西太平洋副热带高压位置对华北盛夏降水的影响

应用1958～2002年NCEP/NCAR 500 hPa冉分析资料,分析夏季逐日西太平洋副热带高压在110°～130°E、20°～50°N区域脊线活动情况.发现盛夏(7～8月)副高在588 dagpm以上、脊线在30°N以北的日数与华北降水有大范围正相关区,中心相关系数0.561(显著性水平为0.001).分析发现西太平副热带高压越过30°N的初日(连续3天副高脊线越过30°N的首口)早晚与华北盛夏降水量显著相关,初口与华北盛夏的平均降水量相关系数为-0.385,即副高北上早华北盛夏降水多,反之副高北上晚华北盛夏降水少.110°～130°E区域副高脊线越过30°N的日数和初日能更好地描述西太平洋副高与华北乃至我国东部盛夏降水的关系,对实际业务工作具有重要意义.     

中国东部夏季雨带推进过程的年际、年代际变化

利用中国东部355站夏季逐日降水资料,定义了空间均一化降水指数,并利用联合经验正交展开(EEOF)等方法研究了中国东部夏季雨带推进过程的年际变化和年代际变化特征.结果表明:中国东部夏季雨带以110°E为界分东西两个雨带中心向北推进,且由于两雨带进程不一致,致使整个东部夏季雨带呈东北-西南向向北推进;当雨带推进偏强时,雨带易偏北,夏季多出现Ⅰ型降水分布,雨带推进偏弱时,雨带易偏南,夏季多出现Ⅱ型、Ⅲ型降水分布;中国东部夏季雨带推进强度在1966年和1979年发生明显突变,1957-1966年雨带推进偏强,而在1979-1989年雨带推进偏弱.     

华北5月降水年际变化特征及其成因

本文采用华北5月降水资料,NCEP资料以及COADS海温资料,借助相关分析、合成分析等方法研究了华北5月降水的总体分布特征,并从总体上探讨了其与海温、大气环流年际变化的关系及其影响机制。结果表明:华北5月降水存在年际变化特征,降水量偏少年份多于偏多的年份,降水偏少年降水量与平均值相差较小,而降水偏多年降水量与平均值相差较大;华北5月降水与(25~50°N,110~145°E)一带大气环流(200 hPa)的年际变化及前期低纬大气环流的年际变化均有显著的正相关关系;中纬度西传Rossby波列与低纬赤道印度洋海温的变化是引起华北5月降水年际变化的重要原因。     

华北雨季降水年代际变化与水汽输送的联系

本文基于1961～2018年华北地区均一化逐日降水资料和ECMWF（欧洲中期天气预报中心）ERA5全球再分析环流资料,采用一种综合考虑降水量和西太平洋副热带高压脊线影响的雨季监测标准,计算了华北雨季起讫日期和降水量,在此基础上讨论了华北雨季季节内进程的水汽输送特征。重点分析了降水量与水汽收支的年代际变化关系,揭示了水汽输送的时空变化规律及其对华北雨季降水的影响。研究结果表明:（1）华北雨季每年的起讫日期不同,从而每年雨季发生时段和季节内进程不同。（2）降水的形成与水汽输送及其辐合密切相关,有四个水汽通道维持华北雨季降水,即印度季风水汽、东亚季风水汽、110°E～120°E之间越赤道气流向北的水汽输送和40°N附近中纬度西风带水汽。（3）华北雨季降水和净水汽收支具有相似的年代际变化特征,分别在1977、1987、1999年发生突变,总体呈现“减—增—减”的阶段性变化趋势,两者位相转变相关性很强。（4）水汽输送的强弱和到达华北时间的早晚均对雨季降水多寡有重要影响。华北多雨年代与少雨年代水汽通量有明显的差异,主要表现在:在多雨年代,西北太平洋为反气旋式环流异常,偏南水汽强盛,并且与中高纬西风带异常偏西水汽汇聚于华北,华北地区水汽辐合偏强;考虑季节内进程,水汽到达华北的时间早、强度大,停留时间长、辐合强,减弱的时间晚;而在少雨年代,我国东北地区、朝鲜半岛及日本海附近为气旋式环流异常,华北地区由南向北的水汽输送偏弱,水汽辐散明显加强;季节内进程表现出与多雨年代相反的特征。（5）考虑华北地区四个边界的水汽收支,南边界和西边界有最大、次大水汽输入,二者的年代际变化是影响雨季降水年代际变化的重要因素。在多雨年代,南边界和西边界水汽净输入很强,但北边界的输出也很强;在少雨年代,南边界和西边界水汽净输入很弱,但北边界转为输入,这是区别于多雨年代的重要特征。     

