考虑不同背景场低频降水的延伸期预测

基于中国国家气象观测站的逐日降水资料、NCEP逐日全球再分析资料和NOAA逐日向外长波辐射资料,选取与10—30 d低频降水相关显著的热带、中高纬环流作为影响因子,针对1979—2013年江南4—6月延伸期低频降水,依照不同背景场下低频降水与影响因子之间的相关性,进行了预测试验。结果表明:江南4—6月降水以10—30 d的低频周期最为显著。印度洋、印尼附近的热带对流和欧亚高纬度地区的大气环流共同影响着我国江南4—6月低频降水,可作为延伸期降水的预测因子。当欧洲及西西伯利亚地区位势高度出现负距平、北美及贝湖以西附近位势高度正距平,且热带对流异常偏弱时,对应江南低频降水异常偏少,异常中心主要位于长江中下游地区; 30 d以上的大尺度500 h Pa低频位势高度场主要表现为3种空间分布型,根据这3种分布型可将逐日降水个例的大尺度背景场划分为3类,每种背景场下低频降水与热带、中高纬度环流因子在前期30 d内的相关特征均不同; 30 d以上时间尺度的500 h Pa低频环流可为10—30 d延伸期变化提供相对稳定的大尺度背景场,不同背景场下区域低频降水与相应低频环流之间的关系演变不同。考虑不同背景,其相关性增强,且显著相关超前的时间更长。     

辽宁初夏降水大尺度环流影响因子及2012年初夏异常多雨成因分析

利用辽宁省50站1961—2012年夏季逐日降水资料及NCEP/NCAR逐日再分析资料,对辽宁初夏降水异常的大尺度环流特征进行了诊断分析。在此基础上对引起2012年辽宁初夏降水异常偏多的大尺度环流进行了研究。研究发现:东亚地区对流层不同高度上大尺度环流系统相互配合是造成辽宁初夏降水异常的主要原因。2012年辽宁初夏的4次主要降水过程对应的环流形势基本相同,200 hPa高空急流在东北以西上空出现气旋式分支现象;500 hPa上亚洲中纬地区受两槽两脊控制,东北地区上空是槽区,对应明显的位势高度负距平;850 hPa风场和整层水汽通量场上,东北地区上空均为气旋式环流;多雨年200 hPa高空急流出现分支现象,副热带西风急流强度偏强;500 hPa亚洲中纬地区受两脊一槽控制,东北地区上空是槽区,对应位势高度负距平;850 hPa风场在东北地区上空表现为气旋式环流。这表明东北地区上空对流层从低到高,都受一个深厚的低值系统控制;各层环流情况均表明:东北冷涡这一深厚的冷性涡旋系统是2012年辽宁初夏降水异常偏多的主要影响因子。     

中国南方多雪年环流特征及对关键区海温的响应

根据NECP/NCAR月平均再分析资料,采用回归分析、合成分析等方法,探讨了La Nia（El Nio）气候背景下,大气外强迫因子北大西洋中纬度（45°N,30°W）、赤道印度洋、我国南海和东海海域海温异常对亚洲环流及我国南方降雪多寡的影响。分析发现,La Nia气候背景下,北大西洋中纬（45°N,30°W）海温为正异常,有利于500 hPa高度场亚洲中高纬叶尼塞地区（50°N, 90°E）位势高度偏高并出现阻塞型,也有利于东亚冬季风环流加强;赤道印度洋、我国南海和东海附近海温出现负异常,850 hPa高度东亚大陆沿海低纬地区风距平场出现偏北风距平,我国南方多雪,温度相对偏低。El Nio背景下,北大西洋中纬度（45°N,30°W）海温为负异常,亚洲中高纬叶尼塞地区位势高度偏低,东亚冬季风环流偏弱;赤道印度洋、我国南海和东海附近海温出现正异常,850 hPa高度东亚大陆沿海低纬风距平场出现偏南风距平,我国南方多雪,温度相对偏高。回归分析指出,冬季500 hPa亚洲中高纬叶尼塞地区（90°E附近）的位势高度正（负）异常与北大西洋中纬度（45°N,30°W）附近海温正（负）异常有关;冬季850 hPa东亚大陆沿海低纬地区偏南（北）风距平与赤道印度洋、我国南海和东海地区的海温正（负）异常有关。La Nia气候背景下的2008年1月我国南方低温、雨雪、冰冻极端灾害事件的发生可能与北大西洋中纬度（45°N,30°W）附近以及赤道印度洋、我国南海和东海海温都出现正异常有关。     

