2020年7月黑龙江极端少雨成因初探

利用黑龙江省62个气象站月降水量观测资料和美国国家环境预报中心再分析资料、中国气象局国家气候中心环流指数资料等,对2020年7月黑龙江极端少雨成因进行初步诊断分析。结果表明：（1）2020年7月黑龙江降水异常偏少,全省平均降水量仅75.0 mm,为1961年以来历史同期第2少。（2）黑龙江7月异常少雨年,同期500 hPa东亚沿岸自低纬至高纬呈东亚-太平洋遥相关型（East Asia-Pacific teleconnection,EAP）负位相分布,东亚副热带西风急流（East Asia subtropical westerly jet,EASWJ）明显偏南,低层中国东北地区至黄海附近呈现异常的反气旋-气旋式环流,黑龙江上空整层水汽辐散。2020年7月环流特征与少雨年同期相似,但急流中心及其北侧负异常区较少雨年同期明显偏强,且中心略有东移,东亚沿岸对流层整层风场的经向波列更为清晰。EASWJ异常偏南是2020年7月黑龙江降水异常偏少的关键环流因子。（3）2020年5月南海附近异常偏弱的大气热源和7月负位相分布的北大西洋涛动,分别通过东亚沿岸经向EAP遥相关波列和欧亚中高纬地区纬向波列促...     

2020年汛期降水特点及成因简析

我国是典型的季风气候国家,降水主要集中在夏半年,4—9月的降水量约占年总量的80%,中东部主要雨带的位置随着季节的进程南北移动,进而影响中东部地区旱涝分布格局。2020年汛期(3月28日-9月8日),我国天气气候形势异常复杂,随着夏季风的加强,主雨带向北推进,受降水量偏多影响,我国中东大部地区出现了阶段性的洪涝,长江、淮河、黄河、海河、松花江、太湖流域的降水量均较常年同期明显偏多,其中长江和黄河流域6—8月降水量为1961年以来最多,淮河和太湖流域为次多。     

2020年与1998年梅汛期洪涝的异常大气环流及相关海表温度强迫的差异性分析北大核心

2020年梅汛期长江流域强降雨范围超越1998年,且雨量中心偏北,这与两年的异常大气环流和海表温度强迫差异有密切联系。与1998年相比,2020年西北太平洋异常反气旋(WNPAC)偏北偏强,中心偏东,东亚双阻形势偏弱,使得副高北抬加强,北侧的西南气流亦偏北偏强,中高纬反气旋和气旋对的存在使得30°N以北为异常东北风控制,冷空气偏强,长江流域上空的水汽含量亦偏多,这些环流差异直接导致2020年降水较1998年偏多且中心偏北。这两年在对流层中层都存在大西洋—西太平洋的波列,但2020年波列偏南,有利于东亚反气旋和气旋对的维持以及WNPAC和副高的北抬加强,而1998年波列偏北且偏强,有利于双阻形势的稳定。2019/2020年(1997/1998年)冬季发生中部型(东部型)El Ni?o事件,前者强迫的6—7月WNPAC北界位置较后者偏北;同时2019/2020年印度洋—太平洋中部一致增暖,使得WNPAC加强,中心东移。2020年(1998年)同期处在北大西洋强(弱)负三极子模态,可能是两年中高纬度环流形势差异的主要原因之一。2020年(1998年)南太平洋中部暖海温异常(冷异常)能加强(减弱)越赤道气流,有利于WNPAC偏东偏北(偏西偏南)和水汽输送加强(减弱)。综上,2020年与1998年梅汛期降水差异可能由多洋盆海温强迫协同作用所致。     

