3种再分析资料基本统计量比较

为了评估中国气象部门整理的资料的特色和应用价值,使用统计方法检验了中国资料和NCEP/NCAR、ECMWF再分析资料7月100 hPa、500 hPa位势高度场和1月海平面气压场的气候均值和年际方差的差异显著性,并比较了1月和7月北半球主要大气活动中心面积、强度指数的年际变化差异和相关程度。结果表明：1）ECMWF再分析资料7月100 hPa、500 hPa位势高度场的气候均值都显著小于中国资料,且其历年值分别小于1 660、588 dagpm,与中国资料相比不适合用于研究南亚高压、副热带高压;2）中国资料是由单层等压面图上直接读数得到的,更接近实际观测值,更适宜于诊断单个等压面上的气压系统;3）3种资料冬季蒙古高压、阿留申低压的年际变化一致性要好于夏季南亚高压、副热带高压。     

太平洋副热带高压及南亚高压在NCEP/NCAR和ECMWF再分析资料中的对比研究

利用NCEP/NCAR和ECMWF 1961～2000年北半球逐月平均的500 hPa和100 hPa高度场再分析资料对影响我国天气、气候的重要系统--北半球西太平洋副热带高压以及南亚高压做了对比研究,发现两者在不同的再分析资料中虽然具有一定的相似性,但也存在着明显的区别.在1980年以前两者存在较大差异.NCEP/NCAR再分析资料分析出的副高明显偏弱,而其所反映的副高的变化在幅度和强度上均大于ECMWF再分析资料的结果.进一步分析发现,NCEP/NCAR再分析资料所得出的副高的年代际变化可能是不真实的.在1969年、1979～1991年间,NCEP/NCAR再分析资料中的南亚高压中心强度明显比ECMWF的强,特别是1992～1995年间,NCEP/NCAR再分析资料中的南亚高压中心强度更强且中心范围更大.此外,NCEP/NCAR再分析资料所反映的南亚高压的变化在幅度和强度上也都大于ECMWF再分析资料的结果.     

100hPa南亚高压位置特征与我国盛夏降水

本文使用1961—1988年的资料,分析了7—8月100hPa南亚高压东伸指数和脊线指数在不同配置下我国夏季降水分布的特征;着重分析了可能影响南亚高压东伸指数和脊线指数异常的因子及其对厄尔尼诺事件的响应。通过对南亚高压东伸指数和脊线指数的预报确定7—8月南亚高压的特征型,从而进一步估计我国盛夏降水的分布。     

多套大气再分析资料的南亚高压强度变化特征及其与海表温度异常关系的比较分析

以往的研究中多采用NCE/NCAR再分析资料来讨论南亚高压的变化特征及其与海表温度的关系,鉴于其分析结果具有一定的片面性,本文采用ERA40、ERA—Interim、NCEWNCAR、NCEP—DOE和JRA．25五套再分析资料,以及应用全球、热带印度洋和热带大西洋1978--2008年逐月观测海表温度分别驱动NCARCAM5．1全球大气环流模式的数值模拟结果,比较了它们的夏季南亚高压强度变化特征及其与海表温度的关系。再分析资料问的比较结果表明,NCEWNCAR、NCEP—DOE两套再分析资料与ERA40、ERA—Interim、JRA-25三套再分析资料的南亚高压强度变化在20世纪70年代末至90年代初存在非常明显的差异,前两套再分析资料揭示的该时段南亚高压强度显著偏高,可能是不真实的,进而导致南亚高压强度与海表温度异常的关系与后三套再分析资料的结果差异明显。ERA40、ERA—Interim和JRA-25三套再分析资料和数值试验结果均表明,20世纪70年代末以后,夏季南亚高压强度异常与前期冬季、春季及同期夏季的热带印度洋海表温度异常关系持续密切,表明热带印度洋是影响夏季南亚高压强度变化的关键海区。当热带印度洋偏暖时,热带地区对流层温度增暖,南亚高压强度增强、面积增大、南扩、东伸西展,反之亦然。     

