夏季东亚西风急流扰动异常与副热带高压关系研究

利用1979—2003年NCEP/NCAR月平均再分析资料, 探讨夏季 (6—8月) 200 hPa东亚西风急流扰动异常与南亚高压和西太平洋副热带高压的关系。研究指出:夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强 (减弱), 东亚西风急流位置偏南 (偏北)、强度偏强 (偏弱); 东亚西风急流扰动动能强弱不仅与北半球西风急流强弱和沿急流的定常扰动有关, 而且还与东亚地区高、中、低纬南北向的扰动波列有关, 亚洲地区是北半球中纬度环球带状波列异常最大的区域。夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强 (减弱), 南亚高压的特征为位置偏东 (偏西)、强度加强 (减弱); 西太平洋副热带高压的特征为位置偏南 (偏北)。东亚环流特别是500 hPa西太平洋副热带高压对东亚西风带扰动异常的响应由高空东亚西风急流南侧的散度场及其对流层中下层热带和副热带地区的垂直速度距平场变化完成。     

东亚副热带西风急流活动与长江中下游梅雨异常关系的研究

本文利用1960～2009年NCEP/NCAR再分析日平均资料和中国714站20时(北京时)日降水量资料,分析了梅雨季节东亚副热带西风急流逐日演变特征与长江中下游异常丰梅和空梅的关系,研究了东亚副热带西风急流活动影响梅雨异常的机理,讨论了监测和分析东亚副热带西风急流对梅雨中期预报的意义。梅雨期合成分析显示,异常丰梅年较空梅年急流强度偏强,急流带狭窄,质量与动量集中。逐日演变特征表现为,丰(空)梅年急流围绕气候态位置经向平稳摆动(振荡幅度大),关键区(30oN～37.5oN,110oE～130oE)纬向风强度偏强(弱),东亚至西太平洋(80oE～160oE)上空急流最大中心主频次在125oE(145oE)附近,靠近(远离)我国东部地区并位于下风方。影响梅雨异常机理研究表明,异常丰梅年,200hPa我国东部地区上空急流轴线、散度零线和散度距平零线在37.5oN附近"重合",急流轴以北为辐合,以南为强辐散,辐散中心区与辐散距平中心区"重合"在长江中下游地区上空,高空强辐散流出,对应低层强辐合流入,配合从底层到高层深厚的强垂直上升运动,为梅雨提供了良好动力环境场;高低空急流耦合作用,有利于低空西南风加强,长江中下游以南地区为西南水汽通量距平,为持续性降水提供了良好的水汽输送条件;强高空副热带锋区配合典型陡直梅雨锋区,有利于高空急流质量和动量维持,也利于深对流发展。空梅年的情形则相反。从强度、位置及其变化等多方面综合监测和分析东亚副热带西风急流中期变化特征,可以更好地把握和认识急流对梅雨异常的影响及其机理,对于梅雨中期预报问题是有帮助的。     

高空西风急流东西向形态变化对梅雨期降水空间分布的影响

利用40年的NCEP/NCAR再分析候平均资料和同期长江中下游地区逐日降水资料,使用合成方法分析了梅雨期东亚副热带高空西风急流的东西位置和形态变化特征,探讨了高空西风急流对梅雨期降水空间分布的影响.分析结果表明,梅雨期东亚大陆上空西风急流强度减弱且持续维持、西太平洋上空西风急流核分裂减弱直至出梅后消失,这是梅雨期200 hPa东亚高空西风急流东西向位置变化的主要特征.梅雨期,200 hPa副热带西风急流中心呈现东西向位置变化和海陆分布形态差异,西风急流中心东西向位置变化对梅雨起讫有着较好的指示意义.梅雨期东亚副热带高空西风急流东西形态分布差异不仅影响到长江中下游地区降水空间集中区的位置而且还影响到降水中心强度.进一步分析表明,当东亚西风急流主体位于西太平洋上空时,在长江下游地区形成高低空急流耦合的环流形势,强烈的辐合上升运动加上充足的水汽条件供应,有利于在长江下游形成集中的强降水区域.当高空西风急流位于东亚大陆上空时,在长江中下游地区高低空急流无耦合形势存在,长江中下游地区也没有强的集中降水区域.因此,东亚副热带高空西风急流东西向形态变化对长江中下游地区的高低空环流结构、地面集中降水区域的空间分布具有重要的影响.     

