西南地区植被变化与气温及降水关系的初步分析

利用卫星遥感植被归一化指数(NDVI)资料和西南地区96个实测台站的月平均气温以及降水资料,初步分析了西南地区植被变化与气温及降水的关系。结果表明:近20年来西南地区植被覆盖状况较好,其中夏季植被覆盖最好,冬季植被分布空间差异最大;西南地区植被整体呈增加趋势,同时也存在较明显的季节和区域差异:春季西南大部分地区植被以增加为主,夏季、秋季全区以减少为主,冬季则以增加为主且存在明显的东西反向特征,东部减少西部增加。时滞互相关分析表明:西南地区11~2月份的植被对超前其1~2个月的气温以及夏季的植被对春季气温的敏感性比较大,3~4月的植被生长对上年夏季的降水敏感性比较大;同期时,1~3月植被和气温为正相关关系,6~9月的植被生长和降水为明显的负相关关系;在植被超前气候的条件下,1~2月的植被和滞后1~2个月的气温呈正相关关系,与滞后1个月的降水有明显的负相关关系。      

西南地区植被变化与气温及降水关系的初步分析

利用卫星遥感植被归一化指数（NDVI）资料和西南地区96个实测台站的月平均气温以及降水资料,初步分析了西南地区植被变化与气温及降水的关系。结果表明：近20年来西南地区植被覆盖状况较好,其中夏季植被覆盖最好,冬季植被分布空间差异最大;西南地区植被整体呈增加趋势,同时也存在较明显的季节和区域差异：春季西南大部分地区植被以增加为主,夏季、秋季全区以减少为主,冬季则以增加为主且存在明显的东西反向特征,东部减少西部增加。时滞互相关分析表明：西南地区11～2月份的植被对超前其1～2个月的气温以及夏季的植被对春季气温的敏感性比较大,3～4月的植被生长对上年夏季的降水敏感性比较大;同期时,1～3月植被和气温为正相关关系,6～9月的植被生长和降水为明显的负相关关系;在植被超前气候的条件下,1～2月的植被和滞后1～2个月的气温呈正相关关系,与滞后1个月的降水有明显的负相关关系。     

中国东部地区前冬季节来临早晚与夏季降水的关系探究

利用NCEP/NCAR1961~2010年逐日平均再分析资料, 对中国东部地区前冬季节来临时间进行划分, 并探讨中国东部地区平均前冬季节来临时间偏早/偏晚与中国东部夏季降水之间的关系, 研究发现: (1) 中国东部前冬来临时间与中国东部夏季降水存在两个正相关带和两个负相关带, 且与其夏季雨带的位置大致吻合。正相关带分别位于华南、西南以及黄河以北的39°N~42°N一带、东北中南部等地区, 负相关带分别位于黄淮、江淮以及长江中下游一带和42°N以北的大部分地区。 (2) 统计特征表明: 中国东部地区前冬季节来临时间偏早的年份, II类雨型发生频率大于其气候发生频率, I类和III类雨型发生频率则比气候频率偏小; 前冬季节来临偏晚的年份, I类雨型发生的频率偏大, 而II类和III类雨型发生频率偏小, 典型年份的合成分析结果与雨带类型的统计结果相一致。反之, 从雨型与前冬来临时间的对应关系统计分析发现, I类雨型年份, 中国东部地区前冬季节来临时间显著偏晚年份占优, 而II类雨型年份, 前冬季节来临显著偏早年份占优, III类雨型年份对应关系不显著。总体而言, 季节来临早晚与雨带分布表现出一定的对应关系。 (3) 前冬来临早晚对应了不同的前期和同期海温、水汽和环流型, 受海—气相互作用的影响, 造成降水空间分布的不同。     

