中国东部夏季主要降水型的年代际变化及趋势分析

针对中国东部夏季降水存在着20世纪50和60年代为“南旱北涝”、80和90年代为“南涝北旱”的相反形势,该文应用小波分析等方法对华北和长江中下游地区近54 a来的夏季降水进行分析,发现二者都具有不同周期的年代际变化。对于周期小于24 a的年代际变化,其morlet小波分析表明两地夏季降水的位相关系并不是固定的。对于更长的时间尺度,用正交小波分析了周期大于28 a的年代际变化,这种长周期的年代际变化能较好地体现出“南旱北涝”和“南涝北旱”两种形势,说明两地降水还存在着更长时间尺度的准周期变化。对于两地降水的这种长周期变化,分别选用不同位相的17 a为代表进行海温、环流形势的合成分析,对比发现两阶段所对应的海温、环流形势具有极明显的差异。最后,用近期的海温、环流形势与上述两种位相的海温、环流形势进行对比,讨论了未来降水型的可能演变趋势。     

青藏高原异常雪盖和ENSO的多尺度变化及其与中国夏季降水的关系

对青藏高原积雪和热带东太平洋Nin03区海温进行小波分析,讨论它们的年际和年代际变化。在年际变化中,积雪的主要周期是准两年振荡和准6～7年振荡,海温的主要周期是ENSO振荡和准两年振荡。积雪的年代际变化存在准10～12年和准22～24年振荡,海温存在准14～16年和准34～35年振荡。此外积雪和海温均在20世纪70年代后期发生了一次年代际气候跃变现象。积雪由少雪期向多雪期转化,海温从冷水期演变成暖水期。本文还建立了青藏高原积雪和Nifi03区海温与中国夏季降水各时间尺度的相关模型。不同时间尺度的积雪、海温和降水的相关场具有不同的地域特征。它们在有的地区相互加强,有的地区相互减弱。积雪和海温的年代际气候跃变与中国夏季降水的相关程度在某些地区高于年际变化。个例分析表明,利用青藏高原积雪和Nin03区海温多时间尺度变化可以较好地拟合出中国夏季降水的年际和年代际变化。所以在做中国夏季降水预报时,不同因子、不同尺度的作用府当分开考虑。     

不同季节海温与中国夏季降水的时空特征分析

利用季降水异常的典型集合相关降水模式，分析了不同时段和不同区域的海温场与我国夏季（6～8月）降水之间的时空分布特征。结果表明：各大洋区海温存在着明显的季节、年际和年代际变化。与中国夏季降水相联系的印度洋海温的分布特征与季节有关，存在明显的偶极和单极分布形式，这种海温的异常变化对我国夏季纬向或经向雨带有一定的影响，全球特定的海温分布可以作为中国夏季旱涝预报的信号因子。不同季节海温和中国夏季降水在1970年代末都经历了一次突变，说明海温的季节差异对中国夏季降水的影响明显地受到海洋年代际基本态的制约。     

两广地区夏季降水异常与澳大利亚东侧海温异常的联系及可能机制

广东省和广西壮族自治区(两广地区)夏季降水时空分布很不均匀,存在显著的年际变化。利用站点观测降水资料、海洋及大气再分析资料,研究了近40 a两广地区夏季降水年际异常与澳大利亚东侧海温异常的联系及机理。在年际时间尺度上,两广夏季降水异常与澳大利亚东侧的海温异常存在显著的负相关关系。当澳大利亚东侧海温异常偏高时,一方面,部分水汽由热带中太平洋向澳大利亚东侧海区辐合,部分沿西太平洋副热带高压边缘向东亚地区输送,两广地区为水汽辐散区域,另一方面,澳大利亚东侧海区的对流活动增强,该地区上空的上升运动异常增强,通过"大气桥"遥相关使得海洋性大陆地区的异常上升运动增强,从而加强了东亚地区的局地Hadley环流,使得两广地区下沉运动增强,二者共同作用致使两广地区夏季干旱少雨;反之亦然。     

