北极涛动年代际变化对华北地区干旱化的影响

华北地区夏季降水在20世纪70年代中期以后进入年代际偏少阶段,表现出明显的干旱化趋势。华北干旱加剧具有特殊的大气环流背景,主要表现为在20世纪70年代中期以后亚洲大陆东部的热低压减弱,同时对流层低层到高层东亚夏季风环流减弱。这种异常的大气环流背景主要是由海陆热力差异和北极涛动的年代际变化造成的。近二十几年来,北极涛动维持在高指数位相是导致东亚地区大气环流异常的重要原因,并由此造成了华北干旱的加剧。

2005年初夏亚洲季风异常及对华南强降雨影响

利用国家气象中心1957-2006年基本观测站点逐日降水量资料,NCEP/NCAR所提供的2005年5-7月逐日OLR资料、日平均再分析资料及其相应的多年平均资料,采用诊断分析方法讨论了2005年初夏华南持续强降雨雨情、亚洲季风异常特征及其对华南持续强降雨的影向。结果表明:2005年南海季风和5月第6候爆发,较正常偏晚2候左右,导致华南前汛期比常年同期明显推迟;之后,南亚西南季风倾向于向东传播,西北太平洋副热带高压偏东偏弱,越赤道气流偏弱,使西南季风偏北风分量偏小,而东亚槽偏深,诸多因素使得西南季风在华南一带长时间维持,造成华南持续强降雨。同时还分析了澳大利亚冷高压、青藏高原南部到孟加拉湾一带热源的异常特征及其对亚洲季风和华南降雨的影响。

2005年南海夏季风建立偏晚和持续异常偏南的成因分析

通过分析大气环流及其热力结构演变特征,揭示2005年春末夏初南海季风爆发偏迟和持续异常偏南的原因。结果表明,阿拉伯高压偏强,与中高纬度高压脊叠加,导致较高纬度冷空气南下青藏高原南侧及中南半岛一带,抑制了中南半岛附近地区大气增温,不利于南海季风的爆发;索马里急流及赤道西风建立偏晚使中南半岛对流凝结潜热偏弱,是中南半岛一带大气增温偏迟的另一重要原因。6月上中旬,印度半岛北部冷空气势力偏强,大气增温缓慢,使印度季风和亚洲南部季风槽向北推进迟缓,使强劲的西南季风径直向东输送进入南海,有利于南海西南季风长期持续偏南。春末青藏高原积雪偏多,积雪融化抑制了地面增温和大气感热加热,是南海季风爆发偏晚的另一重要原因。6月上中旬,西南季风北上偏迟导致高原对流偏弱,热源偏弱,负反馈作用抑制了西南季风进一步北上,导致西南季风持续异常偏南。

东亚夏季风的季节内振荡研究

利用动力学因子和热力学因子结合的方法 ,将东亚夏季风区的西南风与OLR进行了综合处理 ,构造成东亚季风指数 (IM)。研究结果表明 ,该指数既可很好地反映东亚季风区的风场、高度场的环流特征 ,又能较好地描述我国长江中下游地区夏季降水和气温的变化。通过功率谱和带通滤波结合的方法研究东亚夏季风中的季节内振荡 ,东亚夏季风区内低频振荡在夏季主要是以 30～ 6 0天周期的振荡为主 ;东亚夏季风的季节内振荡在东亚沿海呈波列的形式 ,并表现为随时间向北传播的季风涌 ;由于该季节内振荡的波动 ,造成了东亚热带夏季风在东亚热带和副热带地区活动的反位相关系。

东亚季风区大气季节内振荡经向与纬向传播特征分析

将NECP/NCAR资料中850 hPa纬向风分量进行30~60天带通滤波,研究东亚季风区大气季节内振荡的传播特征。分析表明,夏季东亚季风区大气季节内振荡（ISO）的传播分为经向传播和纬向传播,其中经向传播主要为热带地区ISO的向北传播,纬向传播则是分别起源于印度季风区的ISO东传和起源于西太平洋海域的ISO西传。东传和西传的ISO在120°E附近汇合后增强自热带地区北传到此的ISO,使得ISO在经向上可以继续向北传播,其最北界可达35°N以北,并对我国长江中下游地区夏季降水产生一定的影响。

