近50年营口夏季降水异常年与前期海气环流特征分析

利用1951～2000年营口夏季降水量和前期500hPa高度场、北太平洋海温资料,分析了夏季异常旱涝年的前期秋季(9～11月)、冬季(12月—翌年2月)500hPa高度场和北太平洋海温场及环流场特征。结果表明:前期秋、冬季海气资料与夏季降水相关较好,且存在“隔季相关”的现象。     

夏季北半球500hPa月平均场遥相关型及其与我国季风降水异常的关系

用一点相关法计算了盛夏北半球５００ｈＰａ遥相关型，得到７月份北半球存在７个遥相关型，８月份有６个遥相关型。研究了它们的中心，计算了各遥相关型的历年强度指数（１９５１－１９９０），研究了它们的年际变化、月际变化。指出７月份的东亚太平洋型、北美东西遥相关型；８月份的ＥＡＰ型、欧亚型与我国盛夏季风降水关系密切。１９９１年夏季发生的弱ＥＡＰ型是江淮流域大涝的一个重要原因。     

近百年中国东部夏季降水的时空变率

利用中国东部25°N以北28个站1880-1999年夏季季降水序列,用旋转复经验正交函数（RCEOF）方法,研究了中国东部地区百年干湿的时空演变规律。结果表明,夏季降水空间变率大值区依次为:长江中下游地区、淮河流域、江南、华北、西南及东北。除西南外的5个关键区大体上反映了从6月到8月夏季雨带自南向北椎进所滞留的地区。旋转空间位相分布揭示了长江中下游地区、江南、东北的旱涝异常主要表现为驻波振动特征;而淮河流域、华北、西南地区显示出降水异常信号具有部分的行波特征。尤其第4空间模显示出旱涝异常信号从东北南部可沿着黄淮下游传到长江下游地区。对于近百年中国东部地区夏季于湿变化,长江中下游地区、淮河流域、华北及东北四个地区都存在20-25年时间尺度的周期振荡;长江中下游地区及华北地区都存在准60年时间尺度的振荡周期;东北地区主要表现出36年时间尺度的振荡周期;淮河流域存在明显的70-80年时间尺度的振荡周期;华北地区存在的11年时间尺度的振荡周期恰好与太阳黑子活动的11年周期相一致。在年代际时间尺度（包括次年代际时间尺度）上,长江中下游、淮河流域及华北地区的夏季降水的变化与太阳活动有显著的正相关。     

西北地区夏季降水异常的时空特征分析

本文使用西北地区95个测站，时间序列为1960-2000年共41年的加密测站资料，运用旋转经验正交函数分解（REOF）以及功率谱分析等方法，对西北地区夏季降水的时空特征及其演变规律进行了诊断分析，结果表明：西北地区夏季降水区域性较强，存在多时空尺度特征，且平均具有准3年和4.8年的周期变化。将西北地区夏季水异常区域划分为4个区后可见，北疆地区夏季降水的周期振荡最接近平均状况，南疆降水异常区次之，相比之下青海异常降水区解释方差最小，同时发现，在近41年来，西北地区夏季降水的平均状况是80年代以前多数年份降水偏少，干旱性强，80年代以后整个西北地区夏季降水则有增多的趋势；分区分析后表现为：北疆区和南疆区从80年代后期开始降水增多，内蒙古西部地区90年代以后降水增多，而东北高原区夏季除70年代到80年代中期降水偏多外，其前和其后降水都偏少。     

PJ遥相关型对长江中下游夏季降水影响的不对称性

利用1979-2015年海洋和大气再分析资料,基于夏季太平洋-日本遥相关型(PJ)指数,讨论了PJ指数在极端正负年份长江中下游降水位置和强度异常的不对称响应及其可能原因。结果表明:在PJ负位相年(对应El Niňo次年),长江中下游降水显著偏多,中心分别位于江淮流域和日本南部;而在PJ正位相年(对应La Niňa次年),长江中下游降水减少却不明显。研究发现:在PJ负位相年,中东太平洋、印度洋、南海地区海温明显偏暖,菲律宾海上空有异常反气旋响应,长江中下游地区有异常气旋响应;而在PJ正位相年则反之。在PJ负(正)位相年,菲律宾海异常反气旋(气旋)和长江中下游地区异常气旋(反气旋)明显偏强(偏弱),由此导致长江中下游降水位置和强度异常存在不对称响应。基于大气环流模式ECHAM4.8的敏感性数值试验结果表明,即使印度洋海温偏暖与偏冷程度相当,但由偏暖印度洋海温激发的菲律宾海异常反气旋也明显偏强,从而造成长江中下游地区降水偏多程度大于偏少程度。由此印证的事实是:El Niňo次年(PJ负位相年)长江中下游夏季降水偏多的预测技巧高于La Niňa次年夏季降水偏少的预测技巧。     

极涡特征量与哲盟夏季降水遥相关分析及预报

１前言极涡是西风带一个最强大的环流系统,它的活动规律对长期天气预报有重要意义。本文对前期极涡特征量与我盟夏季降水的关系进行了初步分析及预报,取得了较好的预报效果。２具体分析我们用前期１～２年北半球５００ｈＰａ各区的副高面积、副高西伸脊点及副高脊线位置...     

