春季青藏高原绕流作用变化特征及其影响

受青藏高原地形影响,低层西风气流在高原西侧分支,从南北两侧绕流,于高原东侧汇合,在其边缘附近形成一正一负2个对称的涡旋（下称“涡旋对”）。文中利用NCEP／NCAR提供的1951—2004年再分析资料,研究发现涡旋对在700hPa上最明显。将700hPa正、负涡旋对平均涡度之差定义为春季绕流指数,可以定量地表征高原绕流作用强弱。研究还发现,1951—2004年春季绕流指数存在准18a、准10a、准4a的周期振荡,春季绕流指数能较好地反映高原绕流作用的强弱。利用全国160站1951—2004年气温和降水资料,研究春季绕流作用对中国天气气候的影响发现,强高原绕流作用不仅有利于中高纬冷空气向中国北方输送,使西北、东北部分地区春季气温偏低,而且也有利于冷空气绕高原南下,使江淮部分地区春季气温也偏低;同时也有利于高原东南侧的暖湿气流向华南及江南地区输送,偏南暖湿气流和偏北冷干气流在32°N附近辐合偏强,有利于江淮地区春季降水偏多。此外,春季绕流指数对长江中下游及淮河流域夏季气温具有指示意义,当春季绕流指数偏强（弱）时,同年长江中下游及淮河流域夏季气温偏低（高）。     

冬半年青藏高原绕流与中国降水和气温的关系

冬半年中纬度西风带在青藏高原地区产生南北两支绕流,即动力性的南支槽和北支脊,这样的绕流对其周边及下游天气气候有重要影响。本文先分别用600 hPa动力性的南支槽和北支脊各自所在的关键区域的平均涡度与多年平均涡度的差异,表示南支槽和北支脊的强度,然后直观地将南支槽和北支脊强度之差定义为高原绕流强度指数,利用相关分析和合成分析等方法,讨论高原绕流在冬半年平均（10月至次年4月）、秋季、冬季和春季的演变与中国降水和气温的关系。结果表明：高原绕流在冬半年10月至次年4月期间定常的存在,年际变化明显,冬季最强。全球变暖背景下,各时间段绕流强度的变化与中国西北、西南和华南部分地区的降水和气温的关系明显,特别是在冬季。降水关联性最好的是中国西南地区和华南地区,与西北、西南和东北地区的气温变化关系明显。探讨各时间段各层的大尺度大气环流和水汽通量散度、垂直速度等物理量的异常场,亚洲大部分地区自下而上的正压性特征显著,可以很好地解释各时间段高原绕流的异常与中国降水和气温关系。绕流的异常也可能是引发中国冬半年期间高影响天气的原因之一。     

青藏高原的动力作用及其对中国天气气候的影响

回顾了20世纪50年代以来有关青藏高原的动力学作用及其对我国天气、气候影响方面的研究工作,对高原动力学研究方面取得的成果进行综述。主要结果归纳为:1高原热力和动力作用对大气的影响存在季节性差异,冬、春季动力作用强于热力作用;2高原动力作用主要体现在绕流方面,冬、春季北半球中纬度西风经过高原的绕流与爬坡现象明显,而夏季则主要以绕流作用为主;3高原对寒潮、西南涡、热带气旋等天气系统有阻挡和屏障作用,对其系统的发生发展和移动路径都有重要影响;4高原对气候系统的阻挡和对季风的牵引作用,形成我国西北干旱,江南、华南湿润的气候背景。     

