科技支撑项目课题 (2007BAC29B02 ） 百年来极端天气气候事件变化特征及其影响（ 2008-2011 ）

专题四

极端天气气候事件变化的环流背景

南京信息工程大学，国家气候中心，气象局培训中心

汇报人： 管兆勇

年会： 2009 年 9 月 27 日 -30 日 , 裕宁大酒店，沈阳

课题进度安排 2008 年：课题启动，落实单位和人员，签订合同，进入主要研究阶段。 整理并系统分析各种观测资料，收集代用资料，收集阅读相关文献，开发分析研

究方法和软件，开展统计分析工作。完成资料和研究方法的整理和开发工作。

2009 年：完成长时间序列的代用资料整理并分析 分析历史时期我国极端气候事件的事实、变化特征，完成近百年中国气候年代尺

度干旱、洪涝等事件变化分析，完成近 50 多年全国和区域主要极端气候事件的趋势变化分析，以及过去 50 年以来与干旱、强降水事件相关的大气环流和海洋环流系统背景分析。

2010 年：提交中期研究报告；完成各专题的主要工作 分析历史时期我国极端气候事件的变化特征与演变规律，识别干旱、洪涝、低温

事件及台风等重大极端气候事件的变化趋势等，分析完成高温热浪、强台风、雪灾、低温冷冻害等极端事件的年代和趋势变化特征，完成不同冷暖气候态下主要极端气候事件的强度和发生频率的变化趋势分析，完成与高温热浪和严冬等极端气候事件相关的大气环流和海洋环流系统演变背景分析。

2011 年：完成各专题其余的研究任务，全面总结前两年研究结果，撰写学术论文和学术专著，发表研究成果。

结题验收阶段。继续完善分析研究工作，总结发表研究成果。各专题完成研究任务，提交研究报告和课题总结，组织验收。

汇报内容

专题计划任务 研究进展 论著 /人才培养 经费使用 存在问题 2010年任务

第四专题：分别以五种灾害之一为主线 , 重点分析与过去 50 年以来干旱、强降水、高温热浪、冷害等极端气候事件相关的大气环流和海洋环流系统及其变率。

Pattern冷暖位相分析阶段频度等级路径台风

Pattern冷暖位相分析阶段频度程度等级冷害

Pattern冷暖位相分析阶段频度程度等级高温

Pattern冷暖位相分析阶段频度程度等级强降水Pattern冷暖位相分析阶段频度程度等级干旱

大气环流海洋状态年代际趋势背景序列现 象事件种类

确定主要极端天气气候事件发生年份

完成 2-3篇学术论文 培养硕士研究生 1-2人，博士研究生 1人

提供近 50年来我国1-2 种主要极端天气事件的环流背景

发表 5-6篇学术论文，其中 SCI （ E ）学术论文 1-2篇

培养硕士研究生 5-6名，博士研究生 2-3名

落实人员，进入主要研究阶段。 收集、整理并系统分析各种观测资料，收集并阅读相关文献，开发分析研究方法，开展统计分析工作。

初步完成过去 50 年以来与干旱、强降水事件相关的大气环流和海洋环流系统背景分析（夏季）

初步完成高温 /低温极端天气气候事件的环流背景分析（夏季）

第一年

第二年

考核指标年度目标年度

年度目标与考核指标

第三年 完成历史时期我国极端天气气候事件的变化特征与演变规律分析

完成干旱、洪涝、低温事件及台风等重大极端天气气候事件变化趋势分析，以及高温热浪、强台风、低温冷害等极端事件的年代际变化特征分析

完成不同冷暖气候态下主要极端天气气候事件的强度和发生频率的变化特点分析

完成与高温热浪等极端天气气候事件相关的大气环流和海洋环流系统演变背景分析

完成重大气象灾害的致灾因子分析

总结前两年研究结果，撰写学术论文和学术专著，陆续发表主要研究成果

提供近 200-300年我国西北地区干旱发生频率时间序列

给出五种主要极端天气气候事件频率和强度变化特征与规律的分析结论，

给出极端天气气候事件变化的大气环流背景分析结论

8-9篇学术论文，其中 SCI（ E）论文3-4篇

培养硕士研究生 8-9人，博士研究生 5-7人

要点：• 极端天气气候事件形成的区域 / 时间和局地成

因• 当年发生的重要现象的重要环流系统• 遥相关• 机制

极端天气气候事件变化的环流背景

降水异常与环流变化：华东地区近 50 年夏季降水异常的分型及遥相关长江中下游流域性极端降水事件特征与成因夏季西太副高面积年代际振荡及与中国降水异常华南前汛期降水极端事件的特征北太平洋次表层海温异常对中国夏季降水影响 其他区域降水异常事件： 山西暴雨日数变化特征与趋势 2006 年川渝地区夏季干旱的成因分析 高原降水异常

