松花江流域盛夏降水分布型的环流差异及影响机制

利用1961-2017年松花江流域盛夏降水资料、NCEP再分析资料和NOAA/CPC遥相关型指数等资料,采用多种统计方法,研究了松花江流域盛夏降水的主要时空分布及环流特征、影响机制。结果表明:松花江流域盛夏降水有全流域一致型、西北-东南反位相型和东北-西南反位相型三个主要模态。第一模态受PEA(Polar/Eurasiol Pattern)遥相关指数影响,PEA遥相关型负位相年,极涡偏弱,流域上空呈东高西低分布特征,西南低空急流加强的水汽输送至松花江流域;PEA和EAP(East Asia-Pacifio Pattern)相互配合共同作用对产生第二模态降水分布型起主要作用,贝加尔湖呈现显著负距平,冷空气沿超极地路径南下,暖湿气流沿异常偏北的副高边缘向流域输送,并在东南部与冷空气交绥;第三模态降水正异常时,贝加尔湖至鄂霍次克海地区呈显著负距平,东亚夏季风偏强导致副高北抬,呈南高北低分布。     

梅雨锋云系的模态研究I：主导模态

利用经验正交函数（EOF）分解方法,对1998～2008年梅雨活跃期共16次过程每3 h间隔的静止卫星云顶亮温（也称相当黑体亮度温度,即Black Body Temperature,以下简称TBB）的距平场进行计算,获得了梅雨锋云系的主要模态。经检验,前7个模态为独立模态,方差贡献分别为7.78%、5.83%、5.20%、4.27%、4.19%、3.62%和3.36%。这7个独立模态反映梅雨期间云系主要的异常特征。各模态相似云图中的云系与气候态相比出现位置偏移与形状变化,表明梅雨锋云系随主导环流系统的演变而发生断裂、减弱、消散、重建的过程。从各模态相应的大气环流配置来看,气候态梅雨锋云系对应的大气环流为三阻型梅雨形势。另外7个主导模态的大气环流基本可以划分为两类,一类为阻塞高压型,中高纬地区存在阻塞高压活动,在第2模态正位相,第4模态负位相,第5模态正位相和第6模态正、负位相以及第7模态正位相对应的500 hPa环流形势上都可以看到这一特点;另一类为槽脊型,中高纬地区阻塞高压活动不明显,等高线为一槽两脊或两槽一脊型分布,与这种环流形势相关的模态有第1模态正、负位相,第2模态负位相,第3模态负位相,第4模态正位相,第5模态负位相和第7模态负位相。     

嫩江、松花江流域夏季降水与水位变化分析

利用嫩江、松花江流域内的气象和水文资料，分析了该流域夏季降水的天气气候特征以及降水与水位变化的关系，利用NCAR/NCEP的再分析资料讨论了形成夏季降水天气气候特征，并分析了降水量异常时的环流状况，表明：该流域夏季多年平均降水量基本上是呈南北的带状分布，并有明显的阶段性，汛期水位变化与流域内夏季降水有密切的关系，影响该流域夏季降水的环流系数为西风带阻塞形势下的低值系统和东亚夏季风。     

东北夏季降水分型及其大气环流特征

利用1961—2010年中国东北122站逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及中国国家气候中心整理的160站月平均温度资料,对东北6月、7月、8月的降水进行分型,在此基础上分析各类降水型对应的环流形势。结果表明:东北6月、7月、8月降水均可划分为两大类四小类,6月与8月的分型结果相同,为全区一致型(同多型、同少型)和南北反位相型(南部型、北部型),7月可分为全区一致型(同多型、同少型)和东西反位相型(东部型、西部型)。6月东北降水主要受东北冷涡影响,冷涡越强,降水越多,且当鄂霍次克海阻塞高压出现明显异常时,6月东北降水将呈现南北反位相特征;7月、8月降水主要受东亚夏季风影响,其中东北降水全区一致型与西太平洋副热带高压的位置以及沿亚洲西风急流东传的波列有关,而降水南北(东西)反位相型则与西太平洋副热带高压的强度有关。     

