南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系

利用1979—2016年NCEP再分析资料, 分析了南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系。结果表明:南海夏季风爆发时间在1993/1994年出现年代际转变, 1979—1993年爆发时间相对偏晚, 夏季华南降水偏少, 长江中下游至日本南部降水偏多; 1994—2016年爆发时间偏早, 夏季华南降水偏多, 长江中下游到日本南部降水偏少。南海季风爆发时间年代际转折与夏季东亚副热带降水关系可能受到菲律宾越赤道气流强度的调控, 季风爆发时间与菲律宾越赤道气流有显著正相关, 且均在1993/1994年间存在年代际转变。在1994—2016(1979—1993)年南海夏季风爆发偏早(晚), 菲律宾越赤道气流偏弱(强), 澳大利亚北部有偏北(南)风异常, 将暖池的热量往赤道输送, 使得赤道对流增强(减弱), 产生异常上升(下沉)运动汇入Hadley环流上升支, 增强(减弱)的Hadley环流导致下沉主体偏北(南), 促使副高脊线偏北(南), 从西北太平洋(孟加拉湾)往华南地区(江淮到日本南部)输送水汽增强, 所以华南(江淮到日本南部)夏季降水偏多。      

2022年广西罕见龙舟水的大尺度环流成因分析

利用NCEP大气再分析资料、广西降雨量资料，对2022年广西罕见龙舟水的大尺度环流成因进行了分析，结果表明：2022年龙舟水期间高层欧亚中高纬地区高压脊异常偏强，引导冷空气持续南下影响华南地区，副热带西风急流强度偏强、位置偏南，南亚高压强度偏强、位置偏东，在广西上空构成了有利于垂直运动的环流配置。中层西太平洋副热带高压强度偏弱，西段脊线位置偏南，导致水汽输送偏南。低层索马里越赤道气流异常偏强，南海夏季风爆发偏早，前沿位置偏南，水汽收支在华南地区较常年偏多40%。在多个大尺度环流系统异常特征共同作用下，广西发生了大范围持续性暴雨天气。     

中国冬季降水与AO关系的年代际变化

利用NCEP/NCAR再分析资料、AO指数序列、全球SST资料以及全国160站月降水量资料,分析了1951/1952-2007/2008年我国冬季降水与AO指数的相互关系及其年代际变化。结果表明,我国冬季降水与AO的相关关系在1978/1979-1989/1990年非常显著。通过回归分析得出,1978/1979-1989/1990年AO与500 hPa东亚大槽密切相关,当AO偏强时,东亚大槽偏弱,西伯利亚高压偏弱,冬季风偏弱,低层我国东北地区有一异常反气旋,异常环流西南侧偏南、偏东风分量增强,有利于从西北太平洋和孟加拉湾向我国中部、东部输送水汽,影响冬季降水。东赤道太平洋SST可能对我国冬季降水与AO关系年代际变化有影响,当降水与AO的相关关系偏强时,降水与SST的相关关系则偏弱;1951/1952-1977/1978年和1990/1991-2007/2008年,SST与500 hPa副热带高压密切相关,当SST偏高时,副热带高压偏强,低层我国东部沿海、南海地区南风分量偏强,有利于向我国东南地区输送暖湿气流,影响东南地区冬季降水。     

一次极端寒潮天气过程等熵位涡分析

利用2016年1月1日至31日的FNL资料,对一次极端寒潮天气过程进行了等熵位涡分析。结果表明:高位涡主体由极涡分裂而来,前面低位涡区的阻挡与后侧低位涡大气的北上加强了位涡的经向交换,高位涡空气不断由极地向南输送,使得高位涡主体不断加强维持。高位涡在由北向南移动的同时,也由对流层顶向下输送。此次寒潮过程主要有3股冷空气由上而下发展,位置均在高空急流轴的北侧,最南端的一股下沉气流最旺盛,这是其与高空急流相互作用的结果。强盛的冷空气下沉使得寒潮影响范围触及我国华南地区。随着高位涡的向南向下传输,一方面引起对流层中高层低涡系统迅速发展,当它移到中国东部地区时,东亚大槽迅速加深,使槽后强冷空气迅速向南爆发;另一方面,在高位涡输送的过程中,其后侧有强烈的下沉运动,使得地面冷高压快速发展,导致强寒潮天气的爆发。     

