A New Circulation Index to Describe Variations in Winter Temperature in Southwest China

A new circulation index (I_SW) that can realistically describe winter temperature variations over Southwest China is defined based on analysis of the NCEP/NCAR reanalysis data (version 1) and the observations at 585 stations in China. The study period is from January 1961 to February 2011. The relationship between I_SW and general circulation patterns in East Asia is also analyzed. Results show that I_SW successfully captures the variations in winter temperature over Southwest China. High I_SW values correspond to the intensified Mongolian high, the weakened Aleutian low, increases in the strength of the Middle East westerly jet stream over the south of the Tibetan Plateau (TP), and decreases in the strength of the subtropical westerly jet over the north of the TP. Meanwhile, the East Asian trough deepens and extends southwestward, making it easier for the cold air mass from the north to intrude Southwest China along the trough. These circulation patterns lead to a decrease in winter temperature over Southwest China (and vice versa). In addition to the East Asian winter monsoon, the two westerly jets that dominate the upper level circulation over East Asia also exert important influences on winter temperature in Southwest China, especially the Middle East westerly jet to the south of the TP.     

华南春季降水和水汽输送的年代际变化特征

The characteristics of spring precipitation and water vapor transport in South China were analyzed by using observational data and the National Centers for Environmental Prediction （NCEP） reanalysis data. The results show that, during the spring, each component of the water cycle （precipitation, wind field, specific humidity, water vapor transport, etc.） in South China exhibits a notable interdecadal variability. An abrupt increase in spring precipitation occurred in the early 1970s. During the dry period from 1958 to 1971, a water vapor flux divergence （positive divQ） existed in South China, which may have led to the deficiency in rainfall. However, during the wet period from 1973 to 1989, there was a remarkable water vapor flux convergence （negative divQ） in South China, which may have resulted in the higher rainfall. The interdecadal variability of water vapor transport is closely related to the interdecadal variability of wind fields, although the interdecadal variability of specific humidity also plays a role to some extent, and the interdecadal variability of the zonal water vapor transport contributes much more to the interdecadal variability of spring precipitation than the meridional water vapor transport.     

华南集中强降水的年代际变化及环流特征

本文利用中国气象局提供的华南65个站点的逐日观测以及NCEP再分析数据,对华南夏季降水的年代际转变及其集中强降水的环流特点进行了分析,主要结论如下：华南降水在1991/1992有明显的年代际变化,相关的大气环流场也发生了显著的转变。东亚上空的副热带西风急流减弱偏北,西北太平洋副热带高压位置偏西,华南上空低层辐合、高层辐散、垂直运动以及水汽输送的辐合也发生了明显变化。年代际上降水偏多时,西北太平洋和印度洋的水汽输送比平均情况更强。当集中强降水事件发生时,增加的水汽输送主要源于西北太平洋和中国南海。进一步分析表明1991/1992年之后印度洋的水汽输送增加,但是西北太平洋的水汽输送减少。这一发现很好的说明了自1991/1992年以来华南集中强降水事件的重要变化。     

西北地区夏季降水异常及其水汽输送和环流特征分析

利用NCEP/NCAR 1951～2000年共50a的再分析资料及我国西北地区内31个代表站的降水资料,对西北地区近50a来夏季降水异常的时空特征、环流形势及水汽输送进行了研究。分析发现,西北地区夏季降水异常与东部沿海地区的降水呈反位相分布,说明西北地区和东部沿海地区的降水影响系统不同,影响时期不一致。分析结果表明,影响西北地区夏季多、少雨年的相关区域环流特征和水汽输送特征有显著差异。     

