夏季北太平洋副热带高压系统的活动

文中根据 NCEP/NCAR再分析资料 ,分析了北太平洋副热带高压系统的变化。 5～ 9月由于亚洲夏季风的建立及活动 ,北半球副热带高压系统在 6 0～ 1 2 0°E出现断裂 ,夏季西太平洋副热带高压脊点平均伸展到 1 2 0°E,其年际变化反映了亚洲夏季风的强弱。强夏季风年 5 0 0h Pa西太平洋副热带高压脊线位于 3 0°N以北 ,并分裂成两个中心 ,印度低压强 ;弱夏季风年西太平洋副热带高压脊线位于 3 0°N以南 ,表现为北太平洋高压中心向西伸展的高压脊 ,印度低压弱。夏季西太平洋副热带高压的季内活动有两种模态 :第 1种表现为副热带高压系统以 2 0～ 3 0 d的周期从北太平洋中部的副热带高压中心一次次地向西扩张到 1 2 0°E以西 ,这类过程大多出现在亚洲夏季风强度偏弱年 ;第 2种模态表现为副热带高压系统以 2 0～ 3 0 d的周期一次次地由东向西扩充时 ,在 1 2 5～ 1 5 5°E停滞 ,这类过程大多出现在亚洲夏季风强度偏强年。江淮流域梅雨的中断和结束与北太平洋副热带高压系统 2 0～ 3 0 d季内振荡有关。西太平洋副热带高压 5～ 1 0 d的短期活动受 3 5～ 45°N西风带活动的影响 ,当西风槽在中国沿海和西太平洋地区向南伸展到 3 0°N以南后 ,西太平洋副热带高压有一次加强活动     

太平洋中低纬度海表温差与副热带高压异常的数值模拟

中国夏季天气变化与太平洋副热带高压关系密切,而中低纬度热力差异可能是副热带高压的强度和位置发生变化的莺要原因,文中利用NCAR/NCEP再分析位势高度、垂商速度和海表温度场资料,在对太平洋海表温度合理分区的基础上.根据海表温度EOF分解的第一模态时间系数与副热带高压的相关关系,定义了太平洋中、低纬度海表温差指数,并通过统计分析和数值模拟方法分析了温差的年代际变化特征及其对副热带高压的影响.结果表明:副热带高压的变化分别与中纬度太平洋的(30°-40°N,180°-140°W)和低纬度太平洋的(10°S-10°N,140°～100°W)两块区域海温关系密切,对由此两区域定义的温差指数分析发现,1976年前后温差指数出现一次显著的由弱变强的年代际突变,且温差的年代际变化特征与副热带高压异常有很好的对应关系,温差大值年,副热带高压偏强,面积增大,西伸尤其明显;温差小值年,副热带高压偏弱,面积减小,东撤明显.进一步的统计分析和NCAR/CAM3.0模式数值模拟都发现,夏季中低纬海表温差增大将引起哈得来环流加强,副热带的下沉速度加大,使副热带高压增强;夏季中低纬海表温差减小将引起哈得来环流减弱,副热带的下沉速度减小,使副热带高压减弱.冈此夏季中低纬海表温差的变化是导致副热带高压强度和位置异常的重要原因之一.     

热带西太平洋暖池和副热带高压之间的关系

文中研究了热带西太平洋暖池和西太平洋副热带高压的季节性变化和年际变化关系。结果表明,西太平洋暖池面积和副热带高压面积指数季节变化趋势基本一致,暖池中心的纬向移动与副热带高压西伸脊点相反,而经向移动和５００ｈＰａ副热带高压脊平均位置的南北季节性变化非常一致。西太平洋副热带高压的年际变化落后暖池大约３个月左右,用暖池２８℃或２９℃面积指数可以很好地预测出当年６,７,８三个月西太平洋副热带高压的面积指数。     

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。      

副热带高压气候动力学研究回顾

基于早期副热带高压气候动力学的研究,本文重点介绍了近10 a在南亚高压和西太平洋副热带高压形成和变异机理方面的动力学研究,包括南亚高压的建立和维持机理、副热带高压的季节变化、年际—年代际变化和未来预估,最后讨论了需要进一步深入研究的方面。     

