青海高原短时强降水时空分布及天气学概念模型

利用青海52个地面气象站小时降水并结合常规观测资料和NCEP FNL再分析资料,使用K-means聚类法和合成分析方法,将青海的短时强降水天气环流形势配置划分为西风气流型、副热带高压型和高原低涡切变型。结果表明：（1）青海短时强降水发生在95°E以东地区,中心在东南部;主要出现在5-9月,8月最多,7月次之;每日17:00-2:00（北京时）出现站次多。（2）西风气流型的影响系统是高空槽和平直西风短波槽,高低空风垂直切变引起的动力不稳定导致短时强降水发生;副热带高压型是以低层偏南或偏东暖湿气流引起的热力不稳定造成短时强降水;高原低涡切变型是高原加热及弱冷空气活动使得低层锋区加强触发短时强降水。（3）合成分析表明：对流层高层的南亚高压和副热带西风急流,对流层中低层的短波槽、冷式和暖式辐合切变线,偏南暖湿气流,高原加热场等是短时强降水发生的主要影响系统。（4）来自印度季风低压偏南方向的水汽、西太平洋副热带高压东南方向的水汽、西风带高空槽西北方向的水汽在青海东部形成水汽辐合区,有利于短时强降水发生。     

青藏高原季风强弱与北半球西风带位置变化的关系

利用19512012年NCEP/NCAR全球2.5°×2.5°日平均及月平均再分析风场、高度场资料,分析了青藏高原季风强弱与西风带位置变化的关系,并探讨了西风带位置变化的原因。结果表明:(1)西风带位置变化的早晚与高原夏季风的强弱相关,季风强年西风带北跳和南撤时间分别为第30候(提早1候)和第59候;季风弱年则分别为第33候(晚2候)和第63候(晚4候),并且这种现象是全球性的。(2)西风带北跳期间,高原季风强年相较于常年南亚高压加强北上,贝加尔湖西部槽加强,高原经度范围内的槽加深,促使西风带北跳时间偏早,季风弱年则相反。(3)西风带南撤期间,高原季风强年相较于常年副热带高压位置偏南,东亚大槽加深加强,有利于西风带南撤,季风弱年则相反。     

盛夏青藏高原热源与菲律宾海对流活动的联系

通过多源资料诊断分析,本文讨论了盛夏（8月）青藏高原大气热源与菲律宾海对流活动之间的联系及可能的机制。结果表明,与青藏高原热源相联系的环流形势在夏季各月明显不同,因此对夏季青藏高原热源的影响应当分月讨论。在夏季各月中,菲律宾海对流活动与青藏高原热源在8月份的联系最为紧密,二者存在显著的反相关关系。而8月青藏高原热源、菲律宾对流活动、西太平洋副热带高压（简称西太副高）、印度季风低压、南亚高压、西风带槽脊和西北太平洋季风环流存在相互耦合的过程。青藏高原热源与菲律宾海对流活动之间联系的机制为:菲律宾海对流弱（强）年,西太副高偏西（东）偏南（北）,西北太平洋季风环流减弱（加强）,印度季风低压减弱（加强）,西风带南压（北抬）,又加之副高西侧有强（弱）的水汽输入,兼以高层南亚高压加强（减弱）,使得高原南部降水显著增强（减弱）,高原热源整体加强（减弱）,高原热源的加强（减弱）又造成了高原南部到东亚区域低层西南（东北）风异常,又利于西太副高偏西（东）偏南（北）,从而造成菲律宾海对流减弱（加强）。这一机制在高原热源强弱年均有表现,但强年表现得更为显著,并在个例中也有所体现,说明盛夏青藏高原热源异常和菲律宾海对流异常存在显著的相互作用。     

