台风活动与陕西极端暴雨的相关特征分析

利用1970～2003年35年间出现在陕西的极端暴雨与近海台风活动的资料,对其进行时空分布统计分析和天气学、动力学诊断以及卫星云图等综合分析,结果表明:两者的相关率接近87%;7、8两个月台风影响最为显著。与华北、东北地区比较,陕西的极端暴雨以远距离影响的台风活动为主。影响台风有两类,一类是台风在台湾岛附近登陆或以北海域活动的,其水汽、能量主要以850hPa层输送尤为明显,这类台风云系与暴雨区之间的晴空区明显。另一类是台风在海南、广东或广西一带登陆或移动,该类水汽、能量主要以700hPa层输送最为显著。当台风在125°E以西,且在13～33°N的范围内活动时,该类台风活动对陕西的强降水作用明显,是造成陕西极端暴雨的一个重要的因素。300hPa高空急流的先兆性对陕西极端暴雨具有一定的预报意义。影响台风的位置与影响云系对极端暴雨落区预报有帮助。

1998年夏季热带内外大气低频振荡特征分析

利用ECMWF的格点风和位势高度场资料,对1998年夏季热带内外地区大气低频振荡特征进行了分析研究。结果表明,亚洲季风区的季节内振荡非常显著。850hPa季节内振荡纬向风的经向传播揭示出南海地区的西风振荡受南北两支西风的共同影响。与长江流域特大洪涝密切相关的大气环流系统(乌拉尔阻高和西太平洋副高)对季节内振荡有较强的响应。在欧亚范围,持续性异常环流十分活跃,大气低频波的活动与环流持续异常的形成有密切的联系,季节内振荡是高低纬环流持续异常同时发生的纽带。其低频(30～60d)遥相关型的分布同江淮洪涝年的波列结构相类似。

2005-2008年5、6月华南暖区暴雨与高、低空急流和南亚高压关系的统计分析

利用2005—2008年5月和6月的NCEP 1°×1°分析资料和气象台站常规气象资料,对我国华南地区的暖区暴雨进行了统计分析,并且以θse场与暖区暴雨的不同配置进行了分类,将华南暖区暴雨划分为三种类型,在分类的基础上进行了合成分析。统计及合成分析得出5月和6月的暖区暴雨有明显的差异:5月1型暖区暴雨出现最多,6月2型暖区暴雨出现最多,3型暖区暴雨仅发生于6月;5月暖区暴雨受高空急流的影响比较大,多发生于高空急流的右后方,离南亚高压脊线较远;6月形成暖区暴雨的高空急流较弱,暖区暴雨多发生在南亚高压脊线附近;5月形成暖区暴雨的南部系统相对稳定,而6月南部系统尺度变化较大。其相同点为:5、6月各类暖区暴雨多发生于850 hPa低空急流的后部(包括左后、右后),且均发生于850 hPa左右的南风辐合区中,因此低层南风辐合是产生暖区暴雨的重要机制之一,除6月1型暖区暴雨外,其他类暖区暴雨区的南侧中层均有干区配合。5、6月2型暖区暴雨相似度最大,1型暖区暴雨的相似度最小。

江淮流域持续性强降水期间西太副高位置变异与非绝热加热的关系

采用NCEP/NCAR逐日再分析资料及全国740站逐日降水资料,讨论了江淮流域持续性强降水期间西太平洋副高位置变动特征及其与非绝热加热的关系。通过个例合成研究发现:副高位置变异与强降水持续期间大气非绝热加热关系密切。强降水持续期间,副高北侧的江淮流域和西侧的孟加拉湾北部地区均存在强烈的视热源和视水汽汇。强降水发生前3 d,江淮流域Q1z开始增大,到降水发生后2 d的Q1z达到最大,尔后逐渐减小,降水结束后变化趋于平缓,此期间不利于副高北抬;此外,强降水发生前2 d,孟加拉湾北部地区Q1z开始增大,降水发生后1 d达最大,副高逐渐西伸,此后,Q1z减小,副高相应有所东退。根据全型垂直涡度倾向方程,对流层中层,江淮流域非绝热加热的垂直变化有利于副高北侧气旋性涡度增长,阻碍副高北进,有利于雨带在江淮流域维持,形成持续性降水;孟加拉湾北部地区非绝热加热的垂直变化有利于副高西侧反气旋涡度增加,可能是诱导副高西伸的原因之一。