2008年1月濮阳市低温阴雪成因分析

利用2008年1月欧亚地区500 hPa平均位势高度距平场、1月中下旬500 hPa平均位势高度场、1月气候监测资料及本市1961-2008年1月气候要素资料,采用气候统计和天气学方法,对2008年1月濮阳市出现的低温阴雪天气成因进行了分析,结果表明:濮阳市2008年1月出现持续低温阴雪天气的主要原因是与大气环流异常和"拉尼娜"事件两方面的大气候背景有关.1月中下旬大气环流稳定少动,西南暖湿气流与北方不断南下的冷空气在黄河及以南地区多次交汇,是濮阳市出现持续低温、阴雪天气的根本原因.在中高纬度欧亚地区大气环流经向度加大和副热带高压异常偏北的环流背景下,濮阳市1月易出现气温偏低、降雪偏多的天气.乌拉尔山有阻塞高压存在,在贝加尔湖两侧(50-60°N之间)有东西向横槽形成,冷空气活动频繁且势力较强,是濮阳市冬季出现低温阴雪天气的主要环流形势.在"拉尼娜"事件负距平峰值出现时间最临近年的冬季,1月濮阳市出现低温多雪的气候概率较大.     

El Nino事件发生对南北半球大气环流异常的对称及非对称性影响及其机理分析

利用合成分析方法,分析了1971-2003年间7个El Nino事件发生时南、北半球大气环流异常的对称与反对称特性。分析结果表明,El Nino事件发生期间,在热带地区15°S-15°N大气环流异常以对称性为主,但也有一定的反对称分量：高度场异常和纬向风异常的对称性较强,而经向风异常的反对称较强;同时在El Nino事件演变的各阶段,高度场异常和纬向风异常的变化较明显,而经向风的变化较小,高度场和风场异常在低层（700hPa）和高层（200 hPa）呈明显的反位相分布。并且,为探讨El Nino事件对南、北半球大气环流异常的非对称性影响的机理,本研究进一步利用ERA-40逐日资料,应用Hough函数分析了El Nino事件发生期间这些赤道波动的演变特征。结果表明,El Nino事件发生期间,热带地区大气环流异常对称性较强的主要原因是对称性Rossby波异常较强,而Rossby重力混合波异常对经向风场的反对称分量有重要作用;并且,研究结果还表明,在ElNino事件发生期间,热带东太平洋的海温正异常能够激发由对称性Rossby波和Kelvin波组成的Gill型环流异常。此外,分析表明Hough函数在分析热带大气波动的对称性及反对称性上具有明显的优越性。     

南极涛动和北半球大气环流异常的联系

使用ECMWF逐日再分析资料分析研究了北半球冬季南极涛动和北半球大气环流异常之间的联系。资料的分析结果表明, 南极涛动和滞后其25～40天位于北大西洋地区的一个弱的类似于北大西洋涛动 (North Atlantic Oscillation, 简称NAO) 的偶极子模态, 以及伴随这一偶极子模态而出现的北半球中纬度纬向风异常之间存在着统计上的联系。处于正 (负) 位相的南极涛动对应着滞后25～40天后, 北大西洋高纬极区出现位势高度负 (正) 异常, 副热带大西洋出现位势高度正 (负) 异常; 同时, 在北半球中高纬度地区(45°N～65°N) 出现西 (东) 风异常, 中低纬度地区(25°N～40°N)出现东 (西) 风异常。文中也对资料分析结果进行了简单的动力学分析, 表明与南极涛动相联系的涡动动量异常是驱动北半球纬向平均纬向风异常的主要原因。     