冬季北极涛动的影响分析

采用美国NCEP/NCAR月平均再分析资料、中国气象局160站地面月资料以及美国国家海洋和大气局月平均北极涛动（AO）指数,研究了1979～2008年12～2月AO与该时期北半球大气环流和我国气候的关系。发现当AO异常时,西风带和副热带的环流有很大的差别。当AO异常强时,北太平洋是一对偶极性异常环流：中高纬度为反气旋异常环流,副热带为气旋异常环流。这种形势越到高层越明显,范围也越大。对流层中高层中高纬度的反气旋异常环流西扩到贝加尔湖以东,副热带的气旋异常环流西扩到中印半岛。由于这种异常分布,西太平洋副热带高压偏弱,东亚高空西风急流偏弱,东亚大槽偏弱。乌拉尔山附近是负距平,不利于乌拉尔山高压脊发展。在海平面气压场上,北太平洋为正距平,而在西伯利亚为负距平,阿留申低压和西伯利亚高压偏弱,因此东亚冬季风偏弱。由于冬季风偏弱,导致我国东部、东北、新疆和内蒙古温度偏高。AO异常弱时,环流形势正好相反,冬季风偏强,我国温度偏低。AO的异常也影响我国降水,AO异常强时,除内蒙古、新疆降水偏少外,大部分地区降水偏多,异常降水中心在华南沿海;而当它异常弱时,江南、华南、内蒙古和新疆降水偏多,其他地区降水偏少,异常降水中心位于江南。2008年1月AO活跃,与AO强时平均情况一致,两者在中纬度的东亚有非常好的相似性,都为正距平,表示东亚大槽偏弱;北太平洋的偶极性异常环流对在对流层中、上层也是明显的。最主要的差异在乌拉尔山和西太平洋地区,由于造成2008年1月我国南方持续雨雪冰冻天气重要因素的西太平洋副热带高压、乌拉尔山阻塞高压和冬季风与AO偏强的平均情况相反,因此AO不是造成持续雨雪冰冻天气的原因。     

海南岛春季降水异常的环流和海温特征

利用海南岛18个市县国家气象观测站月降水资料、NCEP\NCAR的逐月资料、美国NOAA中心OISST1的海温逐月资料,研究了海南岛春季降水变化及降水异常的大气环流变化特征,结果表明:海南岛春季降水量较大的地区为东北部到中部地区。春季降水量的特征时间尺度分别为2和6年。降水偏多(或偏少)年,高层位势高度呈现北高(或低)南低(或高)的分布状态,中层贝加尔湖和巴尔喀什湖之间高压脊偏强(或偏弱),东亚大槽偏强(或偏弱)、偏南(或偏北),副高偏弱(或偏强)、偏南(或偏北),有利于(或不利于)北方冷空气南下扩散到华南地区,中南半岛到南海中北部低压(或高压)异常。降水偏多年,西南风携带大量水汽经孟加拉湾南部、中南半岛南部进入南海后与冷空气汇合;降水偏少年,冷空气活动偏北,西南风偏弱。当赤道附近的中东太平洋海区的海温异常偏低、30N°附近的北太平洋海区和我国的黄海、东海附近海区的海温异常偏高时,有利于春季降水,反之则不利于春季降水。     

2019/2020年冬季我国暖湿气候特征及成因分析

2019/2020年冬季,我国大部分地区气温显著偏高,降水异常偏多,气候总体表现为“暖湿”的异常特征。异常成因分析表明：2019/2020年东亚冬季风强度较常年同期偏弱,西伯利亚高压异常偏弱,季节内冬季风强度阶段性变化特征显著;北极极涡收缩于极地,强度偏强,AO为异常偏强的正位相,乌拉尔山阻塞高压活动偏弱,东亚槽偏弱,欧亚中高纬以纬向环流为主;西太平洋副热带高压强度偏强、位置偏西偏北,印缅槽阶段性活跃,二者有利于太平洋和印度洋水汽向我国输送。受北半球环流异常的影响,我国冬季出现了“暖湿”的异常特征。进一步对东亚冬季风偏弱的可能原因分析表明：2019年秋冬季赤道中太平洋暖海温发展,2019年10月至2020年1月Ni〖AKn~D〗o3.4指数均大于0.5℃,这种类中部型El Ni〖AKn~D〗o海温异常有利于激发偏强、偏北的西北太平洋反气旋,进而抑制了东亚冬季风的发展和南下;此外,冬季北半球极涡收缩于极地,强度偏强,AO持续异常偏强的正位相,均不利于乌拉尔山阻塞高压的发展,且东亚大槽明显偏弱,共同导致了欧亚中高纬地区以纬向环流为主,东亚冬季风偏弱。     

副高异常引起的一次寒潮少雨天气过程分析

通过对2010年2月10—18日贵州一次罕见寒潮低温少雨天气进行分析,得出:寒潮爆发前贵州大部地区受热低压影响,出现异常升温,大部分地区日最高气温超过25℃,西北利亚地区冷涡分裂低槽发展东移南下,引导地面强冷空气向南爆发,造成剧烈降温,是此次寒潮天气形成的主要原因;寒潮天气出现后,有2次冷空气补充南下,使滇黔静止锋维持时间长并趋于活跃,贵州大部地区位于静止锋后冷区,是长时间持续低温阴冷天气的重要原因;过程期间动力条件较好,但与常年冬季相比,由于西太平洋副热带高压持续异常偏西偏强,并呈东西向带状分布,稳定维持在西太平洋到孟加拉湾一带,阻断了孟加拉湾和南海的水汽向贵州输送,贵州上空为水汽平流负输送区,是水汽净流失区,湿层浅薄,空气干燥,导致持续时间达9d的寒潮低温天气过程降水异常偏少。     

