太阳活动对中国东部夏季降水异常的可能影响

太阳活动与气候变化的关系急需深入进行探索性研究,本文的分析研究表明,中国东部夏季降水与太阳活动有明显的关系。强(弱)太阳活动年,华北平原和东北南部地区少(多)雨,西北地区却多(少)雨,而江淮地区的夏季降水量也偏多(少);太阳活动与夏季的梅雨量存在着既显著又复杂的相关关系,而且它们间的相关关系还随时间有年代际变化。强(弱)太阳活动有利于在中国上空造成500 hPa位势高度出现正(负)异常,并与夏季降水异常的形势较为相配,可认为是太阳活动影响中国东部降水的重要途经。尽管目前尚未形成完整的理论,但基于已有的观测和分析研究,作为一个讨论内容,我们提出了一些关于太阳活动影响天气气候变化的初步看法。

东北夏季降水异常的年代际、年际构成及成因分析

利用NCEP/NCAR再分析月平均海平面气压资料、中国160站月降水资料、英国气象局和英国大气资料中心月平均海表温度资料,使用周期分析、奇异值分解和旋转EOF分析方法,分析了东北夏季降水异常的年代际、年际构成及成因。结果表明: (1)东北夏季降水异常构成中年代际、年际变化相对均衡,在局地年际变率中,东、南部年代际变化略强于西、北部。(2)在年代际、年际尺度上,东亚夏季风增强(减弱),则东北降水偏多(偏少)。(3)ElNino事件与东北区夏季风异常无直接联系,故与东北夏季降水关系不密切。

江淮流域夏季降水异常及与全球中低纬海温异常关系的诊断研究

对 1951- 1999年中国夏季江淮流域降水异常与海温异常关系的分析表明 ,前期及同期各季节三大洋海表温度异常 (SSTA)与长江流域降水异常的关系是非常显著的 ,而对淮河流域降水异常总体上的影响较小 .前期冬季SSTA的影响显著区主要有 :热带印度洋、黑潮、热带中东太平洋和大西洋 .各关键区海温异常对亚洲夏季风的影响特征为 :当前期冬季赤道印度洋、黑潮、赤道大西洋和热带东太平洋海表温度异常升高 (降低 ) ,当年夏季印度西南季风和东亚热带辐合带减弱 (加强 ) ,副热带高压位置偏南 (北 ) ,副热带辐合带加强 (减弱 ) ,长江流域易发生洪涝 (干旱 ) .相关显著性分析表明 ,前冬赤道印度洋和黑潮区的海温异常对中国夏季降水的影响更为显著 .

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。

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50 a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50 a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。

南亚高压与西太平洋副热带高压对我国西南地区夏季降水异常的影响

利用1961～2010年全国台站观测资料中逐日平均降水资料，及同期NCEP／NCAR再分析资料，通过统计方法，研究分析了南亚高压东脊点和西太平洋副热带高压西脊点对我国西南地区夏季区域降水的影响。分析得到：对于1961～2010年我国西南地区夏季降水异常，南亚高压与西太平洋副热带高压其东西脊点之间的经距，在31候、36～37候以及45～46候，体现出明显异常特征。特别是涝年和旱年对比中，在这3个时段上存在明显差异。并且发现，31候时南亚高压东脊点与西太平洋副热带高压西脊点之间经距，与前一年的差距越大，我国西南地区该年夏季降水偏多，特别是中部与东部，效果更为显著。

东亚副热带急流与东北夏季降水异常的关系

利用东北地区88个气象站点观测的7、8月(夏季)降水量和NCEP/NCAR再分析资料,分析了东北地区夏季降水与同期东亚副热带西风急流之间的关系,发现东北地区夏季降水异常偏多年,位于青藏高原上空200 hPa西风急流中心强度偏强,东北地区上空急流轴向东北方向倾斜;东北地区夏季降水异常偏少年,青藏高原上空200 hPa西风急流中心强度偏弱,东北地区上空急流轴向东南方向倾斜。与此同时,东北地区夏季降水发生异常的年份,东亚地区不同高度上的大气环流和水汽输送特征有明显差异。从对流层中高层热力特征的分析中发现,青藏高原地区对流层中上层的温度梯度变化对青藏高原上空的西风急流强度有重要影响。