黔东南州近40 a夏季降水时空分布及异常年环流特征分析

利用1981—2020年6—8月近40 a黔东南州16个国家站的月降水量资料和国家气候中心新130项监测指数,采用M-K检验、小波分析等方法,对黔东南州夏季降水时空变化和同期异常年(偏多、偏少）的环流特征指数进行分析。结果表明:近40 a,黔东南州夏季降水量呈现2个波峰、2个波谷的分布特征,2个波峰的相对丰水期为1991—2001年和2014—2020年,2个波谷的相对枯水期为1981—1990年和2002—2013年。降水时间尺度具有11~25 a周期变化,并在20世纪90年代发生了显著变化。降水空间分布主要呈现南北反相和东西反相两种类型。西太平洋副热带高压位置偏南偏西,强度偏强,一定程度上造成了黔东南州夏季降水异常偏多;反之,西太平洋副热带高压位置偏北偏东、强度偏弱,一定程度上造成了黔东南州夏季降水异常偏少。     

夏季热带中太平洋SST异常型与中国东部夏季气候异常的关系

热带中太平洋海温异常型是近年发现的赤道太平洋海温异常分布的新特征,主要表现在热带太平洋海温异常为纬向＂三极型＂分布,其与ENSO的＂偶极型＂分布显著不同。利用1955—2005年HadISST月平均海温资料和中国160站月降水和温度资料,确定了中太平洋海温异常型并研究了这种海温异常型与中国东部同期夏季降水的关系。结果表明,当中太平洋海温为正异常时,我国江淮流域、西南地区的东部整层水汽含量偏少并处于水汽通量辐散区,不利于降水的形成,同时该地区上空垂直温度平流为正异常,利于异常高温的形成;我国华南、西南地区的南部为整层水汽通量辐合区,水汽丰沛,且整层垂直温度平流为负异常,易发生低温多雨的天气气候。     

黔东南州近40 a夏季降水时空分布及异常年环流特征分析

利用1981—2020年6—8月近40 a黔东南州16个国家站的月降水量资料和国家气候中心新130项监测指数,采用M-K检验、小波分析等方法,对黔东南州夏季降水时空变化和同期异常年(偏多、偏少)的环流特征指数进行分析。结果表明:近40 a,黔东南州夏季降水量呈现2个波峰、2个波谷的分布特征,2个波峰的相对丰水期为1991—2001年和2014—2020年,2个波谷的相对枯水期为1981—1990年和2002—2013年。降水时间尺度具有11～25 a周期变化,并在20世纪90年代发生了显著变化。降水空间分布主要呈现南北反相和东西反相两种类型。西太平洋副热带高压位置偏南偏西,强度偏强,一定程度上造成了黔东南州夏季降水异常偏多;反之,西太平洋副热带高压位置偏北偏东、强度偏弱,一定程度上造成了黔东南州夏季降水异常偏少。     

南太平洋6—8月SST异常的主要模态及其与ENSO和SAM的联系

利用1951—2006年NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF分析方法提取了南太平洋6—8月SST异常变化的两个主要模态,结果表明:EOF1主要反映了ENSO信息,EOF2与南半球环状模(SAM)存在关联。EOF1以年际时间尺度变化为主,EOF2的周期接近于年代变化。EOF1的时间序列与同期Ni?o3指数存在显著相关,EOF2的时间序列与3—5月SAM指数存在显著相关。分析EOF1、EOF2与我国夏季降水的相关场,得出6—8月南太平洋SST出现西低东高型分布的年份我国华北地区夏季降水偏少,出现西高东低型分布的年份则降水偏多。3—5月出现中纬度和赤道东太平洋SST异常偏低,而赤道中太平洋SST异常偏高分布型的年份,我国江南地区夏季降水偏多;出现相反的分布型则降水偏少。     

2020年2月大气环流和天气分析

2020年2月大气环流的主要特征是北半球极涡呈偶极型分布且较常年同期明显偏强,欧亚地区中高纬环流呈三波型,环流呈纬向型,经向度较小。西太平洋副热带高压较常年偏强;下旬南支槽趋于活跃。2月,我国冷空气过程较常年偏少,出现今年首个全国型寒潮过程;全国平均气温为-0.1℃,较常年同期偏高1.6℃;全国平均降水量21.1 mm,较常年同期偏多18%。此外,前半月中东部多过程性雾 霾天气;西北地区出现今年首次沙尘天气过程。     