全球月平均高度距平场正斜压性的分析(Ⅱ)——与遥相关型的联系

利用欧洲中心全球客观分析的7层月平均位势高度距平资料,计算了几种大气环流遥相关型指数与各层位势高度距平的相关系数分布。发现:大气环流异常的正压、斜压性的地理差异与遥相关型的垂直结构关系密切。综合经验正交函数分析,结果亦然。     

2011年夏季西南极端干旱事件及其成因

利用近30 a中国地面气象台站1 767站的逐月降水资料、同期NOAA的扩展重建（Extended Reconstructed SST V3b）海表温度资料和NCEP/NCAR大气再分析资料,分析了2011年夏季（6—8月）东北太平洋海温异常对西南地区极端干旱事件的影响机理。结果表明：2011年夏季西南地区降水呈现极端偏少的特征,区域平均降水距平为-270 mm,小于负两倍标准差,降水负异常极小值区域主要位于滇黔桂三地交界处。2011年夏季西南地区降水极端负异常与东北太平洋海表温度异常偶极型（NorthEast Pacific SSTA Dipole,NEPD）分布存在联系。将热带东北太平洋[90°～120°W,5°～20°N]海温负/正异常、中纬度北太平洋[150°～170°W,37°～45°N]海温正/负异常定义为NEPD负/正位相。NEPD负位相事件引起了热带中东太平洋对流层低层东风异常,并通过中纬度纬向东传波列引起远东地区位势高度正异常,减弱了西太平洋副热带高压,不利于西南暖湿气流向中国西南地区输送;同时,西南地区对流层低层辐散、高层辐合,受异常下沉气流控制。上述条件共同作用造成了2011年西南地区夏季降水极端负异常。     

全球月平均高度距平场正斜压性的分析（Ⅱ）—与遥相关型的联系

利用欧洲中心全球客观分析的７层月平均位势高度距平资料，计算了几种大气环流遥相关型指数与各层位势高度距平的相关系数分布。发现：大气环流异常的正压，斜压性的地理差异与遥相关型的垂直结构关系密切。综合经验正交函数分析，结果亦然。     

北半球冬季平流层环流的持续异常

本文利用1975—1976到1985—1986年共11个冬季的50hPa位势高度场(10°×10°) 资料,揭示了北半球冬季平流层环流持续异常的观测研究结果。 　分析结果表明:北半球冬季平流层内存在显著的环流持续异常,主要出现在三个地区: 北美地区、亚洲大陆北部区、西欧北部巴伦支海及新地岛地区,其中以北美地区最为显著; 北美地区异常持续的位势高度场距平与亚洲大陆北部距平还具有明显的See—Saw现象,遥相 关特征十分清晰。文中还进一步指出北半球冬季平流层环流具有比对流层环流更显著、强烈 的持续异常。     

与冬季北太平洋大范围海温异常相联系的海气特征

采用1948—2014年NCEP/NCAR大气再分析资料以及延伸重建海温资料,基于大气海洋间不同的主导关系对冬季北太平洋大范围海温异常进行分类,探究其相应的海气结构特征。结果表明:1)大气影响海洋的个例多于海洋影响大气的个例,即在冬季北太平洋大气强迫海洋占主要地位,但也存在海洋对大气的反馈作用。2)对于大气影响海洋而言,SST(Sea Surface Temperature)暖异常区上空主要伴随着东北—西南走向的相当正压高低压异常(东北高西南低),对应东南风异常以及显著的深厚暖异常,表现出相当正压暖/脊结构,冷异常情况与此相反。SST异常为净热通量异常与风速异常共同作用引起。3)对于海洋影响大气而言,在SST暖异常区上空西部为南北向高低压异常(北高南低),东部为低压异常,对应偏东风异常。在SST冷异常区上空为偶极型的南北向高低压异常(南高北低),对应偏西风异常;位势高度异常表现出相当正压结构且较大气影响海洋时相对偏弱,大气暖(冷)温度异常比较浅薄且主要局限于对流层低层。4)海洋温度结构异常主要表现为,在大气影响海洋时海温异常由表层下传,海洋影响大气时为上下一致的温度异常。     