2019年山东夏季降水异常特征及成因分析

2019年夏季山东平均降水量为414.6 mm,较常年偏多3.0%。降水过程较少,时空分布不均,降水偏多主要是由台风“利奇马”影响所致,如果去除台风降水,夏季平均降水量较常年偏少41.8%。夏季西太平洋副热带高压持续偏强、偏西、偏南,配合欧亚中高纬的“两槽一脊”环流型,是去除台风影响后造成山东夏季降水明显偏少的直接原因;2018年9月至2019年6月的厄尔尼诺事件和热带印度洋海面温度的持续偏高对西太平洋副热带高压偏强、偏西、偏南起到重要作用;北大西洋海面温度三极子持续的正位相与贝加尔湖高压脊偏强有着密切联系。

福建夏季降水异常与ENSO循环及东亚季风的关系

利用NCEP/NCAR发布的500hPa高度和OLR场以及福建38个站降水资料,分析了福建夏季降水异常与EN SO及东亚夏季风、西太平洋副高的关系。结果表明,西太平洋副高南北进退的异常及位于我国东南沿海的热带季风环流的异常变化,直接影响夏季降水的异常;副高脊线位置由春入夏北进的急缓,可能是夏季旱涝前期征兆;EN SO发展不同阶段,西太平洋副高脊线位置年变程存在较大的差异,夏季旱涝在较大程度上依赖EN SO循环的不同阶段。与EN SO循环有关的东亚太平洋地区EPA遥相关距平波列,严重地影响西太平洋副高南北位置及东亚夏季风强弱变化,是导致福建降水异常的一个重要途径。

东亚夏季环流多齿轮耦合特征及其对中国夏季降水异常的影响分析

东亚夏季风成员的相互作用,构成了东亚夏季风高、低层环流的"多齿轮耦合"形态。本文利用多变量主成分分析(MV-EOF)等方法诊断分析了东亚夏季风多齿轮耦合的变化特征、耦合机制、时间稳定性、空间稳定特征及其对中国夏季降水的影响机制,并在此基础上构建了典型多齿轮耦合形态影响夏季降水的概念模型。结果表明,多齿轮耦合受到垂直温、压场的强迫和青藏高原大地形的影响,主要表现在年际变化上(周期为2~6年)。其前两个模态稳定地反映了东亚夏季风成员典型联动作用。在第一模态中,北方气旋、南亚高压和西太平洋副热带高压为主要耦合系统。其中北方气旋为正压结构,在高层通过南侧偏西气流与南亚高压耦合,南亚高压则通过中纬东部地区下沉辐散气流与西太平洋副热带高压联动。当该耦合模态增强时,有利于中国夏季降水呈自北向南"+-+-"分布。第二模态主要反映中高纬气旋、东亚副热带西风气流、南亚高压、西北太平洋反气旋系统和西太平洋副热带高压耦合特征。其中,中高纬气旋和西北太平洋反气旋为正压系统,两者通过其间的东南气流联动。气旋系统在高层通过南侧西风与东亚副热带西风急流和南亚高压联动。反气旋在中低层通过南侧的偏东气流影响副热带高压强度和面积。当该耦合模态增强时,中国黄河以北及河套地区降水偏多,黄河以南降水偏少。

中国夏季降水异常EOF模态的时间稳定性分析

本文基于1980~2012年中国160个台站降水资料,利用滑动交叉检验等方法讨论了中国夏季降水距平和距平百分率EOF各模态的时间稳定性,在此基础上探讨了EOF方法在中国夏季降水短期气候预测中的应用条件和潜在能力。研究表明,随机剔除一年样本,中国夏季降水距平场前四个EOF模态表现出显著的稳定性。若时间系数完全预测准确,则潜在的可预测站点主要位于黄河以南地区,理想预测与原始降水的距平相关系数为0.6左右。相对而言,降水距平百分率各模态的时间稳定性易受极端降水事件的影响,当人为削弱这种影响后,随机剔除一年样本,其前三个模态的稳定性得到提高,潜在的可预测站点均匀分布,理想预测与原始降水的距平相关系数为0.48。但是,伴随着预报时效的增加,降水距平和距平百分率后三个EOF模态的时间稳定性下降,预示着EOF方法对未来两年以上降水的预测能力将会明显下降。

贵州夏季降水异常的环流特征分析

利用美国NCEP/NCAR月平均高度及风场再分析资料和中国月平均降水资料,分析了贵州多、少雨年夏季环流的平均距平场特征。结果表明:贵州多、少雨年夏季环流具有明显的不同特征。多雨年南亚高压偏弱,西太平洋副热带高压较常年偏强,脊线明显偏南偏西,且影响贵州的印度西南季风、西太平洋副热带季风较常年也偏强,影响贵州的中、东路冷空气强。少雨年西太平洋副热带高压明显偏强,脊线较常年明显偏北,其它环流特征与多雨年相反。

