极涡与南亚高压的关系及对我国降水的协同影响

利用1951～2016年NCAR再分析月平均资料及台站降水资料,研究了极涡与南亚高压的关系及其对我国降水的协同影响。结果表明:极涡和南亚高压在夏、秋、冬季周期变化的时间尺度基本一致,夏季为准9a尺度变化,秋季为准8a尺度变化,冬季为准4a尺度变化;极涡和南亚高压的相关性在夏季最强,在春季最弱,其同期变化对我国降水的影响十分显著;根据同期的极涡和南亚高压各自面积指数标准化距平的正负,将"正-正、正-负、负-正、负-负"四个模态分别定义为SS型、SW型、WS型、WW型,其中SW型与WS型占比较多,表明极涡与南亚高压的同期变化以负相关为主;春季极涡与南亚高压对我国降水的影响主要在新疆及东北渤海湾一带,SS型和WS型对应北方多雨,SW型和WW型反之;夏季其影响主要在高原北部及长江中下游地区,除SW型以外,其余三种分型均对应长江中下游地区多雨;秋季其影响主要在新疆地区,SS型和WS型对应该地区降水偏多,SW型和WW型反之;冬季其影响主要在新疆至长江三角洲一带,SW型对应40°N附近地区多雨,WW型对应西北至东南地区少雨;夏季,极涡与南亚高压的异常调整了东亚大气环流的配置,进而对我国的降水产生影响。     

100hPa极涡、南亚高压的变化及大气环流分布特征

利用NCEP/NCAR高度场资料进行计算,对冬、夏极涡与南亚高压面积进行Morlet小波变换,并对100 hPa高度场进行EOF分解和长期趋势分析.结果表明:极涡、南亚高压具有相似的演变特征,这种相似特征在前期冬季极涡与南亚高压之间表现更为明显,体现了准5年尺度和准20年尺度的周期变化,在变化的位相上则相反.EOF分析表明,前期冬季高纬度地区与中低纬度地区的环流变化呈相反趋势,且第一模态的时间系数与前期冬季极涡的趋势一致,第一模态在一定程度上反映了前期冬季大气环流分布.夏季第一模态全场为负值,体现了夏季100 hPa整体异常性;第二模态反映了副热带中低纬度大气环流与高纬度大气环流变化相反.从其长期变化趋势来看,冬季高纬度地区的高度场呈负趋势变化,副热带地区呈正趋势变化,夏季除我国华北部分地区为负趋势变化外,均为正趋势变化.极涡、南亚高压的这种年代际变化与100 hPa高度场的长期线性趋势变化有关.     

南亚高压和极涡活动与夏季降水的关系

分析了东南亚高压极涡活动对齐齐哈尔市降水的关系．结果发现，南亚高压和极祸是决定当地夏季降水的两大重要环流系统；北半球１００ｈＰａ冬季极涡异常变化对当地夏季降水具有很好的预报意义；冬季高原高度距平对７月５００ｈＰａＭ高变化具有指示意义。     

2019年长江中下游伏秋连旱的异常特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料及实况观测资料,分析了2019年中国长江中下游地区伏秋连续干旱期间的降水、温度及大气环流异常特征。结果表明：此次干旱具有持续时间长、降水偏少严重、气温较历史同期明显偏高、高温日数明显偏多等极端性特点。西太平洋副热带高压偏强,位置相对偏西、偏北,是形成长江中下游伏秋连旱的最主要原因;南亚高压东伸及负涡度向东输送,利于副热带高压西伸,长江中下游地区始终位于东亚副热带西风急流出口区右侧、对流层中高层负涡度的叠加作用区,使得垂直方向上的下沉辐散得到显著增强;自乌拉尔山至贝加尔湖高压脊形成的"高压坝",偏弱的极涡和东亚大槽等异常中高纬环流形势稳定维持,使得西风带中的气旋性扰动不易影响到副热带地区,利于西太平洋副热带高压的稳定及干旱的维持;频繁的热带系统活动,使得副热带高压在热带对流加热区以北的负涡度作用下得以进一步加强,并且导致对流层低层西南气流、越赤道气流和东南气流等三支气流在向北的输送路径上发生改变,并使长江中下游地区水汽辐合偏弱,使干旱得以维持。     