冬季北大西洋涛动与中国西南地区降水的不对称关系

利用1951—2010年NCEP/NCAR再分析资料和中国160个站逐月降水资料,探讨了冬季北大西洋涛动(NAO)与同期中国西南地区降水的关系。结果表明,冬季北大西洋涛动与西南地区降水存在显著的正相关关系,并且,正相关具有不对称性,即当冬季北大西洋涛动处于负位相时,东亚地区环流形势不利于中国西南地区降水的形成,对应着中国西南地区冬季降水的显著减少。而当冬季北大西洋涛动处于正位相时,北大西洋涛动与中国西南地区降水的正相关关系并不显著。进一步的分析表明,与中国西南冬季降水变化密切相关的主要环流结构是里海和中东—阿拉伯海—青藏高原及其下游的遥相关型(CAT遥相关型)。北大西洋涛动与里海和中东—阿拉伯海—青藏高原及其下游的遥相关结构存在不对称关系,两者的关系仅在北大西洋涛动负位相时显著。冬季北大西洋涛动高、低指数年分别合成的波射线和波作用通量的结果表明,当冬季北大西洋涛动为负位相时,冬季地中海地区的扰动源会形成与里海和中东—阿拉伯海—青藏高原及其下游的遥相关路径一致的波射线,同时波作用通量的结果表明,定常波由里海和中东、阿拉伯海一直传播到青藏高原及下游地区,而冬季北大西洋涛动高指数年,地中海地区的扰动源所形成的波射线偏北,波动传播到达印度半岛地区之后不再向下游传播。冬季北大西洋涛动对里海和中东—阿拉伯海—青藏高原及其下游的遥相关波列的不对称影响决定了北大西洋涛动与西南冬季降水的不对称关系。

蒙古高压一组环流指数及与中国同期气候异常关系分析

定义了一组描述冬季（12—2月）的月、季1 000 hPa等压面上蒙古高压（MH）状态的新的环流指数,它包括面积指数S、强度指数P、中心位置指数（λc,φc）。用NCEP/NCAR资料计算了1948/1949—2007/2008年60个冬季的月、季MH的上述环流指数。用它们分析了近60年冬季各月MH的气候态,表明MH在12、1月最强,2月明显减弱;12月偏南,1、2月逐渐北移。分析了MH强度P和中心位置（λc,φc）的年代际变化特征及其与中国冬季气候（气温、降水）的相关,结果表明：（1）MH强度P和中心位置指数φc均存在显著年代际变化,P在1960′s末—1970′s初由高转低,φc在1970′s末—1980′s初由偏北转偏南。12、2月P~φc间存在显著正相关。MH强年偏北、弱年偏南。（2）MH环流指数P、φc与中国同期气温存在显著负相关,P的显著负相关区覆盖了中国除西南外的大部分区域,φc的显著负相关区也覆盖了中国东部除东南沿海外大部分区域;它们与中国降水的同期相关联系远弱于气温。（3）全球增暖背景下MH强度减弱、中心南移,中国大部分地区出现持续暖冬;但1990′s末以来,相反的异常时有发生。（4）＂0801华南雪灾＂期间（2008.1.10—2.2）MH异常偏强,并有四次中期活动过程;它们是造成此次极端气候异常事件的直接环流原因。