中国降水的年代际变化及全球变暖、太平洋年代际振荡、大西洋多年代际振荡对其的相对贡献

虽然中国降水以年际变化为主,但可利用奇异谱分析辨析出10—20 a、20—50 a 年代际变化的显著性区域以及>50 a 的长期趋势的显著性区域。本研究通过奇异值分解、多元线性回归等方法探究了1934—2018年不同海洋模态对6—8月（夏季）和12月—翌年2月（冬季）中国陆地降水趋势以及年代际振荡的相对贡献。通过对中国降水及中低纬度地区海温进行奇异值分解发现,不论冬夏,影响中国降水的主要模态是全球变暖,其次是太平洋年代际振荡。利用多元线性回归模型定量评估全球变暖、太平洋年代际振荡、大西洋多年代际振荡对中国不同区域降水的方差贡献及各因子的相对贡献,结果表明:夏季,三者可以解释西北和华北大约30%的年代际降水,其中全球变暖的相对贡献最大、太平洋年代际振荡次之;冬季,三者可以解释东北42%、西北和华北30%左右的年代际降水,东北和西北以全球变暖的相对贡献为主、大西洋多年代际振荡为辅,华北仍以全球变暖的影响为主、太平洋年代际振荡为辅。      

汛期我国主要雨季进程成因及预测应用进展

汛期内我国中东部地区的雨季是东亚夏季风推进过程中的重要产物,主要包括华南前汛期、梅雨、华北雨季和华西秋雨等,各地雨季决定了我国中东部地区汛期的旱涝布局和旱涝演变,是我国汛期预测和服务的重点。该文回顾了4个雨季特征及影响因子方面的研究进展,在此基础上梳理物理概念预测模型。研究显示:海温异常是影响各区域雨季的重要先兆信号,但不同雨季的年际和年代际变化特征不同,海温作为外强迫信号的影响程度和时空形式也有差异。利用热带太平洋东西海温差指标能更好地解释华南前汛期降水的年际变化。而与梅雨的年际变化分量相关联的海温关键区主要分布于热带,与年代际或多年代际变化分量相联系的海温关键区则来自中高纬度。华北雨季降水的强弱不仅与ENSO循环的位相有关,更多受到ENSO演变速率的影响。而影响华西秋雨的海温关键区随着年代际背景的变化发生了改变,需要重新诊断和建模。     

冬季和春季印度洋海温异常年际变率模态对中国东部夏季降水的可能影响过程

印度洋热力状况是影响全球气候变化和亚洲季风变异的一个重要的因素,但以往研究更多关注热带印度洋海温的变化,对南印度洋中高纬地区海温变化关注不够,由此限制了我们对印度洋的全面认识.本文研究了年际尺度上整个印度洋海温异常主导模态的特征及其对我国东部地区夏季降水的可能影响过程,以期望为气候变异研究及预测提供理论依据.研究结果表明:全印度洋海温异常年际变率的主导模态特征是在南印度洋副热带地区海温异常呈现西南—东北反向变化的偶极子模态,西极子位于马达加斯加以东南洋面,东极子位于澳大利亚以西洋面;同时,热带印度洋海温异常与东极子一致.当西极子为正的海温异常,东极子、热带印度洋为负异常时定义为正的印度洋海温异常年际变率模态;反之,则为负的印度洋海温异常年际变率模态.从冬至春,印度洋海温异常年际变率模态具有较好的季节持续性;与我国长江中游地区夏季降水显著负相关,而与我国华南地区夏季降水显著正相关.其可能的影响过程为:对于正的冬、春季印度洋海温异常年际变率模态事件,印度洋地区异常纬向风的经向大气遥相关使得热带印度洋盛行西风异常,导致春、夏季海洋性大陆对流减弱,使夏季西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东偏北,造成华南地区夏季降水增多,长江中游地区降水减少;反之亦然.同时,印度洋海温异常年际变率模态可通过改变印度洋和孟加拉湾向长江中游地区的水汽输送而影响其夏季降水.     