青藏高原冬季1月绕流的变化特征及其对中国气候的影响

利用1979～2019年NCEP/NCAR再分析资料和中国地面基本气象要素日值数据集（V3.0）的气温和降水资料,首先定义了客观表征冬季青藏高原南北两支绕流变化的指数,然后分析了其不同的变化特征,并采用相关分析、合成分析等方法初步研究了青藏高原南北两支绕流异常变化对中国气温和降水的影响机制。主要结果有:（1）青藏高原冬季北支绕流和南支绕流之间呈显著的负相关;北支（南支）绕流强、南支（北支）绕流弱时,对流层中低纬度地区从高原西部到我国东部沿岸为一个大范围的异常反气旋式（气旋式）环流系统,500 hPa高原的中部为一个异常反气旋（气旋）环流中心。（2）青藏高原冬季南北两支绕流的变化对中国冬季天气气候有显著影响。当青藏高原北支绕流强（弱）时,中国除东北是气温偏低（高）、降水偏多（少）外,河套、青藏高原及长江以南则是气温偏高（低）、降水偏少（多）;当南支绕流强（弱）时,中国气温普遍偏低（高）,东北及新疆北部是降水偏少（多）,南方大部分地区是降水偏多（少）。（3）分析高原绕流异常变化对中国天气气候的影响机制表明:当青藏高原北支绕流强、南支绕流弱时,中国东部35°N以北的对流层中都是异常西北风,35°N以南都是异常东北风,受高原异常纬向绕流影响,对流层大气为明显的“正压结构”;相应的对流层底层从南到北为一致的异常西南风,850 hPa以上35°N的之间为反气旋式切变和下沉运动异常,300 hPa以下异常偏暖,这些条件加强了下沉增温,导致中国东部气温偏高、降水偏少。当青藏高原南支绕流强、北支绕流弱时,对流层中的纬向风异常则为明显的“斜压特征”,异常西风呈现为从对流层低层到高层、低纬度到高纬度的倾斜的带状特征,其下方自华南近地面到华北200 hPa的“三角形”状异常东风,配合相应的经向风异常和华南到华北的异常上升运动,低层为“三角形”状的异常冷气团向南切入到中国南海,中上层为异常偏暖的西南气流在冷气团上自南向北爬升到中高纬度地区,导致中国大范围的气温异常偏低、降水偏多。     

爬流和绕流对山地突发性暴雨的影响

利用ERA5再分析资料和融合降水数据,针对2018年5月21-22日发生在中国四川盆地西南部的一次山地突发性暴雨,首先对其降水强度和天气概况进行相关分析,并且通过绕流和爬流方程,将流场分解为绕流和爬流分量,重点探讨地形对于过山气流的影响及其对降水的作用。研究表明:受欧亚中高纬低槽槽后西北气流引导冷空气南下和西南低涡东移的共同影响,在四川盆地西南部山区发生了一次强降水过程。此次降水范围较广、强度大并且降水时间集中,是一次典型的山地突发性暴雨事件。由于地形的阻挡作用,使得来自东北方向的气流发生旋转,产生绕流运动,在盆地内形成局地涡旋。同时盆地和盆周山地之间的地形高度差强迫过山气流产生爬流运动,导致垂直上升运动加强。在绕流与爬流的共同作用下,为此次突发性暴雨的发生发展提供了有利的流场条件。进一步分析得出地形区域内爬流分量略大于绕流分量,即气流对于山地屏障的地形适应以爬流运动为主,绕流运动次之,地形爬流产生的垂直上升运动与雨带的分布密切相关。     

2008年初瞬变涡在中高纬阻高异常中的作用分析

2008年1月中旬到2月上旬,我国南方地区发生了历史罕见的、大范围的严重冰冻雨雪天气,中高纬大气环流异常尤其是乌拉尔阻塞高压(下称乌阻)异常发展、维持是非常重要的原因之一。为了探究中高纬阻塞高压(阻高)稳定维持的内在物理机制,以2008年初中高纬的一次阻塞过程为例,利用NCEP逐日再分析资料,从瞬变涡对平均经向、纬向气流的强迫作用、瞬变涡的动量输送以及瞬变涡的热量输送等方面分析和讨论了瞬变涡在中高纬阻高发展维持过程中所起的作用。结果表明,瞬变涡通过对平均流的强迫作用来加强阻高周围的反气旋气流。阻高区域内纬向气流的平均动能不断地转化成瞬变涡动能,而阻高北侧西风气流区域内瞬变涡动能则不断地向纬向气流的平均动能转化,这使得西风急流得以维持,有利于阻高的维持和发展。阻高区域内具有较强的瞬变涡热量输送,使得该区域内的温度梯度强度减弱,这在一定程度上又导致了平均西风气流的减弱,有利于阻高的发展和维持。     

中国东南部冬季降水变化及其环流特征

利用1951-2011年中国160站降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,分析了中国东南部冬季降水的年际变化及与之相关的环流和水汽输送特征。结果表明:中国东南部冬季降水年际差异较明显,当降水异常偏多(少)时,蒙古高压及中国广大南方地区海平面气压异常偏低(高),而亚洲附近的洋面上则异常偏高(低);500 hPa上,巴尔喀什湖附近的高压脊和东亚大槽均偏弱(强);高层东亚西风急流异常偏弱(强),中东地区急流异常偏强(弱);中国东部20~30°N出现显著异常上升(下沉)运动,低纬度地区出现异常下沉(上升)运动。影响中国东南部冬季降水的水汽输送主要有两支:来自西风带绕高原的南支气流,经过阿拉伯海和孟加拉湾向华南的输送水汽;来自低纬西太平洋,经南海向中国西南的水汽输送。此外,东亚冬季风与中国东南部冬季降水关系密切。     

