东亚夏季风南北进退的年代际变化对我国区域降水的影响

利用1958-2001年的中国740站逐日降水资料和欧洲中期天气预报中心(ECMWF) ERA40再分析资料,综合动力因子和热力因子定义了东亚夏季风指数,并利用该指数的变化定义了东亚夏季风前沿,客观、详尽地描述了季风的移动特征.结果表明,在1958-2001年期间,东亚夏季风活动在1965、1980和1994年出现3次明显转变.1958-1964年东亚夏季风前沿在华南和华北地区停留时间异常偏长,而在长江中下游地区停留时间异常偏短;1965-1979年季风前沿在华南和黄河下游地区停留时间稍长;1980-1993年季风前沿集中在长江中下游地区时间异常偏长,而在华北地区停留时间异常偏短;1994-2001年东亚夏季风在长江以南停留时间偏长,从而导致了我国东部区域降水的异常分布、旱涝灾害频繁发生.     

对称不稳定与初始扰动尺度关系的数值研究

采用两个不同的东亚夏季风指数分析了1951～1999年间东亚夏季风强度的年代际变化特征。结果一致表明,20世纪70年代中期左右,东亚夏季风经历了由强到弱的年代际变化。而且西太平洋副热带高压作为东亚季风系统的重要成员,其强度和位置也在1970年代中期左右发生了明显的年代际变化。这种大气环流背景的年代际变化造成了1970年代中期以后我国的华北地区干旱少雨;长江中下游地区洪涝多雨。     

THE INTERDECADAL VARIABILITY OF EAST ASIA MONSOON AND ITS EFFECT ON THE RAINFALL OVER CHINA

1 INTRODUCTION It is known early on that the intensity of East Asia monsoon affects the climate change in China and prompts much research in this aspect[1, 2]. The research also shows that the East Asia monsoon plays a more important role than the Indian …     

华南春季降水和水汽输送的年代际变化特征

The characteristics of spring precipitation and water vapor transport in South China were analyzed by using observational data and the National Centers for Environmental Prediction （NCEP） reanalysis data. The results show that, during the spring, each component of the water cycle （precipitation, wind field, specific humidity, water vapor transport, etc.） in South China exhibits a notable interdecadal variability. An abrupt increase in spring precipitation occurred in the early 1970s. During the dry period from 1958 to 1971, a water vapor flux divergence （positive divQ） existed in South China, which may have led to the deficiency in rainfall. However, during the wet period from 1973 to 1989, there was a remarkable water vapor flux convergence （negative divQ） in South China, which may have resulted in the higher rainfall. The interdecadal variability of water vapor transport is closely related to the interdecadal variability of wind fields, although the interdecadal variability of specific humidity also plays a role to some extent, and the interdecadal variability of the zonal water vapor transport contributes much more to the interdecadal variability of spring precipitation than the meridional water vapor transport.     

Synergistic Interdecadal Evolution of Precipitation over Eastern China and the Pacific Decadal Oscillation during 1951–2015

本研究利用多窗谱分析—奇异值分解（MTM-SVD）方法,研究了中国东部降水的年代际演变（10—30年的周期）及其与北太平洋海表温度（SST）的关系。在1951—2015年期间,中国降水和北太平洋SST场都具有两个重要的年代际信号,其周期分别为11年和23年。通过太平洋年代际振荡（PDO）相关的阿留申低压异常对西太平洋副热带高压（WPSH）和蒙古高压（MH）的影响,北太平洋SST强迫可以调节中国降水的年代际变化。对于11年周期,在PDO负位相（PDO–）的发展期,WPSH和MH的减弱使长江流域的降水增多;而在PDO–衰退期,WPSH和MH的增强导致雨带北移至华北地区。对于23年周期,在PDO–发展期,WPSH和MH的减弱使华北地区的降水增多;在PDO–衰退期,WPSH偏强而MH偏弱则有利于华南的降水增多。如1998年洪水事件的个例所示,11年和23年周期变率对中国不同地区降水变化的贡献存在差异：11年周期主要是长江流域降水增多的原因,而23年周期是东北地区降水增多的原因。这些结果阐明了PDO是如何调节中国降水年代际变化的过程和机制,对提高气候年代际预测的能力具有重要意义。     

长江中下游夏季雨带分型及其年代际变化Ⅰ:统计特征

利用中国气象局提供的1951—1998年全国160站月平均降水资料及NCEP/NCAR月平均再分析资料,采用REOF方法分析,结果表明:长江中下游地区夏季降水可以显著分为南北两支雨带,一支位于长江中下游以南,江西、湖南和浙江一线;另一支位于重庆、陕西东南部、湖北、河南南部和安徽一线,都呈现出东西向的带状分布。分析还表明:这两支雨带具有明显的年际和年代际变化特征;在年代际尺度上,南支雨带表现为14 a的主周期,而北支雨带表现为8 a的主周期,且两支雨带降水的多寡时段有明显的不同;东亚夏季风和西太平洋副热带高压的强弱对两支雨带降水的多少和分布形态有重要影响。     