热带对流层上空东风带扰动影响西太平洋副热带高压的个例分析

利用NCEP/NCAR1000—10hPa2.5°×2.5°日平均和每日4次再分析资料,分析了2003年6月19—25日热带对流层上空东风带扰动对西太平洋副热带高压东西向进退的影响。结果表明:热带对流层上空东风带扰动从对流层中低层伸展到50hPa高度附近,在200hPa上表现最为明显,在热力场上表现出“上暖强,下冷弱”的垂直分布特征。当西太平洋副热带高压南/北侧的东/西风带上的扰动在相向运动中抵达同一经度上时,对应于西太平洋副热带高压的异常东退。垂直涡度方程的诊断分析表明:在东风带扰动附近,涡度倾向效应贯穿于对流层整层到50hPa高度上,在200hPa高度附近表现最显著,当高层东风带扰动东/西侧的负/正变涡增强时,当东/西风带扰动在相向移动过程中,它们涡度倾向正值区在130°E南北打通时,西太平洋副热带高压出现突然东撤。涡度方程分析还表明,对于涡度倾向变化的贡献中,水平涡度平流的贡献最大、β效应的贡献最小;当东风带扰动附近的水平涡度平流和β效应增强时、且由β效应所引起的东/西风带扰动中的南、北风分量在130°E附近南北同相迭加出现“正压发展”时,有显著的正涡度增长,对应于西太平洋副热带高压的东撤。     

夏季青藏高原东部降水变化与副热带高压带活动的研究

用青藏高原上常规的台站资料和NCEP/NCAR的再分析资料,分析和研究了1993/1994年夏季5—8月青藏高原东部降水变化与西太平洋副热带高压南北移动的关系。结果表明:1993年夏季的副热带高压异常偏南,5—8月副高脊线北移过程中,还伴有准双周南北移动过程;而1994年夏季的副热带高压异常偏北,5—8月副高脊线北移过程中,则主要伴有30—60d的低频变化的南北移动过程。同时,在分析青藏高原上的天气变化特征时,发现这两年高原东部的降水变化特征也有明显的不同,夏季高原上降水的活跃和中断与副高脊线南北移动变化有类似的特征。因此,夏季西太平洋副热带高压南北移动可能与高原东部降水的中断/活跃有一定的关系。     

西北太平洋副热带高压强度的统计预报

本文对1982年7—9月中央气象台发布的东亚范围500百帕的48小时预报图进行了误差分析，发现40°N以北的中高纬度预报误差较小，而在35°N以南的较低纬度，尤其是副热带地区，预报误差较大。因此我们对西风带高度场和副热带高度场分别进行了车贝雪夫多项式和自然正交函数展开。分析表明，他们之间具有一定的关联。在此基础上，提出了一个用车贝雪夫系数去预报同一时刻副热带高压系数（时间系数），从而获得48小时副热带高度场的统计预报方法。通过独立样本检验并与B模式的预报结果进行对照，证明本文的预报方案具有参考和应用价值。     

安康伏旱期降水预报

安康地区7月下旬至8月中旬易受青藏高压和西太平洋副热带高压的共同影响,造成降水量极大差异。多雨年31d雨量可达289mm,少雨年仅7mm,且40％的年份出现伏旱。根据1954～1998年500hPa青藏高原和西太平洋副热带高度场和本站地温、综合时间剖面图图型,分析得出伏旱期降水趋势和预报指标。据历史资料分析,我区伏旱期（7月下旬至8月中旬）降水与冬季（12～2月）高原地区（30～40°N、80～100°E）500hPa高度距平累积值ZH和副热带高压面积指数ZS有较为满意的相关关系。将高原区ZH正负和副高强弱分成5级。另外,还发现本站7、8两月20cm地温…     

