我国南方存在于华南和江淮两个地区的降水集中期,分析了两类集中期的年际变化特征,并且通过典型旱涝年特征分析及广义平衡反馈方法(GEFA)初步诊断了其物理机制。结果发现:华南降水集中期的年际变化主要受到衰减的混合型厄尔尼诺的调制,其主要通过激发出菲律宾地区异常反气旋而产生影响;江淮降水集中期则受到东部型厄尔尼诺衰减过程、印度洋海盆一致偏暖和北大西洋海温三极子的共同影响,它们主要通过激发出菲律宾地区异常反气旋及相联系的EAP遥相关型以及欧亚中高纬遥相关波列来影响江淮降水集中期的年际变率,对于短期气候预测具有较好的指示意义。     

2019年春季我国主要气候异常特征及可能成因分析

2019年春季(3—5月),全国平均气温为11.5℃,为1961年以来历史同期第四位;全国平均降水量为148.7 mm,接近常年同期,但旱涝分布差异显著。东北、西北地区东部和华南降水显著偏多,而黄淮、江淮及云南大部降水异常偏少,其中云南地区降水量为历史同期最少。气温偏高和降水空间分布不均导致旱涝灾害并存。季内气候变化显著,表现出东亚冬季风环流向夏季风环流转换期的特征。春季(尤其是3—4月)全国大部地区气温偏高受到中纬度环流型的明显影响,乌拉尔山及其以北地区为负高度距平中心,而乌拉尔山以东到贝加尔湖地区为大范围正高度距平,这种异常环流形势非常有利于我同气温整体偏高。另一方面,低伟度大气环流则表现出对热带海温异常的明显响应,西太平洋副热带高压(简称西太副高)异常偏强、偏西及偏南,这基本决定了我国春季降水异常的空间分布型,其强度和位置不仅能够直接影响南方降水分布,同时通过与中高纬异常环流的相互作用,共同影响我国北方降水异常格局。进一步分析热带海温外强迫的影响显示,在El Nino衰减年的春季,热带印度洋海温的增暖对西太副高持续偏强偏西起到更重要的作用;而El Nino事件本身对西太副高强度的影响在春季逐渐减弱,对西太副高南北位置的影响增强。     

ENSO与中国夏季降水的联系:冬季QBO的调制作用

使用NCEP/NCAR再分析资料、中国气象局台站降水资料和GPCC降水资料,系统研究了在冬季平流层准两年振荡(Quasi-Biennial Oscillation, QBO)调制下,厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)不同阶段与中国夏季降水的可能联系。根据两者的位相和强度,可将它们的配置分为QBO西风/El Ni?o、QBO西风/La Ni?a、QBO东风/El Ni?o、QBO东风/La Ni?a。研究结果表明,在年际时间尺度上,ENSO和QBO无显著相关关系。冬季QBO西风位相时,El Ni?o发展年夏季,我国整体偏旱,而华南偏涝;衰减年夏季,华南、华东北部偏旱,东北、长江流域偏涝。La Ni?a发展年夏季,我国东部降水异常呈负-正-负的三极分布;衰减年夏季,东南沿海偏涝。冬季QBO东风位相时,El Ni?o发展年夏季,长江以北偏旱;衰减年夏季,我国东部降水异常呈负-正-负的三极分布。La Ni?a发展年夏季,江淮和华南南部偏旱;衰减年夏季,我国东部沿海偏涝。ENSO是影响我国夏季降水异常的重要因子,而QBO的调制作用在ENSO衰减年夏季更为显著。相比冬季QBO东(西)风位相,QBO西(东)风位相时El Ni?o (La Ni?a)期间赤道西太平洋负(正)海温异常更强,衰减年夏季位于西太平洋的异常下沉(上升)运动和印度洋的异常上升(下沉)运动更强更深厚,西太平洋副热带高压范围更大(小),南亚高压更偏东(西)。      

西南地区冬季气温年代际变化及可能成因分析

利用西南地区1970—2015年气象台站逐月气温资料,结合NCEP/NCAR再分析资料等,分析了西南地区冬季气温的年代际变化特征,并探讨了其年代际转折的可能物理机制。结果表明,西南地区冬季气温于1990年代前期发生暖突变。夏季热带西太平洋海温关键区（120~160 °E,10 °S~20 °N）与西南地区冬季气温在同时期发生暖突变,由于大气对海洋变暖的响应,在其西北侧激发了异常的气旋式环流,这种准GILL态使得西南地区恰好处于偏东偏南的暖湿气流中,配合西风急流偏强偏北,东亚大槽浅薄,不利于冷空气南下,西太副高偏强偏西使西南地区受下沉气流控制增温,并处于暖平流影响下,造成西南地区冬季年代际变暖。      

华北夏季降水地域特征的旋转主分量研究及其相关分析

用旋转主分量(RPC)方法,研究华北降水的空间分布特征.给出了华北降水空间分布的RPC的前10个模态.它们概括了华北地区降水的基本特征及历史上的大旱和大涝年的地域分布.每一种降水模态的时间系数都表现出了长周期的年代际变化的规律.华北发生大旱与大涝的最可能的分布是模态3、4与模态10.如1965、1968和1983年的大旱;1963和1973年的大涝年等.分析了各个模态与太平洋副热带高压强度、东亚环流指数、前冬赤道东太平洋海温、以及江淮流域降水的相关表明:它们之间的相关都有各自的最佳模态.如对赤道东太平洋海温与太平洋副热带高压强度而言,最佳模态的特征是:当海温呈El Nino型和西太副高偏强时,华北降水的最可能分布是东部沿海为强的干旱区,其余地区降水皆偏多.与江淮流域降水和EAP流型的相关则主要以1954、1980及1991年为代表的第1和第9模态为主要形态.它们与华北降水有极好的反相关.     