华北盛夏降水年代际变化与南半球环流异常的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国160个台站降水资料,分析了华北盛夏降水与南半球马斯克林高压、澳大利亚高压的年际关系。结果表明,华北盛夏降水和马高、澳高在年际变化尺度上都有着显著的负相关关系,且这种关系存在年代际变化,并重点分析了与华北盛夏降水年代际变化相对应的南半球环流异常型的特征。     

我国华北地区春季降水的年代际变化特征及其可能成因的探讨

利用我国160个台站1951~2000年逐月和华北地区80个台站逐日降水观测资料,分析了我国,特别是华北地区春季降水的年代际变化特征。分析结果表明:华北地区春季降水具有明显的年代际变化,1951~1965年华北地区春季降水略偏少,1966~1976年华北地区春季降水更加偏少,春旱较严重,1977~2000年为华北春季降水明显偏多,这时期5~6月降水比1966~1976年有明显增多;并且,分析结果也表明了华北地区和黄河流域春季降水存在着与夏季降水相反的年代际变化特征。另外,作者还利用欧洲中心ERA40资料集的1958~2000年月平均700 hPa风场再分析资料,分析了东亚上空春季700 hPa风场的年代际异常情况,从而来探讨华北地区春季降水年代际变化的成因。其分析结果表明:1965年以前,蒙古高原上空存在着明显的反气旋距平环流,我国华北地区有偏北风距平,这使得我国华北地区在1965年以前春季降水偏少;1966~1976年,我国华北地区仍为偏北风距平,且我国东部沿海到南海上空的偏北风距平增强,这使得华北地区春季降水进一步减少;1977~2000年,东亚上空700 hPa环流场发生了一个明显的变化,华北地区出现偏南风距平,且我国东部沿海到南海上空的偏南风距平增强,这使得我国南方暖湿气流易输送到华北地区,从而造成我国华北地区春季降水增加。     

格点降水资料在中国东部夏季降水变率研究中的适用性

本文使用1951~2010年PREC、CRU、APHRO和GPCC 4种格点降水资料,通过比较其与中国756站点观测降水资料在中国东部(105°E以东)夏季降水变率中的差异,检验和评估了它们的可靠性和适用性。结果表明:中国东部夏季降水变率的前3个主要模态分别是以江淮流域、长江流域和华北与东北南部为核心的经向多中心分布,有明显的年际和年代际变率特征,且干旱特征较洪涝更明显;长江流域夏季降水异常的主周期为3~7 a和20~50 a,而江淮流域和华北地区夏季降水异常的主周期则为准2 a和准10 a。另外,长江与江淮流域和华南地区分别在1970s末和1990s初发生了显著的年代际转变;4种格点降水资料都能很好地再现中国东部夏季降水的时空变率特征,但由于GPCC格点降水资料是基于更多的基站观测和更精细复杂的质量控制方案得到的,因此它具有更高的可靠性。     

海温异常对东亚夏季风强度先兆信号的影响

利用ERA-Interim再分析资料、NOAA海温资料、CMAP格点降水资料和中国气象站降水资料,通过合成、相关和回归分析等方法研究了1979—2012年东亚夏季风强度与其先兆信号的关系,并分析了热带海温异常的可能影响。研究表明:东亚夏季风先兆指数反映了2月200 hPa纬向风距平的主要模态特征 (EOF1),前冬热带中东太平洋海温偏低 (高),2月亚洲地区西风急流位置偏北 (偏南),东亚夏季风先兆指数偏强 (弱)。前期热带海温异常对东亚夏季风强度有明显影响,前冬热带中东太平洋海温偏低 (高) 有利于东亚夏季风偏强 (弱)。2月亚洲中纬度地区纬向风异常特征在春季不能持续,先兆信号与东亚夏季风强度的联系主要源自热带海洋。     

华北夏季降水的年代际变化

利用我国740个测站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,使用合成分析等方法,对华北夏季降水的年代际变化特征进行分析。结果表明：华北夏季降水的年代际变化与华北夏季雨带的年代际变化密不可分。在华北夏季降水偏多阶段,华北地区雨带降水量较大,华北雨带能够向西延伸,雨带位置大多数时间能够越过115°E,并且能够接近华北西部边界110°E,位置偏西;而在华北夏季降水偏少阶段,华北雨带降水量偏小,雨带虽然也能够越过115°E,但维持时间不长,且向西延伸并不明显,雨带位置很难接近华北西部边界110°E,位置偏东。华北雨带发生的年代际变化和东亚地区大气环流以及东亚夏季风的年代际变化有关。     

中国降水场QBO分布型态及其长期变率特征

采用带通滤波法,奇异谱分析（SSA）和小波分析（WTA）综合研究了近50年中国降水场的准两年周期振荡（QBO）的分布型态及其长期变率特征。结果表明,QBO分量在中国降水场年际振荡中举足轻重,具有显著而稳定的特征：50年代到60年代初期,QBO分量振幅较大,频率较小;60年代中后期到70年代初,振幅有所衰减,频率有所加大;70年代中后期到80年代直至90年代初,频率再次减小,振幅也相对较小;90年代中期,振幅和频率都有增大的趋势。准两年振荡在不同季节主型态中表现有所不同,在冬、夏季表现较强、秋季次之,春季最弱。     

