1960—2016年中国北方半干旱区盛夏降水时空变化及其水汽输送特征分析

基于气象台站降水观测资料,本文分析了1960—2016年半干旱区盛夏（7、8月）降水量时空变化特征,探讨了典型降水量时空分布型与大气环流及水汽输送的关系。结果表明,1960—2016年半干旱区7月和8月降水量的主导空间模态均可归纳为“区域一致型”和“区内反向型”。“区域一致型”时间序列显示1960—2016年7、8月降水量均呈减少趋势,但8月减少趋势更明显。这一时间序列与大气环流及水汽通量输送之间相关性分析显示,欧亚遥相关以及中纬度西风气流与7月降水量变化密切相关;而西太平洋副热带高压是影响半干旱区8月降水量变化的主要原因。相较而言,“区内反向型”年际变率较小但年代际变化明显,当北方半干旱区受反气旋性环流控制时,易形成北方半干旱区西部地区降水偏多而东部地区偏少的格局。     

华西秋雨的空间分型及其特征分析

利用华西地区72个站点1959~2013年秋季(9~11月)降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过EOF、REOF、MK检验、二阶函数拟合分析、小波分析、合成分析等方法将华西秋雨区划分为南北两个显著区,并对各区域秋雨的时空分布以及旱涝特征进行了详细分析。结果表明:南北两个秋雨区既有共同特征又有个性差异;两者发生突变年份具有明显的一致性,均发生在20世纪80年代中期,年际均存在准6年周期变化,且80年代中期以后南北两个气候区均由年代际降水偏多期转入年代际降水偏少期,但两个秋雨区减少趋势存在明显差异,南区减少较北区显著;北区自2000年后秋雨年际波动明显,秋季降水有缓慢上升趋势,年代际长周期有所差异。影响关键区旱涝特征的大气环流形势与水汽输送特征也存在显著差异,北部型陕甘南区与中高纬度环流系统、北部冷空气以及来自孟加拉湾与西太平洋地区的两支水汽输送通道密切相关,南部型则主要与印缅槽、南支槽的异常活动以及孟加拉湾的水汽输送更为相关。     

青藏高原加热场与长江下游秋季降水的关系

利用1960年至2010年青藏高原地面加热场强度距平指数,中国月平均降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季高原地面加热场强度变化趋势,长江下游地区秋季(9,10月)降水量时空变化,着重对冬季高原地面加热场强度与次年长江下游地区秋季降水做相关性分析,配合冬季高原地面加热场强度极值年对应的秋雨时期环流情况,得出以下结论:(1)冬季高原地面加热场强度年际变化显著,自1960年来大幅下降,2000年后小幅回升但仍未达到先前水平。(2)长江下游地区秋季降水主要集中在9月,且降水量呈同多同少分布,年际变化显著,1985年后降水总量偏少。(3)冬季高原地面加热场强度与长江下游地区秋雨降水量存在相关关系。冬季高原地面加热场强时,次年长江下游地区秋季降水量大,其中部分地区相关性非常显著;反之当冬季高原地面加热场强度弱时,次年长江下游地区秋季降水量也较小。     

一种改进的华西秋雨指数及其气候特征

利用1960~2011年中国601站9~10月逐日降水量、日照时数资料,针对他人提出的华西秋雨指数,并结合华西秋雨的天气气候特征,改进建立了一种新的华西秋雨指数,并与他人提出的指数做了对比分析。结果表明:改进的华西秋雨指数能够相对更好的反映华西秋雨易发地区的地理分布及其强度变化,更准确地表征华西秋雨的年际、年代际变化特征;利用新指数发现华西秋雨的全区一致性特征明显,并呈现准6年周期的年际变化,其年代际变化特征明显,1960年代到1970年代初,1980年代到1990年代初偏强,1970年代中后期和1990年代后期偏弱,进入21世纪,呈现出由弱转强的趋势。     

