Numerical Simulation of the 1999 Yangtze River Valley Heavy Rainfall Including Sensitivity Experiments with Different SSTA

With the IAP/LASG GOALS model, the heavy rainfall of the summer of 1999 in the Yangtze River valley is simulated with observational sea surface temperature (SST). Comparing the simulations of 1999 with the corresponding ones of 1998 and the sensitivity experiments with different sea surface temperature anomalies (SSTA) at different ocean regions, the relationships between the floods in the Yangtze River valley and the SSTA in the Pacific and Indian Oceans are studied. The results show that the positive SSTA in the tropical Indian Ocean are a major contributor to the heavy rainfall and may be a very important index to predict the heavy rainfall over the Yangtze River valley in the summer. The simulations also show that the relationships between the SSTA in the tropical eastern Pacific and the heavy rainfall in the Yangtze River valley are very complicated, and the heavy rainfall in the Yangtze River valley can occur in both a decaying and an intensifying E1 Nino event and also in a La Nifia event. However, the different SSTA of different periods in the above three cases play different partd.     

1998年长江流域洪水与海温异常关系的数值模拟研究

用IAP／LASG GOALS模式对1998年长江流域洪水与太平洋和印度洋海表温度异常之间的关系进行了数值模拟研究。利用观测的全年海表温度，模式能再现1998年夏季长江流域的暴雨，模式也能再现观测的1998年夏季西太平洋副高异常的基本特征。设计了一系列不同海区和不同时段的海温异常的敏感性试验。试验结果表明：印度洋海温异常是造成1998年长江流域洪水的主要因子；印度洋和西太平洋海温异常与西太副高的异常有更紧密的关系；夏季海表温度异常对1998年长江流域暴雨和西太副高异常的作用与冬春海温异常的作用相比要大得多。     

全球地表(海表)前期温度与中国及华中地区夏季降水的关联

用SVD方法分析了1月全球地表(海表)温度与中国及华中区域夏季降水场的关系,分析结果表明:1月热带地区地表(海表)温度与夏季长江中游降水关系最好,呈正相关。与新疆西北部、青海东北部、长江上游有弱的正相关,与山东大部分地区、浙江沿海地区有弱的负相关。前期热带海洋海表温度偏高,可能预示长江中游夏季降水偏多,反之亦然。由于分析的范围为全球的陆面和海面,因而其关联范围较已有成果有很大的扩展,不仅仅为热带西太平洋、印度洋和南海,而是整个热带地区,包括热带的海洋和陆地。预报信号也提前了4个月,可为预测长江中游夏季降水提供更长时效的参考和依据。     

夏半年热带太平洋中部型海温异常与热带印度洋海盆模对同期中国东部降水的共同影响

利用1961—2013年NCEP/NCAR再分析资料和Had ISST月平均海表面温度资料,分析了夏半年热带太平洋中部型海温异常与热带印度洋海盆模(Indian Ocean Basin M ode,IOBM)的特征,并研究了不同位相配置时二者对同期中国东部气候的共同影响。结果表明:1)太平洋中部型海温异常指数与印度洋海盆模指数几乎相互独立。太平洋中部型海温异常与IOBM同位相变化(记为PPNN事件)和反位相变化(记为PNNP事件)时,热带印太地区海温异常分别呈三级型和偶极型分布。2)不同位相配置对中国东部地区降水异常的影响及其影响机制存在显著差异:当发生PPNN事件时,水汽从海洋性大陆(Maritime Continent,MC)地区向江淮流域输送;热带海温异常引起大气产生Gill型响应,维持了中国东部的环流异常;M C地区通过经向三圈异常垂直环流引起江淮流域降水异常增多。发生PNNP事件时,Gill型环流响应中心西移,长江流域降水偏少,水汽辐散;同时MC地区对流层低层准定常Rossby波能传播也有利于长江流域扰动的维持。这些结果对深刻认识中国东部地区夏半年降水异常成因和印度洋/太平洋海温异常不同分布的作用具有重要意义。     