华南春季降水的年代际变化及其与大气环流和海温的关系

利用1960—2010年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA提供的海表温度资料以及太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)指数,分析了华南春季降水的年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:华南春季降水经历了偏少(1960—1971年)—偏多(1972—1992年)—次偏少(1993—2010年)三个阶段。第一阶段少雨期,500 hPa上西风气流较平直,不利于北方冷空气南下,华南地区的暖气团也不活跃,对应的水汽通量散度为异常辐散。第二阶段多雨期,500 hPa高度上,高原北部脊偏强,利于冷空气南下,与华南地区活跃的暖湿气团汇合,对应的水汽场上为水汽异常辐合。第三阶段少雨期,500 hPa西风气流上的槽脊系统偏强,利于北方强冷空气南下,孟加拉湾地区的南支槽填塞,南方暖湿空气向华南的输送减弱。华南春季降水与PDO指数存在正相关关系,从不同季节来看,在年代际时间尺度上,前期秋季的PDO指数与华南春季降水的正相关显著,PDO处于负位相时,华南春季降水偏少,反之亦然;从华南春季降水年代际变化的不同阶段来看,PDO指数与华南春季降水的正相关在1960—1971年少雨期较显著。     

青藏高原绕流和爬流的气候学特征

本文利用1951～2008 年NCEP/NCAR 再分析资料, 通过绕流和爬流方程, 将高原附近表层风场分解为绕流分量和爬流分量两部分, 计算出了实际大气中的绕流和爬流运动的强度, 分别探讨它们的气候态特征。结果表明:高原主体年平均绕流场围绕高原地形并在高原西南部(32°N, 75°E)附近产生分支, 分支点下游的高原主体南部和北部分别表现为气旋性和反气旋性流型;年平均的爬流分量场沿喜马拉雅山脉辐散, 高原主体为偏南上坡风, 东北部为偏北上坡风。夏季绕流场为气旋式流型, 中心位于高原中部(35°N, 90°E)附近;秋季绕流场围绕高原地形边缘基本为一个反气旋流型。夏季, 高原主体偏南风爬流与偏北风爬流在高原南北中线附近辐合, 除夏季外, 沿高原南侧喜马拉雅山脉为爬流辐散区。高原主体和高原附近的关键区内, 绕流和爬流存在不同的季节循环特征。从绕流和爬流分解公式出发, 本文详细探讨了表面流场的绕流和爬流运动各分量对地形高度及地形梯度的依赖性:经向绕流与纬向绕流比值、经向爬流与纬向爬流分量比值为仅依赖于地形高度的定常值。年平均的绕流及爬流矢量强度随着所处地形高度的升高而逐步增强;从区域分布的角度而言, 高原附近绕流强于爬流的区域范围较广, 绕流占主导地位。地形纯动力强迫产生的爬流运动与观测资料中高原附近的垂直运动具有很高的位置对应关系, 但冬季和夏季均存在强度上的差异。     

高原上空纬向环流的季节突变现象

利用1951—2012年NCEP/NCAR全球2.5 °×2.5 °日平均再分析风场及温度场资料,分析高原季风区纬向环流的季节突变现象,并探讨季节突变的主要成因。结果表明：(1) 由冬季环流型向夏季环流型转变时,纬向环流表现为零速度线突然北跳,东风带持续加强北进,西风急流突然消失;反之亦然。(2) 600 hPa零速度线指数可作为纬向环流冬夏转换的判据。20 °N为临界值,零线于20 °N以北,高原上空为夏季环流型,20 °N以南则为冬季环流型。冬夏转换的突变时间分别为31候和59候。(3) 纬向环流季节突变的主要原因是高原的热力作用,随着6月高原加热增强,高原及其南部上升气流增强,形成了高原至低纬地区的季风环流圈,使得高原南部东风气流加强,迫使西风急流北退,完成了冬季环流型向夏季环流型的转变。10月高原加热作用减弱,高原至低纬地区的Hadley环流重新出现,西风急流逐渐增强,纬向环流转变为冬季环流型。     