1976年大气环流突变前后中国四季降水量异常和温度的年代际变化及其影响因子

利用NCEP/NCAR全球2.5°×2.5°月平均再分析资料和中国国家气候中心(NMC)提供的743站降水和温度资料分析了1976年大气环流突变前后中国四季降水量异常和温度的年代际对比特征,发现1976年后,春季中国华南降水偏多、温度偏低,长江流域西部降水偏少、温度偏低。夏季降水主要呈现华南少、长江流域多、华北少和东北多的"-、+、-、+"的分布形势,温度表现为华南增暖、长江淮河流域冷却和北方增暖的分布特征。秋季中国大部分地区降水量异常是减少的、温度是上升的。冬季华南地区降水量异常虽有增加但不显著,整个中国区域几乎呈增暖趋势。中国平均温度的年代际变化在春季和夏季的降温主要受最高温度变化影响、升温主要受最低温度影响;秋季的整体增暖受最低温度影响更大,而冬季的整体增暖受最高温度影响更大。造成以上变化的原因与1976年大气环流突变前后,四季哈德来环流上升支和下沉支的南北推移、西风急流的增强和位置的南北移动、大气层结的干湿状况以及水汽输送的来源密切相关。     

一种改进的华西秋雨指数及其气候特征

利用1960～2011年中国601站9～10月逐日降水量、日照时数资料,针对他人提出的华西秋雨指数,并结合华西秋雨的天气气候特征,改进建立了一种新的华西秋雨指数,并与他人提出的指数做了对比分析。结果表明：改进的华西秋雨指数能够相对更好的反映华西秋雨易发地区的地理分布及其强度变化,更准确地表征华西秋雨的年际、年代际变化特征;利用新指数发现华西秋雨的全区一致性特征明显,并呈现准6年周期的年际变化,其年代际变化特征明显,1960年代到1970年代初,1980年代到1990年代初偏强,1970年代中后期和1990年代后期偏弱,进入21世纪,呈现出由弱转强的趋势。     

近50年黄河流域降水量及雨日的气候变化特征

利用1961-2010年黄河流域143个测站降水量和雨日资料,分析了黄河流域年、季降水和雨日的时空变化特征。结果表明:(1)多年平均年降水量和年雨日空间分布特征均呈北少南多。(2)年降水量和年雨日变化趋势相一致,二者均呈减少趋势,年降水量负趋势的测站数达81.8%,年雨日负趋势达88.8%,即年雨日较年降水的减少趋势更显著。(3)在季节变化方面,除冬季外,春、夏和秋季的降水量和雨日都是负趋势,特别是秋季减少最显著。四季降水量通过显著性水平检验的负趋势站数从多到少依次为秋季春季夏季冬季,雨日则为秋季夏季春季冬季。(4)流域年降水和年雨日一致突变点为1985-1986年,其降水量及雨日减少主要原因是大气环流发生了变化,1986年以前黄河流域降水和雨日偏多是由于季风较强,使水汽得到有效输送和河套西北部的风向辐合造成的,而突变后降水和雨日减少与季风偏弱、缺乏有效的水汽输送和蒙古至河套的反气旋环流有关。     

全球变暖背景下广西典型石漠化区降水响应研究

利用广西典型石漠化区28个气象站逐日降水资料,分析该地区1971-2013年的年际、季节变化特征,并利用线性倾向估计法,计算其变化趋势,结合Mann-Kendall检验法检验其变化的突变时间及显著性。结果表明:近43a广西典型石漠化地区的年降水量总体呈不显著的减少趋势,但降水年际变化较大。70年代和90年代为多雨期,80年代和00年代以后为少雨期。同时,各季降水量都具有明显的阶段性,春、夏、秋季呈减少趋势,其中秋季减少较明显,为-15.7mm/10a,春季和夏季次之,分别为-13.4mm/10a和-1.8mm/10a;冬季呈略增加趋势,为3.9mm/10a。在突变特征方面,典型石漠化区年降水量与各季降水量突变时间不同,其中年降水量比春、夏、秋季的减少突变时间偏早,比冬季增加的突变时间偏晚,且年降水量与春、夏、秋季减少的突变均发生在80年代中后期。     

