ENSO对中国夏季降水可预测性变化的研究

众多研究表明,ENSO对东亚夏季风尤其是中国夏季降水存在很大影响,已成为中国夏季降水首要的预测因子。传统的预测模型认为,当前期ENSO为暖位相状态时,夏季中国主要雨带位置偏南,长江流域降水偏多;反之,当前期ENSO为冷位相状态时,夏季中国主要雨带位置偏北,长江流域降水偏少。基于1951—2003年中国160站月平均降水资料和同时段的NOAA ERSST海表温度资料,讨论了中国夏季降水和前冬Nino3区海温关系的年代际变化。分析结果显示,近20年来二者相关性已大大衰减。作为中国夏季降水的主要预测指标,ENSO的指示意义也相应减弱。在1951—1974年,依据前冬Nino3区SSTA预测夏季降水符号准确率在67%以上的站数有43站,但在1980—2003年,同样准确率的站数只有15站。在前一个研究时段,这43站呈区域性分布于东北地区、黄河和长江流域,但后一个研究时段内的15站分布分散,不利于区域性预测。相关分析结果表明,在20世纪70年代中期之前,当前冬赤道东太平洋海温偏高时,华北和江南南部的多数测站夏季降水偏多,淮河流域降水偏少,同时梅雨开始偏晚。反之,当前冬赤道东太平洋海温偏低时,华北和江南南部夏季降水易偏少,淮河流域降水则偏多,同时梅雨开始偏早。但在20世纪80年代之后,上述对应关系较难成立。因此,在汛期预测业务中参考ENSO的作用时必须充分考虑年代际背景的差异。     

黄河断流与El Nio事件的遥相关

黄河断流事件的发生是人为因素与自然因素———人类生产活动用水量急增与天然径流量骤减共同作用的结果。自然因素作为天然背景具有不可低估的作用,在引起黄河断流的所有气候因子中,降水减少的贡献最显著,其次是蒸发增加的影响。当代黄河断流事件的发生和持续加重似与El Nin~o事件的频繁发生及其持续强劲有某种关联,本文即通过对黄河径流及其流域内的降水、蒸发、气温等方面气候因素与El Nin~o事件的遥相关作用进行分析,寻求导致黄河径流减少的可能原因,从而揭示黄河断流与El Nin~o事件的联系。结果表明,通常情况下,ElNin~o事件发生时,黄河流域年平均降水量减少10.35%,可造成黄河年径流减少12.95%(含有来自蒸发增加所造成的影响),约相当于减少73.45×108m3的水量。随El Ni~no事件强度的加深,降水量与径流量均迅速递减,强El Nin~o事件黄河流域年平均降水量减少20.43%,黄河径流量减少25.59%(147.17×108m3);1997年断流最严重时降水减少30.62%,径流骤减40.27%(229.96×108m3)。可见El Ni~no事件对黄河断流所造成的影响是相当深刻的。     

太平洋年代际振荡与中国气候变率的联系

利用 195 1～ 1998年的太平洋年代际振荡 (PDO)指数、全球海洋和大气分析资料及中国降水和气温站点观测资料 ,分析了太平洋年代际振荡在海洋中的特征及其与东亚大气环流和中国气候变率的联系。结果表明 ,PDO与东亚大气环流及中国气候年代际变化关系密切。对应于PDO暖位相期 (即中纬度北太平洋异常冷、热带中东太平洋异常暖 ) ,冬季 ,阿留申低压增强 ,蒙古高压也增强 (但东西伯利亚高压减弱 ) ,中国东北、华北、江淮以及长江流域大部分地区降水偏少 ,东北、华北和西北地区气温异常显著偏高 ,而西南和华南地区气温偏低 ;夏季 ,海平面气压在北太平洋的负异常较弱 ,而在东亚大陆的正异常较强 ,东亚夏季风偏弱 ,西太平洋副热带高压偏南 ,热带太平洋信风减弱 ,赤道西风增强 ,此时华北地区降水异常偏少而长江中下游、华南南部、东北和西北地区降水异常偏多 ,东北、华北及华南地区气温异常偏高 ,而西北、西南和长江中下游地区气温异常偏低。对应于PDO冷位相期 ,上述形势相反。结果还表明 ,处于不同阶段的ENSO事件对中国夏季气候异常的影响明显受到PDO的调制。在PDO冷位相期 ,当ENSO事件处于发展阶段 ,华南地区夏季降水偏少 ,东北地区夏季多低温 ,在其衰减阶段 ,华北地区和长江流域降水偏多 ,淮河地区降水偏少 ;     

