2004/2005年冬季强寒潮事件与大气低频波动关系的研究

2004/2005年冬季中国出现了两次大范围寒潮过程,造成长时期的降温和严寒天气,从而改变了从1986年以来中国大部分地区连续出现18个暖冬的局面。利用2004年10月1日～2005年3月31日中国740站逐日平均温度和NCEP/NCAR的逐日高度场和风场资料,分析了2004/2005冬季的强寒潮事件,并对寒潮爆发的周期、低频波动特征及其影响寒潮爆发的可能原因进行研究。结果表明:2004/2005年冬季两次主要强寒潮事件（12月22日～1月1日和2月14～21日）是在强10～20天低频振荡背景下发生的。在一次季节内低频振荡过程中,寒潮经历了高空形势相似的3个阶段,它们分别是乌拉尔东侧阻塞脊建立、阻塞脊下游横槽发展、横槽转竖与南支槽耦合重建东亚大槽最后导致寒潮爆发。进一步分析表明,乌拉尔东侧阻塞脊和里海高度脊是导致这两次寒潮的主要系统。研究还表明在寒潮爆发过程中,10～20天低频波动在40°N南北独立传播,南北波列耦合寒潮全面爆发;寒潮爆发后期低频波动引起我国东南部低空辐散异常、高空辐合异常,从而导致我国南部地区偏北风增强,使寒潮向南爆发程度和高空东亚急流明显加强。     

影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区及机制初探

利用1958—2011年NCEP/ NCAR再分析资料和ERSST资料,采用Lanczos时间滤波器、相关分析、回归分析、合成分析和交叉检验等方法,研究了影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区海温异常的来源与可能机制。结果表明,前冬(12—2月)热带西南印度洋和热带西北太平洋是影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区。冬季热带西南印度洋(热带西北太平洋)的异常增暖是由前一年夏季El Ni?o早爆发(强印度季风异常驱动的行星尺度东-西向环流)触发、热带印度洋(西北太平洋)局地海气正反馈过程引起并维持到春季。冬季热带西北太平洋反气旋性环流(气旋性环流)及印度洋(热带西北太平洋)的暖海区局地海气相互作用使得印度洋(热带西北太平洋)海温异常维持到春末。春季,逐渐加强北移到10 °N附近的低层大气对北印度洋(热带西北太平洋)暖海温异常响应的东风急流(异常西风)及南海-热带西北太平洋维持的反气旋性环流(气旋性环流)异常,使得南海夏季风晚(早)爆发。      

热带大气季节内振荡与对西北太平洋台风生成数的影响研究

用典型年合成方法分析研究了1979—2006年西北太平洋多台风年和少台风年热带大气ISO的影响。结果表明,热带大气ISO对西北太平洋台风的生成具有明显的调节作用。多台风年,菲律宾以西地区大气季节内振荡较弱,东传不明显;菲律宾以东地区积云对流较强,热带大气30～60 d低频振荡也偏强,与台风生成相关的传播特征为源自赤道140～160°E附近季节内振荡的西北方向传播。这种异常的30～60 d低频振荡对周围大气环流有正反馈的作用,从而导致积云对流的进一步加强,这种强的积云对流会引起赤道西风异常,产生异常Walker环流,在菲律宾附近形成风场的低层辐合、高层辐散,增强那里的上升气流,有利于台风生成。少台风年,菲律宾以西地区低频活动较强,东传明显,菲律宾以东的低频活动较弱。这种西强东弱的低频活动形式,使得大气低层在菲律宾以西地区为低频东风异常,菲律宾以东地区为低频西风异常,导致在菲律宾以东的西北太平洋大气产生低层低频风辐散、高层辐合的形势,增强下沉运动,不利于台风的生成。     

