青藏高原东北部一次强暴雨过程环流特征分析

利用NCEP再分析资料,对2007年8月25日青藏高原(下称高原)东北部的强暴雨天气过程的影响系统、垂直环流特征、不稳定条件和水汽输送进行了分析和研究。结果表明:(1)强暴雨天气过程发生的主要影响系统是西伸到高原东部的副热带高压、生成于高原中部的热低压及自高原北侧移入的冷温槽。(2)高原东北侧的冷空气移上高原后,呈楔形插入高原南侧西南暖湿气流的下部,高低层之间产生的强风切变和暴雨区上空形成强盛上升气流是暴雨发生的有利环流条件。(3)热低压中的上升气流与冷锋后的下沉气流构成纬向(纬圈方向)闭合环流,经向(经圈方向)闭合环流是由高原热低压中的上升气流与副热带高压中的下沉气流构成的,垂直闭合环流的形成提供了稳定的上升气流和源源不断的暖湿气流,持续的降水造成了暴雨天气。(4)θse线的锋区进入暴雨区,配合强上升运动和高原中部热低压暖中心的加强伸展到高原东部,在暴雨中心区(36°N、102°E)附近上空的中低层之间产生了强的大气层结对流不稳定,是暴雨发生的稳定度条件。(5)由于高原中部热低压逐渐东移,在热低压东部和西伸副热带高压西部之间形成强暖湿气流带,将水汽源源不断地输送到高原东北部,同时冷空气通过祁连山进入高原东北部,在暴雨区上空形成偏南和偏西的强水汽辐合带,暖湿气流交汇造成强暴雨的发生。     

夏季南亚高压与西太平洋副热带高压的相关性分析

利用1951—2010年NCEP/NCAR再分析月平均资料研究夏季南亚高压与西太平洋副热带高压(简称西太副高)的相关性。结果发现,夏季南亚高压与西太副高的联系密切,年际尺度上强度指数之间的显著正相关关系相对稳定,两者同时偏强(简称同强)与同时偏弱(简称同弱)的模态超过70%。当南亚高压与西太副高同强(同弱)时,西风急流偏强(偏弱),高纬度地区大气环流呈经向(纬向)型,太平洋EAP遥相关为正(负)位相。贯穿对流层中上层的中纬度纬向西风与高压强度异常有密切的联系,西风急流可作为中纬度地区连接两者作用的纽带。青藏高原与太平洋地区对流层的温度差异分布对当地的环流系统造成很大影响,高原热力异常和海温异常联系着高压系统的演变。南亚高压、西太副高的异常影响了整体东亚大气环流的配置,是了解不同纬度系统相互作用的又一着眼点。     

青藏高原气温的年际变率与大气环状波动模

基于1961年3月至2002年2月间青藏高原地区64个台站的地面气温观测资料和ERA40再分析数据集,研究了青藏高原上空气温的年际变率及其与大尺度环流的关系。结果表明除夏季外,高原地面气温与整个北半球副热带、极地对流层的温度和位势高度有显著的同位相变化关系,而与中高纬度对流层有显著的反位相变化关系。其中北半球副热带还有5个分别位于青藏高原、西太平洋、北美西部、大西洋中部、北非到阿拉伯半岛的活动中心。这3条环状活动带和5个副热带活动中心共同组成了一种北半球大气环状波动模,其纬向特征为异常偏强的中纬度西风气流以及热带和高纬度东风气流,并伴有中纬度大气长波槽脊的减弱;经向基本特征为异常偏强的Hadley和Ferrel环流以及副热带下沉气流和中纬度上升气流,垂直方向呈相当正压结构。当这种环状波动模处于正位相时,异常增强的绝热下沉增温效应和减弱的冷空气活动共同使得高原上空对流层中、低层气温异常偏暖。     

“六月突变”中的波纬相互作用

本文应用EP理论及其诊断方法对1982年初夏北半球大气环流季节性突变过程中扰动和纬向气流相互作用的动力机制进行了分析和讨论,指出副热带急流的北跳与中纬度扰动能量向副热带对流层顶的增强输送紧密相关,而这种输送的方向是受纬向气流结构制约着的;但在此期间,纬向气流变化对扰动输送的响应十分迅速显著,就环流的突变性来讲,扰动的强迫作用是关键的。     