海表温度和地表温度与中国东部夏季异常降水

主要研究太平洋与印度洋海表温度和地表温度场与中国东部夏季降水的相关关系,以及异常大降水产生的下垫面条件.研究结果表明:(1)夏季黑潮区海温与同期长江流域的降水存在明显正相关,北方地区夏季降水与靠近非洲东岸的印度洋海域存在明显负相关.(2)夏季海温异常与同期中国降水异常场之间的相关分析(SVDI)表明,20世纪70年代后期当海温由La Nina多发期向El Nino多发期转变后,长江流域向异常多雨转变,而其北方和南方地区则向异常少雨方向发展.(3)中国东部区域降水与陆面温度的明显相关区有:(a)春,夏季热带非洲和夏季亚洲大陆部分地区地表温度与当年长江流域夏季降水存在显著正相关;(b)春季4、5月份部分亚洲大陆地表温度与当年华北地区夏季降水有明显负相关.(4)通过对比分析发现:长江(1954,1998和1999年)或江淮(1991年)流域几次特大异常降水的下垫面条件是黑潮区为海温正距平,同期欧亚大陆主要为正地表温度距平场.     

冬季和春季印度洋海温异常年际变率模态对中国东部夏季降水的可能影响过程

印度洋热力状况是影响全球气候变化和亚洲季风变异的一个重要的因素,但以往研究更多关注热带印度洋海温的变化,对南印度洋中高纬地区海温变化关注不够,由此限制了我们对印度洋的全面认识.本文研究了年际尺度上整个印度洋海温异常主导模态的特征及其对我国东部地区夏季降水的可能影响过程,以期望为气候变异研究及预测提供理论依据.研究结果表明:全印度洋海温异常年际变率的主导模态特征是在南印度洋副热带地区海温异常呈现西南—东北反向变化的偶极子模态,西极子位于马达加斯加以东南洋面,东极子位于澳大利亚以西洋面;同时,热带印度洋海温异常与东极子一致.当西极子为正的海温异常,东极子、热带印度洋为负异常时定义为正的印度洋海温异常年际变率模态;反之,则为负的印度洋海温异常年际变率模态.从冬至春,印度洋海温异常年际变率模态具有较好的季节持续性;与我国长江中游地区夏季降水显著负相关,而与我国华南地区夏季降水显著正相关.其可能的影响过程为:对于正的冬、春季印度洋海温异常年际变率模态事件,印度洋地区异常纬向风的经向大气遥相关使得热带印度洋盛行西风异常,导致春、夏季海洋性大陆对流减弱,使夏季西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东偏北,造成华南地区夏季降水增多,长江中游地区降水减少;反之亦然.同时,印度洋海温异常年际变率模态可通过改变印度洋和孟加拉湾向长江中游地区的水汽输送而影响其夏季降水.     

Different Relationships Between Spring SST in the Indian and Pacific Oceans and Summer Precipitation in China

Observational and reanalysis data are used to investigate the different relationships between boreal spring sea surface temperature （SST） in the Indian and Pacific oceans and summer precipitation in China. Partial correlation analysis reveals that the effects of spring Indian Ocean SST （IO SST） and Pacific SST （PSST） anomalies on summer precipitation in China are qualitatively opposite. When IO SST anomalies are considered independently of PSST anomalies, precipitation decreases south of the Yangtze River, in most areas of Inner Mongolia, and in some parts of Liaoning Province, and increases in the Yangtze River valley, parts of southwestern and northern China, northeastern Inner Mongolia, and Heilongjiang Province. This results in a negative-positive-negative-positive pattern of precipitation anomalies in China from south to north. When PSST anomalies （particularly those in the Nin o3.4 region） are considered independently of IO SST anomalies, the pattern of precipitation anomalies in China is positive-negative-positive-negative from south to north. The genesis of summer precipitation anomalies in China is also examined when El Nin o-Southern Oscillation （ENSO） signals are removed from the ocean and atmosphere. An anticyclonic low-level wind anomaly forms in the South China Sea-Northwest Pacific area when the IO SST anomaly （SSTA） is warm and the Northwest Pacific SSTA is cold. This anticyclonic anomaly substantially influences summer precipitation in China. Anomalous warming of tropical IO SST induces positive geopotential height anomalies in the subtropics and an east-west dipole pattern in midlatitudes over Asia. These anomalies also affect summer precipitation in China.     

海温分布型对长江中下游旱涝的影响

采用经验正交函数 (EOF) 分解、奇异值分解 (SVD) 及相关、合成分析等方法, 分析了太平洋海温异常分布与东亚大气环流及长江中下游降水的关系.结果表明:涝、旱年太平洋海温差值场从前一年秋季至当年夏季一直维持由西北向东南“+ - + -”分布特征, 这种太平洋海温分布型与东亚-太平洋遥相关型 (EAP) 密切相关.旱涝年前期太平洋海温异常分布使得低纬度对流活动有明显差异, 而对流活动的异常分布又导致西太平洋副高及东亚大气环流的异常, 从而影响长江中下游降水.数值试验进一步表明:长江中下游旱涝不仅与热带, 同时也与中高纬太平洋的海温异常有关.     

