球面斜压大气中上传行星波与纬向平均气流的相互作用

本文指出在球面斜压大气中的行星尺度扰动与纬向平均气流相互作用中必须考虑非地转风分量对位涡度南北方向输送的作用,从而证明了球面大气中行星尺度运动的波作用守恒,并求得球面大气中的行星尺度扰动与纬向平均气流相互作用的欧拉平均运动方程组。 本义利用1979年2月的实际天气观测资料分析了北半球一次对流层阻塞形势建立与平流层爆发性增温过程的行星波与纬向平均气流的相互作用。从分析结果可以看到:由于行星波向上传播,使得在高纬度对流层中、上层出现行星波的波作用通量(也称E-P通量)辐合,使得西风气流减速,因而在高纬度对流层中、上层形成阻塞形势。并且,随着行星波的继续向上传播,使得平流层下、中层的基本气流相继减速并出现东风,因而在平流层下、中层出现爆发性增温。然而,由于高纬度对流层低层出现东风,行星波不能往上传播,在上层波的E-P通量矢量变成辐散,气流由东风又变成西风。     

青藏高原上空大气低频波的振荡及其经向传播

本文得出的初步结论是:在青藏高原所在的经度范围内,从低纬到高纬的各纬带上,大气低频波存在30—40天的周期振荡现象.500 hPa等压面上,青藏高原地区生成的气旋、反气旋切变可以向南、向北传播到低纬、高纬地区.200 hPa等压面上,中纬度地区生成的气旋、反气旋切变也可以向南、向北传播到低纬、高纬地区.对流层中层,青藏高原是大气低频波振荡源地,可能与青藏高原的热力、动力作用有关;对流层上层中纬度地区是大气低频波的振荡源地,可能是西风急流的作用. 由于大气低频波的振荡和传播与低值系统有关,与急流相联系,因而具有现实的预报意义.     

2008年初瞬变涡在中高纬阻高异常中的作用分析

2008年1月中旬到2月上旬,我国南方地区发生了历史罕见的、大范围的严重冰冻雨雪天气,中高纬大气环流异常尤其是乌拉尔阻塞高压(下称乌阻)异常发展、维持是非常重要的原因之一。为了探究中高纬阻塞高压(阻高)稳定维持的内在物理机制,以2008年初中高纬的一次阻塞过程为例,利用NCEP逐日再分析资料,从瞬变涡对平均经向、纬向气流的强迫作用、瞬变涡的动量输送以及瞬变涡的热量输送等方面分析和讨论了瞬变涡在中高纬阻高发展维持过程中所起的作用。结果表明,瞬变涡通过对平均流的强迫作用来加强阻高周围的反气旋气流。阻高区域内纬向气流的平均动能不断地转化成瞬变涡动能,而阻高北侧西风气流区域内瞬变涡动能则不断地向纬向气流的平均动能转化,这使得西风急流得以维持,有利于阻高的维持和发展。阻高区域内具有较强的瞬变涡热量输送,使得该区域内的温度梯度强度减弱,这在一定程度上又导致了平均西风气流的减弱,有利于阻高的发展和维持。     

瞬变波活动与江淮地区夏季旱涝的关系

利用1951-2000年中国160站逐月降水量资料划分了江淮地区夏季旱涝年。通过对旱涝年500hPa高度距平场的合成分析发现：多雨年鄂霍茨克海阻塞高压稳定维持，少雨年鄂霍茨克海附近的高压脊减弱。为了了解江淮地区旱涝年500hPa中高纬环流形势异常的原因，计算了Eliassen-Palm通量，结果表明多雨年瞬变波对平均气流的强迫作用使经、纬向风异常分布有利于鄂霍茨克海阻塞形势的维持，冷空气向南输送增强，江淮地区降水偏多；少雨年瞬变波对平均气流的强迫作用使鄂霍茨克海高压脊减弱，冷空气向南输送减弱，江淮地区降水偏少。     