INTERDECADAL VARIATION OF THE RELATIONSHIP BETWEEN ENSO AND SUMMER INTERANNUAL CLIMATE VARIABILITY IN CHINA

Interdecadal variation of the relationships between ENSO and the summer interannual climate variability in China is investigated by using techniques of sliding correlation analysis with the tropical Pacific SSTA and the observed surface air temperature and precipitation from stations in China. The results indicate that there are stable and robust relations that the Northern China is relatively dry during the developing phase of ENSO while the Yangtze River valley is relatively wet during the decaying phase of ENSO. On the other hand, interdecadal variations of the relations are also found in other regions. Over the time both prior to the Pacific decadal climate shift (before the late 1970s) and after it (after the late 1970s), during the developing phases of ENSO the summer precipitation anomaly in South China changed from below to above normal, whereas that in Northeast China changed from above to below normal; the summer surface air temperature anomaly in North and Northeast China changed from cooling to warming, whereas that in South China changed to cooling; during the decaying phases of ENSO the North China changed from wetter to dryer while the Huai River valley changed from dryer to normal; North China, Yangtze River valley and South China tend to be warmer. Based on the composite analysis of the NCAR/NCEP reanalyze datasets, significant differences existing in ENSO-related atmospheric circulation anomaly in East Asia during pre- and post-shift periods may be responsible for the interdecadal variation of relationships between ENSO and surface air temperature and precipitation in China.     

ENSO与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化

利用热带太平洋海表温度和中国降水和气温站点观测资料,通过滑动相关分析,揭示了ENSO与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化事实。结果表明:ENSO与中国夏季年际气候异常的关系既有稳定的方面,又存在年代际变化特征。稳定的关系表现在:处于发展阶段的ENSO事件往往造成华北夏季降水偏少;处于衰减阶段的ENSO事件则易引起长江流域及江南地区夏季降水偏多。而二者关系的年代际变化表现在:1970年代中后期,处于发展阶段的ENSO事件引起的夏季降水异常在华南地区由偏少变为偏多,东北地区则由偏多变为偏少,而江淮地区偏多的现象不再明显,华北和东北夏季气温异常也由偏冷转变为偏暖,而华南则有偏冷趋势;处于衰减阶段的ENSO事件引起的夏季降水异常在华北地区由偏多变为偏少,江淮地区降水由偏少变为正常甚至偏多,华北夏季气温异常则由偏冷变为偏暖,长江流域和华南也有偏暖趋势。利用NCEP/NCAR再分析资料合成分析表明,在不同的年代际背景下ENSO引起的东亚中高纬度大气环流异常型发生了明显改变是ENSO和降水气温关系发生年代际变化的原因。     

太平洋年代际振荡冷、暖背景下ENSO循环的特征

利用英国气象局哈德莱中心的月平均海温距平资料、美国Scripps海洋研究所联合环境分析中心(JEDAC)的海表和次表层海温观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了太平洋年代际振荡(PDO)不同背景下ENSO循环的特征.结果表明,PDO为ENSO循环提供了一个年代际气候背景,在PDO的暖位相时期,El Nino事件发生的频率较高,强度较强;反之,在PDO的冷位相时期,La Nina事件发生的频率较高,强度较强.而且在不同的太平洋年代际振荡背景下,ENSO循环表现出不同的特征.在PDO冷位相时期,发生El Nino(La Nina)事件时,正(负)的SOTA从西太平洋沿温跃层向东传播,正(负)的SSTA从赤道东太平洋向西扩展到中太平洋,ENSO事件先在赤道东太平洋爆发.在PDO的暖位相时期,发生El Nino(La Nina)事件时,正(负)的SOTA首先出现在赤道中太平洋,然后沿温跃层向东传播,正(负)的SSTA从赤道中太平洋向东扩展到东太平洋,ENSO事件首先在中太平洋爆发.这为ENSO预测提供了新的线索.     