嫩江、松花江流域降水与暴雨分析

利用1951－2000年夏季（6－8）月嫩江、松花江流域39个基本地面气象观测站的降水资料分析了夏季降水和暴雨的天气气候特征，利用NCAR／NCEP的再分析资料讨论了形成这些特征的原因，并分析了降水量出现异常时的环流状况。结论指出：嫩江、松花江流域夏季多年平均降水量基本上是呈南北的带状分布，历年的分布中以嫩江和第二松花江流域的差别较大，逐年变化的起伏比较大，但有较明显的阶段性；暴雨日的空间分布与季降水量分布基本一致，集中出现在7、8月，以7月下旬最多，其次是7月中旬和8月上旬；第二松花江流域暴雨日出现的机会要比嫩江和干流流域都多，7月中间以前基本上是嫩江流域大于干流流域，7月下旬开始干流流域明显大于嫩江流域；850hPa高度候平均图表明，影响嫩江、松花江流域夏季降水的环流系统为西风带阻塞形势下的低值系统和东亚夏季风，包括西南季风和东南季风两支；当这两个系统发展强盛时，该流域暴雨日出现较多，降水量偏多。     

华南夏季降水的变化特征及其与热带太平洋海温异常的关系

根据1958-2008年华南48站降水资料、NOAA全球逐月海温格点资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF分解、相关、合成等统计方法,分析了华南夏季降水的变化特征及其与冬季热带太平洋海温的关系。结果表明,华南夏季降水变化特征主要表现为,空间分布以全区一致型为主,其次是南北反相对称型和东西反相对称型,且这3种分布模态都表现出显著的年际和年代际特征。全区一致型降水异常与热带太平洋海温显著相关,二者的相关性也具有年代际变化特征,其对应的热带太平洋海温具有沿赤道太平洋呈“负-正-负”的纬向分布型,类似于中部型El Nino。全区降水偏多时期,西南季风偏强,西太平洋副热带高压偏强、脊点位置偏西,南亚高压偏强、脊点位置偏东,总体的环流形势有利于华南地区的水汽输送和上升运动;降水偏少时期,情况相反。     

辽宁初夏降水大尺度环流影响因子及2012年初夏异常多雨成因分析

利用辽宁省50站1961—2012年夏季逐日降水资料及NCEP/NCAR逐日再分析资料,对辽宁初夏降水异常的大尺度环流特征进行了诊断分析。在此基础上对引起2012年辽宁初夏降水异常偏多的大尺度环流进行了研究。研究发现:东亚地区对流层不同高度上大尺度环流系统相互配合是造成辽宁初夏降水异常的主要原因。2012年辽宁初夏的4次主要降水过程对应的环流形势基本相同,200 hPa高空急流在东北以西上空出现气旋式分支现象;500 hPa上亚洲中纬地区受两槽两脊控制,东北地区上空是槽区,对应明显的位势高度负距平;850 hPa风场和整层水汽通量场上,东北地区上空均为气旋式环流;多雨年200 hPa高空急流出现分支现象,副热带西风急流强度偏强;500 hPa亚洲中纬地区受两脊一槽控制,东北地区上空是槽区,对应位势高度负距平;850 hPa风场在东北地区上空表现为气旋式环流。这表明东北地区上空对流层从低到高,都受一个深厚的低值系统控制;各层环流情况均表明:东北冷涡这一深厚的冷性涡旋系统是2012年辽宁初夏降水异常偏多的主要影响因子。     

