ENSO及其组合模态对中国东部各季节降水的影响

近期的研究发现,热带太平洋低层大气存在两种主要模态,即经向对称ENSO模态和ENSO与海表温度(SST)年循环相互作用产生的经向反对称组合模态。主要探讨了这两种不同ENSO模态对中国东部各季节降水的影响。结果表明,厄尔尼诺年秋季,中国西南、长江及华南大部分区域呈现显著正降水异常;冬季,正降水异常范围扩大,覆盖华南、华东及华北东南部地区。这两个季节的异常降水都主要受ENSO模态的影响。与ENSO模态相关的正异常海温局地强迫导致120°E以西出现反气旋性环流,其西北侧增强的西南暖湿气流使得中国东部地区降水增多。次年春季,从中国华南延伸到东北出现正的异常降水,主要是ENSO组合模态的贡献。因为次年春季热带太平洋地区ENSO模态信号只局限于赤道地区,并没有对中国东部降水有显著的影响,而ENSO与海温年循环相互作用的组合模态使得与ENSO相关的赤道大气异常可以扩展到赤道以外地区。ENSO组合模态对中国降水异常有重要影响,在今后的研究和短期预测中需引起重视。      

东亚季风环流演变的主要模态及其与中国东部降水异常的联系

利用美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析环流资料、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)重构的海温资料和中国国家气象信息中心(NMIC)整理的752个测站降水资料,对东亚地区季风环流季节演变主要模态及其与中国东部降水异常的关系进行了分析。结果表明,东亚地区850hPa季风环流季节演变存在两个主要模态,第一模态主要受热带印度洋海温和赤道东太平洋海温偏低背景下印度洋偶极(IOD)演变过程控制;第二模态主要受赤道东太平洋ENSO循环和IOD演变控制。对应第一模态,夏季华北多雨,长江流域少雨;对应第二模态,夏季华北、长江流域多雨,淮河、华南少雨。近50年两模态发生了明显改变,与降水变化有很好的对应关系。     

全球和区域气候模式对中国东部夏季降水季节演变模拟的比较

本文利用全球海气耦合模式(MIRO3.2_hires)和区域气候模式(RegCM3)的模拟结果,分析了东亚地区夏季降水和大气环流的季节演变特征,并与NCEP/DOE再分析资料和降水观测资料进行了对比分析.结果表明,全球和区域气候模式都能反映出中国东部地区夏季平均环流场和降水场气候态分布的基本特征,但全球模式模拟的雨带范...     

华北降水季节演变主要模态及影响因子

使用华北地区120站降水资料、美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析环流资料和Kaplan扩展海温资料(Kaplan et al.,1998),对华北降水季节演变主要模态及影响因子进行了研究.结果表明,华北降水季节演变存在两个主要模态,第一模态夏季降水在中北部偏多、南部偏少,第二模态夏季...     

ENSO事件对我国季节降水和温度的影响

对近40年来ENSO当年和次年我国季节降水和温度异常进行了合成分析和信度检验。结果表明，ENSO当年我国以少雨、低温为主，次年则相反。降水和温度异常季节变化也基本呈相反趋势。长江中下游地区显著降水异常并不发生在夏季，而在ENSO当年春、秋季和次年春季；东北地区最显著的低温也不在夏季，而在ENSO当年秋季至次年春季。根据本文结果对目前ENSO影响研究中的有关问题提出了看法。     

中国东部夏季季节内降水异常及其伴随的热带和中高纬度大气环流演变特征

利用1981—2020年夏季(5—8月)CPC(Climate Prediction Center)逐日降水资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料以及NOAA的向外长波辐射资料,通过经验正交函数(EOF)分解、超前滞后合成等方法,分析了中国东部夏季季节内降水异常的主要模态(即南方型和江淮型降水异常)及其伴随的热带和中高...     