ENSO对冬季北太平洋水汽输送及大气河的影响

利用1979-2016年ERA-Interim再分析资料,分析了ENSO对冬季北太平洋地区水汽输送特征的影响,包括整层水汽含量、整层水汽输送及其散度和大气河频率。结果表明,在El Ni1o年冬季,东北太平洋地区的气旋式环流异常增强了自副热带太平洋向北美西海岸的水汽输送,导致区域性的水汽辐合与辐散异常;La Ni1a年冬季的水汽输送特征与厄尔尼诺年大致相反。根据尺度分解的方法,对水汽输送及其散度的异常成因进行分析,得到结论如下:除El Ni1o年黑潮及其续流区外,ENSO年冬季北太平洋的水汽输送异常主要由环流异常导致;水汽输送散度异常则主要由环流异常的散度、气候态比湿的经向梯度和异常比湿的纬向梯度三部分决定。此外,El Ni1o年冬季北太平洋大气河频率分布的向极弯曲增强,分布更加集中;而La Ni1a年冬季大气河频率分布更加分散,纬向跨度减小,经向跨度增加。     

过去60年中3—5年时间尺度的强ENSO过程与平流层环流异常的滞后耦合及其机理

基于1950—2009年60a月平均Nino3指数和NCEP/NCAR第一套等压面再分析资料,关注3—5a时间尺度的强ENSO过程与平流层环流年际异常的时空联系及其机理,通过对此期间出现在3次持续强ENSO阶段中的11次3—5a时间尺度的强ENSO过程的诊断表明,平流层环流的年际尺度异常与3—5a时间尺度的强ENSO循环过程密切耦合。极夜急流强度趋于在ENSO暖/冷峰值之后减弱/加强,最大异常值多滞后ENSO峰值约1/4周期(接近1a),出现在ENSO峰值之后的下一年冬季;且3—5a时间尺度的ENSO峰值愈强,滞后约1/4周期出现的热带外平流层纬向风的年际异常也愈强;平均而言,这种年际时间尺度的耦合关系,也对实际的季节尺度平流层极涡振荡的强度和性质有显著的调制作用。进一步研究这种滞后耦合关系与年际时间尺度的行星波活动异常的联系发现,在暖ENSO峰值所在的当年冬季,对流层高层被强迫出年际时间尺度的太平洋-北美(PNA)型异常环流,而与冷ENSO峰值相对应的是相反的太平洋-北美异常型;这种太平洋-北美型与平流层热带外地区的行星波1波的发展相联系;在ENSO峰值之后的下一年冬季,太平洋-北美型环流减弱但对流层高层的主要异常分布在中高纬度,多对应着平流层行星波2波的显著增强,与平流层极区最强的高度异常相联系。行星波活动所引起的经向动量通量和经向热量通量的辐合、辐散异常对平流层滞后异常响应的贡献,存在显著的阶段性差异,在不同的阶段两者可以共同起作用,也可以分别起作用。     

冬季亚澳季风环流的低频耦合过程

利用1982—1983年和1984—1985年两个冬季的欧洲中期预报中心格点资料研究了冬季东亚西风急流与澳大利亚夏季风在低频尺度上的相互作用与可能的传播方式。结果表明,我国北部上空的西风急流(及相应的锋区)与澳大利亚的夏季风的低频变化有很好的一致性。它们的联系和相互作用表现为:东亚西风急流通过改变西北太平洋地区的越赤道气流影响澳大利亚夏季风的低频变化,而澳大利亚夏季风则通过增强或减弱的高空辐散向北气流影响东亚西风急流。将这种相互作用称为亚澳季风环流的“低频耦合过程”。     

冬季亚澳季风环流的低频耦合过程

利用1982—1983年和1984—1985年两个冬季的欧洲中期预报中心格点资料研究了冬季东亚西风急流与澳大利亚夏季风在低频尺度上的相互作用与可能的传播方式。结果表明,我国北部上空的西风急流(及相应的锋区)与澳大利亚的夏季风的低频变化有很好的一致性。它们的联系和相互作用表现为:东亚西风急流通过改变西北太平洋地区的越赤道气流影响澳大利亚夏季风的低频变化,而澳大利亚夏季风则通过增强或减弱的高空辐散向北气流影响东亚西风急流。将这种相互作用称为亚澳季风环流的“低频耦合过程”。     

