东亚大尺度低空急流的背景流场与东半球的越赤道气流

本文介绍了关于东亚大尺度低空急流背景流场的研究,指出其上游的季风西风带对它的重要作用,以及它与东非地区越赤道气流之间的关系。利用欧洲中期预报中心提供的资料,考查了1979,1982和1983年8个夏季月的东亚大尺度低空急流,进一步研究了它们的上游流场和背景气流,指出东亚地区的低空急流主要以亚洲季风为背景。大风动量一次一次地沿着季风气流向急流区传播,它还与越赤道气流关系密切;绝大多数大尺度低空急流是东半球几支越赤道气流东传后汇合的产物。5月,以80°E附近的越赤道气流为主;6月中旬后,索马里地区低空急流建立,东非越赤道气流成为主要的影响系统,并经常与105°E的越赤道气流共同作用影响我国或东亚地区的低空急流。     

1979年5—7月东半球跨赤道气流的季节变化及其与南亚、东亚季风爆发的关系

本文通过对全球大气研究计划第一次试验(FGGE)期间东半球五层(100、200、500、700、1000毫巴)等压面风场资料的分析得出:南北半球质量交换主要是通过一些位置基本固定的跨赤道气流进行的。在季风区,跨赤道向北输送气流集中在对流层下部,其中主要的两支是索马里急流和印度尼西亚气流;跨赤道向南气流集中分布在对流层中上部,其中主要的一支是印度尼西亚高空的向南气流;此外,在青藏高原所在经度的赤道中低空,存在一支明显的跨赤道向南气流。对上述主要跨赤道气流的研究表明,它们均随季节变化而加强。两支跨赤道向北气流的明显加强较印度季风爆发和长江中下游梅雨开始提早一候。     

1948～2004年全球越赤道气流气候变化

利用1948年1月～2004年12月逐月NCEP/NCAR的全球1000 hPa、850 hPa、700 hPa、600 hPa、500 hPa、400 hPa、300 hPa、200 hPa、150 hPa、100 hPa的10层经向格点风,计算了全球越赤道气流和年变化,分析了全球850 hPa越赤道气流通道的时、空变化特征。指出在研究的时间段内,全球850 hPa越赤道气流有明显的长期趋势变化和年代际变化。近57年,6～8月的45～50°E、5～9月的105～115°E、5～9月和5～11月的130～140°E、2～4月的20～25°E的越赤道气流有明显的加强,6～8月的50～35°W的越赤道气流减弱。夏季索马里的越赤道气流,平均每10年增强0.25 m/s,而130～140°E,5～9月的越赤道气流,平均每10年增强0.32 m/s。奇异谱分析表明,850 hPa越赤道气流的年代际变化和趋势变化的方差贡献达到35%～45%。年际变化的方差贡献不超过30%,还指出夏季太平洋的越赤道气流的强度变化与南方涛动有明显关系,弱南方涛动时,有强的越赤道气流。而索马里急流强度与北大西洋涛动有弱的正相关。     

夏季亚澳季风区两支越赤道气流年(代)际变化及其与夏季风活动的联系

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了夏季索马里急流和105°E越赤道气流变化的异同及它们与亚洲夏季风的关系.结果表明:两者强度的年际变化、年代际变化、突变时间及周期都明显不同;两者的年际变化在某些年代显示出很强的负相关关系;索马里急流与亚洲夏季风的南亚夏季风、东亚副热带夏季风和南海夏季风有很好的相关关系,而105°E越赤道气流仅与南海夏季风关系密切;两支越赤道气流对亚洲夏季风系统各成员的影响存在明显差异.     

