华北夏季降水的年代际变化及其与东亚地区大气环流的联系

利用1990－1999年华北夏季降水，海平面气压和1950－1999年NCEP月平均资料，借助小波变换研究了华北夏季降水的年代际变化特征，再用合成分析研究了华北夏季降水的年代际变化与东亚地区大气环流的联系，结果表明：近百年的华北夏季降水经历了20世纪30年代末之前和40年代末到70年代末两个多雨期阶段，20世纪30年代末到40年代末和70年代末之后两个少雨期阶段，华北夏季少雨期，东亚夏季风偏弱，亚洲地区500hPa高度场为正距平，副高脊线和北界位置偏南，贝加尔湖附近常伴有阻塞高压存在，而华北夏季多雨期则相反。     

华北夏季降水减少与北半球大气环流异常的关系

利用华北地区20站夏季降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用趋势分析、合成分析等方法,对华北夏季降水减少与北半球大气环流异常进行对比分析。结果表明,华北夏季降水量1951—2008年呈显著减少趋势,平均每10 a减少13.4 mm,1965年发生了气候突变,之后降水量减少更加明显。北半球大气环流在1965年前后有明显不同：1）1951—1965年夏季500 hPa高度场欧洲大槽、贝加尔湖槽较深,乌拉尔山高压脊较强,经向环流表现突出;而1966—2008年夏季欧洲大槽、贝加尔湖槽较浅,乌拉尔山高压脊较弱,纬向环流表现突出。2）1951—1965年夏季500 hPa蒙古冷槽位置偏北偏西,冷空气活动经常影响华北地区;而1966—2008年夏季蒙古冷槽位置东移南压到河套附近,冷空气经常影响华北以南以东地区。3）1951—1965年夏季海平面气压场蒙古低压异常强大,而1966—2008年蒙古低压明显减弱。4）1951—1965年夏季850 hPa东亚夏季风一直伸展到华北、东北地区,蒙古地区存在明显的气旋性环流,在河套附近产生风向辐合;而1966—2008年东亚夏季风在到达30°N附近风速显著减小,很少越过长江到达华北地区,在长江流域形成了风速辐合,同时蒙古地区的气旋性环流消失,河套附近的风向辐合变的很弱。1951—1965年华北多雨是由于东亚夏季风水汽的有效输送和河套附近的风向辐合造成的,而1966—2008年长江流域多雨是由于东亚夏季风在这里产生了风速辐合造成的。华北夏季降水减少与北半球大气环流异常有很好的联系。     

华北夏季降水异常与华南前汛期降水异常的关系

为改进华北夏季降水异常的预测能力、寻找前期异常信号的监测预测指标,本文利用1961-2020年华北、华南夏季降水资料,美国环境预报中心和大气科学研究中心（National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research, NCEP/NCAR）的再分析环流资料、向外长波辐射资料（Outgoing Longwave Radiation, OLR）,采用相关、合成和环流异常回归重构等方法,分析了华南前汛期（5-6月）降水异常与华北夏季（7-8月）降水异常的联系。结果表明：（1）华北夏季（7-8月）降水异常通常与华南前汛期（5-6月）降水异常呈反位相关系,即如果华南前汛期降水偏多,对应华北夏季降水就会偏少,反之亦然。华南前汛期降水异常可以作为华北夏季降水异常监测预测的一个前期指标。东亚夏季风造成对流层低层水汽输送异常和北半球夏季热带低频信号传播造成对流层中低层环流异常是两地降水呈反位相变化的联系机制。（2）在水汽输送方面,如果5-6月东亚副热带夏季风偏强,即东亚西南南风（SSW）显著偏强...     

山东夏季降水异常与大气环流特征分析

通过分析山东近40年夏季旱涝分布特征,利用NCEP再分析资料运用合成分析的方法,分析了影响山东夏季降水异常的大气环流特征,结果表明:山东夏季旱涝年,中高纬度环流、东亚大槽分布和西太平洋副高的位置和强度差异明显,涡度、散度等物理量也有明显的差异。     

华北夏季降水的年代际变化

利用我国740个测站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,使用合成分析等方法,对华北夏季降水的年代际变化特征进行分析。结果表明：华北夏季降水的年代际变化与华北夏季雨带的年代际变化密不可分。在华北夏季降水偏多阶段,华北地区雨带降水量较大,华北雨带能够向西延伸,雨带位置大多数时间能够越过115°E,并且能够接近华北西部边界110°E,位置偏西;而在华北夏季降水偏少阶段,华北雨带降水量偏小,雨带虽然也能够越过115°E,但维持时间不长,且向西延伸并不明显,雨带位置很难接近华北西部边界110°E,位置偏东。华北雨带发生的年代际变化和东亚地区大气环流以及东亚夏季风的年代际变化有关。     

