西太平洋暖池区海温异常对冬季环流影响的数值研究

应用全球气候模式就西太平洋暖池区冬季海温异常对冬季大气环流及东亚冬季风的影响问题进行了数值试验.结果表明;西太平洋暖池区海温异常可以引起太平洋中东部Walker环流加强并使其位置东移.同时,增温区附近两半球的Hadley环流也明显增强,增温区附近的上升运动及副热带地区的下沉运动均更加明显.在反常加热区附近有自热带向中高纬度传播的波列出现,从而把海温变化的影响传播到全球.西太平洋暖池区海温异常对副热带高压、西风急流、西风带槽脊强度及位置分布均有重大影响,并造成全球高度场、温度及风场的变化,它使增温区两侧的副热带高压加强并向极地一侧移动,促使西风急流加强并北移,使东亚大槽北缩,并增大高纬与热带之间的热力差异.暧池区海温的异常升高使东亚冬季风减弱,我国大部分地区增暖.     

BP和 RBF神经网络应用于海表温盐短期预测效果对比

基于向外长波辐射、降水、大气再分析资料和 HYCOM(HYbridCoordinateOcean Model)盐度等资料,研究了 MJO(Madden-JulianOscillation,热带大气季节内振荡)对南海夏季降水的调制,并初步探讨了其对海洋表层盐度的影响。结果显示:MJO 对南海夏季降水有显著的调制作用,导致南海降水具有强的季节内变化,其最显著周期为45d。降水季节内信号在泰国湾北部、吕宋岛以西和台湾岛西南等迎风坡区域较强,而在越南外海的安南山脉背风区域较弱,且降水信号会随着 MJO 信号向东北方向移动。MJO 对流抑制(活跃)中心所在区域,低层大气辐聚减弱(增强),中层大气对流减弱(增强),导致降水减少(增加);此外,MJO 对流抑制(活跃)中心伴随的反气旋式(气旋式)环流会改变风场,风场减弱(增强)使得迎风区域的降水减少(增加)。MJO 引起的降水异常进一步影 响南海盐度,南海表层盐度也有明显的季节内变化特征,其显著周期和降水基本一致,为47d,且盐度异常信号也随降水异常向东北移动。本研究结果有助于进一步了解南海降水和表层盐度的季节内变化特征。     

MJO 对南海夏季降水的调制及其对海洋表层盐度的影响

基于向外长波辐射、降水、大气再分析资料和 HYCOM(HYbridCoordinateOcean Model)盐度等资料,研究了 MJO(Madden-JulianOscillation,热带大气季节内振荡)对南海夏季降水的调制,并初步探讨了其对海洋表层盐度的影响。结果显示:MJO 对南海夏季降水有显著的调制作用,导致南海降水具有强的季节内变化,其最显著周期为45d。降水季节内信号在泰国湾北部、吕宋岛以西和台湾岛西南等迎风坡区域较强,而在越南外海的安南山脉背风区域较弱,且降水信号会随着 MJO 信号向东北方向移动。MJO 对流抑制(活跃)中心所在区域,低层大气辐聚减弱(增强),中层大气对流减弱(增强),导致降水减少(增加);此外,MJO 对流抑制(活跃)中心伴随的反气旋式(气旋式)环流会改变风场,风场减弱(增强)使得迎风区域的降水减少(增加)。MJO 引起的降水异常进一步影 响南海盐度,南海表层盐度也有明显的季节内变化特征,其显著周期和降水基本一致,为47d,且盐度异常信号也随降水异常向东北移动。本研究结果有助于进一步了解南海降水和表层盐度的季节内变化特征。     

东亚冬季风异常对西北太平洋海温的影响

利用1950—1998年的月平均海温资料和NCEP/NCAR月平均大气环流再分析资料,研究了东亚冬季风的异常对西北太平洋海温的作用过程。结果表明,南海—台湾附近海域—日本南部以南海域(简称东亚邻海)是海-气热通量异常的显著区。弱东亚冬季风在东亚邻海有偏南风距平,抑制相应海域海-气界面上由海表向大气释放的热通量,从而使得海表温度出现正距平。强冬季风则反之。这种大气-热通量-海温的异常影响过程所需的响应时间约为1个月。东亚邻海冬季发生的海温异常可持续到下一年的夏季。     

