中国东部2012年夏季降水及年代际转型的可能信号分析

针对2012年夏季中国东部降水"南旱北涝"的异常特征, 对比分析了近50年不同年代中国东部降水的分布型及海洋和环流等影响因素, 并讨论了2012年中国东部夏季降水异常作为中国东部降水年代际转型信号的可能性. 研究结果表明: 1961—1978年期间, 北太平洋年代际涛动(PDO)处于冷位相, 东亚夏季风偏强, 西太平洋副热带高压(副高)偏弱, 北方地区冷空气活动偏弱, 从而有利于南方水汽北上, 造成中国北方地区夏季降水异常偏多; 1979—1992年间则呈相反的特征, 造成1970年代末期中国东部夏季降水发生了一次年代际尺度的调整. 2010年代后期以来, PDO由暖位相向冷位向转变, 2012年北太平洋海温异常偏暖, 西太平洋海温由异常偏暖状态转变为正常略偏冷状态, 东亚夏季风由弱变强, 副高由强变弱, 北方冷系统活动减弱, 这些特征均与1961—1978年时段的情况类似, 支持2012年作为中国东部夏季降水发生年代际调整的前期信号的可能性. 近10年PDO, 东亚夏季风(EASM), 副高(WPSH)和贝湖高压(BH)四种指数夏季平均值的演变则进一步说明 了2012年的这种异常特征不仅是年际尺度的振荡, 更可能是前期演化基础上的一种量变到质变的调整. 关键词： 年代际 降水 北太平洋年代际涛动 东亚夏季风     

2011年春夏季长江中下游地区旱涝急转特征分析

本文选用美国环境预报中心/国家大气研究中心提供的全球再分析资料, 中国气象局国家气候中心提供的中国740站降水资料及中国气象信息中心提供的中国区域 2011年降水格点资料,对2011年长江中下游地区6月初旱涝急转现象及环流背景特征进行简要分析, 结论如下: 1) 2011年1-5月长江中下游地区降水较气候平均值偏少且降水变率较小, 6月长江中下游地区降水量急剧增多,发生旱涝急转现象,其转折点为第31候(6月第1候); 2)旱涝急转前后,水汽通量及其经验正交函数分解的第1, 2模态的时间和空间演变均表现出弱水汽输送向强水汽输送转变的特征; 3)转折前后大气环流场差异显著. 急转前,北半球冬季风偏强,南半球夏季风偏弱,在春季,东亚大槽偏强导致季风的转换延迟, 不利于南方暖湿气流的北上,南方降水偏少,并发生大范围持续性的严重干旱. 6月初(急转期)环流迅速调整,西太平洋副高突然西伸北跳,东亚大槽异常偏西偏强、 鄂海阻高减弱,使冷暖空气在长江中下游地区汇合,有利于该地区的降水发生并持续, 是长江中下游地区由严重干旱向洪涝急转的主要原因.     

中国近1000年旱涝的持续性特征研究

应用中国近531年旱涝指数和近1041年干湿指数,定义干旱(湿润)等级,滑动计算原指数序列各干旱(湿润)等级的出现次数,发现各等级出现的次数与其窗口长度之间均遵循指数分布P_i(x)=Ae^-γx.结合指数分布的数理意义,定义指数特征值γ的倒数λ为描述旱(涝)持续性的尺度因子并对华北和江淮流域旱(涝)发生的持续性特征进行研究.结果表明：旱尺度因子的空间分布表现为由北向南呈带状式波动分布,我国北方地区干旱的持续性相对长江流域要长一些,由北向南三个区的旱尺度因子的均值分别为187,162,182.旱涝指数序列中旱或偏旱(涝或偏涝)相对集中的时段对旱(涝)持续性影响较显著,12世纪末期、13世纪早期、17世纪早期和20世纪末期华北和江淮流域发生时间上同步、空间上尺度较大的极端干旱事件的概率较高,这也从侧面验证了旱涝指数序列中群发现象的存在;华北地区1260—1280年(对应的气候背景为中世纪暖期的末期)的旱涝指数对旱尺度因子的影响较1980—2000年(对应的气候背景为20世纪全球增暖)的情况更显著;1260—1280年这一时段旱或偏旱年数较1980—2000年也要多一些.因此,在气候较暖的时期可能易发生强度大、范围广的同步干旱事件,而近30年的中国北方干旱化可能是自然变率起主导作用下人为变率和自然变率共同作用的结果. 关键词： 旱(涝)尺度因子 持续性 群发性 指数分布     