夏季西太平洋副热带高压的不同类型与中国汛期大尺度旱涝的分布

利用历史数据,研究了西太平洋副热带高压指数的特征,证实脊线指数和西伸脊点指数可以较好地描述西太平洋副热带高压,同时也指出这两个指数的年际和年代际变化及其不同的配置,是造成中国夏季降水时空分布和旱涝异常的复杂性、多变性的主要原因之一。据此,将西太平洋副热带高压西伸脊点指数和脊线指数的距平投影到二维平面上,对西太平洋副热带高压进行了分类,并对其各种类型下中国夏季降水进行了合成分析,发现夏季西太平洋副热带高压西伸脊点和脊线不同配置下中国夏季降水的总体分布具有明显的规律性:在西太平洋副热带高压脊线偏北的情况下,夏季降水总体表现出南北两条雨带;在西太平洋副热带高压脊线正常的情况下,夏季降水总体表现为北多南少,长江以北降水偏多;在西太平洋副热带高压脊线偏南的情况下,夏季降水总体表现为南多北少,长江流域及其以南地区降水偏多;上述3种情况下西伸脊点越偏西,降水范围越大。此外,通过计算1951—2010年各年夏季降水实况与其西太平洋副热带高压所属年份夏季降水合成的距平相关系数,发现同一类型下各年夏季降水与其合成分布总体相似,说明了西太平洋副热带高压位置对中国降水具有明显的影响,同时也说明此种分类具有一定的合理性。最后,通过对9种西太平洋副热带高压类型下北半球夏季500hPa高度场和850hPa风场距平分别进行合成,对不同西太平洋副热带高压类型下中国夏季降水的大尺度环流背景和可能机理进行了分析。     

北半球海-冰-气系统的10年振荡及其振源初探

采用最大熵谱方法分析了1953～1990年间冬季喀拉海、巴伦支海海冰面积指数、西伯利亚高压强度指数、东亚冬季风强度指数的变化周期,并把冬季喀拉海、巴伦支海海冰面积变化与春夏各季节副热带高压的特征量指数（包括面积指数、强度指数）变化进行了比较。研究发现在海冰-大气气候系统中,明显存在10年尺度周期性变化;冬季喀拉海、巴伦支海海冰面积变化与西伯利亚高压强度指数、东亚冬季风强度指数均呈现相反的变化趋势,海冰偏多（少）则西伯利亚高压偏弱（强）、东亚冬季风也偏弱（强）;冬季海冰面积变化与春夏各季节副热带高压的范围、强度均呈现相同的变化趋势,并且海冰变化要超前0～1年;复经验正交分析表明大气10年尺度周期性变化的振荡源分布均与某一海区（洋区）有关,大气10年尺度变化是对海洋（海冰）变化的响应。     

月尺度西太平洋副热带高压指数的重建与应用

针对目前国家气候中心业务监测中使用的月时间尺度西太平洋副热带高压指数存在的问题,利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,对西太平洋副热带高压面积指数、强度指数、脊线指数和西伸脊点4种指数重新进行定义和计算,重建了1951—2010年逐月历史时间序列。面积指数、强度指数采用真实的面积和体积进行定义和计算,脊线指数则同时利用500 hPa高度场和纬向风切变线进行定义,且不仅仅局限于588 dagpm等值线,充分考虑了西太平洋副热带地区高压系统对我国夏季降水的影响作用。选取其中两个相对独立的指数——脊线指数与西伸脊点,通过对这两个指数的9种组合类型的构建,最大程度上涵盖了我国东部夏季降水各种雨型的分布特征。     

定常态副热带高压与垂直运动的关系

文中利用NCEP/NCAR月平均再分析资料研究了定常条件下二维和三维空间上副热带高压与垂直运动的关系 ;比较了Hadley环流和副热带高压动力学的差异。结果显示由于地球自转 ,在副热带地区出现了最大的经向质量通量的辐合 ,导致了纬向平均副热带高压的形成。在热成风关系的制约下 ,除了在北半球夏季 ,通常副热带高压脊线随高度增加向赤道倾斜。Hadley环流的下沉支从对流层顶垂直地延伸到行星边界层。因此副热带高压脊线与该下沉支在自由大气中位置分离 ,年际变化反相 ;在行星边界层中摩擦耗散作用使两者重合 ,年际变化同相 ,但垂直运动对副热带高压的形成不起作用。三维空间上 ,沿行星边界层的副热带高压脊线处为下沉运动 ,副热带大洋东部强烈的下沉运动对应着强烈的向赤道气流。自由大气中 ,垂直下沉运动的分布与副热带高压的分布不同。大洋上副热带高压东部大气下沉 ,副热带高压西部大气上升。这一方面与等熵面的北高南低的倾斜分布在动力学上是一致的 ;另一方面还表明副热带高压的形成也与非绝热加热密切相关。总之 ,不论是在自由大气还是在边界层中 ,不能简单地把下沉运动看成是副热带高压形成的原因。     

