热带海温影响我国南方冬季降水年际变化的年代际差异及其成因

利用中国740个站逐月降水资料、NOAA月平均海表温度资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用统计学方法分析了近50 a(1961/1962至2010/2011年冬季)海温异常对我国南方冬季降水年际变化影响的年代际差异及其成因。结果表明:(1)中国冬季降水大致位于长江以南的我国南方地区,降水年际变化较强。1987年后,在El Niňo年中国南方冬季降水偏多。(2)中国南方冬季降水与赤道中东太平洋海温异常以及海洋性大陆西部海温异常密切相关。但相关性存在年代际差异:1987年之前,主要与海洋性大陆西部海温异常相关;1987年之后,主要与赤道中东太平洋海温异常密切相关,海洋性大陆西部海温异常次之。(3)1987年之前,海洋性大陆西部海温通过影响东亚环流形势和水汽条件影响我国南方降水;在1988年之后,海洋性大陆的影响趋于减弱,而赤道中东太平洋海温异常通过改变水汽条件影响我国南方冬季降水强度。     

季风的季节、年际和年代际变化

区域季风和全球季风的分布依赖于季风的定义。基于“季风是热带大气水汽中心随越赤道气流向赤道外季节扩展”的定义总结并讨论了东亚季风的区域特征、亚洲季风的季节进程和全球季风的分布以及季风的年际和年代际变化。最后对季风研究的潜在方向作了适当的讨论。     

西北太平洋热带气旋频数的年际、年代际变化及预测

利用1950-2009年60 a的热带气旋资料、NOAA海温、NCEP再分析资料及74项环流指数等资料,研究了西北太平洋热带气旋频数的年际、年代际变化特征,结果表明,西北太平洋热带气旋生成频数既有显著的年际变化,同时也存在明显的年代际变化。自1950年以来,西北太平洋热带气旋频数经历了一个先增加再减少的过程,其中转折点在20世纪70年代中后期,与之相对应,热带气旋路径频数也呈现明显年代际变化。在此基础上,通过分析前期春季海温场、大气环流异常及环流指数与夏季(6-10月)热带气旋生成频数的相关关系,选取了影响夏季西北太平洋热带气旋活动频数的预测因子,建立了一个夏季西北太平洋热带气旋生成频数的多元回归预测模型。检验结果表明,该模型能较好地拟合1951-2003年夏季西北太平洋热带气旋生成频数的年际变化,拟合率为0.6。对2004-2009年夏季热带气旋生成频数的独立样本预测试验表明,该模型对夏季西北太平洋热带气旋活动频数具有较好的预测能力,可以为热带气旋业务预报提供一定参考。     

河南省汛期降水年代际变化及旱涝灾害的预防

河南省汛期降水具有明显的年代际和年际两种时间尺度变化，降水分布有区域性特征。按照年代际、年际趋势变化，可确定河南省旱涝发展趋势，并通过制定旱涝分级预警措施，减少旱涝对工农业生产造成的危害。     

河南省汛期降水年代际变化及旱涝灾害的预防

河南省汛期降水具有明显的年代际和年际两种时间尺度变化,降水分布有区域性特征.按照年代际、年际趋势变化,可确定河南省旱涝发展趋势,并通过制定旱涝分级预警措施,减少旱涝对工农业生产造成的危害.     

气候变暖背景下我国南方旱涝灾害时空格局变化

我国南方地区各季节降水异常主要包含三种优势模态：长江及其以南地区降水呈整体偏多或偏少的一致型,长江中下游流域与华南呈反相变化的南北反相型以及东南与西南呈反相变化的东西反相型。其中一致型是南方地区各季节降水变率的第一优势模态。总体而言,在1961—2013年南方地区平均降水存在明显的年代际和长期趋势变化。其中,夏季和冬季南方区域平均降水具有相似的年代际变化特征,而秋季降水的年代际演变几乎与上述两个季节的相反。不过,在近30年南方各季降水量发生年代际转折的时间不尽相同：春季和秋季降水分别在21世纪初期和20世纪80年代中后期之后进入干位相,冬季和夏季降水则分别在80年代中期和90年代初期之后进入湿位相。自21世纪初期以来,南方夏季和冬季降水逐渐转入中性位相。此外,南方春季和秋季降水均呈减少趋势;而夏季和冬季则相反,均呈增多趋势。对于西南地区,除了春季外,其他三个季节的降水均呈减少趋势,出现了季节连旱的特征,尤其是秋旱最为严重。不过,不管是季节降水量还是旱/涝日数,在我国南方大部分地区其线性变化趋势并不十分显著,这与南方降水年代际分量对降水变率存在较大贡献相关。分析还发现,我国南方区域洪涝受灾面积具有比较明显的年代际变化,而干旱受灾面积则没有明显的年代际变化特征,近十多年来西南地区干旱和洪涝受灾出现了交替互现的特点。     