高低层纬向风异常与西北太平洋热带气旋生成年频数关系的研究

采用相关和合成分析方法,研究了热带太平洋地区大尺度高低层纬向风异常与西北太平洋热带气旋生成年频数的关系及其影响的可能机理。结果表明:赤道东太平洋地区ΔU200-ΔU850>0,西太平洋热带地区ΔU200-ΔU850<0,热带太平洋地区沃克环流偏强,西北太平洋热带气旋生成年频数偏多。高低层纬向风异常年,对流层上、下部环流和对流层中垂直运动有显著的特征。在短期气候预测的时间尺度上,前期高低层纬向风异常可以作为预测热带气旋生成年频数的前兆信号。

南亚高压和西太平洋副热带高压的变化及其与降水的联系

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站月降水资料,分析了南亚高压与西太平洋副热带高压(下称西太副高)在不同时间尺度上的关系及对降水的影响。结果表明,南亚高压东伸指数存在3～6年、10～15年和20年以上的周期变化,西太副高西伸指数存在3～6年和20年以上的周期变化。其中在3～6年尺度和10～15年尺度上,南亚高压东伸(西退)与西太副高西伸(东退)关系更为明显,并以1980-1990年代的位相关系最好。交叉谱分析表明,在10～15年左右,3年及6年的周期上,两者的关系显著。进一步分析两者与同期降水的关系表明,在10～15年尺度上,南亚高压与我国长江流域的降水关系最好,为正相关,但在这一尺度上,西太副高与该流域降水关系不显著,说明在一定程度上长江流域降水年代际变化与南亚高压联系更为密切。因此,在10～15年尺度上,南亚高压可作为预测长江流域降水年代际变化的一个参考信号。

三套再分析资料的中国夏季降水日变化特征

利用台站观测降水,评估分析了三套再分析(NCEP,ERA40和JRA25)降水资料对中国夏季降水日变化的再现能力。结果表明,三套再分析资料呈现的中国夏季降水日变化特征较观测存在明显偏差。对比台站观测的白天(08—20,北京时)和夜间(20 08时)降水比例,再分析降水在大部分区域都表现为白天较夜间偏多,NCEP和ERA40在观测降水量最小的上午(08—14时)偏多更为明显,且NCEP模拟的白天和夜间的降水比例在西南地区与台站观测几乎相反。相比之下,三套再分析资料中,JRA25的降水量和降水频次的日变化与观测最为接近;NCEP的降水强度日变化最接近观测;ERA40可部分再现西南的夜雨特征。

梅汛期100hPa南亚高压特征与江苏梅雨关系研究

通过2002～2005年南亚高压特征指数、高空槽变化过程分析,讨论了南压高压对江苏梅雨期和主要降水落区的影响。并结合近15年南亚高压特征指数,探讨了不同梅雨年型的特征指数区域分布关系。同时利用2002～2005年45年NCEP100hPa高度场资料,分析了不同梅雨年型高空环流形势差异。得出:(1)南亚高压特征指数变化和西风槽移动与江苏梅期(入梅、出梅、梅期、梅雨量和落区)特征有密切关系。(2)梅雨期100hPa南亚高压的平均特征对梅期特征和梅雨年型有很好的对应关系。6～7月和梅雨期间南亚高压脊线和东伸指数平均值对梅雨强度指数具有一定的预报指示意义。

1998年夏季亚洲地区低频大气环流的特征及其与长江中下游降水的关系

利用日本GAME资料、TRMM卫星资料及中国730站降水资料研究了1998年夏季亚洲地区对流层至平流层低频振荡(LFO)的传播特征及该年长江中下游夏季降水变化的LFO型,结果表明:1998年5—8月,在青藏高原经纬度上,对流层LFO的东西向传播特征与季节变化有关。在东西方向上,高原和东亚大陆雨季开始前,LFO以向东传播为主;在雨季开始后,LFO以向西传播为主。南北方向上,LFO的传播在雨季前后基本一致,高原南北两侧均向高原传播。在南北方向上,青藏高原是LFO的汇;而在东西方向上,高原西部只在雨季开始后是LFO加强区,使西传进入高原的LFO继续西传。整个大气层以对流层顶(100hPa)LFO最强,进入平流层LFO迅速减弱。1998年夏季长江中下游降水存在两次明显的LFO循环,我们根据两次降水LFO各位相合成分析了降水、500和100hPaLFO环流以及沿30°NLFO垂直环流。结果表明:来自西伯利亚向南传播和来自孟加拉湾及南海向北传播的LFO气旋(降水谷值期)和反气旋(降水峰值期)形成了高原东部上空LFO气旋(降水谷值期)和反气旋(降水峰值期)以及来自中纬度西太平洋南下西移经日本、黄海到达中国大陆东部海洋上空的LFO反气旋(降水谷值期)和气旋(降水峰值期)的共同作用造成了长江中下游地区强烈的下沉(降水谷值期)和上升(降水峰值期),形成长江中下游降水LFO谷值期和峰值期。