我国西北和华北夏季降水的偶极子关系及其环流特征

用全国35年以上资料的672个站,讨论了华北和西北夏季降水关系及其环流特征,结果表明:(1)华北和西北夏季降水存在跷跷板式的偶极子关系,当华北夏季降水偏多时,西北降水偏少,反之亦然。华北夏季降水指数与西北夏季降水指数之间的相关系数为-0.28,超过了0.05显著性水平检验。这两条曲线的10年滑动平均的相关系数达到-0.61;而滤去年代际振荡后,它们的相关系数为-0.23,显著性水平接近0.05。这表明华北与西北夏季降水的偶极子关系主要是由年代际振荡引起的,但年际变化也是一个不可忽略的因素。(2)环流分析表明:华北与西北地区夏季降水的偶极子关系与贝加尔湖南部地区(45°~55°N,80°~110°E之间的8个格点)和西部巴尔喀什湖地区(35°~40°N,70°~90°E之间的5个格点)500 hPa高度距平符号相反有关,由它们之差(G-D)组成的华北和西北夏季降水的偶极子关系的环流指数,能很好地解释华北和西北夏季降水的偶极子关系。     

气候标准值改变对ENSO事件划分的影响

分析了华南、长江流域和华北夏季风三雨带降水的年代际变化特征及其与海气系统的关系。结果表明,三雨带的开始日、结束日都有明显的年代际变化特征,主要表现为自1990年代至今,三雨带开始日推迟,华北雨带终止日明显提前。夏季风的进程与两极涛动密切相关,也与局地海陆热力差异有关：长江流域降水对应于欧亚大陆的位势高度正异常,而华南和华北降水都对应于欧亚大陆的位势高度负异常。华南、华北降水与北太平洋中纬度SST年代际变率密切相关,而长江流域降水与北大西洋中高纬度和西太平洋暖池SST的年代际变率有关。这说明年代际时间尺度上,夏季风进程的不同阶段对应着显著的环流和海温差别,中高纬的环流和海温对夏季风降水有重要的影响。     

青藏高原对流时空变化与东亚环流的关系

根据1980～1998年逐日TBB和NCEP/NCAR再分析资料,探讨青藏高原对流(TBB)时空分布与东亚环流及天气气候的关系.研究指出,青藏高原主体地区(28°N～34°N,80°E～102°E)的对流冬弱、夏强,存在显著的6月和10月突变现象.夏季亚洲地区最强的对流出现在青藏高原上空,呈现为高原西部(28°N～34°N,82°E～94°E)和东部(27°N～34°N,104°E～110°E)型.夏季青藏高原上空对流弱,850 hPa风场上高原南、北侧的东亚地区分别呈现西风距平,夏季中国易出现南北二条雨带; 夏季高原上空对流强,850 hPa风场上的西风距平出现在东亚30°N附近,夏季易出现江淮流域雨带.夏季江淮流域洪涝年(如1980、1993、1996、1998年)与青藏高原东、西部对流同时加强有关; 夏季江淮流域干旱年(如1992、1994、1997年)与青藏高原东、西部对流同时减弱有关.20世纪90年代,江淮流域洪涝与干旱事件频繁发生可能与青藏高原东、西部对流强度变化出现同位相的年代际变化趋势有关.     

近50 a南京夏季降水的气候特征

利用南京6站近50 a(1960—2009年)的夏季逐日降水资料,应用累积距平、趋势系数、小波分析等方法,分析了南京地区夏季降水和旱、涝年的时空特征。结果表明,南京地区夏季降水量、雨日、暴雨日和暴雨日降水强度均有明显的年代际变化特征,其中降水量和暴雨日数的年代际变化基本一致;各站夏季降水量、雨日和暴雨日均呈增加趋势,总降水量的增加趋势主要是大雨及以上量级降水的贡献;夏季降水量存在2～8 a的周期变化;南京地区旱、涝年的夏季降水量与长江中下游地区有较好的一致性,与华南地区呈相反关系。     