寒潮中期预报的试验研究

对寒潮这种大范围灾害性天气,目前尚无成熟的5—10天的中期预报方法。我们的工作是试图从整个北半球环流形势的调整和具有行星尺度的大型天气系统,如极涡、超长波、行星锋区和急流的变化及其相互作用上寻找发生寒潮的环流形势,并制定对这种形势的中期预报方法。     

亚洲—太平洋夏季风系统的基本模态特征分析

亚洲—太平洋季风区各季风子系统间的相互作用对季风区甚至全球的气候变化都有着显著的影响.整个亚洲—太平洋夏季风系统都处于高层辐散、低层辐合的庞大辐散环流中,从高层辐散中心流出的三支气流分别对推动印度夏季风、东亚副热带夏季风和南海夏季风起着重要的作用,很好地表现了亚洲—太平洋夏季风系统的整体性特征.季风区多种气象要素的基本模态在年代际和年际尺度上都表现出较为一致的变化特征:年代际尺度上亚洲—太平洋夏季风系统整体呈现减弱趋势;年际尺度上存在准2年和准4年的两个周期,其中准2年振荡特征表现为若印度西南季风偏强,则印度季风雨带偏强偏北,导致印度大陆中北部地区降水偏多;同时,由于西太平洋副热带高压的北移和偏强的印度西南季风显著向东延伸,10°N~30°N范围内的西北太平洋地区则表现为异常的气旋性环流,而30°N~50°N之间为反气旋性环流异常,对应东亚夏季风偏强,季风雨带能够北推至我国华北地区.也就是说,当亚洲夏季风中某一季风子系统表现为异常偏强时,另一季风子系统在这一年中也将表现为异常偏强,反之亦然.准2年的振荡周期可能是亚洲—太平洋夏季风系统的一种固有振荡,它从年际尺度上反映了亚洲—太平洋夏季风受热带太平洋—印度洋海温的强迫表现出明显的整体一致特征.     

北半球夏季全球热带和副热带200hPa平均辐散环流的研究

大气的运动场或风场包括两部分:一是旋转部分,另一是辐散部分。虽然旋转部分的方差占总运动场方差的大部分(约占80％),但与辐散风相联系的垂直环流对于天气系统的发展是重要的。Krishna-murti等人最早研究了全球热带的辐散环流。最近他的研究表明,辐散风场的大部分是属于纬向的行星尺度垂直环流的水平分支,这意味着行星尺度系统总是热力直接环流,并且以纬向环流为主。Van der Boogard计算了7月多年平均的速度势场,发现对流层上层最强的辐散中心在中南半岛上空。     

东部和中部型El Nino事件对云南冬季降水影响的差异分析

利用1981-2017年云南125个站逐日降水观测资料和NCEP再分析资料,对比分析了两类El Nino事件期间云南冬季的降水差异,发现东部型El Nino有利于冬季云南大部地区降水显著偏多,而中部型El Nino的影响却不明显。进一步从两类事件相应的大气环流等方面分析了造成降水差异的物理原因。研究表明:(1)东部型El Nino年,Walker环流在西太平洋为异常强的下沉气流,西太平洋副热带高压偏强偏西,Hadley环流在20°N为异常上升气流,造成云南水汽输送和辐合加强,中高纬度巴尔喀什湖和贝加尔湖脊发展,冷空气沿高原东侧南下影响云南,冷暖空气在云南频繁交汇,导致云南冬季降水日数明显偏多,相应降水偏多;(2)中部型El Nino年,Walker环流在西太平洋下沉支强度较东部型弱,相应的西太平洋副热带高压较东部型偏弱偏东,Hadley环流在20°N为下沉气流,对云南区域水汽输送影响较弱,同时中高纬度环流不利于冷空气南下影响云南,除对应冬季云南东部降水日数偏少外,对其他地区降水的影响不明显。     