全球变暖减缓背景下欧亚秋冬温度变化特征和原因

采用气候序列变化趋势诊断和一元线性回归等分析法,研究和讨论了2000-2012年和1976-1999年两种年代际背景下全球陆地不同区域的年平均地表温度的变化特征。发现欧亚大陆中高纬度地区是对全球变暖减缓贡献最大的区域。且该地区在2000年以来秋季年代际增温,而冬季年代际降温。从同期大气环流的配置来看,在对流层低层,秋季西伯利亚高气压年代际减弱,而冬季西伯利亚高气压年代际增强。在对流层中高层,秋季从西欧至东北亚为"高-低-高"的高度场异常分布,纬向环流加强,经向环流减弱,而冬季极地与贝加尔湖地区的高度场呈偶极型分布,东亚大槽加深,经向环流加强。进一步研究发现,超前一个季节的喀拉海附近的海冰与欧亚中高纬度秋冬两季温度的年代际变率有着密切的联系。一方面,夏季(秋季)海冰减少影响秋季(冬季)中高纬度大气环流;另一方面,夏季(秋季)海冰减少,使得秋季(冬季)从北极至中高纬度大陆的对流层低层水汽含量增加(减少),大气逆辐射增强(减弱)导致秋季(冬季)增温(降温)。     

长江中下游降水以及东亚夏季风环流的年代际变化

采用NCEP再分析资料及有关长江中下游的梅雨期降水量进行合成或诊断分析，目的是研究长江梅雨以及相应的大气环流的年代际变化，得出梅雨量的年代际变化和东亚大气环流以及厄尔尼诺现象的年代际变化密切相关的初步结果，具体结论如下：（1）与东亚季风指数相联系的长江中下游地区6-7月降水量及梅雨量在最近15年有持续增长的趋势。与此同时鄂霍茨克海地区的500hPa高度也有持续增长的趋势，并配合有厄尔尼诺频繁出现的趋势。（2）东亚夏季风指数与前年秋季NINO-3区域海温在最近20年有很好的相关，但是20年以前相关不好。意味着厄尔尼诺对东亚夏季环流的影响在加深。（3）近20年的PDO暖位相与东亚大气环流的年代际变化基本同步。     

2017年华西秋雨异常偏多的环流特征及其成因分析

利用NCEP/NCAR再分析数据集和国家气候中心整编的2 000多站逐日降水资料,对导致2017年华西秋季降水异常偏多的大气环流特征及其成因进行分析。结果表明,2017年秋季500 hPa位势高度上欧亚中高纬地区维持一脊一槽环流型,斯堪的那维亚半岛上空有一强大的高压脊,乌拉尔山以东—巴尔喀什湖有一深槽,西太平洋副热带高压异常强大并偏西伸。来自极地的冷空气与来自太平洋和孟加拉湾的暖湿气流交汇于华西地区。华西地区处于东亚副热带西风急流入口南侧的高空辐散区,低层对应较强辐合区和异常上升运动,有利于降水的维持。进一步分析表明,2017年华西秋雨异常偏多是同期巴伦支海海温异常偏暖和中纬度北大西洋海温异常偏暖以及赤道中东太平洋La Ni1a型海温异常共同作用的结果,其中巴伦支海海温异常与华西秋季降水在年代际时间尺度上存在较为一致的变化,两者自1986年起均处于一致的负位相,而2000年以后两者由负位相转为正位相;秋季中纬度北大西洋海温异常与华西秋雨之间的年际关系也存在明显的年代际转折,在2002年前后由两者不存在关系转为显著正相关关系。以上各个海区海温异常对华西秋雨的影响也通过一系列的大气环流模式模拟试验进行了验证。     