对亚洲两支越赤道气流与华南暴雨的关系探讨

利用NCEP/NCAR再分析资料和TBB资料对华南暴雨与亚洲两支越赤道气流的关系进行了探讨。分析结果表明华南暴雨与亚洲两支越赤道气流的变化联系紧密 ;在华南暴雨发生前 ,在索马里和 10 5°E赤道附近存在经向风扰动增强现象。阿拉伯海地区和孟加拉湾地区的风速在华南暴雨发生前逐渐增强。另外还发现华南暴雨发生前华南地区存在季风涌过程。     

亚洲赤道地区大气动能的纬向传播

基于 1980～ 1997年 85 0hPa逐日NCEP/NCAR再分析资料讨论了亚洲赤道地区 (0°～ 5°N)大气动能的纬向传播特征。结果表明 ,在亚洲季风区内 ,赤道地区大气动能 (K)的最强中心位于 75°～ 90°E ,次强中心在索马里急流区 (5 0°E附近 )。在 0°～ 5°N ,90°E以东 ,平均的大气动能扰动和赤道上经向风扰动主要起源于西太平洋 ,并向西经南海传播到孟加拉湾。而在孟加拉湾动能中心与索马里急流区之间 ,动能传播方向比较复杂。以上事实说明赤道地区东亚季风系统确实是存在的 ,与印度季风系统中扰动的传播方向不同 ,东亚季风系统中动能和经向风扰动在东西方向上主要受西太平洋的影响。在亚洲赤道季风区 ,这两个系统的交界处约在 95°～ 10 0°E附近 ,比过去界定的偏西 5～ 10个经度。     

1979年7月热带地区的动能平衡

应用欧洲中期预报中心的FGGEⅢ-b个客观分析资料计算了1979年7月热带大气的动能平衡。热带环流系统的动能主要集中在定常涡旋部分。对流层下层,105°E和150°E为两半球间瞬变涡旋的通道。对流层上层,瞬变涡旋的通道和洋中槽相联系,位于150°E和30°W附近。 索马里急流是对流层下层制造动能的主要环流系统。对流层上层,南亚东风急流入口区制造动能,出口区破坏动能,其动能收支与中纬度西风急流相似。 非洲-阿拉伯海季风区和孟加拉湾—南海季风区的动能平衡很不相同。动能的垂直输送可能在季风环流中很重要。     

春季长江中下游连阴雨期低空西南气流与低纬风场的关系

本文根据欧洲中期预报中心9年35°S～35°N、60°E—160°E3—4月风场资料,对发生在9年中的6次连阴雨和9次连晴天气过程的低纬风场进行合成分析。在连阴雨和连晴期低纬风场形势对比分析的基础上,得出了在连阴雨期间存在于长江中下游的低空SW气流与孟加拉湾和副热带高压南侧的气流以及印尼上空的越赤道气流的定性关系。 进而应用主成份方法和典型相关方法进行了定量分析。结果得出,上述三个区域中的风场与低空急流的关系,以孟加拉湾的西南气流最密切,副高南侧气流次之,并与越赤道气流也有一定的间接关系。     

越赤道气流通道上的经向垂直环流结构

本文运用1981年夏季月份,各标准等压面上格点风资料,分析了东半球低纬地区(40°—180°E、30°N—30°S),越赤道气流通道上各种物理量场分布和经向垂直环流。从而揭示了越亦道气流和季风环流及哈德莱环流相互之间的关系。     

越赤道气流的季节变化及其对南海夏季风爆发的影响

基于NCEP/NCAR资料分析了对流层越赤道气流的季节变化,指出越赤道气流中心在低层位于925hPa,在高层位于150 hPa。东半球的越赤道气流是一种典型的季风型气流,而西半球越赤道气流具有信风特征。研究结果还表明,低层的索马里和南海越赤道气流对南海夏季风的爆发有至关重要的作用,在季风爆发前2候,索马里急流有一次迅速的增强,这一增强有利于加速孟加拉湾地区西风的向东扩展,并使控制在南海上空的西太平洋副高东撤;同时,南海越赤道气流的迅速增强也推动副高北上,共同促使南海夏季风全面爆发。不仅如此,二者对季风爆发的早晚也有重要影响,当前期这两支越赤道气流建立偏早、强度偏强时,南海夏季风爆发易偏早。反之,当其建立偏晚、强度偏弱时,季风爆发易偏晚。     

