南半球热带外准半年振荡及IAP 9L AGCM模拟检验

基于1979—2000年的NCEP/NCAR海平面气压和位势高度场资料分析了南半球大气环流的准半年振荡 (半年波) 现象。结果表明:这一现象主要出现在南半球对流层低层的中高纬度和中高层的热带地区。对南半球热带外大气而言, 40°S和65°S是低层大气环流准半年振荡最为显著的两个纬度带, 半年波的贡献都超过了70%, 低层南半球中高纬度海平面气压场季节变化的反位相也主要体现为各自半年波分量变化的反位相。在此基础上, 检验了IAP 9L AGCM (大气物理研究所9层大气环流模式) 对这一现象模拟的能力, 模拟结果显示, 模式成功模拟了65°S处海平面气压场的准半年振荡现象, 其振幅略低于观测结果, 但模式对40°S处气压场准半年振荡的模拟效果较差。     

中部型ENSO和平流层准两年振荡对冬季北半球平流层臭氧的联合调制作用

利用观测和再分析资料通过合成分析方法,研究了中部型ENSO和平流层准两年振荡（QBO）对冬季北半球平流层臭氧的独立影响和联合调制作用。研究表明,北半球平流层臭氧在中部型厄尔尼诺年增加,而在中部型拉尼娜年减少;准两年振荡东风位相年份,北半球平流层臭氧增加,准两年振荡西风位相结果则相反。相比之下,北半球中、高纬度平流层臭氧异常对准两年振荡活动的响应明显小于其对ENSO活动的响应。进一步研究发现,准两年振荡东风位相会加强中部型厄尔尼诺事件引起的北半球平流层臭氧的增加,而减弱中部型拉尼娜事件造成的平流层臭氧的减少。在准两年振荡西风位相下,中部型厄尔尼诺事件仅导致北半球平流层臭氧含量少量升高,而中部型拉尼娜事件期间臭氧会大幅度减少。因此,准两年振荡东风位相会加强中部型厄尔尼诺事件对北半球平流层臭氧的影响,而减弱中部型拉尼娜事件对北半球平流层臭氧的影响。准两年振荡西风位相会减弱中部型厄尔尼诺而加强中部型拉尼娜事件对北半球平流层臭氧的影响。      

20世纪全球温度年代和年代际变化的区域特征

利用多窗谱方法,对全球各区域平均温度序列进行多种信号的检测、重构,着重分析不同区域温度年代和年代际变化的演变特征及其遥相关特点,初步研究显著年代际振荡信号的传播特征.结果表明20世纪年代至世纪尺度温度变化的显著信号有准70年波动和准30～50年、准20～30年、准15年、准7～10年多种时间尺度的振荡,其中准70年波动主要存在于北大西洋及北太平洋的中高纬度;准30～50年振荡则覆盖了除部分中纬度海域以外的大部分海陆表面,其演变特征基本相似,全球年平均温度序列中的显著年代际振荡信号主要反映了这一振荡信号;准20～30年振荡则主要集中于大洋的中纬度和副热带纬度,且具有沿副热带海洋环流传播的特点;准15年振荡主要位于热带太平洋海域,自1930年后,该信号与北太平洋中纬度准20～30年振荡反位相;准7～10振荡则主要集中于北大西洋及北半球中高纬陆地.     

热带对流层低频振荡过程的能量学初步分析

本文利用线性化的能量方程和交叉谱方法分别研究了准两周振荡和准40天振荡的能量来源及其转换过程。发现:在热带对流层中,对于低频振荡过程来说,来自中高纬度的侧向强迫作用和水汽凝结的加热作用是非常重要的,为扰动的产生和维持提供了重要能源。而正、斜压不稳定作用对扰动发展的作用是极小的。并且指出,在东亚热带对流层上部,准两周振荡通过与平均气流的相互作用为基本气流提供许多能量,对于维持这里的高空东风急流有重要作用。准40天振荡向平流层输送能量,对平流层平均环流的演变可能有重要贡献。      

大气环流的年代际变化I.观测资料的分析

利用多种资料分析研究了大气环流(包括几个主要大气涛动、一些主要大气环流系统)的时间变化特征.结果清楚地表明大气环流,无论是热带大气还是中高纬度的大气环流,存在着显著的年代际变化特征,主要为10～20年准周期振荡和30多年准周期振荡.北大西洋涛动(NAO)和北太平洋涛动(NPO)的10～20年准周期振荡有近乎同位相特征,而它们的30多年准周期振荡却有近乎反位相变化.西太平洋副高强度与北美大槽强度的变化在10～20年时间尺度既有同位相情况也有反位相情况;但在30多年时间尺度却是基本同位相的.西太平洋副高强度与东亚大槽强度变化在30多年时间尺度也是基本同位相的,且副高变化超前约5～7年.     