塔里木河流域夏季降水年际和年代变化的环流异常

基于1961-2020年夏季（6-8月）NCAR/NCEP再分析资料和塔里木河流域（简称“塔河”）38个气象站降水资料,使用5年滑动平均分离出塔河夏季降水年代际和年际变化,选出了典型的年际变化的干年和湿年与年代际变化的干期（1963-1986年）和湿期（1989-2018年）,分析了与这两种时间尺度变化相关联的大气环流异常。结果表明,两者的变化不同,影响两者变化的大气环流不同。影响年代际变化的大气环流异常主要表现在欧亚大陆对流层从西北至东南交替出现正负位势高度异常中心,在湿期塔河东部和西部分别出现明显的东风和西南风异常,水汽主要由西北太平洋和印度洋输送至塔河,在干期则与之相反;影响年际变化的大气环流异常主要表现为在塔河东部和西部对流层分别为反气旋异常和气旋异常,在多雨年从南北方向向塔河输送的水汽增多,北风水汽通量异常向流域输送较多,南风水汽通量异常向流域输送较小且主要集中在流域西部,水汽主要由北冰洋洋和印度洋输送至塔河。在干年则与之相反。     

华西秋雨趋势变化的年代际转折及其成因分析

华西地区（25°N～35°N,100°E～110°E）是中国秋季降水主要地区之一。本文根据华西地区72站月平均降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和哈德莱中心海温及海冰资料,利用相关和回归等分析方法研究了1961～2014年华西地区秋雨的年代际变率及其与大气环流和海温的关系。华西秋季降水年代际变率分解为呈现显著下降趋势的P1时段（1964～1998年）和呈现上升趋势的P2时段（1998～2014年）发现,对应P1时段降水下降趋势的华西区域大气位势高度异常场具有西正东负结构,大尺度环流场显示为从大西洋东传经北极巴伦支—喀拉海区至东亚的准纬向波列,该波列体现了上游负位相NAO（North Atlantic Oscillation）的调制作用。对于P2时段的降水上升趋势,其位势高度场配置与P1时段相反,而大尺度波列结构在欧亚大陆的部分呈西北—东南走向,且整体偏西,体现了上游正位相NAO的调制作用。这种环流结构导致华西区域西北侧形成负异常中心,有利于西南暖湿气流进入研究区域。影响华西秋雨趋势转折的海温关键区位于热带中东太平洋和热带印度洋。在P1时段,华西秋雨降水趋势与同期热带中东太平洋和印度洋海温呈显著正相关关系。而在P2时段,华西秋雨与前冬热带中东太平洋和印度洋海温存在显著负相关,前冬西北太平洋海温正异常也同时影响了华西秋雨的上升趋势。     

中国东部地区夏季降水和环流的年代际转型及其与PDO的联系

利用1951—2013年全国160个测站逐月降水资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料和NOAA全球月平均海表温度等资料,分析了中国东部地区夏季降水的年代际转型及相关大气环流变化。研究结果表明,1970s中后期和1990s PDO两次位相转换给中国东部地区夏季降水带来显著的年代际变化,前者使得东亚夏季风进一步减弱,夏季雨带南退至长江中下游地区,后者使得东亚夏季风恢复增强,雨带北移至淮河流域。进一步研究发现,1990s PDO年代际突变导致东亚夏季大气环流场发生显著变化,贝加尔湖地区增暖导致向北的经向温度梯度增大以及副热带高压的东退北抬是导致1990s东部地区夏季降水年代际变化的可能原因。     

我国东部梅雨期降水的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系

基于我国160站59年(1951～2009年)的月降水观测资料、美国气象环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的再分析资料和Hadley中心的海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料,对我国东部(100°E以东,15°N～40°N)梅雨期(6月和7月)降水的时空变化特...     

