地球系统模式CESM模拟的ENSO变率与中国东部降水格局

根据地球系统模式（CESM）的千年控制模拟试验结果,以Niño3.4区的逐月海表温度变化为指标,辨识了212次El Niño事件、226次La Niña事件;分析了El Niño和La Niña事件发生当年及次年中国东部5-9月降水异常的空间格局;探讨了ENSO与华北、江淮、江南和华南4个区域旱涝的关系。结果表明：El Niño事件发生的当年5-9月,华北和华南地区降水减少2%~10%,长江中下游地区降水略有增加（0~2%）;次年,江南地区转为降水增加（2%~10%）,华北北部降水继续减少。在La Niña事件发生的当年,华北地区降水偏多（增加2%~10%）;次年,江淮地区降水显著减少（2%~5%）。ENSO增强会导致降水变幅加大。在El Niño衰减并向La Niña快速发展的年份,江南地区出现洪涝灾害的概率较其他年份高1倍以上。这些认识为深入揭示气候系统内部年际变率对中国东部降水格局变化与区域旱涝的影响作用、理解2016年长江中下游发生重大洪涝灾害提供了异常天气气候背景依据。     

两类El Nio Modoki事件时西北太平洋秋季热带气旋生成地的差异

以同年是否发生印度洋偶极子(IOD)正位相事件为标准,本文将El Nio Modoki事件分为纯El Nio Modoki事件(p-ENM)、El Nio Modoki与IOD同时发生的事件(ENM-IOD)两类。选取了1979~2012年间较为显著的两次p-ENM事件(2004;2009)和两次ENM-IOD事件(1991;1994),对比发现:同类事件西北太平洋秋季热带气旋生成地的分布类似,但相比p-ENM事件,ENM-IOD事件的热带气旋生成地明显偏东。p-ENM秋季,西北太平洋西风异常较弱且局限在165°E以西,范围较窄;而ENM-IOD秋季,西风异常强劲,并向东越过日界线。这使得ENM-IOD秋季季风槽东侧与p-ENM相比东伸20°。同时,p-ENM秋季垂直风切变相对ENM-IOD秋季而言强度小,大值区窄,前者条件下热带气旋在西侧生成的可能性相对要大。季风槽位置和垂直风切变分布的差异,使得ENM-IOD秋季热带气旋生成地较p-ENM秋季明显偏东。     

过去300a长江中下游异常丰梅事件变化与洪涝灾害

2016年6—7月,长江流域发生重大洪涝灾害,给社会生产和人民生活带来严重损失。而该时段内梅雨因其强降水过程频繁、持续时间长、雨量集中等特点成为主要致灾因子。论文利用历史文献和观测资料,构建了1736年以来异常丰梅事件年表,分析了其长期变化特征及与El Ni?o事件的统计关系,并诊断了El Ni?o造成异常丰梅事件的大气环流背景。结果表明:1736—2016年间共发生44次异常丰梅事件(含21次特大梅雨事件),其中1900年代、1910年代、1990年代是异常丰梅事件最为频繁的3个时段;与2016年梅雨特征相近的特大梅雨事件有21次。过去300 a间,异常丰梅事件与El Ni?o存在较好的对应关系,44次异常丰梅事件中37次发生在El Ni?o的当年或次年;在21次特大梅雨事件中16次伴随El Ni?o出现。伴随El Ni?o事件而发生的异常丰梅事件环流特点是中高纬经向环流偏强,我国境内水汽输送通道偏西、偏北,大量水汽滞留在长江流域,并与南下的冷空气交汇,从而形成持续性降水;而在El Ni?o次年,低纬存在较强且稳定的副热带高压,水汽输送路径偏北,长江中下游水汽输送通量显著增强,更容易导致异常丰梅事件的发生。     

东部型、中部型ENSO影响长江流域降水的调查与分析

本文通过调查1951-2007年发生的多次ENSO事件的太平洋海表面温度变化情况将其分为四种类型,分析这四种事件在不同阶段的夏季环流形势和850h Pa风场,从而讨论西太平洋副热带高压(以下简称副高)和夏季风对长江流域夏季降水情况的影响,结果表明:不同类型的El Ni?o和La Ni?a事件与夏季副高强度、西伸脊点以及脊线位置关系密切,且影响夏季风的强弱变化。东部型El Ni?o主要是副高的变化影响降水,而中部型事件则是通过风场响应来影响降水的变化,且两类事件中雨带都有从长江以北到长江中下游偏南地区的移动过程;东部型La Ni?a时期副高显著减弱东退,使长江流域降水量减少,中部型La Ni?a在发展年因为副高脊线北抬,长江以北出现雨带,在消退年因为副高有北抬且长江中下游有偏南风的风速辐合带,东南地区偏南风加强,有两个雨带分别位于黄河-长江中下游和长江以南。     