2009-2010 成果：

气温异常与环流变化：长江流域夏季气温变化型及其相联系的遥相关澳大利亚高压年际变化对中国夏季气温的影响

东北低温事件变化趋势近 58a 来玉树站气温变化特征

2009-2010 成果：

台风：台风“榴莲”陆上维持及暴雨增幅的环流特征

低纬季风涌对“ Bilis” 台风降水增幅的影响

2009-2010 成果：

其他工作（环流异常变化规律）：南北涛动（ IHO ）与季风极涡变化

2009-2010 成果：

a b

Correlations of IHO index with SLP in (a) and with 850 hPa geopotential heights in (b), with shading for the values above 95% level of confidence using a t test.

降水异常与环流变化

图 3 经 REOF 分 析 的第 3 （ a ）、第 1（ b ）、第 5 （ c ）、第 2 （ d ）、第 4（ e）空间模态及相应的区域划分（ f）（阴影区的旋转载荷向量绝对值大于等于 0.5）

REOF 分析（前 5个，非顺序排列）

华东地区近 50 年夏季降水异常的分型及遥相关

遥相关

图 7 闽赣地区位势高度（左图： 500hPa ；右图： 200hPa）及 850hPa风场和各区降水的相关，为与前述旱涝年差值合成相对应，相关系数已乘 -1 ；阴影区为通过 90%信度检验的区域，箭头为通过 90%信度检验的风场和降水的相关

结论华东的降水异常可分为： 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）；

I-V区夏季降水的周期存在明显差异，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）；

5个区域夏季降水的年代际及年际变率的年代际变化非常显著，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。

副高面积 -中国降水

夏季（ JJA ） IA与中国降水

Var1=24.2 Var2=46.5 Var3=57.2

夏季副高面积的突变

图 15 1951-2007 年夏季副高面积三段特征 （图中实线为 IA原始序列；其他线条为 IA在三个时段各自线性趋势（长虚线）和平均值（点线）； Var1 、 Var2 、Var3为三个时段各自方差，纵坐标表示格点数（个））

夏季面积指数

时间 / 年

5881

5861

5862

5863

58825883

图 16 500hpa上 1951-1970 、 1971-1990 、 1991-2007 的 JJAS平均西太平洋副热带高压特征位势高度（单位： 10gpm）

图 17 1951-2007 中国各时段平均降水对 57 年平均∏ P 的距平空间分布（单位： mm

）

三时段分别为 1951-1970 (a) 、 1971-1990(b) 、 1991-2007(c)

a b c

中国夏季降水的年代际变化

图 18 低层 850hpa无辐散风场 (a) 和无旋风场 (b) 的长期线性趋势系数空间分布

(a) 中等值线为流函数一元线性回归系数， (b) 中为势函数一元线性回归系数；等值线间距 105m2s-1/10yr ；阴影区通过 90%信度检验（灰色阴影为正值，紫色阴影为负值）

a b

对应的环流变化特征（长期趋势）

a b c

与 IA突变有关的降水时段趋势

图 18 不同时段夏季降水各自线性趋势的空间分布 等值线为夏季降水一元线性回归系数 (a)1951-1970 ； (b) 1971-1990 ； (c) 1991-2

007（单位： mm/10yr），阴影部分表示 t检验通过 90%信度区域

1951-1970

1971-1990

1991-2007

IA第一次突变

IA第二次突变

时间轴 IA 均值

偏小

弱增

大增

IA 方差

偏小

增大

亦增

20 年平均降水

江南地区

长江流域

黄淮流域

东亚季风

偏强

减弱

偏弱

20 年降水趋增区

南旱北涝

转型中

南涝北旱

北移

北移

南移

雨区

南移

雨区

结论 夏季副高面积变动与降水年代际变动有关

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高原降水量和强降水量的年际变化特征

高原夏（ a）、冬（ b）半年降水总量（左坐标）及强降水量（右坐标）的年际变化及其线性趋势（图中黑实线为降水总量，红虚线为强降水量，单位：mm）

选取高原 48台站，近 48a(1961-2008年 )逐日降水资料，分别选择夏半年 24小时（ 20时~20时，北京时）降水量≥ 25mm的大雨和冬半年 24小时降水量≥ 5mm的大雪作为高原不同季节的强降水标准