东亚季风涌对我国东部大尺度降水过程的影响分析

将NECP/NCAR资料中850 hPa纬向风分量进行30~60天带通滤波,用大气季节内振荡(ISO)来表征东亚夏季风涌的活动特征。研究表明,长江中下游地区和淮河流域分别出现涝年时,都伴有很显著的季风涌向北传播的特征。季风涌的北传实质就是季风中来自热带地区ISO的向北传播。季风涌北传过程中,得到来自东西两侧纬向传播的ISO补充。纬向传播的ISO在110°E^120°E附近汇合后增强自热带地区向北传的季风涌,使得季风涌在经向上可以继续向北传播,并对我国东部地区夏季大尺度降水过程产生一定的影响。纬向补充的ISO特征差异对我国东部大尺度降水位置会产生一定的差异。

北极涛动年代际变化对东亚北部冬季气温增暖的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料中的地表气温资料,分析了1949—1999年东亚北部地区冬季气温的变化。结果表明,从20世纪70年代中期开始东亚北部的气温显著升高,具有明显的年代际变化特征。这种气温的异常变化主要受东亚冬季风的直接影响。近二十几年来,北极涛动对东亚冬季风的影响越来越显著,北极涛动维持在正位相并持续增强,同期东亚冬季风持续减弱。研究表明,北极涛动持续增强的趋势是东亚北部地区冬季增暖的重要原因之一。

南海夏季风季节内振荡的年际变化研究

利用NCEP/NCAR风场、垂直速度再分析资料和NOAA的逐日向外长波辐射(简称OLR)资料,运用Butterworth带通滤波方法,对南海夏季风季节内振荡(简称ISO)的特征和年际变化情况进行了初步研究。气候平均状况下ISO在亚洲季风区存在5个活动中心,其中包括南海南部地区(5°N～15°N,110°E～120°E)。气候平均状况下南海ISO在5～9月有三次比较明显的活跃过程。以850hPa风在西南方向上的投影(Vsw)经30～60天带通滤波后的绝对值在南海区域的夏季平均定义了当年南海夏季风ISO活动指数,以此确定了南海夏季风ISO活跃年和不活跃年,并由此提取了两者在逐日序列和水平分布场特征上的差异。通过对南海夏季风ISO活跃年与不活跃年ISO信号差别的研究发现:在南海夏季风ISO活动较活跃年份的一个完整周期的8个位相合成中,低频对流中心从热带印度洋西部东传到达南海后,受Walker环流和西太平洋副热带高压底层东风气流阻挡等其它动力和热力因素的影响转向东北传。春季南海地区较强的Walker环流和对流活动有可能作为南海夏季风ISO活跃的前期信号。

冬春500hPa高度场与中国夏季降雨场的场相关分析

利用场相关理论，分析了中国大陆6－8月降水场与前期1－5月各月北半球500hPa高度切之间的关系，得到一些有意义的结果，并提出一种研究场与杨之间相关关系的长期天气预报思路和方法。

太平洋-印度洋海温异常模态及其指数定义的初步研究

通过对太平洋地区海温场的经验正交函数分解,分析其第一特征向量场发现,春夏秋冬四季在印度洋中西部大范围地区、赤道中东太平洋的大范围地区的海面温度西太平洋地区的相反,这一特征向量在四个季节的方差贡献率均大于33%,说明这一海温场的空间分布结构是稳定的,我们称之为太平洋-印度洋海温异常模态。并对这种模态经过认真分析比较和研究后定义了该模态的指数。