青藏高原冬季风强弱年中国气候对比分析

本文选取1984~2013年NCEP/NCARII月平均再分析资料和,及全国160个台站月平均气温和降水量资料,使用由散度定义的青藏高原季风指数,以1月为冬季代表月,确定高原冬季风强弱代表年。通过相关分析和合成分析,详细分析了青藏高原冬季风强弱年份,东亚大气环流和我国气候的差异。结果表明:(1)高原冬季风强弱伴随东亚大气环流的异常,当高原冬季风偏强时,高原上空的冷低压加强,辐散下沉运动加大,中高纬地区的槽脊加深,而低纬地区有一气旋性环流生成;(2)高原冬季风强弱年我国同期气候差异明显,高原冬季风偏强年的冬季,新疆北部、华北中部等地降水偏多,四川盆地、长江中下游等地降水偏少,冬季气温大部份地区偏高,云南、黑龙江等地略偏低。(3)高原冬季风的影响具有滞后效应,高原冬季风强弱年的夏季,大气环流和我国气候明显不同,强年高原热低压和高纬地区的槽脊减弱,西太平洋副高偏北偏强,长江中下游、华南等地降水明显偏多,长江中上游、内蒙等地降水明显偏少。     

近50年广西大范围暴雨的大气环流异常分析

利用1961-2010年广西90个气象观测站的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,运用Lorenz环流分解方法分析了近50年广西大范围暴雨的大气环流异常特征。结果表明,近年来广西发生大范围暴雨过程和平均暴雨日数均呈增多趋势。不同天气系统造成广西大范围暴雨的环流形势主要表现在副热带高压所处位置和强度的不同。从长时间统计来看,广西大范围暴雨与副热带高压的强度、北冰洋(130°E- 140°W,70°N-90°N)区域的纬偏成正相关关系,与格陵兰岛北部、赤道印度洋中西部和哈萨克斯坦东北部的纬偏值成反相关关系。北半球高纬度地区(75°N-85°N)和低纬度地区(20°N-30°N)定常波强度增强,中纬度地区(40°N-70°N)定常波强度减弱,低纬度10°N-30°N和中纬度35°N-55°N定常波不平稳度增强,可能是造成广西大范围暴雨日数增多的原因之一。在广西大范围暴雨过程中,北极附近区域为定常波最不平稳的地区。     

冬季黑潮海域异常加热与北太平洋大气环流的耦合关系

利用NCEP/NCAR和OAFlux月平均资料,采用SVD方法分析冬季黑潮海域的热通量和北太平洋500 hPa位势高度场之间的关系。第1对奇异向量占总方差的86.24%,表现为黑潮北部海域异常多的放热和北太平洋中西部的500 hPa位势高度场异常低。将正负异常年的各气象要素的距平场进行合成分析后表明：当阿留申低压增强（减弱）时,黑潮海域上空的西北风增强（减弱）,导致近地面层大气温度降低（升高）,使得热通量异常释放增加（减少）,从而降低（升高）了海表面温度。在黑潮海域及其下游,温度场在纬向垂直方向是斜压结构,位势高度场是相当正压结构,反映的是冷低压（暖脊）结构。通过分析风场无旋分量和垂直速度的距平发现,在中纬度地区存在距平的纬向环流圈：大气在北太平洋中部的低层上升（下沉）,在对流层高层（低层）分别向西、向东运动,在黑潮海域和北美西部下沉（上升）,增强（减弱）了中纬度纬向环流圈（MZC）。     

夏季长江流域暴雨洪涝灾害的天气气候条件

利用NCEP/NCAR再分析资料,探讨夏季中国东部长江流域严重洪涝灾害发生时的天气气候异常特征.分析表明:东亚夏季风环流偏弱是夏季长江流域发生严重暴雨洪涝灾害的气候特征.天气特征是东亚地区东、西、南、北天气尺度系统的最佳配合以及东亚大气环流出现较显著的20～30天的低频振荡.东亚中高纬大气环流出现20～30天的低频振荡,有利于青藏高原上空的低压系统沿着中纬度东传到115～125°E附近,造成长江流域梅雨锋低压扰动加强;东亚低纬大气环流出现20～30天的低频振荡,有利于印度洋、南海和热带西太平洋的水汽输送到长江流域,为长江流域暴雨提供持续充足的水汽来源.夏季西太平洋副热带高压西伸出现20～30天的低频振荡,有利于低压系统在长江流域(115～125°E)再生和维持.     