基于降水遥相关型的夏季降水模式预测改进研究

我国月—季降水分布在空间上存在类似于大气环流遥相关的空间遥相关型。本文基于中国近57年夏季降水资料研究了我国夏季降水空间遥相关型的主要空间模态特征及其年代际变化,评估并改进了BCC_CSM模式、ECMWF_SYSTEM4模式以及NCEP_CFSV2模式对中国夏季降水的预测能力。研究结果显示,中国夏季降水实况中存在华北—长江下游、华东—中国中北部、华南—长江流域、西南—东北中部等4类显著的空间遥相关型。动力模式可以预测大尺度的降水分布,而对于不同区域之间降水遥相关这种雨带细节特征的预测能力则较为薄弱,存在着较多虚假相关。为改善模式降水预测技巧,以实况中的降水遥相关型作为约束条件构建了修正方案,以此来修正模式中的降水遥相关型分布。结果显示,经过修正能够有效地改善模式对东北中部、长江下游的预测能力,4年的回报检验结果显示,模式预测的平均距平一致率从47%提高为58%;平均均方根误差从153 mm减小为120 mm;平均趋势异常综合检验（PS）评分从64提高为73。     

近45a长江中下游地区夏季降水的区域特征

利用旋转经验正交函数(Rotated Empirical Orthogonal Function,REOF)展开方法,分析了长江中下游地区六省一市1960—2004年78站夏季(6—8月)降水场,并将降水场分为5个主要区域,在此基础上揭示了长江中下游5个区域夏季降水的时间演变特征。5个区域夏季降水序列的Mann-Kendall突变检验表明,各区代表站中只有衢州和南通发生了突变,且突变时间不同;5个区域夏季降水长期变化呈现增加趋势,Ⅰ区和Ⅴ区表现出较强的增加趋势,Ⅲ区次之,Ⅱ区和Ⅳ区较弱;5个区域夏季降水的周期振荡差异明显。     

我国西南地区夏季降水异常的区域特征

采用旋转经验正交展开（REOF）方法，对我国西南地区49a夏季降水标准化距平场进行客观分区，并分析了各区夏季降水异常的长期变化趋势。结果表明，西南地区夏季降水量场可以分为5个区域，该5区均具有显著的年代际变化特征，且近50a来它们的旱涝变化存在着显著差异，其中川西、川东和贵州降水的长期变化趋势不明显，而四川盆地和云南显著变干。     

东亚夏季风异常大气环流遥相关及其对我国降水的影响

根据夏季东亚季风区内季风环流异常所反映行星尺度扰动的强弱,来定义东亚大气遥相关指数IEA.分析表明,它能较清楚地反映夏季西太平洋副高脊线和西伸脊点位置与东亚季风系统各支季风气流的变化.并揭示当IEA偏强(弱)时,东亚季风系统内的热带季风环流出现异常加强(减弱),副热带季风环流出现异常减弱(加强),而中高纬度季风环流又出现异常加强(减弱),三者之间的关系.分析还表明,IEA异常前期,具有明显ENSO循环位相特征,冬季热带太平洋SST、OLR异常,以及对流层高层风异常,可以作为前期征兆信号.该指数变化与我国夏季降水异常分布密切相关,并清楚地反映出东亚季风系统内热带季风环流与副热带季风环流及其各支季风气流异常对我国夏季降水的影响,为该指数在气候监测与预测中的应用提供一定的物理依据.     

