亚非副热带西风急流入口区位置及动能异常对中国华北盛夏年代际干旱的影响

研究使用了欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的全球再分析数据,通过局地多尺度能量涡度分析法(MS-EVA)研究7-8月亚非急流入口区域的位置及能量变化对华北地区干旱的影响。结果发现:7月亚非急流入口区域在1997年之后有明显的北抬趋势,使得北大西洋及欧洲辐射的能量更易进入急流;8月亚非急流入口区域在1997年后有东缩,但急流入口区域的能量充沛,易于进入急流。能量在波导作用下向下游频散,经过华北地区上空,在平均槽的西侧辐合加强,不利于气流的上升运动;在平均槽的东侧辐散加强,使得槽向东移,华北由槽前变为槽后。急流上能量频散到我国沿海地区,引起西太平洋副热带高压东退,向华北地区水汽输送减弱,不利于华北地区的降水。     

不同形状初始涡旋和热力强迫能量频散特征的数值研究

用谱方法求解球面无辐散正压涡度方程，讨论了不同形状初始涡旋和热力强迫能量频散特性的差异。结果表明：１．在不同结构的环境风场下，差异是没的。环境风场为零或西风时，不不形状的初始涡旋或热力强迫能量频散方向，１速度，强度的差异均较大，但在半球模式中经向频散均很小，能量以向东传播为主。有东风风场存在时，只表现为频散强度的差异，且向极传播的波形波长较长，向南传播的波列波长较短。２．以上线性结果中用波射线跟踪     

中高纬Rossby波活动对盛夏东亚/太平洋事件中期演变过程的影响

在中期时间尺度上探讨了Rossby波活动对盛夏东亚太平洋(EAP)事件的影响。正负EAP事件的形成过程不是简单的反位相过程, 但这一时期的气候平均流波导结构决定了两者在Rossby波能量频散特征上有许多相似之处。在对流层中上层, 源自上游东北大西洋或东欧平原的Rossby波能量经巴尔喀什湖附近向东北方向频散, 它对东北亚异常中心的形成和维持起重要作用。由于盛夏东亚急流位置偏北, 我国华北[CD*2]东北地区成为波导区, Rossby波能量从贝加尔湖附近向该波导区频散, 形成了EAP事件的东亚中纬度异常中心。在EAP事件的三个异常中心中, 东北亚异常中心最先形成, 西太平洋副热带异常中心则最后出现。在对流层上下层波导结构有明显差异, 它导致了Rossby波能量在东亚沿岸中高纬地区的反向经向传播特征。在负事件的对流层低层, 西太平洋副热带异常中心和中纬度两个异常中心间的经向Rossby波链接较为明显。在东亚地区, 盛夏月平均尺度上EAP型的Rossby能量频散特征与中期EAP事件基本一致。     