ENSO及其组合模态对中国东部各季节降水的影响

基于1961-2016年中国地面台站降水观测资料和多种再分析资料,分析了东部型和中部型两类厄尔尼诺事件对中国夏季水汽输送和降水的不同影响。结果表明：（1）厄尔尼诺事件对中国夏季降水的影响在发生当年和次年有明显的不同,主要影响是在其发生的次年,中国大部分地区的夏季降水明显偏多。（2）东部型厄尔尼诺事件当年夏季,西北太平洋副热带高压（副高）偏东偏弱,水汽输送条件较弱,不利于中国大范围降水的发生;中部型事件当年夏季,低纬度印度洋和西太平洋蒸发异常偏强,来自阿拉伯海、孟加拉湾和西北太平洋向华南地区的水汽输送和净水汽收支增加,有利于华南地区降水的异常增多。（3）东部型厄尔尼诺事件次年夏季,副热带太平洋蒸发异常偏强,副高西伸,由于东亚-太平洋（EAP）遥相关型的建立,副高西侧的强西南气流将来自太平洋蒸发的大量水汽持续输送至中国中东部地区。此外,在东亚-太平洋遥相关型影响下中高纬度地区建立了亚洲双阻型环流,其间的低槽冷涡与上游阻高之间的强偏北气流有利于北冰洋的水汽持续输送到西北和华北北部地区,中国大部分地区净水汽收支均增加,中国北方和南方地区的降水均产生了明显的同步性增多响应,形成了南北两条异常雨带。中部型厄尔尼诺事件次年夏季,副高较常年偏西且偏北,来自太平洋蒸发的大量水汽输送到江淮地区,使其净水汽收支增加和降水偏多。因此,厄尔尼诺事件的发生不仅对长江流域和淮河流域等南方地区的降水有重要影响,对华北、东北和西北地区的降水异常也有相当的作用。     

ENSO 与中国东部夏季降水的关联

计算1 月减6 月El Niño 3.4 指数与6—8 月平均200、850 hPa 风场的相关矢量,分析中等或强ElNiño/La Niña 事件后的夏季(6—8 月)中国东部降水异常分布、西太平洋副热带高压异常特征。结果表明,对ENSO 的响应,无论高、底层大气环流还是西太平洋副热带高压,1970 年代中期气候突变后变为更敏感。主要表现在:对衰减的El Niño 的响应,夏季南亚高压偏东,西太平洋副热带高压偏强、偏西、偏南,印度季风、南海季风减弱,黄河下游以南副热带季风增强。黄河中下游及以南形成异常环流辐合带,由El Niño 导致的降水正异常最有可能出现在这一西南-东北的带状区域。对衰减的La Niña 响应大致相反。      

1998年夏季长江流域大气季节内振荡的结构演变及其对降水的影响

利用中国逐日降水格点资料和NCAR/NCEP再分析资料,对1998年发生在我国东部长江中下游流域的夏季持续性强降水过程中显著的大气季节内振荡(ISO)的三维结构演变等活动特征进行了分析。1998年夏季长江及江南地区的异常强降水对应着该地区强的ISO活动。利用位相合成方法,对长江流域两个典型的季节内循环周期的ISO降水、850 hPa水平风场以及水汽和垂直速度等循环过程的时空分布特征进行了诊断分析。在低频环流场上,对流层低层的低频气旋和反气旋环流表现出交替在热带西北太平洋增强并向西偏北方向移动发展的特征,当异常气旋环流移动到长江流域上空时,长江流域正好位于气旋环流西南侧的东北风异常和西北太平洋上向西移动的反气旋环流西北侧的西南风异常环流汇合处的下方,引起该地区强降水的发生。在强降水阶段的ISO的垂直结构上,上升运动和水汽表现出从华南到长江流域自南向北移动的特征,强烈的垂直上升运动以及来自南方充足的水汽为增强长江流域地区的降水起到了重要作用。     