我国夏季降水与全球气温场的关系

用蒙特卡罗的相关方法研究我国夏季大尺度降水与全球气温场关系，发现我国夏季大尺度降水与全球气温场有密切相关，以同期相关为最密切；除与热带西太平洋、东太平洋等海域有密切相关外，还与欧洲东部、北美洲东北部以及东亚等内陆地区的不同季节气温场有关系。研究还表明，印度洋地区春季气温和北美洲北部及北太平洋西南部夏季气温偏高时，长江中下游夏季易涝。且它们与长江中下游夏季降水的相关均有阶段性，相关密切程度随时间有所增强。     

El Nino事件对其衰减阶段夏季中国降水季节内演变的影响及其机理

利用1979—2007年NOAA重建海温逐月资料和中国160站夏季降水资料,使用扩展奇异值分解（extended singular value decomposition,ESVD）方法,研究了冬季热带太平洋海温异常与次年夏季中国降水异常季节内演变型之间的关系,指出前冬El Nino事件是与次年夏季中国降水季节内变化相联系的最重要的热带太平洋海温异常模态。相应的降水异常季节内变化情况为：6月在长江以南为正异常,江淮流域有负异常;7月在华南沿海有负降水异常,而正异常北进到长江流域,华北地区也出现正降水异常;8月在长江南北分别为少雨和多雨。进一步研究前冬El Nino事件与次年春夏印度洋、太平洋海温异常、对流层低层风场异常以及副热带高压等的联系,结果表明：El Nio事件发生的次年春夏,热带西太平洋周边存在东负西正的海温异常分布;西太平洋反气旋异常较强;副高在6月、7月偏西偏北,但在8月迅速南退。虽然与El Nino事件相联系的6月与7月、8月的降水型不同,但是西太平洋反气旋异常带来的充沛水汽造成7月长江流域雨季多雨,8月副高迅速南退带来的又一次长江流域降水,造成了El Nino事件发生次年夏季长江流域涝而华南沿海旱的夏季平均降水异常型。     

Coupled Modes of Rainfall over China and the Pacific Sea Surface Temperature in Boreal Summertime

In this study,monthly NCEP/NCAR reanalysis data and NOAA ERSST as well as observed precipitation data from 160 stations in China were used to investigate coupled modes affecting the rainfall over China and sea surface temperature (SST) in the Pacific during boreal summertime based on singular value decomposition (SVD) method.The SVD analysis revealed three remarkable coupled modes:rainfall over North China associated with an ENSO-like SST pattern (ENSO-NC),rainfall over the Yangtze River valley associated with SST anomalies in the western tropical Pacific (WTP-YRV),and rainfall over the Yellow River loop valley associated with tropical Pacific meridional mode-like SST pattern (TPMM-YRLV).These coupled SVD modes appear robust and closely correlated with the single field.Furthermore,the covariabilities among of the three coupled modes have different characteristics at the decadal time scale.In addition,the possible atmospheric teleconnections of the coupled rainfall and SST modes were discussed.For the ENSO-NC mode,anomalous low-pressure and high-pressure over the Asian continent induces moisture divergence over North China and reduces summer rainfall there.For the WTP-YRV mode,East Asia-Pacific teleconnection induces moisture convergence over the Yangtze River valley and enhances the summer rainfall there.The TPMM SST and the summer rainfall anomalies over the YRVL are linked by a circumglobal,wave-train-like,atmospheric teleconnection.     

索马里急流和澳洲越赤道气流年际变异不同配置及其影响

使用NCEP/NCAR大气再分析资料、Hadley中心海表温度分析资料和中国160站降水观测资料,分析了夏季索马里急流与澳洲越赤道气流年际变异之间的关系及相关联的海表温度、大气环流和中国降水异常分布特征。结果表明:夏季索马里急流和澳洲越赤道气流的年际变异存在两类关系,即多数的反位相和少数的同位相关系。当夏季索马里急流和澳洲越赤道气流呈前者减弱、而后者增强的反位相变化时,热带印度洋—太平洋海气异常表现为处于发展阶段的经典的东部El Nio型,造成东亚夏季风显著减弱,中国降水呈南方偏多、北方偏少的偶极型分布;当夏季索马里急流和澳洲越赤道气流同位相增强时,海气异常表现为处于成熟阶段的中太平洋El Nio型,东亚夏季风增强,中国降水呈长江流域降水偏少、而华北和华南沿海降水显著偏多的三极型分布。     