20世纪90年代末东亚夏季降水年代际变化及其成因初探

基于1983—2011年月总降水量、环流和海温的再分析资料,给出了20世纪90年代末东亚夏季降水的年代际调整的区域特征,及其对应的大气环流内部过程和可能的海温外强迫的年代际变化.研究结果表明,在20世纪90年代末期东亚北部夏季降水比东亚南部夏季降水由湿向干的表现更为明显,东亚南部地区夏季降水则是在20世纪90年代初和21世纪初发生年代际的转折.此外,东亚地区夏季的500 h Pa高度场、850 h Pa风场、U200风场、水汽输送场和东亚太平洋遥相关型指数和东亚夏季风指数等在20世纪90年代末期也表现出明显的年代际变化特征.进而从大气内部过程的角度验证了20世纪90年代末东亚夏季降水发生的年代际调整.与此同时,北太平洋和西太平洋海表温度表现出由偏低向偏高的转变,这可能是导致20世纪90年代末期东亚夏季气候年代际变化的重要外部成因之一.     

基于模式误差分布特征的中国夏季旱涝预测可信度研究

基于美国气候预报中心组合降雨分析资料对国家气候中心海气耦合模式多年夏季降水预报误差进行统计分析,以揭示模式预报误差的分布规律及特征.研究发现,模式预报误差分布特征满足正态分布,基于误差分布特征分析模式对中国夏季降水的预测能力,通过误差分布的高斯拟合曲线特征对比模式预报与动力统计方法的预测技巧,进而得到动力统计方法改进误差分布特征的两种类型:1)变幅型改进;2)均值型改进.在此基础上,根据模式误差的统计特征提出了一种新的旱涝预测可信度计算方法,用于定量化地评估动力统计方法在不同地区的预测可信度大小,并应用于实际预测.最后以2012和2013年夏季降水为例,给出了实况、预测以及可信度检验.结果显示该方法能较好地反映出预测的不确定性,较其他检验方法更具针对性,对异常降水的预测可信度反映更为准确,验证了方法的有效性,可进一步提高动力统计方法的预测服务水平.     

20世纪后30年中国西北西部降水年代际变化机理分析

在全球气候变暖背景下1980年代中期中国西北西部气候发生了年代际突变,降水明显增加且主要是极端降水的贡献. 本文用欧洲中期预报中心再分析资料ERA-40计算了瞬变涡动、环流、水汽输送及其散度等的年代际变化并进行了分解分析. 结果表明, 1987年后大气环流年代际变化形成"东高西低"环流背景场,西风带向该区的水汽输送增加, 水汽辐合增强,其中主要是定常波水汽输送的贡献, 其结果是造成该区及周边空气水汽含量上升, 有利于降水或极端降水的增加. 夏季该区瞬变涡动增强且造成水汽辐合, 增加了降水天气出现的频率; 冬季瞬变涡动减弱, 天气过程减少, 说明降雪增加的原因应该是空气水汽含量增加, 导致降雪强度增加. 因此该区降水的增加即有中高纬度大气变暖变湿的贡献,也有瞬变涡动的动力作用. 未来西北西部降水的趋势主要取决于瞬变涡动与大气水汽含量变化的竞争．     

