平流层高低纬度环流特征及其相互关系

引言近年来,国内外对赤道地区平流层纬向风位相的26个月左右的周期振荡(即准两年振荡)进行了不少研究,指出了它们的时空变化规律,讨论了准两年振荡位相与中高纬度环流型,与对流层中高纬度能量循环,与夏季西太平洋付高位置和我国大     

2010年东亚冬季风月内尺度振荡特征及其与西南地区冬季气温的关系

利用NCEP/NCAR R2逐日再分析资料和西南地区气象台站逐日气温资料,通过带通滤波、小波分析、相关分析和合成分析等统计方法,研究了2010年东亚冬季风月内尺度振荡特征及其与西南地区冬季气温的联系。结果表明,2010年东亚冬季风在月内时间尺度上主要存在7天左右、12天左右以及30天左右为主要振荡周期的低频振荡。东亚冬季风月内尺度,准1周、准2周时间尺度内的振荡特征可以很好指示出同期西南地区较强的低温过程,且在准2周尺度比准1周尺度对西南地区冬季低温的影响更明显。月内尺度、准1周、准2周尺度上东亚冬季风正、负位相时,无论是对流层高层、中层、低层环流场分布形势均有显著差别,当东亚冬季风正位相时对流层从高层到低层环流场形势均有利于西南地区冬季低温,而负位相时环流形势相反,不利于西南地区低温。     

赤道低平流层纬向风垂直切变与对流层环流及东亚季风的关系

在以赤道低平流层纬向风垂直切变为依据划分平流层QBO位相的基础上，讨论了赤道低平流层纬向风QBO与对流层环流及东亚季风的关系。结果表明：强冬季风和弱夏季风对应着赤道低平流层纬向风的东风切变位相，强夏季风和弱冬季风对应着赤道低平流层西风切变位相，赤道低平流层纬向风QBO对对流层环流有一定影响，冬春季节平流层与对流层的相互作用比夏秋季节明显。     

热带东风急流的气候学和中期振荡

本文用13年夏半年(5—10月)月平均风场和两年逐日风场资料研究了200hPa南亚热带东风急流的气候学特征和中期振荡过程。研究表明,南亚夏季热带东风急流显著的非季节性变动和年际差异与低纬对流层高层大尺度环流变化和南亚夏季风活动密切相关,相对于多年平均而言,存在5类异常的东风急流。 各种分析表明,热带东风带存在三种主要的中期振荡。准50天周期振荡与夏季南亚对流层上部大尺度散度场的变化相关联,表现为十分显著的向南的位相传播。准50天和25天振荡均存在显著的年际变化。准50天周期振荡系统性不强的年份,准25天周期振荡是低纬行星波的主要振荡,在东风急流区除表现为系统性向西传播外也表现为向南的位相传播。准双周振荡在东风带一般向西传播。      

2014年夏季长江流域降水季节内振荡的环流分析

基于台站降水观测数据和MERRA-2再分析资料,分析了2014年夏季我国长江流域降水的季节内振荡特征,并从位涡角度重点研究了与之相关的环流演变。结果表明:2014年夏季长江流域降水季节内变率以10~20d的准双周振荡为主。在降水准双周振荡的极端湿位相,受对流层高层随中纬度波列东传的正异常位涡和南亚高压东侧西南向传播的正异常位涡的共同影响,南亚高压呈“马鞍型”分布,在长江流域形成高空辐散环流;在对流层中低层,当中纬度波列的异常气旋向东南传播至长江流域以北时,西太平洋异常反气旋延伸至中国东南沿海,二者共同导致长江流域低空水汽辐合加强;在高、低层环流的共同作用下,长江流域持续性降水显著偏多,形成准双周振荡的极端湿位相;同时,长江以北高空位涡正异常导致其下方冷空气下沉,触发长江流域异常上升运动和南海地区异常下沉运动,该经向垂直环流圈的形成有利于长江流域正异常降水的维持。反之则形成极端干相位。      