印度季风的年际变化与高原夏季旱涝

根据NCEP／NCAR再分析资料和海表面温度距平资料,分析了西藏高原夏季降水5个多、少雨年春、夏季印度洋850hPa、200hPa合成风场和合成海温场,发现多、少雨年前期与同期印度洋高、低空风场和海温场均存在明显差异,主要表现为高原夏季降水偏多(少)年印度夏季风偏强(弱),在850hPa合成风场上印度半岛维持西(东)风距平,西印度洋—东非沿岸为南(北)风距平,夏季阿拉伯海区和孟加拉湾出现反气旋(气旋)距平环流;200hPa合成风场上印度半岛维持东(西)风距平,南亚高压偏强(弱),索马里沿岸为南(北)风距平。印度夏季风异常与夏季印度洋海温距平的纬向分布型有密切联系。当夏季海温场出现西冷(暖)东暖(冷)的分布型时,季风偏强(弱),高原降水普遍偏多(少)。相关分析指出,索马里赤道海区的风场异常与高原夏季降水的关系最为密切,在此基础上我们定义了一个索马里急流越赤道气流指数,用它识别高原夏季旱涝的能力较之目前普遍使用的印度季风指数有了明显的提高。     

1960—2009年中国年降水量的年际及年代际变化特征

利用1960-2009年中国台站降水量资料,揭示了全国、区域年降水量变化的多时间尺度的复杂结构和地区性差异,并根据年代际周期对未来降水量变化的贡献进行了预估。我国北方年降水量年际变化较强,年际变化对年降水量的贡献较大;南方年降水量年际变化相对较弱,年际变化对降水量的贡献较小,东北和西北地区年降水量的年代际变化较强,年代际变化明显,且同位相;其他地区年降水量年代际变化相对较弱。我国东北、西北、华南、青藏高原、西南地区年降水量的年代际变率对年降水量的贡献目前处于下降阶段,未来5-10年年代际变化的贡献可能继续呈下降趋势;长江中下游地区年降水量的年代际变率对年降水量的贡献目前处于上升阶段,未来5-10年年代际变化的贡献可能继续呈上升趋势。     

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。      

我国旱涝气候灾害的年代际变化及其与东亚气候系统变化的关系

通过观测资料分析我国旱涝灾害的年代际变化特征,表明从1976年之后迄今我国华北地区发生持续干旱,严重影响了此地区的水资源和经济的可持续发展,并且长江、淮河流域夏季季风降水明显增加,洪涝灾害频繁发生.作者还从东亚气候系统的年代际变化系统地分析了发生在我国旱涝气候灾害年代际变化的机理.分析结果表明: 从20世纪70年代中后期迄今,热带中、东太平洋海温上升,并出现 "类似于厄尔尼诺(El Ni(n)o)型" 分布的年代际海温距平.这不仅引起了东亚和西太平洋上空EAP型遥相关环流异常分布的年代际变化,使得从1976年之后迄今东亚夏季风变弱、西太平洋副热带高压偏南、偏西,而且引起了热带Walker环流的变化; 并且,由于热带Walker环流的年代际变化,引起了从20世纪70年代中后期到现在北非上空下沉气流的加强,从而使得萨赫勒及以东地区上空反气旋环流异常增强,并由于遥相关波列的传播,从而导致我国华南上空反气旋环流距平的增强; 此外,中高纬度欧亚型遥相关环流异常分布也发生了年代际变化,使得1976年之后我国华北地区上空出现反气旋环流异常.这些使得到达华北的偏南季风气流减弱和长江、淮河流域水汽输送的辐合,从而导致了我国旱涝的年代际变化.分析结果还表明了从20世纪70年代后期迄今青藏高原冬、春积雪天数增多,深度加深,以及我国西北干旱、半干旱区地-气温差增大,这些有利于长江和淮河流域夏季降水增多,而不利于华北地区夏季降水.     