有关东亚夏季风北边缘的定义及其特征

采用欧洲中心(ECMWF)44年冉分析(ERA40)日总可降水量(TPW)资料,用标准化可降水量指数(NPWI)定义了夏季风北边缘,并进一步研究了亚洲夏季风北边缘的气候特征及其年际、年代际变化特征.结果表明,用标准化町降水量指数定义的夏季风北边缘在哑洲可以确定出印度夏季风系统和东亚夏季风系统;就夏季风北边缘的平均位置而言,其在100°E以西沿青藏高原南侧呈东一西走向,年际变化极小;在100°E以东呈东北-西南走向,从青藏高原东侧北上经西北地区东部、华北地区北部、东北地区西部延伸到东北亚地区,并存在明显的年际、年代际变化.     

塔里木盆地夏季降水年代际的变化及联系的大尺度环流[*]

基于1961-2020年夏季塔里木盆地33站逐日降水数据和NCEP/NCAR大气环流再分析数据,分析了塔里木盆地夏季降水的年代际变化特征及影响环流。结果表明,塔里木盆地夏季降水在1986/1987年发生了由少到多的年代际突变,降水显著增加的区域主要位于盆地的西部和北部,主要由降水日数的增加贡献。不同年代际背景下,影响塔里木盆地夏季降水的环流配置存在一定差异。1961-1986年,影响盆地夏季降水的中亚副热带急流位置显著南移,中亚上空的异常气旋位于40°N附近,水汽源于阿拉伯海;1987-2020年,影响盆地夏季降水的中亚上空异常气旋位置位于40°N以南,水汽源于孟加拉湾和西北太平洋。东大西洋—西俄罗斯大气遥相关型在塔里木盆地夏季降水的年代际变化中扮演了重要角色。     

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。     

Interdecadal Variability of the East Asian Summer Monsoon and Associated Atmospheric Circulations

Based on the National Centers for Environmental Prediction and National Center for Atmospheric Research （NCEP/NCAR） reanalysis data from 1950-1999, interdecadal variability of the East Asian Summer Monsoon （EASM） and its associated atmospheric circulations are investigated. The EASM exhibits a distinct interdecadal variation, with stronger （weaker） summer monsoon maintained from 1950-1964 （1976-1997）. In the former case, there is an enhanced Walker cell in the eastern Pacific and an anti-Walker cell in the western Pacific. The associated ascending motion resides in the central Pacific, which flows eastward and westward in the upper troposphere, descending in the eastern and western ends of the Pacific basin. At the same time, an anomalous East Asian Hadley Cell （EAHC） is found to connect the low-latitude and mid-latitude systems in East Asia, which strengthens the EASM. The descending branch of the EAHC lies in the west part of the anti-Walker cell, flowing northward in the lower troposphere and then ascending at the south of Lake Baikal （40°-50°N, 95°- 115°E） before returning to low latitudes in the upper troposphere, thus strengthening the EASM. The relationship between the EASM and SST in the eastern tropical Pacific is also discussed. A possible mechanism is proposed to link interdecadal variation of the EASM with the eastern tropical Pacific SST. A warmer sea surface temperature anomaly （SSTA） therein induces anomalous ascending motion in the eastern Pacific, resulting in a weaker Walker cell, and at the same time inducing an anomalous Walker cell in the western Pacific and an enhanced EAHC, leading to a weaker EASM. Furthermore, the interdecadal variation of summer precipitation over North China is found to be the south of Lake Baikal through enhancing and reducing strongly regulated by the velocity potential over the regional vertical motions.     

我国季平均气温和降水局地同时相关的时空特征

将1955—1998年我国160站冬、夏季平均气温和总降水量序列分解为年代际和年际变化两个部分，用方差分析、相关分析和奇异值分解方法，分析了两种要素序列的方差构成及要素间局地相关关系的性质、季节变化和地理分布。结果表明:我国冬夏季气温、降水异常序列中，总方差年际变化大于年代际变化，但按自由度均分的方差，年代际变化较年际变化大，尤以气温为甚；单站气温、降水同时相关图上，夏季表现为显著的负相关，显著区主要分布在35°N以南、105°E以东的地区；夏季局地温度、降水也呈显著负相关关系，进一步分析表明，干热、湿凉型异常夏季多发生在江淮和华南两区，但同一年中两区夏季异常型常相反，它由年代际和年际变化中的负相关共同构成。     