西风角动量输送的气候特征及其与急流关系研究

利用1958～1997年NCEP/NCAR一日四次的风场再分析资料,系统地分析了季节平均西风角动量（即u角动量）经向、垂直输送通量及其三个分量（平均经圈环流、定常波、瞬变涡输送通量）的气候特征,特别是讨论了12～2月、6～8月它们与东、西风带、副热带西风急流、极夜急流之间的联系。结果表明:（1）包含纬度因子的角动量通量与动量通量在高纬地区存在显著差别,高纬对流层上部的强动量输送中心在角动量通量中不明显。而u角动量强经向输送主要在中低纬对流层顶附近和冬半球高纬平流层顶附近,副热带西风急流和极夜西风急流均位于u角动量强向极输送中心及其高纬一侧的辐合区中。（2）发现三个输送分量对急流维持的作用随纬度、季节不同。北半球冬季（夏季）的副热带西风急流主要由平均经圈环流（强度相当的定常波和瞬变涡）强经向输送及辐合维持;南半球西风急流全年均由平均经圈环流和瞬变涡旋输送及辐合维持;冬半球中平流层极夜急流主要由定常波、瞬变涡旋输送及其辐合共同维持。（3）热带东风区是牵连角动量（即Ω角动量）的高值区,它主要由平均经圈环流向对流层上部输送;冬半球副热带及中纬西风区存在u角动量垂直输送的切变区,它主要由平均经圈环流和瞬变涡旋完成;热带对流层顶附近有u角动量的定常波弱向下输送。     

东亚副热带西风急流季节变化特征及其热力影响机制探讨

利用1961—2000年NCEP/NCAR月平均再分析资料对东亚副热带西风急流强度和位置的季节变化进行了分析,指出急流位置季节变化不仅有明显的南北向移动,6—7月还存在东西方向的突变特征,同时急流轴在北进过程中具有东西向的不一致性,急流中心强度的变化超前于位置的南北移动。在此基础上,采用动态追随急流中心移动的方法,探讨东亚副热带西风急流季节变化的热力影响机制,发现东亚副热带西风急流强度变化及位置移动与对流层中上层气温南北差异的分布结构有很好的对应关系,这说明急流的季节演变是对辐射季节变化及由于东亚特殊的海陆分布和青藏高原大地形影响而造成纬向不均匀加热的响应。从各热量输送项与急流的关系来看,从冬半年到夏半年的增暖时段,急流中心南北温差减小,急流减弱北进;从夏半年到冬半年的降温时段,急流中心南北温差增大,急流加强南退。热量平流输送的经向差异是造成急流中心南北温差的主要原因,急流跟随热量平流输送最大经向梯度中心位置南北移动。非绝热加热对急流中心的东西移动有引导作用,青藏高原春夏季对对流层中上层强大的加热作用是导致6—7月急流中心位置西移突变的原因。     

冬季亚洲—太平洋地区低频（30—60天）偶极子和低频涡旋活动…

根据１９８４－８５年冬季欧洲中期预报中心的格点资料，采用带通滤波（３０－６０天）和合成分析方法研究了东亚西风急流的入口区和出口区的低频偶极子结构和亚太地区的低频涡旋活动特征。发现纬向风偶极子的低频循环伴随着东亚西风急流中心的东西摆动，在急流入口区的低频经圈环流对于纬向风振荡有重要作用。从乌拉尔经中亚到东亚到东亚存在一个西北－东南向的波列，源自乌拉尔地区的低频涡旋先是向南然后向东移动导致波列位相的转     

时变涡动输送和阻高形成──1980年夏中国的持续异常天气

１９８０年６至８月发生在中国的持续时间长、强度大的南方低温洪涝及北方高温干旱天气与中高纬地区阻塞高压在东北亚持续发展维持有关。本文研究了时变天气系统的输送过程在强迫阻高形成中的作用。结果表明，源于欧洲强斜压带上的天气尺度扰动在东传过程中出现动能转化。这种转化满足双向法则：在向小尺度系统转化的同时，还向时间平均西风急流及大尺度的阻塞系统输送能量。位涡分析也表明，天气尺度系统维持着急流轴南侧的反气旋式平均位涡和北侧的气旋式平均位涡，并在急流分流区下游激发出高纬强烈的反气旋性涡度增长和相应的正变高。研究表明，这种波流相互作用激发阻高增长的过程比著名的１９７６年夏西欧阻高的发展还强烈得多。因此，在研究中国北方的持续异常天气形势时，除了注意热带、副热带系统的动态外，还必须注意欧洲及西亚地区强斜压带的发展及其上天气尺度系统的传播和输送特征。     