马斯克林高压与华北盛夏降水的年际关系及其年代际变化

利用NCEP／NCAR、ERA-40再分析资料和中国160站盛夏（7、8月）降水资料,使用相关分析、合成分析等方法,分析了马斯克林高压（马高）与华北盛夏降水的年际关系及其年代际变化。结果表明：马高与华北盛夏降水在年际时间尺度上存在显著的负相关关系,这种显著的负相关关系从1974年以后开始减弱。在强关系阶段（1951-1973年）,马高与中国东部盛夏降水的显著负相关中心主要位于华北地区;在弱关系阶段（1974-2011年）,马高与华北盛夏降水的负相关关系变弱,与长江中下游地区的正相关关系变强。导致马高与华北盛夏降水年际关系发生年代际变化的原因是：中国东部地区（不）受来自马高的异常偏南气流影响,使得华北盛夏降水偏多（少）,两者关系偏强（弱）。马高与华北盛夏降水年际关系发生的年代际变化,是中国东部地区从20世纪70年代中期以后出现“南涝北旱”的原因之一。     

影响江南春雨年际变化的前期海洋信号及可能机理

利用1980—2017年华南地区303个国家级地面气象站逐小时降水数据、ERA-Interim再分析资料,分析华南前汛期（4—6月）降水统计特征,定义站点上短时（1—6 h）、中等时长（7—12 h）和长时（>12 h）降水事件,对比降水量、频次和强度在南海季风爆发前后的变化,以及所定义的西部内陆、东部内陆、沿海地区的异同。结果表明：（1）南海季风爆发后,研究区域平均而言,三类降水事件的降水量增多、小时降水强度增强,短时、长时降水事件发生频次增多,而中等时长降水事件发生频次有所减少。（2）从空间分布来看,南海季风爆发后,小时降水强度在整个华南地区均增强,西部内陆时长大于6 h的降水事件尤为明显;降水事件的发生频次在西部内陆和沿海地区升高,而东部内陆时长大于6 h的降水事件发生频次降低,因此,季风爆发后西部内陆和沿海地区的总降水量均显著增大,而东部内陆的总降水量变化不大。（3）西部内陆降水事件主要在夜间开始发生,持续时间越长的事件越早开始,且由西向东逐渐推迟;东部内陆短时降水事件主要在14时（北京时,下同）左右开始,季风爆发后更为明显,而时长大于6 h的降水事件的开始时间和峰值时间无明显的分布规律;沿海地区短时降水事件在季风爆发前主要于05—08时开始,季风爆发后,在海岸线约50 km以内仍然如此,而较远离海岸线的短时降水事件主要于14时开始,沿海地区长时降水事件在季风爆发前、后都倾向于在夜间开始,并在日间出现峰值。

     

一种基于可预报性的暴雨预报评分新方法Ⅰ:中国暴雨可预报性综合指数

针对当前暴雨预报检验采用二分类事件检验方法存在的双重惩罚导致评分过低,没有考虑到中国暴雨可预报性时、空分布不均,不便于对比分析不同区域暴雨预报能力差异等问题,为了发展基于可预报性的新型暴雨预报评分方法,在综合分析影响预报员暴雨预报信心的主要因素（暴雨气候统计特征、天气影响系统运动尺度特征及数值模式预报能力等）基础上,利用2008—2016年4—10月中国国家气象信息中心5 km×5 km分辨率的多源降水融合格点分析资料、站点降水观测资料和中国国家级业务区域模式降水预报资料以及扩展空间暴雨样本统计方法,构建了一种新型的中国暴雨可预报性综合指数（Synthetic Predictability Index of Heavy Rainfall,以下简称SPI）数学模型,以定量描述中国各区域的暴雨可预报性特征。SPI数学模型由暴雨气候频率、暴雨面积比率和模式暴雨预报成功指数（Threat Score,TS）3个分量组成,计算了2008—2016年4—10月SPI的3个分量及其时、空变化特征。分析结果显示:暴雨面积比率对SPI的时间和空间变化影响最大,两者偏相关系数大于0.9;其次是暴雨气候频率的影响,两者偏相关系数值为0.8左右;第三是模式暴雨预报TS评分的影响,两者的偏相关系数为0.7左右。分析还发现,SPI大值区随季节而变化,空间分布不均匀:4—5月,可预报性大值区主要分布在华南地区;6—7月,主要分布在江淮流域;7月中旬至8月,大值中心从江淮北部移到华北和东北地区;9月,副热带高压南撤,大值中心也相应南撤。      

中国低纬高原汛期强降水事件的年代际变化及其成因研究

利用位于低纬高原主体的云南省境内94个台站1961～2008年汛期(5～10月)的逐日降雨量资料,以≥25 mm为标准,研究了近50年来低纬高原汛期强降水事件的年代际变化规律及其成因.结果表明:低纬高原区汛期强降水事件气候平均的空间分布与年总降水量的分布一致,具有明显的年代际变化特征.其中,20世纪60年代和20世纪末...