西太平洋暖池海温异常年夏季东亚大气环流特征

利用NCEP/NCAR逐月再分析资料对西太平洋暖池区海表水温冷、暖异常年夏季东亚大气环流作了合成分析,与气候平均比较后发现:夏季暖池区暖异常时,在西太平洋上空的对流层低层产生一个强的反气旋偏差环流,因而不利于南海南部和赤道太平洋地区的西风发展,使热带夏季风强度减弱;在南海西部和中南半岛东部有偏差气流转向大陆,因而增强了偏南风,使副热带夏季风强度增强;在对流层中、下层副高脊线位置偏南,大约以400hPa为分界线,低层副高强度增强,高层副高强度减弱。西太平洋暖池冷异常年夏季东亚大气环流特征大致与上述情况相反,且强度或变化幅度小于暖异常年夏季。另外,与气候平均比较,暖异常年纬向Walker环流上升支大幅西移,而冷异常年该环流上升支则东移。     

1990s年代际转型前后南海季风系统的季节变化

利用多变量经验正交分解(MV-EOF)等方法,研究了在季节变化尺度上南海季风系统的时空分布特征。结果表明:南海夏季风的爆发时间在1993—1994年前后存在显著的年代际转型,由爆发偏晚转变成爆发偏早。第一模态表现为冬夏反位相的年周期变化,但爆发早年夏季风持续时间略长于爆发晚年,空间上都反映了南海中央海盆区的夏季强降水和850 hPa上南海北部的气旋性环流异常,但夏季风爆发早年中国华南沿海降水加强而南海南部降水偏少。相应的大范围环流场上主要反映了南海夏季风爆发后进入盛夏时节亚太地区大范围的环流特征,南海夏季风爆发偏早年索马里越赤道气流偏强,东亚季风槽位置偏北,爆发偏晚年则相反。第二模态反映了南海季风系统春秋反位相的季节变化,且秋季的振幅更强,空间降水场上对应着秋季华南沿海和南海北部与南海中南部北旱南涝的跷跷板式分布,850 hPa风场上则主要表现为异常的东北季风,该模态时空特征表明南海夏季风爆发偏早年的秋季,冬季风建立也偏早,越南及周边地区的降水偏多。相应的大范围环流场上则主要反映了冬季风的环流特征,在南海夏季风爆发偏早年的秋季,菲律宾以东的热带对流减弱,PJ波列增强,爆发晚年则相反。     

1990s年代际转型前后南海季风系统的季节变化

利用多变最经验正交分解(MV-EOF)等方法,研究了在季节变化尺度上南海季风系统的时空分布特征.结果表明:南海夏季风的爆发时间在1993-1994年前后存在显著的年代际转型,由爆发偏晚转变成爆发偏早.第一模态表现为冬夏反位相的年周期变化,但爆发早年夏季风持续时间略长于爆发晚年,空间上都反映了南海中央海盆区的夏季强降水和850 hPa上南海北部的气旋性环流异常,但夏季风爆发早年中国华南沿海降水加强而南海南部降水偏少.相应的大范围环流场上主要反映了南海夏季风爆发后进人盛夏时节亚太地区大范围的环流特征,南海夏季风爆发偏早年索马里越赤道气流偏强,东亚季风槽位置偏北,爆发偏晚年则相反.第二模态反映了南海季风系统春秋反位相的季节变化,且秋季的振幅更强,空间降水场上对应着秋季华南沿海和南海北部与南海中南部北旱南涝的跷跷板式分布,850 hPa风场上则主要表现为异常的东北季风,该模态时空特征表明南海夏季风爆发偏早年的秋季,冬季风建立也偏早,越南及周边地区的降水偏多.相应的大范嗣环流场上则主要反映了冬季风的环流特征,在南海夏季风爆发偏早年的秋季,菲律宾以东的热带对流减弱,PJ波列增强,爆发晚年则相反.     