夏季东亚高空副热带西风急流季节内异常的环流特征及前兆信号

位于东亚中纬度上空的东亚高空副热带西风急流是东亚季风环流系统中的重要成员,我国夏季降水雨带的季节内变化受东亚高空副热带西风急流位置季节内异常变化影响。根据1979~2008年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA ERSST V3月平均海表温度资料,利用统计分析和物理量诊断方法对夏季东亚高空副热带西风急流位置季节内异常的东亚大气环流特征及外强迫信号的物理过程进行了探讨。研究指出:6月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受欧亚大陆中高纬东传的Rossby波列位相变化影响,春季北大西洋海温异常是欧亚大陆中高纬度Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号;7月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受西太平洋热带向副热带传播的Rossby波列位相变化影响,春季西太平洋热带海温异常是西太平洋热带向副热带传播的Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号;8月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受南亚大陆向东亚大陆热带、副热带传播的Rossby波列位相变化影响,春季印度洋海温异常是南亚大陆向东亚大陆热带、副热带传播的Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号。     

东亚副热带西风急流的变化特征

利用1979-2013年NCEP/NCAR再分析资料研究了东亚副热带西风急流的变化特征。结果表明:东亚副热带西风急流中心位置、强度有明显的季节变化,冬季偏东偏南、强度最强,夏季偏北偏西、强度最弱。冬半年东亚副热带西风急流南界、北界年际变化的幅度大,夏半年幅度较小。冬季、春季东亚副热带西风急流范围较大,秋季、夏季小,一年内,偏大年或偏小年的出现不具有季节的连续性。     

夏季东亚高空西风急流气候特征分析

利用NCEP/NCAR全球再分析风场资料定义了西风急流强度指数和位置指数,然后利用EOF方法对西风急流进行了进一步的分析,分析了高空西风急流的空间分布特征,从强度和位置两方面分析了西风急流与东亚环流及其与海温的关系。分析表明： EOF第一模态反映了东亚高空急流的位置指数,第二模态反映了高空急流的强度指数。东亚高空急流与对流层大气环流包括南亚高压,西太平洋副热带高压,东亚夏季风存在着密切关系,其气候变化与热带副热带东太平洋、印度洋海温密切相关。     

夏季东亚西风急流Rossby波扰动异常与中国降水

利用1958～2003年NCAR/NCEP再分析和中国160 站月降水资料，探讨沿东亚西风急流Rossby波扰动动能异常对东亚夏季风环流和中国夏季（6～8月）降水的影响及其响应机理。研究发现:（1）夏季东亚西风急流Rossby波扰动动能加强（减弱), 东亚西风急流位置偏南（北)、强度偏强（弱）。（2）该扰动动能具有显著的年际和年代际变化特征， 1958～1978年处于年代际偏弱阶段，1979～1998年处于年代际偏强阶段。（3）该扰动动能加强（减弱), 200 hPa 辐合区位于30?N以南（以北）西太平洋地区，此时，500 hPa 西太平洋副热带高压位于30?N以南（以北), 850 hPa 反气旋性距平环流出现在东亚30?N以南（以北）地区，而30?N以北（以南）为气旋性距平环流，东亚热带季风环流加强（减弱), 梅雨锋加强（减弱), 夏季中国东部降水中间多、南北少（中间少、南北多）。（4）东亚高、中、低层大气环流对高层东亚西风急流Rossby波扰动动能强弱响应由对流层上层散度场及垂直速度场变化完成。     

夏季亚洲副热带急流中的长波扰动

本文分析了1955—1961年6—9月亚洲副热带对流层上部流型,分析指出,在300毫巴图上副热带急流中有大尺度的扰动,高空副热带西风急流中的长波,具有以下諸特性: 1.高空副热带西风急流中长波和我国天气有密切的关系。 2.副热带长波分布的稳定性与大范围早涝有一定联系. 3.在盛夏,亚洲上空有两个副热带长波槽,其位置在65°E,115°E.     