夏季沿亚洲副热带西风急流Rossby波传播及其与我国降水异常的联系

利用1960—2015年夏季(6—8月)NCEP 2.5°×2.5°全球逐日再分析资料,采用涡度源方程和Eliassen-Palm通量,对夏季沿亚洲副热带西风急流Rossby波活动的波源、能量传播及其与我国降水异常的关系进行了分析和研究。结果表明:夏季200 hPa大气准静止行星波产生的源地主要集中在地中海地区,亚洲副热带西风急流(ASWJ)中的准静止Rossby波在此激发并沿急流向东传播,东传过程中在急流轴南侧波流相互作用相对活跃。波作用通量的辐合辐散中心沿副热带西风急流交替分布,波流相互作用是ASWJ上西风强弱交替变化的动力机制。沿ASWJ交替分布的五个波作用通量辐合辐散关键区散度具有较强的关联性,表现为同一Rossby波列的不同部分,其中波源处Rossby波动能量的传播对其下游ASWJ的强弱影响最大,而急流关键区内纬向风的大小也与波作用通量散度场的强弱和分布密切相关。波源处以及位于我国青藏高原东部至黄土高原上空的波作用通量散度指数WFD-Ⅰ和WFC-Ⅱ与我国南、北方降水相关性较为显著,在WFD-Ⅰ为正异常年时,对应南方关键区降水偏多年份占比为62.5%,在WFD-Ⅰ为负异常年时,对应北方关键区降水偏多年份占比为80%;在WFC-Ⅱ为正异常年时,对应南方关键区降水偏少年份占比为66.7%,在WFC-Ⅱ为负异常年时,对应北方关键区降水偏少年份占比为81.8%。研究夏季波源处WFD-Ⅰ异常年导致我国降水异常的环流成因发现,WFD-Ⅰ为正异常年时,由上游波源地区激发的Rossby波向下游地区的能量频散偏强,位置偏南,波流相互作用导致我国南方上空高空急流加强,高低空辐散辐合配置加强,垂直上升运动增强,易造成我国南方地区降水异常偏多。WFD-Ⅰ为负异常年时,Rossby波能量的经向传播较强而纬向传播较弱,北方降水关键区受波通量辐散控制,高空西风急流加强,高低空辐散辐合配置和垂直上升运动增强,有利于我国北方地区降水的发展。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析II：西太平洋副热带高压的特征

针对2008年初 1月17～23日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。这次过程中：1）西太平洋副热带高压在其前期异常状态的基础上,在对流层低层演变为 “内凹外凸”结构,并在我国长江中下游附近形成切变线,从而造成了这次雨雪过程;2）在对流层上层,源自北非的Rossby波能量在副热带和中纬度地区向下游频散,同从乌拉尔山地区向南频散出的Rossby波能量在帕米尔高原及中亚地区汇合,共同引起该地区气压槽的加深。它使对流层低层西太平洋副高在其西部向内凹陷。另一方面,在对流层中层,Rossby波能量沿副热带急流传播,最终引起西太平洋副高向西南方向伸展。西太平洋副热带高压的“内凹外凸”演变特征的主要原因是来自上游地区的Rossby波活动,并非热带西太平洋对流异常活动;3）亚洲北部冷高压沿高原东侧伸入我国东部地区是我国南方地区低温过程的主要原因。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析Ⅱ:西太平洋副热带高压的特征

针对2008年初1月17～23日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。这次过程中：1）西太平洋副热带高压在其前期异常状态的基础上,在对流层低层演变为“内凹外凸”结构,并在我国长江中下游附近形成切变线,从而造成了这次雨雪过程;2）在对流层上层,源自北非的Rossby波能量在副热带和中纬度地区向下游频散,同从乌拉尔山地区向南频散出的Rossby波能量在帕米尔高原及中亚地区汇合,共同引起该地区气压槽的加深。它使对流层低层西太平洋副高在其西部向内凹陷。另一方面,在对流层中层,Rossby波能量沿副热带急流传播,最终引起西太平洋副高向西南方向伸展。西太平洋副热带高压的“内凹外凸”演变特征的主要原因是来自上游地区的Rossby波活动,并非热带西太平洋对流异常活动;3）亚洲北部冷高压沿高原东侧伸入我国东部地区是我国南方地区低温过程的主要原因。     

2000/2001年冬季北欧异常流型形成机理及其对我国北方天气的影响

从Rossby波能量的频散和瞬变斜压扰动的正压反馈角度,探讨了2000/2001年冬季盛行的斯堪的纳维亚环流型(正位相)的维持机理,并讨论了其对我国北方地区天气气候的影响。该环流型上游部分,即北大西洋和斯堪的纳维亚半岛的两个活动中心主要由瞬变斜压扰动的正压反馈所形成,部分由Rossby波能量频散所维持。而下游部分,即贝加尔湖附近的气旋式环流异常主要由Rossby波能量从上游频散所形成和维持。与该环流型对应,冷空气在西、中西伯利亚堆积,并在其南侧的西风气流区中平流,使得我国华北部分地区和东北地区比常年冷。该环流型导致新疆北部地区、内蒙古东部及东北地区降雪量显著增强。大西洋急流的东伸及对应斜压扰动的显著加强是预报北疆和内蒙古东部及东北地区多雪的一个重要前兆因子。     