南海及邻近海域异常海温影响局域大气环流的初步试验

南海及邻近海域表层海温（SST）异常的气候意义可以通过IAP－AGCM的数值模拟得到反映。数值试验表明，东亚大气环流对这种SST异常的响应具有时变性（或称季节性），在空间上维持一定的经向结构和纬向结构。确切地说，南海冷水年份，即南海和孟加拉湾负距平、西太平洋正距平的年份，2，3月份南海有东北风异常；夏季菲律宾附近维持一个反气旋式的差值环流，它的低频活动造成了这个地区九水场的低频振荡；与环流较一致的是夏季西太平洋副热带高压活动有所减弱、东移，造成了水汽经向输送的异常分布。     

台风Mindulle变性再发展的特征及机理研究

对于2004年台风Mindulle登陆入海再发展进行研究分析。通过演变特征的分析,发现在台风北移时,冷空气入侵台风低层,台风经历一个变性再发展的过程,台风在高层一直保持暖心结构,并且在台风的西侧形成一个冷锋面结构,而在北侧为一个暖性锋面结构,使得暖空气被迫抬升,冷空气也逐渐包围了台风。冷平流与来自暖海面的暖平流交汇使得暖湿的海面对流加剧。同时高空急流入口处辐散区与台风低压的重合和西风槽的东移,对台风的维持和再发展起到了重要的作用。     

西北太平洋大气异常反气旋对海平面高度和海洋表层环流的影响

利用美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)的风场数据和SODA2.2.4版本的再分析流场和海平面高度数据,采用合成分析的方法研究了1971—2010年伴随印度洋海盆增暖(India ocean basin mode,IOBM)而发生的西北太平洋异常反气旋(Northwest Pacific anomalous anticyclone,NWPAC),以及由其引起的海洋表层环流和海平面高度异常的变化。伴随IOBM所形成的西北太平洋反气旋在夏季时强度最大,并对西北太平洋上层海洋环流和海平面高度异常有显著影响。西北太平洋异常反气旋会引起海洋反气旋环流异常,对应着海面辐合、海平面高度升高。南海上层海洋对西北太平洋大气异常反气旋的响应准同步,而菲律宾以东上层海洋的响应约滞后一个季节,海洋反气旋环流异常在秋季时达到最强,这种延迟可能和该纬度上西传Rossby波对海洋的调整有关。     

南海夏季风爆发时期的大气环流变化特征

利用美国国家环境预报中心和气象研究中心的42年模式再分析资料,采用合成分析的方法,考察了南海夏季风爆发时期环流季节变化的特征.研究发现:尽管采用不同指标确定的南海夏季风爆发时间在有的年份差别很大,但各种不同指标对应的南海夏季风爆发时期大气环流的变化具有某些共同的特征.通过对各种指标确定夏季风爆发时间一致年份的大气环流特征分析表明,延伸到南海北岸附近地区的海上锋区对流加热和孟加拉湾北部陆地上的对流加热、沿东亚近海向西太平洋推进的冷空气是控制南海夏季风爆发的主要因素.对南海夏季风爆发早与爆发晚的年份的合成环流特征进一步表明:爆发早的年份,影响东亚附近海区的冷空气势力和南海南部的对流活动相对强,而爆发晚的年份,冷空气和南海南部的对流活动的影响要相对弱的多.日本本岛南部黑潮海区因冷空气激发的对流活动对南海夏季风的爆发也有重要的影响.     

南海QuikSCAT海面风场变化特征分析

基于QuikSCAT海面风场产品,对海面风场资料进行了EOF分析和随机动态分析,以此分析南海海面风场的变化特征。研究发现:海面原始风场风速季节变化最为明显,其变化占总变化方差的59.1%,黑潮的季节变化通过海气相互作用对南海局地风场有较明显的影响;原始风场第三模态及异常风场第二模态时间变化函数与SOI和PDO弱相关,且异常风场第二模态时间变化函数谱分析结果主要呈现5年的周期变化,南海海面风场变化与年际振荡有关;南海大部分海区风速呈现增长的趋势,但增长速率较小;风速增大最快的区域是台湾海峡以南海域和北部湾,增长速度达到0.05 ms-1a-1。     