1380 — 1429年中国东部雨涝期与气候系统内部变率的可能联系

利用重建数据和模拟数据探讨中国东部1380—1429年雨涝期与气候系统内部变率之间的联系。结果显示：1380—1429年全球大多数区域发生了严重的旱涝事件,揭示了中国东部雨涝气候可能是对大尺度大气环流调整下的响应,可能与该时期赤道太平洋类La Niña海温分布、太平洋年代际振荡（PDO）冷位相、北大西洋年代际振荡（AMO）暖位相、北大西洋涛动（NAO）正位相相关。全球海气耦合模式尽管能够模拟出该时期非洲和欧洲区域的干湿空间分布状况,但模拟的中国东部、北美和南美的干湿状况与重建相反。其可能的原因或许是模式虽正确模拟出了NAO正位相及弱的印度洋偶极子（IOD）负位相,但无法正确刻画赤道太平洋类La Niña海温分布、北太平洋PDO冷位相及北大西洋AMO暖位相。     

川渝地区夏季降水与赤道印度洋海温的诊断分析

利用川渝地区1960-2006年逐月降水量资料和美国NOAA Research/ESRL逐月再分析海表温度(SST)资料,采用经验正交函数分解(EOF)、点相关、合成分析和奇异值分解(SVD)等方法,详细探讨了川渝地区夏季降水量与赤道印度洋海温的关系。结果表明:川渝夏季降水量EOF分解得出的第一模态占总方差的27.8%,降水量的空间分布为全区一致型;川渝地区夏季降水量与赤道印度洋海温区域(10°N~16°S,57~77°E)(下称关键区)存在显著相关。合成分析指出关键区海温异常偏暖(冷),对应川渝地区夏季降水量比常年同期偏多(少)。通过SVD分解发现,川渝地区夏季降水量与关键区海温呈显著相关,具体表现为印度洋关键区海温与川西高原和盆地东部夏季降水量呈同位相变化,与盆地中部降水量呈反位相变化。     

IOD和ENSO事件期间热带印度洋的海平面变化

利用1993~2010年卫星高度计数据分析热带印度洋海平面年际变化。结果显示:西南热带印度洋和苏门答腊—爪哇岛沿岸海平面变化显著,标准差可达8 cm。经验正交分解第1模态呈偶极子分布,与IOD(Indian Ocean Dipole,印度洋偶极子)和ENSO(El Nino-Southern Oscillation,厄尔尼诺和南方涛动)事件密切相关;第2模态呈"三明治"结构。IOD、ENSO事件共同发生期间海平面年际变化较IOD事件期间更为显著,IOD事件期间的海平面年际变化较ENSO事件期间强且范围广,ENSO事件期间的海平面年际变化则主要位于南热带印度洋。大气风场通过Ekman效应和斜压Rossby波影响海平面年际变化,且区域特征显著。洋盆尺度上,斜压Rossby的作用明显大于局地Ekman效应,前者能解释30%的海平面年际变化;仅在阿拉伯海和南热带印度洋中部,风场强迫的局地Ekman效应对海平面年际变化的影响更为显著。IOD和ENSO事件期间的风场与海平面年际变化有重要联系,使得ENSO事件期间的海平面年际变化偏南偏弱。     

热带及北太平洋海表温度与两类El Ni?o事件的关系

副热带及热带海温异常变化对两类厄尔尼诺事件具有一定影响,定量分析热带及北太平洋关键海区海表温度对两类厄尔尼诺事件(尤其是中太平洋型厄尔尼诺事件)的不同贡献,对完善两类厄尔尼诺事件预报模型及极端气候预报具有重要意义。本次研究利用海表温度资料,采用旋转经验正交函数分解、功率谱分析、相关分析等方法研究了热带及北太平洋区域海表温度异常变化关键区与两类厄尔尼诺事件的关系。结果表明:1985~2009年热带太平洋海表温度前两个模态的时空分布能够很好地表征两类厄尔尼诺事件发生过程中最大海温变化的时间演变特征。热带及北太平洋海表温度变化最显著的区域主要有四个,分别是赤道中东太平洋、加利福尼亚西南、阿留申群岛和白令海一带。其中阿留申群岛地区与其他海区存在显著的负相关。春季和秋季海温异常变化区域位于赤道中太平洋,夏季和冬季海温异常变化区域位于赤道东太平洋。根据热带及北太平洋海表温度显著变化关键区域与两类厄尔尼诺事件的密切关系,通过回归分析,建立了二者之间的回归方程,得到的结果为进一步研究热带及北太平洋关键海区海温对两类厄尔尼诺事件的影响提供有益的参考。     