100hPa高压环流和东风气流的季节、年际和年代际变化

利用NCEP／NCAR再分析资料，分析了中低纬地区100hPa高压环流和东风气流的季节、年际和年代际变化，并与南亚高压的相应变化进行对比分析。结果表明，100hPa高压环流中心有明显的季节分布特征，其中心经度的主频区与100hPa南亚高压中心经度的主频区位置较为一致。南亚高压和东风气流的部分特征参数有明显的年际和年代际变化。南亚高压参数有明显的10年和大于20年的振荡周期。东风气流的面积有2～5年的振荡周期，其强度则有4年和15年的振荡周期。     

梅汛期100hPa南亚高压特征与江苏梅雨关系研究

通过2002～2005年南亚高压特征指数、高空槽变化过程分析,讨论了南压高压对江苏梅雨期和主要降水落区的影响.并结合近15年南亚高压特征指数,探讨了不同梅雨年型的特征指数区域分布关系.同时利用2002～2005年45年NCEP 100 hPa高度场资料,分析了不同梅雨年型高空环流形势差异.得出:(1) 南亚高压特征指数变化和西风槽移动与江苏梅期(入梅、出梅、梅期、梅雨量和落区)特征有密切关系.(2) 梅雨期100 hPa南亚高压的平均特征对梅期特征和梅雨年型有很好的对应关系.6～7月和梅雨期间南亚高压脊线和东伸指数平均值对梅雨强度指数具有一定的预报指示意义.     

夏季北半球极涡与南亚高压东西振荡的关系

利用合成分析、交叉谱和Morlet小波分析,讨论了夏季100 hPa极涡面积指数与南亚高压东西振荡间的关系。结果表明:极涡与南亚高压东伸指数之间存在显著的反相关关系,当极涡面积扩张时,南亚高压易偏西;当极涡面积收缩时,南亚高压则易东伸。交叉谱的结果也表明:二者在不同波数上,也具有显著关系,在7.5年及3年周期振动上,二者位相相差较小。同时,在南亚高压异常偏东及偏西年份,高度场、流场、温度场均有不同的配置形式,这在一定程度上反映了南亚高压偏东及偏西年不同的环流特征。     

南亚高压的年际和年代际变化

利用1958～1998年NCEP/NCAR再分析月平均100 hPa高度场和风场资料， 依据大气环流观测事实及天气学原理，较客观地定义了描述南亚高压活动的特征参数， 然后对南亚高压的年际及年代际变化特征进行了系统的诊断分析。发现北半球中低纬 100 hPa环流异常具有空间整体性和时间持续性，即北半球中低纬100 hPa环流同时加 强或同时减弱，并且其整体异常具有明显的年代际变化。南亚高压面积和强度的变化 存在3.8年的振荡周期，与ENSO的循环周期一致。南亚高压的中心和脊线在夏季较为稳 定，较大的年际差异出现在春季。高压面积和强度的年际变化最明显，并且面积大、 强度强的年份往往与El Niao年相对应。南亚高压的位置和强度还存 在明显的年代际变化，自1978年以后，冬半年南亚高压脊线南移，中心东移，面积增大， 强度增强，夏半年南亚高压的位置变化不很明显，但是面积和强度也增大增强。这种年代 际异常与低层大气系统及赤道太平洋海温的年代际异常一致。南亚高压强度距平与热带 海洋SSTA密切相关，与印度洋海区的同期相关最好。南亚高压强度异常对印度洋SSTA的 响应时间为0～5个月，对赤道中东太平洋SSTA的响应时间为4～6个月。南亚高压明显的 年际和年代际变化特征表明，可将南亚高压看作气候系统中大气子系统异常的强信号， 通过分析南亚高压的年际及年代际异常可以更直接地研究和预测区域气候异常。     