预测夏季南海季节内振荡的一种新方法

通过研究印度洋热带东传季节内振荡(MJO)活动和南海地区季节内振荡(ISO)活动的关系,发现MJO与南海ISO之间存在较稳定的高滞后相关,因此有可能利用春季和初夏MJO的活动来预测后期初、盛夏南海ISO的活动。通过对MJO活动与南海地区ISO活动物理关系的揭示,有可能以季节内振荡理论为基础,对夏季南海ISO活动提前15～50天进行预测。这样的预测试验在2008年取得了成功。这种建立在季节内振荡理论物理基础上的预测方法,较单纯的经验、统计预测有一定的进步,希望能为我国短期气候预测服务提供一种新的思路和理论依据。

东亚夏季风区的低频振荡对长江中下游旱涝的影响

利用相关分析与合成分析的方法,讨论了东亚夏季风区的低频振荡及其与我国长江中下游地区旱涝的关系。研究发现,东亚强季风涌年,准30～60d振荡的影响显著,容易造成长江中下游多雨;东亚弱季风涌年,准30～60d振荡减弱,10～20d低频振荡为主要的振荡周期,容易造成长江中下游干旱。研究结果初步揭示了低频振荡对我国长江中下游地区旱涝的影响。研究表明,东亚夏季风中低频振荡传播规律对长江中下游地区降水的中长期预报有重要的指导意义。

云南初夏降水与前期大气环流的关系

利用１９７３～１９８７年云南省１２４个站的逐日雨量资料，分析得到云南省初夏５～６月降水偏多的年份为１９７８，１９８１，１９８４和１９８５年，降水偏少的年份为１９７７，１９８２，１９８３和１９８７年。并利用１９７３～１９８７年北半球５００ｈＰａ等压面高度资料以及２００ｈＰａ副热带风场资料，研究了云南省初夏降水与前期大气环流的关系。结果表明，云南初夏降水的多寡在前期５００ｈＰａ高度场和２００ｈＰａ纬向风场上均有较为明显的反映。

ENSO对云南地区降水影响的年代际变化

通过对云南地区近50年的降水与尼诺3区的海面温度(以下简称SST)的相关性研究发现,同期或是前期的SST均与该地区的降水存在一定的相关关系,如云南地区初夏降水与前期SST呈负相关关系,而秋季降水与前期SST呈正相关关系,即在El Nino(La Nina)年,该地区初夏降水容易偏少(多),而秋季降水容易偏多(少),整个地区雨季有后(前)移的可能性。因此我们认为,ENSO对云南降水的影响主要表现为云南雨季起讫的早晚。同时发现,这种影响存在明显的年代际变化特征,即云南地区初夏和秋季降水与前期SST的相关关系在1970年代中期到1980年代末期这段时期表现得尤为显著,之前或之后这种相关关系都没有通过显著性检验。

云南初夏雨量与前期热带OLR的联系

利用热带海区１９７９—１９８８年１０年卫星观测的ＯＬＲ资料，结合同期１０年的云南降水资料，重点分析了南海和孟加拉湾海区的ＯＬＲ变化对后期云南降水的影响，发现南海、孟加拉湾海区的前期ＯＬＲ值高低与云南初夏少雨、多雨有密切的联系。

冬季太平洋海温的年代际变化对亚洲地表气温异常的影响

本文利用1951年～1999年冬季海温场(SST)再分析资料,分析得到20世纪70年代中期太平洋年代际振荡(PDO)由负(冷)位相转为正(暖)位相,发生了显著的年代际变化.SVD分析冬季北太平洋SST与亚洲地表温度(SAT)的结果表明,PDO的年代际变化对亚洲SAT北部的增暖有显著的影响.这种影响主要是通过海气间的相互作用间接对亚洲SAT产生作用.当PDO模态进入暖位相的时候,北半球SLP场主要表现出强阿留申低压,弱西伯利亚高压和中低纬气压加强的特征,SLP场的这种变化有利于中纬度西风带的加强,使得亚洲北部大部分区域冬季增暖明显.