1880—2010年中国东部夏季降水年代际变化特征

利用1880—2010年中国东部66站夏季降水数据,开展夏季长序列降水的年代际变化特征研究。结果表明,中国东部夏季降水年代际变化特征显著,华北、江淮和华南地区存在明显的差异。经验正交分解结果表明,偶极型("-+"和"+-")和三极型("+-+"和"-+-")分布是中国东部夏季的两种主要降水模态。夏季500 h Pa高度场年代际分量与同期太平洋SST典型相关分析(BP-CCA)得出,太平洋年代际振荡(PDO,Pacific Decadal Oscillation)正位相可以激发出负的PJ型遥相关波列,导致长江中下游地区降水偏多,华北降水偏少;反之亦然。同时,通过滑动相关分析发现,中国东部不同区域的夏季降水对PDO不同位相的响应特征存在差异。     

Variation in Summer Rainfall in North China during the Period 1956--2007 and Links with Atmospheric Circulation

Using gauge precipitation data and NCEP-NCAR reanalysis data, the interdecadal changes in summer precipitation during the period 1956-2007 in North China and the link with atmospheric circulation change over Eurasia are studied. Results show that precipitation amounts decreased by 16.2 mm per decade, which was attributable to a significant reduction in precipitation frequency. Contrary wave trains were found in the subtropical westerly jet (wave guide) over Eurasia for the wet and dry years of North China. When the wave trains had a ridge (trough) around the Korean Peninsula, conditions favored (disfavored) the westward and northward extension of the West Pacific subtropical high. The westward and northward extension of the West Pacific subtropical high is, and was, beneficial to rainfall in North China. The downstream propagation of Rossby waves was found to favor the maintenance of these wave trains. Sensible heating in the south of Lake Baikal and latent heating from the Korean Peninsula to the south of Japan increased during the period 1980-2007, as compared to that during 1957-1979. the wet period. These changes had positive influences on the maintenance of Anticyclonic-Cyclonic anomaly centers in the wave trains. Furthermore, northerly winds were prevalent in the lower troposphere during the dry period (1980-2007). which prohibited the transportation of water vapor to North China from the seas and thereby led to a decrease in rainfall in North China. The weakening of the Indian Monsoon during the dry period might be one of reasons for the reduction in water vapor transportation.     

近40年我国东部降水持续时间和雨带移动的年代际变化

利用我国地面观测站降水资料以及欧洲中期数值预报中心 (ECMWF) 的月平均再分析资料, 研究了在全球平均表面气温偏冷和偏暖阶段, 我国东部降水开始和结束时间以及雨带南北移动的变化, 并分析了与东部降水变化相关联的大气环流特征。结果表明:近40年, 20世纪60—70年代全球平均表面气温处于一个相对偏冷时期, 而80—90年代处于偏暖时期; 在这样的变暖背景下, 我国东部地区年总降水量呈现出“南涝北旱”异常特征, 与冷位相比较, 在暖位相阶段长江流域年总降水量明显增加, 而华北地区降水量减少, 其中长江流域降水的增加主要是由夏季降水增加引起的, 3月长江中下游降水增加也很重要, 北方的降水减少主要是由从盛夏到初秋的降水减少引起的。平均而言, 暖位相阶段我国南方强降水开始时间较早、结束较晚, 持续时间较长, 而北方强降水开始较晚, 持续时间较短。从春末到夏季, 冷位相时我国东部强降水带表现出从华南、经过长江流域向华北移动的特征, 而在暖位相时强降水主要集中在长江流域, 从华南向华北移动的特征不明显。雨带的这种异常变化与东亚大气环流有关, 在暖位相时夏季东亚大陆低压比冷位相时弱, 而鄂霍次克海高压偏强, 西太平洋副热带高压位置偏南, 使夏季东亚副热带地区的西南风减弱, 梅雨锋加强, 导致雨带滞留在长江流域, 使长江流域降水增加、北方降水减少。     