平流层剩余环流及其时间演变特征

平流层剩余环流是由剩余速度经向分量和垂直分量构成的平流层经向－垂直环流,它对于对流层－平流层相互作用和物质交换起着十分重要的作用。作者利用1979～2003年NCEP II再分析资料计算了剩余速度经向分量和垂直分量, 并与数值模拟结果进行了比较,再用计算的剩余环流讨论了它的季节变化、年际变化和长期变化趋势。计算结果表明,剩余环流的上升气流从低纬度赤道地区对流层顶上升到平流层下部,然后向极向下运动,在中纬度地区下沉, 进入对流层,这也就是Brewer－Dobson环流。计算结果同数值模拟结果比较一致。由此可见,可以利用NCEP资料得到比较清晰的剩余环流和Brewer－Dobson环流。剩余环流有明显的季节变化,上升气流的中心随着季节的变化在赤道地区南北移动,春秋季节其中心基本上位于赤道附近,南北半球大致呈对称分布,只是北半球副热带地区的下沉气流要比南半球强。在冬夏季节,上升气流的中心分别位于南北纬10°附近。北半球夏季的上升气流要比南半球夏季的上升气流强,同时冬半球的下沉气流比夏半球的下沉气流强。剩余环流还有年际变化和准两年周期振荡特征,在纬向风为西风位相时,赤道地区的上升气流比较弱;而在东风位相时,上升气流和水平方向的输送相对比较强。剩余环流的十年际变化表现为,1979～1983年、1990～1995年、2000～2003年较强,其他年份则较弱。在过去25年,就总的变化趋势而言,剩余环流的上升气流有所增强,平流层下部向中纬度地区的输送也有所增强,环流整体形势是增强的。     

北半球平流层下部气温的准两年周期振荡

由分析1966—1985年北半球30hPa 月平均气温资料得出,中纬地区气温准两年周期振荡比低纬地区更清楚,平均周期26.3月,振幅约2.8℃,振荡的峰和谷值都出现在冬季.中纬气温和赤道上空纬向风的准两年振荡之间位相配合密切,中纬气温准两年振荡的峰与赤道上空10hPa 为东风,70hPa 为西风的位相一致,谷则有相反的位相.它们的这种准两年周期振荡是通过平均经圈环流相联系的.强烈的火山喷发能影响气温的准两年周期振荡.     

赤道低平流层纬向风垂直切变与对流层环流及东亚季风的关系

在以赤道低平流层纬向风垂直切变为依据划分平流层QBO位相的基础上,讨论了赤道低平流层纬向风QBO与对流层环流及东亚季风的关系.结果表明强冬季风和弱夏季风对应着赤道低平流层纬向风的东风切变位相,强夏季风和弱冬季风对应着赤道低平流层西风切变位相,赤道低平流层纬向风QBO对对流层环流有一定影响,冬春季节平流层与对流层的相互作用比夏秋季节明显.     

冬季欧亚中高纬大气低频振荡的传播及其与欧亚遥相关型的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季欧亚中高纬大气低频振荡（LFO）的传播特征及其在年际尺度上与同期欧亚大气背景环流场之间的联系。结果表明,冬季欧亚中高纬LFO以10～30 d周期为主,且具有明显向东南方向传播的特征。其经、纬向平均移速分别约为3.4纬度/d和15经度/d。进一步分析发现,冬季欧亚中高纬LFO强度的年际变化与欧亚遥相关型（EU）密切相关。定义乌拉尔地区的脊和东亚、欧洲西北部的槽比常年弱（强）时,即EU指数小于（大于）零时,为EU负（正）位相。当对流层中上层EU处于负位相时,此时,对流层低层的西伯利亚高压强度减弱,这些因素均导致欧亚地区大尺度经向环流偏弱,环流较为平直,不利于LFO的传播;反之亦然。     

冬季欧亚中高纬大气低频振荡的传播及其与欧亚遥相关型的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季欧亚中高纬大气低频振荡(LFO)的传播特征及其在年际尺度上与同期欧亚大气背景环流场之间的联系。结果表明,冬季欧亚中高纬LFO以10~30 d周期为主,且具有明显向东南方向传播的特征。其经、纬向平均移速分别约为3.4纬度/d和15经度/d。进一步分析发现,冬季欧亚中高纬LFO强度的年际变化与欧亚遥相关型(EU)密切相关。定义乌拉尔地区的脊和东亚、欧洲西北部的槽比常年弱(强)时,即EU指数小于(大于)零时,为EU负(正)位相。当对流层中上层EU处于负位相时,此时,对流层低层的西伯利亚高压强度减弱,这些因素均导致欧亚地区大尺度经向环流偏弱,环流较为平直,不利于LFO的传播;反之亦然。     

东北冷涡持续活动时期的北半球500 hPa环流特征分析

分别对5月和6～8月东亚东北冷涡活动典型的多寡年份北半球500 hPa高度距平场进行合成、频次累积和相关分析,结果表明:东亚东北冷涡持续性活动不仅与前期、同期和后期北半球的大气环流异常密切相关,而且也是异常区的重要组成部分;500hPa 5月和6～8月东北冷涡活动多寡年的同期500hPa高度距平合成场差异显著;6～8月东北冷涡典型多寡年的同期距平场均与前冬(12～2月)的主要异常区反位相,存在半年尺度的遥相关,与北太平洋涛动(NPO)类同的500 hPa高度距平场,如前冬呈正位相,预报6～8月东北冷涡持续活动弱,反之,冷涡持续活动强;合成场和相关场通过信度检验的关键区主要位于东亚中高纬度至阿留申群岛及其以南的副热带地区、青藏高原接近巴基斯坦一侧和北非乍得盆地与撒哈拉大沙漠等地区;由此可以认为东亚地区中高纬度5月和6～8月东北冷涡持续性活动是北半球大气环流异常持续或调整的重要表征.     

