A Possible Cause for Different Diurnal Variations of Warm Season Rainfall as Shown in Station Observations and TRMM 3B42 Data over the Southeastern Tibetan Plateau

In this study,records from a 3-yr intensified observational experiment at eight stations along the hillside of Seqilashan over the southeastern Tibetan Plateau were analyzed and combined with records at 28 routine observation stations in the Chinese National Meteorological Station Network to investigate the influences of station location on the different diurnal rainfall variations between station records and Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) data products.The results indicate that the diurnal variation of warm season rainfall is closely related to location of stations.The prevailing nocturnal rainfall peak in observations at routine stations can be largely attributed to the relatively lower location of the stations,which are mostly situated in valleys.The records at Seqilashan stations on hillsides revealed an evident diurnal afternoon peak of warm season rainfall,similar to that indicated by TRMM data.The different diurnal phases between valley and hillside stations are closely related to the orographically induced regional circulations caused by the complex topography over the Tibetan Plateau.The results of this study indicate that the prevailing nocturnal rainfall associated with the relatively lower location of routine observation stations can partially explain the diurnal rainfall variations between observation station records and TRMM data.     

珠穆朗玛峰北坡局地环流日变化的观测研究

青藏高原地-气间的物质/能量交换是高原与全球大气系统相联系的重要纽带.陡峭的地形和强烈的地表差异在高原山区形成特殊的局地大气环流系统,在地气交换中起着重要作用.为研究珠峰北坡的局地环流系统,于2006年5～6月间在珠峰北坡绒布河谷实施强化观测实验HEST2006,对该地区的局地环流以及辐射和热力状况进行观测,分析了该地区局地环流的日变化过程,包括:(1)地面风场的分布和变化;(2)风场垂直结构;(3)垂直运动及可能的驱动机制.研究表明,该地区局地大气环流是由地形与地表状态调整的大气辐射加热和冷却所驱动,包含多种不同的山地环流成分,与典型山谷风环流不同,具有很强的特殊性,对地气问的交换有重要影响.     

青藏高原地区上空NCEP/NCAR再分析温度和位势高度资料与观测资料的比较分析

利用青藏高原12个探空站资料及NCEP/NCAR再分析资料,对各标准等压面上的月平均温度和位势高度资料进行了比较,结果表明:NCEP/NCAR再分析资料能够客观地反映青藏高原上空温度和位势高度多年平均的气候特征;与实际探空资料相比,在年际变化中再分析资料的温度和位势高度也具有较高的可信度;但在长期趋势变化上,再分析资料在青藏高原对流层低层存在着明显虚假的变化趋势.总之,再分析温度和位势高度资料在青藏高原气候研究中有较高的参考价值,尤其是1979年后再分析资料的质量在平流层低层得到明显的改善.     

等σ面相当重力位势分析方法及其对高原低涡个例的检验应用

在青藏高原大地形及其邻近区域, 低层等压面的资料是从对流层中上层通过外插法插值得到的, 不能代表高原地区近地面的实际天气系统。因此, 在常用的等压面分析方法中, 如何较准确地分析高原近地面的天气系统是个难题。本文引入有限区域矢量场分解的平均调和—余弦算法, 基于σ面坐标及资料, 引入一个满足准地转近似的新变量, 其作用相当于等压坐标中的重力位势, 称为等σ面上的相当重力位势, 在等σ面上给出相当重力位势分布图后, 可直接在等σ面上就能分析出天气系统。在方法介绍基础上, 本文以2008年7月20日08时到21日14时 (北京时) 青藏高原上一次高原低涡东移的个例为例, 对等σ面上的相当重力位势对天气系统和天气形势的描述能力进行考察。结果表明: 在美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心 (NCEP/NCAR) 海平面气压分析场上, 高原附近有一些长期存在的气压异常偏低系统, 高原上也存在很多面积较小气压却异常高 (或低) 的天气系统, 这些系统都是由于外插时受高原地形影响而计算出来的误差, 不是高原地区近地面天气系统的正确反映, 因而无法正确描述近地面高原涡东移出高原并与四川盆地附近西南涡耦合后加强的过程。而运用相当重力位势变量来表示高原近地面的天气形势后, 能够清晰反映高原近地面上此次高原涡东移南压引起低层西南涡加强的过程, 可把高原大地形上的天气分析与下游地区天气形势分析更好地衔接起来, 在天气分析方面具有明显的好处。     