高原东侧川渝盆地东西部夏季降水及其大尺度环流特征

采用我国台站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料,分析比较了高原东侧川渝盆地东、西部夏季降水及其大尺度环流特征。主要结论为：（1）1951-2004年来,盆西夏季降水总体呈减少趋势,盆东则呈增加趋势;盆地东西部夏季降水主要呈反位相变化,20世纪90年代以来最常见的两种雨型是西少东多、东西部一致偏少。（2）位于北半球中高纬度的乌拉尔山高脊、巴尔喀什湖至贝加尔湖之间的低压槽以及亚洲东部高脊的两脊一槽环流型发展、西太平洋副热带高压偏北,是盆西多雨年的环流背景。（3）乌拉尔山、巴尔喀什湖、西伯利亚地区的高脊偏强,贝加尔湖一线以南直到盆东附近地区上空为槽区,东亚中高纬地区以经向型环流为主,西太平洋副热带高压偏南,是盆东多雨年的环流背景。（4）亚欧大陆中高纬环流形势的显著不同,是盆地东西部夏季降水发生年代际变化的主要原因之一。     

山东夏季降水年际优势模态及对应大气环流特征

本文基于1962-2016年山东省降水资料和JRA-55再分析资料,利用EOF、相关分析和合成分析等方法,研究了山东夏季降水年际分布型态及对应的大气环流形势。结果表明:山东夏季降水的年际型态主要分为全区一致型、西北-东南型和东北-西南型模态。在全区一致偏多(少)年,蒙古高原和日本海呈“东高西低”(“西高东低”)的环流结构,东亚地区有“-+-”(“+-+”)分布的类似EAP遥相关型经向波列,阿拉伯海、孟加拉湾和菲律宾低层为异常反气旋式环流。在西北多(少)—东南少(多)年,乌拉尔山阻塞高压和鄂霍次克海阻塞高压活动加强(减弱),沿高空急流轴自西向东有类似“丝绸之路”遥相关型的波列。在东北多(少)—西南少(多)年,在欧亚大陆中西部有“+-”(“++”)东北-西南向异常波列,热带地区为东(西)风异常。另外,西太平洋副热带高压的南北位置主要影响第一模态、西伸东退主要影响第二模态;三个模态的东亚急流在山东及其附近区域都有位于急流轴南北两侧的偶极子异常结构,但异常中心的位置有所差异。这些结论有助于进一步认识山东夏季降水异常及其环流特征,从而为预测提供参考依据。     

1998年嫩江、松花江流域持续性暴雨的环流条件

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了1998年夏嫩江、松花江流域持续性暴雨的环流条件及其演变特征.造成1998年夏嫩江、松花江流域持续性暴雨的环流条件是:东亚高纬地区的阻塞形势和嫩江、松花江流域上空的低压系统及大的水汽辐合中心,这三个条件长时间的维持造成1998年夏嫩江、松花江流域出现了持续性暴雨.东南风水汽输送通道对嫩江、松花江流域水汽通量辐合的加强有较大的贡献.研究指出:当一个移动性的高空短波槽缓慢地绕着长波脊或阻塞高压移动,尤其是当一个切断低压闯入阻塞高压或在阻塞高压南侧移动时,往往引起暴雨,这种低压系统很可能是暴雨的制造者.     

全球变暖背景下青藏高原夏季气温在对流层上下反相变化及其与降水和环流的关系

本文利用NCEP/NCAR月平均再分析资料及中国596个测站月降水资料,采用线性倾向估计、经验正交函数分解(EOF)、相关分析、合成分析等方法,对青藏高原夏季对流层气温垂直变化及其与降水和环流的关系进行了分析。气温垂直变化特征分析表明:自1971年以来,青藏高原夏季对流层低层至对流层中上部气温呈现显著增暖趋势,对流层上部气温呈现显著变冷趋势,高原对流层低层至中上部气温及对流层上部气温在年际、年代际尺度上均呈较显著负相关,且均存在2~4 a及8~13 a的周期;夏季青藏高原地区沿27.5°N~40°N平均的气温距平垂直分布的EOF分解第一模态特征向量在对流层表现为"下降温上增温"的反相变化,其时间系数呈显著负趋势,且存在1978年及1994年的突变点。高原夏季气温在对流层的上下反相变化与我国夏季降水的关系在年际、年代际尺度上均显示:当高原对流层低层至对流层中上部升温而对流层上部降温时,我国夏季降水表现为南方型,其中以江南至华南地区降水显著偏多而我国东北地区降水显著偏少为主要分布特征;另外,长江流域的局部地区及我国西北的部分地区降水也明显偏少,而华北东部的局部地区、青藏高原中部及东部地区以及新疆西北部地区降水明显偏多;降水异常分布在年代际尺度上比年际尺度更显著。环流分析显示:当高原对流层低层至对流层中上部升温而对流层上部降温时东亚中高纬度地区为异常高压控制,中低纬度地区受异常低压影响。环流场与降水分布有较好的配置关系。     