近47a华南前汛期旱涝特征

采用华南61站47a（1958-2004年）前汛期（4-6月）逐日降水资料,利用统计方法对华南前汛期的旱涝特征进行了研究。结果表明：47a来华南有12个涝年和12个旱年发生,较严重的旱涝年主要发生在20世纪50年代末至70年代中期以及90年代以后;前汛期旱涝变化以2～4a的年际尺度周期最为显著;4、5月旱涝的年代际变化特征较为一致,而5月与6月在年代际尺度上具有一定的反位相变化特征;地理分布上,可将华南地区前汛期降水分为5个旱涝异常气候区。近47a来桂南、粤西和东南沿海地区呈现旱—涝—旱的变化特征,而桂北区由旱转涝趋于雨涝的趋势明显,东北部山区由涝转旱趋于干旱的趋势明显。     

东北地区夏季干旱的年际—年代际变化特征

利用国家气候中心提供的1951—2012年160个标准站的逐月降水和温度资料,计算了表征东北地区干旱的SPEI指数,并对该指数进行EMSD分解,研究了东北地区干旱的年际—年代际变化特征。结果表明,东北地区夏季干旱年际—年代际变化特征明显,年际变化中具有显著的准2 a、准5 a和准7 a振荡周期;年代际变化中则具有显著的准17 a和22 a振荡周期。进一步分析发现,1975—1984年和1994—2008年为相对干旱阶段,其中1994—2008年旱情比较严重,1953—1975年、1984—1994年以及2009—2012年为相对湿润阶段。Mann-Kendal检验结果表明,东北地区夏季旱涝突变发生在1975年和1994年。     

拉萨近45年旱涝变化的初步探讨

采用二值时间序列分析的方法,对拉萨旱涝变化的规律,旱涝持续性、转折性和周期性进行探讨,同时对太阳黑子与旱涝的关系进行研究。结果发现,拉萨历史上涝出现的机率明显多于旱,旱涝的持续性比交替性占优势;出现一次涝的过程后,平均将有2～3年左右的非涝过程,而一次旱的过程后,平均将有3年的非旱过程,最长达7年。涝的主要周期为2～3年,旱以3年、6～7年为周期。在太阳黑子低值年的当年及第一年和高值年的当年、第一年、第三年易出现干旱,而高值年的第二年易发生涝。     

南亚高压的年际和年代际变化

利用1958～1998年NCEP/NCAR再分析月平均100 hPa高度场和风场资料， 依据大气环流观测事实及天气学原理，较客观地定义了描述南亚高压活动的特征参数， 然后对南亚高压的年际及年代际变化特征进行了系统的诊断分析。发现北半球中低纬 100 hPa环流异常具有空间整体性和时间持续性，即北半球中低纬100 hPa环流同时加 强或同时减弱，并且其整体异常具有明显的年代际变化。南亚高压面积和强度的变化 存在3.8年的振荡周期，与ENSO的循环周期一致。南亚高压的中心和脊线在夏季较为稳 定，较大的年际差异出现在春季。高压面积和强度的年际变化最明显，并且面积大、 强度强的年份往往与El Niao年相对应。南亚高压的位置和强度还存 在明显的年代际变化，自1978年以后，冬半年南亚高压脊线南移，中心东移，面积增大， 强度增强，夏半年南亚高压的位置变化不很明显，但是面积和强度也增大增强。这种年代 际异常与低层大气系统及赤道太平洋海温的年代际异常一致。南亚高压强度距平与热带 海洋SSTA密切相关，与印度洋海区的同期相关最好。南亚高压强度异常对印度洋SSTA的 响应时间为0～5个月，对赤道中东太平洋SSTA的响应时间为4～6个月。南亚高压明显的 年际和年代际变化特征表明，可将南亚高压看作气候系统中大气子系统异常的强信号， 通过分析南亚高压的年际及年代际异常可以更直接地研究和预测区域气候异常。     