夏季南亚高压与川渝地区降水的关系研究

利用我国160个测站中川渝地区的代表站及NCEP/NCAR再分析资料,研究了盛夏川渝地区降水与南亚高压东西振荡关系及其可能产生的影响.结果表明:川渝降水变化存在与南亚高压相适应的时间尺度,即准5年尺度、准10年尺度.在准5年尺度上,20世纪90年代中期以前,南亚高压东西振荡表现的位相与盆地东部降水变化位相相反,与盆地西部降水变化呈正位相,90年代末期以后与川渝地区降水变化位相趋势一致,但与四川西部高原降水的位相关系对应不明显.在年代际尺度,川渝盆地东、西部和川西高原三地降水变化存在与南亚高压东西振荡相一致的位相,说明年代际尺度变化中,当南亚高压长期表现为东伸模态,川渝降水呈总体偏多趋势.同时,川渝地区的降水变化与100hPa上高压两侧及中低层四川上空风场变化有显著的遥相关,在"东涝西旱"年份,南亚高压16800 gpm线位于四川与重庆交界上空,在"西涝东旱"年份,南亚高压16800 gpm线位于湖北西部上空,在两地降水差异显著年,南亚高压东西振荡主要表现在川渝盆地上空摆动,用16800 gpm线定义的东西振荡指数对认识川渝地区降水异常有很好的指示意义.     

河北冬季降水异常特征及其与环流和海温异常的关系

利用河北省及周边73个台站1961—2009年冬季降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA太平洋海温等资料,应用奇异谱分解（SVD）等多种统计方法研究了河北冬季降水异常特征及其与环流和太平洋海表温度异常（SSTA）的关系。结果表明：河北冬季降水有一定的年代际变化和周期性,从10 a以下尺度看,冬季降水存在8~10和2~3 a的变化周期;冬季东亚地区500 hPa高度场从低纬到中高纬呈正、负、正的东亚—太平洋(EAP) 遥相关型时,河北降水偏多,最明显的区域主要位于沧州和承德的东部;当北太平洋海温场为PDO正位相,赤道中太平洋SSTA为El Nino型时,河北省冬季多雨,邢台、邯郸及沧州一带表现更明显。     

冬,春季海温异常关键区对长江中下游夏季降水影响的敏感性试验

本文利用9层菱形截断15波的全球大气环流谱模式（L9R15）研究了前期冬季和春季海温异常的关键区对我国长江中下游地区夏季降水的影响,数值试验结果表明,冬季赤道东太平洋和黑潮区海温异常及春季印度洋和黑潮区海温异常使得长江中下游地区的夏季降水明显增多,同时500hPa副热带高压和100hPa南亚高压增强,但从范围和强度上来看,冬季赤道东太平洋和黑潮区海温异常时我国西南至长江中下游地区一带的夏季降水异常比春季印度洋和黑潮区海温异常时更明显,由此证实了观测资料的分析结果。     

5月中国土壤湿度异常对7月华南-青藏高原东部偶极子型降水年际变化的影响

利用1979—2019年ERA5再分析资料和站点降水资料,研究了5月中国土壤湿度异常对7月华南和青藏高原东部偶极子型降水年际变化的影响及其可能的物理过程。结果表明,当5月青藏高原土壤湿度偏湿,华中地区土壤湿度偏干时,对应7月华南(高原东部)降水偏多(偏少),两地降水呈偶极子型分布。通过进一步的诊断分析发现,青藏高原(华中地区)土壤湿度正(负)异常可从5月持续至7月,使得7月中国北方地区地表湍流热通量正异常,进而使得对流层中低层大气增暖,中国北方与贝加尔湖之间经向温度梯度和大气斜压性增强,天气尺度的瞬变波活动增强。通过瞬变的涡度强迫有利于中国北方及蒙古地区准正压异常高压和Rossby波波源的形成,相关的Rossby波向东南方向传播至我国南方,使得华南地区出现准正压结构的异常低压,有利于西北太平洋副热带高压东移,南亚高压西移。对应中国北方及蒙古-华南地区对流层中低层为反气旋-气旋式环流异常,进而导致华南地区(高原东部)降水增多(减少)。此外,中国北方-蒙古地区的异常高压与局地偏干的土壤湿度之间的正反馈过程,有利于上述物理过程的维持和增强,进而有利于7月偶极子降水的异常,反之亦然。     

我国西北地区气候变化与北极涛动的交叉小波分析

运用交叉小波方法分析了近56 a来我国西北地区气候变化与北极涛动指数（AOI）、欧亚纬向环流指数之间的联系,讨论了西北地区冬季气温和夏季降水变化与同期AOI之间的多时间尺度相关。结果表明,AOI、西北地区降水和气温变化都存在着不同尺度的周期振荡,西北地区降水与AOI之间存在准3 a尺度的显著共振周期,而AOI与西北地区气温变化的多时间尺度相关表现为准2a、3-5 a和8-11 a左右的显著相关振荡且以8-11 a共振周期的凝聚性最强;AO对西北地区气温变化的影响比对降水的影响更显著,与其年代际尺度的相互作用有关。当冬季北极涛动处于正相位时,欧亚纬向环流偏强,西北地区冬季气温偏高。夏季西北地区降水变化与前期北极涛动指数异常密切相关,这对于西北地区夏季降水变化预测具有重要的参考意义。     