中国秋冬季阻塞型寒潮路径与环流特征分析

利用1979—2021年ERA5再分析资料,将中国秋冬季寒潮分为全国、北方和南方寒潮,分析其中阻塞型寒潮路径和环流特征。结果表明：乌拉尔山(乌山)的背景经向位涡梯度分布导致了阻塞高压的位置与强度的不同,全国阻塞型寒潮大部分由强大的乌拉尔山阻塞高压主导;北方阻塞型寒潮为大西洋阻塞;部分南方阻塞型寒潮阻塞高压在乌山地区,部分存在于大西洋。大多数全国和南方阻塞型寒潮的冷空气路径为西北型路径,两者环流过程类似,在乌山有着反气旋异常,在东亚地区有着西北-东南向的波列,但是南方阻塞型的环流和冷空气强度较弱,而仅能对温度较高的南方造成强降温。北方阻塞型寒潮通过波能量的传播在贝加尔湖以西激发出反气旋异常,寒潮爆发后,当贝加尔湖南部的横槽明显东移或者反气旋强度不减反增都可以令冷空气沿西方型路径移动。     

南海西沙一次冷空气强风分析

对南海西沙一次冷空气引发强风天气进行分析。分析表明:高空低涡东移南下,横槽转竖,强冷空气爆发,大举南下入侵处于低纬的西沙,是引起西沙强风天气的主要环流背景。探讨850 hPa变温场分布特征指出:负变温的演变、强弱分布等与地面气压场演变特征有关,地面气压场中等压线的密集区与强风关系明显。温度平流场分布演变与地面气压梯度、变压梯度有较明显的一致性,冷平流可增强地面气压梯度和变压梯度,是西沙强风生成与发展的重要原因。     

东亚冬季气温的年际变化特征及其与海温和海冰异常的关系

通过谐波分析的方法,对东亚31个冬季(1980—2010年)的气温提取年际变化分量(周期小于8a部分)进行EOF分析。结果发现:在年际变化的时间尺度上,东亚冬季气温表现为高纬模态和低纬模态2个主要模态,它们一起可以解释总方差73%的变化。进一步分析表明,在年际变化尺度上,与气温变化的高纬模态相联系的大气环流表现为显著的北极涛动(AO)负位相分布,海平面气压场上西伯利亚高压和阿留申低压北移,对流层中层东亚大槽西移,高层西风急流向西北方向移动;副热带北太平洋和阿拉斯加湾的海表面温度(SST)变化呈偶极子振荡分布,这种准两年的周期振荡对这一模态的出现有一定的预示意义。而与气温变化的低纬模态相联系的大气环流表现为类AO正位相分布,与之相关的西伯利亚高压和阿留申低压南移,对流层中层东亚大槽东移,高层的西风急流则是向东南方向移动;赤道东太平洋的SST异常可能对这一模态的形成有一定的作用,而东亚近海的SST则更多是被动地改变。此外,海冰异常变化与东亚冬季气温变化的联系主要体现在:在前夏和前秋,东西伯利亚海-波弗特海海冰异常减少(增加)对应着随后东亚冬季气温变化的高纬模态(低纬模态),而冬季东亚气温变化的高纬模态(低纬模态)又与后期春季北极东半球的海冰异常增加(减少)具有较好的相关性,此外白令海和鄂霍次克海的海冰异常变化是伴随东亚冬季气温变化产生的。     

季节内振荡对热带印度洋SST日变化的调制——一维混合层模式的诊断结果

热带印度洋SST的日变化幅度受到大气季节内振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)的调制,其在MJO对流最强(弱)位相达到极小(大)值,并且在MJO对流增强位相显著强于其对流减弱位相。本文利用逐时的再分析海表通量强迫一维海洋混合层模式,定量地诊断了MJO事件中SST日变化的差异成因。结果表明,SST日变化在MJO对流最强与最弱位相的显著差异主要是由短波辐射的季节内变化所致(40%),其次是风应力(38%)和潜热通量(14%),其他要素的影响较小。而SST日变化在MJO对流增强与减弱位相所呈现的不对称特征,主要是由纬向风应力的不对称性所致,这是MJO扰动结构与背景环流相互作用的结果。     