厄尼诺现象对热带大气环流影响的研究

应用NMC 17年热带格点风及OLR资料，对比分析了厄尼诺年与反厄尼诺年热带环流的差异，发现厄尼诺现象使多年平均位于西太平洋上的最强盛的对流加热区东移到中太平洋，太平洋热带地区东西向对流加热梯度减弱，造成中东太平洋上的Walker环流及西太平洋与印度洋上的反Walker环流场比常年减弱；同时，厄尼诺现象也使中东太平洋地区经向反Hadley环流及美洲大陆上空的Hadley环流减弱。     

1470—2019年中国东部旱涝年代际变化及其与太平洋海表温度的关系

基于中国东部地区（30°—40°N,105°E以东）19个代表站1470—2019年旱涝等级序列、古气候代用资料定量重建的北太平洋海表温度年代际振荡指数以及Nino3.4指数,通过经验正交函数分解、小波分析和集合经验模态分解方法分析了中国东部旱涝年代际变化特征及其与太平洋海温的关系。结果表明,（1）1470年以来中国东部旱涝变化的主模态为全区一致型（方差贡献率为25.2%）,变率中心主要位于黄河中下游,其时间系数的小波分析和集合经验模态分解揭示出全区旱涝存在10—30 a的准周期;该模态长期趋势揭示17—18世纪中国东部整体偏涝,而19世纪以后出现干旱化趋势。（2）寒冷背景下中国东部旱涝一致变化更明显,在17世纪前、中期和19世纪中、后期的小冰期寒冷期全区一致型模态的方差贡献率为35%—40%,且这两个时段10—30 a的年代际变化信号尤为显著;而旱涝的变率中心则表现出冷期偏北,暖期偏南或偏西的特征。（3）中国东部旱涝的年代际变化与北太平洋和赤道中东太平洋海表温度异常有关,表现为偏涝（旱）气候对应于北太平洋海表温度年代际振荡的冷（暖）相位,以及年代际尺度上的冬季Nino3.4区海表温度的异常偏低（高）;在小冰期的寒冷期,旱涝的年代际变化可能与Nino3.4区海表温度异常关系更密切。      

辽宁电线覆冰日数气候特征与大气环流异常的关系

利用1980—2019年辽宁地区11个有电线覆冰观测项目的气象站资料、NCEP再分析资料和Hadley海温资料,分析辽宁电线覆冰日的气候特征以及利于覆冰发生的环流特征和影响因素。结果表明：辽宁电线覆冰现象出现次数存在三个高值地区,分别为辽宁北部地区、辽东山区和辽宁中西部沿海地区。辽宁电线覆冰主要发生在10月至翌年4月,1980—2019年辽宁电线覆冰日数呈显著减少趋势。电线覆冰日数具有显著的年际变化周期,主要的年际变化周期为5—7 a,近40 a年际振荡能量经历了3次增强—减弱的变化。辽宁覆冰高指数年与低指数年秋季9—11月SST距平之差表现为El Nino型分布。覆冰日数异常偏多年,太平洋海温呈现El Nino型,西北太平洋海表温度整体偏冷,日本海区海表温度存在明显负异常;同时大陆上贝加尔湖上空存在高压中心,北半球亚洲地区纬向为“北高南低”的形式,冬季风偏强,冷空气南下频繁。辽宁受到贝加尔湖异常反气旋环流东南侧东北气流控制,鄂霍茨克海上空存在弱反气旋环流,导致日本海上空有异常东风,当南下冷空气与东侧日本海输送的偏冷水汽交汇,容易导致温度较冷的大雾,引发雾凇现象,过冷水汽在电线上凝结,导致电线覆冰现象的发生。     