基于交叉小波分析方法的西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性研究

西太平洋副热带高压的年际变率受热带多个关键海区的海-气相互作用过程调控, 但彼此间的因果关联和影响机制尚不清楚。为揭示西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常之间的内在关联特性, 定义了三个关键海区以及赤道纬向西风区的特征指数, 并分别与西太平洋副热带高压强度、脊线指数进行了交叉小波和相干小波分析。研究发现:西太平洋副热带高压指数存在显著的2~3年和准5年的周期振荡, 20世纪八九十年代后, 由于暖池区海温及赤道纬向西风区的Hadley环流强迫加强, 致使副热带高压特征指数的2~3年周期振荡加强; 从位相关系看, 先是西太平洋副热带高压减弱南撤导致纬向西风加强, 其后影响赤道东太平洋海温升高, 同时暖水向东传, 使赤道中太平洋以及暖池区海温逐渐升高, 在Hadley环流作用下使副高加强北抬。基于上述西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常变化相关性诊断研究, 进一步探讨了造成这种相关性的影响机理和因果关联, 为揭示西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性做探索研究。      

2017年7月榆林异常高温天气成因分析

利用常规气象资料对2017年7月7—14日榆林出现的极端高温天气成因进行了诊断分析,结果表明：青藏高压、大陆高压和副热带高压的强大动力下沉增温使地面升温明显;中纬度维持纬向环流,冷空气活动受阻,有利于700 hPa暖脊发展和维持;高层辐合、中低层辐散,加强了下沉运动的发展;强下沉运动造成的绝热加热使地面温度升高,暖平流进一步加强了升温过程;地面热低压形成和发展时,近地层气压梯度小,风力微弱,有利于高温天气的出现;近地面附近大气水汽含量低,空气干燥,且有逆温层稳定存在,增强了近地层的异常升温。     

东亚季风指数及其与大尺度热力环流年际变化关系

将东西向海平面气压差与低纬度高、低层纬向风切变相结合 ,定义了东亚季风指数 ,该季风指数较好地反映了东亚冬、夏季风变化。其中 ,夏季风指数年际异常对西太平洋副热带高压南北位置变化和长江中下游旱涝具有较强的反映能力。分析表明 :东亚夏季风年际变化与印度洋 -西太平洋上空反 Walker环流及夏季越赤道南北半球间的季风环流呈显著正相关关系。在强、弱异常东亚夏季风年份 ,异常的 Walker环流在西太平洋上的辐合 (辐散 )中心在垂直方向不重合 ,高层 ( 2 0 0 h Pa)速度势与东亚夏季风显著相关区域位于西北太平洋上 ,该异常环流的高层的辐合 (辐散 )通过改变低层空气质量而影响夏季 50 0 h Pa西北太平洋副热带高压。采用 SVD分析进一步发现 :与海温耦合的异常 Walker环流在西太平洋上空的上升支表现出南北半球关于赤道非对称结构 ,亚澳季风区受该异常 Walker环流控制。因而 ,东亚季风与热带海气相互作用可直接通过这种纬向非对称的 Walker环流发生联系。     

青藏高原冬春积雪影响南海季风爆发的数值研究

采用NCAR CAM3.0大气环流模式,研究了冬春季青藏高原积雪异常对南海夏季风爆发的可能影响机制.通过比较多雪年与少雪年试验中的热力场、环流场季节演变的差异得出,多雪年青藏高原感热加热偏弱、高原纬度的中上层大气温度偏低,导致大尺度经向温度梯度反转时间偏晚；同时,青藏高原感热加热偏弱将不利于Hadley环流的季节转换,使得中南半岛上空的下沉异常气流维持时间较长、副高在孟加拉湾断裂的时间偏晚、中南半岛对流爆发偏晚、中南半岛地表温度下降时间偏晚,从而造成中南半岛与南海局地纬向温度梯度反转时间也偏晚.在上述大尺度经向温度梯度以及中南半岛与南海局地纬向温度梯度的共同作用下,多雪年南海季风爆发偏晚.     