A New Approach for Classifying Two Types of El Nino Events

In recent decades, the typical El Nio events with the warmest SSTs in the tropical eastern Pacific have become less common, and a different of El Nio with the warmest SSTs in the central Pacific, which is flanked on the east and west by cooler SSTs, has become more fre-quent. The more recent type of El Nio was referred to as central Pacific El Nio, warm pool El Nio, or dateline El Nio, or the El Nio Modoki. Central Pacific El Nio links to a different tropical-to-extratropical teleconnection and exerts different impacts on climate, and several classification approaches have been proposed. In this study, a new classification approach is proposed, which is based on the linear combination (sum or difference) of the two leading Empirical Orthogonal Functions (EOFs) of tropical Pacific Ocean sea surface temperature anomaly (SSTA), and the typical El Ni o index (TENI) and the central El Nio index (CENI) are able to be derived by projecting the observed SSTA onto these combinations. This classification not only reflects the characteristics of non-orthogonality between the two types of events but also yields one period peaking at approximate two to seven years. In particular, this classification can distin-guish the different impacts of the two types of events on rainfall in the following summer in East China. The typical El Nio events tend to induce intensified rainfall in the Yangtze River valley, whereas the central Pacific El Nio tends to induce intensified rainfall in the Huaihe River valley. Thus, the present approach may be appropriate for studying the impact of different types of El Nio on the East Asian climate.     

Impacts of Previous Winter Kuroshio SSTA on Summer Rainfall in China

1. IntroductionAs well known, Kuroshio is a famous and strongwest boundary current in the North Pacific. It trans-fers enormous energy from the low latitudes to themid-high latitudes and releases huge heat flux to theatmosphere above (Hsiung, 1985). The variation ofKuroshio exerts great influence on weather and cli-mate in East Asian.During 1950-60s, Lü (1950, 1964) found that thewestern North Pacific SSTA had a close relation withsummer rainfall in China. In the 1970s, evidencesshowed…     

降水对热带海表温度异常的邻域响应 II. 资料分析

对最近10年海表温（SST）的分析表明，东赤道太平洋（EEP）及中赤道印度洋（CEI）的SST存在显著正相关。西赤道太平洋（WEP）及西北太平洋（WNP）的SST也存在相关。流场和降水分析表明，当低空流场存在对EEP正的SST异常响应时，也存在对CEI正的SST异常的响应。前者位置偏东，对我国天气无直接影响；后者导致南方少雨，江淮多雨。在WNP和WEP海区SST异常的共同强迫下，我国南海及西太平洋出现低空反气旋式环流。由于其位置偏南，异常雨带位于华南，使我国华南多雨，江淮少雨。本文还用最近38年的海温和降水资料对上述结果进行检验。资料分析证实了数值模拟的结果，即降水对热带海表温度异常的响应是一种邻域响应。     

南亚高压的南北偏移与我国夏季降水的关系

该文定义了一个能较好反映南亚高压南北偏移的指数,并发现该指数与我国夏季降水,尤其是华北和长江流域的降水,无论在年际变化上还是长期趋势上都具有十分显著的相关关系。南亚高压位置偏北时,在我国东部至日本上空存在一个显著的异常反气旋,其中心自上而下向南倾斜,在高层给华北地区带来辐散,在低层使得气流在长江流域辐散,在华北地区辐合,造成华北地区降水偏多,长江流域降水偏少。同时,南亚高压偏北对应着高层西风急流以及中层西太平洋副热带高压偏北,使得我国整个雨带偏北。此外,通过与海温的相关分析发现,南亚高压的长期偏南趋势可能受到印度洋增暖的直接影响。南北偏移指数可作为预测我国夏季区域降水的重要指标,在气候预测业务中有一定的应用价值。     

海表温度异常影响东亚夏季风年代际变化的数值模拟

采用1950-2000年逐月观测的不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋、热带印度洋及热带太平洋)海表温度分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,进行了多组长时间积分试验,对比ERA-40和NCEP/NCAR再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常对东亚夏季风年代际变化的影响。数值试验结果表明:全球、热带、热带印度洋-太平洋和热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风的年代际变化具有重要作用,均模拟出了东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生的年代际减弱现象,以及强、弱夏季风年代夏季大气环流异常分布的显著不同,这与观测结果较一致,表明热带太平洋是影响东亚夏季风此次年代际变化的关键海区;利用热带印度洋海表温度驱动模式模拟出的东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生年代际增强现象,即当热带印度洋海表温度年代际偏暖(冷)时,东亚夏季风年代际增强(减弱),与热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风年代际变化的影响相反;热带太平洋海表温度年代际背景的变化对东亚夏季风在20世纪70年代中后期的年代际减弱有重要作用。     