东半球跨赤道气流季节变化及其在EL NINO年的异常

利用1979年1月到1987年12月美国国家气象中心六个层次的月平均风场资料,分析了东半球跨赤道气流的季节变化及其年际异常。得到冬、夏跨赤道气流的输送集中在对流层下部,冬季向南,夏季向北;春、秋跨赤道气流的输送集中在对流层上部,春季向北,秋季向南。低层跨赤道气流位置稳定,南北风方向转换时间为3月和11月;高层跨赤道气流位置变化较大,南北风转换时间为6月和1月。在El Nino年,跨赤道气流出现明显的异常,但表现形式不尽相同。ElNino年,夏季下层跨赤道气流稳定建立的时间比正常年推迟2—3候,且季内变化大,稳定维持时间短。     

东亚对流层上部和平流层中下部大气环流的初步研究

根据1957—1961平东亚九十余个探空站的记录,对东亚对流层中上部和平流层中下部的大气环流特点作了初步的分析,得到如下几点结果: 1.在冬季,对流层中上部的气压场和风场特点和过去研究的结论基本一致。在夏季,高原部分的环流特征却和过去的结论不同,夏季在高原上对流层中部出现微弱的气旋性环流,但在300毫巴已在反气旋的控制之下,而且反气旋的势力愈往上去愈强,在100毫巴处高原上空的反气旋达到最大强度,这是与青藏高原的热力性质有关系的。此外,从1月到7月东亚对流层上部的气压场和风场变化甚大,在中高纬度气压场有相反的趋势,并且副热带高压脊线从冬季的北纬15°位置移到夏季的北纬28°。 2.在东亚沿海,中纬度的几个测站在平流层中部的温度年变程呈双峰型,最高温度出现在1月和6—7月。在低纬度温度的年变程也呈双峰,但位相与中纬度相反。低纬温度年变化特点与辐射有关;中纬度的温度年变化,经过计算表明,1月的高峰与温度平流有密切关系。 3.东亚对流层中上部和平流层中下部风场的季节变化,与对流层中下部一样显著。从夏到冬的环流季节变化过程,高低空有一致性,而从冬到夏的环流季节变化过程,高低空变化并不一致。     

影响云南空气质量的风场特征分析

利用美国NCEP/NCAR风场再分析资料和云南高空、地面、高山风塔实测风资料,对云南地区的大气风场特征进行了分析。结果表明,云南对流层中低层大气风场常年盛行偏西气流,风向稳定,尤以西南风最多,冬-春-夏-秋四季风场变化特征明显。腾冲、思茅高空盛行风向以西风为主。云南除滇东北、滇东南和局地地形影响外,大部分地区近地面全年以盛行西南风为主。山区全年盛行风向以西南风为主。云南近地面年平均风速1.9m/s,北部大于南部,东部大于西部,冬春季风大,夏秋季风小,风速日变化特征显著。昆明地区大气边界层存在逆温现象,冬季突出,夏季微弱,秋冬春季频率高,夏季频率低。云南空气污染具有干湿季分布特点,1-5月为主要污染时段,冬春季节存在西南和东北两条污染传输通道。     

Regional meteorological patterns for heavy pollution events in Beijing

The present study investigates meteorological conditions for the day-to-day changes of particulate matter (PM) concentration in Beijing city during the period 2008–2015. The local relationship of PM concentration to surface air temperature, pressure, wind speed, and relative humidity displays seasonal changes and year-to-year variations. The average correlation coefficient with PM₁₀ in spring, summer, fall, and winter is 0.45, 0.40, 0.38, and 0.30 for air temperature; –0.45, –0.05, –0.40, and –0.45 for pressure; 0.13, 0.04, 0.53, and 0.50 for relative humidity; and –0.18, –0.11, –0.45, and –0.33 for wind speed. A higher correlation with wind speed is obtained when wind speed leads by half a day. The heavily polluted and clean days, which are defined as the top and bottom 10% of the PM values, show obvious differences in the regional distribution of air temperature, pressure, and wind. Polluted days correspond to higher air temperature in all the four seasons, lower sea level pressure and anomalous southerly winds to the south and east of Beijing in spring, fall, and winter, and a northwest–southeast contrast in the pressure anomaly and anomalous southerly winds in summer. Higher relative humidity is observed on polluted days in fall and winter. The polluted days are preceded by an anomalous cyclone moving from the northwest, accompanied by lower pressure and higher air temperature, in all four seasons. This feature indicates the impacts of moving weather systems on local meteorological conditions for day-to-day air quality changes in Beijing.     