平流层极涡变化与我国冬季气温、降水的关系

利用国家气候中心提供的1951-2010年逐月环流指数资料,分析了北半球极涡强度指数、面积指数和中心强度指数的相关关系,并通过极涡强度指数的变化讨论了冬季北半球极涡强度的时间变化特征。结果表明,冬季极涡强度指数与面积指数和中心强度指数有较好的相关性,能够更好地反映冬季极涡强度的变化特征;冬季极涡存在准13年的年代际振荡周期,准5年的年际振荡周期在20世纪90年代后期较为明显。结合气温、降水观测资料和NCEP/NCAR月平均再分析资料,探讨了极涡强、弱不同年份我国冬季气温、降水和大气环流形势的变化。相对极涡弱值年而言,极涡强值年我国北方地区、东部地区特别是东北地区的气温偏高,西南大部分地区的气温偏低,长江流域和华南地区的气温变化不明显;我国南方地区降水偏多,长江中下游和华南地区的降水偏多最为明显,北方地区的降水略有减少;500hPa高度场上高纬度地区的位势高度降低,中高纬度的位势高度升高,冷空气向极地聚集,东亚大槽减弱,我国东北和东部地区的气温偏高;同时东亚冬季风减弱,湿空气向我国内陆输送,长江流域和我国南方地区的降水偏多。     

Distribution of seasonal rainfall in the East Asian monsoon region

Summary ?This study deals with the climatological aspect of seasonal rainfall distribution in the East Asian monsoon region, which includes China, Korea and Japan. Rainfall patterns in these three countries have been investigated, but little attention has been paid to the linkages between them. This paper has contributed to the understanding of the inter-linkage of various sub-regions. Three datasets are used. One consists of several hundred gauges from China and South Korea. The second is based on the Climate Prediction Center (CPC) Merged Analysis of Precipitation (CMAP). The two sources of precipitation information are found to be consistent. The third dataset is the NCEP/NCAR reanalysis 850-hPa winds. The CMAP precipitation shows that the seasonal transition over East Asia from the boreal winter to the boreal summer monsoon component occurs abruptly in mid-May. From late March to early May, the spring rainy season usually appears over South China and the East China Sea, but it is not so pronounced in Japan. The summer monsoon rainy season over East Asia commonly begins from mid-May to late May along longitudes of eastern China, the Korean Peninsula, and Japan. A strong quasi-20-day sub-seasonal oscillation in the precipitation appears to be dominant during this rainy season. The end date of the summer monsoon rainy season in eastern China and Japan occurs in late July, while the end date in the Korean Peninsula is around early August. The autumn rainy season in the Korean Peninsula has a major range from mid-August to mid-September. In southern China, the autumn rainy season prevails from late August to mid-October but a short autumn rainy season from late August to early September is noted in the lower part of the Yangtze River. In Japan, the autumn rainy season is relatively longer from mid-September to late October. The sub-seasonal rainfall oscillation in Korea, eastern China and Japan are explained by, and comparable to, the 850-hPa circulation. The strong westerly frontal zone can control the location of the Meiyu, the Changma, and the Baiu in East Asia. The reason that the seasonal sea surface temperature change in the northwestern Pacific plays a critical role in the northward advance of the onset of the summer monsoon rainfall over East Asia is also discussed. Received October 5, 2001; revised April 23, 2002; accepted May 11, 2002     

北极涡年代际变化及其与我国春季降水的关系

基于NCEP/NCAR的500hPa再分析高度场资料计算出多年北半球及各分区的极涡面积和强度,利用线性倾向估计、小波分析及二项式滑动平均分析极涡及我国春季降水的年代际变化特征,并采用奇异值分解讨论同期及前期极涡对我国春季降水的影响。各季节极涡面积及强度均存在显著的年代际变化,在20世纪70年代中期之前有上升趋势,而后出现下降的趋势;但极涡面积总体上有显著的线性变小趋势。在60年代中前期极涡位置偏向亚欧大陆,在90年代中后期极涡位置有偏向太平洋和大西洋一带趋势。我国160站平均春季降水量经历较明显的3次上升过程和4次下降过程;华南、西南地区春季降水趋势与长江流域、黄河流域呈现两种相反的分布型;在20世纪60年代中前期、90年代初及末期,长江流域、黄河流域春季降水量偏多,而在80年代末期、90年代中期及本世纪初,华南、西南地区出现偏多。在春季,若II区(150°E～120°W)极涡面积异常大,I区(60～150°E)、III区(120～30°W)极涡强度异常弱,长江、黄河之间中游地区的降水出现负距平,广东、福建沿海降水出现正距平。前期冬季极涡比夏、秋季极涡对我国春季降水的影响更明显,特别是前冬北美区、大西洋欧洲区极涡面积的影响。     