南亚高压与西太平洋副热带高压经纬向位置配置对中国东部夏季降水的影响

利用1951—2016年逐月中国160站降水资料、NCEP/NCAR全球大气再分析资料和NOAA_ERSST_V4海表温度资料,分析了南亚高压与西太平洋副热带高压(西太平洋副高)经、纬向位置的关系及其位置配置对中国东部夏季降水的影响,结果表明:(1)南亚高压与西太平洋副高在纬向上的东西进退存在明显的反相关系,在经向上主要存在一致变化的特征,并依此定义了纬向、经向位置指数。纬向位置指数大(小)表示南亚高压与西太平洋副高纬向上距离远(近),经向位置指数大(小)表示两高压经向位置均趋于偏北(南);(2)纬向位置指数与我国华北、华南沿海地区降水呈显著正相关,而与长江中下游、东北北部地区降水呈显著负相关;经向位置指数与我国华北、东北南部地区降水呈显著正相关,而与我国江南、华南地区降水呈显著负相关;(3)南亚高压与西太平洋副高的经向、纬向位置指数与关键海区的前期春季、同期夏季海表温度均有显著的相关,热带太平洋-印度洋、北印度洋、中东太平洋前期春季、同期夏季海表温度与南亚高压东脊点呈显著正相关,与南亚高压脊线及西太平洋副高西脊点均呈显著负相关,而北太平洋海表温度主要与西太平洋副高脊线呈显著正相关。      

热带太平洋-印度洋海表温度变化及其对西南地区东部夏季旱涝的影响

利用1959—2006 年西南地区东部20 个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR 再分析月平均资料,分析了热带太平洋-印度洋海表温度异常特征及其对西南地区东部夏季降水(旱涝)的影响,结果表明:前期赤道东太平洋海表温度偏高,西南地区东部夏季降水偏多的可能性大;当前期春季印度洋海表温度偏高时,西南地区东部夏季降水可能偏多。太平洋区的海表温度距平(SSTA)分布呈“V”字型特征,赤道中东太平洋及南、北美西部沿海的SSTA 与赤道西太平洋、南北太平洋的SSTA 呈反相关分布,与西太平洋的亚洲大陆东部沿海的SSTA 呈正相关,赤道印度洋及南印度洋的大部分地区的SSTA 与赤道中、东太平洋的SSTA 变化是一致的。当春季赤道中东太平洋及印度洋海表温度(SST)偏高(偏低)时,夏季南亚高压位置偏南(偏北),强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),同时西太平洋副高强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),位置偏南(偏北),西伸(东退)明显,东亚夏季风和南亚夏季风偏弱(偏强),我国华北及华南地区盛行下沉(上升)运动,而整个长江流域及青藏高原东部盛行上升(下沉)运动,西南地区东部也盛行弱的上升(下沉)运动,这有利于西南地区东部降水偏多(偏少),出现洪涝(干旱)的可能性大。      

长江流域夏季不同强度降水日数的时空变化特征

利用长江流域56个站点1957—2009年夏季逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及Hadley海表温度资料,分析了长江流域夏季不同强度降水日数的时空变化及其相关的海气异常型。结果表明:(1)近53 a来,长江流域夏季大到暴雨日数占总降水日数的比率呈明显增加趋势,而中小雨日数占总降水日数的比率呈明显减少趋势。(2)长江流域夏季不同强度降水日数的变化及其相应的海气异常型表现为明显不同的特征。当前期春季海温距平场表现为典型的东部型El Nino分布形态,500 h Pa位势高度场呈现出"+-+"的经向PJ波列,西北太平洋副热带高压偏强,位置偏南偏西,中高纬地区乌拉尔山和鄂霍次克海地区出现双阻塞形势,南半球澳大利亚高压异常偏强,越赤道气流偏强,在30°N附近200 h Pa纬向西风急流异常偏强,850 h Pa风场在东亚上空经向方向上呈现出明显的反气旋—气旋—反气旋系统相间分布的特征时,有利于长江流域夏季大到暴雨降水日数偏多。