华南地区7-10月两类区域性极端降水事件特征及环流异常对比

利用1981—2016年7—10月中国753站逐日降水资料、气象信息综合分析处理系统（MICAPS）逐日站点降水资料、日本东京台风中心西北太平洋热带气旋（TC）最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料集,分析了华南地区区域性日降水极端事件（RDPE事件）的统计特征及环流异常。根据华南地区RDPE事件的发生是否受热带气旋影响将其分为TCfree-RDPE和TCaff-RDPE两类事件,其中TCaff-RDPE事件占42%且集中发生在8月4—5候;TCfree-RDPE事件以7月发生频数最多,占其总频次的1/2以上。TCfree-RDPE事件发生时,华南地区受异常气旋性环流控制,来自西太平洋和中国南海的暖湿气流与北方冷气团在此汇合并形成一条狭长的水汽辐合带,低层辐合、高层辐散,显著强烈的上升运动为TCfree-RDPE事件的发生与维持提供了有利条件;与此同时,波扰动能量由高原东北侧及河西走廊地区向华南一带传播并在华南显著辐合,有利于华南上空扰动的发展和维持。TCaff-RDPE事件发生时,华南上空由低层到高层的斜压环流结构更为明显,异常上升运动更加强烈,热带气旋在其运动过程中携带了大量源自孟加拉湾、中国南海和西太平洋地区的水汽并输送至华南地区,水汽辐合气流更为强盛。同时,波扰动能量由高纬度地区沿河西走廊向下游传播,但在华南地区辐合不甚明显。两类极端事件发生时,加热场上的差异亦明显。华南及邻近地区上空的大气净加热及其南侧大范围区域的净冷却所形成的加热场梯度对TCfree-RDPE事件的发生有利。而TCaff-RDPE事件发生时,〈Q₁〉和〈Q₂〉在经向上由18°N以南、华南及其邻近地区、32°N以北呈负—正—负的异常分布型,正距平值更高,加热场梯度更大,有利于TCaff-RDPE事件的维持。这些结果有利于人们认识和预测华南区域性日降水极端事件的发生。      

夏季长江中下游流域性极端日降水事件的环流异常特征及其与非极端事件的比较

利用1979—2008年夏季(6—8月)的NCEP/NCAR再分析逐日资料与中国743测站的逐日降水资料,对长江中下游地区流域性极端降水(99百分位,也称为极端强降水)、85～90百分位、75～80百分位降水事件进行合成分析,比较了不同百分位降水事件的环流异常特征。结果表明:长江中下游地区流域性极端日降水量的99百分位阈值为25 mm/d。各类降水事件在梅雨汛期出现频率较高。1990年代以后的极端日降水事件明显偏多。在各百分位降水事件中,在对流层中、低层,长江中下游地区均受气旋性异常环流控制,但对流层高层异常环流特征明显不同。无论在低层还是高层,极端事件的异常环流比非极端事件的异常环流强。不同百分位降水事件的水汽主要来源亦有所不同。极端降水事件中,由孟加拉湾直接辐散至长江流域的水汽较强,而在非极端降水事件中,则是来自南海地区的水汽明显偏强。非绝热加热率、与-的异常分布在各百分位降水事件中的分布较为一致,但强度随降水强度的减小而明显减小。另外,极端日降水事件与85～90百分位的降水事件在太平洋上都存在着北负南正的海温分布,但极端降水事件相应的海温异常明显偏强。而在75～80百分位降水事件中,海温并未出现明显异常。说明极端日降水事件的形成与较强的局地环流异常、与中纬度和热带西太平洋-南海区域的环流异常直接相关,与太平洋海温异常存在可能的密切联系,而非极端事件则主要与局地性异常环流有关。这些结果有利于人们认识和预测极端日降水事件的发生。     

中国东北夏季极端高温变化特征及其与环流异常的联系

利用东北地区1960—2010年夏季逐日气温资料,研究了中国东北地区夏季极端高温的时空变化特征和区域性特征,并对东北地区夏季极端高温事件与大气环流异常的可能联系进行分析。结果表明,东北地区夏季极端高温频数有明显的升高趋势,升高幅度由南向北逐渐增大;东北地区南部、东北部和西北部夏季极端高温频数的年际及年代际变化存在明显差异。东北地区夏季极端高温高发年500 hPa位势高度上盛行纬向环流,东北地区上空位势高度的垂直分布接近于正压结构,且一直延伸至对流层顶,海平面气压场上亚洲大陆低压明显偏弱,南北气压梯度减小,冷空气不易南下;低发年,则反之。     