横断山脉中西部降水的季节演变特征

利用台站观测逐日降水资料,对横断山脉中西部地区的降水季节演变特征进行了分析,发现该地区降水具有独特的季节变化特征:雨季开始早,从第10候前后降水开始迅速增加,至第19候前后就达到第1个峰值;雨季时间长,从第10候前后雨季开始,至第60候雨季结束,雨季持续长达8个月;多峰值特征明显,雨季先后经历3个降水峰值,分别在第19、35、55候前后.通过再分析资料对这一地区风场的季节变化进行分析发现,这些降水的季节演变特征与这一地区独特地形下风场季节演变密不可分.雨季开始早与第10候起低层西风、南风迅速加强,特别是西风加强有关;第2、3个降水峰值则与西南风,特小,降水主要受西风系统影响,与西风系统的季节变化密切相关;而第2、3个降水峰值分别发生在西太平洋副热带高压西伸、东退进程中,位势高度场东高西低,降水主要受西南风控制,并伴有南风辐合,与南风的季节变化相关.别是经向南风增强有关.对3个降水峰值时刻的环流背景进行了分析,第1个降水峰值发生时,位势高度东西方向水平差异     

Two Opposite Extreme Events in Seasonal Mean Winter Rainfall over East China during the Past Three Decades

In this study,the extremes of winter seasonal mean precipitation have been investigated by using daily precipitation data from 91 stations in East China,the National Centers for Environmental Prediction/the National Center for Atmospheric Research(NCEP/NCAR)monthly reanalysis,and sea surface temperature data from the Hadley Centre for 1979–2007.The largest anomalous rainfall amount was observed in regions south of the Yangtze River.In the most recent three decades,extreme events in the seasonal mean winter precipitation occurred in 1985 and 1997.Because it was influenced mainly by a La Ni a event,the precipitation in 1985 showed a deficit following a stronger winter monsoon.The rainfall amount in 1997 was influenced by El Ni o and was significantly larger than normal with a weaker winter monsoon.Both the circulation anomalies and wave energy dispersions during the winters of 1985 and 1997 differed significantly.In 1985,the North Atlantic Oscillation anomalously excited the Eurasian-Pacific teleconnection and circumglobal teleconnection phenomena.Consequently,Rossby wave energy propagated along the north and south branches of the westerlies,strengthening the East Asian trough along with a stronger winter monsoon,which facilitated the wintertime dry extreme in East China.In1997,however,Rossby wave energy propagated from low latitudes northeastward into the southern part of China,resulting in a weaker winter monsoon and the wettest winter.The results of this study will be helpful for future monitoring and prediction of extreme winter rainfall events in East China.     

ENSO对中国西北地区秋季异常降水的影响

以奇异值分解（SVD）方法为基础,用1960～1994年35年的资料,分析了ENSO对中国西北地区秋季降水异常的影响,然后用奇异向量的海温场时间系数与500hPa高度场和海平面气压场进行交叉相关,讨论了在ENSO年引起西北地区降水异常的环流特征。结果表明,赤道中东太平洋海表温度异常与西北秋季大范围的区域性降水异常有较好的对应关系,在ElNino年,西北地区秋季大部分地区降水异常偏少,其中青藏高原东北侧的青海东部、甘肃中东部、宁夏南部和陕西北部等西北主要的雨养农业区降水明显偏少。引起这种异常的环流特征表现为500hPa高度场出现PNA异常流型,强异常中心多分布在低纬度,印缅槽偏弱,西太平洋副高加强西伸,脊线南移,南海副高和北美副高加强;东亚中纬度冬季盛行的1波流型在秋季异常发展,新疆脊偏强,东亚大槽加深西移。海平面气压场上,乌拉尔山北部高压、欧洲南部低压及阿留申低压等较高纬度系统异常加强（加深）。LaNino年情况相反。     

夏季中国东部降水季节内振荡的区域模式模拟

利用中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学国家重点实验室( LASG)发展的区域气候模式CREM,对中国东部夏季降水的季节内振荡(ISO)进行了模拟研究,通过与格点和卫星观测降水资料及NCEP2再分析资料的对比,评估了该模式的优缺点.结果表明,该模式对东部季风区ISO具有较强的模拟能力.模式能够模拟出中国东部夏...     