近40年我国暴雨的年代际变化特征

利用1961～2000年全国610个测站逐日降水资料和暴雨定义, 分析我国近40年暴雨发生频率的年代际时空变化特征.分析结果表明, 我国夏季暴雨多发生在长江中下游、华南、四川中东部、黄淮地区和华北东部, 夏季暴雨发生频率具有明显的年代际变化, 且各地区暴雨的年代际变化有一定差异.分析结果还表明, 我国东部季风区夏季暴雨与洪涝的关系非常密切, 特别是90年代江淮流域暴雨对洪涝的贡献明显增大.作者还初步讨论了夏季暴雨发生频率年代际变化的气候背景, 指出: 70年代末开始的华北暴雨减少可能与赤道中、东太平洋海表面温度的年代际变化有关, 而90年代长江以南暴雨增多则可能与热带西太平洋偏东方向热对流的年代际变化有关.     

Interdecadal Variations of Precipitation and Temperature in China Around the Abrupt Change of Atmospheric Circulation in 1976

The interdecadal characteristics of rainfall and temperature in China before and after the abrupt change of the general circulation in 1976 are analyzed using the global 2.5°×2.5° monthly mean reanalysis data from the National Centers for Environmental Prediction of US and the precipitation and temperature data at the 743 stations of China from the National Climate Center of China. The results show that after 1976, springtime precipitation and temperature were anomalously enhanced and reduced respectively in South China, while the reverse was true in the western Yangtze River basin. In summer, precipitation was anomalously less in South China, more in the Yangtze River basin, less again in North China and more again in Northeast China, showing a distribution pattern alternating with negative and positive anomalies （＂ , ＋, -, ＋＂）. Meanwhile, temperature shows a distribution of warming in South China, cooling in the Yangtze and Huaihe River basins, and warming again in northern China. In autumn, precipitation tended to decrease and temperature tended to increase in in South China and warming was most parts of the country. In winter, the trend across all parts of China. precipitation increased moderately The interdecadal decline of mean temperature in spring and summer in China was mainly due to the daily maximum temperature variation, while the interdecadal increase was mainly the result of the minimum temperature change. The overall warming in autumn （winter） was mostly influenced by the minimum （maximum） temperature variation. These changes were closely related to the north-south shifts of the ascending and descending branches of the Hadley cell, the strengthening and north-south progression of the westerly jet stream, and the atmospheric stratification and water vapor transport conditions.     

我国四季极端雨日数时空变化及其与海表温度异常的关系

利用1960—2004年我国586个气象站的逐日降水观测资料,对每个季节和每个站点,以雨日降水量升序排列的第90个百分位值定义极端日降水阈值,分析揭示了我国四季极端雨日数的时空变化特征、与海表温度异常的关系以及相联系的大气环流异常型。结果表明,我国长江流域极端雨日数在冬季和夏季呈显著增加趋势,华北地区极端雨日数在冬季显著增加、而在夏季显著减少,华南地区极端雨日数在春季显著增加,东北地区极端雨日数在冬季和春季显著增加,而西北地区极端雨日数在四季均显著增加。各季极端雨日数在线性趋势变化之上表现年际和年代际变化特征,并且其典型异常型明显不同,春、秋季表现为长江以南与以北地区反位相的"偶极型"变化,夏季表现为长江流域与华南、华北地区反位相的"三极型"变化,冬季表现为全国大部分地区同位相的"单极型"变化。我国季节极端雨日数与印度洋-太平洋海表温度异常的关系主要表现为与ENSO的关系,而ENSO影响我国极端降水异常是通过相应的大气环流异常型来实现的。     

Air flow influences on local climate: observed United Kingdom climate variations

Identifying and removing the influence of atmospheric circulation variability on central England temperature increases the statistical significance of warming trends in spring, autumn and the annual mean over the last 50 years. The trends are more detectable because the circulation changes contribute greatly to the ‘noise’ of interannual to interdecadal variability, but induce only small multi-decadal trends (the ‘signal’). Factoring out the circulation can thus enhance the signal-to-noise ratio. For precipitation, the recent enhancement in the difference between summer rainfall in south-east England and winter precipitation in northern Scotland can partly be explained by atmospheric circulation variability over the past 40 years (particularly the increase in the North Atlantic Oscillation index from the 1960s to the early 1990s).