西风与季风在青藏高原的耦合模态及其季节性变化特征

青藏高原是我国的水塔,西风与季风及其相互作用是导致亚洲天气和气候变化最重要的环流系统。本文基于1981～2020年大气再分析资料,采用经验正交函数分解方法（Empirical Orthogonal Function,EOF）提取了西风与季风季节循环分量在青藏高原的耦合模态,并对其季节变化特征进行分析。研究发现,第一主模态方差贡献率高达78.39%,主要反映的是东亚季风、南亚季风和对流层高层中纬度西风的季节循环特征及各个季节的年际变化特征。夏季在对流层高层高原及其南侧主要为东风气流,范围从北纬5°至35°,对流层低层则表现为典型的绕高原气旋式季风环流系统,热带和副热带地区为西南季风控制,冬季的环流结构刚好相反。耦合模态的冬、夏季节转换节点与东亚季风和南亚季风的季节转换时间基本一致。从年际变化的角度来看,各个季节耦合模态的强度偏强时,东亚季风和南亚季风均偏强,西风带位置偏北;反之,季风偏弱,西风带位置偏南。厄尔尼诺—南方涛动（El Ni?o–Southern Oscillation,ENSO）是影响西风与季风耦合模态年际变化的关键外强迫,拉尼娜（La Ni?a）事件发生的前夏、前秋和次年夏季耦合模态的强度均增强,冬季至次年春季耦合模态的强度均减弱。西风与季风耦合的第二主模态主要表现为对流层高层高原上的东风及其南侧西风,以及低层南亚季风区的西南季风和西北太平洋反气旋的协同变化特征。该模态的方差贡献率为4.68%,表现出明显年际差异的同时还呈现显著减弱的长期趋势,尤其是在冬季。     

陕西夏季旱涝的主要环流特征

利用1961—2008年NCEP／NCAR再分析资料以及陕西地面月降水资料,采用EOF分解、合成分析等方法,分析了陕西夏季旱涝的时空分布特征以及前期气候系统的异常信号特征。结果表明：陕西夏季多雨年乌拉尔山高压脊和鄂霍次克海高压偏强,贝加尔湖低槽偏深,西太平洋副热带高压偏强,西伸脊点偏西。并且前期冬季中高纬度中亚长波脊偏强偏西,西太平洋副热带高压偏强,印缅槽偏弱,700hPa西北地区东部至华北偏北风异常偏强,赤道东太平洋出现暖水位相,西风漂流区海温偏低,印度洋海温偏高,陕西夏季易多雨;而陕西夏季少雨年西太平洋副热带高压偏弱,西伸脊点偏东,陕西主要受中亚高脊前西北气流控制。前期冬季中高纬度欧洲西北部低槽偏强,中亚长波脊偏弱,西太平洋副热带高压偏弱,印缅槽偏强,700hPa西北地区东部至华北偏南风异常偏强,赤道东太平洋出现冷水位相,西风漂流区海温偏高,印度洋海温偏低,陕西夏季易少雨。     