日最高温度统计降尺度方法的比较研究

针对日最高温度的降尺度问题,发展了一种统计降尺度的新方法——优选格点回归法(OPR)。利用该方法与双线性插值法(BI)对平原(山东)和高原(云南)的日最高温度进行降尺度对比分析,结果表明:无论对于平原(山东)还是高原(云南)地区以及夏季(7月)还是冬季(1月),OPR方法都明显优于BI方法,特别是从高原地区的均方根误差来看,降尺度效果优势更加明显。进一步对OPR方法降尺度过程中所做的方差放大对比分析显示,方差放大后对日最高温度的降尺度效果不但没有改进,在某些方面如均方根误差和极端误差等还有变差的表现。

大洋间海表温度遥联与中国冬季气温的关系

利用SVD方法,在年代际和年际尺度上研究了各季北大西洋和北太平洋海表温度的遥相关关系,给出了冬季两个时间尺度上的遥联指数I,并分析了它们与同期中国冬季气温及亚太冬季风的相关关系。结果表明:北大西洋和北太平洋在两个时间尺度上的海表温度遥联均与同期中国冬季气温相关;特别在年代际尺度上两大洋海表温度遥联与我国河套以南及长江中游地区冬季气温有显著正相关。其影响途径可能是两大洋海温异常引起亚太冬季风异常、继而引起我国冬季气温异常。

1948～2004年全球越赤道气流气候变化

利用1948年1月～2004年12月逐月NCEP/NCAR的全球1000 hPa、850 hPa、700 hPa、600 hPa、500 hPa、400 hPa、300 hPa、200 hPa、150 hPa、100 hPa的10层经向格点风,计算了全球越赤道气流和年变化,分析了全球850 hPa越赤道气流通道的时、空变化特征。指出在研究的时间段内,全球850 hPa越赤道气流有明显的长期趋势变化和年代际变化。近57年,6～8月的45～50°E、5～9月的105～115°E、5～9月和5～11月的130～140°E、2～4月的20～25°E的越赤道气流有明显的加强,6～8月的50～35°W的越赤道气流减弱。夏季索马里的越赤道气流,平均每10年增强0.25 m/s,而130～140°E,5～9月的越赤道气流,平均每10年增强0.32 m/s。奇异谱分析表明,850 hPa越赤道气流的年代际变化和趋势变化的方差贡献达到35%～45%。年际变化的方差贡献不超过30%,还指出夏季太平洋的越赤道气流的强度变化与南方涛动有明显关系,弱南方涛动时,有强的越赤道气流。而索马里急流强度与北大西洋涛动有弱的正相关。

主汛期(6～8月)副高各指数与中国160站降雨的关系

利用1951～2001年共51年6～8月副高5个指数与同期中国160站降雨建立标准化的多元回归方程,通过分析副高5个指数的偏回归系数及各方程复相关系数在时间和地域上的分布和变化,研究了副高各指数所反映的位置、形状、面积、强度等特征对我国主汛期降雨的综合影响以及这种影响在季节和地域上的差异,结果表明副高北界位置指数和脊线位置指数主要影响雨带位置的变化,西伸脊点指数与我国大部地区雨量的丰欠有关,面积和强度指数则由于采用的方法而表现出对降雨的影响呈相反的特性。从副高对我国主汛期降雨的拟合能力上看,7月拟合能力比6月和8月好,对东部地区和华南地区的拟合能力分别比西部地区和华北地区好。