西太平洋副热带高压异常及其与1998年长江流域洪涝过程关系的研究

文中结合 1 998年长江流域的洪涝过程研究了太平洋的活动特征 ,探讨了副热带高压活动与海温的关系 ,以及视热源、水汽汇的特征与副高活动的关系等。首先描述了 1 998年太平洋副热带高压的基本特征 ,给出了它异常的季节位置、强度和形态 ,及其与长江流域降水异常的关系。SVD分析表明 ,1 997至 1 998年的 El Nino过程的演变特征所对应的太平洋副热带高压的最佳耦合模态是 :主体强而位置偏南 ,特别是其西部。赤道辐合带也偏弱 ;1 998年夏季副热带高压的基本特征正符合该模态的特征。热带地区东西向的垂直环流明显地出现东太平洋的异常上升气流与西太平洋的下沉距平气流。视热源、水汽汇的分布能很好地描写副热带高压区的季节位置和强度。副热带高压区为明显的 Q1<0的辐射冷却区和 Q2 <0的变干区。这种特征也有助于副热带高压区的维持。同样 ,视热源、水汽汇的分布也能很好地解释副热带高压区的季节内异常活动。在长江流域持续暴雨期和间隙期 ,Q1,Q2 所指示的副热带高压与雨带的相对位置有很大的差异。不同的热力结构能较好地解释副热带高压区的迅速南落 ,由此造成长江流域的二度梅     

季节背景对ENSO循环过程中SSTA增/减幅作用的数值试验研究

利用热带太平洋地区 2层区域海洋模式和再分析资料探讨了大气 /海洋的季节背景对ENSO时间尺度上海温异常的增幅或减幅作用。结果表明 :不论什么季节背景下 ,就海洋变化而言 ,El Nino/La Nina事件均可存在 ,说明 El Nino/La Nina事件的存在和维持并没有季节性选择 ;模式海洋的西太平洋赤道地区次表层海水温度异常变化位相明显超前于东太平洋SSTA且在空间上自西向东传播 ,同时有位相超前的量还包括模式第 1层厚度异常及热容量异常 ,这些对 ENSO的预测和机制研究具有重要意义。 SSTA的振幅在不同的季节背景下可受到不同的调节。以春季为背景 ,同样的异常风应力作用于海洋 ,可使 NINO3区 SSTA较正常季节背景下该区的 SSTA振幅明显增大 ;而在冬季背景下可使 SSTA受到一定程度的减幅 ,这说明 El Nino/L a Nina现象的发生和消亡有季节选择倾向。与春季背景下 NINO 3区SSTA的增幅倾向相反 ,模式第 1层厚度异常的振幅则受到削弱。而西太平洋赤道地区 ,模式海洋混合层的厚度异常则有所增强。这种与 SSTA增 /减幅反相关的现象需要进一步研究     

ENSO与中国东部夏季降水异常关系的年代际变化

根据1960—2011年Had ISST资料集中的月平均海表温度资料和中国753站逐日降水资料,基于转经验正交函数分解等分析方法,发现中国夏季降水的变化具有明显的独立性特征,可以分为相对独立的11个雨区,并在此基础上讨论了11个雨区夏季降水与ENSO的相关关系及其年代际变化,发现不同雨区的夏季降水与ENSO相关关系的年代际变化特征不尽相同,据此可分为3种类型:第1类为稳定不相关型,代表区为东北地区、长江中下游地区、江南地区、闽赣地区、环琼州海峡地区;第2类为稳定相关型,代表区为河套地区、黄河中下游地区;第3类为相关关系变化型,代表区为辽吉地区、黄淮地区、淮河流域以及两广地区。而在第3类相关关系变化型中,4个雨区夏季降水与ENSO相关关系的年代际突变时间也存在差异,两广地区的突变年份在1975年左右,辽吉地区和黄淮地区的突变年份在1980年左右,淮河流域的突变年份在1985年左右。     