中国东部夏季降水型的年代际变化及其与北太平洋海温的关系

采用中国160站降水资料、NOAA ERSST海温资料以及ERA－40大气再分析资料, 分析了中国东部夏季降水型的年代际变化特征及其与北太平洋海温的可能联系。结果表明: 中国东部夏季降水型在近50年中经历了两次年代际变化, 第1次发生在20世纪70年代中后期, 北太平洋中纬度地区冬季海温由正距平向负距平转变, 太平洋年代际振荡(PDO, Pacific decadal oscillation) 由负位相向正位相转变, 通过影响东亚夏季风环流, 使东亚夏季风减弱, 中国东部夏季降水从北到南呈现出“＋－＋” 转变为“－＋－”的三极分布形态, 这次年代际变化体现了同一模态正负位相的转变; 第2次发生在20世纪80年代末90年代初, 北太平洋海温转变为日本以南西北太平洋的正距平分布, 同时菲律宾群岛附近海温偏暖, 西太平洋副热带高压偏南偏西, 使得中国东部夏季降水由北至南转变成“－＋”的偶极分布形态, 这次年代际变化体现了一种模态向另一种模态的转变。     

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。     

中国夏季降水与太平洋SSTA年代际变化关系的初步研究

利用1951-2001年逐月NCEP再分析高度场、风场资料，COADS海表温度资料及中国147个台站逐月降水资料，运用SVD分析、SVD与回归分析相结合等方法，研究了太平洋SSTA与中国夏季降水年代际变化的相互关系，发现热带西太平洋是影响中国华南降水年代际变化的关键区，1950年代-1970年代后期，该海域SSTA为正，对应中国长江以南地区的夏季降水偏多，而长江以北则偏少；1970年代以后反之；影响中国长江中下游地区及其两侧降水年代际变化的关键区在中纬中部北太平洋，1970年代后期-1990年代前期，该海域SSTA为负，对应长江中下游夏季降水偏多，其两侧降水偏少；影响中国东北降水年代际变化的关键区是低纬中太平洋，1970年代-1980年代前期，低纬中太平洋SSTA为负，与之对应，中国东北夏季降水偏少；1950年代～1960年代中期、1990年代前、中期则反之。进一步对太平洋SSTA年代际变化影响中国夏季降水年代际变化的可能机制作了初步的研究。     

Interdecadal change in the relationship of southern China summer rainfall with tropical Indo-Pacific SST

The present study investigates the interdecadal change in the relationship between southern China (SC) summer rainfall and tropical Indo-Pacific sea surface temperature (SST). It is found that the pattern of tropical Indo-Pacific SST anomalies associated with SC summer rainfall variability tends to be opposite between the 1950–1960s and the 1980-1990s. Above-normal SC rainfall corresponds to warmer SST in the tropical southeastern Indian Ocean (SEIO) and cooler SST in the equatorial central Pacific (ECP) during the 1950–1960s but opposite SST anomalies in these regions during the 1980–1990s. A pronounced difference is also found in anomalous atmospheric circulation linking SEIO SST and SC rainfall between the two periods. In the 1950–1960s, two anomalous vertical circulations are present between ascent over SEIO and ascent over SC, with a common branch of descent over the South China Sea that is accompanied by an anomalous low-level anticyclone. In the 1980–1990s, however, a single anomalous vertical circulation directly connects ascent over SC to descent over SEIO. The change in the rainfall–SST relationship is likely related to a change in the magnitude of SEIO SST forcing and a change in the atmospheric response to the SST forcing due to different mean states. A larger SEIO SST forcing coupled with a stronger and more extensive western North Pacific subtropical high in recent decades induce circulation anomalies reaching higher latitudes, influencing SC directly. Present analysis shows that the SEIO and ECP SST anomalies can contribute to SC summer rainfall variability both independently and in concert. In comparison, there are more cases of concerted contributions due to the co-variability between the Indian and Pacific Ocean SSTs.     