MJO和AO持续异常对云南干旱的影响研究

热带季节内振荡和北极涛动的持续异常会对全球大气环流产生影响,同样会对东亚地区的旱涝造成影响。本文针对云南及周边地区近年来频繁出现的极端干旱事件进行了分析。发现当热带大气季节内振荡(MJO)和北极涛动(AO)两者持续异常时,会对云南的降水产生影响。2009/2010秋、冬、春3季连旱就是由MJO和AO出现极端异常(MJO异常不活跃;AO异常偏弱)造成的。2011年云南主汛期极端伏旱的产生则是由于MJO持续不活跃和西太平洋高压脊异常偏北造成的。

云南近46年降水与气温变化趋势的特征分析

利用云南1961-2007年降水与气温资料进行线性趋势分析和突变检验。结果表明,近46年来云南年均降水量是趋于减少的,其中夏季降水量减少较为明显,减少率为4.5 mm/10a,且夏季降水在1971年前后发生了由多到少的突变。从降水的季节变化特征及异常值统计结果来看,云南雨季平均降水量是趋于减少的,而干季平均降水量趋于增加;从降水的地域分布来看,滇南地区降水呈缓慢减少趋势;滇中降水呈缓慢减少后略升状态;滇西北降水呈略升趋势;滇东北降水为明显下降趋势。近46年云南年平均气温是升高的,从全省气温变化的季节特征及异常值统计结果来看,春夏秋冬四季增温都明显,但冬季气温增加最为显著,增加率为0.27℃/10a,冬季平均气温在1995年出现了一次由冷到暖的突变。滇中及以东地区的气温变化增暖趋势明显,滇西地区气温也为增暖的变化趋势。

2005年初夏云南严重干旱的诊断分析

2005年春末夏初云南出现了55年来最严重的高温干旱天气。通过诊断分析发现,造成此异常气候主要原因是中高层大气环流季节转换滞后,冷空气活动偏北;南海夏季风爆发偏晚;热带对流偏弱;西太平洋副高偏南、偏强、偏西。

近百年中国东部夏季降水年代际变化特征及其原因

本文利用测站降水观测资料分析过去一百多年中国东部华北、长江流域以及华南夏季降水的年代际变化特征发现,尽管这三个地区的夏季降水具有不同的年代际转折时期,但是均同时在1910年代初期、1920年代初期、1940年代中期、1960年代中期、1970年代末期以及1990年代初期发生了跃变。近一百年间不同年代际时期东部夏季降水的分布型主要以南正北负或者南负北正的偶极型为主,并且无论是偶极型分布还是三极型分布,两个相邻年代际时期中国东部降水分布型发生完全反向变化的概率较高(60%)。此外,夏季的PDO、冬季的AO以及春季的北极海冰也同时在1920年代末期、1940年代中期、1970年代末期以及1990年代中期左右发生了跃变,这几次跃变时期与中国东部三个不同地区夏季降水发生跃变的时期一致,表现出近百年来太平洋年代振荡(PDO)、北极涛动(AO)以及北极海冰这三个因子对中国东部夏季降水年代际变化的协同作用。在年代际时间尺度上,夏季的PDO与华北夏季降水显著负相关。PDO的年代际变化能够在500 hPa位势高度场中激发出太平洋—日本(PJ)型年代际遥相关波列;同时在850 hPa风场中激发出类似于影响华北夏季降水年代际变化的大气环流型,从而影响华北降水的年代际变化。冬半年的AO与长江流域夏季降水存在显著正相关关系。冬季到春季正位相的AO导致亚洲大陆南部处于湿冷状态,土壤湿度的记忆性可将这种状态延续到夏季。因此,夏季海陆热力对比减弱,东亚夏季风发生年代际减弱,相应地长江流域的降水年代际增多。春季北极海冰与华南夏季降水显著负相关,北极海冰的年代际异常能在500 hPa位势高度场中激发出与静止Rossby波异常传播相联系的欧亚—华南年代际遥相关波列,从而影响华南降水的年代际变化。