梅雨季西太平洋副热带高压异常主要模态及其对东亚降水的可能影响

利用近42 a NCEP/NCAR再分析资料,NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）海表温度,CPC（Climate Prediction Center）降水以及中国台站降水观测资料等,对6—7月西太平洋副热带高压（Western Pacific Subtropical High,WPSH）变动的主要模态和形成原因,及其对中国梅雨期降水分布的影响进行了探讨。结果表明,WPSH主要异常模态依次为全区一致型（Ⅰ）,南北异常型（Ⅱ）、东西异常型（Ⅲ）和中心异常型（Ⅳ）。不同异常型的出现受中纬度上游西风带准定常扰动和低纬扰动的不同影响,而后者又与对流层低层大气对不同海温异常型热力强迫响应有关。来自热带中东太平洋的海平面气温异常（Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA）信号有利于副热带高压出现第Ⅰ、Ⅱ型异常;第Ⅲ、Ⅳ型异常则分别受海洋性大陆或西北太平洋下垫面热力影响。长江—黄河—日本沿线以及江南和东北地区降水与副热带高压第Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型异常密切联系。     

基于客观判识的青藏高原横切变线结构及演变特征合成研究

利用1981—2016年6—8月每天4次,分辨率为1°×1°的ERA-Interim再分析资料,基于纬向风的经向切变、纬向风速0线和相对涡度3个参数,在计算机客观自动判识青藏高原横切变线（简称高原横切变线）基础上,选取位于33°—35°N的高原横切变线个例13个,采用合成分析技术,研究了高原横切变线结构及演变特征。表明高原横切变线位于青藏高原主体80°—100°E范围内,在500 hPa呈东西走向、水平尺度近2000 km,垂直方向在高原上空可伸展至480 hPa、厚度可达近2 km。高原横切变线出现的环流背景是:500 hPa高纬度两槽两脊,青藏高原两侧分别为带状分布的西太平洋副热带高压（西太副高）和伊朗高压。在动力场上,高原横切变线走向与500 hPa正涡度带轴线走向一致,切变线附近为带状的涡度正值区和上升运动区,对应于无辐散带,辐散/辐合带分布在高原横切变线北/南侧;高原横切变线附近正涡度带垂直可伸展到350 hPa,上升运动伸展至200 hPa,但高原横切变线仅至480 hPa左右,为浅薄的斜压性天气系统,呈现随高度升高向北倾斜的特征。在水汽热力场上,高原横切变线是水汽汇聚带;高原横切变线附近南侧的600—500 hPa存在高假相当位温中心,具有非常明显的高温、高湿特征。高原横切变线从初始产生到发展强盛再减弱的演变过程中,其生命期近4 d,伴随西太副高西移过程,随着高原横切变线附近正涡度带范围增大、强度增强,高原横切变线发展,干冷空气的侵入导致高原横切变线强度减弱甚至消亡。      

副高与西风带天气系统对汉江中上游9—10月降水的影响

统计分析发现，西风带中的阻塞高压系统和低压系统与西太平洋副热带高压（以下简称副高）对峙时最有利于汉江中上游流域降水；同时，列出降水性副高和非降水性副高物理量场的差异。     

西太平洋副热带高压东西位置异常与华北夏季酷暑

文中研究了副热带高压 (副高 )东西位置异常与中国东部地区夏季气温的关系。发现两者之间有很高的正相关 ,当西太平洋副高偏西时 ,大片的北方地区气温会降低 ;而当副高偏东时 ,该地区的气温将偏高。西太平洋副高东西位置的异常对应着亚洲太平洋地区的长波位置和强度的很大变化 ,从而影响到中国北方地区的气温。更重要的是 ,副高西端位移所产生的扰动还会以波列的形式向极地和北美方向传播 ,从而从更大的范围内影响西风带环流。对 2 0 0 2年夏季中国北方出现的持续高温天气进行了分析。该年夏季副高持续偏东。西风带大槽也处于偏东的位置。西部的大陆副高东移扩展 ,与槽后的高压脊打通 ,造成该地区的持续高温。副高的东西位置决定了季风气流 (也就是水汽的主要通道 )的北向转折的路径。当副高偏东时 ,向北折向的位置随之东移 ,东亚大陆的水汽供应变为负距平 ,特别是中国北方地区 ,变得十分干燥。引起中国北方高温的直接系统是大陆高压中的极强的下沉气流 ,副高的偏东位置为大陆副高的东进和加强提供了大尺度的背景条件     