东亚盛夏北上转向台风年代际变化及与PDO的关系

利用1951—2008年台风及海温资料,分析了东亚盛夏(7—8月)北上转向台风个数的年代际变化特征及其与PDO的关系。结果表明东亚盛夏北上转向台风个数存在明显年代际变化特征,并在1978年前后发生突变。东亚盛夏北上转向台风个数与PDO关系密切,两者呈反位相关系。PDO位相转变后影响北上台风的海温关键区由赤道中东太平洋和西风漂流带区域变为黑潮区域,并且北上台风个数与各海温关键区存在时滞相关。在PDO不同位相的年代际背景下,西太副高位置的变化是北上台风个数年代际变化的原因之一。

北半球环状模(NAM)、东北冷涡与前汛期华南旱涝

利用中国气象局国家气象信息中心提供的1951-2004年全国160站月平均降水资料和欧洲中心提供的ERA-40再分析资料,对近50年华南前汛期降水、东北冷涡、前期北半球环状模和海温的关系进行了统计分析,定义了一个前汛期东北冷涡强度指数(NECVI),结果表明:前汛期东北冷涡强度与华南降水存在显著的正相关,东北冷涡强年,华南降水偏多,前期2-3月份北半球环状模(NAM)偏弱;反之,东北冷涡偏弱年,华南降水偏少,前期2-3月份NAM偏强。此外,前汛期东北冷涡的强度和前期的中国近海海温存在显著的负相关,前期的NAM和中国近海海温的异常可以作为前汛期东北冷涡异常的一个前兆信号,进而为华南地区前汛期降水异常的预测提供参考依据。

长江中下游梅雨与春季南半球年际模态(SAM)的关系分析

利用1951～2000年中国160站梅汛期(6～7月)月平均降水资料和南半球月平均海平面气压资料,对全国梅汛期降水与其前期春季(4～5月)南半球年际模态进行了统计分析,结果表明:长江中下游梅雨与春季SAM指数存在显著的正相关,东亚梅汛期大尺度大气环流异常同样与春季SAM指数有着紧密的联系,强SAM春季对应着后期弱东亚夏季风,西太平洋副高加强西伸,以及长江中下游地区垂直上升速度的增加,这些为长江中下游梅雨的增加提供了有利的大气环流和水汽条件,而弱SAM春季情况则正好相反。春季南半球年际模态的异常为长江中下游梅雨的预测提供了有参考价值的前兆信号。

ENSO对IOD与中国夏季降水关系的影响

利用1950～1999年Hadley中心海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和中国160站降水资料,通过讨论印度洋偶极子(IOD)独立发生时及IOD与ENSO联合发生时中国夏季降水的差异,研究了ENSO对IOD与中国夏季降水关系的影响。IOD独立发生时,其正位相年以湖南为中心的华南地区夏季降水偏多;IOD与ENSO联合发生时,正位相年河套、华北地区夏季降水偏少,东南沿海地区降水偏多。ENSO对IOD与中国夏季降水关系的影响主要表现为:在华南西部、江淮流域、河套及华北地区起抵消作用,而在东南沿海地区起协同作用。还从环流场角度分析了ENSO对IOD与中国夏季降水关系影响的初步成因。

华北夏季降水与北半球环流及北太平洋海温关系的初步分析

在利用基于 Z指数的判别方法确定华北地区严重旱涝年份的基础上 ,应用合成分析方法研究了严重旱涝年的环流形势并初步分析了华北夏季旱涝的成因。然后用相关分析研究方法找出了与华北地区夏季降水关系密切的海温关键区 ,即赤道中东太平洋地区和北太平洋中高纬地区。利用大气环流模式进行数值试验 ,进一步研究了两个区域海温影响华北降水的物理机制和相对重要性 ,得到了一些有意义的结果。