厄尔尼诺与江淮流域旱涝灾害的关系

厄尔尼诺对旱涝灾害的发生有重要影响,本文在搜集大量旱涝灾害史料的基础上,通过对旱涝灾害记载进行分级量化处理,详细、系统地探讨了厄尔尼诺与江淮流域旱涝灾害的关系.结果表明:厄尔尼诺对江淮流域旱涝灾害有影响.其中,在厄尔尼诺当年,对江淮流域旱涝灾害影响较小,流域以旱灾为主;在厄尔尼诺次年和反厄尔尼诺年,影响较大,流域明显以涝灾为主,且时有大旱、大涝发生,值得我们注意和重视.根据上述结果,厄尔尼诺现象不失为本地区旱涝预报的一个很好的参考指标.     

中国东部过去2000年百年冷暖的旱涝格局

根据历史文献记载重建的过去2000年中国东部63个点(地区)旱涝等级数据及集成28条代用资料重建的中国温度变化最新序列,采用各级旱涝发生几率的比率差指标,研究了百年尺度寒冷时段(440~540年、780~920年、1390~1460年、1600~1700年、1800~1900年)和温暖时段(650~750年、1000~1100年、1190~1290年、1900~2000年)的中国东部旱涝格局.结果发现,每个寒冷、温暖时段的旱涝格局虽各不相同,但在多数温暖时段,长江以北地区总体偏旱、以南地区涝.分析表明:寒冷时段的旱涝格局呈自东向西带状分布,115°E以东涝、以西则旱涝相间;温暖时段则呈自南向北的带状分布,25°N以南地区旱、25°~30°N之间涝、30°N以北地区旱,但黄土高原地区涝.冷、暖时段旱涝格局对比显示,气候由寒冷转为温暖可能会导致华北地区干旱与湘、赣流域雨涝几率同时增加.     

400多年来中国东部旱涝型变化与太平洋年代际振荡关系

基于中国东部55站点1600~2012年旱涝等级序列及集合经验模分解(EEMD)等方法,分析了中国东部旱涝年代际到百年尺度的变率分布特征及其与太平洋年代际振荡(PDO)指数的关系.结果表明:400多年来该区域最主要的旱涝分布型是一致型,即同期大多数站点同旱或同涝,变率中心位于黄河中下游;其次为南北反相型,该型近百年来有加强趋势,最典型案例即20世纪70年代后期至21世纪初频繁出现的南涝北旱异常分布,400多年来历史上类似事件很少见.在多年代际尺度上,基于多种代用PDO指数序列的集合平均PDO序列与华北一带旱涝变率有显著的正相关关系,即PDO暖位相对应华北偏旱,而PDO冷位相对应偏涝.结果拓展了多年来主要基于近代气象记录获得的PDO影响中国旱涝气候变化的认识,更完善地诠释了我国夏季风区旱涝气候多年代际演变规律.     

江淮梅雨期降水经向非均匀分布及异常年特征分析

尽管江淮梅雨期降水在多数年份具有一致的空间变率, 然而在有些年份却呈现出南北反相的变化特征, 而此时整个梅雨区的降水量往往接近正常, 这无疑增加了梅雨短期气候预测的难度. 鉴于上述考虑, 对1951~2004年江淮地区15站梅汛期(6~7月份)降水进行了EOF分析, 发现第二特征向量主要反映了梅雨期降水的经向非均匀分布特征, 据此将梅雨雨型分为南涝北旱和南旱北涝型, 并利用第一套NCEP再分析资料和第二套扩展重建海温资料(ERSST)对梅雨降水经向分布异常年的海气背景特征进行了研究, 结果发现: 南涝北旱年, 梅雨期低层锋区和水汽辐合中心偏南, 东亚副热带夏季风偏弱, 西太平洋副热带高压和200 hPa南亚高压位置偏南; 前期2月份北半球环状模(NAM)和南半球环状模(SAM)偏强, 北半球冬、春季中国近海海温偏高. 南旱北涝年, 情况基本相反. 此外, 前期北半球冬季ENSO对梅雨期降水经向非均匀分布也具有一定的影响作用.     