近50年中国区域性极端低温事件频发期的气候特征对比分析研究

基于1960—2011年中国冬季区域性极端低温事件库,分别选取20世纪60年代中、70年代中、90年代初、21世纪初以及2008—2011年5个典型的区域性极端低温事件频发时段,从大气内部环流和海温外部强迫两个方面对各频发期的气候异常特征进行了对比分析。总体而言,20世纪60年代冬季区域性极端低温事件的强度大、频次高,在一定程度上表现为年代际尺度的持续性特征,而20世纪70年代中、90年代初、21世纪初则以年际尺度的振荡为主。此外,2008年以来的频发期在大气内部环流和北太平洋海温外部强迫两个方面均呈与20世纪60年代中期较为相似的特征：即欧洲至南亚大范围区域的地表温度异常偏低,欧亚中纬度500 hPa高度场距平呈显著的北正南负模态,急流区南北梯度异常显著,北极涛动具有明显的指数负位相特征,北太平洋海温异常偏暖,太平洋年代际振荡为典型的冷位相等;同时,当前频发期与其他时段的差异较大,特别是与20世纪90年代初的气候特征差异尤为明显。因此,2008年以来区域性极端低温事件频发期所对应的海-气系统异常除了具有全球变暖背景下的一些新特征之外,也初步出现了一些年代际变化的异常信号。     

1979—2019年云贵高原夏季区域性极端日降水事件的异常环流特征

利用中国气象局国家气象信息中心整编的站点观测资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,对云贵高原1979—2019年夏季区域性极端日降水事件的异常环流进行了分析。云贵高原99%分位上的夏季(6—8月)极端日降水事件(以下简称降水事件)降水阈值为20.0 mm/d,在近41年里共发生了35次降水事件,其中7月上旬发生次数最多,7月下旬次之,8月中旬最少;35次降水事件中有4次为热带气旋系统影响,降水中心位于广西西南部及沿海地区,中心值超过75 mm,其余31次的降水中心主要集中在贵州中南部和广西北部,且降水中心强度明显低于热带气旋系统所带来的强度;受欧亚大陆中纬度(30～50°N)地区的纬向扰动波列和低纬地区异常垂直环流圈控制,云贵高原上空对流层中建立了深厚的异常上升运动,配合500 hPa副热带地区的异常反气旋式环流将南海和孟加拉湾的水汽输送至云贵高原并在当地沿地形辐合抬升,为云贵高原极端降水的形成提供有利的动力条件和水汽条件,同时周边地区异常冷却所带来的加热场梯度还进一步加强了云贵高原上空的气流入流,更加有利于强降水的产生和维持。此外,降水事件还与乌拉尔山至我国东北地区的低值系统活动和...     

青藏高原中东部夏季极端降水年代际变化特征

基于中国国家级地面气象站基本气象要素日值数据集得到的均一化降水序列,计算了夏季极端降水指数,分析青藏高原中东部1961—2014年夏季极端降水年代际变化趋势。结果表明:青藏高原中东部地区夏季降水量占全年总降水的50%以上,且夏季降水的变化趋势存在区域性差异,北部站点主要为增加趋势,南部增加和减少趋势的站点相当。夏季极端降水除西藏东部主要为减少趋势外,其他地区主要为增加趋势,且极强降水量的年代际变化趋势显著。大部分夏季极端降水指数的变化趋势在1970s发生转折,在此之前表现为减少的趋势,之后为增加趋势。通过Mann-Kendall趋势检验,在2000年之后强降水量和极强降水量出现突变。     

