2015年秋季我国气候异常及暖湿成因分析

2015年秋季,全国平均气温较常年同期偏高,降水量偏多明显,为1951年以来同期第三高值,我国总体呈现“暖湿”的特征,但南北方降水特征有明显差异。受水汽条件不同的影响,华南地区为持续性降水,而华北表现为阵性降水。诊断分析表明,华南的持续性降水偏多与超强厄尔尼诺和赤道印度洋偏暖的共同作用有关。赤道东太平洋和赤道印度洋地区海温偏高,加强了西太平洋地区低层的反气旋环流异常,造成西太平洋副热带高压偏强偏西。受副热带高压西侧异常南风的引导,来自南海和西太平洋的异常水汽向华南输送,造成了秋季华南持续降水偏多。而受中高纬度环流经向度偏大的影响,冷空气在华北活跃,配合东路和南路水汽的阶段性输送,则造成了华北的降水偏多。     

2015/2016年超强厄尔尼诺事件气候监测及诊断分析

文章基于国家气候中心现行厄尔尼诺监测和诊断业务规范,分析了2015/2016年厄尔尼诺事件的现状及其演变过程,并将之与1982/1983年以及1997/1998年厄尔尼诺事件做对比。监测结果表明,2015/2016年厄尔尼诺事件是自1951年以来继1982/1983年和1997/1998年厄尔尼诺事件之后的第三次超强厄尔尼诺事件,并且在持续时间、峰值强度、累计海温距平和海温距平连续超过2.0℃的时间等指标上均强于前两次超强厄尔尼诺事件。赤道中西太平洋的多次西风爆发过程驱动次表层异常暖海温东传,使得厄尔尼诺事件发展。与前两次超强厄尔尼诺事件对比发现,2015/2016年厄尔尼诺事件盛期暖海温中心强度和范围较前两次事件偏小,南方涛动强度较前两次偏弱,西风爆发过程中西风异常强度也小于前两次事件。     

2015/2016厄尔尼诺事件的衰减位相及其对应的西北太平洋环流异常

利用季节平均Had ISST海温、CMAP降水及NCEP风场数据,分析了2015/2016超级厄尔尼诺衰减期的特征及其对应的西北太平洋大气环流异常。结果表明:2015/2016厄尔尼诺事件除了成熟位相冬季强度大以外,还具有在随后春季衰减快,到夏季就消亡的特征。伴随着厄尔尼诺的迅速衰减,西北太平洋有较强的反气旋环流异常维持。厄尔尼诺衰减位相与西太反气旋异常存在相互作用。一方面,由于此次厄尔尼诺事件强度强,衰减期热带印度洋有显著的暖海温异常从冬季一直维持到夏季,有利于西太反气旋的增强和维持。另一方面,西太反气旋环流异常的维持及其南侧东风异常的发展使得中东太平洋正海温异常减弱,令厄尔尼诺事件快速衰退。此外,通过与1982/1983和1997/1998年比较发现,这三次超强厄尔尼诺事件虽强度相当,但衰减位相及与之相联系的西太反气旋异常都不尽相同。1982/1983事件衰减慢,维持时间长,对应的西太反气旋强度弱。而1997/1998事件衰减快,维持时间短,对应的西太反气旋强度在春季和夏季都强盛维持。2015/2016事件的衰减速度明显快于1982/1983事件,对应的西太反气旋也强于1982/1983事件,由于2015/2016事件增暖中心偏向于中东太平洋,而这里是厄尔尼诺衰减过程中负海温异常最先出现的区域,因此尽管2015/2016事件中西太反气旋异常的强度弱于1997/1998事件,但衰减速度及衰减位相维持时间与1997/1998相当。本文研究结果表明厄尔尼诺衰减与西太反气旋异常之间的关系较为复杂,需进一步研究。     