青藏高原积雪与亚洲季风环流年代际变化的关系

利用高原测站的月平均雪深资料和NCEP／NCAR再分析资料，分析了20世纪70年代末以来，青藏高原积雪的显著增多与亚洲季风环流转变的联系。研究表明，高原南侧冬春季西风的增强及西风扰动的活跃是造成青藏高原冬春积雪显著增多的主要原因，高原积雪的增多与亚洲夏季风的减弱均是亚洲季风环流转变的结果；20世纪70年代末以来，夏季华东降水的增多、华南降水的减少及华北的干旱化与青藏高原冬春积雪增多及东亚夏季风的减弱是基本同步的，高原冬春积雪与华东夏季降水的正相关、与华北及华南夏季降水的负相关主要是建立在年代际时间尺度上，因此，高原积雪与我国夏季降水关系的研究应以亚洲季风环流的年代际变化为背景。     

青藏高原影响亚洲夏季气候研究的最新进展

文中回顾了近 10a来吴国雄等在青藏高原影响亚洲夏季气候研究方面的最新进展。通过分析东西风交界面的演变证明 ,由于青藏高原的春季加热 ,亚洲季风区对流层低层冬季盛行偏东风转变为夏季偏西南风最早发生在孟加拉湾东部 ,与其相伴随的激烈对流降水出现在其东面。因此孟加拉湾东部至中印半岛西部是亚洲季风最早爆发的地区。同时也指出盛夏伊朗高原和青藏高原加热所激发的同相环流嵌套在欧亚大陆尺度的热力环流中 ,从而加强了东亚的夏季风 ,加剧了中西亚的干旱 ;并通过其所激发的波动对夏季东亚的气候格局产生重要影响。文中还比较了夏季南亚高压的伊朗模态和青藏模态性质的异同及其对亚洲夏季降水异常分布的不同影响。     

亚洲急流与冬季风的关系及其对中国气候的影响

利用NCEP\NCAR逐月再分析资料和中国台站逐日观测数据,采用奇异值分解(SVD)、相关分析和合成分析等方法,研究冬季亚洲高空急流的配置与冬季风的关系及其对地面气候的影响.结果表明,青藏高原至亚洲东部沿海的副热带急流强(弱),高纬的温带急流弱(强)时,中国中、东部大范围地区气温偏低(高);中东急流强(弱),东亚副热带急流偏南(北),温带急流东南部较弱(强)时,西南气温偏低(高),东北气温偏高(低),中、东部地区冬季降水偏多(少).结合水平风场的变化,副热带地区出现西风异常弱,温带出现东风异常时,有利于东亚大槽加深并向南扩张,低层偏北风加强,东亚冬季风增强,而青藏高原反气旋环流被削弱,冷高压减弱,相应的高原季风减弱.高、低纬急流区纬向风的差异较大时,加强了急流对低层冷、暖空气交绥的引导和汇聚的作用.东亚季风指数(EAMI)与高原季风指数(PMI)在冬季多呈负相关.冬季风异常期间,若副热带急流偏强,温带急流偏弱,高纬的干冷空气受南侧急流的汇聚作用而南侵,有利于中国大部分地区降温,降水减少;反之,低纬的暖湿气流受到北侧急流引导而向北输送,导致中国大部分地区升温,降水偏多.     

南疆夏季降水异常的环流和青藏高原地表潜热通量特征分析

利用1980—2004年NCEP/DOE新再分析月平均资料及我国225个测站1980—2004年月降水量资料,通过诊断分析,研究了南疆夏季降水异常的环流和高原地表潜热通量特征。结果表明:南疆夏季降水偏少年,南亚高压西部偏强,西风急流位置偏北,500 hPa中高纬环流经向度减弱,伊朗高压偏北、偏东,西太平洋副热带高压偏西、偏南;降水偏多年则相反。南疆夏季降水偏少年,高原北部和南疆地区为下沉的垂直环流距平,Ferrell环流增强;降水偏多年则相反。南疆夏季降水偏少年和偏多年的前期冬春季开始孟加拉湾、青藏高原和南疆地区地表潜热通量具有相反的变化,南疆夏季降水与高原北部地表潜热通量呈显著正相关,与南部地表潜热通量呈反相关关系。     

Current Progresses in Study of Impacts of the Tibetan Plateau on Asian Summer Climate