大尺度大气环流异常与长江中下游夏季长周期旱涝急转

利用国家气象信息中心提供的1957~2003年中国720站夏季(5~8月)逐日降水资料, 对长江中下游地区夏季长周期旱涝急转现象(分旱转涝和涝转旱两种类型)进行研究, 定义了一个长周期旱涝急转指数(LDFAI), 再结合ERA-40再分析资料及1957~2003年南半球和北半球环状模(SAM和NAM)指数时间序列, 分析了异常年的同期和前期的大尺度大气环流异常特征, 结果表明: 旱转涝年旱期西太平洋副高主体偏南, 长江流域低层负涡度中心发展伴随着辐散、下沉的加强和水汽输送减弱, 同时南亚高压和高空西风急流位置偏南, 长江中下游地区干旱少雨; 涝期西太平洋副高北抬, 该地区低层有正涡度发展并伴随辐合、上升运动和水汽输送较强, 南亚高压和高空西风急流北抬, 导致该地区降水增多. 涝转旱年涝期北方冷空气活跃, 冷暖空气交汇于长江中下游地区, 低层正涡度发展同时辐合、上升运动和水汽输送较强, 南亚高压位于高原南侧上空, 长江中下游地区偏涝; 旱期低层有负涡度中心发展伴随着辐散、下沉的加强和水汽输送减弱, 副高异常显著的北跳, 南亚高压向东向北扩展至华北地区, 长江中下游转为东风急流所控制, 干旱少雨. 另外, 长江中下游夏季LDFAI与其前期2月份的SAM和NAM存在显著的负相关, 这为长江中下游夏季长周期旱涝急转现象的预测提供了有参考意义的前兆信号.     

过去300年雄安新区涝灾年表重建及特征分析

通过对历史文献、县志和相关期刊中雄县、安新、容城(合称"雄安新区")洪涝灾害记录的摘录整理,并与降水观测数据比对,确定了反映雄安新区1715~2016年洪涝灾害程度的年表,分析了过去300年洪涝灾害时空分布特征.主要结果为:1715~2016年间雄安新区发生洪涝灾害共计139次,平均2~3 a发生1次;其中灾情最为严重的特大洪涝灾害(文中定义为4级)发生在1738,1801,1892和1954年,3级大涝、2级偏涝、1级轻涝发生的年份数分别为14,35和86.1796~1827,1886~1898和1948~1965年3个时期,雄安地区洪涝灾害发生频繁且灾情严重;空间上,偏涝年份,区域内滨临河湖、地势低洼地段容易被淹没,占全区面积的20%~30%,而特大洪涝年份,除了容城地势较高之处,雄安新区约80%面积被淹没.鉴于历史时期本区水患频发,未来城市建设规划设计中需要考虑水灾频率及空间发生特征.     

江淮梅雨建立的年际变化及其前期强影响信号分析

江淮梅雨建立具有显著的年际变化特征. 利用NCEP/NCAR再分析数据集以及NOAA提供的全球射出长波辐射和扩展重建海温等资料研究了梅雨建立的年际变化及其前期强影响信号, 并探讨了该信号影响梅雨建立年际变化的可能机制. 结果表明, 前期中太平洋ENSO(CP-ENSO)事件是影响梅雨建立年际变化的强信号, 该信号具有较好的短期气候预测准确率和实用性. 当前期冬季2月和春季呈现CP-ENSO暖(冷)位相时, 梅雨建立最有可能偏晚(早). CP-ENSO主要是通过EAP(或JP)遥相关型影响梅雨建立, 其中位于热带西北太平洋的反气旋环流起着重要作用. CP-ENSO暖(冷)位相年, 热带暖湿气流向江淮流域输送偏晚(早), 赤道附近的中太平洋地区海温产生正(负)异常, 通过海气相互作用, 使得西太平洋副高北跳和印度西南季风建立偏晚(早), 东亚上空大气环流由春到夏的季节性转换因而偏晚(早). 大气环流季节性转换和热带暖湿气流向江淮流域输送偏早(晚)是江淮梅雨建立偏早(晚)的主要原因.     