近50a华东地区夏季极端降水事件的年代际变化

利用中国华东地区90站点1960--2009年夏季（6—8月）逐日降水资料,分析了近50a来华东地区各类极端降水事件的强度和发生频次的年代际变化。结果表明：华东地区极端降水事件年代际变化特征明显。近20a来,不论是极端降水事件的平均强度还是发生次数都要明显高于前30a;1990年代是极端事件多发且强度较强的年代;华东区域极端强降水过程事件的连续降水日数多在9d以下,而极端连续降水日数事件基本在9d以上;较之华东地区其他区域,福建地区存在更多的强度大、持续久的降水过程;华东地区最大极端降水量出现在江西北部与安徽南部的交界区域。极端降水事件频发带存在南北摆动的年代际变化,这一特征在极端日降水事件和极端强降水过程事件上表现得更为明显。同时,存在两个极端事件频发带,分别位于长江流域附近。在后3个年代,这两个频发带呈现出分一合一分的年代际变化特征。     

2000年后中国北方东部地区夏季极端降水减少及水汽输送特征

本文研究了1961～2016年中国北方东部地区夏季极端降水日数和极端降水贡献率的年代际变化特征,并进一步分析了该地区极端降水和普通降水的大气环流和水汽输送的差异。主要的研究结果表明:1961～2016年中国北方东部地区夏季极端降水日数和极端降水贡献率在2000年前后发生显著年代际变化,2000年后夏季极端降水天数和极端降水贡献率显著减少。与1984～1999年相比,2000～2016年在对流层高层从欧洲大陆、中亚到东北—蒙古地区,位势高度异常呈现出“正—负—正”的大气波列,从而造成北方东部地区上空为正压的位势高度正异常控制,伴随着下沉运动,大气层结趋于稳定,这些环流条件不利于极端降水发生。2000年后负位相的太平洋年代际振荡（PDO）和正位相的北大西洋多年代际振荡（AMO）共同加强了北方东部地区上空的正位势高度异常。进一步研究表明,极端降水与普通降水的水汽输送和收支以及关键的局地大气系统存在着显著差异,较普通降水而言,极端降水在南北向水汽输送和收支上更强;北方东部地区低空为较强的闭合低压控制,并不断受到高层高位涡空气下传的影响。     

春夏东亚大气环流年代际转折的影响及其可能机理

本文通过多变量联合经验正交分解(MV-EOF)方法揭示了近30年(1979~2010年) 春季和夏季东亚大气环流所发生的年代际转折及其与中国南方降水年代际季节反相变化的内在联系,探讨了局地性大气热源年代际变化影响东亚大气环流年代际转折的可能机理.结果表明:(1)东亚大气环流春季第一模态和夏季第二模态在90年代中期都发生了明显的年代际转折;(2)与春季大气环流第一模态和夏季大气环流第二模态年代际转折相对应的是中国南方降水明显的年代际季节反相变化,即春季降水年代际减少,夏季降水年代际增多;(3)春季青藏高原和夏季贝加尔湖地区大气热源年代际变化对东亚大气环流年代际转折有一定贡献,是造成中国南方降水年代际季节反相变化的直接原因;(4)春季青藏高原大气热源的年代际减弱,使得高原东南侧的西南风减弱,导致中国南方上空水汽输送不足,春季降水减少.夏季贝加尔湖大气热源偶极型分布由“南负北正”转变为“南正北负”,由此在贝湖上空激发高压异常,使得夏季雨带北进受阻而停滞南方,造成中国南方夏季降水增多.     

中国东部夏季降水异常与青藏高原冬季积雪的关系

基于中国740站月降水、积雪、地温资料和NCEP/NCAR再分析月资料,采用相关分析、合成分析和最大协方差法,研究了1979—2008年青藏高原冬季积雪异常与长江中下游夏季降水的关系及其可能的影响机制。结果表明:(1)在年际时间尺度上,青藏高原中北部12月—翌年1月积雪指数与长江中下游夏季降水呈显著正相关。在年代际时间尺度上,1990s—2000s的高原积雪指数与长江中下游夏季降水具有较好的同位相变化特征。表明高原中北部12月—翌年1月积雪指数对长江中下游夏季降水异常具有较好的指示意义,可作为预测长江中下游夏季降水年际年代变化的依据。(2)高原12月—翌年1月积雪异常偏多,是长江中下游夏季洪涝的一个强信号,12月—翌年1月积雪指数正异常年与长江中下游夏季降水正异常年有很好的一致性。(3)高原冬季积雪异常影响长江中下游夏季降水的可能途径是:高原冬季积雪异常通过影响同期及其后春季地温,再由春季地温以某种方式把异常信号维持到夏季。之后,地温异常又改变了局地地气热量交换,导致周围大气环流异常,从而影响到其下游的降水过程。     