江淮梅雨异常空间分布型对比分析

利用国家气候中心整编的中国160个测站的月降水资料,提取1951—2012年江淮流域26站6、7月份的梅雨量距平场资料进行EOF分析,将梅雨雨型分为北涝南旱型和南涝北旱型。利用NCAR/NCEP再分析资料对两种空间分布的典型年大气环流背景特征进行合成分析,结果表明:北涝南旱年,高纬度鄂霍次克海高压阻塞形势偏强,极涡偏弱,西太平洋副热带高压和南亚高压位置偏北,东亚副热带夏季风偏强,水汽辐合中心偏北;南涝北旱年情形基本相反,高纬度鄂霍次克海高压阻塞形势和极涡偏强,西太平洋副热带高压和200 hPa南亚高压位置偏南,东亚副热带夏季风偏弱,水汽辐合中心偏南。     

1961～2005年新疆夏季低云量长期变化特征及影响因素分析

利用新疆51个观测站1961～2005年低云云量资料,采用趋势分析、小波分析等方法分析了新疆夏季低云量的长期变化特征,并对500hPa环流指数与新疆夏季低云量做奇异值分解,重点讨论了极涡对新疆夏季低云量的影响。结果表明:近45年新疆夏季低云量增加趋势显著,并在1987年发生突变;新疆夏季低云量存在2～3年、准6年和准11年的显著周期;环流分析表明新疆夏季低云量与副热带高压、极涡及青藏高原高度场指数关系密切,当极涡面积减小、强度减弱时,西亚高空急流偏弱,新疆上空高空急流偏强,而低层大气主要表现为南风增强,水汽输送辐合加强,因此新疆夏季低云量偏多,反之,低云量偏少。     

中国雨日数的气候特征及趋势变化

使用国家气象信息中心整编的全国2 425个观测站1961年1月—2013年2月的52 a逐日降水观测资料,美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)资料。通过计算气候场、雨日概率、倾向值、M-K突变检验等现代统计诊断方法,研究了中国各等级雨日数的年、季节的时空分布特征和不同等级雨日数的趋势变化特征以及相关的背景环流。得到以下结论:(1)中国年总雨日数高值区在四川东部、贵州、江南及云南西南部,以小雨日数占比最高;中雨、大雨日数高值区在江南东部和云南西南部;50 mm以上雨日数中心分别在华南沿海和闽—浙—赣交界,前者强后者弱;(2)年内总雨日概率分布表现为3类:平缓型、单峰型、双峰型,南方地区除云南外均为平缓型;西藏东部、川西、陕甘宁3省南部、青海东部为双峰型;全国其余地区为单峰型;(3)中国季风区小雨日数在1970s末—1980s初发生突变,呈趋势性显著减少,除东北外,四季均减少,以秋冬季云南、上海等地减少最显著,而干旱半干旱区小雨日数呈增加趋势;(4)西南地区东部的年中雨日数在2000年后显著减少,秋季减少最明显,而京、沪、粤3大城市群年中雨日数呈增加趋势;西南地区东部秋季、云南夏季大雨以上日数在2003年后显著减少,而夏冬两季长江中下游中雨以上等级的雨日数明显增加;(5)川东、贵州、江南中部的雨日高值区与青藏高原东部低层回流冷空气形成的静止锋或辐合带相联系。     

基于Copula函数的中国南方干旱风险特征研究

利用1961—2012年1710个地面气象台站观测的逐日降水资料,对中国大陆雨季特征进行了分析。结果表明,雨季最早到来的地方是藏东南、滇西北的横断山脉中西部地区;接着江南地区进入雨季;之后随着夏季风的爆发,全国大部分地区进入雨季。而雨季结束最早的地区在江南地区,较迟结束的地区在华西地区、南海地区,最迟是在新疆西北部地区。就雨季持续时间而言,华北地区和西藏西部及其与新疆南部相接的部分地区雨季持续时间最短,横断山脉中西部地区、华西地区和南海地区雨季较长。通过对多年平均逐候降水进行经验正交函数(EOF)分解,能较好地将主要的降水季节演变特征分离出来,分析发现,第1、第2和第3模态分别反映了夏季、春季和秋季降水为主要特征的降水空间结构。     