华北汛期大尺度降水条件的年代际变化

利用中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,使用合成分析等方法,分析了华北汛期大尺度降水条件的年代际变化。结果表明：以1978年为界,华北汛期异常水汽先由南边界和西边界供应,后改变为由北边界和东边界供应;水汽收支由异常辐合和盈余,改变为辐散和亏损;先前能够到达华北北部甚至接近华北最北边界的暖湿气团,改变为后来只能抵达黄河南岸;并且沿着太行山走向的冷暖空气的相互作用也由强变弱;华北上空由异常上升运动,改变为异常下沉运动;区域平均的对流层涡度的垂直分布,由先前的两层结构（低层正涡度、高层负涡度）改变为后来的三层结构（对流层中低层负涡度、中高层正涡度和高层负涡度）,整层涡度效应值也由大变小。尽管华北区域平均的散度和垂直速度,在垂直方向上的结构没有发生明显的年代际变化,但是整层散度效应值和垂直速度值均由大变小。     

Changes in the Diurnal Cycles of Precipitation over Eastern China in the Past 40 Years

This study analyzed the interdecadal changes in the diurnal variability of summer(June-August) precipitation over eastern China during the period 1966-2005 using hourly station rain gauge data.The results revealed that rainfall diurnal variations experienced significant interdecadal changes.Over the area to the south of the Yangtze River,as well as the area between the Yangtze and Yellow Rivers,the percentages of morning rainfall(0000-1200 LST) to total rainfall in terms of amount,frequency and intensity,all exhibited increasing interdecadal trends.On the contrary,over North China,decreasing trends were found.As a result,diurnal rainfall peaks also presented pronounced interdecadal variations.Over the area between the Yangtze and Yellow Rivers,there were 16 out of 46 stations with afternoon(1200-0000 LST) frequency peaks in the first 20 years of the 40-year period of study,while only eight remained in the latter 20 years.In North China,seven stations experienced the opposite changes,which accounted for about 21% of the total number of stations.The possible causes for the interdecadal changes in diurnal features were discussed.As the rainfall in the active monsoon period presents morning diurnal peaks,with afternoon peaks in the break period,the decrease(increase) of rainfall in the active monsoon period over North China(the area south of the Yangtze River and the area between the Yangtze and Yellow Rivers) may contribute to interdecadal changes in diurnal rainfall variability.     

马斯克林高压与华北盛夏降水的年际关系及其年代际变化

利用NCEP／NCAR、ERA-40再分析资料和中国160站盛夏（7、8月）降水资料,使用相关分析、合成分析等方法,分析了马斯克林高压（马高）与华北盛夏降水的年际关系及其年代际变化。结果表明：马高与华北盛夏降水在年际时间尺度上存在显著的负相关关系,这种显著的负相关关系从1974年以后开始减弱。在强关系阶段（1951-1973年）,马高与中国东部盛夏降水的显著负相关中心主要位于华北地区;在弱关系阶段（1974-2011年）,马高与华北盛夏降水的负相关关系变弱,与长江中下游地区的正相关关系变强。导致马高与华北盛夏降水年际关系发生年代际变化的原因是：中国东部地区（不）受来自马高的异常偏南气流影响,使得华北盛夏降水偏多（少）,两者关系偏强（弱）。马高与华北盛夏降水年际关系发生的年代际变化,是中国东部地区从20世纪70年代中期以后出现“南涝北旱”的原因之一。     

Variations of early autumn rainfall in the lee side of the Tibetan Plateau

The variability of climate in the lee side of the Tibetan Plateau (TP) often exhibits unique features. In this study, the authors investigate the variations of early autumn rainfall in the lee side of the TP (LSTP). The rainfall amount and number of rain days in LSTP increase from August to September. The center of heavy and torrential rains during September is located in LSTP as well. These unique features are attributed to later withdrawal of the East Asian summer monsoon in the middle and higher troposphere compared to the lower troposphere and stronger South Asian summer monsoon and thermal forcing of the TP. The September rainfall in LSTP experienced strong interdecadal fluctuation, with overall below normal rainfall from mid-1980s to late 2000s, while there was no apparent long-term trend in the August and October rainfall amount. The above normal September rainfall is associated with an anomalous anticyclone over the western North Pacific, a weaker-than-normal ridge around the Lake Baikal, a stronger-than-normal East Asian jet stream, and warmer air over the southeastern TP. The interdecadal decrease in rainfall in September may be caused by the central equatorial Pacific warming, which induces an anomalous cyclone over the western North Pacific. The September anomalous cyclone is stronger and more westward compared to that in August and October, and thus favors the below normal rainfall in LSTP.