初夏至盛夏东亚副热带西风急流突变早晚与东亚环流异常的关系

利用1961-2004年NCEP／NCAR再分析逐候资料和全国160站月平均降水资料,分析了初夏至盛夏东亚副热带急流北跳和急流中心西移发生早晚对7月东亚大气环流和我国降水的影响。结果表明,急流北跳时间与7月长江中下游地区降水异常正相关,急流中心西移时间则与7月淮河流域降水异常正相关,与华北和河套地区降水异常负相关。急流北跳时间与南亚高压和西太平洋副热带高压南北位置异常及高纬贝加尔湖以东高压脊强度相关;而急流中心西移时间与南亚高压和西太平洋副热带高压的东西伸展及贝加尔湖以西高压脊强度相关,在急流中心西移偏晚年,南亚高压西缩,贝加尔湖西南侧高压脊增强,南下至华北和河套地区冷空气偏强,且西太平洋副热带高压东撤,冷暖空气在淮河流域交汇,使得华北和河套地区降水减少而淮河流域降水偏多;偏早年情况与偏晚年情况相反。     

中国春季典型降水异常及相联系的大气水汽输送

利用经验正交函数分解方法, 揭示了中国春季典型降水异常型的分布特征, 讨论了对应的水汽输送场和大尺度环流形势。结果表明, 降水异常的前三个模态对应的异常水汽输送源地都与气候平均源地存在差异。第一模态中, 降水大值区位于华南沿海, 伴随西太平洋副高的加强以及东亚西风急流的西南向移动, 水汽主要来源于菲律宾和中国南海地区; 第二模态中, 降水大值区位于长江中下游地区, 西太平洋副高及东亚西风急流均较气候平均位置偏北, 水汽主要来源于赤道西太平洋, 同时赤道印度洋的西风水汽输送也为降水提供了部分水汽; 第三模态中, 降水中心位于黄淮流域, 500 hPa高压异常中心北移至日本海附近, 同时东亚西风急流大大减弱, 水汽源地位于中纬度西北太平洋。在气候平均态下, 来自青藏高原南缘的西风水汽输送是中国春季降水的重要水汽源地之一, 但与此输送带对应的异常输送, 在与前三个降水异常典型模态所对应的水汽输送异常场中均没有体现。     

东北地区降水与大气环流关系

利用Lamb-Jenkinson大气环流分型方法, 将1951—2004年逐日的海平面气压场分型, 得到27种不同的环流型, 研究了大气环流型与我国东北地区降水的关系。给出了8种出现频率最高的主要环流型出现的规律及它们平均的环流形势, 分析了8种主要环流型下东北地区降水异常分布状况, 并选出东北地区资料齐全、有代表性的9个站点进行了深入细致地分析, 成功地建立了降水与环流型出现频率的统计关系, 并用此重建了9个代表站54年的降水序列。结果表明:Lamb-Jenkinson大气环流分型方法可以很好地应用于我国东北地区, 由此划分的环流型符合实际情况; 8种主要环流型与降水的空间分布特征有很好的对应关系; 所建立的9个代表站降水距平回归方程能够解释近54年各站的大部分降水变化, 进一步证明了东北地区降水与大气环流之间的密切关系。     

Interdecadal Variations of Winter Temperatures in East China During the Past 100 Years and Related Atmospheric Circulation

The winter temperature changes in East China during the past 100 years are investigated by using the Twentieth Century Version 2(20th-v2)Reanalysis.Four typical warm(P1,1911–30;P4,1991–2010)and cold(P2,1938–57;P3,1961–80)periods are identified for the East China winter temperature index.Comparison of160-station observational data,NCAR sea level pressure(SLP)data,and NCEP/NCAR Reanalysis shows that the20th-v2 Reanalysis can successfully depict the major features of the warming from P3 to P4,which is part of the global warming phenomenon.The cooling from P1 to P2is a regional phenomenon under global warming.However,both changes are consistent with the phase change of the Arctic Oscillation(AO),while the second change is also accompanied by the phase change of Antarctic Oscillation(AAO)from negative to positive.Original sources of the interdecadal shifts of the AO and winter temperature in East China require further research.     

