北半球大气环流的纬向对称模态

运用自然正交分解方法（EOF）提取了北半球冬季热带外地区标准化纬向平均纬向风场的前两个模态。第1模态（方差贡献为34%）表现为中高纬带的西风（东风）异常和中纬带的东风（西风）异常,与之相联系的海平面气压场的异常表现为极区与中高纬度地区海平面气压场的反位相变化,即北极涛动（AO）;第2模态（方差贡献为21%）表现为中纬带的西风（东风）异常和中低纬带的东风（西风）异常,与之相联系的海平面气压场的异常表现为副极地地区与副热带地区海平面气压场的反位相变化,即副热带涛动STO（sub-tropical oscillation）。副热带涛动的水平结构表现出较强的纬向对称性,垂直方向上表现出相当正压性;与副热带涛动正位相相联系的纬向平均温度场表现为中高纬度地区负异常和副热带地区正异常,而且费雷尔环流加强南移。副热带涛动不仅在冬季有所表现,而且在整个冬半年（11月—翌年4月）都有所表现,但在夏半年则不存在。     

欧亚北部冬季增雪“影响”我国夏季气候异常的机理研究——陆面季节演变异常的“纽带”作用

本文主要利用美国冰雪资料中心 (The National Snow and Ice Data Center) 提供的卫星反演积雪资料和ERA40土壤温度再分析资料, 采用相关分析, 对欧亚北部冬季新增雪盖面积 (冬季TFSE) 与我国夏季气候异常关系的可能物理途径进行了初步研究。结果表明, 春夏季陆面季节演变异常是上述“隔季相关” 的重要纽带: 当冬季TFSE偏大时, 欧亚北部大范围积雪—冻土自西向东、 由南向北的融化进程明显减慢, 受其影响, 至夏季, 东亚中高纬区积雪和地表冻土的融化异常强烈, 土壤温度明显偏低, 这种夏季陆面异常可能通过自身的冷却作用, 通过加强东亚中高纬异常北风对东亚中纬区夏季变冷产生直接影响, 进而与西太平洋副热带高压, 乃至与我国江南夏季降水异常产生关联; 冬季TFSE偏小时相反。分析表明, 冬季TFSE信号在东亚中高纬局地的春季积雪—冻土融化过程中被加强, 并在夏季达到显著。     

低平流层准两年变率研究

分析NCAR/NCEP40年再分析资料得出,赤道低平流层纬向风年际变率的平均周期约28.2个月,最大振幅在20hPa,西(东)风距平垂直下传平均速度1.21(1.04)km/月。用10hPa和70hPa月平均纬向风标准化距平之差可反映整层准两年变率的相位,低平流层两半球中纬气温有与之配合的振荡,西(东)风切变时,中纬气温偏低(高)。赤道纬向风准两年变率引起的经圈环流异常是联系低纬纬向风与中纬气温准两年变率的纽带。     

正压大气中基态定常波对强迫响应的影响

本文利用正压涡度方程模式研究了热带不同经度位置异常强迫激发的中纬响应类型与北半球冬季基本气流定常波结构的关系。发现对热带印度洋和太平洋的大部分地区,中纬的响应类型主要由基态定常波的结构决定,并且基态定常波通过向扰动转换动能维持了中纬的响应。通过这些结果解释了GCM研究中发现的中综异常响应类型对El Nino成熟期海表面温度异常位置变化的不敏感性。此外还讨论了观测和GCM中出现的热带印度洋——太平洋地区低频尺度上的纬向偶极强迫源对GCM响应结果的作用。     

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.     

低平流层准两年变率研究

分析ＮＣＡＲ／ＮＣＥＰ４０年分析资料得出,赤道低平流层纬向风年际变率的平均周期约２８．２个月,最大振幅的２０ｈＰａ,西（东）风距平平垂直下传平均速度１．２１（１．０４）ｋｍ／月。用１０ｈＰａ和７０ｈＰａ月平均纬向风标准化距平之差反映整层准两年变率的相位。低平流层两半球中纬气温有与之配合的振荡,西（东）风切变时,中纬气温偏低（高）。赤道纬向风准两年变率引起的经圈环流异常是联系低续续向风与中纬气温准年     