2003年淮河大水期间亚洲北部阻塞高压的形成特征

利用观测资料和NCEP再分析资料分析2003年淮河大水期间亚洲北部阻塞高压的形成维持机制, 结果表明, 2003年淮河梅汛期亚洲中高纬地区阻塞高压的异常活动中, 波流作用十分显著。6月上旬, 阻高建立前期和维持过程中, 上游地区天气尺度波动活跃, 欧洲斜压区不断有瞬变动能生成, 并在阻塞区向阻高平均流转化。从瞬变涡动的作用来看, 上游传播而来的瞬变波不断将较低纬度的低位涡空气向阻塞区输送, 有利于阻塞高压的建立维持; 平均流则使位涡呈相反形势发展, 引导阻塞高压向东频散, 削弱了扰动位涡输送的作用, 对阻高的维持起到耗散作用。阻高建立前, 瞬变涡位涡输送作用强于平均流位涡平流, 造成阻塞区位涡降低, 有利于阻高生成; 阻高维持期间, 瞬变涡位涡输送与平均流位涡平流输送量相当; 6月25～30日, 阻塞高压明显西退, 该阶段瞬变涡动明显强于平均耗散作用, 引导低位涡场向西移动。研究表明, 大气内部的波波作用对阻高的建立维持也十分重要。1波与5波在一定范围内的共同作用可能是阻高建立维持的决定因素, 而天气尺度波动扰动则对阻塞高压的建立、 维持和崩溃起到重要的作用。波波作用表明, 2003年6月份阻塞高压建立、 维持时, 尺度较长的波一般从平均动能得到扰动动能的转化, 尤其5波, 斜压能的转换不但是其能量的来源, 同时非线性作用也使得尺度更小或更长的波向其提供能量; 阻高衰退时, 5波则通过非线性作用向其他波动输送能量, 同时也存在斜压耗散, 能量逐渐失去。     

北半球冬季副热带高压带维持的涡度机制

本文利用涡度平衡方程讨论北半球冬季副热带高压的维持,计算发现,30°N副热带高压带地区,大型扰动所造成的涡度输送的辐散是维持这地区反气旋涡度的主要因子,这种辐散作用所造成的反气旋涡度主要发生在对流层上层,平均经圈环流对地转祸度的输送可以把它引导到对流层下层来。此外,我们还根据涡度输送的计算,讨论了西风急流的维持。向北的扰动涡度输送在45°N上空达极大值,因此它对中纬度西风和纬向平均急流的维持起着重要作用。但30°N上空,扰动的涡度输送为零,而平均经圈环流对地转涡度和相对涡度的输送都比较大,因此,可以认为副热带急流是在平均经圈环流作用下维持的。     

变形的经向环流变化方程及其在诊断阻塞高压形成中的应用

本文推导出可以用来讨论大尺度扰动强迫对平均经圈环流作用的变形平均经圈环流变化方程，并利用此方程对北半球冬季4次阻塞高压的形成进行了诊断分析。分析结果表明:由于波动对经圈环流的强迫作用，使高压脊的西部南风加强，而东部北风加强，从而有利于阻塞高压的形成。文中还分别分析了瞬变波及其低频瞬变波部分在阻塞高压形成中对经圈环流的强迫作用，并讨论了低频瞬变波强迫在太平洋和大西洋地区阻塞高压形成的地域差别。     

山东大风天气的低频特征及机理分析

利用山东省122个国家级地面气象观测站的风速数据与欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的ERA- Interim再分析数据,采用小波分析、带通滤波等方法对2015年9月—2020年9月山东的大风天气及相应的低频大气环流形势进行分析。结果表明,近几年山东的大风天气有増加的趋势,春季大风发生频次最多,秋季最少;山东半岛东部大风频次最多,鲁南地区最少;全年只有7月偏南大风站次较偏北大风多,其余月份多以偏北大风为主。山东大风具有显著的11~13 d与20~23 d的低频振荡周期。其中,春季大风以11~13 d的振荡周期为主,秋、冬季以20~23 d的振荡周期为主,夏季大风的振荡周期不明显。振荡周期的演变与大范围的大风过程有对应关系,大范围的大风过程大致发生在振荡的波峰处。春季偏北大风盛行时,多伴有经向风自北向南的传播。秋季大约以35°N为界,对流层中高层在35°N以北,经向风自南向北传播,35°N以南,则是自北向南传播,对流层中低层反之。山东春季大风产生之前,乌拉尔山东侧低频气旋与黄海上空低频反气旋同时出现并东移,之后衍生出华北低频反气旋与渤海低频气旋,这两个系统的加强促使华北上空偏北风加大,为山东大风的产生提供了可能。同时,华北地区经向风正距平逐渐被负距平所代替,是山东大风天气产生的又一先兆。     