2020年4月大气环流和天气分析

2020年4月大气环流呈单极型分布,中高纬环流为三波型,西太平洋副热带高压强度与常年相当,南支槽较常年偏弱。4月全国平均气温为11.2℃,接近常年同期,全国共有18个站日降温幅度达到极端事件标准。全国降水量为33.7 mm,较常年同期（45.1 mm）偏少25.3%。月内共出现2次主要冷空气过程,4次大范围降雨过程;云南气象干旱缓解,长江以北多地气象干旱发展;北方地区出现1次沙尘暴天气,较常年同期明显偏少。     

2018年夏季海洋大气特征及对我国气候的影响

为更好地了解2018年夏季（6—8月）我国主要气候异常特征及成因,本文利用我国气象要素站点资料、再分析大气环流资料和全球海温数据分析了2018年夏季我国降水和气温的异常特征、东亚大气环流特征及海温对我国气候的影响。结果显示2018年夏季全国平均降水量较常年同期偏多9.6%,我国中东部地区降水呈现“南北多、中间少”的分布特征,北方和华南大部降水较常年同期偏多、长江中下游降水明显偏少。降水的上述异常特征受到东亚副热带和中高纬大气环流的共同影响。2018年夏季东亚副热带高空急流和西太平洋副热带高压位置都明显偏北,东亚沿岸由南至北为“负—正—负”的高度距平分布, 呈现出“东亚—太平洋型”遥相关负位相的特征,菲律宾附近对流层低层大气维持异常的气旋式环流,东亚副热带夏季风异常偏强。同时,欧亚中高纬度大气呈现“两槽一脊”的异常高度分布特征。在副热带和中高纬大气环流的这种配置下,我国北方地区以异常偏南风为主,有利于暖湿气流的输送,降水偏多;华南地区在偏强的热带对流活动影响下,降水也总体偏多;而长江中下游地区则以明显的辐散下沉运动为主,降水偏少。从外强迫因子来看,2017年10月至2018年4月发生的La Nina事件对东亚夏季风偏强及我国降水“南北多、中间少”的异常特征起到了重要作用。     

The Record-breaking Mei-yu in 2020 and Associated Atmospheric Circulation and Tropical SST Anomalies※

The record-breaking mei-yu in the Yangtze-Huaihe River valley (YHRV) in 2020 was characterized by an early onset, a delayed retreat, a long duration, a wide meridional rainbelt, abundant precipitation, and frequent heavy rainstorm processes. It is noted that the East Asian monsoon circulation system presented a significant quasi-biweekly oscillation (QBWO) during the mei-yu season of 2020 that was associated with the onset and retreat of mei-yu, a northward shift and stagnation of the rainbelt, and the occurrence and persistence of heavy rainstorm processes. Correspondingly, during the mei-yu season, the monsoon circulation subsystems, including the western Pacific subtropical high (WPSH), the upper-level East Asian westerly jet, and the low-level southwesterly jet, experienced periodic oscillations linked with the QBWO. Most notably, the repeated establishment of a large southerly center, with relatively stable latitude, led to moisture convergence and ascent which was observed to develop repeatedly. This was accompanied by a long-term duration of the mei-yu rainfall in the YHRV and frequent occurrences of rainstorm processes. Moreover, two blocking highs were present in the middle to high latitudes over Eurasia, and a trough along the East Asian coast was also active, which allowed cold air intrusions to move southward through the northwestern and/or northeastern paths. The cold air frequently merged with the warm and moist air from the low latitudes resulting in low-level convergence over the YHRV. The persistent warming in the tropical Indian Ocean is found to be an important external contributor to an EAP/PJ-like teleconnection pattern over East Asia along with an intensified and southerly displaced WPSH, which was observed to be favorable for excessive rainfall over YHRV.     