我国冬季气温的年际变化及其与大气环流和海温异常的关系

利用我国160个台站49个冬季（1951/1952～1999/2000年）的气温资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过波谱分析的方法提取变量的年际变化分量（周期小于8年部分）进行分析,结果发现：在年际变化的时间尺度上,我国冬季气温表现为全国一致变化型（EOF1）和南北反相变化型（EOF2）两个主要模态,并可以解释总方差60％以上的变化。进一步分析表明,在年际变化尺度上,与气温全国一致变化型相联系的大气环流表现出海陆气压差的改变以及与此相关的东亚大槽强度的变化和东亚高空急流位置的南北移动;赤道中东太平洋的异常海温对这一模态的出现有一定的预示意义,而中国近海的海温则更多的是被动地随气温改变。与南北反相变化型相联系的大气环流表现出显著的北极涛动特征,这一模态的出现会使得次年春季的西北太平洋海温呈现以30°N为界南北反相变化的形态;而北太平洋的海温异常可能对这一模态的形成有一定的作用。这两个模态的空间分布虽然与年代际尺度上的分布非常相似,但它们的相对强弱和对应的环流却有很大的差异。分析显示,全国一致变化型可能更多地表现出年代际变化的特征,而南北反相变化型更多地表现出年际变化的特征;结果还表明,我国冬季气温的变化在不同的时间尺度上是受不同因子影响的。因此,在研究我国冬季气温变化时,将不同的时间尺度分开考虑是十分必要的。     

Predecessor Rain Events in the Yangtze River Delta Region Associated with South China Sea and Northwest Pacific Ocean (SCS-WNPO) Tropical Cyclones

Predecessor rain events(PREs) in the Yangtze River Delta(YRD) region associated with the South China Sea and Northwest Pacific Ocean(SCS-WNPO) tropical cyclones(TCs) are investigated during the period from 2010 to 2019.Results indicate that approximately 10% of TCs making landfall in China produce PREs over the YRD region; however,they are seldom forecasted. PREs often occur over the YRD region when TCs begin to be active in the SCS-WNPO with westward paths, whilst the cold air is still existing...     

华北夏季降水异常的变化及其与大气环流的联系

利用中国160站1951-2005年的逐月降水资料,以华北17站夏季降水异常为研究对象,在对其时空变化特征进行分析的基础上,探讨了影响其异常的同期因子——该地区上空大尺度环流异常特征.研究结果表明,华北夏季降水在55a里总的趋势是减少的,该地区干旱化的趋势明显,华北夏季降水存在准3a、准6a、准8a的年际周期和17～19a的年代际振荡周期。在华北夏季降水异常的年份,其降水通常与江南和华南的呈现反位相。在低层850hPa,当贝加尔湖地区的东北气流、中南半岛的西南气流及青藏高原北侧的偏西气流较常年偏强时,华北夏季降水较常年偏多;中层500hPa,副热带高压较常年偏弱、偏北、偏西,冷空气偏强,低纬热带季风活跃,南方水汽也供应充沛,从而华北多雨.     

西北干旱区空中水资源的时空变化特征及其原因分析

利用1979—2008年NCEP/NCAR月平均再分析资料,从大气可降水量、水汽输送及收支等方面分析西北干旱区空中水资源的时空变化特征,并揭示其主要原因。研究表明,1979—2008年西北干旱区整层年水汽含量略呈增加趋势,而夏季水汽总收入呈现显著增加趋势。区域空中水资源的变化与中纬度西风水汽输送密切相关。尽管区域西风指数的年代际减弱反映了西北干旱区东、西边界西风水汽输送的减弱趋势;但受区域特殊地形的影响,区域东边界水汽收支的减弱趋势远强于西边界,使得大量的水汽滞留于西北干旱区,从而导致该区域夏季水汽总收入呈现增加趋势。     