β中尺度暴雨系统发生发展的一种可能物理机制I. 涡旋Rossby波的相速度

使用纬向基流下横波型扰动的Boussinesq近似方程组, 分析了这种沿着基本气流方向传播的中尺度扰动发生不稳定时, 大尺度背景流场在垂直方向上的各种分布特征.在大气层结比较稳定的情况下, 如果基本气流在低层和高层较大(有可能存在低空急流和高空急流), 此时产生的β中尺度不稳定扰动相对于基流向东传播, 甚至于快速向东传播.基本气流在垂直方向上的风速切变对于中尺度横波型的扰动起着不稳定的作用.如果考虑基流的二次切变, 可以得到涡旋Rossby波的相速度表达式, 涡旋Rossby波相对于基本气流是单向传播的.涡旋Rossby波产生的物理根源是基本流场的风速二次切变, 亦即基本流场y方向的平均涡度在空间z方向上的不均匀所致.涡旋Rossby波的相速度与纬向波数也有关, 它的能量是频散的, 其在纬向x方向也存在群速度.在基本流场的风速存在二次切变时, 横波型不稳定可能是混合的涡旋Rossby重力波的不稳定; 而在基本流场的风速仅仅存在线性切变, 不存在二次切变时, 横波型扰动的不稳定则是重力惯性波的不稳定.     

能量频散对台风结构和移动的作用

本文用双Ｆｏｕｒｉｅｒ展开的解析方法和β平面准地转正压模式数值试验的方法，研究了台风涡旋能量频散及其对台风路径的影响问题。解析与数值试验的结果一致地表明，由于能量频散，在台风中心以东方向形成了一个低－高－低值系统的波列。三组数值试验的结果表明，波列中的高值系统对台风的结构和移行具有明显的影响。     

我国东部沿海地区“高后型飑线”的一种形成机制

该文分析了1988年5月初出现于苏皖东部地区的一次飑线。下部深厚的辐合层与上部强烈的辐散层迭置为其存在空间；低层低空急流轴与θs e场高值轴几乎重合，使该空间不仅有丰富的能量贮存，而且有利于扰动动能释放；沿低空急流的重力波传播与高压后部回流冷空气前缘的重力波“相交处”，冲击力可能很大，飑线正在此处出现。     

中高纬度Rossby波活动对华南前汛期EAP事件中期演变过程的影响

文中从中期过程的角度探讨了Rossby波活动在华南前汛期东亚-太平洋遥相关型事件的形成、成熟和衰减过程中的作用,并得出如下结果:(1)正负东亚-太平洋遥相关型事件的形成过程有相似之处:在对流层中上层,源自东北大西洋或欧洲的Rossby波在欧亚大陆中高纬弱波导区中不断地向下游频散,最终在东亚地区形成东亚-太平洋遥相关型事件的3个异常中心。在东亚-太平洋遥相关型事件的3个异常中心之间,Rossby波能量从高纬度向中纬度和副热带地区频散。东亚-太平洋遥相关型事件副热带异常中心的形成归因于东亚副热带急流波导的存在以及上游中高纬度地区Rossby波能量的注入。在对流层低层,Rossby波则从亚洲副热带地区向东亚中纬度地区频散。(2)东亚-太平洋遥相关型事件的3个异常中心在对流层中上层中,西太平洋副热带地区异常中心最后形成。(3)正负东亚-太平洋遥相关型事件也并不是简单的反位相演变过程:在对流层中上层,在正事件成熟阶段,斯堪的纳维亚半岛上的正异常环流基本维持了其中心强度和位置,它不断地向下游东亚地区频散能量,使正事件的持续时间较长;在负事件中,由于中高纬度盛行纬向型环流,波能量的频散较快,因而负事件成熟阶段的持续时间比正事件短。(4)在这一时期,东亚-太平洋遥相关型事件对中国长江以南地区的降水形势具有显著的影响。正(负)东亚-太平洋遥相关型事件易引起长江以南降水异常偏多(少)。     