2016年1月低温事件的季节内振荡特征

利用NECP/DOE逐日再分析资料,分析了2016年1月发生在我国南方的持续低温事件。结果表明,此次过程存在明显的季节内振荡特征,其中准双周振荡为气温变化的主要模态。此次低温事件之所以达到寒潮级别,是由于天气尺度变化与10~20 d气温准双周振荡处于相同的降温变化过程中。准双周尺度的冷中心与天气尺度冷中心均从中高纬度向低纬地区传播,并在我国南方汇合,从而引起持续性的低温。通过诊断温度局地变化方程发现,此次天气过程中,温度平流项和绝热变化项是近地层局地温度降低的主要原因。天气尺度气温变化与10~20 d低频振荡对持续降温都有较大贡献,天气尺度降温略大于低频降温。     

Combined effect of the QBO and ENSO on the MJO

本文研究了平流层准两年振荡与ENSO对MJO的协同作用。结果显示:在拉尼娜/准两年振荡东风位相,起源于印度洋到达西太平洋的MJO要比在厄尔尼诺年强。但是在拉尼娜/准两年振荡西风位相,这种关系不复存在。原因在于ENSO和准两年振荡对MJO事件的影响不同。厄尔尼诺年西太平洋地区正水汽平流有利于MJO加强,而准两年振荡西风位相下海洋性大陆地区较强的日循环会使得海洋性大陆屏障作用增强。在厄尔尼诺年,尽管MJO在准两年振荡西风位相下会受到抑制,但是在到达西太平洋是都能得到加强。在拉尼娜/准双周振荡的西风位相下,海洋性大陆较强日循环和西太平洋不利的背景条件都会抑制MJO。     

1982年夏半年30—50天大气低频振荡与东亚大气环流变化的关系

分析了1982年5～9月中高纬度地区对流层中上层30～50天厚度低频振荡与东亚大气环流变化的关系。发现鄂霍茨克海以北大陆上空是30～50天厚度低频振荡的活跃区和显著区,这种厚度低频振荡与东亚大气环流指数循环和大气环流系统有密切的联系。指出中高纬度大气存在30～50天低频振荡,而且在大气环流的变化中占有重要地位。     

北半球平流层下部气温的准两年周期振荡

由分析1966—1985年北半球30hPa 月平均气温资料得出,中纬地区气温准两年周期振荡比低纬地区更清楚,平均周期26.3月,振幅约2.8℃,振荡的峰和谷值都出现在冬季.中纬气温和赤道上空纬向风的准两年振荡之间位相配合密切,中纬气温准两年振荡的峰与赤道上空10hPa 为东风,70hPa 为西风的位相一致,谷则有相反的位相.它们的这种准两年周期振荡是通过平均经圈环流相联系的.强烈的火山喷发能影响气温的准两年周期振荡.     

大气中的季节内振荡

本文依据最新的分析研究结果,系统地讨论了大气中的季节内(30—60天)振荡。内容包括大气季节内振荡的全球分布特征;热带大气30—60天振荡的基本特征;中高纬度大气30—60天振荡;热带和中高纬度大气30—60天振荡的相互影响;以及大气季节内振荡的动力学机制。 本文不仅对热带大气30—60天振荡提出了一些新的研究结果,特别是关于中高纬度大气30—60天振荡的讨论,以及关于热带和中高纬度大气30—60天振荡主要通过低频波列相互联系和相互影响的研究,将使我们对大气季节内振荡有比较全面的认识。     