高原强降水日数变化趋势的空间分布

高原夏半年（ a）和冬半年（ b）强降水日数变化趋势的空间分布（单位： %/10a ）

气温异常与环流变化

夏季气温空间分布特征和时间变化空间分布特征

时间变化规律

与全国气温的相关

EOF1 EOF2 EOF3

结论长江中下游地区气温呈现出全区一致 ,南北反相以及东西反相三种分布型 ,这三种气温异常型具有显著的年际和年代际变化特征 ,反映出在年代际背景下的年际变化 .各模态对应的环流背景各不相同 , 高温区被异常反气旋式环流控制 , 相应地低温区则被异常气旋式环流控制 . 高度场在垂直方向上呈现出准正压结构 .环流异常的维持可能与遥相关型有关 ,三种异常型分别与自大西洋穿越极区的波列 ,由地中海沿亚洲急流东传的波列以及北极涛动有关 . 同时 , 全区一致型尤其是南北反相型则与 P-J 型波列联系紧密 .

东北地区春季极端低温事件频数减少趋势明显

1958-2007 年东北地区春季极端低温事件频数的趋势系数（圆形，三角形分别表示通过 95% ， 99% 显著性水平检验）

东北春季极端低温事件频数的标准化序列呈现明显减少的趋势

春季极端低温事件频数的年际变化与北大西洋海温异常关系密切，数值模拟结果也证实了北大西洋海温异常的影响

东北地区春季极端低温多年和少年的前期秋季、冬季和同期春季海温差值场 (多年 -少年 )，阴影区通过 95% 信度检验

前期秋季

前期冬季 同期春季北大西洋的负差值区稳定存在

2010年已发表论文 [1] CAI Jiaxi ， GUAN Zhaoyong, GAO Qingjiu, LIN Xin, QIAN Daili ， 2010 ： Summertime temperature variations

in the middle and lower reaches of Yangtze River and their re-lated circulation anomalies in the past five decades ， J. Geogr. Sci. ， 20: 581-598. DOI: 10.1007/s11442-010-0581-3 。（第一标注）（ SCIE ）

[2] 钱代丽，管兆勇，王黎娟． 2009 ：近５７ａ夏季西太平洋副高面积的年代际振荡及其与中国降水的联系［Ｊ］．大气科学学报，， 32（ 5）： 677-685 。（第一标注 )

[3] Li Liping（ 15） ,Guan Shuxuan, Wang Pangxing, Ma Juhui. Definition and analysis of the circulation indices of polar vortex at 10hPa in the Northern Hemisphere. Sciences in Cold and Arid Regions, 2009,1(6):549-558（第一标注 )

[4] 李丽平，靳莉莉，管兆勇 .北太平洋次表层海温异常对中国夏季降水影响的可能途径。大气科学， 2010 ， 35（ 5）： 988-1000（第一标注）

[5] 李丽平 , 章开美 , 王超 , 等 . 2010. 近四十年华南前汛期极端降水时空演变特征 [J]. 气候与环境研究， 15（ 4）：443-450. （第一标注）

[6] Li, LP (Li, LiPing), Ma, JH (Ma, JuHui), Wang, PX (Wang, PanXing); Guo, D (Guo, Dong), Duan, MK (Duan, Mingken), Guan, SX (Guan, ShuXuan). The Relationship of Polar Vortex at 10 hPa in the Southern Hemisphere with Ozone and Antarctic Oscillation. preceeddings of the 2010 International conference on application of Mathematics and physics and physics, Edited by Jiang, Y; Min, JH, Advances on space weather, Meteorology and Applied Physics: 2010 ， 1 ： 156-160（第一标注 )

[7] 王传辉 , 周顺武 , 李慧 . 近 58a 来玉树站气温变化特征 . 高原山地气象研究 , 2010, 30(2): 6-11. （第一标注 ) [8] 赵美艳，徐海明 . 2008 年初南方冰冻雨雪天气过程逆温层结构特征及其维持机制 . 气象科学， 2010 ， 30（ 6） [9] 张红雨 ,周顺武 ,李新生 , 等 . 近 48 a山西暴雨日数气候特征及其变化趋势 . 气象与环境科学 , 2010, 33(2): 25-31