西南地区夏季大气水汽含量及其与南亚高压关系

利用欧洲中期天气预报中心 (ECMWF) 提供的ERA-interim高分辨率资料,借助经验正交函数 (EOF) 分解、距平合成和相关分析等方法,讨论1979—2014年我国西南地区夏季大气水汽含量的时空变化特征及其与南亚高压的关系。研究结果表明:我国西南地区夏季大气水汽含量空间分布形态主要有全区一致型、南北振荡型和东西振荡型。全区一致型 (EOF1) 能够反映西南地区夏季水汽含量的主要特征,西南地区夏季大气水汽含量具有明显的年际变化特征;西南地区夏季大气水汽含量与南亚高压强度指数、面积指数及东伸指数均存在非常显著的正相关关系;南亚高压的异常偏强,有利于南海地区水汽向西南地区输送,且在西南地区气流由低层向高层的上升运动显著增强,引起西南地区大气水汽含量的异常偏多。     

夏季南亚高压的气候变化特征及其对中国东部降水的影响

根据我国1961—2008年气温、降水量的地面观测资料,1971—2000年高空观测位势高度资料及NCEP再分析资料,研究了南亚高压的气候变化特征及其与东部夏季降水异常的相互关系。结果表明:(1)NCEP再分析资料的气温和位势高度与实际观测值在整个中国地区具有相同的变化特征,适用于中国地区气候年际变化特征的研究。(2)南亚高压具有明显的年际和年代际变化特征,南亚高压面积指数和东伸指数的气候变化特征几乎相同,对中国降水的影响作用也几乎一致。(3)根据奇异值分解和相关分析发现,当南亚高压面积指数偏大、位置偏南时,长江中下游降水量偏多;当南亚高压面积偏小、位置偏北时,长江中下游降水量则偏少。造成这种影响的物理机制是当南亚高压偏大、位置偏南时,中国南部及西太平洋洋面受反气旋环流异常的控制,有利于暖湿气流向长江流域输送,且长江中下游为一气流辐合区,造成该地区降水量偏多;当南亚高压偏小、位置偏北时,水汽输送条件较差,且长江中下游为一辐散区,不利于长江中下游降水量的产生。     

南亚高压特征参数与我国夏季降水的关系分析

利用1951—2008年NCEP/NCAR再分析资料,结合国家气象中心提供的台站降水资料,分析了近30年夏季南亚高压各特征指数年际和年代际变化及其与我国夏季降水异常的联系。结果表明,除脊线外南亚高压面积、强度、东脊点位置和中心位置都存在显著的年代际变化。偏相关显示,当南亚高压面积不变时,东脊点位置与高压强度之间不存在显著的偏相关性。夏季南亚高压东脊点位置与长江流域中游、江淮流域的夏季降水有显著的正相关,与华南夏季降水有着显著的负相关,较其他各指数而言,南亚高压东脊点位置指数与全国夏季降水相关性更好。滑动相关分析显示,南亚高压东脊点位置与我国江淮流域夏季降水的相关性存在明显的转折,由20世纪70年代以前的负相关转变为70年代以后的正相关。分析表明夏季南亚高压东脊点位置指数为研究和预测江淮地区的降水异常提供了一个有利的信号。     

热带大气ISO在几种再分析资料中的对比分析

利用NCEP/NCAR, NCEP/DOE和ERA40 3套再分析资料的逐日200 hPa纬向风数据,选取1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年3种不同气候态,对比分析了3种气候态下热带大气季节内振荡 (ISO) 的基本气候特征及其在不同再分析资料中的异同。研究表明:1981—2010年气候态下,热带大气ISO冬春强、夏秋弱的年循环特征更加明显,东传短波能量增强,起始北传时间偏晚。NCEP/NCAR与NCEP/DOE资料所表征的热带大气ISO在空间分布、强度和能量传播方面的一致性较好。NCEP/NCAR资料反映的热带大气ISO强度在热带印度洋和热带西太平洋地区较ERA40资料偏弱,在赤道东太平洋地区较ERA40资料偏强;ERA40资料反映的热带大气ISO强度在12月—次年3月中旬较NCEP/NCAR资料偏强,而在3月中旬—11月偏弱;ERA40资料反映的热带大气ISO振荡位相较NCEP/NCAR资料超前10 d左右;NCEP/NCAR资料反映的东传谱能量弱于ERA40资料,西传能量强于ERA40资料;7月中旬,NCEP/NCAR资料反映的东亚地区大气ISO经向北传较ERA40资料偏晚。     