Variations of δ18O in Precipitation along Vapor Transport Paths

Three sampling cross sections along the south path starting from the Tropics through the vapor passage in the Yunnan-Guizhou Plateau to the middle-low reaches of the Yangtze River, the north path from West China, via North China, to Japan under the westerlies, and the plateau path from South Asia over the Himalayas to the northern Tibetan Plateau, are set up, based on the IAEA (International Atomic Energy Agency)/WMO global survey network and sampling sites on the Tibetan Plateau. The variations, and the relationship with precipitation and temperature, of the δ18O in precipitation along the three cross sections are analyzed and compared. Along the south path, the seasonal differences of mean δ18O in precipitation are small at the stations located in the Tropics, but increase markedly from Bangkok towards the north, with the δ18O in the rainy season smaller than inthe dry season. The δ18O values in precipitation fluctuate on the whole, which shows that there are different vapor sources. Along the north path, the seasonal differences of the mean δ18O in precipitation for the stations in the west of Zhengzhou are all greater than in the east of Zhengzhou. During the cold half of the year, the mean δ18O in precipitation reaches its minimum at Urumqi with the lowest temperature due to the wide, cold high pressure over Mongolia, then increases gradually with longitude, and remains at roughly the same level at the stations eastward from Zhengzhou. During the warm half of the year, the δ18O values in precipitation are lower in the east than in the west, markedly influenced by the summer monsoon over East Asia. Along the plateau path, the mean δ18O values in precipitation in the rainy season are correspondingly high in the southern parts of the Indian subcontinent, and then decrease gradually with latitude. A sharp depletion of the stable isotopic compositions in precipitation takes place due to the very strong rainout of the stable isotopic compositions in vapor in the process of lifting over the southern slope of the Himalayas. The low level of the δ18O in precipitation is from Nyalam to the Tanggula Mountains during the rainy season,but δ18O increases persistently with increasing latitude from the Tanggula Mountains to the northern Tibetan Plateau because of the replenishment of vapor with relatively heavy stable isotopic compositions originating from the inner plateau. During the dry season, the mean δ18O values in precipitation basically decrease along the path from the south to the north. Generally, the mean δ18O in precipitation during the rainy season is lower than in the dry season for the regions controlled by the monsoons over South Asia or the plateau, and opposite for the regions without a monsoon or with a weak monsoon.     

我国东部梅雨期降水的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系

基于我国160站59年(1951～2009年)的月降水观测资料、美国气象环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的再分析资料和Hadley中心的海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料,对我国东部(100°E以东,15°N～40°N)梅雨期(6月和7月)降水的时空变化特...     

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。     

西北地区东部降水的大气环流及水汽特征

基于西北地区东部81站1961—2010年夏季(6—8月)逐月降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,利用距平合成分析,探讨其多雨年和少雨年逐月500 hPa高度场和700 hPa湿度场特征。结果表明:西北地区东部多雨年,影响降水的天气特征表现为乌拉尔山脊逐月偏强,7月鄂霍次克海脊偏强,贝加尔湖高压脊转为低槽,7月巴尔喀什湖低槽较6月偏强。8月贝加尔湖长波槽较7月偏强;少雨年天气系统表现为6—8月西北地区东部受高压脊前西北气流控制。西太平洋副热带高压(以下简称:副高)多雨年较少雨年偏西偏强。6—8月多(少)雨年比湿的变化表明,西北地区东部降水多雨年,大气的含水量较高,西北地区东部降水少雨年,大气的含水量较低。     

东亚副热带西风急流位置变化及其对中国东部夏季降水异常分布的影响

利用1951～2004年美国国家环境预报中心 (NCAR/NCEP) 再分析候平均资料和同期中国740站日降水资料, 分析了东亚副热带西风急流轴位置的变化趋势及其对中国东部夏季降水分布的影响, 结果表明: (1) 夏季7～8月东亚副热带西风急流位置和形态在1975～1980年间出现转折, 1980年后西风急流中心逐渐向西移动的同时伴随有西风急流向南偏移。 (2) 在1980年以后华北地区降水量减少和降水强度减弱, 雨季开始时间推迟、 雨季变短, 而长江中下游地区入梅提前、 梅雨期变长, 降水量增加, 从而形成南涝北旱的降水分布形势。 (3) 1957～1964年华北典型多雨时期, 西风急流呈纬向分布, 在华北地区有高低空急流耦合, 强辐合上升区正好位于华北, 并有充足的水汽条件供应, 使得华北降水偏多。而1980～1987年和1997～2002年华北地区为典型少雨时期, 1980～1987年西风急流中心位置偏南和1997～2002年急流位置显著偏西, 在华北地区均无高低空急流耦合的环流形势, 水汽辐合区位于长江流域, 强辐合上升区位置在30°N以南区域, 有利于江南地区降水增加而华北地区少雨, 这表明西风急流位置变化导致环流调整对中国东部降水分布有显著影响。因而, 在讨论东亚副热带西风急流位置与中国东部地区降水异常的关系时, 不仅要考虑西风急流南北位置变化, 还需要综合分析西风急流的东西位置和形态的变化。     