中高纬度垂直环流的低频振荡与华北地区夏季干旱初探

用国家气象中心１９９２年６月１０日至７月２３日Ｔ４２中期数值预报模式格点资料，分析了中高纬度夏季垂直环流的低频振荡。发现中高纬度纬向垂直环流与热带纬向环流不同存在着２０－４０天的局地低频振荡，在热带季风中断时，３５－４５°Ｎ范围内中高纬度纬向垂直环流主要表现为１２０°Ｅ附近区域内下沉气流加强。初步探讨了中高纬度地区经圈环流的低频振荡，所选范围为１００－１２０°Ｅ平均低频经向环流，热带季风中断时，下沉气流在３０－４０°Ｎ区域内加强。通过对中高纬度地区垂直环而的低频振荡的分析，探讨了中高纬度地区垂直环流的低频振荡与华北地区夏季干旱的可能联系。由于热带季风中断时，主要降雨带位于我国江淮一带，此时垂直环流表现为在对流层低层２８°Ｎ左右范围内为上升运动区，在３５－４５°Ｎ区域附近内下沉气流加强，即我国华北地区上空盛行下沉气流，对应于该地区干旱、少雨。     

2011年我国夏季降水动力统计预测与异常成因

该文对2011年我国夏季降水情况进行简要回顾,并对3月制作的夏季降水动力统计客观定量化和动力统计-诊断预测结果进行检验。以长江中下游地区为例,对比说明了两种预测方法选取因子的差异及动力统计-诊断较动力统计客观定量化预测结果有一定提高的原因。在此基础上,分析了导致2011年夏季主雨带较预测结果偏南的影响因素,并进一步探讨了大气环流特别是中高纬度阻塞高压和低纬度西太平洋副热带高压异常的可能成因。结果表明:2011年夏季主雨带偏南主要是中高纬度阻塞形势与低纬度副热带高压的季节内异常振荡及二者逐月不同配置的产物,而中高纬度阻塞形势与低纬度副热带高压的季节内异常振荡是由海温、积雪等外强迫及东亚环流系统内部成员相互作用所致。     

冬季500百帕高度场的30—50天振荡的遥相关结构及其演变特征

本文利用1981年和1982年冬季的欧洲中心(ECMWF)网格点带通滤波资料,分析了北半球中高纬度和热带地区500hPa高度场的30—50天周期振荡的遥相关结构及其演变特征。发现30—50天周期振荡的分布,在中高纬度地区与主要的大气活动中心相配合,而在热带与对流活动中心相对应。振荡的相关中心呈多段大弧状的波列结构特征,中低纬振荡通过波列的能量频散联系起来。波列的纬向移动和高度场振荡的位相纬向传播的方向是一致的。     

中国东部夏季降水的准两年周期振荡及其成因

应用中国160测站降水资料和ERA-40再分析资料以及EOF和熵谱分析方法,分析了中国夏季(6～8月)降水和东亚水汽输送通量的年际变化,表明中国(特别是华南、长江流域和淮河流域以及华北等地区)夏季降水具有2～3 a周期变化特征,即准两年周期的振荡特征,并表明中国降水的这种周期振荡与东亚上空夏季风水汽输送通量的准两年周期振荡密切相关;并且,还利用NCEP/NCAR的海表温度和日本气象厅的沿137°E海温剖面观测资料,分析了热带西太平洋表层与次表层海温的年际变化,揭示了热带西太平洋热力状态的变化也有显著的准两年周期的变化特征.作者利用相关和集成分析来讨论热带西太平洋热状态的准两年周期振荡对中国夏季降水和东亚水汽输送的影响,表明了热带西太平洋海温的准两年周期振荡对东亚夏季风及其所驱动的水汽输送都有很大影响.此外,作者还利用东亚/太平洋型(EAP型)遥相关理论,简单地讨论了热带西太平洋热力状态的准两年周期振荡影响中国夏季风降水准两年周期变化的物理机制.     