Indo-Pacific remote forcing in summer rainfall variability over the South China Sea

This study investigates summer rainfall variability in the South China Sea (SCS) region and the roles of remote sea surface temperature (SST) forcing in the tropical Indian and Pacific Ocean regions. The SCS summer rainfall displays a positive and negative relationship with simultaneous SST in the equatorial central Pacific (ECP) and the North Indian Ocean (NIO), respectively. Positive ECP SST anomalies induce an anomalous low-level cyclone over the SCS-western North Pacific as a Rossby-wave type response, leading to above-normal precipitation over northern SCS. Negative NIO SST anomalies contribute to anomalous cyclonic winds over the western North Pacific by an anomalous east–west vertical circulation north of the equator, favoring more rainfall over northern SCS. These NIO SST anomalies are closely related to preceding La Niña and El Niño events through the “atmospheric bridge”. Thus, the NIO SST anomalies serve as a medium for an indirect impact of preceding ECP SST anomalies on the SCS summer rainfall variability. The ECP SST influence is identified to be dominant after 1990 and the NIO SST impact is relatively more important during 1980s. These Indo-Pacific SST effects are further investigated by conducting numerical experiments with an atmospheric general circulation model. The consistency between the numerical experiments and the observations enhances the credibility of the Indo-Pacific SST influence on the SCS summer rainfall variability.     

东部和中部型El Nino发展年对中国夏季降水的影响*

近年来随着对赤道东太平洋海温异常特征的深入认识,赤道太平洋海温变化的不同类型对气候的影响逐渐引起人们的关注。本文分析了东部和中部型El Ni?o发展年海温分布特征及其对中国夏季降水影响的差异和机理。结果表明：(1)东部型El Ni?o年的海温正距平中心发展快且强度比中部型El Ni?o年强。(2)两类El Ni?o发展年,中国夏季降水分布差异最大的是东北和华北地区,呈相反的分布,华南地区只是变化幅度不同,江淮流域降水一致偏少。(3)Walker环流分布的差异是两类El Ni?o年夏季降水分布差异的重要原因,其位于西太平洋地区下沉支的强弱以及有无上升支的分布,对西太副高和我国水汽的输送有明显影响。(4)500hPa位势高度场的遥相关波列以及高低层大气的垂直运动也是造成两类El Ni?o年中国夏季降水分布差异的重要原因。     

Atmospheric circulation anomalies during two persistent north american droughts: 1932�C1939 and 1948�C1957

We use an early twentieth century (1908?C1958) atmospheric reanalysis, based on assimilation of surface and sea level pressure observations, to contrast atmospheric circulation during two periods of persistent drought in North America: 1932?C1939 (the ??Dust Bowl??) and 1948?C1957. Primary forcing for both droughts is believed to come from anomalous sea surface temperatures (SSTs): a warm Atlantic and a cool eastern tropical Pacific. For boreal winter (October?CMarch) in the 1950s, a stationary wave pattern originating from the tropical Pacific is present, with positive centers over the north Pacific and north Atlantic ocean basins and a negative center positioned over northwest North America and the tropical/subtropical Pacific. This wave train is largely absent for the 1930s drought; boreal winter height anomalies are organized much more zonally, with positive heights extending across northern North America. For boreal summer (April?CSeptember) during the 1930s, a strong upper level ridge is centered over the Great Plains; this feature is absent during the 1950s and appears to be linked to a weakening of the Great Plains low-level jet (GPLLJ). Subsidence anomalies are co-located over the centers of each drought: in the central Great Plains for the 1930s and in a band extending from the southwest to the southeastern United States for the 1950s. The location and intensity of this subsidence during the 1948?C1957 drought is a typical response to a cold eastern tropical Pacific, but for 1932?C1939 deviates in terms of the expected intensity, location, and spatial extent. Overall, circulation anomalies during the 1950s drought appear consistent with the expected response to the observed SST forcing. This is not the case for the 1930s, implying some other causal factor may be needed to explain the Dust Bowl drought anomalies. In addition to SST forcing, the 1930s were also characterized by massive alterations to the land surface, including regional-scale devegetation from crop failures and intensive wind erosion and dust storms. Incorporation of these land surface factors into a general circulation model greatly improves the simulation of precipitation and subsidence anomalies during this drought, relative to simulations with SST forcing alone. Even with additional forcing from the land surface, however, the model still has difficulty reproducing some of the other circulation anomalies, including weakening of the GPLLJ and strengthening of the upper level ridge during AMJJAS. This may be due to either weaknesses in the model or uncertainties in the boundary condition estimates. Still, analysis of the circulation anomalies supports the conclusion of an earlier paper (Cook et?al. in Proc Natl Acad Sci 106:4997, 2009), demonstrating that land degradation factors are consistent with the anomalous nature of the Dust Bowl drought.     