中纬度阻塞高压指数与华北夏季降水的联系

利用500hPa高度场资料计算了亚洲中纬度3个区域(鄂霍次克海区、贝加尔湖区、乌拉尔山区)阻塞高压指数，通过相关分析、合成分析研究了阻塞高压指数与华北夏季降水之间的联系。结果表明3个区域阻塞高压指数均具有明显的年代际变化，并且与华北夏季降水在年代际尺度上关系密切，相关系数分别为-0．4622、-0．6763、-0．6713。在阻塞高压的频发期，中纬度西风在东亚地区发生分支，分别形成极锋和副热带锋区，东亚夏季风偏弱，西太平洋副热带高压位置偏南，我国夏季雨带位置偏南，造成华北夏季干旱；而在阻塞高压的少发期则相反。     

华北夏季旱涝的特征分析

根据华北地区18个代表站1951-2006年月平均降水量资料,对华北地区夏季降水进行了统计分析.采用单站旱涝Z指数变换和区域旱涝指数对华北区域56 a的旱涝进行了分析,利用经验正交函数展开、小波分析、M-K突变检验等方法,对华北地区夏季降水时空分布特征进行了研究,并分析了华北夏季降水异常的大气环流特征.结果表明:降水偏多或偏少时段明显,华北夏季降水最主要的空间分布型是全区一致, 华北夏季降水量具有准18 a、准10 a和准2~4 a的周期,由多雨阶段转为少雨阶段的突变点为1976年;华北地区夏季旱、涝年份,其对应的高空环流存在显著性差异.     

新疆地区夏季降水异常的时空特征及环流分析

利用中国160个站1951-2000年逐月降水资料，对新疆地区近50a来夏季降水异常的时空特征及环流形势进行了研究。考虑到新疆地区复杂的地形，将新疆地区分为南疆、北疆分别讨论，分析发现：北疆的雨季比南疆早一个月左右，并呈现双峰型特点；50a来，新疆夏季的降水总体是增加的，南疆比北疆明显，1985年是一个明显的气候突变点；新疆夏季降水存在准3a、准5～6a和准10～13a的显著周期，但南疆还存在显著的准20～22a的大尺度振荡周期，北疆则不存在；环流分析表明新疆地区夏季降水异常与500hPa环流配置及南亚高压密切相关。     

北半球夏季大气低频振荡演变特征及其与华北夏季降水的关系

本文采用1981～2010年夏季5～10月逐日的（10°S～50°N,40°E～160°E）范围内向外长波辐射OLR（Outgoing Longwave Radiation）资料和850 hPa层纬向风速资料（简称U850）作经验EOF（Empirical Orthogonal Function）分解,重新计算北半球夏季大气低频振荡BSISO（Boreal Summer Intraseasonal Oscillation）指数,并分析了其演变特征及其对华北夏季降水的影响规律。结果表明:（1）在北半球夏季印度洋—西北太平洋地区存在两种明显的低频信号,一种是BSISO1,空间分布呈西北—东南倾斜状,从热带印度洋向东北方向传播,振荡周期约为45 d;另一种是BSISO2,空间分布呈西南—东北倾斜状,从西北太平洋向西北方向传播,振荡周期约为20 d。（2）BSISO主要是通过影响大气环流和水汽输送来影响华北夏季降水过程。在500 hPa层,BSISO信号会造成华北地区东部副热带高压位置南北移动和强度发生变化来影响华北夏季降水;在850 hPa层,BSISO信号会通过伴随的气旋性或反气旋性异常环流影响向华北的水汽输送来影响华北夏季降水。（3）虽然热带大气季节内振荡MJO（Madden-Julian Oscillation）信号在全年都存在,但其变化在冬半年尤其冬季振幅最大,在夏季最小。BSISO信号变化在夏半年尤其夏季振幅最大。因此,利用热带大气低频信号开展延伸期降水过程预测,冬半年可以重点考虑MJO的影响,夏半年重点考虑BSISO的影响。     

南半球高纬地区前期环流异常和我国华北地区夏季降水的联系

利用1951~2000年共50年中国160个站的逐月降水与地面气温资料以及美国NCEP/NCAR全球再分析资料,找出了影响华北地区夏季降水的南半球关键区——50~60°S。研究结果表明,该区前期1月份的环流异常能够影响当年夏季华北地区的降水,反映这种异常的指数IDX高时,华北夏季降水偏少;IDX偏低,华北夏季降水偏多。     