夏、秋季北极海冰异常与秋、冬季青藏高原极端低温日数的关系及影响机理

利用1979~2012年青藏高原125个基本、基准站观测日最高及最低气温数据、Hadley中心月平均海冰覆盖率资料、ERA-Interim的风场、高度场等再分析资料,根据相关统计分析、合成分析等方法系统地分析了青藏高原地区秋、冬季冷昼和冷夜日数(低温日数)与关键影响海区海冰的关系及影响机理。结果表明,夏、秋季关键海区海冰偏少时,秋、冬季极地和青藏高原地区500 h Pa位势高度减小,中高纬西伯利亚地区位势高度增强,北极至青藏高原有明显由北向南波动通量,高压反气旋系统在西伯利亚地区形成与壮大,青藏高原以北风场呈现明显偏北风,Rossby波在青藏高原及其以北地区呈现由北向南波动形式,青藏高原以北的西风带地区Rossby波东传减缓,导致经向活动加强,北部冷空气易于通过气流向高原侵袭,秋、冬季青藏高原低温日数将偏多。     

青藏高原夏季热力状态和南半球大气环流的可能联系

本文通过对观测和再分析数据采用最大协方差分析以及回归、合成等分析方法,研究了青藏高原夏季地表气温与南半球大气环流之间的遥相关关系。结果表明,前期(4月)南半球极地—中高纬度大气环流呈现负位势高度异常、较低纬度印度洋—西太平洋区域呈现正位势高度异常时,高原中部和东部大部分区域夏季出现暖异常。在上述遥相关中,印度洋—西太平洋海温异常可能起到了重要的中间桥梁作用。在高原夏季温度偏高的年份,前期跨赤道的印度洋—西太平洋海温也持续偏暖,带来的海陆热力对比减小、经向跨赤道气流减弱有利于削弱夏季的季风环流,使得高原夏季降水偏少,有利于形成高原夏季的暖异常。在这一高原气温—南半球大气环流的遥相关关系中,4月南半球的大气位势高度场异常和与印度洋—西太平洋海温异常相关的异常高度场分布也十分相似。这一前期的跨赤道区域海温异常与南半球中高纬度位势高度场异常的因果关系仍有待进一步揭示。     

青藏高原西部春季降水年代际变化趋势

利用ERA-Interim和APHRO_MA资料分析了1979～2007年间青藏高原西部春季（3～5月）降水的年代际变化趋势及可能原因。结果表明,青藏高原西部局部区域春季降水呈显著减少趋势,降水的变化趋势与其西南部辐合上升运动及阿拉伯海北部水汽含量变化存在联系。发现研究区春季降水增加时伴随其西南部显著的辐合上升异常,同时高层（500 hPa）位势高度场负异常中心与环流的气旋式正异常中心一致,而低层（850 hPa）的辐合上升异常相对较弱;研究区春季降水增加同时伴随阿拉伯海北部至研究区西南部的高、低层比湿正异常,其中低层的比湿正异常更为显著,其正异常中心均位于阿拉伯海北部。上述区域的水汽输送能解释研究区春季降水55.3%的变化,同时两者的变化趋势具有很好相关性。研究显示1979～2007年间研究区春季降水呈下降趋势主要是由阿拉伯海北部低层向印度次大陆水汽输送减少,以及研究区南部高层辐合上升运动减弱造成的。青藏高原西部春季降水变化趋势和相关区域水汽变化的一致性,可以为分析高原气候变化提供依据。     

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析——Ⅱ:环流场的主要特征及其大型垂直环流场

本文使用经过青藏高原气象科学实验测站观测资料订正过的欧洲中心FGGE-Ⅲb资料,对1979年7月月平均进行分析,计算了垂直速度、散度、垂直剖面函数和速度势函数等物理量以及上升气流轨迹,给出了夏季高原主体地区环流场的主要特征和详细的高原地区不同经纬度剖面垂直环流场的特征和分布. 配合夏季高原高层强大稳定的反气旋高压带,高原主体地区为整层上升气流区,但ω场有东西两个上升中心,它们是两个对流活动上升中心,两部的中心位于狮泉河和改则之间偏北的地区,东部的位于那曲一带. 本文给出了高原地区三个主要的经向环流圈(南北两侧下沉的小环流圈、跨赤道的季风环流圈)的经度位置和高原地区与西太平洋之间发生遥相关的主要纬度位置,发现在跨赤道的季风环流圈中,在赤道以南的下沉气流主要来自高原与15°N之间,从高原上升的气流仅在对流层上部(200hPa左右)跨过赤道.从高原西部上升的气流往往从非洲至印度尼西亚一带跨过赤道,而从高原东部及其东侧我国大陆上升的气流往往下沉在太平洋和北大西洋地区.     