近海台风对中国东部夏季降水的贡献

目前汛期预测主要针对季风系统形成的降水, 而对台风等热带系统的影响并未考虑, 其主要原因是台风是一个剧烈的天气尺度过程, 与短期气候预测尺度并不匹配, 因而无法进行考虑. 这也成为提升汛期预测技巧的一个制约因素. 针对这样的问题, 本文从气候的角度, 提出一个能较为客观地衡量台风对夏季降水影响强弱的指数––台风影响指数. 利用1960–2011年中国东部站点降水资料及中国气象局上海台风所整理的热带气旋资料, 从月、季尺度对中国夏季台风影响强弱变化特征进行分析, 探讨台风对东部地区夏季降水的贡献. 结果表明: 1)台风从6月至8月呈增强的趋势, 6月份最弱, 7月份居中, 8月份最强; 2)从台风降水及占总降水的比例分布来看, 纬向呈东部高西部低, 经向呈从东北地区至华南地区依次增大的趋势, 长江以南地区台风降水量占夏季降水量的比重可达10%以上, 7, 8月份东南沿海地区的台风降水量最大可达100 mm以上, 可达当月总降水量的40%; 3)台风影响指数与夏季降水的相关表明, 台风对中国东部降水的影响具有时、空差异性, 6月份与华南地区呈负相关, 7 月份与东南沿海地区呈正相关, 而与长江中下游地区呈负相关; 8月份与华南、华北地区呈正相关、与长江中下游地区呈负相关. 这主要是由台风、夏季风和西北太平洋副热带高压共同影响的. 关键词： 台风影响 东部 夏季降水 贡献     

2009年一次华北强桑拿天气过程的动力识别

本文数值模拟并诊断分析了2009年7月华北的一次桑拿天过程, 分析了高温高湿天气的环流特征, 温度、 湿度的水平和垂直分布特征, 位涡分布特征等. 分析发现, 此次桑拿天事件高层为反气旋性环流的高压控制, 水平分布图上, 低层相对湿度大. 垂直剖面上, 中低层为下沉气流和暖湿区, 有明显的水汽梯度和垂直温度梯度, 有倾斜的位涡分布. 既然桑拿天发生在夏季普遍高温的大环境之下, 因此靠单纯的温度或湿度来动力识别和诊断桑拿天, 有较大难度. 本文抓住华北地区桑拿天过程高温、 高湿、 高位涡的特点, 引入一个适合于桑拿天的湿热力位涡参数(MTPV, 它表示为▽ q · (▽ θ × ▽ Q), 这里q是湿度, 表示为大气或者云中水汽和所有水凝物的总和, θ 是位温, Q是位涡), 对桑拿天进行动力诊断分析, 并通过实际个例的计算分析作出简化. 个例分析发现, 此次高温高湿的桑拿天过程伴随MTPV的异常. 虽然2009年7月此次华北地区桑拿天过程有较高的温度, 较大的湿度和倾斜位涡发展, 但是单个变量的范围远大于我们要研究的华北地区桑拿天的爆发范围. 而结合这三个变量引入的MTPV及其简化形式, 无论从经向还是纬向剖面图来看, MTPV的异常大值区相对集中在北京及其周边的华北地区对流层的低层, 并维持. 因而, MTPV及其简化形式均能对此次高温高湿的桑拿天进行较好的动力识别。     

2009年11月冰冻雨雪事件10—30d延伸期稳定分量提取及分析

针对2009年11月冰冻雨雪事件,通过经验正交函数分解等方法提取10—30 d稳定分量,并第一次运用计算贡献率和相似系数判定等手段把稳定分量进一步客观地分离成气候态稳定分量和异常型稳定分量.将气候态稳定分量与低通滤波分量合成气候背景场.研究发现:气候背景场环流形势持续时间较长,随时间变化缓慢,主要提供了事件发生的气候背景,指示大尺度环流调配置和调整;气候背景场空间活动范围较大,能较好地刻画永久半永久性大气活动中心变化情况,且在垂直各层有稳定一致的配置关系;异常型稳定分量重点体现了环流相对异常特征,与2009年11月冰冻雨雪事件有较好的对应关系.在气候背景场提供确定的环流大背景下,异常型稳定分量表征了对应天气系统的相对强弱变化.     

南海夏季风与登陆我国大陆初旋的关系

利用1948---2009年南海夏季风指数、NCEP/NCAR月平均再分析位势高度场、风场资料, 首次分析了南海夏季风与每年登陆中国大陆的首个热带气旋(初旋)的关系. 结果表明: 初旋的登陆日、登陆纬度、生成纬度与当年登陆中国大陆热带气旋的频数、活动期、强度等相关性较好; 强(弱)南海夏季风指数年份, 登陆大陆热带气旋数偏多(少)、初旋登陆日偏迟(早)、初旋登陆点偏南(北). 从流场上看, 强(弱)南海夏季风指数年份, 对应的季风槽偏强(弱), 其异常风场和初旋路径也截然不同. 从年际变化上看, 南海夏季风指数明显呈减弱趋势, 而初旋登陆点则有一定北移.     