1986—1987年北半球冬季亚澳地区大气环流异常及其与西太平洋SST异常的联系

1986—1987年冬季亚澳地区大气环流异常主要表现在北半球中纬盛行纬向气流,副热带西风急流、西太平洋副热带高压脊及ITCZ位置异常偏北;西北太平洋热带气旋活动频繁;赤道盛行异常西风和异常南风;澳大利亚海平面气压偏高等现象。在这种大气环流异常形势下,东亚地区冬季风偏弱,冷空气主要在偏北地区东移,温度异常偏高,中国北方降水偏多,南方降水偏少。与此同时,澳大利亚夏季风偏弱并推迟一个月建立,整个澳大利亚地区降水偏少。大气环流异常是从低纬开始的。ITCZ位置异常偏于北半球,比其他环流系统异常要早一个月以上发生。1986年夏季以来,西太平洋赤道附近及其偏北地区SST始终维持异常偏高,可能是造成ITCZ异常偏北的原因,并进而引起瓦克环流减弱和南方涛动指数(SOI)偏低,从而对1986—1987年的ENSO事件的发生起了促进的作用。1986年夏秋季节西北太平洋30°N950hPa上北风异常,冬季南风异常又可能是引起西太平洋SST异常分布的原因,因此,1986—1987年冬季亚澳地区的异常事件必须从海—气相互作用的观点来加以说明。      

喀拉海和巴伦支海海冰对中高纬异常纬向环流暨中国东部重霾天气形成的作用

采用1981年1月—2017年2月国家气象信息中心雾、霾数据集资料、同期NCEP/NCAR再分析资料以及哈德来中心的海冰资料,分析了秋冬季喀拉海和巴伦支海海冰变化与东亚冬季风暨中国东部冬季雾和霾日数变化特征之间的关系。研究结果表明,喀拉海和巴伦支海海冰对亚洲区中高纬纬向环流有重要影响,秋季海冰异常偏少是冬季亚洲区中高纬异常纬向环流形成的诱因之一。该地区秋季海冰偏少年,冬季亚洲中高纬地区纬向环流异常偏强,东亚大槽偏弱,影响我国东部地区的东亚冬季风减弱,这为大气污染物在水平方向上的聚集提供了有利条件,同时在海冰偏少年,对流层从中层向下均为正温度距平,与地表温差减小,不利于对流发展,使得大气的状况变得更加稳定,不利于大气污染物在垂直方向上的扩散,水平和垂直方向上的共同作用导致中国东部地区易发生霾天气过程。虽然喀拉海和巴伦支海海冰是影响中国东部地区冬季霾过程发生的重要因子之一,但其对冬季中国东部雾天气发生日数多寡的影响并不显著。亚洲区纬向环流指数相比经向环流指数更能反映中国东部地区冬季雾-霾日数的变化,冬季亚洲中高纬纬向环流越强,中国东部地区雾-霾日数越多。     

太平洋SSTA对中国东部夏季降水的影响II--数值模拟

基于观测分析的结果,采用NCARCCM3模式,设计4组7个数值试验,研究太平洋海表温度异常对中国东部夏季降水影响及其可能的物理过程。结果表明：数值模拟与观测分析所得的结果一致,前期冬季西北太平洋黑潮海区海温异常,引起亚洲中高纬和东亚东部地区大气环流异常,导致长江流域夏季降水异常;前期春季赤道中东太平洋海温异常,西太平洋副热带高压异常;同期夏季北太平洋中纬中太平洋海区海温异常,激发夏季EUP遥相关型,影响东部夏季降水。     

关于西风急流在强迫扰动中作用的数值试验

本文利用非线性水波方程谱模式模拟了不同基本气流对低纬和中纬地区涡源扰动的强迫响应，进而讨论西风急流在大尺度流场强迫扰动中的作用。试验分析表明，中纬度西风急流对来自低纬的扰动波列有增哟的阻 阻滞的作用，并能影响强迫扰动的波数和路径。在存在西风急流的情况下，基本气流对低纬扰源的响应比对中纬扰源的响应要强得多。     