南海海温和西南地区土壤湿度异常与中国东部夏季降水的可能联系

利用1958—2001年NOAA海温资料、欧洲中心(ECMWF)ERA40土壤湿度再分析资料和中国100 °E以东444站的降水资料,探讨了南海海温和土壤湿度异常与我国东部夏季降水之间的可能联系,并初步讨论其可能的物理过程。结果表明,春季南海海温与西南地区东部土壤湿度的异常变化之间存在显著的负相关关系,而土壤湿度的异常与我国东部夏季降水之间也存在密切的联系。当春季南海海温异常偏高(低)时,我国西南地区东部的土壤通常出现异常偏干(湿),而夏季长江流域降水偏多(少)、东南沿海地区降水偏少(多)。进一步分析表明,春季南海海温异常偏高(低),有利于我国南部区域低层西南风减弱(偏强),西南地区东部水汽输送减少(增加),导致该地区春季的降水异常减少(增加)、土壤偏干(湿);通过蒸发反馈机制使得夏季西南地区东部地表温度偏高(低),引起副高西伸(东退)发展,最终导致我国东部地区夏季降水的异常。      

我国东部夏季极端降水与北太平洋海温的遥相关研究

采用1951—1998年我国东部(105°E以东)59个站点夏季大雨及以上降水量资料与北太平洋海温场资料,借助于SVD分析方法,逐季分析我国东部极端降水与北太平洋海温及南方涛动指数的遥相关,进而检测影响我国东部地区极端降水空间分布的海温关键区和南方涛动及其显著季节(月份)。结果表明,我国东部夏季极端降水与同期太平洋SST的遥相关主要在太平洋130～170°E,5～25°N之间海域;Ni-no区域SST与次年夏季极端降水的相关主要表现在与华东地区的正相关;黑潮海域及加利福尼亚海流区春季SST与我国东部夏季极端降水呈明显的负相关;冬季太平洋SST与我国东部夏季极端降水的遥相关主要表现在,赤道东太平洋、黑潮海域的冬季海温与华东地区、河套地区降水的正相关;我国东部夏季极端降水与前一年秋季Nino区海温为负相关,与西太平洋海温为正相关。     

冬季中国东部海区热通量变化与中国气温降水的关系

利用OAFlux月平均热通量、NCEP/NCAR（1958—2006年）再分析和全国160个站的月降水、气温等资料,采用相关分析、合成分析等方法,分析了中国东部海区海气界面热通量变化特征及其与中国冬、春季降水、气温的关系。研究表明,中国东部海区为潜热通量和感热通量年际变化的关键区,冬季变化最为显著,具有明显的年际和年代际变化特征,热通量的增强趋势明显。热通量的年代际变化与同期冬季中国华南降水存在明显正相关,与华北降水存在负相关、与气温存在显著正相关。1983年气候突变前热通量年际变化与同期中国长江下游地区降水有很好的负相关。突变后热通量年际变化与同期淮河流域降水存在显著负相关;与后期春季中国两河流域降水存在显著负相关,与两河流域气温存在显著正相关。     

青藏高原及邻近地区的气候特征

利用中国710个站(青藏高原72个站)的气温和降水资料,分析了青藏高原的气候特征及与中国区域气候异常的联系。结果表明：中国多雨日区域随季节分布大致可以分为华南区、华南一青藏高原东南部区、青藏高原区以及华西区共5个区域,多雨日区自东向西移动。青藏高原东南地区降水特征呈双峰型,西北呈单峰型;西南部存在明显的“高原梅雨”、伏旱和秋雨。林芝地区的遥相关分析表明：冬季温度与青藏高原同期温度为正相关,与我国其它大部分地方为负相关;夏季降水与青藏高原南部和长江中下游地区同期降水为正相关,与高原北部同期降水呈反相关关系;冬季温度与黄河到长江流域之间区域夏季降水呈反相关关系。     

近30年BCC-CSM(m)模拟高原积雪状况评估及其对夏季降水的影响

为了得到适用于青藏高原积雪研究的高分辨率、长时间序列的区域尺度资料,利用近30年逐月区域气候系统模式BCC?CSM(m)模拟的1. 125°×1. 125°积雪深度资料、卫星遥感反演的0. 25°×0. 25°积雪深度资料、ERA?Interim 0. 75°×0. 75°地面感热再分析资料和中国气象数据网提供的0. 5°×0. 5°降水资料,评估了BCC?CSM(m)模式对高原积雪深度时空演变的模拟性能及其对高原感热和我国夏季降水的影响,为夏季降水预测提供参考依据。结果表明,BCC?CSM(m)模式能够较好再现冬季高原积雪的时空变化特征,在缺少有效实测积雪资料的高原地区不失为一种分辨率高、时间序列长的代用资料。冬季高原积雪和春季地表感热之间存在反相变化,而且两者的空间分布型存在显著的负相关关系。冬季高原积雪与我国夏季降水存在一定的相关关系,即:与长江中下游地区、四川地区、新疆北部地区、东北东部和高原南部夏季降水呈显著正相关关系,而与华南和东北北部地区呈显著负相关关系。冬季高原积雪存在全区多雪型、全区少雪型、东南少西北多型和东南多西北少型4种空间分布模态,而且不同高原积雪模态对我国夏季降水的影响不同。     