云南夏季降水异常的影响因子及物理统计预测方法

云南夏季降水年际变化较大,影响因子众多,夏季降水的预测较为困难。使用1965—2017年云南省122个气象观测站的逐日降水资料和NCEP大气环流资料,采用年际增量的方法来预测云南夏季降水。文中基于云南夏季降水年际增量变化规律和影响夏季降水的环流形势及物理过程,选取了6个具有物理意义的预测因子,包括:前期2月南太平洋海温异常、前期2月东亚北部海平面气压异常、前期4月北美500hPa位势高度异常、前期5月太平洋北部海平面气压异常、前期1月印度半岛北部500hPa位势高度异常及前期2月澳洲以南地区200hPa高度场偶极子异常,来建立云南夏季降水预测模型。并对预测模型进行逐年交叉检验和1998—2017年逐年独立样本检验。交叉检验中夏季降水年际增量预测值和观测值的相关系数为0.85,相对均方根误差为8.0%。回报检验中夏季降水年际增量的相对均方根误差为9.1%,63.0%的异常年份预测值能够准确地预报出夏季降水异常。该预测模型有较好的预测能力。

长江流域夏季降水异常主模态变化特征及其成因分析

利用1961-2014年长江流域202个地面观测站日降水量、中国地面降水格点数据集(V2. 0)及JRA-55再分析资料,分析了长江流域夏季降水异常主模态变化特征及其可能成因。结果表明,长江流域夏季降水存在两种空间分布型:第一模态为流域一致型变化,具有显著的年际变化特征,对应长江流域典型旱涝年份;第二主模态在空间上为南北反向型变化,年际变化与显著的年代际尺度相叠加。进一步分析表明,长江流域夏季降水第二主模态与斯堪的纳维亚半岛附近的反气旋式环流异常相联系,并通过200 h Pa波列将异常信号传递到东亚,使得南亚高压向西收缩,西北太平洋副热带高压减弱东退,东亚地区夏季水汽输送偏东、偏南,有利于水汽在长江流域南部辐合,北部辐散,使得长江流域夏季降水呈南北反向变化。

近50年营口夏季降水异常年与前期海气环流特征分析

利用1951～2000年营口夏季降水量和前期500hPa高度场、北太平洋海温资料，分析了夏季异常旱涝年的前期秋季（9～11月）、冬季（12月——翌年2月）500hPa高度场和北太平洋海温场及环流场特征。结果表明：前期秋、冬季海气资料与夏季降水相关较好，且存在“隔季相关”的现象。

河北夏季降水异常的变化及其与环流和海温异常的可能联系

利用河北省及周边73个台站1961—2010年夏季降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA太平洋海温资料,应用SVD等多种统计方法探讨了河北夏季降水异常变化及其与环流和同期及前期太平洋海表温度异常(SSTA)的可能联系.研究结果表明:河北省夏季降水异常存在全省一致和东北—西南相反两种模态;夏季欧亚地区500hPa高度场表现为从西到东的负、正、负、正的遥相关型时,河北降水偏多,最明显的区域主要位于河北省的东部;夏季东北部多雨、其他地区(保定、邢台和衡水)干旱与北太平洋SSTA的PDO正位相、赤道中东太平洋SSTA的El Nio位相具有较好的耦合关系;最大协方差分析(MCA)的诊断显示,前期冬季北太平洋SSTA类似PDO正位相且赤道中东太平洋SSTA出现El Nio型态,对河北省夏季多雨(尤其是东北部地区)的预测具有较好的指示意义.夏季850hPa上在我国东部地区表现出明显的偏北(南)风距平,不(有)利于南方暖湿水汽向北的输送,是造成河北夏季降水异常少(多)的主要因素.

一种站网均匀化方案在中国夏季降水异常分析中的应用

文章利用站网均匀化方案对中国1951—2012年160站夏季(6—8月)总降水量距平场序列作了订正,并对订正前后数据的EOF分析结果进行对比。结果表明:(1)订正后的典型场突出了青藏高原区域的高值区,并使中国东部的高值区集中于华南地区,这与均方差场的异常集中区域一致;订正前资料的主要特征向量的高值区主要集中于中国东部,并未凸显异常区域。(2)订正后资料的时间系数中,线性相关不明显,线性趋势减弱,但1、3模态的年代际分量的方差贡献增大,使年代际变化中有价值信息更加集中于主要模态;其中,第3模态的时间系数突出了华南地区的夏季降水年代际变化。(3)订正后发现,夏季降水的年代际变化中的典型场与年代际均方差的分布异常信息集中区域一致。上述结果说明,站网均匀化订正改进了中国夏季总降水量异常的EOF分析。