最近530年冬季北大西洋涛动指数与中国东部夏季旱涝指数之联系

用Glueck 等人建立的1429~1983年冬季北大西洋涛动指数(简写为NAOI)序列, 分析了它与我国东部100个站1470~1999年共530年夏季旱涝等级序列(简称旱涝指数)的联系. 发现NAOI与我国东部几个区域平均旱涝指数(缩写为FDI)有很好的滞后相关. 北区及整个东部平均旱涝指数在滞后NAOI 2~3年时, 最大相关系数接近0.001的显著性水平. 中、南区负相关也达0.05~0.01的显著性水平. 最佳相关时段在1636~1742年(小冰期), 北区及整个东部地区两者相关系数显著性水平远超过0.001; 其次是1951~1999年, 北区、中区平均FDI与NAOI的相关系数显著性水平均在0.005~0.002之间. 功率谱分析和Morlet小波变换发现, 北区及东部的区域平均FDI与NAOI有几乎完全相同的年际、年代际乃至世纪尺度的振荡周期, 即4~5年、准10年、20~30年、50年左右、80~100年等. 用Mann-Kendall Rank Statistc方法检测发现, 在最近530年中, 北区及东部地区平均旱涝序列, 在不同时期存在非常显著的旱涝趋势变化及明显的年代际突变, 但NAOI在最近400余年中却没有达到显著性水平的上升和下降趋势变化, 其年际和年代际尺度的突变较我国FDI频繁得多. 这可能与NAOI重建序列极端值振幅较器测序列的振幅偏小有关.     

南极涛动年际变化对江淮梅雨的影响及预报意义

相关分析和个例分析的结果均揭示了南极涛动异常与我国东部夏季降水异常有密切的关系. 当春季尤其是5月南极涛动异常强时, 常常对应于夏季江淮流域降水的偏多, 梅雨出梅偏晚, 梅期长度偏长; 反之, 当前期南极涛动异常弱时, 江淮流域降水易偏少, 梅雨出梅偏早, 梅期长度偏短. 研究还表明, 南极涛动的异常使得影响我国东部夏季降水的环流系统的强度和位置发生改变, 形成导致江淮流域降水偏多或偏少的形势. 另外, 南极海冰密度对南极涛动有6个月的超前负相关, 上述结论为江淮梅雨的预报提供了一条可行的新途径.     

长江流域梅雨带水汽输送源-汇结构

采用NCEP资料分析了长江流域旱、涝年整层水汽输送结构, 揭示了“大三角形”关键区整层水汽输送流入与流出边界总体收支呈同位相年际变化, 提出了高原周边降水异常区水汽输送结构以及夏季南海-青藏高原-长江流域水汽远距离输送模型; 采用整层水汽输送相关矢量场计算方案, 发现了长江流域旱、涝年整层水汽输送流型反位相特征; 提出季风梅雨带整层水汽输送遥相关源-汇结构综合模型及其物理图像, 即长江流域涝年水汽输送“大三角形”关键区来自海洋(印度洋、南海、西太平洋等)水汽流在高原周边“转向”效应构成了遥相关源-汇结构.     

根除飞蝗灾害

飞蝗是我国具有历史性的大害虫,自公元前707年到1955年,2662年间曾发生过蝗灭800多次,平均每二至三年一次或五年二次,这与发生在黄(河)淮(河)大平原上的三年一涝二年一旱的旱涝灭相间的情况有因果关系。古代治蝗书内就曾说过“蝗为旱虫,故飞蝗之患多在旱年,殊不知其萌蘗则多由于水,水继以旱,其患成矣”(昆陈崇砥著治蝗书)。所以自古以来,涝、旱、蝗     