中国东部地区冬夏季相对湿度变化特征

利用中国东部315个台站近50a（1963-2012年）月平均地面相对湿度和降水量资料,对中国东部地区冬夏季相对湿度的变化特征进行了分析和比较,并讨论了相对湿度与降水的空间耦合关系。结果表明：1）冬季相对湿度的低值区集中在黄淮北部、华北和东北南部,高值区出现在35°N以南地区和东北北部,呈现出中部小、南北大的空间分布特征;夏季相对湿度较冬季明显增大,低值区主要集中在内蒙古中东部,表现出从东部沿海向内陆地区递减的特征。2）冬夏季相对湿度的高（低）值区,其相对变率偏小（大）,即湿润（干旱）区的相对湿度较为（不）稳定。3）近50a来,东部大部分地区冬夏季相对湿度普遍表现为下降趋势,其中冬季东北北部及夏季东南部沿海、内蒙古中东部及东北西部相对湿度的下降趋势最为显著。4）东部地区冬夏季相对湿度与同期降水存在很好的同位相对应关系：相对湿度高（低）湿区对应多（少）雨区。其中冬季显著耦合区位于40°N以南地区;夏季相对湿度与降水的关系较冬季复杂,显著耦合区首先位于35°N以北地区,其次位于35°N以南地区,但江淮和华南存在反向的空间变化。     

近百年中国东部夏季降水年代际变化特征及其原因

本文利用测站降水观测资料分析过去一百多年中国东部华北、长江流域以及华南夏季降水的年代际变化特征发现,尽管这三个地区的夏季降水具有不同的年代际转折时期,但是均同时在1910年代初期、1920年代初期、1940年代中期、1960年代中期、1970年代末期以及1990年代初期发生了跃变。近一百年间不同年代际时期东部夏季降水的分布型主要以南正北负或者南负北正的偶极型为主,并且无论是偶极型分布还是三极型分布,两个相邻年代际时期中国东部降水分布型发生完全反向变化的概率较高（60%）。此外,夏季的PDO、冬季的AO以及春季的北极海冰也同时在1920年代末期、1940年代中期、1970年代末期以及1990年代中期左右发生了跃变,这几次跃变时期与中国东部三个不同地区夏季降水发生跃变的时期一致,表现出近百年来太平洋年代振荡（PDO）、北极涛动（AO）以及北极海冰这三个因子对中国东部夏季降水年代际变化的协同作用。在年代际时间尺度上,夏季的PDO与华北夏季降水显著负相关。PDO的年代际变化能够在500 hPa位势高度场中激发出太平洋—日本（PJ）型年代际遥相关波列;同时在850 hPa风场中激发出类似于影响华北夏季降水年代际变化的大气环流型,从而影响华北降水的年代际变化。冬半年的AO与长江流域夏季降水存在显著正相关关系。冬季到春季正位相的AO导致亚洲大陆南部处于湿冷状态,土壤湿度的记忆性可将这种状态延续到夏季。因此,夏季海陆热力对比减弱,东亚夏季风发生年代际减弱,相应地长江流域的降水年代际增多。春季北极海冰与华南夏季降水显著负相关,北极海冰的年代际异常能在500 hPa位势高度场中激发出与静止Rossby波异常传播相联系的欧亚—华南年代际遥相关波列,从而影响华南降水的年代际变化。     

The Influence of Vegetation Cover on Summer Precipitation in China： a Statistical Analysis of NDVI and Climate Data

