夏季青藏高原气温与冬季北太平洋海温的异常特征及其相关分析

利用青海、 西藏59个测站1971-2004年夏季（6~8月）的月平均气温和北太平洋(10°S~50°N、 120°E~80°W)1970-2003年的冬季（上年12月~次年2月）平均海表温度, 通过EOF、 REOF、 SVD等方法, 对青藏高原地区夏季气温和前期冬季北太平洋海温的异常特性以及两者之间的空间遥相关特征进行了研究, 并对北太平洋冬季海温及青藏高原夏季气温的年代际空间特征进行了分析。结果表明, 北太平洋冬季海温的异常分布型有： （1）赤道中东太平洋与西北太平洋海温相反分布型, （2）副热带北太平洋海温东西反相分布型, （3）北太平洋海温南北反相分布型, （4）北太平洋海温东西一致分布型。其中赤道中东太平洋与西北太平洋海温反相变化是冬季北太平洋SSTA的主要空间分布特征。进一步分析表明, 北太平洋冬季海温可分为6个气候区： 赤道中东太平洋区、 加利福尼亚海流区、 黑潮区、 亲潮区、 阿拉斯加海流区和中太平洋区。青藏高原地区夏季气温的异常分布型主要为（1）全区一致的偏高（低）型, （2）南北相反分布型, （3）周边地区与腹地相反分布型。青藏高原夏季气温可分为4个主要气候区： 东北部区、 西藏东南部区、 中部区和南部边缘区。冬季赤道中东太平洋SSTA 与次年夏季青藏高原地区区域性温度异常之间有较为明显的负相关关系, 这种关系在两者的其它空间关系中是第一位的。     

华北和西北区干湿年间水汽场及东亚夏季风的对比分析

为了更好地理解华北及西北地区的夏季降水气候，我们利用NCEP的再分析格点资料等，对华北和西北两区干，湿年（月）的水汽场及夏季风状况作了对比分析，主要结论是：（1）近50年来华北和西北区东部明显干旱化，这可能与同期内东亚夏季风强度趋弱，大气可降水量逐渐减少有关；（2）两地区干，湿年（月）间气柱可降水量差别明显；（3）两地区干，湿年（月）的夏季风，水汽输送通道的位置及强度，以及水汽通量的辐散辐合情况均不同；（4）高原与太平洋间的海陆温差指数及东亚夏季风指数（SMI）对表征东亚夏季风的季节变化及夏季风强度的年际变化有一定的能力，冬春季高原与太平洋间的海陆温差对其后东亚夏季风的强弱及西北和华北区的干湿状况有部分指示意义；作西北区夏季降水预报时要注意四川盆地的水汽场及广元－汉中一带，以及闽，台和两广的水汽输送状况。     

青藏高原异常雪盖和ENSO的多尺度变化及其与中国夏季降水的关系

对青藏高原积雪和热带东太平洋Nin03区海温进行小波分析,讨论它们的年际和年代际变化。在年际变化中,积雪的主要周期是准两年振荡和准6～7年振荡,海温的主要周期是ENSO振荡和准两年振荡。积雪的年代际变化存在准10～12年和准22～24年振荡,海温存在准14～16年和准34～35年振荡。此外积雪和海温均在20世纪70年代后期发生了一次年代际气候跃变现象。积雪由少雪期向多雪期转化,海温从冷水期演变成暖水期。本文还建立了青藏高原积雪和Nifi03区海温与中国夏季降水各时间尺度的相关模型。不同时间尺度的积雪、海温和降水的相关场具有不同的地域特征。它们在有的地区相互加强,有的地区相互减弱。积雪和海温的年代际气候跃变与中国夏季降水的相关程度在某些地区高于年际变化。个例分析表明,利用青藏高原积雪和Nin03区海温多时间尺度变化可以较好地拟合出中国夏季降水的年际和年代际变化。所以在做中国夏季降水预报时,不同因子、不同尺度的作用府当分开考虑。     