Features of the Extremely Severe Drought in the East of Southwest China and Anomalies of Atmospheric Circulation in Summer 2006

The spatial-temporal features of the extremely severe drought and the anomalous atmospheric circulation in summer 2006 are analyzed based on the NCEP/NCAR reanalysis data, the characteristic circulation indices given by the National Climate Center of China, and the daily precipitation data of 20 stations in the east of Southwest China (ESC) from 1959 to 2006. The results show that the rainless period started from early June and ended in early September 2006 with a total of more than 80 days, and the rainfall was especially scarce from around 25 July to 5 September 2006. Precipitation for each month was less than normal, and analysis of the precipitation indices shows that the summer precipitation in 2006 was the least since 1959. The extremely severe drought in the ESC in summer 2006 was closely related to the persistent anomalies of the atmospheric circulation in the same period, i.e., anomalies of mid-high latitude atmospheric circulation, western Pacific subtropical high (WPSH), westerlies, South Asian high, lower-level flow, water vapor transport, vertical motion, and so on. Droughts usually occur when the WPSH lies anomalously northward and westward, or anomalously weak and eastward. The extreme drought in summer 2006 was caused by the former. When the WPSH turned stronger and shifted to the north and west of its normal position, and the South Asian high was also strong and lay eastward, downdrafts prevailed over the ESC and suppressed the water vapor transfer toward this area. At the same time, the disposition of the westerlies and the mid-high latitude circulation disfavored the southward invasion of cold air, which jointly resulted in the extremely severe drought in the ESC in summer 2006. The weak heating over the Tibetan Plateau and vigorous convective activities over the Philippine area were likely responsible for the strong WPSH and its northwestward shift in summer 2006.     

The 2016 summer floods in China and associated physical mechanisms: A comparison with 1998

The characteristics of droughts and floods in China during the summers (May–August) of 2016 and 1998 were compared in great detail, together with the associated atmospheric circulations and external-forcing factors. Following results are obtained. (1) The precipitation was mostly above normal in China in summer 2016, with two main rainfall belts located in the Yangtze River valley (YRV) and North China. Compared with 1998, a similar rainfall belt was located over the YRV, with precipitation 100% and more above normal. However, the seasonal processes of Meiyu were different. A typical “Secondary Meiyu” occurred in 1998, whereas dry conditions dominated the YRV in 2016. (2) During May–July 2016, the Ural high was weaker than normal, but it was stronger than normal in 1998. This difference resulted from fairly different distributions of sea surface temperature anomalies (SSTAs) over the North Atlantic Ocean during the preceding winter and spring of the two years. (3) Nonetheless, tropical and subtropical circulation systems were much more similar in May–July of 2016 and 1998. The circulation systems in both years were characterized by a stronger than normal and more westward-extending western Pacific subtropical high (WPSH), a weaker than normal East Asian summer monsoon (EASM), and anomalous convergence of moisture flux in the mid and lower reaches of the YRV. These similar circulation anomalies were attributed to the similar tropical SSTA pattern in the preceding seasons, i.e., the super El Niño and strong warming in the tropical Indian Ocean. (4) Significant differences in the circulation pattern were observed in August between the two years. The WPSH broke up in August 2016, with its western part being combined with the continental high and persistently dominating eastern China. The EASM suddenly became stronger, and dry conditions prevailed in the YRV. On the contrary, the EASM was weaker in August 1998 and the “Secondary Meiyu” took place in the YRV. The Madden–Julian Oscillation (MJO) was extremely active in August 2016 and stayed in western Pacific for 25 days. It triggered frequent tropical cyclone activities and further influenced the significant turning of tropical and subtropical circulations in August 2016. In contrast, the MJO was active over the tropical Indian Ocean in August 1998, conducive to the maintenance of a strong WPSH. Alongside the above oceanic factors and atmospheric circulation anomalies, the thermal effect of snow cover over the Qinghai–Tibetan Plateau from the preceding winter to spring in 2016 was much weaker than that in 1998. This may explain the relatively stronger EASM and more abundant precipitation in North China in 2016 than those in 1998.     