欧亚中高纬阻塞高压关键区高度场动力-统计跨季度预测实验

本文主要利用实际业务模式的预报结果和丰富的历史资料对乌拉尔山、 贝加尔湖和鄂霍次克海三个阻塞高压活动关键区夏季平均的500 hPa高 度场进行动力-统计跨季度预测实验, 其结果显示该方法能在一定程度上减小模式预报误差, 提高预报技巧, 显示出了良好的业务应用前景. 此外, 敏感性实验显示, 相似指标和相似年选取个数都对预测结果有显著影响. 关键词： 阻塞高压 高度场 动力-统计 跨季度预测     

长江中下游地区暴雨"积成效应"

采用1960–2011年中国740站日降水观测数据, 以长江中下游地区为切入点, 提出暴雨"积成效应"这一概念, 旨在将暴雨这一天气尺度强降水过程拓展为类似中长期天气尺度过程来考虑, 研究它对季节尺度降水的贡献及影响. 通过统计分析从持续时间(L_d)、控制面积(A_r)、降水贡献率(Q_s) 等三个角度建立暴雨"积成效应"概念及判定标准, 并进一步结合上述指标建立暴雨"积成效应"强度指数. 从这一角度出发, 探讨长江中下游地区暴雨"积成效应"与夏季降水的时空对应关系, 发现强度指数与同期夏季降水量的年际和年代际变化具有很好的一致性; 强弱指数年合成分布以及指数与中国东部夏季降水相关系数的空间分布呈现出类似于中国东部夏季雨带的分布形式; 而利用EOF分解对暴雨"积成效应"空间范围分类, 发现其与该地区夏季降水具有相似的4种空间型, 总体而言, 长江中下游地区暴雨"积成效应"造成的降水极大地影响甚至决定整个夏季降水的多寡及空间分布. 关键词： 长江中下游 暴雨 "积成效应" 夏季降水     

江淮流域夏季降水对前冬持续时间长短的响应

利用NCEP/NCAR再分析资料计算得到江淮流域1961–2011年前冬持续时间, 分析其时空变化特征, 并进一步探究它与后期江淮流域夏季降水的关系. 结果表明, 江淮流域前冬持续时间存在着明显的年际和年代际变化, 前冬持续时间显著偏长年份比偏短年份的前冬温度低、气压高、北风强, 表明温度、气压、经向风可能是反映江淮流域前冬持续时间的关键因子, 且不同区域各气象要素对季节长度的影响存在一定差异; 1961–2011年江淮流域前冬持续时间与该区域夏季降水呈显著正相关关系; 统计分析亦发现, 前冬持续时间显著偏长(偏短)的代表年份中, 夏季降水以偏多(偏少)为主; 对典型代表年份环流场进行合成分析发现, 前冬持续时间显著偏长时, 乌拉尔山与鄂霍次克海地区夏季易形成阻塞形势, 进而会对江淮流域夏季降水产生影响; 最后利用奇异值分解从空间场相关的角度探讨了两者的联系, 发现江淮流域夏季降水与前冬持续时间存在非常显著的关系. 关键词： 江淮流域 季节划分 前冬持续时间 夏季降水     

基于概率密度分析长江三角洲降水随时间的演变规律

将长江三角洲旱涝等级资料转换成降水概率随时间的演化，揭示了长江三角洲降水概率随时间演变的各层次的分布特征。结果表明：长江三角洲降水存在明显的年际、年代际以及世纪以上时间尺度的准周期变化，而且都超过0.05的信度检验。在530年旱涝等级序列中，虽然长江三角洲各地区发生旱、涝的小概率事件的频数不太相同，但由气候态背景(世纪尺度)所激发的小概率事件频数相同；这一研究结果充分说明作为背景状态的气候演变对小概率事件（干旱、洪涝）的发生具有非常重要的影响，对气候预测理论与提高气候预测准确率具有积极的指导作用。     