Extreme monsoons over East Asia: Possible role of Indian Ocean Zonal Mode

Summary The influence of the Indian Ocean Zonal Mode on the extreme summer monsoon rainfall over East Asia (China, Korea, Japan) has been investigated applying simple statistical techniques of correlation and composite analysis. While the observed rainfall data are used as a measure of rainfall activity, the NCEP-NCAR Reanalysis data are used to examine the circulation features associated with the extreme monsoon phases and the dynamics of the zonal mode – monsoon variability connections. The data used covers the period 1960 to 2000.The equatorial Indian Ocean is dominated by westerly winds blowing towards Indonesia. However, during the positive phase of the zonal mode, an anomalous, intensified easterly flow prevails, consistent with the positive (negative) sea surface temperature anomalies over the western (southeastern) equatorial Indian Ocean. This positive phase of the zonal mode enhances summer monsoon activity over China, but suppresses the monsoon activity over the Korea-Japan sector, 3 to 4 seasons later. The relationship is more consistent and stronger over the Korea-Japan region than over China.The Indian Ocean influences the monsoon variability over East Asia via the northern hemisphere mid-latitudes or via the eastern Indian Ocean/west Pacific route. The monsoon-desert mechanism induces strong subsidence northwest of India due to the anomalous convection over the Indian Ocean region associated with the positive phase of the zonal mode. This induces a zonal wave pattern over the mid-latitudes of Asia propagating eastwards and displacing the north Pacific subtropical high over East Asia. The warming over the eastern Indian Ocean/west Pacific inhibits the westward extension of the north Pacific sub-tropical high. The location and shape of this high plays a dominant role in the monsoon variability over East Asia. The memory for delayed impact, three to four seasons later, could be carried by the surface boundary conditions of Eurasian snow cover via the northern channel or the equatorial SSTs near the Indonesian Through Flow via the southern channel.     

夏季亚洲季风槽的断裂过程及其结构特征

本文分析了1982年7月一次亚洲季风槽的断裂过程。结果发现,在盛夏亚洲季风盛行期间,中南半岛与南海地区的季风槽可在西太平洋副热带高压东退与孟加拉湾季风低压的西移过程中断裂消失。与此同时,热带西南季风北进,梅雨雨带北移,雨景加大。此外,根据季风区内纬向风的垂直结构,说明了下列事实的成因:在印度和中南半岛季风槽附近及其南侧广大地区内,经常出现大量的季风云团和季风低压;而在西太平洋季风槽的北侧及槽的附近,则经常产生强的热带气旋和台风螺旋云系;南海地区的状况介于以上两者之间,在这里可以有弱的台风生成,也可以有季风云团存在。      

2006年北半球大气环流及对中国气候异常的影响

2006年，赤道中东太平洋经历了一次从La Nina状态到El-Nino事件的过程。500hPa高度场上，欧亚中高纬度地区前冬为经向型环流，后冬亚洲地区盛行纬向环流；夏、秋季，亚洲高纬度地区为经向型环流而中纬度为纬向环流，这种环流形势不利于冷空气南下，导致我国2006年的夏、秋季变得异常暖。2006年西太平洋副热带高压面积偏大、强度偏强且西伸脊点异常偏西。夏季没有出现持续性的较强的阻塞形势，从而使长江中下游地区降水较常年同期偏少，梅雨较弱。东亚夏季风异常偏强。2005／2006年冬季，青藏高原温度异常偏高，各季的高度场也较常年同期偏高，这有利于副高的加强西伸，而7-8月、10月太平洋暖池区对流活动强盛，为热带气旋的生成发展提供了有利的动力条件，并在副高的引导下多为西行路径。     

南海夏季风强弱年环流形势与热带对流特点对比分析

利用NCEP/NCAR(美国国家环境预报中心/国家大气研究中心)再分析资料,对南海强夏季风年和弱夏季风年进行合成分析,结果表明,无论是在夏季风爆发前的1月份或是夏季风盛行的7月份,强弱夏季风年的平均经圈环流和平均纬圈环流都有明显差异。在强夏季风年,1月份的哈特莱环流、7月份的瓦克环流和季风经圈环流都比弱夏季风年同期的明显。强夏季风年的西太平洋副热带高压比弱夏季风年明显偏弱。利用OLR资料分析强夏季风年(1981年)和弱夏季风年(1983)4～9月份赤道东印度洋和南海对流活动的季节内振荡,发现在南海强夏季风年,季节内振荡的次数偏少而强度偏强,在弱夏季风年,季节内振荡的次数偏多而强度偏弱。相比之下,在南海强夏季风年,赤道东印度洋的季节内振荡比南海的更具典型性。     

020106 西太平洋暖池区海表水温暖异常对东亚夏季风影响的研究

对夏季热带西太平洋暖池区海表水温暖异常年的东亚大气环流做了合成分析,然后用奇异值分解(SVD)方法做了进一步统计检验,揭示了东亚夏季风变异与暖池区海表水温异常的密切关系和它们间最佳耦合模态.结果发现当夏季暖池区暖异常时,在对流层低层西太平洋地区可产生一个强的反气旋偏差环流,使得副热带高压南侧东风气流大大加强,并向西伸展到中南半岛南部,从而影响了东南亚热带和副热带地区西南季风的变化(强/弱).中南半岛至中国东部大陆夏季风增强,赤道东印度洋、南海南部和中部、西太平洋热带地区夏季风减弱.SVD分析还发现经向风和纬向风与海表水温之间各存在两个最佳耦合模态,结果表明,不仅整个暖池海表水温暖/冷异常对东亚大气环流异常有重要影响,而且暖池区内海表水温有显著的暖和冷异常差异时,对东亚大气环流的影响也很明显(耦合总体平方协方差约占总体协方差的0.20),尤其是在南海至长江以南地区.     