大气Rossby波动力学的研究进展

Rossby波是旋转大气和海洋中的一类重要波动,在天气和气候演变中起有重要的作用。该文介绍了北半球中纬度地区的两类重要Rossby波——斜压不稳定波和准定常行星波,在最近20余年来取得的一些重要研究进展。文中涉及的主要研究领域有:斜压不稳定波包动力学、湿斜压过程对斜压不稳定波的作用、北半球风暴轴动力学、斜压波包与高影响天气的预报、准定常行星波的形成机理、准定常行星波的水平传播与能量频散、准定常行星波的垂直传播与能量频散、三维准定常行星波的传播与能量频散。     

复杂构型涡旋能量频散波列的形成过程

能量频散是一个基础性的科学问题,与台风、暴雨以及地震等灾害密切相关,一直受到多学科研究人员和广大预报员的关注。孤立圆涡能量频散波列形成过程己经清楚。但是,造成天气灾害的往往是非孤立圆涡,这里,非孤立圆涡指的是:一个热带气旋(Tropical Cyclone,TC)涡旋和一个中尺度涡构成的复杂构型。非孤立圆涡能量频散波列的形成过程研究目前尚未见报道。本文用线性化的正压无辐散涡度方程,研究了复杂构型的非孤立圆涡能量频散波列的形成过程,并指出该形成过程由三个阶段构成:涡旋东西向非对称结构的形成;涡旋主体东侧,频散高值系统的出现、持续和发展;在频散高值系统的东侧,频散低值系统的出现和加强。这些结果在台风预测中具有应用前景。     

TCM-90现场试验台风能量频散波列特征

采用ＴＣＭ－９０（台风运动－９０）台风现场科学试验资料,对台风ＦＬＯ,ＥＤ个例进行了诊断分析,并做了有关数值试验研究。分析研究结论揭示了台风涡旋作为一动力、热力强迫源或ＣＩＳＫ不稳定结构,其与环境场相互作用可激发出动能频散波列;台风扰源通过频散机制可构成类似２维Ｒｏｓｓｂｙ波的经向波列;台风涡旋的移动路径与上述能量传播特征有一定的相关关系。     

2018年夏季辽宁异常高温干旱的环流特征及成因

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和辽宁省53站逐日降水量及日平均气温资料,采用诊断分析方法,研究了2018年夏季辽宁异常高温干旱的环流特征及成因。结果表明：2018年夏季辽宁发生了1962年以来最严重的高温干旱事件。辽宁地区上空受相当正压结构的异常反气旋性环流控制,是异常高温干旱发生的局地环流成因;异常反气旋性环流南侧存在一个异常气旋性环流,阻挡了孟加拉湾和南海地区西南暖湿气流向辽宁地区输送,不利于辽宁地区产生降水。南亚高压和西太副高相向运动并在辽宁地区上空重叠,是异常高温干旱发生的大尺度环流成因。EAP/PJ型和EU型遥相关是西太副高异常发展的直接原因。准定常Rossby波能量频散是导致EAP/PJ型和EU型遥相关形成与维持的根本原因之一。源自北大西洋地区的Rossby波能量,沿西风急流波导区向下游频散,使得包括辽宁在内的我国北方广大地区位势高度异常增强;同时我国东北至朝鲜半岛和日本一带存在Rossby波能量的准经向频散,同样有利于EAP/PJ型遥相关的维持与发展,使得辽宁及其附近地区上空受位势高度正距平控制。     