2011年我国夏季降水动力统计预测与异常成因

该文对2011年我国夏季降水情况进行简要回顾,并对3月制作的夏季降水动力统计客观定量化和动力统计-诊断预测结果进行检验。以长江中下游地区为例,对比说明了两种预测方法选取因子的差异及动力统计-诊断较动力统计客观定量化预测结果有一定提高的原因。在此基础上,分析了导致2011年夏季主雨带较预测结果偏南的影响因素,并进一步探讨了大气环流特别是中高纬度阻塞高压和低纬度西太平洋副热带高压异常的可能成因。结果表明:2011年夏季主雨带偏南主要是中高纬度阻塞形势与低纬度副热带高压的季节内异常振荡及二者逐月不同配置的产物,而中高纬度阻塞形势与低纬度副热带高压的季节内异常振荡是由海温、积雪等外强迫及东亚环流系统内部成员相互作用所致。     

强El Niño衰减年东亚夏季风的季节内变化:1998年和2016年的对比分析

本文对比分析了1998年和2016年这两个强El Ni?o衰减年东亚夏季风的季节内变化。结果表明,在6~7月期间,由于热带印度洋海温偏高、对流偏强,造成西太平洋暖池对流偏弱,西太平洋副热带高压（副高）偏西偏强,长江流域降水偏多,华南偏少,东亚夏季风异常具有典型的El Ni?o衰减年特征。但两年的8月份有很大差异,虽然1998年8月与6~7月相似,但2016年8月份则完全不同。受乌拉尔地区异常反气旋的影响,源自西伯利亚东部的北风异常穿越东亚并直抵暖池地区,造成副高分裂并减弱东退,同时激发暖池对流发展,而对流的发展则进一步促使副高减弱。因此,2016年8月东亚夏季风异常与1998年8月相反,中国北方夏季降水异常也呈现很大差异。另外,1998年热带大西洋偏暖,并通过热带环流变化影响到东亚夏季风异常,其强迫作用与热带印度洋类似。而2016年大西洋海温异常较弱,对东亚夏季风影响也较弱。因此,El Ni?o对东亚夏季风的影响不仅与其强度有关,还与El Ni?o衰减之后造成的印度洋和大西洋海温异常有关。本文的分析结果表明,即使在强El Ni?o衰减年夏季,由于El Ni?o之间的个性差异以及其他因子的影响,东亚夏季风季节内变化仍然能呈现出显著差异,特别是在8月份。因此,在预测东亚夏季风异常时,宜将6~7月和8月分别考虑。此外,为进一步提高东亚夏季风预测水平,除传统的季度预测外,还需要进一步加强季节内尺度的预测。     

El Ni?o对东亚夏季风和夏季降水季节内变化的影响

基于1979~2012年候平均再分析资料,合成分析了El Ni?o对东亚夏季风和夏季降水季节内变化的影响。结果表明,在El Ni?o衰减年夏季,西太平洋副热带高压(副高)明显偏强,位置偏向西南。副高的这种异常特征随夏季的季节进程有明显变化,初夏异常较弱,盛夏期间异常达到最强。此外,根据东亚夏季风降水呈现阶段式北进的特征,将夏季分为华南前汛期、江淮梅雨期、华北和东北雨期以及华南后汛期来分析东亚夏季风和降水的季节内变化。在上述各个时期,大气对流层低层表现为一致的环流异常型,副高及其以南区域为异常反气旋,其北部为异常气旋。这种异常环流型加强了副高南部偏东风及其北部偏北风,增强了热带水汽输送和高纬度地区冷空气的入侵,二者结合造成主汛期地区降水增加。需要强调的是,上述环流异常型随东亚夏季风逐步向北推移,导致东亚各地区的主汛期降水增加,非主汛期降水减少,降水分布更为集中。     