Intraseasonal variability in South America during the cold season

Intraseasonal (IS) variability in South America is analyzed during the cold season using 10–90 day bandpass filtered OLR anomalies (FOLR). IS variability explains a large percentage of variance with maximum values over Paraguay, northeastern Argentina, and southern Brazil. The leading pattern of FOLR, as isolated from an EOF analysis, (Cold Season IS pattern, CSIS), is characterized by a monopole centered over southeastern South America (SESA) with a northwest-southeast orientation. CSIS induces a large modulation on daily precipitation anomalies, especially on both wet spells and daily precipitation extremes, which are favored during positive (wet) CSIS phases. Large-Scale OLR anomalies over the tropical Indian and west Pacific Oceans associated with CSIS exhibit eastward propagation along tropical latitudes. In addition, circulation anomalies in the Southern Hemisphere reveal the presence of an anticyclonic anomaly over Antarctica with opposite-sign anomalies in middle latitudes 10 days before CSIS is maximum as well as evidence of Rossby wave-like patterns. Positive precipitation anomalies in SESA are favored during wet CSIS phases by the intensification of a cyclonic anomaly located further south, which is discernible over the southeastern Pacific for at least 14 days before CSIS peaks. The cyclonic anomaly evolution is accompanied by the intensification of an upstream anticyclonic anomaly, which remains quasi-stationary near the Antarctica Peninsula before the CSIS peak. We speculate that the stationary behavior of the anticyclonic center is favored by a hemispheric circulation anomaly pattern resembling that associated with a negative southern annular mode phase and a wavenumber 3–4 pattern at middle latitudes.     

冬季低纬度热源异常在北半球对流层大气环流异常中的作用

本文首先从理论上讨论了北半球冬季低纬度强迫源与中纬度强迫源强迫所产生的准定常行星波在实际基本气流中传播路径及其振幅分布的差异,指出冬季低纬度热源异常将对北半球中、高纬度对流层大气环流的异常起很大影响,而中纬度热源异常将对平流层环流异常起很大作用。 本文应用一个包括Rayleigh摩擦、Newton冷却及水平涡旋热力扩散准地转34层球坐标模式分别计算了冬季低纬度热源异常与中纬度热源异常所造成北半球扰动系统的异常情况,计算结果表明了冬季低纬度热源异常将对中、高纬度对流层大气环流异常起很大作用,热带太平洋上空热源异常将产生PNA型环流异常。     

青藏高原大气热源年际变率及其驱动因子

青藏高原（以下简称高原）大气热源对亚洲夏季风爆发、演变、推进,乃至全球气候系统都有重要影响,因此近年来高原大气热源变异机理也日益受到关注。本文在回顾已有关于不同季节高原热源变异原因的研究基础上,利用1980～2018年日本气象厅再分析数据JRA55（Japanese 55-year Reanalysis）,对逐月高原大气总热源的年际变率进行分类,并进一步探究了影响不同类别高原大气总热源的异常大尺度环流系统及海温驱动因子。除了传统上受关注的“冬季型”和“夏季型”以外,本文还提出了“早春型”和“过渡型”两种高原大气热源变率模态。总体而言,高原大气总热源年际变率以降水引起的凝结潜热异常为主,其中“冬季型”及“早春型”高原大气热源异常中心位于高原西部,主要受到中高纬遥相关波列的影响。此外,“冬季型”还受到厄尔尼诺—南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO）及印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole, IOD）的影响。“夏季型”高原大气热源呈东西偶极型反相变化,最大异常中心位于高原东南部,主要受北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation, NAO）的影响;“过渡型”高原大气热源呈南北偶极型反相变化,受热带太平洋—印度洋海表温度异常的共同影响。因此,不同背景环流下高原热源年际变率的驱动因子存在明显差异。     

中国东部夏季季节内降水异常及其伴随的热带和中高纬度大气环流演变特征

利用1981—2020年夏季(5—8月)CPC(Climate Prediction Center)逐日降水资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料以及NOAA的向外长波辐射资料,通过经验正交函数(EOF)分解、超前滞后合成等方法,分析了中国东部夏季季节内降水异常的主要模态(即南方型和江淮型降水异常)及其伴随的热带和中高...     

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.     

Numerical Simulation of Atmosphere-Ocean-Sea Ice Interaction During Interannual Cycle in High Northern Latitudes