西安地区旱涝气候的长期变化

根据西安丰富的历史旱涝史料,建立了近１５００年旱涝序列,并采用滑动滤波、功率谱分析、谐波分析等方法,对西安地区旱涝气候的长期变化进行分析。     

旱涝指数的研究

提出了一种新的区域旱涝指数及其旱涝标准的划分方法，并运用该指数对近50a（1951－2000年）来华北地区夏季旱涝进行了分析，通过与其他旱涝指数的比较分析，发现该指数能较合适地反映区域旱涝的程度和范围，且划分旱涝的标准较客观，具有一定的普适性。     

华南南部前汛期气温异常的时空变化特征

利用国家气候中心整编的1951—2000年中国160个站的月平均气温资料，根据“九五”重中之重项目执行组指出的华南地区代表站，选出华南南部地区12个代表站。侧重分析了华南南部前汛期气温异常的季节、年际和年代际变化的时空特征。发现在年代际变化方面，20世纪60年代中期到80年代末为相对低温期，90年代以后温度有明显升高的趋势，而且50a温度变化的总趋势是增加的。华南南部前汛期气温异常存在2a、4a、5a的年际周期和12a和19a的年代际周期；在空间上，华南南部前汛期气温增暖的幅度相对较弱，华南南部的前汛期气温与全国大部分地区呈现同位相的变化特征，与个别地区呈反位相。     

西北地区东部旱涝气候特征

利用中国气象科学研究院收集、整理的西北地区东部代表站1470~2003年的旱涝等级资料,根据不同的地形地貌特征和气候特征,将西北地区东部分为3个气候区,利用周期分析、coif3小波变换等统计分析方法对3个气候区534年旱涝指数的年代际气候特征及地域之间旱涝变化的差异进行分析。结果表明,西北地区东部不同区域旱涝的时空分布特征不尽相同,旱涝演变趋势、旱涝周期变化既有一致性,也存在明显的差异。534年以来北部、中部由偏旱趋于正常或偏涝,南部1724年以前的变化趋势由偏旱趋于偏涝,1724年以后由偏涝趋于偏旱;3个气候区都存在25年和10年的显著周期,其中中部还存在14~15年的显著周期,说明中部旱涝交替较北部和南部明显。     

我国西北地区春季旱涝气候特征研究

利用西北地区160个台站1950～2000年春季降水量资料,讨论了西北5个区域的旱涝气候特征,发现西北东部和北疆山前地带降水气候变化最为激烈,旱涝事件频繁.整个西北地区春季干旱虽较雨涝多见,但严重雨涝的发生多于严重干旱,且严重旱涝的发生自20世纪80年代以来有增加的趋势.西北各区的旱涝演变具有阶段性和群发性的特点,存在年代际的变化周期和5～6年的准周期振荡.西北东部春季严重雨涝和严重干旱发生时,中高纬度大尺度环流及副热带大气环流特征迥然不同,且分别对赤道中东太平洋海温和北太平洋西风漂流区海温异常表现出遥响应的关系.     

华南旱、涝年前汛期水汽输送特征的对比分析

利用卫星遥感反演的降水资料及中国740个测站逐日降水资料,根据定义的旱涝指数,划分了1957—2002年期间的华南旱涝年份。利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,分别讨论华南前汛期4~6月、4月及6月的水汽输送的气候特征。在此基础上,进一步研究了4~6月、4月及6月水汽输送及其源地在华南前汛期涝年和旱年的不同特征。结果表明:影响华南的水汽输送环流在南海夏季风建立前后具有明显不同的气候特征,华南前汛期(4~6月)降水应分为南海夏季风爆发前4月份至夏季风爆发与南海夏季风爆发至6月两个时段。来源于西太平洋的水汽输送变化和来自中国北方的水汽输送变化对华南降水异常有重要作用,而阿拉伯海—孟加拉湾地区的水汽输送变化对华南的降水异常影响不大。