副热带高压研究进展及展望

介绍了国家自然科学基金委员会九五重点项目"副热带高压形成和变异的机理"的研究成果.该项目的研究纠正了对副热带高压成因的若干传统认识,揭示了副热带高压脊线年际变化的新事实,发展了脊线这一东西风交界面的动力模型,建立了"全型涡度方程"、"热力适应"理论及"两级热力适应"模式,并通过模拟和资料诊断研究了各副热带高压单体的形成机制及其季节和年际变化,在西太平洋副热带高压变化的规律和机制的研究中得到了新的认识.     

冬季西风环流指数的变率及其与北半球温度变化的关系研究

用H40°N-H65°N即40°N和65°N纬圈平均位势高度的差来定义西风指数,可以很好地反映温带地区西风的强弱。西风环流强的年份,北半球气温通常偏高,主要是中纬度大陆变暖明显,这可能与中高纬度西风强时,向北的经向热量输送也加强有关。在长期变化的趋势上,1950年代以前北半球偏暖时期的指数偏低,而偏冷时期的指数偏高。但近30多年来,伴随全球加速变暖,西风指数也持续加强,这是否与温室效应的加强有关还有待深入研究。     

对中国东部夏季降水有重要影响的一种东亚遥相关型

 利用重建的1880-1950年500 hPa高度场资料和1951-2004年的NCEP/NCAR再分析资料,分析了年际尺度上东亚地区夏季大气环流变化特征。结果表明：夏季在东亚沿岸存在一个明显的自北向南的正-负-正环流模态,即鄂霍次克海阻塞高压与副热带高压存在一种同向变化、而它们之间区域的高度场为反向变化的遥相关关系;同时分析了这种大气环流模态与1880-2004年中国东部地区夏季降水的关系。在年际尺度上,正-负-正的环流模态与长江中下游地区和东北的降水有很好的正相关,当夏季的环流处在阻塞高压偏强,且副热带高压偏南偏强、日本及其以东地区上空高度场偏低时,中国长江中下游地区和东北降水偏多。     

对中国东部夏季降水有重要影响的一种东亚遥相关型

利用重建的1880-1950年500 hPa高度场资料和1951-2004年的NCEP/NCAR再分析资料,分析了年际尺度上东亚地区夏季大气环流变化特征。结果表明：夏季在东亚沿岸存在一个明显的自北向南的正-负-正环流模态,即鄂霍次克海阻塞高压与副热带高压存在一种同向变化、而它们之间区域的高度场为反向变化的遥相关关系;同时分析了这种大气环流模态与1880-2004年中国东部地区夏季降水的关系。在年际尺度上,正-负-正的环流模态与长江中下游地区和东北的降水有很好的正相关,当夏季的环流处在阻塞高压偏强,且副热带高压偏南偏强、日本及其以东地区上空高度场偏低时,中国长江中下游地区和东北降水偏多。     

东亚夏季风雨带和西太平洋副高季节变化的耦合特征

利用NCEP／NCAR数据集中1950～1999年4～9月500hPa位势高度和逐日降水率(PRATE)资料，通过奇异值分解，主要探讨了东亚夏季风雨带与西太平洋副高季节移动的耦合关系。分析发现，模态方差的大小只反映模态对整个分析时段和整个分析区域贡献的大小，但对某些时段、某些区域来说，方差较小模态的贡献很大；因而仅以模态方差贡献的大小来判定模态的重要性是不完全的，只有多个模态的配合才能比较全面地揭示两个场的耦合特征。结果表明：东亚夏季风雨带在不同地区的跳跃对应着西太平洋副高的三次突变，不同模态对三次突变有不同的贡献。     

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。     

Subtropical high anomalies over the western pacific and its relations to the asian monsoon and sst anomaly