ENSO对亚洲夏季风环流和中国夏季降水影响的诊断研究

文中以ＳＶＤ分析技术为基础,发展了一种用以提取一个矢量场和一个标量场耦合信号的统计诊断方法——联合ＳＶＤ方法（简记为ＣＳＶＤ）,并运用ＣＳＶＤ分析了ＥＮＳＯ对亚洲季风环流系统及中国夏季降水的年际变化的影响。结果表明,在ＥｌＮｉｎｏ年,印度夏季风减弱,东亚夏季风增强;而在ＬａＮｉｎａ年,印度夏季风增强,东亚夏季风减弱。且ＥＮＳＯ对亚洲夏季风环流影响显著的区域主要在长江流域南北气流交汇区和索马里急流区,而对中国夏季降水影响最显著的区域则在江淮流域。     

The ENSO’s Effect on Eastern China Rainfall in the Following Early Summer

ENSO’s effect on the rainfall in eastern China in the following early summer is investigated by using station precipitation data and the ERA-40 reanalysis data from 1958 to 2002. In June, after the El Nino peak, the precipitation is significantly enhanced in the Yangtze River valley while suppressed in the Huaihe River-Yellow River valleys. This relationship between ENSO and the rainfall in eastern China is established possibly through two teleconnections: One is related to the western North Pacific (WNP) ...     

ENSO事件与云南冬季气温异常

分析了1961年以来11次El Ni?o和8次La Ni?a事件对云南冬季气温变化的影响, 发现: El Ni?o (La Ni?a) 年云南冬季气温偏高 (低), 有暖 (冷) 冬特征, 其中以东部、中部和南部最为显著.冬季赤道东太平洋SSTA与同期云南气温距平有显著的正相关, 上一年SSTA与次年云南1月气温也有好的正相关. SSTA异常正 (负) 值是云南暖 (冷) 冬的一个强信号.在ENSO影响下, 东亚冬季风偏弱 (强) 是形成云南暖 (冷) 冬的主要原因.     

Numerical Simulation of the 1999 Yangtze River Valley Heavy Rainfall Including Sensitivety Experiments with Different SSTA

With the IAP/LASG GOALS model,the heavy rainfall of the summer of 1999 in the Yangtze River valley is simulated with observational sea surface temperature (SST).Comparing the simulations of 1999 with the corresponding ones of 1998 and the sensitivity experiments with different sea surface temperature anomalies (SSTA) at different ocean regions,the relationships between the floods in the Yangtze River valley and the SSTA in the Pacific and Indian Oceans are studied.The results show that the positive SSTAin the tropical Indian Ocean are a major contributor to the heavy rainfall and may be a very important index to predict the heavy rainfall over the Yangtze River valley in the summer.The simulations also show that the relationships between the SSTA in the tropical eastern Pacific and the heavy rainfall in the Yangtze River valley are very complicated,and the heavy rainfall in the Yangtze River valley can occur in both a decaying and an intensifying El Ninio event and also in a La Nina event.However,the different SSTA of different periods in the above three cases play different parts.     

NUMERICAL SIMULATION OF LAG INFLUENCE OF ENSO ON EAST-ASIAN MONSOON

By prescribing sea surface temperature anomalies(SSTAs)over eastern equatorial Pacific inJanuary—March,the lag influence of ENSO(El Nino and La Nina)on monsoon over East Asiahas been studied.The results suggest that,due to the excitation of atmospheric low-frequencyoscillation by the SSTA,ENSO has significant lag influence on the monsoon over East Asia.During the summer after E1 Nino,the subtropical high over western Pacific is intensified andshows the northward and westward displacement,meanwhile,the rainfall over East China isbelow normal,especially in North China:during the winter after E1 Nino,both the Asian troughand the winter monsoon over East Asia are strengthened.During the summer after La Nina,theanomalous subtropical high prevails over the lower reaches of Yangtze(Changjiang)River,therainfall between Yangtze and Huaihe Rivers is below normal:during the winter after La Nina,both the Asian trough and the winter monsoon over East Asia are weaker.Compared with LaNina,the effect of El Nino is stronger,but it is not always opposite to the one of La Nina.     