BCC_RegCM 1.0对1991~2005年江淮梅雨季的数值模拟

采用中国气象局国家气候中心提供的区域气候模式BCC_RegCM 1.0(RegCM)模拟1991~2005年江淮梅雨季, 得到如下结论: (1) RegCM能较好地模拟出夏季温度和降水的年际变化和空间分布型; (2) 参照“广义梅雨评定标准”, 计算RegCM的降水和温度得到近15年江淮梅雨的爆发日和结束日, 与观测相比, RegCM能模拟出近15年江淮梅雨的年际变化, 对大部分正常梅雨年模拟较好, 尤其是能模拟出1996, 1998和1999年的强梅雨; (3) 就15年平均状态而言, RegCM模拟得到的入梅日和出梅日分别为6月1日和7月13日, 较采用广义梅雨标准计算的观测值分别提前了12和13 d; 梅雨长度为32 d, 较观测缩短了3 d; 梅雨强度为2.45, 而观测值为3.00. 从而可见, RegCM能较好地描述气候态的江淮梅雨持续期及强度, 但对入梅日和出梅日这两个奇异点的模拟仍有待改进.     

我国长江流域梅雨变动与南极冰雪状况的可能联系

梅雨是我国江淮流域的重要天气气候现象。梅雨量的多少、梅雨期的长短以及入梅出梅时间的早晚对这一地区的农业生产有显著的影响。关于中国的梅雨已作过大量的研究,但多限于北半球大气环流的分析。吕炯曾讨论过太平洋海温与梅雨的关系。本文利用近十年卫星观测的南极海冰资料和本世纪初以来南极地区的积雪量资料,发现了一个有意义的事实:南极地区的冰雪状况与长江流域出梅时间的早晚有密切的关系。并且通过一组典型例子的分     

江淮梅雨和赤道太平洋区域海温变化的关系

江淮梅雨由江南梅雨和淮河梅雨两个部分组成. 江南梅雨集中在6月下旬, 淮河梅雨出现在7月上中旬. 1998年以来, 江南梅雨、赤道太平洋的表层和次表层海温异常都经历了重大的年代际调整. 进入21世纪以来, 江南梅雨量与淮河梅雨量之间出现了完全相反的趋势变化和准两年振荡. 1999~2000年的强La Niña之前, 海洋增暖在赤道东太平洋. 进入21世纪以来, 赤道太平洋次表层海温距平信号集中在日界线附近露头, 是赤道中太平洋表层海温增暖的早期信号. 2003, 2005和2007年是淮河流域的多降水年, 也是前期冬春赤道中太平洋海温正距平的年份. 一个关系表明, 冬春赤道东(中)太平洋的增暖事件对应江南地区(淮河流域)梅雨量偏多.     

1743年华北夏季极端高温: 相对温暖气候背景下的历史炎夏事件研究

根据中国历史气候记载和新近在欧洲发现的北京早期器测气象资料, 研究1743年夏季华北高温极端气候事件, 指出这是中国最近0.7 ka来最严重的炎夏事件, 高温区域广及北京、天津、河北、山西、山东. 1743年7月北京的日最高气温高达44.4℃, 超过了20世纪的极端气候记录. 指出1743年的天气气候特征如旱涝分布、梅雨特点以及相应的太阳活动、海温场等外部因子条件, 发现这些特征均与现代1942和1999年华北炎夏事件相同. 该事件出现在气候相对温暖的背景下, 是工业革命之前(CO₂较低排放水平时)出现的极端高温实例.     

中世纪暖期、小冰期与现代东亚夏季风环流和降水年代-百年尺度变化特征分析

利用气象仪器观测资料、降水和温度代用资料以及气候模拟结果, 综合分析近1000年东亚夏季风区海陆热力差异和降水的年代际、百年际尺度变化规律, 对比了现代、小冰期和中世纪暖期东亚季风环流和降水的基本特征, 以及与太阳辐照度和全球气候变化的联系, 得到以下结论: 在近150 年里, 用东亚陆地与其周边海域大气温度差异指示的东亚夏季风环流与降水呈现出显著的年代际波动特征, 并且在过去50 年全球增暖最快时期东亚季风偏弱; 在百年尺度上, 中世纪暖期东亚夏季风环流是过去1000 年里最强时期, 而在1450~1570 年期间东亚夏季风是过去1000 年里最弱的时期; 对应于偏弱的东亚夏季风环流, 中国东部季风雨带总体上位置偏南, 伴随着华北降水偏少、长江降水偏多(即“南涝/北旱”型)异常分布特征; 从20 世纪初到20 世纪20 年代, 降水呈现出长江流域偏少、华北偏多的反“南涝/北旱”型特征; 与中世纪暖期相比, 在1400~1600 年期间发生的是一个更长时间尺度的“南涝/北旱”现象; 此外, 东亚夏季风环流和降水变化与全球气温变化的趋势有不同步特征, 在近150 年里, 尽管全球和中国区域表面年平均气温显著增加, 但是东亚季风环流和降水没有表现出一个增强或者减弱趋势, 在过去1000 年里东亚夏季风最弱时期要比北半球最冷时期出现的早, 并与太阳辐照度的最弱时期相对应.     