Intraseasonal variability of winter precipitation over central asia and the western tibetan plateau from 1979 to 2013 and its relationship with the North Atlantic Oscillation

Winter precipitation over Central Asia and the western Tibetan Plateau (CAWTP) is mainly a result of the interaction between the westerly circulation and the high mountains around the plateau. Empirical Orthogonal Functions (EOFs), Singular Value Decomposition (SVD), linear regression and composite analysis were used to analyze winter daily precipitation and other meteorological elements in this region from 1979 to 2013, in order to understand how interactions between the regional circulation and topography affect the intraseasonal variability in precipitation. The SVD analysis shows that the winter daily precipitation variability distribution is characterized by a dipole pattern with opposite signs over the northern Pamir Plateau and over the Karakoram Himalaya, similar to the second mode of EOF analysis. This dipole pattern of precipitation anomaly is associated with local anomalies in both the 700 hPa moisture transport and the 500 hPa geopotential height and is probably caused by oscillations in the regional and large-scale circulations, which can influence the westerly disturbance tracks and water vapor transport. The linear regression shows that the anomalous mid-tropospheric circulation over CAWTP corresponds to an anti-phase variation of the 500 hPa geopotential height anomalies over the southern and northern North Atlantic 10 days earlier (at 95% significance level), that bears a similarity to the North Atlantic Oscillation (NAO). The composite analysis reveals that the NAO impacts the downstream regions including CAWTP by controlling south-north two branches of the middle latitude westerly circulation around the Eurasian border. During the positive phases of the NAO, the northern branch of the westerly circulation goes around the northwest Tibetan Plateau, whereas the southern branch encounters the southwest Tibetan Plateau, which leads to reduced precipitation over the northern Pamir Plateau and increased precipitation over the Karakoram Himalaya, and vice versa.     

青藏高原地表温度对华北汛期降水变化的影响

利用1980-2001年青藏高原月平均地表温度、1961～2001年我国160站月降水以及NECP／NCAR再分析月平均高度场资料,分析了华北地区汛期降水与青藏高原地表温度的关系,结果表明华北地区汛期降水与青藏高原5～6月地表温度具有显著的正相关。相关场的正值中心位于高原的东北部和西南部地区。华北地区汛期降水偏少年,青藏高原前期5～6月地温以负距平为主且距平值较小;相反,降水偏多年,青藏高原前期5～6月地温以正距平为主且距平值较大。EOF和SVD分析表明,青藏高原5～6月地温和华北地区汛期降水的第一典型场都表现出大体一致的变化特点。此外,诊断分析得到,青藏高原5～6月地温偏高年,7～8月西太平洋副热带高压的强度偏强,位置偏北;地温偏低年,西太平洋副热带高压的强度偏弱,位置偏南。     

2014年夏季青藏高原狮泉河与林芝降水低频振荡及陆—气过程日变化特征

根据“第三次青藏高原大气科学试验” 2014年7、8月青藏高原西南部狮泉河站、东南部林芝站的3 m涡动相关系统原始数据和10 Hz湍流资料以及中国气象局台站观测资料、JRA-55（Japanese 55-year Reanalysis）逐日再分析资料、GPCP（Global Precipitation Climatology Project）全球降水逐日观测资料,分别讨论了这两个站在10~20天低频振荡的天气背景下其干、湿位相近地层气象要素的日变化特征以及湍流变化特征。结果表明:两站高低空环流场、水汽通量场、热源的10~20天低频分量在其干、湿位相期间的配置相反。低频地表感热和潜热的不同变化对降水的影响分别在高原西部和东部有不同表现。狮泉河站的低频振荡在纬向上自西向东传播,而林芝站的低频振荡在纬向上自东向西传播,结果表明这两个站分别存在两种不同起源的低频振荡。两站干、湿位相的近地面气象要素以及湍流通量具有明显的日变化特征,通常温度极大值出现在午后14时（北京时,下同）,但狮泉河站干、湿位相的温度极大值均出现在夜间20时;由波文比可知,狮泉河站湿位相全天以潜热为主导,干位相期间,06时之前以潜热为主,06时之后以感热为主;林芝站干、湿位相均为08时之前以感热为主,08时之后以潜热为主。两站湍流平均动能与平均风速正相关,垂直动量表现为向下传输,热量和水汽表现为向上传输。     