2010年夏季欧亚异常阻高演变过程及对天气气候的影响

2010年6—8月,北半球存在欧亚遥相关,异常最早出现在北大西洋高空急流出口区,为负扰动,扰动沿遥相关波列向下游传播,造成莫斯科地区的高温热浪以及巴基斯坦与中国西北和东北部的暴雨洪涝。遥相关分析表明,急流出口区的负扰动首先引起俄罗斯西部的正扰动,阻塞高压发展,造成持续高温干旱;之后引起西亚北部的负扰动,造成冷空气频繁南下,与北上和西进的印度季风交汇在巴基斯坦北部,造成极严重的洪涝;8月初扰动沿高空急流继续向下游传播,在我国西北、东北以及朝鲜半岛造成洪涝,甘肃舟曲突发性大暴雨和泥石流以及松花江暴雨就发生在这个时期。由于2010年夏季整个欧亚地区经向型环流异常发展,高空急流经向分量很大,这导致高、低纬冷暖空气在不同地区持续相互作用,不仅使阻塞高压在中高纬俄罗斯西部异常发展、强大和持续,而且使低纬巴基斯坦发生严重洪涝,以及我国中纬度地区的强烈暴雨。季风活动在引发上述暴雨洪涝起着十分关键的作用,分别表现为来自低纬阿拉伯海和孟加拉湾的两支暖湿气流与沿着阻高东侧南下的冷空气在巴基斯坦北部上空交汇;来自印度洋、太平洋的暖湿气流和中纬度西风带的水汽在我国东北以及朝鲜半岛上空交汇。     

南海夏季风爆发早晚的经向环流异常的机理研究

南海夏季风爆发与东亚地区的局地经向环流密切相关.本文利用线性局地经向环流诊断模式,定量诊断分析了1979~2003年5月1~15日的局地经向环流及其在夏季风爆发早晚年的差异,分析找出了在该关键时段对经向环流异常有正贡献的主要因子,从而确立影响季风爆发的相应天气过程及贡献机制.结果表明,在季风爆发早年期间,局地经向环流异常呈现为"Hadley环流"形态:上升运动(下沉运动)影响南海中北部(江淮地区),低空非地转南风(北风)影响南海中南部(华南和江南地区).季风爆发晚年的情况则与季风爆发早年相反.对造成经向环流异常的各个因子进行定量分析发现,经向分布不均匀的潜热加热的贡献作用最大,其次是温度平流和西风动量输送过程,与越赤道气流有关的边界效应则对南海中南部的低空南风有一定贡献.相应的天气学分析表明,季风爆发偏早年的副热带高空急流强度偏强且位置偏南,其动量输送过程导致对流层上层出现非地转南风、急流轴南侧(北侧)的华南(华北)地区出现高空辐散(辐合)和低层辐合上升(辐散下沉).与此同时,中纬度西风带扰动的南下和副热带高压脊从南海地区的撤出,中低层温度平流导致华中地区冷却和南海中北部增暖,进一步加强低纬地区上升、中纬地区下沉的经向环流异常.华南地区异常的非地转北风与南海中南部异常的非地转南风,显著加强了南海中北部的低空水汽辐合和对流潜热释放,从而激发出强烈上升运动.由此可见,中低纬天气系统配置能有效调节中国东部及南海地区的潜热加热和冷暖平流的南北分布,从而引起与季风爆发对应的局地经向环流的显著变化.     