夏季NCEP资料质量和20世纪70年代东亚热低压的突变

应用NCEP-NCAR再分析资料,分析了1958—2002年夏季北半球1000 hPa和500 hPa位势高度场的年际变化。发现整个北半球位势高度场都出现大范围的升高趋势,升高中心主要位于35°~55°N,90°~115°E范围内,即夏季东亚热低压区域;定义该范围内位势高度场的平均值为夏季东亚热低压指数(简写为SEAL)。在1958—1968年间SEAL值有非常明显的升高,数值达60 gpm以上。应用欧洲中心的ERA-40再分析资料和中国气象局的500 hPa位势高度场资料,计算同样范围的SEAL指数,并与NCEP-NCAR资料进行对比,结果表明,在1958—1968年间NCEP-NCAR资料的值远小于上述两份资料,相关计算结果是NCEP资料与两份资料无关。而在1968年以后,上述3份资料的时间序列却是十分相似,相关值都通过信度检验,表现为1968—1976年都有增大的趋势。1977年以后,3份资料的SEAL指数都趋向平缓,即在1970年代中后期北半球东亚夏季环流有一明显的突变。环流突变主要发生在东亚热低压区,在北半球中低纬度的大范围区域对流层中低层都有反映;但在中高纬度地区,相对而言,气候突变是不显著的。大范围的环流变化影响东亚夏季风的位置和强度,也影响我国的降水量和降水分布。     

MRI-CGCM模式对东亚夏季风的模拟评估及订正

本文利用CMAP月降水资料、NCEP再分析资料、NOAA的ERSST资料和日本气象厅海气耦合模式（MRI-CGCM）的输出结果,从东亚夏季风气候态、主模态和年际变率等方面分析了MRI-CGCM模式对东亚夏季风的预测性能,并且利用观测的东亚夏季风指数（EASMI）与模拟PC（principal component）的关系建立多元线性回归方程来订正EASMI（简称PC订正法）。结果表明:MRI-CGCM模式能够较好再现东亚夏季风降水和低层风场的气候态,但模拟的西北太平洋反气旋偏弱、偏东,使得模拟的副热带地区降水量偏小。模式较好地模拟出东亚夏季风降水第一模态（EOF1）及相应的低层风场,能够较好再现出EOF1对应El Ni?o衰减位相;模拟降水的EOF1与观测之间的空间相关系数（ACC）为0.72,且能较好地再现其对应的年际变率,其时间系数PC1与观测之间的相关系数为0.41,能模拟出观测EOF1的2 a和5 a主导周期;但模拟的我国以东梅雨锋区雨带位置偏南,这与模拟的西北太平洋反气旋位置偏南有关。模式对降水第二模态EOF2的模拟能力比EOF1明显下降,模拟EOF2与观测之间的ACC降到0.36;虽然模式能较好地再现出EOF2对应El Ni?o发展位相,但模拟的西太平洋反气旋位置偏南,使得雨带位置偏南,模拟的我国梅雨锋区雨带位于江南,与观测场上江南少雨相反。模式较好地模拟出我国东部夏季降水和气温空间异常分布和年际变化,模拟与观测夏季降水和气温的多年平均ACC分别为0.74和0.68。模式模拟我国东部、江淮流域和华南地区夏季降水多年平均PS评分分别为69、70和68分,略高于我国夏季降水业务预测多年平均评分（65分）。模拟的我国东部夏季气温与观测多年平均PS评分为74分。PC订正后EASMI与实况的相关系数由0.51提高到0.65、符号一致率由84%升到91%、标准差由0.75增大到1.4、大于1个标准差年数由6年变为12年,订正后在模拟变幅偏小和梅雨锋区雨带偏南等方面均有一定的改善,对应西太平洋反气旋位置和梅雨锋区雨带位置与实况较为吻合。     

基于作物生长模型及CAST分类的华北夏玉米生产力区划研究

利用试验数据校正并验证了机理性的作物生长模型WOFOST,随后模拟了华北42个站点1961—2006年夏玉米的光温和气候生产潜力。并首次运用新型统计检验聚类方法(CAST),对夏玉米光温及气候生产潜力的要素场分别进行了定量化分区。结果表明,华北夏玉米光温及气候生产潜力均分为5个不同荷载中心的区域。与农业气象传统等值线分区方法相比,将作物模型与CAST相结合进行的生产潜力区划可以更客观地反映以荷载中心台站为代表的产量的时空分布特征。这对于指导区域农业气候区划,实现区域农业可持续发展具有重要的理论及现实意义。     