中高纬瞬变涡旋活动对我国东部夏季降水的影响

基于1981—2020年日本气象厅(Japanese Meteorological Agency,JMA)再分析资料JRA-55(Japanese 55-year Reanalysis)以及美国国家气候中心(Climate Prediction Center,CPC)卫星降水资料,分析了瞬变涡旋活动特征及其对我国东部夏季降水异常的影响,并对其可能机制展开讨论。研究表明,蒙古国至我国东北和华北地区既是瞬变涡旋活动的活跃区域,也是其输送的大值区域,其中瞬变涡旋对热量和水汽的经向输送占主导地位,是中高纬热量和水汽的重要来源。根据瞬变涡旋经向热量和水汽输送变率的强度确定了瞬变热量和水汽输送的关键区域,分别为(45°~60°N,100°~130°E)和(35°~50°N,100°~120°E),并定义了瞬变热量和水汽指数,其与我国东部夏季降水异常的回归结果表明,瞬变涡旋活动对我国东部夏季降水存在显著影响。中高纬天气尺度瞬变涡旋对热量、水汽和动量的输送异常,通过波流相互作用过程,对平均流形成了反馈,导致季节平均环流、水汽分布和水汽输送的异常,从而在热力、动力和水汽条件的共同作用下引起降水异常。

近50年华东地区夏季异常降水空间分型及与其相联系的遥相关

利用中国华东地区91个站点1961～2007年夏季(6～8月)逐日降水资料和NCEP/NACR再分析资料,用旋转经验正交函数(REOF)方法将华东地区夏季降水场分为5个区域,即I区(闽赣地区)、II区(江南)、III区(长江中下游地区)、IV区(江淮)和V区(黄淮)。这5个区域的夏季降水周期显著不同,当I区降水的年际周期性强(弱)时,II、III、IV、V区降水年际周期性弱(强)。I～V区夏季降水的年代际及年际变率的年代际变化显著,且在年代际降水较少或由多变少或由少变多的转换时段,容易发生较大的年际变化。各区降水异常形成的局地成因有所差别。其中,江南南部、江南、沿江(长江中下游)受低层异常反气旋控制,该异常反气旋使得这些地区出现水汽辐散,与异常的非绝热冷却结合,造成异常下沉气流,导致干旱发生。对于江淮之间的地区,由南侧异常气旋性环流和北侧反气旋环流的西部辐散气流控制,造成水汽向南北两侧辐散,导致降水偏少;对于黄淮地区干旱,可归因于位于蒙古高原上的反气旋异常和位于西太平洋上的气旋性异常之间的异常偏北气流造成该地区水汽的异常辐散所致。华东5个区域的夏季降水和不同类型的遥相关有关。闽赣地区降水受欧亚-太平洋型(EUP)遥相关影响;江南地区降水则可能受东亚-太平洋型(EAP)/太平洋-日本型(PJ)影响,亦与太平洋-北美型(PNA)存在可能的联系;长江流域则可能受东大西洋型(EA)和EAP型影响;江淮地区降水则明显地受EA/EUP和PJ/EAP的共同影响,而黄淮降水则与源于地中海地区向东北传播且通过北极涛动(AO)产生影响的波列存在联系。这5个区域的夏季降水异常还和东亚地区位涡、南海夏季风、Nin～o3、Nin～o4区海温、西太平洋副高变动等因子有关。

黄河中上游流域夏季异常降水的变化特征及环流分析

从中国气象局信息中心提供的全国地面台站逐日观测资料中选取黄河中上游流域66个台站资料,结合NCEP/NCAR再分析资料,运用小波分析等统计方法,对黄河中上游流域夏季降水异常的变化特征、周期分布及影响降水的因子进行分析,研究结果表明:(1)流域旱涝年夏季降水空间分布上差异显著,易涝区位于河套平原,易旱区位于黄土高原东北部;(2)1960-2008年,流域夏季降水量线性趋势变化不明显,但年际间波动较大,多雨年少雨年相间出现,近50 a中降水整体呈现平稳—少雨—多雨—平稳—多雨—少雨的过程;(3)黄河中上游流域降水变化周期复杂多样,总体以2 a周期振荡为主,异常少雨年多表现为9 a周期振荡,异常多雨年多表现为15 a周期振荡,且流域主周期的空间分布可能与地形地貌、海拔高度及流域分布等地理因素有关;(4)丰、枯雨年环流形式差异显著,影响流域降水的环流系统有季风,西太平洋副高,温带气旋及贝加尔湖低压。