冬季北太平洋南北海温异常对我国汛期雨带类型的影响研究

使用1951—2002年前期（1—5月）北太平洋海温场月平均资料，运用合成分析、多因变量方差分析、判别分析及相关分析方法，探讨我国汛期雨带类型与前期北太平洋海温的时空分布关系。分析表明:尽管汛期各雨带类型对应着前期不同的海温距平场，但它们之间只有部分海域存在显著性差异，且在1月表现最显著。各雨带类型对应海温距平场显著差异关键区主要位于北太平洋的南北海域，即北部中高纬亲潮附近（40°~50°N, 160°E~180°），北太平洋西风漂流区（30°~40°N，175°~145°W）及南部近赤道太平洋中部（10°S~0°, 175°~145°W），且南北海温呈反相关关系。将海温关键区作为判别因子，对雨带类型进行判别分析表明:用多个海温关键区作为判别因子建立的判别方程，其判别准确率比仅用某一海温关键区或海温区之间的和差简单定义的指数作为判别因子建立的判别方程判别准确率高，说明我国东部汛期降水型的分布与多个海温关键区的综合作用是密切相关的。进一步分析判别方程定义的1月海温判别指数与前期高度场和夏季副热带高压各特征量的相关关系表明，该指数对我国汛期雨带类型影响的可能途径是:一是造成大气环流异常，特别是北太平洋涛动的异常，并形成PNA大气遥相关型，从而引起我国汛期降水异常；二是造成西太平洋副热带高压的异常，主要是面积、强度和西伸脊点位置的异常，从而引起我国汛期降水异常。可见，冬季北太平洋海温南北异常与我国汛期雨带类型关系密切，且具有重要的天气气候学意义。     

西太平洋副热带高压中期变化的数值试验 Ⅱ.热带西太平洋热源的作用

用一个全球谱模式作数值试验,研究了１９７９年６月中蟾一次西太平洋副热带高压西伸北进的中期天气过程中热带西太平洋地区理想热源的作用。结果表明：理想热源的作用大约在４天以后可以影响我国东部的副热带高压和中高纬度的环流;理想热源在热带洋面上产生的扰动首先沿副高南边的东风气流向西北方向传播,到中纬西风带后分为两支,一支继续向西北方向传播,另一支转向东北偏东方向传播,两支扰动的共同作用导致副热带高压和西风带     

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。     

梅雨期中国东部降水的时空变化及其与大气环流、海温的关系

利用1961～2000年中国台站降水资料、 NCEP/NCAR再分析资料以及扩展重建海平面温度 (Extended Reconstructed Sea Surface Temperatures, ERSST) 资料, 采用EOF、小波变换、合成及相关方法探讨中国东部梅雨期降水的时空变化及其环流、水汽输送和海温异常特征.分析指出中国东部梅雨期 (6月11日～7月10日) 降水存在三种主要空间型: 江南北部多雨型、长江流域多雨型和江淮平原多雨型.三种降水型都存在多时间尺度特征, 由于年际和年代际振荡的周期和强度随时间的变化有不同表现, 三种雨型旱涝年出现的年份有所不同.三种雨型对应的东亚夏季风环流各子系统的强度、位置、水汽输送等也存在明显差异.梅雨期三种雨型与冬季海温的研究表明:赤道东太平洋海温偏高有利于出现江南北部降水型; 赤道印度洋、南海和西太平洋黑潮海温偏高有利于出现长江流域降水型; 北太平洋中纬度海温偏高则有利于出现江淮平原降水型.     