The current progresses in the study of impacts of the Tibetan Plateau on Asian summer climate in the last decade are reviewed. By analyzing evolution of the transitional zone between westerly to the north and easterly to the south (WEB), it is shown that due to the strong heating over the Tibetan Plateau in spring, the overturning in the prevailing wind direction from easterly in winter to westerly in summer occurs firstly over the eastern Bay of Bengal (BOB), accompanied with vigorous convective precipitation to its east. The area between eastern BOB and western Indo-China Peninsula thus becomes the area with the earliest onset of Asian monsoon, which may be referred as BOB monsoon in short. It is shown that the summertime circulations triggered by the thermal forcing of the Iranian Plateau and the Tibetan Plateau are embedded in phase with the continental-scale circulation forced by the diabatic heating over the Eurasian Continent. As a result, the East Asian summer monsoon is intensified and the drought climate over the western and central Asian areas is enhanced. Together with perturbations triggered by the Tibetan Plateau, the above scenarios and the associated heating have important influences on the climate patterns over Asia. Furthermore, the characteristics of the Tibetan mode of the summertime South Asian high are compared with those of Iranian mode. Results demonstrate that corresponding to each of the bimodality of the South Asian high, the rainfall anomaly distributions over Asia exhibit different patterns.     

影响夏季青藏高原横切变线演变的动力和热力作用分析

青藏高原横切变线（简称切变线）是引发青藏高原夏季暴雨的主要天气系统之一。本文基于欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,简称ECMWF）提供的ERA-5再分析资料,选取14个生成于6~8月、生命史为38小时且引发高原暴雨的切变线个例进行合成分析,探究动力和热力作用对夏季切变线生成和强度演变的影响。结果表明:（1）500 hPa切变线生成于伊朗高压和西太平洋副热带高压两高之间的鞍形场中,处于580 dagpm闭合低值中心和272 K高温中心内,比湿大值区的北侧;200 hPa南亚高压北部边缘、西风急流入口区南侧。（2）切变线强度表现出明显的日变化特征,在当地时间（LT=UTC+6h）23时最强,13时最弱。（3）涡度收支诊断表明,青藏高原上空高低层散度变化对切变线强度变化具有指示意义,500 hPa涡度最大值（最小值）出现时间滞后于辐合作用最大值（最小值）3小时。（4）切变线演变过程中,切变线发展时位涡随之增大。位涡收支诊断表明,青藏高原上空的水汽和非绝热加热对切变线的生成和发展演变起到重要作用。当边界层感热加热增强时,低层辐合增强,上升运动增强,在充足的水汽配合下,凝结潜热释放使非绝热加热中心抬高至大气中层,从而有利于切变线生成及发展。     

南支气流对高原低涡移出青藏高原影响的诊断分析

利用NCEP再分析资料对2001年以来移出青藏高原后活动时间长（〉48小时）的3次高原低涡在南支气流影响下移出高原的个例,进行了325°K等熵面分析、500hPa水汽输送、涡度平流的诊断分析,得出了南支气流影响高原低涡移出高原的共同特征与差异,给出了南支气流对高原低涡移出高原影响的综合作用的概念模型。丰富了高原低涡东移的认识,为高原低涡洪涝暴雨的预报提供了科学依据。     

CHARACTERISTICS OF ATMOSPHERIC HEATING AND ATMOSPHERIC CIRCULATION DURING ACTIVE PERIOD OF 500 hPa HIGH OVER THE TIBETAN PLATEAU IN SUMMER*

In correspondence with the establishment of the "upper high and lower high" pressure pattern due to the activities of 500 hPa high over the Tibetan Plateau in summer,a series of changes of the East Asia atmospheric circulation will take place.In this paper,the distributions of divergence and vertical velocity of 500 hPa high,the evolutions of atmospheric heat source,the variations of vorticity and zonal wind at 100 hPa level and vertical meridional cell over the Tibetan Plateau etc.are statistically analyzed.Thus,we can see that the ascending motion and the convective heating over the Tibetan Plateau,the South Asia high and the westerly jet on the north of the Plateau at 100 hPa level are weakned.The northern branch and the southern branch of the easterly jet on the south of the Plateau merge into a single whole and situate on the south of the former northern branch.In the meantime,thermodynamic land-sea discrepancy in South Asia and the convective heating over the Bay of Bengal is enhanced.It will play an important role in the maintenance of the easterly jet and the South Asia monsoon.