季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究Ⅰ:副热带高压结构的气候学特征

利用NCEP/NCAR再分析资料研究了季节转换期间副热带高压结构的气候特征。在亚、非季风区 ,冬季副热带高压带是相对对称的 ,具有脊线连续的带状结构 ,脊面随高度增加向南倾斜 ;夏季副热带高压带中低层是间断的 ,高层是连续的 ,脊面随高度增加向北倾斜。副热带高压脊面倾斜受热成风关系的制约 ,总是倾向暖区。 5月份副热带高压形态变异最显著 ,不同地域副热带高压的结构、性质存在较大差异。夏季型副热带高压于 5月初首先出现在孟加拉湾东部 ,5月第 3候稳定建立在孟加拉湾东部、中南半岛及南海西部地区 ;5月第 4～ 5候在南海建立 ;6月第 1～ 2候在印度中部建立。夏季型副热带高压建立的 3个阶段与亚洲夏季风爆发的 3个阶段存在着较好的对应关系。孟加拉湾夏季风的建立在很大程度上取决于高空副热带高压脊面附近经向温度梯度的反转。对流层中上层副热带高压脊面附近经向温度梯度可以作为表征亚洲夏季风爆发的指标     

2011年长江中下游梅雨特征及成因分析

利用NCEP2.5°×2.5°再分析资料、NOAA的OLR资料、常规观测降水资料以及历史梅雨特征指数等资料,系统地分析了2011年梅汛期南亚高压、副热带高压、季风和对流系统等的演变特征,以揭示2011年梅雨期降水异常的成因。分析表明： 2011年入梅和出梅均偏早,旱涝急转迅速,降水集中,梅雨总量异常偏多;南亚高压和西太平洋副热带高压北跳、500 hPa西风带环流的调整、西南季风北涌至长江流域的时间均早于常年是2011年入梅偏早的原因。ITCZ的北抬伴随强热带风暴“米雷”北上引起副热带高压的北抬东退是出梅偏早的主要原因;南亚高压和副热带高压位置和强度迅速调整,同时中高纬度环流也快速调整,西南季风和水汽输送也由弱转强,使得长江中下游地区由受冬季风控制迅速转为冷暖气流的汇合地,且此期间大气层结不稳定,降水强度大。以上原因导致该区域出现迅速的旱涝急转;梅雨期间,西太平洋副热带高压和高空西风急流稳定偏强,强盛的季风涌、中高纬度冷空气和青藏高原对流扰动东传的有利配置导致了2011年梅雨总量异常偏多。     

Simulation of the east asian summer monsoon using a variable resolution atmospheric GCM

The East Asia summer monsoon (EASM) is simulated with a variable resolution global atmospheric general circulation model (GCM) developed at the Laboratoire de Météorologie Dynamique, France. The version used has a local zoom centered on China. This study validates the model's capability in reproducing the fundamental features of the EASM. The monsoon behaviors over East Asia revealed by the ECMWF reanalysis data are also addressed systematically, providing as observational evidence. The mean state of the EASM is generally portrayed well in the model, including the large-scale monsoon airflows, the monsoonal meridional circulation, the cross-equatorial low-level jets, the monsoon trough in the South China Sea, the surface cold high in Australia, and the upper-level northeasterly return flow. While the performance of simulating large-scale monsoonal climate is encouraging, the model's main deficiency lies in the rainfall. The marked rainbelt observed along the Yangtze River Valley is missed in the simulation. This is due to the weakly reproduced monsoonal components in essence and is directly related to the weak western Pacific subtropical high, which leads to a fragile subtropical southwest monsoon on its western flank and results in a weaker convergence of the southwest monsoon flow with the midlatitude westerlies. The excessively westward extension of the high, together with the distorted Indian low, also makes the contribution of the tropical southwest monsoon to the moisture convergence over the Yangtze River Valley too weak in the model. The insufficient plateau heating and the resulting weak land-sea thermal contrast are responsible for the weakly reproduced monsoon. It is the deficiency of the model in handling the low-level cloud cover over the plateau rather than the horizontal resolution and the associated depiction of plateau topography that results in the insufficient plateau heating. Comparison with the simulation employing regular coarser mesh model reveals that the local zoom technique improves, in a general manner, the EASM simulation.