Using the data of 500 hPa geopotential height from 1951 to 1995, SST roughly in the same period and OLR data from 1974 to 1994, the relation between the anomalies of subtropical high (STH for short) and the tropical circulations including the Asian monsoon as well as the convective activity are studied。 In older to study the physical process of the air-sea interaction related to STH anomaly, the correlation of STH with SST at various sea areas, lagged and simultaneous, has been calculated. Comparing the difference of OLR, wind fields, vertical circulations and SST anomalies in the strong and weak STH, we investigate the characteristics of global circulations and the SST distributions related to the anomalous STH at the western Pacific both in winter and summer. Much attention has been paid to the study of the air-sea interaction and the relationship between the East Asian monsoon and the STH in the western Pacific. A special vertical circulation, related to the STH anomalies is found, which connects the monsoon current to the west and the vertical flow influenced by the SST anomaly in the tropical eastern Pacific.     

Cloud Variations under Subtropical High Conditions

The cloud variations under subtropical high(STH) conditions during summers over a ten-year period are studied using combined data from the International Satellite Cloud Climatology Project and the National Centers for Environmental Prediction.The results reveal that clouds mainly experience an isolated evolution in the STHs,which is designated in this study by the 1540 gpm geopotential lines at 850 hPa.In the STH domain throughout the Northern Hemisphere,the average amount of total clouds exceeds 30%.Low clouds dominate in the STH domain,contributing over 60%of total cloud amount within the Pacific subtropical high and over 40%within the Atlantic subtropical high.The prevalence of low clouds in above regions is determined by the circulation pattern around 150°-180°E and 850 hPa,which suppresses both the upward development of the cloud tops and the water vapor divergences near the surface.Furthermore,clouds present great geographical incoherence within the STH domain.In the eastern STHs,the amount of middle and low clouds increases to peak in the early morning and decreases to a trough in the afternoon,while the amount of high clouds remains stable throughout the day.Conversely,in the western STHs,the diurnal amplitude of low and middle clouds is less than three,while high clouds dramatically reach the maximum in the afternoon and drop to the minimum in the evening.Among the nine cloud categories,stratocumulus clouds with greater optical thickness account for the most under STH conditions,no matter their occurrence or amount,causing more shortwave cloud radiative forcing to cool the local atmosphere and surface as a consequence.     

Teleconnections of the sea surface temperature in the indian ocean with sea surface temperature in the eastern equatorial pacific,and with the 500 hPa geopotential height field in the Northern Hemisphere

The observational data of global sea surface temperature and the 500 hPa geopotential height field in the Northern Hemisphere are used to get two teleconnection patterns. The time interval of the data is from January 1950 to December 1979. The results show that the sea surface temperature anomalies in the Indian Ocean have evident positive correlation with the SSTA in the eastern Pacific and obvious teleconnection with the 500 hPa geopotential height field in the Northern Hemisphere.     

Intercomparison of interannual variability and potential predictability: an AMIP diagnostic subproject

 The inter-annual variability and potential predictability of 850 hPa temperature (T ₈₅₀), 500 hPa geopotential (φ₅₀₀) and 300 hPa stream function (ψ₃₀₀) simulated by the models participating in the Atmospheric Model Intercomparison Project (AMIP) are examined. The total inter-annual variability is partitioned into a potentially predictable component which arises from the forcing implied by the prescribed SST and sea-ice evolution, or from sources internal to the simulated climate, and an unpredictable low frequency component induced by “weather noise”. There is wide variation in the ability to simulate observed inter-annual variability, both total and weather-noise induced. A majority of models under simulate seasonal mean φ₅₀₀ variability in DJF and JJA and over simulate ψ₃₀₀ variability in JJA. All but one model simulates less T ₈₅₀ total inter-annual variability than in the analysed data. There is little apparent connection between gross model characteristics and the corresponding ability to simulate observed variability, with the possible exceptions of resolution. Received: 7 July 1996 / Accepted: 8 January 1998     

广东前汛期异常旱涝的大气环流特征

用1957～1999年广东省19个代表站4～6月降水资料和500hPa高度场资料，着重分析和讨论了广东省前汛期异常旱、涝年的同期和前期500hPa合成平均场的主要差异,以及前期关键月、关键区的特点，为广东省前汛期异常旱、涝的预测提供判别依据。