一个气候系统模式FGCM0对东亚副热带西风急流季节变化的模拟

对IAP/LASG气候系统模式试验版(FGCM0)模拟对流层上层东亚副热带西风急流季节变化的能力进行评估, 分析FGCM0模拟的东亚副热带西风急流季节变化与NCEP/NCAR再分析资料的差异及其与对流层大气南北温差的关系.结果表明, FGCM0模拟的冬季和夏季西风急流垂直结构、水平结构和季节变化与NCEP/NCAR再分析资料基本一致, 但FGCM0模拟的东亚副热带西风急流在高原附近地区冬季和夏季都偏强, 沿115°E中国大陆地区上空模拟的急流强度冬季偏弱, 夏季明显偏强.夏季FGCM0模拟的急流中心位于高原东北部的40°N附近地区, 强度偏强, 位置偏东, 而此时NCEP/NCAR再分析资料中的急流中心却位于高原北侧.此外, FGCM0模拟的急流在5月份的北移和8月份的最北位置上与NCEP/NCAR再分析资料差异较大.分析副热带西风急流与对流层南北温差的季节变化发现, 急流出现的位置总是对应着对流层南北温度差较大区域, 与再分析资料相比, FGCM0模拟的温度差在冬季基本一致, 夏季差异较大.与降水的模拟相联系发现, FGCM0模拟得到的与实际不一致的偏西偏北的强降水中心与200 hPa上的东亚副热带急流位置和强度不合理具有密切关系.相关分析表明, 冬季西风急流强度与日本南部海区的感热通量、夏季与青藏高原地区的地面感热通量有明显的正相关关系, 而FGCM0能够较好地模拟冬季西风急流强度与地面感热通量之间的相关关系, 但模拟夏季青藏高原地区感热通量和副热带西风急流之间相关关系的能力相对较差, 夏季西风急流强度与OLR之间却有一定的关系.由于与强降水区相联系的OLR低值区对应着较大的对流凝结加热, 再加上模式中位于青藏高原东南部较大的地面感热加热, 增强了对流层的南北向温度差, 进而影响东亚副热带急流强度和位置.因此, FGCM0模拟的夏季副热带急流位置和强度偏差与高原附近地区的地面感热加热、大气射出长波辐射等的模拟偏差具有密切的关系.     

热带西太平洋海温距平与Rossby波传播对1993和1994年东亚夏季风异常影响的差异

利用NCEP/NCAR再分析资料、Hadley中心海温资料与降水资料,分析了1993和1994年东亚夏季风异常的天气气候特征以及大气环流的差异.分析结果表明: 1993年东亚夏季风弱,副热带西风急流和副热带高压位置偏南,来自于孟加拉湾和南海的水汽仅输送到35°N以南地区.东亚地区出现低温凉夏天气.1994年东亚夏季风强,副热带西风急流和副热带高压位置偏北,7～8月副高持续偏强并控制日本,水汽可以输送到45°N以北的较高纬度,东亚发生破纪录的热浪干旱.对1993和1994年东亚夏季风异常物理过程差异的研究发现,副热带西风急流中静止Rossby波的传播和热带西太平洋暖池海温距平激发出来的PJ型遥相关波列作用的叠加引起1994和1993年东亚夏季风异常差异.     

The Relationship Between Abnormal Meiyu and Medium-Term Scale Wave Perturbation Energy Propagation Along the East Asian Subtropical Westerly Jet

The East Asian subtropical westerly jet(EASWJ) is one of the most important factors modulating the Meiyu rainfall in the Yangtze-Huaihe River Basin, China. This article analyzed periods of the medium-term EASWJ variation,wave packet distribution and energy propagation of Rossby waves along the EASWJ during Meiyu season, and investigated their possible influence on abnormal Meiyu rain. The results showed that during the medium-term scale atmospheric dynamic process, the evolution of the EASWJ in Meiyu season was mainly characterized by the changes of3-8 d synoptic-scale and 10-15 d low-frequency Rossby waves. The strong perturbation wave packet and energy propagation of the 3-8 d synoptic-scale and 10-15 d low-frequency Rossby waves are mostly concentrated in the East Asian region of 90°-150°E, where the two wave trains of perturbation wave packets and wave-activity flux divergence coexist in zonal and meridional directions, and converge on the EASWJ. Besides, the wave trains of perturbation wave packet and wave-activity flux divergence in wet Meiyu years are more systematically westward than those in dry Meiyu years, and they are shown in the inverse phases between each other. In wet(dry) Meiyu year, the perturbation wave packet high-value area of the 10-15 d low-frequency variability is located between the Aral Sea and the Lake Balkhash(in the northeastern part of China), while over eastern China the wave-activity flux is convergent and strong(divergent and weak), and the high-level jets are strong and southward(weak and northward). Because of the coupling of high and low level atmosphere and high-level strong(weak) divergence on the south side of the jet over the Yangtze-Huaihe River Basin, the low-level southwest wind and vertically ascending motion are strengthened(weakened), which is(is not)conducive to precipitation increase in the Yangtze-Huaihe River Basin. These findings would help to better understand the impact mechanisms of the EASWJ activities on abnormal Meiyu from the perspective of medium-term scale Rossby wave energy propagation.     