This study provides new evidence for the feedback effects of vegetation cover on summer precipitation in different regions of China by calculating immediate (same season), and one-and two-season lagged correlations between the normalized difference vegetation index (NDVI) and summer precipitation. The results show that the correlation coefficients between NDVI in spring and the previous winter and precipitation in summer are positive in most regions of China, and they show significant difference between regions. The stronger one-and two-season lagged correlations occur in the eastern arid/semi-arid region, Central China,and Southwest China out of the eight climatic regions of China, and this implies that vegetation cover change has more sensitive feedback effects on summer precipitation in the three regions. The three regions are defined as sensitive regions. Spatial analyses of correlations between spring NDVI averaged over each sensitive region and summer precipitation of 160 stations suggest that the vegetation cover strongly affects summer precipitation not only over the sensitive region itself but also over other regions, especially the downstream region.     

青藏高原冬春季积雪异常对中国春夏季降水的影响

利用1956年12月～1998年12月共42a，青藏高原及其附近地区78个积雪观测站的雪深和我国160站月降水的距平资料，分析了其气候特征，并用SVD方法分析了冬春季积雪异常与春夏季我国降水异常的关系。用区域气候模式RegCM2模拟了青藏高原积雪异常的气候效应并检验了诊断分析的结果。分析表明，雪深异常，尤其是冬季雪深异常是影响中国降水的一个因子。研究证明，高原冬季雪深异常对后期中国区域降水的影响比春季雪深异常的影响更为重要。数值模拟的结果表明，高原雪深和雪盖的正异常推迟了东亚夏季风的爆发日期，减弱了季风强度，造成华南和华北降水减少，而长江和淮河流域降水增加。冬季雪深异常比冬季雪盖异常和春季雪深异常对降水的影响更为显著。机理分析指出，高原及其邻近地区的积雪异常首先通过融雪改变土壤湿度和地表温度，从而改变了地面到大气的热量、水汽和辐射通量。由此所引起的大气环流变化又反过来影响下垫面的特征和通量输送。在湿土壤和大气之间，这样一种长时间的相互作用是造成后期气候变化的关键过程。与干土壤和大气的相互作用过程有本质差别。     

青藏高原大气热源和冬春积雪与中国东部降水的年代际变化关系

利用NCEP 1950—2004年逐日再分析资料,采用倒算法,对青藏高原大气热源的长期变化进行了计算,结果发现,青藏高原及附近地区上空大气春夏季热源在过去50年里,尤其是最近20年,表现为持续减弱的趋势。而1960—2004年青藏高原50站的冬春雪深却出现了增加,尤其是春季雪深在1977年出现了由少到多的突变。用SVD方法对高原积雪和高原大气热源关系的分析表明,二者存在非常显著的反相关关系,即高原冬春积雪偏多,高原大气春夏季热源偏弱。高原大气春夏季热源和中国160站降水的SVD分析表明,高原大气春夏季热源和夏季长江中下游降水呈反相关,与华南和华北降水呈正相关;而高原冬春积雪和中国160站降水的SVD分析显示,高原冬春积雪和夏季长江流域降水呈显著正相关,与华南和华北降水呈反相关。在年代际尺度上,青藏高原大气热源和冬春积雪与中国东部降水型的年代际变化(南涝北旱)有很好的相关。最后讨论了青藏高原大气热源影响中国东部降水的机制。青藏高原春夏季热源减弱,使得海陆热力差异减小,致使东亚夏季风强度减弱,输送到华北的水汽减少,而到达长江流域的水汽却增加;同时,高原热源减弱,使得副热带高压偏西,夏季雨带在长江流域维持更长时间。导致近20年来长江流域降水偏多,华北偏少,形成"南涝北旱"雨型。高原冬春积雪的增加,降低了地表温度,减弱了地面热源,并进而使得青藏高原及附近地区大气热源减弱。     