近20年华北地区干旱期大气环流异常特征

利用NCAR/NCEP再分析资料和中国气象局整编的中国160站气温、降水月平均资料, 计算并分析了1951年1月-2000年10月中国华北地区Palmer drought severity index (PDSI)。研究表明:近50年来华北干旱有显著的年际和年代际变化。从20世纪80年代以来, 华北出现了持续性严重干旱现象; 另外, 华北地区干旱持续时间一般都在两年以上。华北夏季典型干旱年的前期 (冬季和春季) 及同期环流特征是:北半球中高纬度500hPa高度距平场出现EU型遥相关分布, 华北地区长期处于大陆暖高压控制下。     

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。     

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...     

Simulation of the Effects of the Preceding SST Anomalies over the Tropical Eastern Pacific on Precipitation to the South of the Yangtze River in June

Numerical experiments are performed to simulate the response of the atmospheric circulation and pre-cipitation over East China in June to the sea surface temperature（SST）anomalies over the tropical eastern Pacific（TEP）from preceding September to June by using an atmospheric general circulation model （AGCM）.We constructed composite positive/negative SST anomalies（P-SSTAs/N-SSTAs）based on the observational SST anomalies over the TEP from September 1997 to June 1998.The results show that：（1） the response of the precipitation in the Yangtze River basin and its southern area（YRBS）to El Nino with different durations varies with the maximum amplitude of the precipitation anomalies appearing when the imposed duration is from November to next June,and the minimum appearing when the SST anomalies is only imposed in June.The anomalies of the precipitation are reduced when the duration of the forcing SST anomalies over the TEP is shortened and the positive SST anomalies in the preceding autumn tend to cause significantly more rainfall in the YRBS.This is in agreement with previous diagnostic analysis results.（2）The simulated precipitation anomalies over the YRBS are always obviously positive under strong or weak positive SST anomalies over the TEP.The intensity of the precipitation anomalies increases with increasing intensity of the SST anomalies in the experiments.The simulation results are consistent with the observations during the warm SST events,suggesting reasonable modeling results.（3）When negative SST anomalies in the TEP are put into the model,the results are different from those of the diagnostic analysis of La Nina events.Negative precipitation anomalies in YRBS could be reproduced only when the negative SST anomalies are strong enough.     

我国西南周边地区夏秋季节降水变化及相应环流特征分析

利用云南省124站观测资料及CRU(Climatic Research Unit)高分辨率降水数据分析了我国西南周边地区的降水时空变化特征, 并进一步对该地区夏、秋季节降水的周期、降水与季风活动的关系以及旱涝时期环流背景做出分析, 以探讨其年代际变化的可能影响机制。结果表明, 我国西南周边地区的降水空间分布随季节演变, 西南地区处于降水量相对小值区, 各季节降水量存在明显的年际变化以及年代际振荡特征。通过周期分析发现, 研究区域夏、季秋季降水均存在明显的年代际尺度周期, 近年来西南地区连续干旱很可能是由夏季和秋季的年代际尺度周期负位相配合造成, 并且降水的减少与夏季风活动偏弱、季风持续时间偏短有关。夏季秋季少雨时期与多雨时期环流场存在显著差异, 表现为少雨时期我国东部低层异常的偏北风, 青藏高原附近高层异常的反气旋型环流, 多雨时期则相反。