2014年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

本文基于实时、历史观测资料和再分析资料,综合分析2014年海洋和大气环流异常特征,并讨论这些异常特征对中国气候的主要影响。分析表明：2013/2014年冬季,极涡偏向西半球,东亚冬季风和西伯利亚高压均偏弱,导致我国冬季气温总体偏高。受冬季风强度季节内变化影响,前冬暖、后冬冷。2014年赤道中东太平洋形成一次厄尔尼诺事件,4月以来热带印度洋全区一致海温模态正位相维持发展,受暖海温外强迫影响,夏、秋季西太平洋副热带高压强度偏强、位置偏南,主汛期我国东部降水呈“北少南多”型异常分布。2014年南海夏季风爆发异常偏晚,强度偏弱。东亚夏季风强度偏弱,有利于我国东部主汛期雨带偏南,江南梅雨区和长江中下游梅雨区梅雨量偏多,北方大部夏季降水偏少。     

2015年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

对2015年海洋和大气环流异常特征进行分析,讨论这些异常特征对中国气候的主要影响。结果表明:2015年东亚冬季风强度较常年略偏弱,冬季风季内变化特征显著,初冬强度偏强,隆冬和后冬转为偏弱。受其影响,冬季我国大部分地区气温较常年同期偏高,但季内变化显著,初冬冷、隆冬和后冬暖。2015年,赤道太平洋出现了一次超强厄尔尼诺事件,2014年5月至2015年11月厄尔尼诺综合区累计海温指数已达23.0℃,成为历史上最强厄尔尼诺事件。加之,4月以来印度洋一致偏暖模态及偶极模态正位相发展,使得夏季太平洋副热带高压偏强、偏西、偏南,导致我国南方多雨而北方少雨。2015年南海夏季风爆发时间与常年一致,结束偏晚2候,强度偏弱。     

2015/2016年超强El Nio局地海气特征及其特殊性

利用NOAA海表温度和NCEP/NCAR大气环流等全球再分析资料,讨论了2015/2016年超强El Nio事件局地海气过程的演变特征,并与1982/1983和1997/1998年两次强El Nio事件做了对比分析。结果表明,2015/2016年El Nio在峰值强度、持续时间、累计海温距平等指标上都略强于前两次El Nio,可视为有完整气象观测纪录以来的最强事件;与前两次事件相比,2015/2016年El Nio海温异常中心位置明显偏西,热带东太平洋海温相对较冷而中太平洋更暖,由于热带对流对海温的非线性响应,赤道东太平洋降水相对较弱,中太平洋则显著偏多,这在El Nio当年12月至次年4月尤为明显;此外,在前两次El Nio的成熟期至衰减期,中太平洋大气响应都存在明显的南移特征,西风异常和对流中心都从赤道南移到了5°S以南。而2015/2016年中太平洋大气响应一直位于赤道附近,南移特征相对较弱,ENSO和年循环相互作用的组合模态相比前两次较弱,西北太平洋反气旋的强度也弱于前两次。这主要是由于2015年冬季至2016年春季,热带太平洋暖海温异常位置偏西,中太平洋海温异常明显强于前两次,叠加气候平均态海温之后,赤道南北两侧海温都高于对流阈值,对流旺盛,这大大削弱了大气响应的经向移动和ENSO组合模态的强度。     

2015年11月浙江省降水异常成因分析

利用NCEP/NCAR大气环流资料、NOAA ERSST.V3b海温资料以及浙江省66个台站1971年以来的降水资料,分析了浙江省11月降水偏多对应的高低层大气环流异常特征以及与热带海温异常的联系,并在此基础上对2015年11月浙江省降水异常偏多的事实进行梳理和个例诊断。结果显示,2015年11月浙江省处于降水偏多的气候背景,同时北半球北极涛动正位相异常偏强、中高纬地区经向环流偏弱,西北太平洋副热带高压强度异常偏强、位置偏西是造成降水异常偏多的主要原因;统计分析表明巴尔喀什湖地区500 hPa高度场和西太平洋副热带高压强度与浙江省11月份降水具有显著相关;厄尔尼诺是导致浙江省11月降水偏多的重要外强迫因子之一,2015年11月Niño3.4指数达历史峰值,是造成浙江省同期降水异常偏多的主要原因。     