夏季青藏高原移动性对流系统与中国东部降水的相关关系

利用国际卫星云气候计划提供的1985-2002年共18年的MCSs路径跟踪资料、 NCEP/NCAR逐月再分析资料和中国138个地面常规观测站资料,分析了夏季起源于青藏高原地区的移动性MCSs的主要时空分布特征,探讨了青藏高原MCSs与中国降水的关系.通过对MCSs爆发异常强弱年高度和风差值场的分析,概括出青藏高原MCSs影响中国降水的可能机制.结果表明:夏季青藏高原移动性MCSs主要生成于青藏高原东南部,其爆发时间具有明显的日变化特征,它们能够传播到我国中东部及南亚许多地区;夏季MCSs对我国降水具有重要影响,它们与中国夏季降水的相关系数分布以4条正、负相间的东西向分布带的形势存在,从南到北依次为"- - ",这与我国夏季降水带的变化形势非常一致;南亚高压、西太平洋副热带高压和东北冷涡的强度、位置变化与高原MCSs生成的多少密切相关,并通过它们对我国夏季降水带的分布造成重要影响.     

The effects of the Qinghai-Xizang Plateau on the mean summer circulation over east Asia

Four numerical experiments of simulation have been conducted in this paper by the use of a five-layer primitive equation numerical model with incorporated pressure-sigma vertical coordinate system. The initial fields are taken from the July zonal mean data of many years, while the heat sources and sinks are ideally specified according to the mean heating field over the East Asia calculated from the real data of July, 1979. On the basis of simulated results of temperature and geopotential height patterns we emphatically discuss the effects of the topography and the heating of the Qinghai-Xizang Plateau. From the analyses in this paper, it appears that the heating over the Bengal region makes a larger contribution to the middle and the south branches of the monsoon cell and is also the main cause for the existence of the southerly channel to the east of the Plateau, for the break of the subtropical anticyclone belt below the 500 hPa level and for the formation of the summer Asian anticyclone at the 300 hPa level, while the heating over the Plateau makes a larger contribution to the Plateau monsoon cell and to the anticyclone at the 100 hPa.     

AREM simulations of cloud features over eastern China in February 2001

Based on the simulations of cloud features in February 2001 by the regional numerical weather prediction model-Advanced Regional Eta-coordinate Model (AREM), the dynamic and thermodynamic conditions for middle cloud formation over eastern China are studied. Diagnostic analysis partly confirms the previous suggestion that the middle stratiform clouds downstream of the Tibetan Plateau are maintained by the frictional and blocking effects of the plateau. In addition, it is found that the temperature inversion at plateau height over eastern China generated by the warm air advected from the plateau provides a favorable thermodynamic condition for middle clouds. Both diurnal variations of the mid-level divergence and the inversion over eastern China, which are determined by the atmospheric boundary activity over the Tibetan Plateau, dominate the cloud diurnal cycle. The middle cloud amount decreases and the cloud top falls in the daytime, but reverses at night. The comparison of cloud features between the simulations and the observations also proves that the AREM can well capture the distinctive continental stratiform cloud features downstream of the Tibetan Plateau.     

青藏高原气温的年际变率与大气环状波动模

基于1961年3月至2002年2月间青藏高原地区64个台站的地面气温观测资料和ERA40再分析数据集,研究了青藏高原上空气温的年际变率及其与大尺度环流的关系。结果表明除夏季外,高原地面气温与整个北半球副热带、极地对流层的温度和位势高度有显著的同位相变化关系,而与中高纬度对流层有显著的反位相变化关系。其中北半球副热带还有5个分别位于青藏高原、西太平洋、北美西部、大西洋中部、北非到阿拉伯半岛的活动中心。这3条环状活动带和5个副热带活动中心共同组成了一种北半球大气环状波动模,其纬向特征为异常偏强的中纬度西风气流以及热带和高纬度东风气流,并伴有中纬度大气长波槽脊的减弱;经向基本特征为异常偏强的Hadley和Ferrel环流以及副热带下沉气流和中纬度上升气流,垂直方向呈相当正压结构。当这种环状波动模处于正位相时,异常增强的绝热下沉增温效应和减弱的冷空气活动共同使得高原上空对流层中、低层气温异常偏暖。     