2021年5月江南持续强降水的准双周振荡及可能成因

2021年5月江南地区降水量是近40年最多的,达到常年的2倍,严重影响了人民的生产和生活。基于逐日的降水和NCEP再分析资料,本文对2021年5月江南地区的异常降水事件进行分析,并重点分析了降水的准双周振荡特征及可能机制。结果表明,乌拉尔山阻塞和异常偏西、偏北的西北太平洋副热带高压(简称为副高)为持续性强降水提供了稳定的大气环流形势。来自北大西洋的Rossby波的能量向欧亚大陆频散,维持欧亚遥相关(Eurasian teleconnection, EU)稳定的正位相,使冷空气不断南下影响江南地区。异常偏西、偏北的副高有利于来自孟加拉湾、南海和西北太平洋的暖湿空气输送至江南地区。来自热带的暖湿气流与高纬度南下的冷空气在长江流域及其以南地区形成锋面,产生降水。副高脊线和西伸脊点的准双周振荡引起江南地区降水的南北摆动,造成降水量和降水落区的准双周振荡。此外,海洋大陆(Maritime continent, MC)附近对流活动也具有显著的准双周振荡特征,可能通过激发东亚遥相关波列影响副高位置和强度的准双周振荡,进而造成江南降水的准双周振荡。     

基于GHSOM网络的南海风场时空变化特征分析

基于1979—2018年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)近海面10 m风场资料,采用增长型分层自组织映射(GHSOM)神经网络方法,对南海海表面风场(SSW)的季节变化和年际异常变化进行了分析,结果表明：(1)GHSOM网络训练原始风场数据第一层结果揭示了4个特征模态,高度概括了南海近海面风场的季节变化特征;第二层结果提取了风场的月变化特征。(2)GHSOM网络训练异常风场数据第一层结果揭示了4类异常风场特征模态：反气旋式异常、气旋式异常、西南风异常和东北风异常模态。其中反气旋式异常和气旋式异常模态呈现出不对称现象,即反气旋式异常风场的振幅大于气旋式异常风场;且这两个模态与ENSO事件密切相关,它们的时间序列与Niño 3.4指数序列存在显著的延迟相关。同时,东北风异常风场模态的发生频率大于西南风异常模态。向下扩展的第二层结果揭露了异常风场模态更多的细节特征。     

西太平洋暖池热含量变化与东亚冬季风关系

利用 1955-2003 年 NCEP\NCAR 再分析资料和美国 Scripps 海洋研究所环境数据分析中心 ( JEDAC ) 提供的冬季热含量资料,采用小波分析、相关及合成分析等方法, 分析了西太平洋暖池热含量变化特征及其与东亚冬季风关系.结果表明,西太平洋暖池热含量与东亚冬季风有着非常密切的联系,当西太平洋暖池热含量异常偏高时,对流层低层在菲律宾及以东洋面形成一个异常的气旋性环流,中国大陆上空形成一个异常的反气旋性环流,从而使得东亚冬季风在东南区加强,西北区减弱.     

影响北大西洋飓风形成的大尺度环流条件

本文对多飓风月(或季)和少飓风月(或季)的大尺度环流系统进行了对比分析,得到大西洋飓风形成频率与下列大尺度环流条件有关的结论: 在多飓风月或季,副热带高压有明显发展并向北移,冰岛低压加深,极地涡旋较强并且有一深的长波槽沿美国东岸南伸;在美国和加拿大西部有一强高压脊发展,相应的高空急流移向北;在200毫巴,在副热带大西洋上盛行异常反气旋环流;高空东风气流较强和海面温度为正距平.而少飓风季的情况在许多主要方面与上述情况相反.统计检验表明,这种差异从统计上是显著的.最后,我们比较了大西洋和西太平洋有利于飓风或台风形成条件的差异.