夏季热带西太平洋海温对厄尔尼诺发展阶段我国东部汛期降水的影响分析

通过分析处于厄尔尼诺事件发展阶段的我国东部汛期(6—8月)降水异常与海温的关系,指出热带西太平洋海温异常对厄尔尼诺发展阶段汛期降水的异常可能起到重要作用。尽管已有研究显示,处于厄尔尼诺事件发展阶段的夏季容易出现长江以南少雨的分布特征,但本文利用最新资料(1951—2014年)对于所有处于厄尔尼诺发展阶段的夏季降水的分析显示,降水与ENSO指标(Nino3和Nino3.4指数)的关系并不显著,却与热带西太平洋海温之间存在显著的相关。同样处于厄尔尼诺发展阶段,降水可能出现截然不同的异常特征,当热带西太平洋海温偏冷时,夏季降水容易出现以长江为界"南少北多"的分布特征,而当热带西太平洋海温偏暖时,降水则容易出现以长江为界"南多北少"的分布特征。分析还指出,当热带西太平洋海温冷、暖不同时,热带(太平洋至印度洋)海温的分布会呈现出不同的特征,从而对热带大气及东亚副热带大气产生不同的影响,最终导致我国东部降水出现不同的异常分布。对于刚刚过去的2014年夏季,热带西太平洋海温异常偏暖可能是导致降水异常分布的原因之一。2014年夏季处于厄尔尼诺事件的发展阶段,同时热带西太平洋海温是1951年以来历次厄尔尼诺发展年夏季之中的最高值,而相应于热带西太平洋偏暖的特征,降水呈现出明显的"南多北少"的异常分布。夏季降水与海温的这种显著关系说明,除了用来定义厄尔尼诺事件的热带中东太平洋海温之外,热带西太平洋海温对于汛期降水的预测也具有重要的指示意义。     

多因子协同作用对1992年和1998年黄淮地区夏季降水异常的影响

1991年5月和1997年4月赤道中东太平洋均发生了El Ni?o事件,但是1992年夏季黄淮地区降水异常偏少,而1998年夏季却异常偏多。分析结果显示,1992年夏季西北太平洋副热带高压（以下简称副高）偏东,中高纬阻塞高压偏弱,黄淮地区降水异常偏少;而1998年夏季,副高偏西,中高纬阻塞高压活动频繁,黄淮地区降水异常偏多。对海温外强迫信号的诊断和数值模式试验显示:当西太平洋对流活动偏弱时,有利于副高西伸;鄂霍茨克海及以东海温偏高时,其上空的阻塞高压增强;北大西洋中纬度地区海温偏高时,有利于后期乌拉尔山高压脊明显增强。即在赤道中东太平洋发生El Ni?o事件的背景下,西太平洋对流、鄂霍茨克海附近亲潮区域和北大西洋中纬度区域海温异常可能是导致黄淮区域1992年夏季和1998年夏季降水差异大的主要原因。该工作显示仅根据El Ni?o事件的发生时间和强度无法完全预测黄淮地区夏季降水变化,需要综合考虑西太平洋对流、鄂霍茨克海附近海域和北大西洋中纬度区域海温异常对季风环流的影响,从多因子协同作用的角度诊断和预测黄淮地区夏季降水异常趋势,提高预测能力。     