El Niño teleconnections in CMIP5 models

Teleconnections associated with warm El Niño/southern oscillation (ENSO) events in 20 climate model intercomparison project 5 (CMIP5) models have been compared with reanalysis observations. Focus has been placed on compact time and space indices, which can be assigned a specific statistical confidence. Nearly all of the models have surface temperature, precipitation and 250 hPa geopotential height departures in the Tropics that are in good agreement with the observations. Most of the models also have realistic anomalies of Northern Hemisphere near-surface temperature, precipitation and 500 hPa geopotential height. Model skill for these variables is significantly related to the ability of a model to accurately simulate Tropical 250 hPa height departures. Additionally, most models have realistic temperature and precipitation anomalies over North America, which are linked to a model’s ability to simulate Tropical 250 hPa and Northern Hemisphere 500 hPa height departures. The skills of temperature and precipitation departures over the Northern Hemisphere and North America are associated with the ability to realistically simulate realistic ENSO frequency and length. Neither horizontal nor vertical resolution differences for either the model atmosphere or ocean are significantly related at the 95 % level to variations in El Niño simulation quality. Overall, recent versions of earlier models have improved in their ability to simulate El Niño teleconnections. For instance, the average model skills of temperature and precipitation for the Tropics, Northern Hemisphere and North America for 11 CMIP5 models are all larger than those for prior versions.     

2009/2010年北半球冬季异常低温分析

分析了2009/2010年冬季(2009年12月1日至2010年2月28日,简称09/10年冬季)北半球地面气温异常特征及同期的水平与垂直环流场的异常结构。结果表明地面气温的异常呈现出带状的分布,表现为在低纬度为正异常、中纬度负异常及高纬度正异常的"正负正"的分布特征,最大的降温区在欧亚大陆和美国东部,其中局部的降温超过了-4℃。09/10年冬季北半球中纬度的地面气温相比过去15年冬季的平均值下降了近1℃,而在欧亚大陆的局部地区降温超过了-8℃。水平环流场的异常特征为:海平面气压和位势高度均表现为高纬度正异常而中纬度负异常的"北高南低"的分布特征,与此同时,中纬度出现气旋式的异常环流而高纬出现反气旋式的异常环流,这种分布形势在高低层表现得较为一致。经圈环流异常特征为:费雷尔环流减弱,中纬度出现异常的上升运动而高纬度出现异常的下沉运动,与此同时,中纬度对流层气温降低,而低纬度和高纬度的对流层气温升高,副热带急流增强,而极地急流减弱。09/10年冬季北半球环流的异常特征与北半球环状模(NAM)负位相时的极为相似。对多年冬季北半球地面气温和NAM指数进行合成和相关分析,结果表明当NAM处于正(负)位相时,北半球中纬度地面气温出现正(负)异常带,并且在欧亚大陆和美国东部最为显著,局部升温(降温)的幅度达到2℃。在热带外地区,经向温度平流是控制温度局地变化的关键因子。NAM影响北半球地面气温的物理机制分析表明,NAM主要是通过影响经向温度平流来影响北半球中纬度气温的。当NAM为正位相时,北半球费雷尔环流加强,中纬度带和高纬度带发生大气质量的交换,海平面气压场表现为中纬度异常高压而高纬度异常低压的"南高北低"的分布特征,中纬度地表出现异常的南风,进而经向暖平流加强,最终导致中纬度地面气温升高,NAM负位相年时与之相反。这个结果揭示了NAM作为自然变率对中纬度地面气温的调控作用。     