The interannual atmosphere-ocean-sea ice interaction （AOSI） in high northern latitudes is studied with a global atmosphere-ocean-sea ice coupled model system, in which the model components of atmosphere and land surface are from China National Climate Center and that of ocean and sea ice are from LASG, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences. A daily flux anomaly correction scheme is employed to couple the atmosphere model and the ocean model with the effect of inhomogenity of sea ice in high latitudes is considered. The coupled model system has been run for 50 yr and the results of the last 30 years are analyzed. After the sea level pressure （SLP）, surface air temperature （SAT）, sea surface temperature （SST）, sea ice concentration （SIC）, and sea surface sensible heat flux （SHF） are filtered with a digital filter firstly, their normalized anomalies are used to perform the decomposition of combined complex empirical orthogonal function （CCEOF） and then they are reconstructed with the leading mode. The atmosphere-ocean-sea ice interactions in high northern latitudes during a periodical cycle （approximately 4 yr） are analyzed. It is shown that： （1） When the North Atlantic Oscillation （NAO） is in its positive phase, the southerly anomaly appears in the Greenland Sea, SAT increases, the sea loses less SHF, SST increases and SIC decreases accordingly; when the NAO is in its negative phase, the northerly anomaly appears in the Greenland Sea, SAT decreases, the sea loses more SHF, SST decreases and SIC increases accordingly. There are similar features in the Barents Sea, but the phase of evolution in the Barents Sea is different from that in the Greenland Sea. （2） For an average of multi-years, there is a cold center in the inner part of the Arctic Ocean near the North Pole. When there is an anomaly of low pressure, which is closer to the Pacific Ocean, in the inner part of the Arctic Ocean, anomalies of warm advection appear in the region near the Pacif     

我国东部梅雨期降水的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系

基于我国160站59年(1951～2009年)的月降水观测资料、美国气象环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的再分析资料和Hadley中心的海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料,对我国东部(100°E以东,15°N～40°N)梅雨期(6月和7月)降水的时空变化特...     

北太平洋混合层深度异常及其与中国夏季降水的关系

利用GODAS逐月混合层深度(mixed layer depth,MLD)资料和中国160站逐月降水资料,分析了北太平洋MLD多年平均气候及异常特征,进一步研究了其对中国夏季降水年际异常的影响.结果表明:1)北太平洋30 ～ 40°N之间混合层最深,冬、春季明显大于夏、秋季.2)日期线附近的北太平洋中部海域是各季MLD年际异常共同最显著区域;仅夏季MLD年际异常与ENSO存在一定关系;秋、冬和春季MLD还存在明显年代际异常特征.3)当前冬北太平洋西部及中部MLD加深时,次年黄河下游部分地区、黄淮、江淮及长江以南大部分地区(广西南部除外)降水将偏少;河套地区、内蒙东部及东北大部降水可能偏多.     

高低层纬向风切变的年际变率及气候学意义

用1959～1998共40年全球格点风场资料计算了200 hPa与850 hPa的纬向风速差, 即对流层纬向风切变(简称TZWS),并在此基础上得到其距平值。为了全面考察对流层中环流异常的年际变率特征, 根据TZWS的标准差分布, 文中选出了7个TZWS标准差数值大于5 m/s的代表性区域。这7个区域分别位于赤道中太平洋、赤道东太平洋、北太平洋亚热带地区、南太平洋亚热带地区、赤道大西洋、亚洲西南部以及东北部。前5个分别位于赤道、亚热带太平洋和大西洋的区域TZWS指数, 其年际变率与ENSO循环有密切联系, 反映了热带海洋温度异常对低纬度地区对流层环流的影响; 后2个区域的TZWS指数反映的是亚洲西南部和东北部的气候统变率, 在年际时间尺度上与ENSO循环有着明显的区别。通过对全球陆地降水和温度场的分析, 比较了热带、副热带的TZWS指数以及北极涛动指数的异同, 发现后2个区域TZWS指数能很好且能独立反映出北半球中高纬度地区陆地降水及陆地温度的异常模态。     

利用大气环流模式模拟北大西洋海温异常强迫响应

北大西洋地区的海温异常能够在多大程度上对大气产生影响，一直是一个有争议的问题。作者利用伴随北大西洋涛动出现的海温异常对大气环流模式CAM2.0.1进行强迫，考察了模式在冬季（12月、1月和2月）对三核型海温异常的响应。通过与欧洲中期天气预报中心提供的再分析资料的对比，发现该模式可以通过海温强迫在一定程度上再现具有北大西洋涛动特征的温度场和环流场。在北大西洋及其沿岸地区，模式模拟出了三核型的准正压响应，与经典的北大西洋涛动型大气异常是一致的。模式结果与北大西洋地区大气内部主导模态的差别主要体现在两个方面:一是异常中心位置多偏向于大洋上空，在陆地上的异常响应强度很弱；二是高纬地区对海温异常的响应不显著，没有强迫出与实际的大气模态相对应的异常中心，表明该地区海洋的反馈作用较弱。