Variations in Regional Mean Daily Precipitation Extremes and Related Circulation Anomalies over Central China During Boreal Summer

The variations of regional mean daily precipitation extreme （RMDPE） events in central China and associated circulation anomalies during June, July, and August （JJA） of 1961-2010 are investigated by using daily in-situ precipitation observations and the NCEP/NCAR reanalysis data. The precipitation data were collected at 239 state-level stations distributed throughout the provinces of Henan, Hubei, and Hunan. During 1961-2010, the 99th percentile threshold for RMDPE is 23.585 mm day-1. The number of RMDPE events varies on both interannual and interdecadal timescales, and increases significantly after the mid 1980s. The RMDPE events happen most frequently between late June and mid July, and are generally associated with anomalous baroclinic tropospheric circulations. The supply of moisture to the southern part of central China comes in a stepping way from the outer-region of an abnormal anticyclone over the Bay of Bengal and the South China Sea. Fluxes of wave activity generated over the northeastern Tibetan Plateau converge over central China, which favors the genesis and maintenance of wave disturbances over the region. RMDPE events typically occur in tandem with a strong heating gradient formed by net heating in central China and the large-scale net cooling in the surrounding area. The occurrence of RMDPE events over central China is tied to anomalous local cyclonic circulations, topographic forcing over the northeast Tibetan Plateau, and anomalous gradients of diabatic heating between central China and the surrounding areas.     

青藏高原南、北积雪异常与中国东部夏季降水关系的数值试验研究

青藏高原冬、春积雪有着显著的南、北空间差异,本文利用通用地球系统模式（CESM）设计了增加高原南、北冬、春积雪的敏感性试验,结果表明:当高原南部冬、春积雪异常偏多,长江及其以北地区夏季降水偏多,华南大部分地区夏季降水偏少;而当高原北部冬、春积雪异常偏多,华北及东北地区夏季降水偏多,长江下游南部地区夏季降水偏少,雨带更偏北。青藏高原南、北部冬、春积雪异常影响中国东部夏季降水的物理机制的分析结果表明,高原不同区域（南部和北部）冬、春积雪异常引起的非绝热加热异常效应都可持续到夏季,且北部积雪异常持续时间更长。高原南部和北部积雪异常偏多均会减弱高原北侧上空大气的水平温度梯度,进而减弱高原北侧西风急流的位置及强度,进而影响下游出口区处急流的强度和位置,且高原北部积雪异常偏多的影响更大。当高原南部积雪异常偏多,急流出口区的西风急流加强且偏南;而高原北部积雪异常偏多,出口区的西风急流减弱且偏北。相应地,对流层中层500 hPa西太平洋副热带高压减弱,低层850 hPa异常反气旋环流,影响中国东部地区水汽输送,从而影响了中国东部地区夏季雨带的变化。当高原南部积雪异常偏多,异常反气旋性环流位于东海附近,有利于更多水汽输送至长江流域,华南水汽输送减少;当高原北部积雪异常偏多,异常反气旋性环流相对偏北,更有利于华北及东北水汽输送,雨带偏北。     

青藏高原积雪对亚洲夏季风影响的诊断及数值研究

通过对青藏高原多、少雪年的合成分析及数值试验，研究了青藏高原积雪对亚洲 夏季风和我国东部气候异常的影响。结果表明:青藏高原积雪造成亚洲大气环流较大的年际变化。高原积雪改变了高原陆面春、夏季的热状况，使亚洲夏季风爆发推迟20天左右。高原积雪通过以下物理过程影响亚洲夏季风和我国东部气候:高原积雪多(少)→高原春、夏季的感热弱(强)→感热加热引起的上升运动弱(强)，高原强(弱)环境风场→不利(有利)于高原感热通量向上输送→高原上空对流层加热弱(强)→高原对流层温度低(高)→高原南侧温度对比弱(强)→造成亚洲夏季风弱(强)→我国长江流域易涝(旱)。     