（第一标注 ) [10] Guan, Z. Y., C. H. Lu, S. L. Mei, and J. Cong, 2010: Seasonality of interannual inter-hemispheric oscillations ov

er the past five decades. Adv. Atmos. Sci., 27(5), 1043–1050, doi: 10.1007 /s00376-009-9126-z. （ SCI）（第一标注 )

[11] WANG Li-juan, LU Shan, GUAN Zhao-yong et al. Effects of low-latitude monsoon surge on the increase in downpour from tropical storm Bilis. J. Trop. Meteor., 2010, 16(2): 101-108.（ SCIE ）（第二标注 )

[12] 张蓬勃 , 管兆勇 ,蔡佳熙 . SVD分析揭示的澳大利亚高压年际变化对中国夏季气温的可能影响 [ J ]. 大气科学学报 , 2010, 33 (1) : 58-66. （第一标注 )

[13] 金大超，管兆勇，蔡佳熙，江丽俐， 2010 ：近 50a华东地区夏季异常降水空间分型及其相联系的遥相关，大气科学， 34 （ 5）， 947-961 。（第一标注 )

[14] 高庆九 , 管兆勇 , 蔡佳熙 , 等 . 2010. 两种再分析资料中夏季地表气温与中国测站资料的差异 [ J ] . 大气科学 , 34 ( 4) : 4712482. （第一标注 )

[15] 王黎娟 , 卢珊 , 管兆勇 , 等 . 2010. 台风“榴莲”陆上维持及暴雨增幅的大尺度环流特征 [J ] . 气候与环境研究 , 15 (4) : 511-521. （第一标注 )

[16] 高庆九 , 管兆勇 , 蔡佳熙 . 2010. 中国东部夏季气压气候变率 : 测站资料与再分析资料的比较 [J ] . 气候与环境研究 , 15 (4) : 491-503. （第一标注 )

[17] Lu C H, Guan Z Y, Cai J X. Interhemispheric atmospheric mass oscillation and its relation to interannual variations of the Asian monsoon in boreal summer. Sci China Earth Sci, 2010, 53: 1343–1350, doi: 10.1007/s11430-010-4023-y （ SCI ）（第一标注 )

[18] 刘银峰 ,徐海明 ,雷正翠 . 2006年川渝地区夏季干旱的成因分析 [J]. 大气科学学报 , 2009,32(5):686-694. （第二标注 )

待发表论文 [1] 王传辉 , 周顺武 , 唐晓萍 , 等 . 近 48a青藏高原强降水量的时空分布特征 . 地理科学 , 已录用 .

[2] 王传辉 , 唐晓萍 , 吴 萍 . 西藏高原汛期不同等级降水变化特征分析 . 干旱气象 , 2010, 4(1), 已录用 .

[3] 李丽平 , 靳莉莉 , 黄滟 . 热带太平洋混合层深度年际异常及其与中国夏季降水关系分析，热带气象学报， 2010 ，年底刊出（第一标注）

[4] 董啸、周顺武、胡中明、王传辉、王秀萍， 2010 ：近 50a 来东北地区暴雪时空分布特征，气象，待刊。

[5] 蔡佳熙，管兆勇： 2009 ：长江流域夏季气温变化型及其成因：Ⅰ年际变化与遥相关，气象学报，出版中 .

[6] 蔡佳熙 管兆勇 于田田 卢楚翰， 2010 ：长江流域夏季气温变化型及其成因：Ⅱ年代际变化，气象学报，待刊 .

2011 年任务 继续利用极端指数，检测极端事件发生时间、频

率与夏季季节平均降水 / 气温异常年份之间的关系 进一步研究极端降水 / 气温事件的分型和环流异常 进一步检测极端事件的发生与海温异常 / 大气环流

不同尺度变化的联系针对新发生的极端天气气候事件进行分析构建环流异常型资料库，以便利用空间相似系数

和预报因子进行预测 发表论文 7篇，其中 SCI（ E） /EI 论文 1-3篇。培养硕士研究生 5-10名，博士研究生 1-3名

邀请外国专家学术交流，出席国际学术会议。

谢 谢！