初夏东北地区冷涡降水“累积效应”

采用1960~2012年5~6月中国东北地区实况降水资料,依据东北冷涡活动客观识别方法,研究东北冷涡活动对东北地区初夏降水的影响,结果表明:5~6月每次东北冷涡过程维持时间以3~7天为主,且具有频发特征,东北冷涡降水累计量占总降水量的62.5%,给出冷涡降水月强度指数,与同期月降水量年际变化具有很好一致性;东北地区初夏降水与东北冷涡降水EOF分解主要模态十分相近,前两个模态分别为全区一致和东北、西南降水相反分布,各占方差贡献的46.8%与42.7%。冷涡降水具有显著“累积效应”,该累计效应可总体反映初夏东北地区降水异常分布特征,进一步揭示东北冷涡活动的气候学特征。     

1981—2000年四川夏季暴雨大尺度环流背景特征

利用四川盆地及周边地区1981—2000年逐日降雨量资料和ECMWF逐日4次再分析资料,合成分析近20 a发生在四川夏季的22次典型暴雨过程的大尺度环流背景特征。结果表明,四川夏季暴雨的发生具有显著的轴向分布性和区域移动性特征。西伸的西太平洋副热带高压、北上东进的伊朗高压及高原东部的弱高压、活跃的孟加拉低压和影响四川北部的中高纬长波分裂的低压槽共同作用形成了四川暴雨发生阶段的特殊的＂鞍＂型大尺度环流背景。在＂鞍＂型大尺度环流背景下,有利于西南支孟加拉湾水汽和南海水汽输送在四川盆地形成低层辐合,同时在高层形成西南—东北的轴向急流辐合带,水汽输送散度负的大值区即为暴雨发生的主要落区。此外,四川北部在两高压相夹下,有利于高纬度大尺度的两高一脊环流调整产生的弱槽携带冷空气影响四川盆地,形成高层弱冷干与低层强暖湿的强垂直对流不稳定。对比40 a四川夏季平均环流可知,导致四川夏季暴雨发生的＂鞍＂型大尺度环流背景特征极为显著,具体表现为：西太平洋副热带高压西伸到110°E附近,青藏高原西侧伊朗高压偏北、青藏高原高层南压高压偏东,而高原低层有弱高压,四川北部冷槽显著偏南。     

20世纪90年代初东亚夏季风的年代际转型

利用1979—2009年JRA-25和NCEP/NCAR再分析资料,通过复矢量经验正交方法揭示了东亚地区夏季850 hPa风场变率的优势模态。结果表明:两套再分析资料所揭示的东亚夏季风在20世纪90年代初均发生了年代际转型,与我国夏季降水的年代际转型时间一致。伴随着东亚夏季风的年代际转型,我国北方大部分地区夏季降水减少,尤其是我国东北北部和长江、黄河之间105°E附近区域显著减少,而华南地区和淮河流域降水显著增加。从动力上解释我国夏季降水年代际转型特征,夏季500 hPa高度场两个时段 (1993—2009年和1979—1992年) 的差值分布显示为欧亚大陆北部准纬向遥相关波列,夏季850 hPa风场差值分布表现为贝加尔湖东南侧和日本以南地区存在两个异常反气旋式环流,而我国南方地区和鄂霍次克海附近均为异常气旋式环流。夏季西北太平洋、北印度洋以及部分中高纬度海洋的海温和春季欧亚大陆积雪在20世纪90年代初出现显著变化,春季北极海冰的年代际转型发生在20世纪90年代初,都可能成为东亚夏季风年代际转型的原因。     