2016年和1998年汛期降水特征及物理机制对比分析

利用多种大气环流、海表温度、积雪面积等数据,并利用个例对比分析和统计方法,研究了2016年汛期（5-8月）中国旱、涝特征及与1998年的异同点,并对比分析了这两年导致降水异常的大气环流和外强迫因子。结果表明:（1）2016年汛期中国降水总体偏多,长江中下游和华北各有一支多雨带。与1998年相比,这两年南方多雨带均位于长江流域,梅雨雨量均较常年偏多1倍以上,但梅雨季节进程有显著差异,1998年发生典型的“二度梅”,而2016年梅雨结束后长江流域降水显著偏少,主要降水区移至北方。（2）2016年5-7月乌拉尔山高压脊明显偏弱,而1998年欧亚中高纬度呈“两脊一槽”型,这与北大西洋海温距平在这两年前冬至春季几乎完全相反的分布型密切相关。（3）这两年5-7月热带和副热带地区环流较为相似,副热带高压偏强、偏西,东亚夏季风偏弱,来自西北太平洋的水汽输送通量均在长江中下游形成异常辐合区,这主要是受到了前期相似的热带海温异常的影响,均为超强厄尔尼诺事件和热带印度洋全区一致偏暖模态。（4）这两年8月环流形势有显著差异,2016年8月副热带高压断裂,西段与大陆高压结合持续控制中国东部上空,夏季风迅速转强,长江流域高温少雨。而1998年8月夏季风进一步减弱,长江流域发生“二度梅”。2016年8月MJO异常活跃并长时间维持在西太平洋地区,激发频繁的热带气旋活动,对副热带地区大气环流的转折有重要作用。而1998年8月MJO主要活跃在印度洋地区,使得副高持续前期偏强的特征。除海洋和上述环流差异外,2016年前冬至春季青藏高原积雪的冷源热力效应远不及1998年强,这可能是导致2016年夏季风偏弱的程度不及1998年,而2016年汛期华北降水较1998年偏多的原因之一。      

华北雨季开始早晚与大气环流和海表温度异常的关系

本文利用国家气候中心的1961~2016年华北雨季监测资料、美国国家环境预报中心/大气研究中心（NCEP/NCAR）的大气再分析资料、NOAA海表温度资料,分析了华北雨季开始早晚的气候特征,然后利用合成分析、回归分析等方法,研究了华北雨季开始早晚与大气环流系统和关键区域海表温度的关系。结果表明,56 a来华北雨季开始最早在7月6日,最晚在8月10日,1961~2016年华北雨季开始平均日期是7月18日。华北雨季开始时间具有显著的年际变化,但雨季发生早晚的长期变化趋势不太明显。华北雨季开始早晚与西太平洋副热带高压（简称副高）、东亚副热带西风急流、东亚夏季风等环流系统的活动关系密切,当对流层高层副热带西风急流建立偏早偏强,中层西太平洋副高第二次北跳偏早,低层东亚夏季风北进提前时,华北雨季开始偏早,反之华北雨季开始偏晚。华北雨季开始早晚与春、夏季热带印度洋、赤道中东太平洋海表温度关系显著且稳定,当Ni?o3.4指数和热带印度洋全区海表温度一致模态（IOBW）为正值时,贝加尔湖大陆高压偏强,副高偏强偏南,东亚夏季风偏弱,导致华北雨季开始偏晚;当海表温度指数为负值时,则华北雨季开始偏早。     

CMIP5/AMIP GCM simulations of East Asian summer monsoon

The East Asian summer monsoon （EASM） is a distinctive component of the Asian climate system and critically influences the economy and society of the region.To understand the ability of AGCMs in capturing the major features of EASM,10 models that participated in Coupled Model Intercomparison Project/Atmospheric Model Intercomparison Project （CMIP5/AMIP）,which used observational SST and sea ice to drive AGCMs during the period 1979-2008,were evaluated by comparing with observations and AMIP Ⅱ simulations.The results indicated that the multi-model ensemble （MME） of CMIP5/AMIP captures the main characteristics of precipitation and monsoon circulation,and shows the best skill in EASM simulation,better than the AMIP Ⅱ MME.As for the Meiyu/Changma/Baiyu rainbelt,the intensity of rainfall is underestimated in all the models.The biases are caused by a weak western Pacific subtropical high （WPSH） and accompanying eastward southwesterly winds in group Ⅰ models,and by a too strong and west-extended WPSH as well as westerly winds in group Ⅱ models.Considerable systematic errors exist in the simulated seasonal migration of rainfall,and the notable northward jumps and rainfall persistence remain a challenge for all the models.However,the CMIP5/AMIP MME is skillful in simulating the western North Pacific monsoon index （WNPMI）.     

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。