东北冷涡的“气候效应”及其对梅雨的影响

东北冷涡是东亚中高纬地区重要的天气系统. 尽管其时间尺度为天气尺度, 但是频繁的东北冷涡活动具有显著的“气候效应”. 这种“气候效应”不仅会影响东北地区对流层低层的月平均气温, 而且对东亚地区梅雨期降水也具有影响作用. 利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的ERA-40再分析资料, 对东北冷涡的“气候效应”及其与东亚梅雨的关系进行研究, 发现: 梅雨期东北冷涡和降水量存在显著的相关关系, 东北冷涡越强, 梅雨量很可能偏多, 东北冷涡越弱, 梅雨量很可能偏少; 东北冷涡强年, 东北冷涡引导北方“干冷”空气南侵, 与低层强盛西南暖湿气流在梅雨区北缘交汇, 形成“上干下湿”的不稳定层结, 在上升运动的触发下, 最终导致梅雨量偏多, 东北冷涡弱年情况正好相反; 前期北太平洋海温的异常可能是导致梅雨期东北冷涡异常的因素之一, 夏季的海陆热力对比对东北冷涡起着促进作用, 而冬季的热力对比对东北冷涡起着抑制作用. 所有这些为东北冷涡和梅雨的短期气候预测提供了具有参考意义的结果.     

公元前2000年左右发生的一次自然灾害异常期

(一)前言我国大量的史料表明,在某个历史时期,各种严重的自然灾害往往有集中出现的现象。其间,大旱、大涝、严寒、大地震等自然灾害频繁发生,与其他时期相比较,不论自然灾害的严重程度、发生频次和地域分布,都有明显增加的趋势。例如,以十七世纪为中心的明清时代,就是这样一个自然灾害的多发时期(有人称之为明清宇宙期)。在这个时段,我国发生的严寒和大地震都是三千年来最严     

梅雨锋中尺度暴雨云团的运动学结构

东亚梅雨和印度季风是世界上最显著的季风现象。在梅雨期,有一条地面静止锋及其锋面云带停留在我国长江中下游到日本南部一带,锋面云带上时而有暴雨发展。 暴雨是由中尺度对流性系统产生的。梅雨锋暴雨区有两种中尺度组织形成:中尺度雨带和中尺度雨团。一些研究指出,从卫星云图上所见的梅雨锋暴雨云团非常类似于美国的MCC(中尺度对流复合体)系统。但至今对于成熟梅雨锋暴雨云团的结构尚没有很多研究。     

1876~1878 年华北大旱: 史实、影响及气候背景

以源于历史文献的1736 年以来华北地区降水重建序列为基础, 辨识了1876~1878 年华北大旱是发生在过去300 年间最为严重的极端干旱事件, 分析了1876~1877 年逐季及年降水量的空间分布格局, 并据史料记载对本次旱灾产生的社会和经济影响做了初步评价. 结果表明: 本次干旱事件发生时间自1876 年春季开始至1878 年春季结束, 且以1877 年干旱发生的空间范围最广, 程度也最严重; 在持续长达3 年的大旱灾中, 华北地区粮食严重失收, 米价上涨至常年的5~10 倍; 华北5 省人口因大量死亡或者迁出, 共减少2000 多万. 相关的调查分析还表明, 1876~1878 年的大旱是全球化现象, 这可能与赤道中东太平洋海温异常偏高、El Niño 事件强度异常偏强及南极涛动正异常有关.