亚洲冬季大气动能的时空演变特征及其与中国冬季降水和温度的关系

利用1968～2008年NCEP/NCAR再分析资料、中国测站的降水量和温度资料,分析亚洲冬季大气动能的时空演变特征,探讨与其对应的大气环流异常特征以及大气动能的变异与我国降水量和温度异常的联系。结果表明:亚洲冬季大气动能的主要变异中心在东亚西风急流区,该地区的冬季大气动能存在明显的年际和年代际变化。冬季,我国中东部至日本以东到西北太平洋上空大气动能的减弱(增强)与对流层中高层东亚西风急流的减弱(增强)密切相关,并可导致我国东部大部分地区降水量的偏多(偏少)和我国东北地区温度的偏高(偏低)。青藏高原西南侧大气动能的增强(减弱)则与该地区对流层中高层南亚西风急流的增强(减弱)有关联,并导致冬季我国东南地区降水量的偏多(偏少)和我国广西、贵州和四川一带温度的偏低(偏高)。在冬季,亚洲大气动能的变化可能主要通过影响亚洲西风急流的变化来造成我国冬季气候的变异。     

高层大气温度和高度场异常对我国地面气温和降水的影响

用SVD方法分析了NCEP／NCAR 1958—1997年再分析资料中月平均的300hPa温度(下称“高层温度”)和100hPa高度(下称“高层高度”)距平场与中国160个测站的月平均地表气温(下称“我国温度”)和月降水距平场的时滞和空间耦合关系,讨论了高层温度和高度距平场的空间分布和时间演变对我国气温和降水异常的影响。结果表明,高层温度和高度距平场的整体空间分布形势对中国气温和降水的影响明显,不同关键区的高层温度和高度距平场对我国不同区域的气温和降水异常有影响,具有明显的区域耦合特征。伊朗高原和青藏高原及其以南的热带低纬地区是高层温度和高度场的关键区。高层温度场对我国气温场和降水场的影响主要表现为年际变化,而高层高度场的影响主要表现为年代际变化。我国长江和黄河流域、华南和江南地区是受高层温度场和高度场异常影响最明显的地区。     

关于我国夏季气候年代际变化特征及其可能成因的研究

利用我国160个台站1951～2000年夏季(6～8月)降水和气温观测资料,以及NCEP/NCAR海温、风场和水汽的再分析资料,分析了我国夏季风降水和气温的年代际变化特征及其可能成因.分析结果表明,我国夏季降水有明显的年代际变化,在1976年前后发生了一次明显的气候跃变,从1977年到2000年夏季长江流域的降水明显增加,而华北地区和黄河流域夏季降水明显减少,出现了严重干旱.分析结果还表明,我国西北地区降水的振荡位相要超前于华北地区降水振荡位相5～8年,华北地区气候年代际时间尺度变化是从1977年起降水减少,气温上升;但西北地区从20世纪70年代开始,则温度升高,降水增多.此外,分析结果也表明我国气温同样有年代际变化,但不如降水年代际变化明显.作者还从热带太平洋SST(海面温度)的年代际变化及其对中印半岛和东亚上空水汽输送的影响,分析了上述我国气候年代际变化的可能成因.分析结果表明,热带中东太平洋的SST也有明显的年代际变化,从1976年以后热带中东太平洋海水明显增暖,出现了明显的"类似El Nino型"的SST距平分布,呈现出"年代际的El Nino现象".这种海温异常分布减弱了亚洲夏季风,从而减弱了从热带太平洋、中国南海和孟加拉湾向东亚的水汽输送,造成水汽输送在长江流域辐合,使到达华北地区的水汽大大减弱,因此引起长江流域降水明显增加,而华北地区明显减少,出现了持续性严重干旱.