春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响和预测作用

利用1980-2012年青藏高原中、东部71个站点观测资料、全中国756站的月降水资料、哈得来中心提供的HadISST v1.1海温资料以及ERA-Interim再分析资料,综合青藏高原的感热加热以及全球海温,研究了春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响,并建立预报方程,探讨了青藏高原春季感热对中国降水的预报作用。结果表明,青藏高原春季感热与中国东部降水关系密切,青藏高原春季感热异常增强伴随着长江流域中下游同期降水增多,后期夏季长江流域整流域降水也持续偏多,华南东部降水偏少。春季青藏高原感热的增强与环北半球中高纬度的罗斯贝波列密切相关,扰动在北太平洋形成的反气旋环流向西南方向延伸至西北太平洋,为长江流域输送大量的水汽,有利于降水的发生。夏季,伴随着前期青藏高原感热的增强,南亚高压位置偏东,西北太平洋副热带高压（西太副高）位置偏西偏南,西太副高北侧为气旋式环流异常。在西太副高的控制下,华南东部降水减少;西太副高西侧的偏南气流为长江流域带来大量水汽,并与来自北部气旋式环流异常西侧的偏北风发生辐合,降水增多。青藏高原春季感热异常是华南和长江流域夏季降水异常的重要前兆信号。加入青藏高原春季感热后,利用海温预报的华南、长江流域夏季降水量与观测值的相关系数有所提高,预报方程对区域降水的解释方差提高约15%。      

冬季高原积雪异常与1998年长江洪水关系的分析

冬季青藏高原积雪与我国夏季降水,特别是长江流域降水有着一定的相关关系、１９９８年长江洪水与冬季高原积雪异常有关,这在春存季４００ｈＰａ平均高度场上有相应的反映。但由于受高度场的年际和年代际异常变化的影响,使它们之间的关系变得更加复杂。     

青藏高原积雪对中国夏季风气候的影响

利用SVD等方法对青藏高原积雪与中国区域降水的关系作了诊断分析。并用区域气候模式（RegCM2）对高原积雪的气候效应进行了模拟。结果表明:青藏高原积雪对中国夏季风气候的影响是显著的。积雪的增加会明显减弱亚洲夏季风的强度,使华南的降水减少,江淮流域的降水增多。高原冬季积雪深度的增加,比积雪面积的扩大和春季积雪深度的增加对后期气候的影响更大。     

前期土壤湿度、海表面温度对中国夏季极端气温的预测能力评估

基于中国587站日最高、最低气温观测资料、月平均的ERA_interim土壤湿度（Soil Moisture,SM）再分析资料及扩展重建的海表面温度（Sea Surface Temperature,SST）资料（ERSST）,对极端气温指数进行了定义,利用变形的典型相关分析和集合典型相关分析方法（Ensemble Canonical Correlation,ECC）,分析了1979-2009年我国夏季极端气温与前期（春、前冬）SM、SST间的线性联系,建立了中国夏季极端气温预测模型,并对独立样本检验的效果进行了评估。结果表明：1）与中国夏季极端气温联系密切的前期SST异常的空间分布为类PDO（Pacific Decadal Oscillation）型,前期土壤湿度异常的区域为华南、青藏高原、东北和西北地区。2）交叉检验结果表明基于前冬预测因子的极端气温预测模型技巧高于春季,基于SM的极端气温预测模型技巧高于SST。3）独立样本检验表明基于前期SM、SST的ECC模型对中国东部夏季极端气温有一定的预测能力。因此,可以在夏季极端气温的预测业务中考虑前期SM、SST的影响。     

南海到西太平洋地区水汽输送和山东夏季降水量奇异值分解分析

利用奇异值分解(SVD)方法和山东省26个代表站1951～2000年6～8月降水量、NCEP／NCAR再分析1958～1998年1～12月925～300hPa5层月平均比湿和风场资料,分析了山东夏季降水与前期(冬季、春季)及同期(夏季)南海到西太平洋地区水汽输送之间相关场的分布型,从中找出了遥相关的“关键区”,并对找到的“关键区”的可靠性进行了验证。研究表明,山东夏季降水与前期(冬季、春季)和同期(夏季)南海到西太平洋地区水汽输送相关较好,春季的相关程度最高,冬季次之,夏季最小。     

冬季积雪对我国夏季降水预测的评估分析

根据高原积雪和高纬积雪与我国夏季降水相关分析的结果，将高原积雪和高纬积雪作为独立因子分别对我国夏季降水预测做了检验，结果表明：高原积雪较高纬积雪效果要好，冬季高原积雪异常偏多时，长江流域夏季易发生洪涝，这也是预测汛期降水的一个重要信号。