中国华东地区夏季高温的时空特征和年际变化

利用中国华东地区1961-2004年夏季（7-8月）气温观测资料,分析了该区域夏季气温的总体变化特征,指出华东地区夏季气温具有降低的长期趋势。定义3项判别标准,得出该区域44a来有10个异常高温夏季。旋转经验正交函数（REOF）展开表明,华东地区夏季平均气温场可分为3个区域：北区气温在21世纪初有明显上升,中区和南区气温无显著突变;各区域气温以2a、3～4a的周期振荡为主;20世纪90年代以来,异常高温年出现频繁。     

近五十年中国西北地区夏季降水场变化特征及影响因素分析

利用中国气象局信息中心提供的西北地区1951～2005年夏季月平均资料集和1958～2002年ERA40资料, 分析近五十年来西北地区夏季降水场的主要变化特征, 及与之相关的大尺度水汽输送和环流场变化, 讨论大尺度环流指数如涛动、 极涡、 赤道太平洋Niño3.4区海温与西北地区夏季降水的相关性。结果表明, 近五十年西北西部尤其是南疆的降水增多, 与西伯利亚 (50°N～60°N, 40°E～70°E) 上空位势高度增加和伊朗高原 (35°N～42.5°N, 60°E～75°E) 上空位势高度减少有很大关系。1987年后, 西北西侧水汽辐合也是该区降水增多的一个重要因素。西北东部降水受海温影响大。此外, 北大西洋涛动、 极涡面积可以反映近几十年来西北降水西增东减的年际波动。极涡面积大小与西北降水第一模态相关性尤其突出, 可以作为考察西北降水变化的一个重要指标。     

近49年华南“龙舟水”的降水分型

采用旋转经验正交函数分解法(REOF)对华南地区1961—2009年"龙舟水"进行了降水分型,并采用线性倾向估计法、经验模态分解(EMD)、Morlet小波分析和Mann—Kendall检测等分析方法对各降水型的时空特征进行了研究。结果发现:华南"龙舟水"具有东南沿海型、北部型和西南沿海3种优势降水型,并存在着6~8 a的周期振荡。近49年东南沿海型(北部型和西南沿海型)呈现一致的下降(上升)趋势,华南"龙舟水"在20世纪90年代中期至今主要呈现北部型,但近几年东南沿海型和西南沿海型对应显著正距平。东南沿海型和北部型分别在20世纪70年代中后期和90年代初各有一次突变,而西南沿海型没有发生明显的突变。最后,从西太平洋副热带高压、阻塞高压、季风槽、低层切变线、垂直速度和整层水汽输送等方面对比了"龙舟水"期间3种不同降水型所对应的大气环流异同。     

夏季东亚西风急流Rossby波扰动异常与中国降水

利用1958～2003年NCAR/NCEP再分析和中国160 站月降水资料,探讨沿东亚西风急流Rossby波扰动动能异常对东亚夏季风环流和中国夏季（6～8月）降水的影响及其响应机理。研究发现:（1）夏季东亚西风急流Rossby波扰动动能加强（减弱), 东亚西风急流位置偏南（北)、强度偏强（弱）。（2）该扰动动能具有显著的年际和年代际变化特征, 1958～1978年处于年代际偏弱阶段,1979～1998年处于年代际偏强阶段。（3）该扰动动能加强（减弱), 200 hPa 辐合区位于30?N以南（以北）西太平洋地区,此时,500 hPa 西太平洋副热带高压位于30?N以南（以北), 850 hPa 反气旋性距平环流出现在东亚30?N以南（以北）地区,而30?N以北（以南）为气旋性距平环流,东亚热带季风环流加强（减弱), 梅雨锋加强（减弱), 夏季中国东部降水中间多、南北少（中间少、南北多）。（4）东亚高、中、低层大气环流对高层东亚西风急流Rossby波扰动动能强弱响应由对流层上层散度场及垂直速度场变化完成。     

南极绕极波动及其与中国夏季降水异常的关联

利用NCEP／NCAR逐月SLP再分析资料，通过复经验正交函数展开(CEOF)，借助其第1模态恢复场研究了1952-1998年期间南极绕极波动的年代际变化和传播特征。结果表明，东南太平洋是研究南极绕极波动(ACW)的关键区，并由此定义东南太平洋ACW活动指数(EPAI)。相关分析揭示了秋季EPAI与次年中国夏季降水有着密切的关系，当秋季EPAI出现异常正位相时，即当东南太平洋SLP距平出现正异常时，次年春、夏季澳大利亚高压偏强，进而由于越赤道气流的增强及西太平洋副高调整引起次年夏季中国出现华南多雨、江淮少雨的雨型分布，证实了ACW是另一个与中国夏季降水异常有密切关联的年际变化强信号。     