2013年影响广西热带气旋频数偏多的成因分析

使用1951—2013年NOAA OLR、NCEP/NCAR风场和高度场再分析资料、中国气象局热带气旋资料,分析2013年影响广西热带气旋数量偏多的原因。结果表明：2013年6—9月西太平洋副热带高压明显偏强,西伸脊点明显偏西,脊线略偏北,同时副热带高压南侧对流活跃,降水过程潜热释放有助于副热带高压位置偏北,这种形势非常有利于热带气旋向广西移动。索马里越赤道气流强劲,在南海及菲律宾与北太平洋反气旋西南侧的东南气流相遇,形成季风槽,非常有利于热带气旋生成频数偏多。热带低频强对流带在印度洋和西太平洋活动频繁,并分别向东向西移动;赤道东太平洋海温偏低;哈得来和沃克环流较常年偏强,沃克环流上升支位置偏西,这些也可能是2013年影响广西热带气旋数量偏多的原因之一。     

2016年10月我国降水预测失败的原因分析

本文回顾了2016年10月降水业务预报中考虑的动力模式预测信息、前兆信号及其影响。2016年10月全国平均降水量为1951年以来历史同期最多,且环流形势和要素分布特征在月内均发生明显转折。业务发布预报在华北南部、黄淮、江淮、江汉等地降水异常与实况存在较大差异,同时对月内环流形势调整及降水变率估计不足。数值模式预报和物理因子诊断预测与实况的对比分析表明,环流形势整体分布特征预报与实况较为一致,但对西太平洋副热带高压等环流因子的强度、西伸脊点位置以及月内变率的预报与实况存在较大差异。从大气对热带海温信号的滞后响应以及同期相关分析表明,El Nino事件次年秋季副热带高压往往持续偏强偏北。10月赤道太平洋东冷西暖,暖池区对流活跃,东亚上空出现的异常经向环流圈通过低层径向风异常及异常辐合辐散,在日本岛附近形成反气旋式环流距平,也有利于副热带高压加强北抬。9、10月热带印度洋偶极子负位相有利于印缅槽加强,从而有利于水汽向我国东部地区输送。来自副热带高压外围的异常东南水汽和来自西南的水汽共同输送到我国中东部地区,并与南下冷空气交汇产生异常水汽辐合,造成这些地区降水明显偏多。此外10月热带对流活动依然活跃,台风的生成、登陆个数均较常年偏多,是我国东南沿海降水偏多的主要原因。     

两次超强厄尔尼诺事件海温异常与次年中国东部夏季降水特征对比

利用NOAA逐月海表温度(SST)资料,NCEP/NCAR风场、高度场和比湿再分析资料和国家信息中心提供的753站逐日降水资料,对比分析了1997/1998年和2015/2016年两次强厄尔尼诺事件的海温异常分布特征、次年中国东部夏季降水以及环流异常特征,结果表明:1)2015/2016的厄尔尼诺事件是自1950年以来持续时间最长,强度最强的一次事件,日界线附近的海温较1997/1998年的偏高。2)1997/1998年厄尔尼诺事件次年华南西部、江南北部到长江流域、黄淮北部到华北南部以及我国东北地区降水较常年偏多。而2015/2016年厄尔尼诺事件次年降水范围和强度相对较小,强雨带主要分布在长江流域一带、黄淮地区和华北一带及河套北部。3)1997/1998年事件次年夏季西北太平洋副热带高压强盛,位置偏西,脊线偏南,向上垂直质量输送异常偏强、高低层水平风场配合以及水汽通量异常辐合偏强均有利于长江流域一带以及我国东北地区降水产生,而2015/2016年事件次年的副高相对偏弱,且脊线位置偏北、偏东,水平、垂直异常环流和水汽偏弱,因此降水范围和程度较1997/1998年的偏弱。从海温分布型和次年对我国东部夏季降水造成的影响上看,2015/2016年的超强厄尔尼诺事件有别于传统东部型事件。     