夏季地面温度场月预报的统计模式

用15年北半球夏季地面温度的资料分析了月平均场与该月前后一周左右的逐日平均场在时间和波数上的相关。发现越新、越靠后的日平均场与该月的平均场相关越强。用第0天外推的未来30天平均场与实况的相关比用前30天平均场作外推的相关要显著得多。由此得出结论认为各种预报方法的效果检验应与前者定义的惯性预报作比较。文中提出了几个用于作月预报的统计模式，分别用不同时间或不同波数作预报因子。其结果均使预报准确率有所提高。既用不同时间又用不同波数作预报因子的模式更为理想。文中最后讨论了一个源于动力学考虑的统计模式。近1400个月预报例子的结果与实况的平均相关系数高达0.75，显著优于惯性预报。     

亚洲中部春夏季大气环流持续性异常与我国东部夏季旱涝的关系

通过对北半球(20oN以北)1958~2002年 500 hPa月平均高度场各格点的点对点月际相关系数的分析,探讨了环流的持续性。结果表明,亚洲中部上空存在着北半球中高纬度唯一的显著的高度场持续区,它的中心区位于(30oN~50oN, 70oE~110oE),这里正是广袤的青藏高原北坡、蒙古高原及黄土高原地区,一年中各月的持续性有明显的季节变化,冬末春初的2月对3月和3月对4月基本上没有持续性可言;4~5月出现了明显的持续性,相关系数突然增长到0.6;5月对6月的持续性继续增加,相关系数达到0.8。夏季至初秋(6~9月)各个月际稳定地保持着0.8的高相关系数。秋、冬各月持续性逐渐减弱,直至春季降到了最低。将1958~2002年中5~9月的月平均高度距平正、负持续最明显的两个7年的逐月环流和季环流作对比分析,得知在正持续年夏季东亚中纬度大气环流呈“西高东低”型;而负持续年的夏季则是“东高西低”型。它们都具有气候意义的稳定性。相应的,在明显正持续年夏季中国东部降水分布呈“北少南多”;而在明显负持续年则是“北多南少”。在这45年间,夏季亚洲中纬度500 hPa的月高度距平由负持续转为正持续,与中国东部降水由“北多南少”转为“南多北少”是对应的。分区逐日识别500 hPa天气系统的结果表明,正持续年亚洲中纬地区盛行高脊,长江中下游地区多低槽和辐合流型;负持续年则盛行低槽,长江中下游多副高控制和西南流型。揭示了中国夏季发生区域旱涝灾害的两种不同的气候进程和盛行天气过程。这样在5、6月份即可预测东亚夏季或盛夏环流形势与中国的降水趋势。     

青藏高原OLR的气候特征及其对北半球大气环流的影响

利用１９７４－１９９０年青藏高原地区地－气系统月平均射出长波辐射资料，采用ＥＯＦ方法分析了前３个特征向量场，得到了青藏高原地区地－气系统射出长波辐射的几种异常形式，阐述了它们的天气气候特征，并对不同气候区的持续 及其与北半球大气环流的关系作了研究。     

北半球夏季５００hPa候平均高度场异常持续性的分析

本文应用环流持续性异常判据和旋转主分量分析方法，对１９５１—１９８６年间夏季北半球５００hPa逐候平均高度场进行了计算分析，探讨夏季持续性环流异常的地理分布及持续期的基本特征。结果表明:前１１项旋转主分量的主要高荷载中心，与持续异常的高频数中心或其邻近区域大都基本吻合；候平均环流异常的持续性略高于马尔柯夫过程。但某些区域季节性环流异常及多年趋势性环流异常，通常是由某些环流系统或作用中心多次替换、反复出现的持续性异常所组成的。夏季副热带系统是这类异常的重要组成部分。     

北半球500hPa 3—5年周期的初步研究

本文用带通时间滤波器，对北半球500hPa高度距平（从1951年1月—1986年12月共432个连续月）的每个格点的时间序列进行滤波计算，初步结果如下:1．北半球500 hPa普遍存在3—5年周期，该周期的相对方差都在30%以上。35°N以南相对方差可达50%以上，在太平洋、大西洋、欧亚低纬地区最大相对方差高于70%。2．3—5年周期的水平结构要比Wallace的遥相关型更具有波列结构，通过波列的射线路径可以把能量从低纬度频散到高纬度。3．从分析1982/1983 El Nino年个例可以看到，赤道东太平洋海水异常增暖对大气的影响，除了一般公认的通过PNA型影响北美外，可能还存在另一条路径。     