Circulations and Thermodynamic Characteristics of Different Patterns of Rainstorm Processes in the Eastern Foot of Helan Mountain

Based on the observational hourly precipitation data and the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) Reanalysis 5 (ERA5) products from 2006 to 2020, 22 rainstorm processes in the eastern foot of Helan Mountain are objectively classified by using the hierarchical clustering method, and the circulation characteristics of different patterns are comparatively analyzed in this study. The results show that the occurrences of rainstorm processes in the eastern foot of Helan Mountain are most closely related to three circulation patterns. Patterns I and III mainly occur in July and August, with similar zonal circulations in synoptic backgrounds. Specifically, the South Asia high and the western Pacific subtropical high are stronger and more northward than those in normal years. The frontal systems in westerlies are inactive, while the water vapor from the ocean surface in the south is mainly transported to the rainstorm area by the southerly jet stream at 700 hPa. The dynamic lifting anomalies are relatively weak, the instability of atmospheric stratification is anomalously strong, and thus the localized severe convective rainstorm is more significant. Comparatively, rainstorm processes of pattern I are accompanied by stronger and deeper ascending motions, and the warm-sector rainstorm is more extreme. Pattern III shows a stronger and deeper convective instability, accompanied by larger low-level moisture. Rainstorm processes of pattern II mainly occur in early summer and early autumn, presenting a meridional circulation pattern of high in the east and low in the west in terms of geopotential height. Moreover, the two low-level jets transporting the water vapor northward from the ocean on the east of China encounter with the frontal systems in westerlies, which makes the ascending motion in pattern II anomalously strong and deep. The relatively weak instability of atmospheric stratification causes weak convection and long-lasting precipitation formed by the confluence of cold air and warm air. This study may help improve rainstorm forecasting in arid regions.     

西北太平洋风场对台风路径的影响

本文着眼于西北太平洋对流层的风场，分析了西北太平洋环境流场对台风路径的影响。所研究的七类正常台风路径，副热带高压的反气旋环流是它们的直接影响系统。西风环流，尤其是中、高纬度高层西风的分布及其变化对于形成不同类型的台风路径亦起了很重要的作用。分析还发现，台风有沿着对流层深层暖区轴线，按照热成风方向移动的趋势。     

2005年夏季的主要天气及其环流分析

简要讨论了2005年夏季的主要天气过程和形势。2005年夏季全国大部分地区降雨量接近常年同期或偏多,特别是新疆地区降雨异常偏多,华南地区出现严重洪涝,而长江流域出现了空梅。造成6月华南地区强降雨的影响天气系统为切变线和地面静止锋,主要为从东北和西北来的冷空气与暖湿气流交汇于华南地区而形成。2005年与1994、1998年环流的对比表明,1998年西南季风强度比1994、2005年都要弱,但2005年梅雨期东阻位置在贝加尔湖东侧,比1998年的鄂霍次克阻高偏西,中纬度地区多小槽活动,贝加尔湖地区没有长波槽建立,中高层西风急流带偏北大约10个纬度,低层西南风急流也偏北,有利于北方降水的发生。2005年夏季登陆我国的台风偏多,强度较强,这是又一特点。华北地区的暴雨过程多与登陆或西太平洋上活动的台风有关;东北地区多低涡活动。与2004年对比,2005年华北地区的高温日数偏多,而且出现持续闷热天气,江南部分地区的高温天数也偏多。     

西风带南支槽对云南天气的影响

利用1980-2008年近30年逐日地面、高空观测资料,统计了影响云南的西风带南支槽个例,并分析了南支槽的时空分布和对云南降水的影响。结果表明,影响云南的南支槽平均每年出现18.76次,11月-次年5月平均每月出现次数相当(6-10月西风带北撤,转换为孟加拉湾槽);约5.88%的南支槽过程对云南产生大到暴雨天气,54.83%的南支槽产生小到中雨,另有17.28%的南支槽产生冰雹天气过程。南支槽的进退与西风带环流形势、副热带高压位置和高原大地形等关系密切,南支槽位置、水汽输送、湿度锋区、低空急流和冷空气强弱等条件的不同决定了降水的强弱或是否有强对流天气出现。     

西南地区夏季降水预测模型

从业务预报角度，对影响西南地区夏季降水的主要物理因子，如高原因子、西风带系统、副热带高压等因素进行了分析，在此基础上建立了具有一定物理基础的夏季降水预测模型，在近年来汛期降水预测中取得了明显效果。