两类厄尔尼诺事件期间热带大气GILL响应分析

分析了1979—2018年两类厄尔尼诺事件期间月平均热带太平洋海面温度(sea surface temperature, SST)异常、对流降水异常、大气环流异常等特征,发现东部型、中部型厄尔尼诺期间海洋及大气加热场并不是赤道对称,赤道以南热源强度大于赤道以北。大气对热源的响应表现在:1)低层在大气热源西侧出现南、北半球热带相对应的气旋环流异常,但是赤道以南气旋的涡度大于赤道以北,且两类厄尔尼诺事件期间涡度中心的位置不同;到高层赤道中东太平洋呈现赤道对称的反气旋环流控制。2)低层热源的西侧出现西风异常,东侧为东风异常,西风异常的强度与范围明显大于东风异常,且东部型西风异常的强度大于中部型;而到高层,纬向风的风向和低层正好相反。3)低层东部型、中部型厄尔尼诺上升运动异常分别位于赤道中东太平洋和赤道中太平洋,下沉运动出现在热源东西两侧及赤道两侧5°N以北、5°S以南的热带地区;东部型到中层上升运动异常强度达到最大,而中部型到高层上升运动异常强度达到最大。4)低层东部型、中部型厄尔尼诺期间位势高度在中东太平洋为负异常,西太平洋为正异常;到高层,整个赤道中东太平洋地区均为位势高度正异常,并且在赤道两侧分别出现位势高度正异常中心,与反气旋环流涡度中心及下沉运动异常中心相对应。5)除西风异常范围大于东风异常,其他特征与赤道非对称热源GILL响应的理论计算模态基本一致。     

2016年秋季中国气候特征及其可能成因

2016年秋季,全国平均气温较常年同期偏高,降水异常偏多,创1961年以来历史同期之最,尤其是110°E以东地区,近一半台站偏多50%以上,这主要受秋季海温和大气环流异常的影响。在赤道中东太平洋冷海温发展的秋季,西太平洋副热带高压往往偏强偏西偏北,自副热带到日本海附近容易出现异常反气旋式环流,有利于水汽向我国30°N以北地区输送,再加上秋季前期东北冷涡活动及中后期贝加尔湖地区低槽维持,冷暖空气交汇,使得北方地区降水偏多。而赤道西太平洋及暖池区海温偏高,对流活跃,台风活动频繁,给华南到江淮一带带来了异常多的降水。     

2015年全球重大天气气候事件及其成因

2015年全球平均表面温度继续偏高,比1961—1990年平均值偏高0.76℃,成为有气象记录以来最暖的一年。年内,赤道中东太平洋海温异常偏暖,全球海洋平均热容量突破历史纪录。北极海冰年内最大值又创新低,南极海冰继续偏多。受下垫面因子的影响,大气环流持续性异常导致全球多地出现极端天气气候事件,如春季南亚地区暴雨成灾,夏季欧洲受到高温侵袭等。分析表明赤道中东太平洋以及赤道印度洋的海温异常偏高引起西太平洋副热带高压异常偏西、偏强,以及印度半岛局地对流活跃是导致南亚地区春季暴雨频繁的主要原因;另外,北极涛动负位相的维持导致中纬度西风减速及经向型环流的建立,是造成欧洲7月初高温热浪的直接原因。     

对厄尔尼诺事件和海洋环流的数值模拟研究

用太平洋海洋环流模式，模拟研究热带太平洋海温和环流的年际变化特征和机制．用观测的逐月风应力强迫模式，模拟１９７１～１９９５年发生的主要厄尔尼诺事件．说明风应力异常对厄尔尼诺生成起主要作用．对海温异常峰值附近３个月海温和洋流的综合分析表明：在厄尔尼诺事件时，１６０°Ｗ以西温跃层上升，以东温跃层下降，温跃层的东西倾斜显著变小．同时沿赤道的垂直环流圈减弱，中东赤道太平洋涌升流、海表层向西的赤道洋流和次表层向东的赤道潜流都减弱且厚度减小；在反厄尔尼诺时，情况则相反．     