能量转化视角下一次引发冬季区域强对流的南支槽研究

2020年1月24—25日广西出现一次罕见区域性强对流,过程伴随近20年最大范围冰雹天气。南支槽异常发展东移是此次过程的扰动背景,提供了必要的热动力及水汽条件。基于波作用通量及多尺度能量诊断方法,利用常规观测资料、风云卫星资料、NCEP/NCAR以及ERA5再分析资料,从能量转化角度对此次引发区域强对流的南支槽过程进行研究。结果表明:整个过程中纬度和副热带西风急流均较历史同期偏强,有利于上游扰动向下游传播。欧亚大陆上空存在南北两支活跃Rossby波列。源自地中海一带的南支副热带西风急流Rossby波列对南支槽起到主要调控作用,Rossby波能量沿急流频散并在南支槽区辐合,促进了南支槽发展东移。源自北大西洋阻塞高压内部的北支Rossby波列则起到协同作用,促进了乌拉尔山冷槽发展及其与中东槽合并,从而增强了南支波列向下游的传播,进一步增强南支槽;天气尺度有效位能向天气尺度动能的转换以及由背景场向天气尺度的动能输送是南支槽天气尺度扰动发展的主要贡献项。动能的平流输送将获得的天气尺度动能在空间上再分配,维持南支槽稳定发展东移。在此背景下,天气尺度向对流尺度的降尺度动能串级是区域强对流最主要能量...     

1998年长江中下游梅雨期间对流层上层斜压波包的传播

利用NCEP/NCAR再分析和中国740站逐日降水资料,对1998年长江中下游梅雨期间对流层上层斜压波的活动进行了研究。结果表明,梅雨期间的高频斜压波动（周期≤7天）具有明显的下游频散效应,在其东传过程中常组织成局地波包向下游传播。波动起源于里海附近,沿着副热带急流带向下游传播,3天后传至长江中下游地区。斜压波所带来的扰动能量为长江流域暴雨的发生发展提供了必要的能量积聚。对低频扰动场的合成表明梅雨期间有准定常波列的存在,为高频斜压波动的传播提供了有利的背景条件。最后通过与1997年的比较,发现在梅雨降水偏少的1997年没有明显的斜压波动向下游传播。     

基流水平结构变化在定常Rossby波列传播及正压能量转换中的作用

本文利用球面正压大气的准地转方程组讨论了基本气流水平结构及其变化对于定常Ross(?)y波列传播的影响,发现定常Rossby波列的两维传播与基本气流的水平切变有关,急流的存在阻挡了波长较短的波列的径向传播,使其在强迫源附近被“trapped”,但长波可以通过很强的急流区并具有准径向传播的特征。另外本文还分析了基本气流水平结构的变化对正压不稳定能量转换的影响,定性地解释了急流附近定常Rossby波列强度的变化。     

地球大气行星波的螺旋结构

本文从描写大气大尺度运动的动力方程组出发,讨论了地球大气行星波的螺旋结构,给出了这种螺旋结构的“宏图”,指出:(1)螺旋状的行星波在整个大气三度空间都存在;(2)准水平面上的行星波是对数螺旋结构,这种行星波在垂直方向上也呈对数螺旋分布;(3)螺旋行星波存在一个相速条件(即存在范围),它的形状与波位相速紧密相关,而且它有频散作用;(4)螺旋波的形成,主要由于南北方向和垂直方向空气的较差转动及Coriolis参数随纬度的变化。     

关于西风急流在强迫扰动中作用的数值试验

本文利用非线性水波方程谱模式模拟了不同基本气流对低纬和中纬地区涡源扰动的强迫响应，进而讨论西风急流在大尺度流场强迫扰动中的作用。试验分析表明，中纬度西风急流对来自低纬的扰动波列有增哟的阻 阻滞的作用，并能影响强迫扰动的波数和路径。在存在西风急流的情况下，基本气流对低纬扰源的响应比对中纬扰源的响应要强得多。