南亚高压和西太平洋副热带高压的变化及其与降水的联系

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站月降水资料,分析了南亚高压与西太平洋副热带高压（下称西太副高）在不同时间尺度上的关系及对降水的影响。结果表明,南亚高压东伸指数存在3～6年、10～15年和20年以上的周期变化,西太副高西伸指数存在3～6年和20年以上的周期变化。其中在3～6年尺度和10～15年尺度上,南亚高...     

利用多种再分析资料对比分析青藏高原夏季大气水汽含量变化情况

利用ERA-Interim、MERRA和NCEP/NCAR三套再分析资料,分析1979~2014年夏季青藏高原大气水汽含量的时空变化特征,同时对比了各套资料异同点,结果表明:(1) ERA-Interim和MERRA资料均显示出夏季青藏高原大气水汽含量呈现显著的上升趋势,在1994~1995年前后发生明显突变,大气水汽含量由偏低时期向偏高时期转变;而NCEP/NCAR资料并没有出现类似的显著上升趋势和突变年份;ERA-Interim资料与MERRA资料的夏季青藏高原湿池指数之间的相关性明显强于NCEP/NCAR资料与它们任何一个之间的相关性。(2)夏季青藏高原大气水汽含量呈现出自高原东南边缘地区向西北部递减的分布形式。其中,MERRA与ERA-Interim资料显示的水汽含量分布更为相似,而NCEP/NCAR资料反映的水汽含量在高原中部往北递减不明显,湿度中心较为分散。(3)从空间分布上,MERRA与ERA-Interim资料显示青藏高原大部分地区夏季水汽含量均呈显著的增加趋势,而NCEP/NCAR资料仅在高原东北部小部分区域存在显著的增加趋势。(4)从夏季青藏高原大气水汽含量的年际变化特征分析来看,ERA-Interim和MERRA资料相对于NCEP/NCAR资料也更为接近。      

青藏高原夏季风对长江中下游气候的影响及与南亚高压的联系

应用1951～2011年NCEP/NCAR第一套逐月再分析资料和国家气候中心提供的全国160站逐月的降水和气温资料.通过相关分析得出该指数与长江中下游的夏季降水（温度）存在正（负）相关（均通过了95％的显著性检验）.高原夏季风存在明显的年际和年代际变化,1979年是其突变点.高原夏季风与副热带高压以及南亚高压的特征参数之间存在较好的相关性.高原夏季风偏强（弱）时,南亚高压出现青藏高原（伊朗高原）模态,强度减弱（增强）且东伸（西退）,副高增强（减弱）且西伸（东退）.南亚高压的各个特征参数都存在共同2～4年周期振荡,且高原夏季风与南亚高压主中心的经度（纬度）在3～5年（3～4年以及5～6年）上的显著关系最好.     

西太平洋副热带高压的年际变率及其与ENSO的相关性

利用NCEP资料定义了西太平洋副高的强度指数、脊线指数，并对这两种指数进行功率谱分析，且分别与Nino3指数作相关性分析，发现副高强度指数、脊线指数都存在年际尺度的变率，而且与Nino3指数在年际尺度上存在很好的相关性。在此基础上，对可能引起副高年际变率的机理作了尝试性探讨：在年际尺度上，副高脊线位置首先出现异常南移，同时副高强度减弱，副高南侧正的西风距平加强了赤道纬向西风；异常的西风使得暖水向东传播，约2个月后Nino3区海温异常升高并西传，其后约1个月中太平洋海表温度异常升高，中太平洋海水升温的同时加热大气，在。Hardly环流作用下，约3个月以后，副高开始增强。     