ENSO与中国夏季降水的联系:冬季QBO的调制作用

使用NCEP/NCAR再分析资料、中国气象局台站降水资料和GPCC降水资料,系统研究了在冬季平流层准两年振荡(Quasi-Biennial Oscillation, QBO)调制下,厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)不同阶段与中国夏季降水的可能联系。根据两者的位相和强度,可将它们的配置分为QBO西风/El Ni?o、QBO西风/La Ni?a、QBO东风/El Ni?o、QBO东风/La Ni?a。研究结果表明,在年际时间尺度上,ENSO和QBO无显著相关关系。冬季QBO西风位相时,El Ni?o发展年夏季,我国整体偏旱,而华南偏涝;衰减年夏季,华南、华东北部偏旱,东北、长江流域偏涝。La Ni?a发展年夏季,我国东部降水异常呈负-正-负的三极分布;衰减年夏季,东南沿海偏涝。冬季QBO东风位相时,El Ni?o发展年夏季,长江以北偏旱;衰减年夏季,我国东部降水异常呈负-正-负的三极分布。La Ni?a发展年夏季,江淮和华南南部偏旱;衰减年夏季,我国东部沿海偏涝。ENSO是影响我国夏季降水异常的重要因子,而QBO的调制作用在ENSO衰减年夏季更为显著。相比冬季QBO东(西)风位相,QBO西(东)风位相时El Ni?o (La Ni?a)期间赤道西太平洋负(正)海温异常更强,衰减年夏季位于西太平洋的异常下沉(上升)运动和印度洋的异常上升(下沉)运动更强更深厚,西太平洋副热带高压范围更大(小),南亚高压更偏东(西)。      

多因子和多尺度合成中国夏季降水预测模型及预报试验

根据青藏高原60个站平均的月积雪深度、热带太平洋Nino 3区月海温和中国160个站月降水量等资料,用小波变换和相关分析,分析了1958～1998年秋冬季青藏高原异常雪盖与El Nino-南方涛动(ENSO)的关系、多时间尺度变化的特征及其与中国夏季降水的相关型式.并取青藏高原积雪和Nino 3区海温的年际变化、年代际变化和线性趋势三种不同时间尺度的小波分量作为预报因子,对我国夏季降水距平作线性回归,建立了相应的预测模型.最后,利用1999～2002年的独立资料进行了预报试验,并在2003年和2004年应用于实际预报.研究表明,青藏高原雪盖与ENSO这两个物理因子彼此具有一定的独立性.它们都是多时间尺度现象,并与中国夏季降水有较好的关系.在不同时间尺度上不仅有不同的相关型式,而且相对贡献也有变化.回归预测模型的拟合情况和预报试验表明,综合考虑前期秋冬季青藏高原雪盖和ENSO这两个物理因子的年际变化、年代际变化和线性趋势作为预报因子建立的预测我国夏季降水距平分布的模型,有一定的预报能力.     

Different Relationships Between Spring SST in the Indian and Pacific Oceans and Summer Precipitation in China

Observational and reanalysis data are used to investigate the different relationships between boreal spring sea surface temperature （SST） in the Indian and Pacific oceans and summer precipitation in China. Partial correlation analysis reveals that the effects of spring Indian Ocean SST （IO SST） and Pacific SST （PSST） anomalies on summer precipitation in China are qualitatively opposite. When IO SST anomalies are considered independently of PSST anomalies, precipitation decreases south of the Yangtze River, in most areas of Inner Mongolia, and in some parts of Liaoning Province, and increases in the Yangtze River valley, parts of southwestern and northern China, northeastern Inner Mongolia, and Heilongjiang Province. This results in a negative-positive-negative-positive pattern of precipitation anomalies in China from south to north. When PSST anomalies （particularly those in the Nin o3.4 region） are considered independently of IO SST anomalies, the pattern of precipitation anomalies in China is positive-negative-positive-negative from south to north. The genesis of summer precipitation anomalies in China is also examined when El Nin o-Southern Oscillation （ENSO） signals are removed from the ocean and atmosphere. An anticyclonic low-level wind anomaly forms in the South China Sea-Northwest Pacific area when the IO SST anomaly （SSTA） is warm and the Northwest Pacific SSTA is cold. This anticyclonic anomaly substantially influences summer precipitation in China. Anomalous warming of tropical IO SST induces positive geopotential height anomalies in the subtropics and an east-west dipole pattern in midlatitudes over Asia. These anomalies also affect summer precipitation in China.     