中国东部夏季气候20世纪80年代后期的年代际转型及其可能成因

指出了中国东部夏季气候在20世纪80年代末出现了一次明显的年代际气候转型.伴随着这次年代际转型,80年代末以后中国东部南方地区降水明显增多,500 hPa西太平洋副热带高压西伸且南北范围变大,西北太平洋上空850 hPa反气旋增强.中国东部夏季80年代后期出现南方多雨的年代际转型与欧亚大陆春季积雪、西北太平洋夏季海面温度的年代际变化存在密切联系,它们也都在80年代末出现年代际转型.从80年代末以后,伴随着欧亚大陆春季积雪明显减少和西北太平洋夏季海面温度明显增高,中国夏季南方降水明显增加.文中分析了欧亚大陆春季积雪和西北太平洋夏季海面温度影响中国降水的物理过程,指出欧亚大陆春季积雪能够在500 hPa激发出大气中的遥相关波列,所激发出的波列可以从春季一直持续到夏季,造成中国北方为高压控制,南方为微弱低压控制,使得降水出现在中国南方.西北太平洋夏季海面温度的升高能够减小海陆热力差异,使得夏季风减弱,导致中国南方地区降水增多.     

南海及其邻近地区夏季风爆发的特征及其机制的初步研究

利用ＯＬＲ和ＴＢＢ资料,提出一个指标,确定了１９７５～１９９３年间南海夏季风爆发日期,发现与风向转变的日期比较一致。在此基础上,讨论了南海夏季风爆发的过程。随后,还讨论了南海夏季风爆发与海温异常、高原热状况和海陆温差变化的关系,发现它与４月份南海、东太平洋赤道以及３０～４０°ＮＳＳＴＡ有关,与海陆温差由冬季的冷陆暖海转变到热陆冷海有关。     

东亚夏季风异常大气环流遥相关及其对我国降水的影响

根据夏季东亚季风区内季风环流异常所反映行星尺度扰动的强弱,来定义东亚大气遥相关指数IEA.分析表明,它能较清楚地反映夏季西太平洋副高脊线和西伸脊点位置与东亚季风系统各支季风气流的变化.并揭示当IEA偏强(弱)时,东亚季风系统内的热带季风环流出现异常加强(减弱),副热带季风环流出现异常减弱(加强),而中高纬度季风环流又出现异常加强(减弱),三者之间的关系.分析还表明,IEA异常前期,具有明显ENSO循环位相特征,冬季热带太平洋SST、OLR异常,以及对流层高层风异常,可以作为前期征兆信号.该指数变化与我国夏季降水异常分布密切相关,并清楚地反映出东亚季风系统内热带季风环流与副热带季风环流及其各支季风气流异常对我国夏季降水的影响,为该指数在气候监测与预测中的应用提供一定的物理依据.     

Effects of spring Arctic sea ice on summer drought in the middle and high latitudes of Asia

Based on data observed from 1979 to 2017, the influence of Arctic sea ice in the previous spring on the first mode of interannual variation in summer drought in the middle and high latitudes of Asia (MHA) is analyzed in this paper, and the possible associated physical mechanism is discussed. The results show that when there is more sea ice near the Svalbard Islands in spring while the sea ice in the Barents–Kara Sea decreases, the drought distribution in the MHA shows a north–south dipole pattern in late summer, and drought weakens in the northern MHA region and strengthens in the southern MHA region. By analyzing the main physical process affecting these changes, the change in sea ice in spring is found to lead to the Polar–Eurasian teleconnection pattern, resulting in more precipitation, thicker snow depths, higher temperatures, and higher soil moisture in the northern MHA region in spring and less precipitation, smaller snow depths, and lower soil moisture in the southern MHA region. Such soil conditions last until summer, affect summer precipitation and temperature conditions through soil moisture–atmosphere feedbacks, and ultimately modulate changes in summer drought in the MHA.摘要本文分析了亚洲中高纬度地区 (MHA) 年际尺度夏季干旱的主模态时空变化特征, 以及影响第一模态的主要影响因子和可能的物理过程. 结果显示该区域夏季干旱第一模态主要呈现一个南北偶极性的分布. 而影响MHA夏季干旱的主要影响因子为前春北极海冰. 当春季斯瓦尔巴群岛附近海冰偏多, 而巴伦支海-喀拉海海冰减少时, 通过冰-气相互作用, 使得MHA北部春季降水增加, 雪深加厚, 土壤湿度偏高, 而南部则相反. 然后这样的土壤湿度条件从春季持续到夏季, 通过土壤湿度-大气反馈影响夏季MHA降水和温度变化, 最终对夏季干旱主模态产生影响.