2013年长江下游降水低频分量延伸期预报的扩展复数自回归模型

用长江下游降水低频分量和全球850 hPa低频经向风主成分,建立扩展复数自回归模型(ECAR),对2013年1—12月长江下游降水低频分量进行延伸期逐日变化预报试验.结果表明,20—30 d时间尺度的长江下游低频降水预测时效可达43 d左右,能较好地预测与暴雨过程对应的低频分量的非线性增长过程,预报能力明显优于自回归模型(AR).这种通过构造主要低频序列组成的扩展复数矩阵(ECM)进行复数自回归(CAR)建模的ECAR方法,也为展现气候系统内部分量之间相互作用的动力学过程提供了崭新的描述.基于全球环流主要20—30 d振荡型的发展和演变,对于提前27 d预报长江下游地区2013年10月上旬后期大暴雨过程很有帮助,其中南半球热带外环流20—30 d振荡是影响2013年夏秋季长江下游地区延伸期强降水变化的一个主要因子.     

A decomposition study of moisture transport divergence for inter-decadal change in East Asia summer rainfall during 1958-2001

In this paper,we report on the results of an investigation into inter-decadal changes in moisture transport and divergence in East Asia for the two periods 1980-2001 and 1958-1979.The aim is to explore the mechanism of summer rainfall change in the region after abrupt changes.The relevant changes are calculated using ERA-40 daily reanalysis datasets.The results show that both stationary and transient eddy moisture transports to the Chinese mainland have declined since the abrupt change in atmospheric general circulation in the late 1970s,leading to more rainfall in South China and less in the North.The anomalous rainfall pattern coincides well with anomalous large-scale moisture divergence in the troposphere,of which stationary-wave or monsoon transport is dominant,in comparison with the contribution of the transient eddies.Furthermore,their divergences are found to be in opposite phases.In addition,meridional divergence is more important than its zonal counterpart,with an opposite phase in East Asia.Abnormal zonal moisture convergences appear in northwestern and northeastern parts of China,and are related to the excess rainfalls in these regions.An increase in transient eddy activity is one of the major mechanisms for excess rainfall in northern Xinjiang.Consequently,the anomalous rainfall pattern in East Asia results from a decline of the East Asian monsoon after the abrupt change,while the rainfall increase in northwestern China involves anomalies of both stationary waves and transient eddies on boreal westerly over the midand high latitudes.     

最概然温度背景下不同气候态中国夏冬季极端温度事件时空分布特征

利用1961-2009年中国逐日最高温度资料,分成1961-1990年、1971-2000年和1981-2009年三个气候态(分别称为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ态),基于偏态概率密度函数定义极端温度事件,从频次、强度两个角度研究了不同气候态下中国夏季和冬季极端温度事件的时空变化特征. 空间分布上,夏季极端高温的频次、强度在Ⅰ态黄淮、江淮流域显著减小,在Ⅲ态,干旱半干旱以及经济发达的长江沿岸、长江三角洲以及东南沿海地区显著增加;冬季极端低温频次在Ⅱ态中的北方、长江三角洲以及Ⅲ态中的高原、东北东南部、长江三角洲显著降低. 冬季极端低温强度整体呈降低趋势,但区域特征不明显. 极端温度频次和强度在空间上一致性较好;时间演化上,夏季极端高温频次、强度均在Ⅱ,Ⅲ态显著增加,冬季极端低温频次、强度降低的趋势有所减缓. 在当前气候态(Ⅲ态)夏季极端高温在经济发达地区发生比较频繁且极端性在增强;冬季极端低温的发生维持在一个稳定状态且极端性也相对比较稳定. 极端温度事件的频次与强度在时间变化趋势上存在较好的一致性. 在Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ态共同时段内,后一气候态检测出的极端高温频次均比前一气候态少,极端低温频次均比前一气候态多,这与背景温度随气候态逐渐升高是相一致的;后一气候态检测出的极端高温强度均比前一气候态小,极端低温强度均比前一气候态大. 在20世纪70年代末80年代初全球气候系统突变前,极端高温频次具有明显的下降趋势,突变后显著上升;极端低温频次在突变前后变化不明显. 极端高温强度突变前表现出轻微的下降趋势,在突变后上升趋势明显;极端低温强度在突变前后大致相当,突变后的整体强度稍低于突变前. 关键词： 极端高温 极端低温 气候态