Spatial and interannual variations of spring rainfall over eastern China in association with PDO–ENSO events

The spatio-temporal variations of eastern China spring rainfall are identified via empirical orthogonal function (EOF) analysis of rain-gauge (gridded) precipitation datasets for the period 1958–2013 (1920–2013). The interannual variations of the first two leading EOF modes are linked with the El Niño–Southern Oscillation (ENSO), with this linkage being modulated by the Pacific Decadal Oscillation (PDO). The EOF1 mode, characterized by predominant rainfall anomalies from the Yangtze River to North China (YNC), is more likely associated with out-of-phase PDO–ENSO events [i.e., El Niño during cold PDO (EN_CPDO) and La Niña during warm PDO (LN_WPDO)]. The sea surface temperature anomaly (SSTA) distributions of EN_CPDO (LN_WPDO) events induce a significant anomalous anticyclone (cyclone) over the western North Pacific stretching northward to the Korean Peninsula and southern Japan, resulting in anomalous southwesterlies (northeasterlies) prevailing over eastern China and above-normal (below-normal) rainfall over YNC. In contrast, EOF2 exhibits a dipole pattern with predominantly positive rainfall anomalies over southern China along with negative anomalies over YNC, which is more likely connected to in-phase PDO–ENSO events [i.e., El Niño during warm PDO (EN_WPDO) and La Niña during cold PDO (LN_CPDO)]. EN_WPDO (LN_CPDO) events force a southwest–northeast oriented dipole-like circulation pattern leading to significant anomalous southwesterlies (northeasterlies) and above-normal (below-normal) rainfall over southern China. Numerical experiments with the CAM5 model forced by the SSTA patterns of EN_WPDO and EN_CPDO events reproduce reasonably well the corresponding anomalous atmospheric circulation patterns and spring rainfall modes over eastern China, validating the related mechanisms.     

ENSO对其后东亚季风活动影响的GCM模拟研究

将１～３月赤道东太平洋海表水温距平（ＳＳＴＡ）引入大气环流模式,模拟研究了ＥＮＳＯ（厄尔尼诺和拉尼娜）对其后东亚季风活动的影响。结果表明,由于ＳＳＴＡ在大气中强迫激发出了大气低频振荡,使得ＥＮＳＯ对其后的东亚季风活动仍有明显影响。厄尔尼诺之后的夏季,西太平洋副热带高压偏强偏北且西伸明显,中国东部降水偏少,尤其是华北地区;厄尔尼诺之后的冬季,东亚大槽偏深,冬季风偏强。拉尼娜之后的夏季,中国长江下游为异常副热带高压单体控制,江淮流域雨量偏少;拉尼娜之后的冬季,东亚大槽偏弱,东亚冬季风偏弱。厄尔尼诺的影响比拉尼娜的影响略强,两者的影响并非完全反相。     

春夏季赤道中东太平洋海温异常变化与东亚夏季风关系的研究

利用1951—2003年的Ni?o1+2, 3, 4和3.4区的海温异常指数, 分析了各个海区3—8月海温异常随时间的变化与我国夏季降水的关系。研究发现4个海区海温异常变化与我国长江流域、江南地区、华北地区以及西北东部地区的夏季降水都有较高的相关性。合成分析表明:在海温异常随时间变化为正的年份, 上述地区的夏季降水偏少; 在海温异常随时间变化为负的年份, 情况正好相反。在此基础上, 分析了Ni?o3.4区的海温异常变化和高低空纬向风垂直切变之间的关系, 发现海温异常变化与东亚夏季风的环流场之间也有很好的关系。由合成分析结果发现, 在海温异常变化分别为正和负的年份, 500 hPa高度距平场、850 hPa纬向风距平场、850 hPa流场距平场, 200 hPa纬向风距平场及高低空纬向风距平切变均具有显著的差异, 尤其是在长江流域以南、南海及我国的东北地区都呈相反的分布形势。因此, Ni?o3.4区的海温异常随时间的变化可以为东亚夏季风和我国夏季降水的预报提供一定的依据。