观测分析El Ni?o衰减早晚对南亚与青藏高原夏季降水和气温的影响

El Ni?o（厄尔尼诺）事件对东亚和南亚次年夏季降水影响及其机理已经得到充分研究,但其对夏季青藏高原降水是否有显著影响还不清楚。本研究根据1950年后El Ni?o事件次年衰减期演变速度,对比分析衰减早型与晚型El Ni?o事件对南亚季风区与青藏高原夏季（6～9月）季节平均和月平均气候影响差异。结果显示在衰减早型次年夏季热带太平洋海温转为La Ni?a（拉尼娜）型且持续发展,引起Walker环流上升支西移,印度洋和南亚季风区上升运动加强,同时激发异常西北太平洋反气旋（NWPAC）,阿拉伯海异常气旋和伊朗高原异常反气旋性环流响应,增加7～9月对流层偏南气流和印度洋水汽输送,导致南亚和高原西南侧降水偏多。衰减晚型次年6～8月热带太平洋El Ni?o型海温仍维持,印度洋暖异常海温显著,对应的印度洋和南亚季风区上升运动较弱,NWPAC西伸控制南亚季风区,阿拉伯海和中西亚分别呈现异常反气旋和气旋性环流,导致青藏高原西风加强,水汽输送减少,南亚北部和高原降水一致偏少。结果表明:（1）El Ni?o显著影响次年青藏高原西南部夏季季节和月平均降水与温度,是印度和高原西南部夏季降水显著相关的重要原因;（2）El Ni?o衰减快慢速度对南亚和青藏高原西南部夏季季节内降水的影响有着重要差异。     

青藏高原东北侧地区干湿年夏季环流异常的对比分析

使用NCEP/NCAR1968～1997年6～8月平均再分析全球网格点资料以及同期青藏高原东北侧17站夏季总降水量观测资料,对青藏高原东北侧典型干湿年夏季平均的大尺度环流场和物理量场差异进行了对比分析,探讨了青藏高原东北侧夏季干湿年形成的原因和机制。结果表明,青藏高原东北侧区域干湿年夏季对应的大尺度环流场和有关物理量场差异明显,最后给出了青藏高原东北侧夏季干湿年的物理图像,为短期气候预测提供依据。     

青藏和伊朗高原热力异常与北疆夏季降水的关系

青藏高原和伊朗高原热力异常对其周边地区天气气候有重要影响,已有研究多关注东部季风区,而对干旱区关注较少.针对这一不足,利用美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均资料和北疆43站降水资料,分析了1961-2007年5月青藏高原和伊朗高原地表感热异常与北疆夏季降水的关系.奇异值分解(SVD)分析发现,5月青藏高原地表感热与北疆夏季降水呈负相关,伊朗高原为正相关.青藏高原和伊朗高原感热异常的大尺度对比,要比仅考虑单一高原的感热异常与北疆夏季降水有更密切的联系.定义了一个热力差异指数来表征这种地表感热异常的对比程度,相关分析发现,当5月伊朗高原地表感热偏强,青藏高原地表感热偏弱时,500hPa中亚上空和贝加尔湖上空分别为异常气旋和反气旋环流,在二者共同作用下,新疆上空盛行异常的偏南气流,有利于低纬度的暖湿气流北上,形成有利于降水的环流形势,同时越赤道索马里急流偏强,低纬度水汽被接力输送至中亚和新疆地区,为降水的发生提供了有利的水汽条件.进一步分析发现,青藏高原热力异常主要影响中高层大气环流,伊朗高原则主要影响水汽通量输送.     