VARIATION OF THE EAST ASIAN SUBTROPICAL WESTERLY JET AND ASSOCIATED QUANTIFIED OBJECTIVE INDEXES TROPICAL CYCLONES OVER THE WESTERN NORTH PACIFIC OCEAN SUMMER: CONTRASTIVE ANALYSIS FOR ACTIVE AND INACTIVE YEARS OF TROPICAL CYCLONES

In order to understand the role of East Asian subtropical westerly jet (EASWJ) in forecasting summer precipitation in East China, interseasonal pentad characteristics of the EASWJ and their relation to summer precipitation in East China are analyzed with the daily reanalysis data provided by National Centers for Environmental Prediction (NCEP, USA) and daily precipitation data from 714 Chinese meteorological stations during the period 1960–2009. In addition, the daily evolution of the EASWJ and objective quantification of the EASWJ are investigated for the Meiyu season over the middle and lower reaches of the Yangtze River valley. It is found that the EASWJ and summer precipitation bands in East China move simultaneously. Especially, the stationary state and northward shift of the EASWJ are closely associated with the beginning, ending and stabilization of the annually first raining season in South China and Meiyu over these reaches. Analysis on the characteristics of the EASWJ in typical (atypical) Meiyu years over these reaches shows that the EASWJ swings steadily around its climatological position in meridional orientation (with large amplitude). Numerical experiments on an example in 2005 shows that indexes proposed in this study can depict the EASWJ well and should be valuable for application in the operation.     

FGOALS模式对梅雨期东亚副热带西风急流变化特征的模拟

中国科学院大气物理研究所参与CMIP5项目的海—陆—气耦合气候系统模式（FGOALS）,能较好地模拟东亚副热带西风急流时空变化特征。FGOALS模式输出的1960~2005年风场再现了梅雨期东亚副热带西风急流气候态的三维结构,模拟出以120°E为界的急流海陆分布型,与NCEP/NCAR再分析资料风场空间分布一致,但FGOALS模式模拟的急流中心强度偏弱、位置偏北偏西。FGOALS模式也模拟出了ENSO年际演变过程中的海陆空间分布型,但对ENSO背景下西风急流强度、位置和形态演变过程的模拟与NCEP/NCAR再分析资料存在较大差异。基于热成风原理、地转风关系和波活动通量等研究了模式模拟急流位置和强度偏差产生的可能原因:FGOALS模式模拟的青藏高原加热效应偏弱、低纬度对流活动偏弱,导致对流层中上层上升运动偏弱和潜热加热减弱,使得中低纬度对流层中上层温度出现冷偏差、南亚高压偏弱,温度经向梯度和南亚高压北侧气压梯度力偏弱以及大气内部动力作用偏弱,从而造成急流中心强度和位置出现偏差。梅雨期西风急流空间分布型与长江中下游强降水落区有着密切联系,FGOALS模式模拟的西风急流中心强度偏弱和位置偏北偏西,模式输出的长江中下游地区降水量与观测值相比偏少。此外,FGOALS模式对ENSO背景下大气环流异常的模拟有待改善。     

Impacts of the Zonal Position of the East Asian Westerly Jet Core on Precipitation Distribution During Meiyu of China

The east-west location change of the East Asian westerly jet （EAWJ） at 200 hPa during Meiyu and the associated spatial distribution variation of precipitation in the middle-lower reaches of the Yangtze River （MLYR） are investigated by using the 40-yr NCEP/NCAR （National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research） pentad mean reanalysis data and daily precipitation observation data from 1958 to 1997. The results show that there are two areas over which the 200-hPa EAWJ center appears most frequently during the Meiyu period： one is the western Pacific （WP） and the other is the East Asian continent （EAC）. During the Meiyu period, the westerly jet over the EAC is weak, and the core of the westerly jet over the WP splits up with reduced intensity and disappears by the end of Meiyu. The changes in the location and intensity of the westerly jet are associated not only with the starting and ending dates of Meiyu, but also with the spatial distribution and intensity of precipitation in the MLYR. It is found that when the westerly jet core in the upper troposphere is located over the WP and is coupled with an 850-hPa southwesterly jet, heavy precipitation accompanied by strong convergence and plenty supply of water vapor, occurs in the lower reaches of the Yangtze River. If the 200-hPa westerly jet core is located over the EAC, and without an 850-hPa southwesterly jet, only weak precipitation occurs in the MLYR. Therefore, the longitudinal location of the EAWJ core plays an important role in determining the upper- to lower-level circulation structure and the spatial distribution of heavy precipitation in the MLYR during the Meiyu period.     