南半球环流与西太平洋副热带高压和台风群中期活动的关系

通过对南北半球环流6年资料的分析,发现在北半球夏季5～8月,南半球中纬西风指数、低纬西风指数、赤道气压指标与北半球西太平洋副热带高压和台风群的中期活动均有较好的关系。在台风群活跃的年份,台风群生成阶段前后,环流变化由南半球中纬先开始,随后南半球低纬和赤道地区环流也出现变化,赤道气压指标到达低值,此后,北半球西太平洋副热带高压的特征产生一系列的变化,上述南北半球环流系统变化的传播过程为准二周周期。     

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。     

A SPATIAL-TEMPORAL DISTRIBUTION CHARACTERISTICS STUDY ON THE ATMOSPHERIC CARBON DIOXIDE OBSERVED BY GOSAT SATELLITE REMOTE SENSING

The variation of the atmospheric Carbon Dioxide (CO2) concentration plays an important role in global climate and agriculture. We analyzed the spatial-temporal characteristics of CO2 in the China region and around the globe with the CO2 column mixing ratios observed by the Japanese GOSAT satellite (Greenhouse Gases Observing Satellite). In order to make sure that the accuracy of the CO2 data retrieved by the satellite meets the needs of the climate characteristics analyses, we ran a validation on the CO2 column mixing ratios retrieved by the satellite against the ground-based TCCON (Total Carbon Column Observing Network) observation data. The result shows that the two sets of data have a correlation coefficient of higher than 0.7, and a bias of within 2.2 ppmv. Therefore, the GOSAT CO2 data can be used for the climate characteristics analysis of global CO2. Our analysis on the spatial-temporal characteristics of the CO2 column mixing ratios observed during the period of June 2009 through January 2014 proved that, with the impact of the natural emission of near ground CO2 and human activities, the global CO2 concentration has a significant latitudinal characteristics with its highest level averaging 390 ppmv in the 0-40oN latitudinal zone in the Northern Hemisphere, and 387 ppmv in the Southern Hemisphere. China has a relatively higher CO2 concentration with the highest level exceeding 398 ppmv, and the eastern area higher than the western area. The variation of global CO2 concentration shows a seasonal pattern, i.e. the CO2 concentration reaches its highest in spring in the Northern Hemisphere averaging more than 392 ppmv, second highest in winter, and lowest in summer averaging less than 387 ppmv. It fluctuates the most in the Northern Hemisphere with an average concentration of 392.5 ppmv in April, and 385.5 ppmv in July. While in the Southern Hemisphere, the seasonal fluctuation is smaller with the highest concentration occurring in July. Over the recent years, the global CO2 concentration has shown an elevating trend with an average annual increase rate of 1.58 ppmv per year. It is a challenge that the human kind has to face to slow down the increase of the CO2 concentration.     

A review of the temporal and spatial variability of Arctic and Antarctic atmospheric circulation based upon ERA-40

A survey of the spatial and temporal behavior of the atmospheric general circulation as it relates to both polar regions is presented. The review is based on the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) 40-year reanalysis (ERA-40), updated using ECMWF operational analyses. The analysis spans 1960–2005 in the Northern Hemisphere, but is restricted to 1979–2005 in the Southern Hemisphere because of difficulties experienced by ERA-40 prior to the modern satellite era.The seasonal cycle of atmospheric circulation is illustrated by focusing on winter and summer. The huge circulation contrasts between the land-dominated Northern Hemisphere and the ocean-dominated Southern Hemisphere stand out. The intensification of the North Atlantic Oscillation/Northern Annular Mode and the Southern Annular Mode in DJF is highlighted and likely due to warming of the tropical Indian Ocean. The Arctic frontal zone during northern summer and the semi-annual oscillation throughout the year in the Southern Hemisphere are prominent features of the high latitude circulation in the respective hemispheres.Rotated principal component analysis (RPCA) is used to describe the primary modes of temporal variability affecting both polar regions, especially the links with the tropical forcing. The North Atlantic Oscillation is a key modulator of the atmospheric circulation in the North Atlantic sector, especially in winter, and is the dominant control on the moisture transport into the Arctic Basin. The Pacific-South American teleconnection patterns are primary factors in the high southern latitude circulation variability throughout the year, especially in the Pacific sector of Antarctica where the majority of moisture transport into the continent occurs.