中国地区夏季6～8月云水含量的垂直分布特征

基于观测资料的夏季云水含量时空分布情况对于数值天气预报、气候预测以及人工影响天气试验都十分重要。本文利用CloudSat卫星资料, 分析了2006～2008年中国地区夏季月平均云水含量的垂直和区域变化特征。结果显示, 青藏高原地形以及东亚夏季风对月平均云含水量分布具有明显影响。中国中部纬度上对流层中层的月平均液态水含量比南部及北部的量值大。各月平均云液水含量垂直廓线存在两个不同高度上的峰值区, 原因可能主要是受大尺度参数的控制, 以及受到青藏高原和东亚季风环流的影响。平均冰水含量纬向垂直分布的高值区主要在对流层中上部。本文中所揭示的云水含量特征为天气和气候模式改进、人工影响天气及云—辐射相互作用提供了重要的基础信息。     

ANALYSES OF THE DYNAMIC EFFECTS ON WINTER CIRCULATION OF THE TWO MAIN MOUNTAINS IN THE NORTHERN HEMISPHERE——Ⅰ.RELATIONSHIP AMONG GENERAL CIRCULATION,TELECONNECTION AND STATIONARY WAVES

The distribution of troughs and ridges of geopotential height,the teleconnection patterns and the propagation pat-terns of stationary waves are the main features of the January mean geopotential height field at 500hPa.Data analysesand numerical experiments indicate that these three characteristics are associated to one another and closely related tothe mechanical forcing of the Rocky Mountains and Tibetan Plateau.There exists a prominent negative correlation inthe intensity variation between the American trough and the Asian trough at high and middle latitudes.Such negativecorrelation,in connection with the interannual variation of the intensity of the jets in front of the two troughs,leads tothe existence of similar teleconnection patterns in North America and East Asia.On the other hand,the different propa-gation behaviour of quasi-stationary waves downstream of the two main mountains results in a fundamental differencein the distribution of correlation chains in North America and East Asia.     

青藏高原大地形对南海冷涌事件影响的数值模拟

利用大气环流模式NCAR CAM3,通过比较敏感性试验与控制试验的结果,讨论青藏高原大地形高度对南海北部冷涌事件及环流的可能影响。结果表明,地形的绕流作用对阿留申低压和东亚大槽的产生有着重要作用,当大地形不存在时,两者消失。地形高度变化对大陆冷高压的强度有影响,随着地形高度的降低大陆冷高压强度减弱。即大地形对中高纬行星尺度平均槽脊具有重要作用,地形高度降低会导致中高纬环流经向度减小,不利于冷空气南下,从而影响冷涌事件的强度和发生频率。当地形高度减半时,由于大陆东部地势相对平坦,南海北部北风强度增加,使得南海北部冷涌的出现频率略有增加。当无地形存在时,由于无青藏高原大地形的存在,使得东亚中高纬环流的经向度显著减小,冷空气南下活动明显减弱;同时没有大地形激发冷锋后的Kelvin波向南运动,导致南海北部北风强度减弱,南海北部冷涌的出现频率也显著减少。     

ANALYSES OF THE DYNAMIC EFFECTS ON WINTER CIRCULATION OF THE TWO MAIN MOUNTAINS IN THE NORTHERN HEMISPHERE--Ⅰ.RELATIONSHIP AMONG GENERAL CIRCULATION, TELECONNECTION AND STATIONARY WAVES

The distribution of troughs and ridges of geopotential height,the teleconnection patterns and the propagation patterns of stationary waves are the main features of the January mean geopotential height field at 500hPa.Data analyses and numerical experiments indicate that these three characteristics are associated to one another and closely related to the mechanical forcing of the Rocky Mountains and Tibetan Plateau.There exists a prominent negative correlation in the intensity variation between the American trough and the Asian trough at high and middle latitudes.Such negative correlation,in connection with the interannual variation of the intensity of the jets in front of the two troughs,leads to the existence of similar teleconnection patterns in North America and East Asia.On the other hand,the different propagation behaviour of quasi-stationary waves downstream of the two main mountains results in a fundamental difference in the distribution of correlation chains in North America and East Asia.     

HEST2007珠峰北坡风廓线观测研究

为了研究青藏高原南部喜马拉雅山区局地大气环流系统,继2006年HEST2006大气科学实验之后,2007年中国科学院大气物理研究所和中国科学院青藏高原研究所在珠穆朗玛峰北坡实施HEST2007综合观测.本文使用该观测实验中LAP-3000风廓线仪获得的绒布河谷内三维风场观测资料,并结合地面辐射资料,分析研究了该地区观测期间局地大气环流的日变化和逐日变化过程.研究表明,该地区局地环流系统,特别是沿河谷的轴向风,与其上空西风环流间存在非常紧密的联系,这种联系似乎与不同天气条件下喜马拉雅山区的大气辐射状况有关,即高层西风环流较强的阶段,地面辐射较强,激发出的局地环流也较强,反之亦然.