冬季大尺度流型与夏季中国降水量

对近45年（1951—1995年）前期冬季北半球500 hPa高度距平场和夏季中国降水量进行旋转奇异值分解（RSVD）,研究了耦合相关空间分布的区域特性,同时分析了相关型的时间演变。结果表明,旋转奇异值分解有效地揭示了前期冬季北半球500 hPa大尺度流型与夏季中国降水耦合相关型的区域分布特征,并且物理意义明确。利用Galerkin有限元集中质量法,讨论了非饱和土壤水流动的数值计算模型,用以模拟均质土壤,地下水埋藏很深且在不同的初始和边界条件下的水分运动。通过将第一类边界条件齐次化,而对于第二类非线性边界条件采用变分的办法将其直接转化为已知边界通量的计算,从而容易且较好地处理了带通量约束边界条件。对于入渗或蒸发问题,用通常的在分析比较不同地区降水化学特性时,如果列出各种离子的具体数值,既显得繁琐又不容易得出结论。现提出一种简便方法,即先概括出几种最重要的降水化学特性,分别以字母代表,再把这些特性分成几个等级以数字表示,就能很直观方便地比较这些地区的降水化学特性。还利用权威观测资料,以上述方法具体比较了世界主要酸雨地区的降水化学特性。       

夏季中国华北与印度降水之间的关联及其成因分析

本文基于1951~2012年的再分析资料以及站点观测资料,针对中国华北夏季降水和印度夏季风降水的协同变化(正相关)关系,利用集合经验模态分解法(EEMD)对两个降水序列进行时间尺度分解,并在年际尺度上分别考察了对两者正相关关系形成的有利和不利环流形势.结果表明,印度夏季风降水和华北夏季降水序列的较好正相关关系主要来自周期为2~3年的年际尺度分量,两者在该时间尺度上的相关系数为0.34,达到99%的信度水平.在年际尺度上,与印度夏季风降水异常有关的对流层中高层环半球遥相关型(CGT)波列能够衔接伊朗高原和环渤海地区上空的同位相环流异常(反气旋式或气旋式),从而有利于华北夏季降水和印度夏季风降水之间的协同变化.然而,这一协同变化关系并不总是成立.当伊朗高原上空异常中心的位置偏西时,CGT波列无法形成.这时,即使印度夏季风降水出现显著异常,华北地区却易受东亚—太平洋型或西太平洋型遥相关型的影响而其降水形势可能与印度夏季风降水形势相反.这些结论有助于进一步理解印度夏季风降水与华北夏季降水的正相关关系,从而对华北夏季降水的预测具有参考意义.     

夏季中国华北降水、印度降水与太平洋海表面温度的耦合关系

本文基于1951~2014年的站点观测资料以及再分析资料,应用多变量经验正交分解法（MEOF）研究了年际尺度上华北夏季降水、印度夏季降水与海表面温度之间的耦合关系（主要模态）。结果表明:当印度夏季降水偏强时,若同期夏季赤道中东太平洋海温表现为La Ni?a位相,则西太平洋暖池对流加强,副热带高压偏西偏北,有利于华北夏季降水与印度夏季降水一致增强。反之,当印度大部降水偏弱时,若同期夏季赤道中东太平洋海温表现为El Ni?o位相,则华北夏季降水和印度夏季降水一致减弱。然而,两地夏季降水的协同变化关系并不总是成立。当赤道中东太平洋海温异常随时间演变表现为冬春El Ni?o衰减型时,伴随着印度洋偶极子（IOD）正位相的衰减过程,这会减弱东亚夏季风,使得华北夏季降水偏少。此时印度半岛夏季降水增强区集中在其西部,无法形成连接印度和华北夏季降水异常的环半球遥相关（CGT）波列,可能使得华北夏季降水异常与全印度夏季降水异常成相反形势。这些结论揭示了中国华北夏季降水、印度夏季降水和海表面温度之间的耦合关系,有助于进一步理解海温外强迫对两地夏季降水之间相关关系的作用,从而对华北夏季降水的预测具有参考意义。     

亚洲夏季西风指数与中国夏季降水的关系

对1958—2000年亚洲纬向风和我国160站夏季降水进行SVD分析,发现两者具有良好的耦合关系。根据分析结果定义了一个可以表征我国夏季降水的亚洲夏季西风指数(IASW)。西风指数高(低)年,长江中下游夏季降水偏少(多),华南、河套和东北地区降水偏多(少)。同时分析了高、低西风指数年的环流特征,发现当长江中下游夏季降水偏多而华南、河套和东北地区降水偏少时,500 hPa呈负EAP型,鄂霍茨克海和乌拉尔山有阻高建立,西太平洋副热带高压偏南,105°E越赤道气流偏弱,东亚夏季风偏弱,高纬的偏北气流和低纬的偏南气流在我国长江中下游地区汇合,梅雨锋加强,使得雨带在此维持。前期鄂霍茨克海区域平均位势高度以及前期1—3月西太平洋的热带对流活动可以作为预测夏季西风强弱的前兆信号。