The summer monsoon of 1988

Summary Time averaged, monthly mean fields of a number of climate parameters such as sea surface temperature anomalies, outgoing longwave radiation anomalies, 200 mb velocity potential field, streamfunction anomaly at the lower and the upper troposphere and percentage rainfall amounts are presented, for the summer of 1988 over the regions of Asian summer monsoon. Above normal rainfall occurred over most of the Indian subcontinent, southeast Asia and eastern China during 1988. In comparison, 1987 was a drought year. This paper presents a comparison of some of the salient aforementioned parameters. The evolution of the planetary scale divergent motions and the streamfunction anomaly exhibit prominent differences during the life cycle of the monsoon in these two years. The velocity potential field exhibits a pronounced planetary scale geometry with the divergent outflows emanating from the monsoon region during 1988. The descending branches of these time averaged circulations are found over the Atlantic ocean to the west and over the eastern Pacific and North America to the east. The immense size of this circulation is indicative of an above normal monsoon activity. During 1987, the outflow center was located much further to the southeast over the western Pacific ocean. The longitudinal extent of the monsoonal divergent circulations were much smaller in 1987.The positive sea surface temperature anomaly of the El Nino year 1987 is seen to move westwards to the western Pacific in 1988, a warm anomaly also appears over the eastern equatorial Indian ocean and the Bay of Bengal at this time. The latter contributes to the supply of moisutre during the active monsoon season of 1988. The outgoing long wave radiation anomalies evolve with a westward propagation of strong positive anomalies from the central Pacific ocean consistent with the evolution of divergent circulation. The streamfunction anomalies basically show westerly zonal wind anomalies being replaced by easterly anomalies during 1988 over the upper troposphere of the monsoon region.The lower tropospheric streamfunction anomaly during the drought year 1987 showed a pronounced counter monsoon circulation. That feature was absent in 1988.With 11 Figures     

STUDY ON THE QUASI-FOUR YEAR OSCILLATION OF AIR-SEA INTERACTION

Complex Singular Value Decomposition(CSVD)analysis technique was applied to study theQuasi Four year Oscillation(QFO)of air sea interaction and its coupled pattern evolution duringdifferent phases.Results show that:(1)CSVD method can better reveal phase relation betweentwo physical fields:(2)Not only northerly anomalies from Northern Hemisphere but alsosoutherly anomalies from Southern Hemisphere contribute to EI Nino.They converge in westernequatorial Pacific,leading to outburst of strong equatorial westerly anomalies,and result in strongEl Nino event onset:(3)An abnormal subtropical anticyclone circulation appears overnorthwestern Pacific while El Nino developing.It favors transitions from the warm SST(EINino)to the cold SST(La Nina),just as the tropical westerly anomalies produced by abnormalcyclone during a decaying La Nina.which encourage the development of El Nino:(4)Thewesterly anomalies in equatorial Pacific are mainly induced by eastward abnormal subtropicalcyclone pairs,which are located in north and south Pacific respectively,and are not the eastwardwesterly anomalies from equatorial Indian Ocean.     

ACTIONS OF TYPHOONS OVER THE WESTERN PACIFIC (INCLUDING THE SOUTH CHINA SEA) AND EL NINO

According to me lime cross-section or SSI in me equatorial eastern racing and me historical data on typhoon actions over the western Pacific (including the South China Sea), a composite analysis of the actions of typhoon over the western Pacific in El Nino year (SST in the equatorial eastern Pacific are continuously higher than normal) and in the inverse El Nino year (there are continuative negative anomalies of SST in the equatorial eastern Pacific) is carried out. The results show that the actions of typhoon are in close relation with El Nino: The annual average number of typhoons over the western Pacific and South China Sea is less than normal in El Nino year and more in the inverse El Nino year; The annual average number of the landing typhoon on the continent of China bears the same relationship with El Nino; The anomalies of typhoon actions mainly occur during July-November and their starting are behind the anomaly of SST in the equatorial eastern Pacific.Based on the generation and development co     