近50a江淮地区梅雨期水汽输送特征研究

利用1958—2007年ERA再分析风场及气压场资料和APHRO高分辨率逐日降水资料,对近50 a来梅雨期水汽输送的时空特征及其与江淮地区降水的关系进行了研究,发现各条水汽通道对江淮地区梅雨期降水强度及范围的影响程度均不同。梅雨期影响我国降水的水汽输送有显著的年际变化,并且水汽输送强弱年对应江淮地区降水强度也有明显差异。相关分析及合成差值的结果显示,西太平洋水汽输送贡献更大,且西太平洋水汽输送(东南通道)增强时,江淮地区降水增多。印度洋水汽输送的加强会减弱太平洋的水汽输送从而使得江淮少雨。在全球变暖的背景下,西太平洋的水汽输送对降水的增强作用有所减弱而印度洋输送所导致降水强度减弱的范围则明显扩大。自1980年起,江淮降水出现缓慢增多的趋势与全球变暖所导致的东亚环流异常进而影响水汽输送异常相关。     

2023年夏季我国气候异常特征及成因分析

2023年夏季,我国气候特征整体表现为“温高雨少”,区域性、阶段性高温、旱涝等气象灾害明显。降水的空间分布差异显著,主要多雨区位于我国北方,松花江、海河流域出现严重汛情。生成和登陆台风频数均较常年同期偏少,但北上台风却对京津冀等地造成极其严重的雨涝灾害。2023年夏季我国气温为1961年以来历史次高,北方地区暖异常明显,华北、西北等地区阶段性高温热浪尤为突出。华北、东北地区降水偏多是由不同环流系统造成的。其中,华北南部降水异常偏多主要由7月底至8月初一次极为罕见的天气尺度持续性极端降水过程所致,台风杜苏芮和卡努外围环流与异常偏西、偏北的西太平洋副热带高压相配合,再加上太行山东麓的地形效应是其主要原因。盛夏东北东部异常偏南风引导的水汽输送在整个对流层都异常偏强,造成东北北部和东部降水明显偏多,这一异常环流与初夏巴伦支海海冰密集度减小及盛夏西北太平洋海温异常偏暖均有一定关联。     

2011—2019年影响安徽致暴江淮气旋统计分析

采用安徽国家基本站逐小时降水及欧洲ERA5再分析资料,统计分析了2011—2019年影响安徽致暴江淮气旋气候概况、雨区、路径及环流场特征。结果表明,影响安徽致暴江淮气旋多发生于湖北、湖南等地,约占同期总气旋数的18.9%,年均2.8次;降水大值中心主要位于大别山南麓至皖南山区西南一带,高海拔山区尤其明显。根据斜旋转T模态主成分客观分析法,将影响安徽致暴江淮气旋主要划分为高压脊型(SP1型)、高空槽型(SP2型)、暖式切变型(SP3型);其中,SP1型致暴天气过程最多,占40%,SP2型次之,占36%,SP3型占20%。高压脊型(SP1型)江淮气旋一般偏南东移,安徽以西有一高压脊,高压脊东侧有显著的经向环流,中高层有明显干侵入过程,低层暖湿舌伸向皖南山区,暖湿不稳定层结的配置有利于皖南山区对流性强降水的产生;高空槽型(SP2型)江淮气旋一般向偏东方向移动,安徽中北部中高层为东北—西南向高空槽,低层表现为冷锋南侵,与南方暖湿气流汇合于安徽长江流域,导致雨区分布于安徽长江一线;暖式切变型(SP3型)江淮气旋一般偏北东移,低涡位于安徽以西,西南强盛的暖湿气流经大别山区向东北方输送,整层均为大湿区,低层有较强的辐合抬升,降水效率高,雨区主要分布于大别山区,属于暖区暴雨或强降水类型。     