Influence of South China Sea SST and the ENSO on Winter Rainfall over South China

The present study investigates the influence of South China Sea (SCS) SST and ENSO on winter (January--February--March; JFM) rainfall over South China and its dynamic processes by using station observations for the period 1951--2003, Met Office Hadley Center SST data for the period 1900--2008, and ERA-40 reanalysis data for the period 1958--2002. It is found that JFM rainfall over South China has a significant correlation with Nino-3 and SCS SST. Analyses show that in El Nino or positive SCS SST anomaly years, southwesterly anomalies at 700 hPa dominate over the South China Sea, which in turn transports more moisture into South China and favors increased rainfall. A partial regression analysis indicates that the independent ENSO influence on winter rainfall occurs mainly over South China, whereas SCS SST has a larger independent influence on winter rainfall in northern part of South China. The temperature over South China shows an obvious decrease at 300 hPa and an increase near the surface, with the former induced by Nino-3 and the latter SCS SST anomalies. This enhances the convective instability and weakens the potential vorticity (PV), which explains the strengthening of ascending motion and the increase of JFM rainfall over South China.     

Coupled Modes of Rainfall over China and the Pacific Sea Surface Temperature in Boreal Summertime

In this study,monthly NCEP/NCAR reanalysis data and NOAA ERSST as well as observed precipitation data from 160 stations in China were used to investigate coupled modes affecting the rainfall over China and sea surface temperature (SST) in the Pacific during boreal summertime based on singular value decomposition (SVD) method.The SVD analysis revealed three remarkable coupled modes:rainfall over North China associated with an ENSO-like SST pattern (ENSO-NC),rainfall over the Yangtze River valley associated with SST anomalies in the western tropical Pacific (WTP-YRV),and rainfall over the Yellow River loop valley associated with tropical Pacific meridional mode-like SST pattern (TPMM-YRLV).These coupled SVD modes appear robust and closely correlated with the single field.Furthermore,the covariabilities among of the three coupled modes have different characteristics at the decadal time scale.In addition,the possible atmospheric teleconnections of the coupled rainfall and SST modes were discussed.For the ENSO-NC mode,anomalous low-pressure and high-pressure over the Asian continent induces moisture divergence over North China and reduces summer rainfall there.For the WTP-YRV mode,East Asia-Pacific teleconnection induces moisture convergence over the Yangtze River valley and enhances the summer rainfall there.The TPMM SST and the summer rainfall anomalies over the YRVL are linked by a circumglobal,wave-train-like,atmospheric teleconnection.     

Regional Frequency Analysis of Observed Sub-Daily Rainfall Maxima over Eastern China

Based on hourly rainfall observational data from 442 stations during 1960–2014, a regional frequency analysis of the annual maxima(AM) sub-daily rainfall series(1-, 2-, 3-, 6-, 12-, and 24-h rainfall, using a moving window approach) for eastern China was conducted. Eastern China was divided into 13 homogeneous regions: Northeast(NE1, NE2), Central(C), Central North(CN1, CN2), Central East(CE1, CE2, CE3), Southeast(SE1, SE2, SE3, SE4), and Southwest(SW).The generalized extreme value performed best for the AM series in regions NE, C, CN2, CE1, CE2, SE2, and SW, and the generalized logistic distribution was appropriate in the other regions. Maximum return levels were in the SE4 region, with value ranges of 80–270 mm(1-h to 24-h rainfall) and 108–390 mm(1-h to 24-h rainfall) for 20- and 100 yr, respectively.Minimum return levels were in the CN1 and NE1 regions, with values of 37–104 mm and 53–140 mm for 20 and 100 yr,respectively. Comparing return levels using the optimal and commonly used Pearson-III distribution, the mean return-level differences in eastern China for 1–24-h rainfall varied from-3–4 mm to-23–11 mm(-10%–10%) for 20-yr events, reaching-6–26 mm(-10%–30%) and-10–133 mm(-10%–90%) for 100-yr events. In view of the large differences in estimated return levels, more attention should be given to frequency analysis of sub-daily rainfall over China, for improved water management and disaster reduction.     