我国南方地区初秋气温的年际变化特征及影响因子分析

利用1979–2021年NCEP2.5°×2.5°、MOHC1°×1°海洋等资料,通过经验正交函数（EOF）分解、合成分析和相关分析等方法,分析了我国南方地区初秋气温的年际变化特征及其相关的大气和海洋异常。结果表明：（1）我国南方地区初秋气温主要表现为一致变化型和经向偶极变化型两种模态。（2）一致变化空间型主要受到高纬度西伯利亚高压和东亚大槽以及中低纬度地区的副热带高压和近地面风的共同影响,而经向偶极变化型则主要受到我国东北地区与我国长江下游流域对流层位势高度反位相变化的影响。（3）一致变化空间型与前期冬季我国邻近海域以及赤道印度洋和东太平洋地区海温异常、鄂霍茨克海和拉布拉多海海冰异常有关,经向偶极变化型则与前期冬季赤道中东太平洋的海温异常、鄂霍茨克海和巴伦支海海冰异常有关。     

南半球环状模事件的准地转调整过程分析

本文利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,分析了南半球环状模（SAM）事件生命过程中的准地转调整过程.由于SAM沿纬圈的水平尺度远远大于临界尺度罗斯贝变形半径,因此要求纬向风场在地转调整过程向气压场适应以达到地转平衡.研究结果表明,在纬向平均环流中,异常Ferrel环流强度的变化超前于SAM强度变化约2/16位相,异常Ferrel环流能够通过超前的整层大气质量的经向输运,改变中高纬度的质量分布装状况,导致中、高纬度地区间的位势高度梯度异常变化,而中、高纬度地区间的位势高度梯度异常发生变化就意味着SAM强度和位相发生变化;而当SAM强度和位相发生改变后,即中、高纬度地区南北方向上的位势高度梯度发生变化后,可破坏中纬度地区纬向风场与位势高度场之间的地转平衡,产生地转偏差;地转偏差产生后,又可驱动经向散度风场,造成Ferrel环流异常的变化,由此形成一个自我内部循环调整过程.     

冬季与北大西洋涛动相关Rossby波列传播特征及对下游气候的影响

利用再分析数据,以在北半球冬季与北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)相关的向下游传播的准定常波列在欧洲地区是否发生反射为标准,将1957/1958年至2001/2002年这45个冬季分为高纬型和低纬型两类冬季,分别简称为在H型和L型冬季。在H(L)型冬季,和NAO相联系的向下游传播的Rossby波列主要沿高纬度(低纬度)路径传播。对比了在两种类型冬季NAO与同期大气环流、近地面温度(Surface Air Temperature,SAT)、海表面温度(Sea Surface Tempertaure,SST)和降水的关系。结果表明:大气环流方面,在H型冬季,300 hPa位势高度异常在西-西伯利亚和中-西伯利亚西部与NAO呈现正相关,而在L型冬季300 hPa位势高度异常在亚洲东海岸(约40°N)和北太平洋呈现正相关,在H型冬季与NAO相关的经向风异常在中纬度形成波列,而在L型冬季与NAO相关的经向风异常在副热带形成波列;SAT方面,在H型冬季SAT异常在欧亚大陆腹地高纬度地区与NAO呈现正相关,而在L型冬季与NAO相关的SAT异常在欧亚大陆腹地的高纬度地区相对较弱,但NAO造成的SAT异常可以扩展到亚洲东北部;降水方面,H型冬季与L型冬季主要区别在中国南方,在H型冬季降水异常与NAO的关系相对较弱,而在L型冬季降水异常与NAO呈现正相关关系;SST方面,同期SST异常在北大西洋中纬度海域与NAO呈现正相关,而在L型冬季与NAO相关的SST异常在北大西洋中纬度地区相对较弱,在北大西洋北部和南部较强。总体而言,在H型和L型冬季,NAO具有不同下游影响。     