中国北方秋雨与热带中太平洋海表冷却的关系

本文利用1951～2011年中国160站降水、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA延长重建海表温度 (NOAA extended reconstructed SST) 资料,研究了中国9月北方秋雨的年际变化特征及其成因,并用ECHAM5大气环流模式开展了数值试验,最后对2011年9月历史罕见秋雨进行了分析。研究发现,中国北方秋雨有明显的年际和年代际变化,19世纪60年代到1980年代中期,北方秋雨偏多,1950年代、1980年代后期和1990年代秋雨偏少。北方秋雨与西太平洋副热带高压的西伸有密切联系,北方秋雨偏多时,副热带高压偏西偏强,有利于偏南风向北输送水汽并在中国北方辐合。西太平洋副热带高压的加强西伸与热带中太平洋的海表冷却密切有关,偏低的热带中太平洋海表温度(CTSSTI)使其上的对流活动受到抑制,热带西太平洋对流异常旺盛,在西北太平洋出现异常反气旋,加强东亚—西北太平洋的EAP波列,引起西太平洋副热带高压明显西伸,导致秋雨偏多。反之,热带中太平洋海表偏暖,副热带高压偏弱偏南,秋雨偏少。2011年9月北方秋雨的环流异常及成因与统计分析和数值模拟结果基本一致。     

西太平洋暖池海温和山西盛夏降水关系研究

利用1961—2016年山西盛夏(7—8月)平均降水和同期NOAA重构海温资料,分析了山西盛夏降水分别与赤道中东太平洋海温和西太平洋暖池海温相关性的变化。结果表明:山西盛夏降水和赤道中东太平洋海温之间呈现稳定的显著负相关;和西太平洋暖池海温呈现正相关,并在20世纪70年代末到80年代初之后相关性加强,通过了0.05显著性检验。进一步分析表明,这种西太平洋暖池海温对20世纪80年代以来山西盛夏降水指示意义加强的事实,主要体现在赤道中东太平洋海温偏冷的背景下。西太平洋暖池海温异常通过影响与山西盛夏降水密切相关的大气环流、季风槽位置和东亚夏季风,导致山西盛夏降水异常。盛夏赤道中东太平洋海温偏冷时,西太平洋暖池海温偏暖(冷),通过遥相关引起中高纬度大气欧亚—太平洋型遥相关(EUP)和负太平洋—日本(PJ)波列,通过影响季风槽位置偏西偏北(偏东偏南),引起西太平洋副热带高压偏北(南)和季风指数偏小(大),导致山西盛夏降水偏多(少)。     

热带大西洋暖海温促使拉尼娜事件发生的可能性研究

首先,通过对多年冬、春季节热带大西洋海温、夏季大气季节内振荡(MJO)异常活动特征和冬季太平洋ENSO之间的分析研究,发现三者之间存在显著的相关关系。其次,1951年以来最强的两次厄尔尼诺年(1982和1997年)后都跟随着拉尼娜年。因此对1983、1998和2016年大西洋春季海温及MJO信号进行的分析和比较表明,2016年初大西洋关键区海温异常偏暖,与1998年情况较为类似。2016年夏季,MJO可能出现在印度洋异常活跃的情况,并可能导致热带太平洋秋、冬季节出现中等强度的拉尼娜事件。     

青藏高原冬季大气冷源在海地气相互作用4年振荡中的作用

采用相关分析、合成分析及奇异值分解方法,讨论了冬季青藏高原东部大气冷源的年际变化及其与大气/海洋环流之间的关系。分析结果表明：冬季青藏高原东部异常强(弱)冷源可以使随后我国东部维持异常偏北(南)风,并诱生出赤道太平洋地区大范围的异常偏西(东)风,从而可以促使下一个冬季赤道中东太平洋的海表温度异常偏暖(冷)。而冬季赤道中东太平洋海表温度的异常变化,可以通过次年夏季西太平洋副热带高压的变化来影响下一个冬季青藏高原东部的积雪深度和大气冷源强度。