冬季和春季印度洋海温异常年际变率模态对中国东部夏季降水的可能影响过程

印度洋热力状况是影响全球气候变化和亚洲季风变异的一个重要的因素,但以往研究更多关注热带印度洋海温的变化,对南印度洋中高纬地区海温变化关注不够,由此限制了我们对印度洋的全面认识.本文研究了年际尺度上整个印度洋海温异常主导模态的特征及其对我国东部地区夏季降水的可能影响过程,以期望为气候变异研究及预测提供理论依据.研究结果表明:全印度洋海温异常年际变率的主导模态特征是在南印度洋副热带地区海温异常呈现西南—东北反向变化的偶极子模态,西极子位于马达加斯加以东南洋面,东极子位于澳大利亚以西洋面;同时,热带印度洋海温异常与东极子一致.当西极子为正的海温异常,东极子、热带印度洋为负异常时定义为正的印度洋海温异常年际变率模态;反之,则为负的印度洋海温异常年际变率模态.从冬至春,印度洋海温异常年际变率模态具有较好的季节持续性;与我国长江中游地区夏季降水显著负相关,而与我国华南地区夏季降水显著正相关.其可能的影响过程为:对于正的冬、春季印度洋海温异常年际变率模态事件,印度洋地区异常纬向风的经向大气遥相关使得热带印度洋盛行西风异常,导致春、夏季海洋性大陆对流减弱,使夏季西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东偏北,造成华南地区夏季降水增多,长江中游地区降水减少;反之亦然.同时,印度洋海温异常年际变率模态可通过改变印度洋和孟加拉湾向长江中游地区的水汽输送而影响其夏季降水.     

中国地区降水持续性的季节变化特征

本文利用我国588个气象站1969-2008年逐12小时的降水资料,分析了中国地区降水持续性的空间分布特征及其季节演变规律。分析结果表明,35°N以南,西部和东部年平均的降水平均持续时间较长,中部略短;35°N以北,西北和内蒙西部最短,东北地区北部略长。将降水事件按持续时间分类自南向北,东南地区、江淮和黄淮地区、东北和华北北部地区短时降水（持续一个时次,12小时）的降水量和降水频率占全年总降水的比例逐渐增加,持续性降水（持续3个时次及以上）的比例减少。降水平均持续时间随季节的变化基本能反映出江南春雨、江淮梅雨、东北和华北夏季雨季、关中盆地和汉水谷地的秋雨以及青藏高原地区和西南地区夏季雨季。同时,东南地区秋冬季节、江淮和黄淮地区10月上旬和西南地区10月下旬存在降水平均持续时间的峰值,与降水量的变化不一致,是由持续性降水频率的增加和短时降水频率的减少造成的。此外,东部三个区域降水平均持续时间的夏季季节内变化对应了季风雨带的“北跳和南撤”过程。     

Relationship between ENSO and Winter Rainfall over Southeast China and Its Decadal Variability

In this study,the relationship between El Nin o-Southern Oscillation(ENSO) and winter rainfall over Southeast China(SC) is demonstrated based on instrumental and reanalysis data.The results show that ENSO and SC winter rainfall(ENSO-SC rainfall) are highly correlated and intimately coupled through an anomalous high pressure over the northwestern Pacific.In mature phase,El Nin o(La Nin a) events can cause more(less) rainfall over SC in winter.Due to the persistence and spring barrier of ENSO,SC winter rainfall has potential predictability of about half a year ahead with ENSO as a predictor.Besides,the ENSO-SC rainfall relationship exhibits decadal variability,closer before the early 1970s(0.47) and after the early 1990s(0.76),but weaker(0.12) between these times.In different periods,atmospheric teleconnection patterns have large differences and the predictability of SC winter rainfall also changes dramatically.For the most recent 20 years,the ENSO-SC rainfall relationship is closest and the prediction of SC winter rainfall anomalies based on ENSO is most creditable.In addition,the causes and mechanisms of the decadal modulation of the relationship between ENSO and SC winter rainfall need to be further studied.