海表温度异常对南亚高压年代际变化影响的数值模拟

应用NCAR CAM3全球大气环流模式以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋—太平洋、热带印度洋及热带太平洋)的海表温度异常对夏季南压高压年代际变化的影响。结果表明,全球、热带、热带印度洋—太平洋和热带太平洋这些海域的海表温度异常都对南亚高压强度、面积、南界、西伸脊点和东伸脊点的1970s中后期年代际变化有重要影响:热带太平洋是关键海区,其海表温度第三模态(“三明治”式异常分布型)的变化与南亚高压的这些特征指数的年代际变化关系密切;热带印度洋的海表温度异常,主要是其第一模态(热带印度洋全区一致变化型)的变化与南亚高压强度、面积、南界和西伸脊点的年代际变化关系较密切,热带印度洋也是影响南亚高压年代际变化的关键海区;这两个关键海区的海表温度异常对南亚高压年代际变化影响的主要差异在于:热带太平洋海表温度异常能对南亚高压的东伸脊点的年代际变化有重要影响,而热带印度洋的海表温度异常对其影响小;热带太平洋和热带印度洋这两个海区的海表温度异常均可通过影响热带对流层大气温度的变化进而使南亚高压发生变化;热带外的海表温度异常对南亚高压的年代际变化影响小。     

5月南亚高压与云南地区夏季降水的关系

应用1961—2012年NCEP/NCAR月平均再分析资料和云南124个测站逐月降水资料,分析了5月南亚高压与云南夏季降水的关系,发现高压脊线位置与降水有显著的相关。利用滤波处理和合成分析方法,分析了5月南亚高压脊线位置变化及其异常与云南夏季降水异常的联系。结果表明:5月南亚高压脊线位置偏北(南)时,夏季云南降水偏多(少);5月南亚高压脊线位置和云南夏季降水都存在显著的年代际变化,去除年代际变化影响之后两者之间的年际变化相关较为显著。5月南亚高压脊线位置偏北年,夏季南亚高压强度偏弱、范围偏小,500 hPa上西太平洋副高东移南压、强度减弱。低层700 hPa上副高西伸加强、云南上空出现明显的风场辐合,反之亦然。5月脊线位置偏北年,夏季南海和西太平洋向云南输送水汽,而脊线偏南年没有明显的水汽来源。     

基于多套再分析数据的全球山脉力矩计算及比较分析

山脉力矩是地球与大气角动量交换的重要途径之一,为了深刻地理解全球的大气环流变化,比较了NCEP再分析数据、欧洲中心中尺度天气预报的ECMWF再分析数据和NASA的MERRA再分析数据计算的1979-2012年的全球山脉力矩的时、空分布及其年际变化。研究发现三套数据计算的山脉力矩空间分布基本一致,均显示北半球的青藏高原、落基山脉以及南半球的安第斯山脉是对全球山脉力矩贡献最大的三个区域。NCEP再分析数据计算的山脉力矩空间差异和多年变化标准差明显高于其他两套数据,其在纬向上的积分廓线与其他两套数据也差异较大,但是全球积分以后其平均值与标准差与其他两套数据基本一致,而且其在欧亚、南美和北美区域的积分与其他两套数据也没有明显差别,因此,NCEP再分析数据适用于大尺度的山脉力矩模拟。在研究空间尺度较小的山脉力矩变化时,建议优先考虑ECMWF和MERRA再分析数据。三套数据对北美地区山脉力矩计算的一致性较高,其次是欧亚地区,对南美区域山脉力矩计算的一致性则较差,表明北美地区气象数据质量要高于亚洲,南美洲气象数据质量较差。欧亚地球山脉力矩与大西洋-欧洲环流有很强的相关,北美山脉力矩与太平洋区极涡面积关系密切。