冬季东亚高空副热带急流和温带急流协同变化与中国南方地区降水的关系

利用NCEP/NCAR再分析数据和中国台站降水资料研究冬季东亚高空副热带急流和温带急流协同变化特征及其与中国南方地区降水的关系,发现冬季东亚高原急流与温带急流同期反向协同变化特征最为显著。即高原急流增强,同时温带急流减弱(SW型)和高原急流减弱,同时温带急流增强(WS型)。当高原急流增强(减弱)而温带急流减弱(增强)时,中国南方地区降水显著增加(减少)。合成分析表明,不同急流协同变化型态下冷暖空气活动特征存在较大差异,高原急流与温带急流的反向协同变化可以真实反映与冬季中国南方地区降水相关联的冷暖空气活动特征,进而导致不同降水形态的产生。     

华西秋雨起止与秋冬季节大气环流转换

根据1961—2010年平均的逐候NCEP/NCAR再分析资料、1979—2008年平均的逐候CMAP降水资料以及1961—2010年逐候平均的中国553个台站降水资料,讨论了华西秋雨起止日期与秋冬季大气环流转换特征的关系。结果表明,华西地区降水年变化表现为明显的夏、秋双峰特征,8月4—8日(第44候)为双峰间的低谷,10月8—12日(第57候)以后降水降至年平均以下。由此,将华西秋雨建立和结束日期分别确定为8月9—13日(第45候)和10月8—12日(第57候)。华西秋雨的建立对应于东亚夏季风开始向冬季风转变,其标志性环流调整特征是江南地区的西南风转为东南风。东亚经向海平面气压梯度在8月9—13日(第45候)由南高北低转为南低北高,造成850 hPa江南地区的西南风转为东南风,该东南风与来自孟加拉湾的热带西南季风交汇于华西地区,形成风向和水汽的辐合,使得华西地区的降水在夏峰之后再次增强,华西秋雨由此建立。华西秋雨的结束则对应于孟加拉湾热带西南季风结束和东亚冬季风完全建立,其标志性环流调整特征是孟加拉湾地区的西南风转为东北风。随着东亚纬向海平面气压梯度由北向南依次发生东高西低向东低西高的转变,东亚冬季风也逐步向南推进,9月8—12日(第51候)东北冬季风到达江南地区,10月8—12日(第57候)进一步推进到南海地区,此时来自孟加拉湾的热带西南季风消失,造成华西地区完全受大陆冷高压控制,东亚季风经圈环流也转为冬季型哈得来环流,东亚冬季风完全建立,华西秋雨也随之结束。因此,华西秋雨起止可能与东亚夏季风、南亚夏季风向冬季风的转变时间不同步有关,东亚季风与南亚季风的共同作用使得华西秋雨成为亚洲夏季风在中国大陆上的最后一个雨季。     

Regional features of precipitation over Asia and summer extreme precipitation over Southeast Asia and their associations with atmospheric–oceanic conditions

The variations of both total and extreme precipitations over Asia are characterized by large regional features and seasonality. Extreme precipitation mainly occurs in summer and then in autumn over South Asia but it is a prominent phenomenon in all seasons over Southeast Asia. It explains above 40% of the total precipitation in winter over India, while the ratio of extreme precipitation to total precipitation is 30% or smaller in all seasons over southern-central China. Over Southeast Asia, the largest ratio appears in winter. The extreme precipitation over Southeast Asia (EPSEA) exhibits significant positive trends in all seasons except autumn. The long-term increase in summer EPSEA is associated with significant surface warming over extratropical Asia and the Indo-Pacific oceans and linked to a large-scale anomalous cyclonic pattern over Southeast Asia. An increase in de-trended summer EPSEA is associated with less significant surface warming. However, it is still clearly linked to an anomalous cyclonic pattern over Southeast Asia, contributed by intensifications of monsoon flow from the west, trade wind from the east, and cross-equatorial flow over Indonesia. The antecedent features of increased summer EPSEA include an overall warming over the tropical–subtropical northern hemisphere and an anomalous cyclonic pattern over Southeast Asia in winter and spring. When the large-scale Asian monsoon (measured by the Webster-Yang monsoon index) or the South Asian monsoon is strong, summer extreme precipitation mainly increases over tropical Asia. When monsoon is strong over Southeast Asia or East Asia, extreme precipitation increases over Southeast Asia and decreases over East Asia. A strong summer monsoon over Southeast Asia or East Asia is also followed by decreased autumn extreme precipitation over Southeast Asia.