Varying Rossby Wave Trains from the Developing to Decaying Period of the Upper Atmospheric Heat Source over the Tibetan Plateau in Boreal Summer

This study demonstrates the two different Rossby wave train(RWT) patterns related to the developing/decaying upper atmospheric heat source over the Tibetan Plateau(TPUHS) in boreal summer. The results show that the summer TPUHS is dominated by quasi-biweekly variability, particularly from late July to mid-August when the subtropical jet steadily stays to the north of the TP. During the developing period of TPUHS events, the intensifying TPUHS corresponds to an anomalous upper-tropospheric high over the TP, which acts as the main source of a RWT that extends northeastward, via North China, the central Pacific and Alaska, to the northeastern Pacific region. This RWT breaks up while the anomalous high is temporarily replaced by an anomalous low due to the further deepened convective heating around the TPUHS peak. However, this anomalous low, though existing for only three to four days due to the counteracting dynamical effects of the persisting upper/lower divergence/convergence over the TP, acts as a new wave source to connect to an anomalous dynamical high over the Baikal region. Whilst the anomalous low is diminishing rapidly, this Baikal high becomes the main source of a new RWT, which develops eastward over the North Pacific region till around eight days after the TPUHS peak. Nevertheless, the anomaly centers along this decaying-TPUHS-related RWT mostly appear much weaker than those along the previous RWT.Therefore, their impacts on circulation and weather differ considerably from the developing to the decaying period of TPUHS events.     

青藏高原东北侧夏季降水的气候特征分析

利用西北地区均匀分布的126个地面测站,采用REOF和模糊聚类方法对降水的空间特征进行研究发现,青藏高原东北侧是西北地区夏季降水最为敏感的自然区,主要雨季为7～8月,几乎占全年总降水的一半,该区域少雨年的概率大于多雨年,旱年和多雨年交替出现。6月降水在近40a里呈上升趋势,7月降水总体变化不大,8月呈下降趋势,从降水线性趋势来看,整个夏季降水无明显变化。另外,气温距平和降水距平百分率具有明显的反位相变化关系,近40a来气温呈缓慢升高趋势。     

夏季青藏高原低值系统与地气温差及我国降水的联系

基于青藏高原低涡和切变线（简称高原低值系统）年鉴、国家气象站地面观测资料及ERA-Interim再分析资料,分析了高原低值系统多、少发年夏季高原地气温差变化的差异及其对我国降水的影响。结果表明:（1）高原夏季地气温差对高原低值系统的发生和移动有明显的影响。在低值系统频发区,多发年的地气温差明显比少发年高。（2）我国西部的青藏高原中部、东北部及西南地区在多发年降水偏多,高原南部和东南部则在少发年降水偏多;我国东部地区,多、少发年降水差异自南至北呈“+”、“?”、“+”、“?”、“+”的差值带分布特征,即华南、江淮流域、华北和东北地区降水在多发年偏多,江南地区和黄淮流域降水则在少发年偏多。（3）高原低值系统多、少发年夏季对流层的环流系统及相应垂直速度、水汽输送变化有明显差异,并影响青藏高原和我国降水的变化。在高原地区,多、少发年之间环流的差异是受高原东部和南部的气流辐合（辐散）场、相应的垂直运动差值上升（下沉）、水汽输送辐合（辐散）区域变化的影响;在东部地区,则是受南海到华南、长江流域、华北到东北为气旋（反气旋）环流系统及其间辐合（辐散）带变化的影响。      

青藏高原夏季大气视热源与中国东部降水的关系的年代际变化

基于1979～2017年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的ERA-Interim逐日再分析资料和热力学方程,本研究估算了大气视热源,分析研究了青藏高原夏季大气视热源的异常与中国东部降水关系的年代际变化,以及青藏高原大气视热源影响我国东部夏季降水的物理机制。结果表明:（1）高原热源东、西部反相变化模态的重要性发生了年代际转变,表现为由1994年之前方差贡献相对小的第二变异模态变为1994之后方差贡献明显增大而成为第一主导变异模态。（2）青藏高原夏季大气视热源的东、西反相变化模态与中国东部降水的关系存在年代际变化。1993年之前和2008年之后,高原大气视热源的异常分别仅与长江下游降水和长江中游降水异常存在密切的联系;而在1994～2007年,其对长江流域及附近区域和华南地区的夏季降水的影响显著,具体表现为,当高原夏季大气视热源异常表现为东强西弱（东弱西强）时,长江中上游、江淮地区的降水偏多（少）,华南地区降水偏少（多）。（3）高原大气视热源显著影响我国东部夏季降水主要是通过经高原上空发展加强的天气系统东移过程影响长江流域及附近地区的降水,以及通过垂直环流影响华南地区的降水。