中国东部夏季降水特征及其与西太平洋副高的关系

利用中国东部160个气象观测站1951年-2012年夏季（6-8月）的月平均降水资料,运用EOF分析方法,分析中国东部夏季降水的时空分布特征及其与西太平洋副热带高压的关系。结果表明:（1)夏季,中国东部降水大值区域从华南移到江淮流域,然后到达华北和东北地区。（2) 中国东部夏季降水EOF第一模态空间分布为长江以北与黄河以南地区之间存在一个降水大值雨带, EOF第二模态显示出整个东部沿海地区的降水量以长江为界,长江以南降水偏少,长江以北降水偏多,且江南与江北的降水呈反位相。（3)在西太平洋副热带高压较强的年份,江淮流域降水偏少,华北地区降水偏多;西太平洋副热带高压较弱的年份,江淮流域降水偏多,华南地区降水偏少。     

秦岭及周边地区夏季降水的主模态分析

基于秦岭及周边地区394站气象观测资料、欧洲中期数值预报中心(ECMWF)再分析ERA-Interim数据,利用小波和回归等分析方法,讨论了秦岭及周边地区夏季降水年际变化的主模态以及与其相联系的大气环流异常。结果表明:1)在年际变化的时间尺度上,秦岭及周边地区夏季降水主要表现为秦岭南北降水的气候差异性变化(EOF1)、黄土高原第二地形抬升带与其两侧降水的反位相振荡(EOF2)、秦岭西南部降水正异常和其东北部降水负异常变化(EOF3)和关中平原的地形降水贡献(EOF4)4个模态,其解释方差总贡献为73%,并且具有显著的2~4 a周期,其中EOF3和EOF4还具有4~8 a左右的年际变化周期。2)回归分析表明,EOF1正位相环流特征表现为200 hPa急流偏弱,中纬度槽填塞,西太平洋副热带高压强度偏弱,有来源于东海的水汽输送,使得秦岭北部降水偏多;EOF2和EOF3分别具有显著的蒙古低压和东北冷涡环流特征;EOF4的500 hPa环流异常不显著。3)根据新定义的秦岭季风指数回归分析表明,回归场的季风指数和降水模态的时间系数显著相关,秦岭北部降水偏多(少),南部降水偏少(多),反映了强(弱)季风年的年际转换。反之则具有多态性,不同年份强(弱)秦岭回归季风指数的环流形势存在较大的差异,可能触发多种降水模态和位相振荡。     

南海夏季风垂直结构的变化特征及其对中国东部降水的影响

采用NCEP/NCAR再分析月平均资料和NOAA全球逐日降水资料,首先利用EOF方法分析了南海夏季风的垂直结构时空变化特征,然后初步探讨了南海夏季风垂直结构对中国夏季降水的影响和机制。(1) 南海夏季风的垂直结构有明显的年际和年代际变化特征。EOF第一模态型主要表现为南海夏季风垂直结构的年际变化特征,为对流层低层西南风和对流层高层东北风同时增强(同时减弱)(简称“低层-高层同时增强”和“低层-高层同时减弱”)两种典型结构变化;EOF第二模态主要表现为南海夏季风垂直结构的年代际变化,为对流低层(高层)西南风(东北风)由下向上的增强到减弱变化和相反的对流层低层(高层)西南风(东北风)减弱到增强的变化(简称“低层强弱-高层强弱”和“低层弱强-高层弱强”)的两个不同年代(时段)的垂直结构变化。(2) 南海夏季风垂直结构变化通过改变对流层低层、高层的环流异常变化来影响中国东部夏季降水的异常变化。南海夏季风呈“低层-高层同时增强”垂直结构时,南海低纬热带季风环流异常加强,长江流域低层辐散、高层辐合及异常下沉运动,其南侧的华南地区和北侧的东北地区是低层辐合、高层辐散和异常上升运动,导致华南降水异常偏多、长江流域降水偏少、北方降水偏多;在“低层-高层同时减弱”年,则相反。南海夏季风呈“低层弱强-高层弱强”垂直结构时,我国东部地区自华南到东北,分别是低层辐合(辐散)、高层辐散(辐合)的有利于上升(下沉)运动的环流条件,华南、江淮地区降水增多,江南、东北地区降水减少;对“低层强弱-高层强弱”时段,则相反。