江淮梅雨空间非均匀性的定量探讨

针对江淮梅雨空间分布非均匀的定量化问题,基于1960—2007年江淮地区高密度站点资料,运用空间集中度和集中区的方法定量分析江淮梅雨的空间非均匀性特征。结果表明,江淮梅雨的降水集中区呈现出年代际南北移动特征,自1970s末降水转型后,1980—1999年,强降水易于发生在长江中下游地区,而2000年后易于出现在淮河流域。48 a来梅雨的空间非均匀程度呈现弱的增加趋势。当梅雨雨带偏南,即位于长江中下游地区时,降水空间集中度较大。通过与大气环流场的回归分析表明,江淮梅雨非均匀程度的增加可能与西太平洋副高和副热带西风急流的南移有关。     

CHARACTERISTICS OF MEI-YU PRECIPITATION AND SVD ANALYSIS OF PRECIPITATION OVER THE YANGTZE-HUAIHE RIVERS VALLEYS AND THE SEA SURFACE TEMPERATURE IN THE NORTHERN PACIFIC OCEAN

Based on the precipitation data of Meiyu at 37 stations in the valleys of Yangtze and Huaihe Rivers from 1954 to 2001, the temporal-spatial characteristics of Meiyu precipitation and their relationships with the sea surface temperature in northern Pacific are investigated using such methods as harmonic analysis, empirical orthogonal function (EOF), composite analysis and singular value decomposition (SVD). The results show that the temporal evolution and spatial distribution of Meiyu precipitation are not homogeneous in the Yangtze-Huaihe Rivers basins but with prominent inter-annual and inter-decadal variabilities. The key region between the anomalies of Meiyu precipitation and the monthly sea surface temperature anomalies (SSTA) lies in the west wind drift of North Pacific, which influences the precipitation anomaly of Meiyu precipitation over a key period of time from January to March in the same year. When the SST in the North Pacific west wind drift is warmer (colder) than average during these months, Meiyu precipitation anomalously increases (decreases) in the concurrent year. Results of SVD are consistent with those of composite analysis which pass the significance test of Monte-Carlo at 0.05.     

2018年我国梅雨特征及梅雨期降水异常成因分析

2018年我国梅雨特征及梅雨期降水异常成因分析     

2011年长江中下游梅雨特征及成因分析

利用NCEP2.5°×2.5°再分析资料、NOAA的OLR资料、常规观测降水资料以及历史梅雨特征指数等资料,系统地分析了2011年梅汛期南亚高压、副热带高压、季风和对流系统等的演变特征,以揭示2011年梅雨期降水异常的成因。分析表明： 2011年入梅和出梅均偏早,旱涝急转迅速,降水集中,梅雨总量异常偏多;南亚高压和西太平洋副热带高压北跳、500 hPa西风带环流的调整、西南季风北涌至长江流域的时间均早于常年是2011年入梅偏早的原因。ITCZ的北抬伴随强热带风暴“米雷”北上引起副热带高压的北抬东退是出梅偏早的主要原因;南亚高压和副热带高压位置和强度迅速调整,同时中高纬度环流也快速调整,西南季风和水汽输送也由弱转强,使得长江中下游地区由受冬季风控制迅速转为冷暖气流的汇合地,且此期间大气层结不稳定,降水强度大。以上原因导致该区域出现迅速的旱涝急转;梅雨期间,西太平洋副热带高压和高空西风急流稳定偏强,强盛的季风涌、中高纬度冷空气和青藏高原对流扰动东传的有利配置导致了2011年梅雨总量异常偏多。     

对流层上层斜压波包活动与2003年江淮流域梅雨的关系

利用NCEP/NCAR再分析和中国740站逐日降水资料, 研究了2003年淮河流域梅雨期间对流层上层斜压波动的传播情况。结果发现, 斜压波组织成波包向下游传播且具有明显的下游频散效应。波动起源于巴尔喀什湖西北侧, 沿着西北－东南向的路径向东南传播, 传至江淮流域大约需要3天。斜压波包所带来的扰动能量为江淮流域暴雨的发生发展提供了必要的能量积聚。通过与1998和1997年这两个梅雨年份的比较, 发现1998年异常强梅雨年的斜压波包的活动特征与2003年的相似, 但在梅雨降水非常偏少的1997年, 未发现有明显的斜压波包向下游的传播。