华北四季降水特征及与我国其他地区降水的联系

利用中国160站1951－2000年逐月降水资料，在对华北地区降水气候特征分析的基础上，介重研究了华北地区降水异常在四季中的年际，年代际变化规律和特征，以及华北地区不同季节降水偏多（少）时全国同期的降水空间分布特征，并对各季的降水趋势作了初步的估测。     

华北夏季降水异常的客观分区及时间变化特征

应用1981—2007年华北地区703个站逐日加密站降水资料,运用旋转经验正交函数分解方法,对华北地区夏季降水进行了客观分区研究,并在此基础上应用Mann-Kendall和统计t检验方法分析了华北夏季降水不同区域的时间变化特征。结果表明:华北地区夏季降水区域性较强,华北地区夏季降水可分为7个典型天气区,7个典型天气区集中降水的起止时间不同,各分区的降水季节有别于自然季节,其中华北中部汛期开始迟,南、北部汛期开始早;华北东南部汛期结束最早,京津、河北东北部结束最晚。所分区域和所确定的各区域降水集中时间可应用到建立客观降水预报区域模型中,改善实际业务中客观降水的预报效果。     

赤道平流层准两年振荡与华北南部夏季降水

通过资料分析发现:夏季50hPa QBO的东、西风位相与华北南部降水及旱涝状况的关系存在显著的阶段性,并明显地受太阳活动11年周期的影响。分析表明,50年代以来,太阳活动11年周期双周内,平流层夏季50hPa QBO西风位相年华北南部降水偏多,东风位相年降水偏少;反之,在单周内东风位相年降水偏多,西风位相年降水偏少。分析还表明,平流层夏季50hPaQBO纬向风强度自身的演变也存在显著的跃变过程,在太阳活动11年周期单周内东风平均强度较双周显著增强。     

华北地区夏季降水日变化的时空分布特征

利用2008~2014年间全国自动站观测降水和CMORPH[CPC（Climate Prediction Center）morphing technique]卫星反演降水资料融合而成的0.1°×0.1°小时降水产品揭示了华北夏季降水的日变化特征,发现华北多数地区夏季降水量和降水频率日变化呈现出明显的双峰特征且存在明显的区域性差异。在太行山以西地区,降水量和降水频率的日峰值出现在傍晚18:00左右（北京时）,规律性最强;而在太行山以东的平原和沿海地区,日峰值一般出现在上午。研究不同持续时间降水对总降水的贡献发现短时降水对傍晚的降水日峰值贡献较大,而长时降水则对凌晨的峰值影响更大。分析不同强度降水对总降水量的贡献结果表明,0.1~10 mm h-1强度降水较其它强度降水对夏季华北地区总降水量贡献更大,随着降水强度的增加降水量日变化的峰值个数增加。     

登陆我国台风与华北夏季降水的相关

利用1957-2002年华北104站月降水量、登陆我国台风频数、海平面气压场、850hPa流场、500hPa高度场资料，分析了华北地区夏季降水与登陆我国台风的关系。结果表明：华北中部和东部夏季降水量与登陆我国台风频数存在着显著的正相关，中心在华北中部的河北饶阳和保定一带。在登陆台风特多年，华北中、东部夏季降水增加（偏涝），南部降水减少（偏旱）；登陆台风特少年则相反。逐月分析发现．8月登陆我国台风频数与华北地区同期降水量相关最好，而且显著的正相关仍然位于华北中部和东部。多（少）登陆台风活动年无论是海平面气压距平场、850hPa流场距平、500hPa高度距平场还是冷空气异常，其特征均与华北中、东部夏季降水偏多（少）年相似。     

华北盛夏降水年代际变化与南半球环流异常的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国160个台站降水资料,分析了华北盛夏降水与南半球马斯克林高压、澳大利亚高压的年际关系。结果表明,华北盛夏降水和马高、澳高在年际变化尺度上都有着显著的负相关关系,且这种关系存在年代际变化,并重点分析了与华北盛夏降水年代际变化相对应的南半球环流异常型的特征。     

华北地区夏季旱涝的时空分布特征及其与北极海冰的关系

采用了1951—1999年6—8月华北地区17个站点的降水资料，利用Z指数作为旱涝指标，确定出该区域的严重涝年为1954、1956、1963、1964、1971、1973和1996年；严重旱年为1968、1972、1983、1986、1989、1992、1997和1999年。分析了华北地区夏季旱涝的年代际变化特征，然后对该地区49a的z指数场进行EOF分析，讨论了华北地区夏季旱涝的空间分布特征。最后分析了华北夏季降水与春季北极海冰的关系，结果表明华北夏季降水与春季北极海冰呈正相关关系。春季北极海冰面积偏大(小)，当年夏季华北大部分地区偏涝(旱)。