北半球平流层极涡崩溃早晚的环流特征及其对5月南亚降水的影响

本文采用1979—2014年NCEP/NCAR月平均再分析资料、CMAP和GPCP月平均降水资料,分析了北半球平流层极涡崩溃早晚的环流特征及其与南亚降水的关系。结果表明,北半球平流层极涡崩溃时间存在明显的年际变化特征。极涡崩溃偏早(偏晚)年,自3月开始异常信号从平流层向下传播,之后的4月,从平流层到对流层高层极区温度异常偏高(偏低),极涡异常偏弱(偏强),极夜急流异常偏弱(偏强)。结果还表明,5月南亚降水异常与平流层极涡崩溃时间的早晚存在显著相关,5月南亚降水异常与平流层极涡崩溃早晚年平流层异常信号的下传有关。当平流层极涡崩溃偏晚年,4月平流层极区表现为位势高度异常偏低,而中纬度则位势高度场异常偏高,并伴随位势高度异常场的向下传播,5月该位势高度异常场下传至阿拉伯海北部大陆上空对流层顶,形成有利于降水的环流场,导致南亚降水偏多。反之,则相反。     

Effects of Sea Surface Temperature Anomalies off the East Coast of Japan on Development of the Okhotsk High

The study examined effects of sea surface temperature anomalies (SSTAs) off the east coast of Japan on the blocking high over the Okhotsk Sea in June by diagnostic analysis and numerical simulation. Firstly, based on 500-hPa geopotential height fields, the Okhotsk high index (OKHI) for June from 1951 to 2000 is calculated and analyzed. The result indicates that the OKHI has obvious inter-annual and inter-decadal variations, and there are 9 yr of high OKHI and 8 yr of low OKHI in 50 yr. Secondly, by using the OKHI, the relationship between the Okhotsk high and the 500-hPa geopotential height anomaly is investigated. The results indicate that the "+-+" pattern of geopotential height anomaly crossing Eurasia in the mid-high latitudes and the "+-" pattern of geopotential height anomaly from high to low latitudes over East Asia are in favor of the formation and maintenance of the Okhotsk high. The relationship between the OKHI and the SSTA over the North Pacific is investigated in early summer by using correlation and composite analysis. We found that when the blocking circulation over the Okhotsk Sea occurs, there is an obvious negative SSTA off the east coast of Japan in early summer. We simulated the effects of the negative SSTA of east coast of Japan on the atmospheric circulation anomaly over East Asia through the control and sensitivity experiments using NCAR CAM3 model in order to confirm our analysis results. The simulation shows that the negative SSTA off the east coast of Japan results in the significant positive 40 gpm 500-hPa geopotential height anomaly over the Okhotsk Sea and the negative anomalies off the east coast of Japan which might contribute to the formation and development of the Okhotsk high in June.     

青藏高原感热指数的建立及与华南降水的联系

利用1982-2012年青藏高原中东部70个气象站的月平均地面感热资料、华南地区92个气象站的月平均降水资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料和SEOF（season reliant EOF）方法选取了4个高原代表站,建立了青藏高原地面感热强度距平指数（I_SH）,并讨论了春季I_SH与华南盛夏（7月和8月）降水的关系。结果表明:I_SH可以较好地表征青藏高原中东部地面感热的年际变化特征,且具有更好的持续性。春季I_SH与华南盛夏降水具有显著的负相关关系,当春季I_SH偏大时,后期对流层中上层高度场异常偏高,且高度场异常偏高的响应随时间从低层向高层传递,使夏季副热带高压偏强、偏西,南亚高压异常偏强,华南地区盛夏降水偏少;反之亦然。此外,去除Ni?o3.4区海温对华南盛夏降水影响后,两者的负相关关系变得更为显著。     

热带太平洋SST异常对IAP-9 LAGCM 年际变率影响的模拟

通过1960~1989年实测的热带太平洋(30.5°N~30.5°S,120°E~70°W)SST(热带太平洋区域以外用气候平均值)强迫AGCM得到的结果,以此来研究热带SST的变化对全球大气环流年际变化的影响。首先,我们分析了南方涛动,分别给出了Tahiti和Darwin海平面气压异常及赤道附近(-5°S~5°N)外逸长波辐射(OLR)时间演变,都能很好与观测相比较。然后,讨论了全球大气环流对热带SST的变化的响应,全球主要的遥相关型都能很好地再现。最后,通过奇异值分解(SVD)技术研究了热带SST与冬季北半球500 hPa位势高度主要的耦合型,模拟的相关型与NCEP再分析资料的相关型非常相似。