洞庭湖流域冬季降水的时空变化及与全球海温的关系

论文基于1961-2015年洞庭湖流域96个气象站点逐月降水数据和英国哈德莱中心月平均海表温度资料,利用EOF、Morlet小波和偏相关分析等方法,对洞庭湖流域冬季降水的时空变化和周期特征进行分析,并探讨影响流域冬季降水的关键海区及其关键时段。结果表明：在年际时间尺度上,洞庭湖流域冬季降水主要存在全区一致型、南北反向型和中部-南北部反向型3个模态,各模态分别具有12 a、16 a和7 a左右的长周期以及3 a左右的短周期。在与全球海温的关系方面,流域冬季降水与ENSO和南海海温均存在显著相关,平均而言,在ENSO处于暖位相或南海海温偏高时,流域冬季降水易偏多,反之,则流域冬季降水易偏少;但ENSO和南海海温对流域冬季降水的影响范围及其关键时段存在明显差异,其中ENSO的影响范围主要分布在流域南部,其在前期10月与流域冬季降水相关性最好,而南海海温的影响范围集中在流域东部,其在次年2月与流域冬季降水相关性达到最高。     

上海降水中氢氧同位素特征及与ENSO的关系

基于收集2014年8月至2015年8月上海70个降水样品,分析上海降水同位素特征与温度、降水量的相关关系,分析不同时间尺度下降水中δ~(18)O、氘盈余与ENSO事件的联系.结果表明上海地区大气降水中δD与δ~(18)O冬春较高,夏秋较低.上海大气降水线方程截距和斜率比全球降水线方程偏小,可能是因为降水过程中受到不平衡的二次蒸发.在不同的时间尺度下,上海地区降水中δ~(18)O与气温和降水量具有不同的相关关系,冬季存在着较弱的温度效应,而全年呈现出较显著的降水量效应,受大气环流过程影响明显.取样期间,降水中δ~(18)O与d值(过量氘)清晰记录了La Ni1a向El Ni1o之间的过渡,拉尼娜期间,降水中δ~(18)O与d值偏负;El Ni1o期间,δ~(18)O与d值偏正.     

1960—2013年北京旱涝变化特征及其影响因素分析

基于1960—2013年北京及其周边34个气象站点逐日降水数据,利用标准化降水指数(SPI),辅以小波分析、滑动平均和相关分析等气候诊断方法,论文分析了近54 a北京旱涝变化特征,探讨了城市化和大气环流异常与旱涝变化的关系。结果表明:1近54 a北京轻微旱涝事件呈减少趋势,极端旱涝事件逐渐增多;2在年代变化上,20世纪60—80年代SPI值呈稳定波动,80年代中后期SPI值呈下降趋势,涝灾逐渐减少,旱灾逐渐增多,1999—2008年形成10 a连旱的降水偏少期;3快速城市化对北京旱涝变化影响明显,但是并未改变旱涝宏观变化趋势;4 ENSO与北京旱涝变化关系存在不稳定性,El Nio事件并非严格对应旱灾,La Nia事件并非严格对应涝灾;副热带高压位置和东亚夏季风强弱与北京旱涝变化关系相对稳定。当副热带高压明显北移、东亚夏季风偏强时,北京多发生干旱;反之,则北京明显偏涝。     