STUDY ON THE VARIATION IN THE CONFIGURATION OF SUBTROPICAL ANTICYCLONE AND ITS MECHANISM DURING SEASONAL TRANSITION-PART Ⅲ:THERMODYNAMIC DIAGNOSES

The mechanisms for the variation in the configuration of subtropical anticyclone during seasonal transition are explored from energy budget using the NCEP/NCAR reanalysis data.Based on the seasonal variations of temperature and heating fields,it is found that the significant diabatic heating associated with spring precipitation over southern China has impacts on subsequent Asian seasonal transition.The reversal of meridional temperature gradient in the vicinity of the WEB (westerly-easterly boundary) in the middle and upper troposphere also depends on the latitudinal position where temperature ridge locates.The northward shift of the warm temperature ridge results from the fact that the local temperature increase to the north of the WEB is more than that in its vicinity.The diagnostic results through thermodynamic equation show that physical mechanism responsible for seasonal transition is different from area to area over the Asian monsoon region.The dominant factors responsible for northward shift of the Bay of Bengal warm ridge are the meridional temperature in initial stages of the onset and the descending motion after the onset. The factors for causing the northward jump of the South China Sea warm ridge involve the zonal temperature advection,meridional temperature advection,and diabatic heating associated with the southern China spring rainfall.The subsidence is the factor leading to the northward migration of the South Asia warm ridge.     

越赤道气流准双周振荡对西北太平洋台风路径的调制作用

利用美国联合台风预警中心（Joint Typhoon Warning Center,JTWC）热带气旋（tropicalcy—clone,TC）数据、NCEP／NCAR再分析风场资料,研究了越赤道气流准双周振荡对西北太平洋台风路径的调制作用。将西北太平洋台风路径划分为：西行路径、西北行路径、转向登陆中国路径、转向中日之间路径、转向登陆日本路径、转向日本以东路径和140°E以东路径。利用超前滞后回归方法,合成分析了6—10月不同路径台风对应的越赤道气流准双周振荡的低频环流演变过程。结果表明,925hPa越赤道气流及与其相联系的经向风存在明显10～20d准双周振荡现象,且对西北太平洋台风路径预报具有一定的指示作用。在西太平洋赤道地区,低频越赤道气流强度、演变特征影响着西北太平洋低频气旋的位置和移动方向,调节风场强辐合带与季风槽的位置与强度,继而对台风生成位置、移动路径产生重要的影响。初步认为,强向北低频越赤道气流分量有利于北侧低频气旋加强和向北传播,继而使得强辐合带、季风槽位置偏北,台风易于在此区域生成且沿着强辐合带位置移动。而弱向北低频分量或向南低频分量则不利于台风转向移动。     

谱模式SAMIL对南亚季风区大气季节内振荡向北传播的模拟

基于与NCEP资料结果的比较,研究了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的大气环流模式SAMIL对夏季南亚季风区季节内振荡（ISO）向北传播特征的模拟,并结合目前对ISO北传机制的理解对模拟结果进行了分析讨论。SAMIL在夏季南亚地区模拟出相当强度的季节内振荡的活动,并且模拟的ISO也表现出与NCEP资料相似的从赤道向北传播的特征,但传播的速度要慢于NCEP资料的结果。模拟的北传ISO具有与NCEP资料相似的结构特征,涡度和水汽场明显的呈经向不对称,涡度和水汽的正异常位于ISO对流的北面,最大的上升运动和最强的行星边界层辐合也位于ISO对流的北面。ISO 结构的经向不对称性正是模式模拟的ISO具有向北传播特征的原因;而模式对夏季南亚季风区高低层风场和行星边界层水汽的合理模拟起了关键的作用。同时,根据关于ISO北传机理的已有研究,模式的结果也表明南亚地区夏季风场的垂直结构是那里ISO向北传播的重要机制。     