东亚太平洋地区近地面臭氧的季节和年际变化特征及其与东亚季风的关系

利用东亚清洁背景站近地面臭氧观测资料,结合风场和降水资料,分析东亚各地区臭氧的多年季节变化特征,并探讨东亚太平洋地区臭氧的季节和年际变化与季风的关系以及影响近地层臭氧的主要因子。结果表明：东亚大部分地区与北半球背景站观测一致,近地层臭氧季节变化表现为春季最高、夏季最低的特征;但在东亚中纬度33～43°N,臭氧表现为夏季最高,而在东亚20°N以南地区臭氧则表现为冬末、春初最高。东亚太平洋沿岸近地面臭氧的季节变化主要受东亚冬、夏季风环流的季节变化控制。该地区不同纬度上春季峰值出现时间的差异与亚洲大陆春季不同时期污染物输送路径的差异有关。对东亚太平洋沿岸对流层顶附近位势涡度、高空急流和垂直环流季节变化的分析表明,冬春季可能是平流层向对流层输送的最强期,对近地面臭氧贡献最大。初夏至秋季（5-11月）,平流层向对流层输送较弱,对近地面臭氧贡献较小。东亚太平洋地区夏季风爆发的时间和强度以及季风环流型的年际差异是导致该地区春、夏季臭氧年际变化的主要原因;而季风降水和云带位置以及平流层一对流层交换是造成臭氧年际变化的其他原因。     

中国区域探空资料与再分析资料风速场的对比分析

利用中国高空探空资料和NCEP/NCAR、ERA以及MERRA三种再分析资料,讨论了再分析资料风速场在中国区域的适用性问题。结果表明:在中国区域的年平均场上,高空风速在我国对流层高层和中层均存在长期减弱的趋势,在我国东部和南部地区的对流层低层也存在减弱趋势,ERA-interim资料和MERRA资料适用性相对较好。再分析资料风速在多年年平均场上普遍小于探空风速。在对流层高层,1980年代至1990年代ERA-interim资料适用性好,而21世纪以后,NCEP/NCAR的适用性较好;在对流层中层和低层,NCEP/NCAR资料适用性较好。在中国区域的季节平均场上,高空风速在冬季的对流层高层和中层中普遍存在增加的趋势,而在春季、夏季和秋季的对流层高层和中层存在减小的趋势。探空资料与再分析资料在冬季偏差最小,在夏季偏差最大。在对流层中层和低层,NCEP/NCAR资料和MERRA资料在冬季的可信度相对较好,MERRA资料在夏季的可信度相对较好;在对流层高层和平流层低层,ERA-interim资料和MERRA资料在四季中的可信度都相对较好。     

三江源地区春夏季降水与太平洋海温的关系

从预测三江源地区春季、夏季降水趋势的需要出发,利用聚类分析法将三江源地区春、夏季降水场分为3个区域。通过对3个区春、夏季降水指数与前期太平洋海温相关普查,定义了与3个区春、夏季降水指数相关的海温分布型指数。冬季西太平洋海温偏低(偏高),赤道中、东部太平洋海温偏高(偏低)的海温分布型造成三江源1区、3区春季降水减少(增加);冬季赤道太平洋中部、加利福尼亚海域海温偏高(偏低)的海温分布型造成2区、3区夏季降水减少(增加)。对冬季太平洋海温分布型与后期春、夏季500 hPa北半球高度场的相关分析结果表明:当冬季西太平洋海温综合指数高(低)时,春季高度场印度高压、中西伯利亚槽及阿留申低槽加强(减弱),三江源地区春季降水偏少(偏多);而当冬季太平洋中部、加利福尼亚海域海温综合指数高(低)时,夏季高度场伊朗高压、中西伯利亚高脊加强(减弱)及西太平洋副高位置偏南(偏北),夏季降水偏少(偏多)。     

利用COSMIC掩星资料分析青藏高原地区对流层顶季节变化特征

根据WMO(1957)对流层高度的判别方法,利用2007—2013年COSMIC掩星资料计算了对流层高度,并用无线电探空资料对结果进行检验,分析了青藏高原地区对流层顶季节变化特征.结果表明,COSMIC掩星资料和无线电探空资料判定的对流层高度具有很高的线性相关关系,相关系数高达0.976,平均值偏差为0.448 km,...