热带西太平洋暖池局地海气相互作用的季节依赖性

采用美国伍兹霍尔海洋研究所的客观分析海气通量项目最新发布的海气热通量和相关气象场、NOAA提供的向外长波辐射和表面风场等数据,研究了暖池区域(144～154 °E,1～6 °N)局地海气相互作用的季节依赖性,并探讨可能对其产生影响的外强迫。结果表明,暖池区域海气相互作用在3月显著表现为受ENSO影响的海洋对大气的强迫,而在6月则显著表现为以局地作用为主的大气对海洋的反馈。当海洋强迫大气占主导时,海温趋势(dSST/dt)的年际变化的数值小于海温;而当大气反馈海洋占主导时,海温趋势的年际变化数值大于海温。ENSO会减弱暖池区域3月海洋对大气的强迫,而6月大气对海洋的反馈受ENSO影响不大;去除印度洋偶极子(IOD)影响后海气关系基本维持不变。3月ENSO通过增强暖池上空的对流,减少短波入射,从而使海温呈降低趋势,减弱海洋对大气的强迫。      

CAM3.0模式中东亚气溶胶浓度变化的直接效应及全球海面温度年代际变化对东亚夏季降水的影响研究

利用CAM3.0气候模式模拟研究东亚地区气溶胶浓度增长以及1976/1977年前后发生的海温年代际变化对东亚夏季降水场的影响及其机制。采用四组试验:即对东亚区域(100~150 °E,20~50 °N)分别进行的单独加倍黑碳气溶胶浓度、单独加倍硫酸盐气溶胶浓度、同时加倍这两种气溶胶浓度的三组关于气溶胶直接气候效应的试验及全球海温在1976/1977前后发生变化的海温年代际变化试验,来比较、探讨海温年代际变化和东亚地区气溶胶浓度增加对东亚夏季降水的影响机制。结果表明,无论是海温年代际变化还是各种气溶胶的浓度加倍,都能导致我国出现长江以北地区降水减少-东南沿海地区降水增加的“南涝北旱”的降水异常分布型。但两者在洋面上空降水的迥异表现及东亚低层风场的不同变化,显示其具有不同的异常降水机制。比较三类气溶胶浓度增加的试验结果发现:在单独硫酸盐气溶胶浓度增加试验中,东亚中部出现最显著的中下层大气降温、异常下沉气流以及降水减少;而在黑碳气溶胶试验中,出现在东亚中部的异常下沉气流强度减弱且位置偏南;在同时增加两类气溶胶浓度时,降水异常分布与单独黑碳气溶胶浓度增加所导致的降水异常相近,但强度减小。      

前冬南半球环状模对春季华南降水的影响及其机理

利用相关、合成、奇异值分解等统计诊断和数值模拟方法,分析了前冬(12—2月)南半球环状模(SAM)对春季(3—5月)中国华南降水的可能影响及其机理.诊断分析的结果表明,前冬南半球环状模与春季华南降水存在显著的负相关关系,也即前冬SAM偏强(弱),对应春季华南降水偏少(多).为了探讨这种南半球中高纬信号影响滞后一个季节的华南降水的物理机制,需要考虑下垫面海洋的桥梁作用.诊断分析的结果表明,当前冬SAM偏强时,南半球中高纬海洋的潜热释放受到海表风速影响发生变化,导致30°S—45°S海温偏高, 45°S—70°S海温偏低,并且异常的海温信号可以持续到次年春季.这种前冬SAM偏强时的春季海温异常信号,对应着春季西北太平洋副热带高压位置偏东且强度偏弱,西北太平洋上盛行异常气旋式环流,华南地区上空对流层低层有异常东北风和风场辐散,西南水汽输送较常年减弱,为春季降水偏少提供了有利的条件.前冬SAM偏弱时,南半球中高纬的海温异常及其引起的华南区域大气环流异常相反,有利于华南降水偏多.利用CAM3进行海温敏感性试验,也证明了上述南半球中高纬海温异常对应的环流异常.模拟结果表明,SAM偏强时的海温异常,对应着华南上空对流层低层的东北风异常、风场辐散、以及下沉运动,不利于华南降水生成;SAM偏弱时的海温异常,对应的环流异常相反,有利于华南降水增多,验证了资料诊断的结论.综上,在前冬SAM影响春季华南降水的过程中,体现了海气耦合桥的作用,即:海洋储存了冬季SAM的异常信号并在春季释放,通过影响春季大气环流,进一步影响华南春季降水.因此,前冬SAM为华南春季降水预测提供了一个有意义的前期信号.