The propagation characteristics of interannual low-frequency oscillations in the tropical air-sea system

The time series of sea surface temperature (SST), sea level pressure (SLP), zonal wind (U) and total cloudiness (CA), for the period of 1950-1979, over a 8o×8o grid-point latitudinal belt between 32oS and 32oN are made from COADS (Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set). The time harmonic analysis and power spectra analysis show that there exist quasi-biennial oscillation (QBO), three and half years oscillation (SO), five and half years oscillation (FYO) and eleven years oscillation (EYO) in these time series. The main propagation characteristics of these interannual low-frequency oscillations are as follows:(1) The variance analysis of SST shows that there is an active region of QBO and SO (with maximum variance), coming from the southwestern part of the subtropical Pacific, stretching eastward up to the west coast of South America, and then northward to the eastern equatorial Pacific. The QBO and SO disturbances of SST follow the same route and cause the anomaly of SST (El Nino and period of cold water) in the eastern equatorial Pacific.(2) Either the QBO or SO of SST can cause El Nino events, although it is easier when they are situated in the same phase of warm water at the eastern equatorial Pacific. The FYO of SST seems to be a standing oscillation. It plays an important role on the formation of strong El Nino events or strong cold water events.(3) The QBO and SO of U propagate eastward along the equator. The origin of QBO and SO may at least be traced as far as the western Indian Ocean. While they propagate along the equator, it strengthens two times at 90oE and the western Pacific, respectively. Like SST, the FYO of U is somehow a standing oscillation.(4) The Oscillations of U have a good coupling relationship with those of SST, while they propagate. When the QBO and SO of SST move to the east side of the eastern equatorial Pacific, it is the time for the QBO and SO of U to enter into the east part of the western Pacific.It is clear that, when we do research work on the formation of El Nino events, our consideration would not be confined to the tropics, it should cover the subtropical region in the southern Pacific. The features of the circulation and other oceanic states in this area are very important to the El Nino events.     

STUDY ON THE QUASI-FOUR YEAR OSCILLATION OF AIR-SEA INTERACTION*

Complex Singular Value Decomposition(CSVD)analysis technique was applied to study the Quasi Four year Oscillation(QFO)of air sea interaction and its coupled pattern evolution during different phases.Results show that:(1)CSVD method can better reveal phase relation between two physical fields:(2)Not only northerly anomalies from Northern Hemisphere but also southerly anomalies from Southern Hemisphere contribute to EI Nino.They converge in western equatorial Pacific,leading to outburst of strong equatorial westerly anomalies,and result in strong El Nino event onset:(3)An abnormal subtropical anticyclone circulation appears over northwestern Pacific while El Nino developing.It favors transitions from the warm SST(EINino)to the cold SST(La Nina),just as the tropical westerly anomalies produced by abnormal cyclone during a decaying La Nina.which encourage the development of El Nino:(4)The westerly anomalies in equatorial Pacific are mainly induced by eastward abnormal subtropical cyclone pairs,which are located in north and south Pacific respectively,and are not the eastward westerly anomalies from equatorial Indian Ocean.     

厄尼诺时期中国东部地区天气特征

根据1951—1985年500百帕平均环流资料研究表明，在厄尼诺年中，副热带高压环流比非厄尼诺年的环流强且建立早，而且，在西太平洋和东亚地区，当500百帕上正环流差值维持时，将抑制该地区气旋性环流的发展；在厄尼诺年中，在中国东部沿海的渤海、黄海海域上，气旋及气旋性辐合流场出现的频数明显减少；根据西太平洋与南海台风的统计，在厄尼诺年南海台风出现的频数减少，而且在我国东南沿海登陆的台风可减少20%，登陆位置偏南。