印度洋偶极子对中国南海夏季西南季风水汽输送的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料和中科院大气物理研究所PIAP3大气环流模式,分析了印度洋偶极子对夏季中国南海西南季风水汽输送的影响。结果表明,印度洋偶极子正位相期间夏季中国南海西南水汽输送较强,负位相期间则较弱。原因可归结为以下:正位相期间,MJO（Madden-Julian Oscillation）多活动于热带西印度洋,其向东传播受到阻碍,但经向传播明显,通常可传播至孟加拉湾地区,同时PIAP3显示印度洋季风槽位置偏北,且印尼以西过赤道气流较强,从而使得这一地区气旋性环流得到建立与加强。孟加拉湾地区对应着较强的对流活动以及深厚积云对流加热,从而通过对流加热的二级热力响应使西太平洋副热带高压位置向北推进,进而使得南海地区西南季风水汽输送得到建立与加强。在此期间孟加拉湾、中南半岛至南海地区对流活动较强,而苏门答腊沿岸对流活动受到抑制,由此增强了Reverse-Hadley环流,使低层经向风较强,进而增强了南海西南季风的水汽输送,PIAP3大气环流模式证实了Reverse-Hadley环流的增强。负位相期间,MJO多活动于热带东印度洋,在东传过程中受到Walker环流配置影响,在140°E赤道附近形成东西向非对称积云对流加热热源,其东侧Kelvin波响应加强了东风异常并配合副热带高压南缘东风压制了中国南海的西南季风水汽输送。在此期间,MJO在南海地区的经向传播较强,但经向传播常止步于南海地区15°N附近,虽携带大量水汽,但深厚积云对流强烈地消耗水汽使大气中水汽含量降低,PIAP3大气环流模式证实负位相期间深厚积云对流对水汽消耗加大,从而使得负位相期间南海地区水汽含量与正位相期间大体相近,但由于经向风不足使水汽向北输送较弱。     

Teleconnection between Sea Ice in the Barents Sea in June and the Silk Road,Pacific–Japan and East Asian Rainfall Patterns in August

In contrast to previous studies that have tended to focus on the influence of the total Arctic sea-ice cover on the East Asian summer tripole rainfall pattern, the present study identifies the Barents Sea as the key region where the June sea-ice variability exerts the most significant impacts on the East Asian August tripole rainfall pattern, and explores the teleconnection mechanisms involved. The results reveal that a reduction in June sea ice excites anomalous upward air motion due to strong near-surface thermal forcing, which further triggers a meridional overturning wave-like pattern extending to midlatitudes.Anomalous downward motion therefore forms over the Caspian Sea, which in turn induces zonally oriented overturning circulation along the subtropical jet stream, exhibiting the east–west Rossby wave train known as the Silk Road pattern. It is suggested that the Bonin high, a subtropical anticyclone predominant near South Korea, shows a significant anomaly due to the eastward extension of the Silk Road pattern to East Asia. As a possible descending branch of the Hadley cell, the Bonin high anomaly ultimately triggers a meridional overturning, establishing the Pacific–Japan pattern. This in turn induces an anomalous anticyclone and cyclone pair over East Asia, and a tripole vertical convection anomaly meridionally oriented over East Asia. Consequently, a tripole rainfall anomaly pattern is observed over East Asia. Results from numerical experiments using version 5 of the Community Atmosphere Model support the interpretation of this chain of events.     

1998 SCSMEX期间亚洲30－60天低频振荡特征的分析

对１９９８年 ５－８月南海季风试验（ＳＣＳＭＥＸ）期间东亚地区 ８５０ ｈＰａ中低纬环流指数、东亚季风指数和长江中下游降水进行了Ｍｏｒｌｅｔ 小波分析,结果表明在此期间这些要素均有明显的３０－６０天周期低频振荡。在此基础上对 ５－８月每隔 ５天的 ８５０ ｈＰａ低频流场进行分析,结果表明：（１）１００°－１５０°Ｅ间东亚从中国东中部大陆经南海和西太平洋的南北半球中明显的存在一个以３０－６０天低频荡为特征的东亚季风低频环流系统,东亚季风活动主要受东亚季风系统中低频活动影响;（２）５月第５候南海热带季风爆发、６月中旬长江中下游人梅及产生大暴雨以及７月中旬以后的该地区大暴雨均与低频气旋带在该地区活动有关,而８月长江上游大暴雨则与低频反气旋伸人到大陆有关;（３）ＳＣＳＭＥＸ期间东亚低频振荡系统的源地有二个,即南海赤道和北半球中太平洋中高纬。南海低频系统向北传播,而中高纬低频系统自东北向西南传播为主。长江中下游６、７月二次大暴雨均与上述二个低频气旋系统自热带向北和中高纬向西南传播并于长江中下游汇合有关;（４）５－８月间东亚季风系统中有二次低频气旋带和二次低频反气旋带活动,这些低频环流系统的活动与印度季风低频环流系统活动并无明