热带平流层臭氧准两年周期振荡的特征及数值模拟

利用HALOE的观测资料、对热带地区平流层臭氧垂直分布的年际变化及其准两年周期振荡（QBO）进行研究，并同赤道上空平均的纬向风场的准两年周期振荡进行了模拟研究。资料分析结果表明，平流层臭氧浓度高值区的位置在南北方向上和垂直方向上的有明显的准两年周期，臭氧浓度高值中心的南北移动和上下移动又引起局地臭氧总量的周期性变化和准两年周期振荡南北半球不对称。而臭氧浓度中心位置的准两年周期变化与赤道上空平均纬向风的准两年周期振荡密切相关。资料分析还表明，赤道上空平流层中臭氧浓度QBO的位相随高度变化多次。模拟试验表明，纬向风QBO引起垂直经圈环流的变化，在平流层有三对余差环流圈。它们对O3在不同纬度和高度的输送是引起O3准两年周期振荡的重要动力原因。其中，余差环流在平流层中层（25－35km)的环流圈起着重要的作用。     

华北地区汛期降水的一个分析研究

通过历史资料的分析,本文首先指出华北地区的汛期降水量存在着不同时间尺度的低频变化,其中以准两年周期振荡和周期约为16年的振荡比较明显,而且前者同平流层QBO有一定关系。另外,在汛期多雨年,华北降水量有明显季节内(30—60天)振荡;而在汛期少雨年,降水量的30—60天振荡却不太清楚。 ENSO对华北的汛期降水有重要影响,El Nino年华北汛期雨量平均偏少,仅El Nino年华北汛期平均雨量偏多。El Nino年所出现的大气环流异常是造成华北汛期降水量变化的重要原因。关于高纬度和极区环流对华北汛期降水量的影响也进行了初步探讨。     

准静止波强迫对1998年和1991年江淮洪涝影响的数值模拟

为了进一步检验青藏高原、北方冷空气及西太副高对1998年和1991年江南北部和江淮洪涝的影响,利用NCEP/NCAR的再分析格点资料和MM5中尺度模式分别对该两年夏季的两段强暴雨个例作了对照和滤波试验。模拟结果表明:在两次强暴雨个例中,考虑了中高纬度环流、青藏高原热力作用和低纬西太副高影响的对照试验,能相当好地再现中高纬度环流的平均场特征及形势演变的情景;而不包括上述准静止波异常影响的滤波试验的模拟结果与对照试验的结果相差较大,更接近多年平均的7月气候场。这证实北方冷空气活动、高原热力作用和西太副高位置对该两个个例中雨带的重要影响。同时,本文模拟也显示中尺度模式MM5有相当强的模拟中高纬度形势演变的能力,这种保留或滤除准静止波异常的模拟方法不失为一种讨论大尺度准静止波异常对区域气候影响的有效方法。     

近百年全球平均地面气温准周期信号及其长期演变特征的分析

应用奇异谱分析(SSA)方法,对全球及南北半球近100多年(1856～1997年)逐月地面气温距平序列的年际变化准周期性进行诊断分析,结果表明,全球平均气温序列中以准5～6年和准4年周期振荡最显著,其次是准两年周期振荡.各种准周期振荡年代际演变特征及其变率的阶段性,不但表现在振幅上,而且其波数亦很明显.上述特征在全球、南北半球都各有明显的差异.奇异交叉谱分析(SCSA)表明,全球平均地面气温的年际振荡与气候系统中其他各子系统所隐含的准周期信号具有各种耦合关系,尤其表现在与Nino区海温或南方涛动指数中的准周期信号的耦合关系上.     

对流层月平均环流的持续性

利用月平均环流资料，通过计算持续性概率，分析了北半球对流层环流持续性的时空变化规律及其影响持续性的各种因素。结果表明，环流的持续性，高层比低层好，低纬度比中高纬度好，东半球比西半球好，冬夏季持续性明显高于春秋季，秋季环流最容易发生转折。持续性还存在着准２年，４年和６．５年的周期变化，这些准周期分别与ＱＢＯ及厄尔尼诺现象和太阳活动的周期振荡相吻合，平流层为西风位相时对流层环流持续性增强，东风位相时减     

长江中下游地区春季连阴雨-连晴天气过程的中期振荡

本文对长江中下游地区1980年春季连阴雨-连晴天气过程及西风带、低纬赤道带和南半球天气系统的10个参数进行功率谱分析表明,它们都有准两周振荡的主要周期。交叉谱分析给出了连阴雨-连晴天气与10个参数在准两周振荡上的关联和相对振荡顺序。对连阴雨-连晴天气的时空背景纬圈及经圈环流的时空谱分析表明,纬向及经向环流振荡的两组传播波在准两周振荡上有较高的相干,经向传播超前于纬向传播。