西北东南部夏季旱涝急转异常分析及预测研究

利用NCAR/NCEP月平均再分析资料、中国气象局国家气象信息中心提供的中国西北东部地区(陕西、甘肃、青海、宁夏及内蒙古西部地区)1961—2012 年夏季(5—8 月)156 个台站逐日降水量以及国家气候中心提供的74 个环流指数,通过定义夏季旱涝急转指数,对西北东南部夏季旱涝急转事件的环流特征进行分析,并建立了预测模型,结果表明:近50 a 来西北东南部夏季旱涝急转现象年际差异较小,相比较而言,1992 年之前旱涝急转事件频发,而之后少发。在旱转涝年的旱期北极极涡偏东偏弱,乌拉尔山脊偏强,东亚大槽偏西偏深,另外中高纬西风带偏强,阻止了冷空气南下,也没有异常的水汽输送,在垂直场上主要表现为下沉运动,因此降水偏少。而涝期乌拉尔山阻高偏强,蒙古低压加深,西太平洋副热带高压偏西偏强,西北东南部正好位于西太平洋副热带高压西侧和蒙古低压底部,有充足的西南暖湿气流,另外中高纬度西风带偏弱,有利于冷空气南下,而且西太平洋有异常的水汽输送带,能到达西北东南部,在垂直场上主要表现为上升运动,因此降水偏多;涝转旱年正好相反。另外,利用前期大气环流指数对旱涝急转指数建立的集合预报模型具有一定的预测能力,从而为西北东南部夏季旱涝急转现象的短期气候预测提供参考依据。     

基于LMDZ模型的西南地区水汽来源及水汽再循环率的分析

研究基于LMDZ模型对我国西南地区9个站点的同位素数据进行空间插值,利用同位素混合模型对不同来源水汽对降水的贡献率进行时空分析。结果表明,我国西南地区外来水汽对降水的贡献率除部分站点外,均在90%以上;其次为植物蒸腾水汽,占比为0.3%～21.3%,地表蒸发水汽对降水贡献率最小,介于0.1%～8.1%之间,同时外来水汽对降水贡献率夏季大于冬季,而地表蒸发水汽和植物蒸腾水汽对降水的贡献率冬季略大于夏季。水汽再循环率呈现空间差异,四川盆地及周围山地地表蒸发水汽与植物蒸腾水汽略高于青藏高原及云贵高原一带。结合美国国家大气研究中心所提供的气象资料,采用MeteoInfo软件对我国西南地区各站点进行近10年(1998～2007)的后向轨迹追踪,并对其进行聚类分析得出四川省两站点和重庆站点在夏季近源局地蒸发水汽占比高达50%,贵阳夏季有28.95%的水汽为近源局地蒸发形成,其余站点夏季水汽来源大部分来自于阿拉伯海、孟加拉湾和印度洋水汽,还有一部分来自于西风带的水汽和东南季风带来的西太平洋的水汽,然而冬季水汽均来自于西风带水汽。     

全球SST的季节特征及长期变化趋势分析

利用来自NCEP/NCAR的Sea Surface Temperature(SST)资料,对全球海域近150 a SST的季节特征和逐年变化趋势进行分析。结果表明:(1)全球大部分海域SST呈显著的逐年线性递增趋势,同时也表现出很大的区域性差异,线性递增趋势较强的海域主要集中在:北太平洋中部海域(0.003~0.006℃/a)、赤道中东太平洋(0.004~0.006℃/a)、南大西洋大部分海域(0.006~0.01℃/a)、南印度洋西部海域(0.006~0.009℃/a),仅在冰岛西南部海域、两极部分海域呈显著的递减趋势,与全球变暖的大背景相吻合;(2)全球部分海域的SST变化趋势由冬季占主导,部分海域的SST变化趋势由夏季占主导;(3)全球海域存在三大永久性暖池,且具有2.78~3.13 a、3.45 a、5.26~5.88 a的共同周期及100 a的长周期震荡。     

我国东北地区大气降水稳定同位素特征及其水汽来源

依据全球大气降水同位素观测网络(GNIP)中我国东北地区的月大气降水氢氧稳定同位素资料,并结合相关气象资料,分析了该地区大气降水稳定同位素时空分布特征及其影响因子,并建立了局地大气水线方程.结果表明,东北地区大气降水中δ18O值总体上较低,在时间变化上,表现为冬低夏高;从空间分布来看,由南至北加权平均δ18O值呈减小趋势;降水δ18O与温度线性关系显著,而与降水量则不存在线性关系,利用降水δ18O与温度、降水量、高程、经度和纬度等气候因子建立的多元线性回归关系可以对降水δ18O进行定量估算;采用HYSPLIT 4.9模型对GNIP观测点水汽来源进行追踪,气团聚类轨迹表明,该区全年有两条水汽路径,分别为西风带输送的大西洋、极地北冰洋冷湿水汽和太平洋暖湿水汽.