近50年东北冷涡异常特征及其与前汛期华南降水的关系分析

利用中国气象局国家气象信息中心提供的1951～2004年中国160站华南前汛期 (5～6月) 月平均降水、气温资料、欧洲中心提供的ERA-40再分析资料和Reynolds海温资料, 对东北冷涡与华南前汛期降水进行了统计分析, 定义了一个前汛期东北冷涡强度指数 (NECVI), 并研究了前汛期东北冷涡异常年同期东亚季风、西太平洋副高、对流层低层的垂直运动异常特征和前期全球海表温度 (SST) 的先兆信号, 结果表明: 前汛期东北冷涡强度与华南降水存在显著的正相关, 东北冷涡强年, 前期东亚冬季风偏弱, 同期东亚夏季风异常爆发提前且偏强, 西太平洋副高位置偏南, 华南地区低层上升运动发展, 降水偏多; 东北冷涡偏弱年, 前期东亚冬季风偏弱, 同期东亚夏季风爆发推迟且偏弱, 西太平洋副高位置偏北, 华南地区低层下沉运动发展, 降水偏少; 前汛期东北冷涡与前期中国近海海温存在显著的负相关关系, 前汛期东北冷涡异常强年, 前期对应着La Nia的成熟阶段或发展阶段, 而前汛期东北冷涡异常弱年则对应着El Nio的成熟阶段或发展阶段.     

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。     

2022年“龙舟水”持续暴雨过程与夏季风关系初探

利用NCEP日平均再分析资料、广西降雨量资料,对2022年广西“龙舟水”期间持续强降雨的雨情、夏季风活动特征及其对持续性强降雨的影响进行分析。结果表明,2022年南海夏季风爆发偏早,在“龙舟水”期间强度偏强,倾向于向东传播,使广西强降雨区出现在桂东北地区。2022年“龙舟水”期间,西太平洋副热带高压西脊点位置偏东,西段脊线位置偏南,使水汽输送偏南偏多。另外,东亚大槽偏深,冷空气活动频繁等诸多因素使得夏季风前沿在华南地区长时间停滞,造成了广西的持续性强降雨。     

东亚冬季风指数及其对东亚大气环流异常的表征

基于月平均NCEP/NCAR再分析资料、CMAP全球降水资料及中国台站降水和冷空气资料,首先概括了东亚冬季风环流系统的主要成员,并对基于这些环流系统定义的有代表性的4种东亚冬季风指数进行了比较分析。结果表明,4种指数具有比较一致的年际和年代际变化特征,相互间都为显著正相关,表明各指数都能较好地反映出其他环流系统成员的异常。功率谱分析结果显示,所有东亚冬季风指数均具有3—4年的年际变化周期和6.5年周期及9—15年的年代际变化周期。此外绝大部分指数在20世纪80年代之后都有线性减弱的趋势。所有季风指数都能够很好地反映“强(弱)冬季风年,低层西伯利亚高压偏强(弱),阿留申低压偏深(浅),副热带北风气流偏强(弱),东亚副热带地区气温偏低(高),中层东亚大槽偏深(浅)及高层副热带西风急流偏强(弱)”的基本特性。但各指数与冬季影响中国的冷空气次数间均无很好的对应关系。另外,绝大多数指数与东亚地区夏季降水也有较好的滞后关系,表明冬季风不仅对同期环流系统存在作用,而且还可能影响到夏季。     

亚洲热带夏季风指数与中国南方降水的关系

利用1979—2013年夏季全球2.5°×2.5°逐日环流资料和中国气象站点降水观测资料,采用动力学因子(西南风)与热力学因子(Radiation Longwave covting, OLR)相结合定义了标准化的亚洲热带夏季风指数(Tropical Summer Monsoon Index, TSMI)。结果表明,该指数能够很好地描述亚洲热带夏季风的年际变化和准4 a变化特征,并能够指示中国南方夏季降水的异常变化和东亚大气环流特征。强(弱)亚洲热带夏季风年,印度夏季风槽和南海夏季风槽加强加深(减弱),孟加拉湾海域一致西南风(东风)异常,越赤道急流向北输送偏强(偏弱),南海季风槽位置偏西(东),南海区域一致西南风异常,西太平洋副热带高压和南亚高压纬向位置分离(重叠),低层气流在长江流域辐散(辐合),华南地区辐合(辐散),长江中下游流域出现异常下沉(上升)运动,造成长江流域降水偏少(偏多),华南地区降水比常年偏多(偏少)。     

亚洲东部冬季地面温度变化与平流层弱极涡的关系

利用NCEP资料计算NAM指数和标准化温度距平,对17次平流层弱极涡事件时亚洲东部温度变化进行了研究。结果表明:平流层环流异常比对流层温度变化超前约15天,地面温度变化的最大距平出现在平流层弱极涡后期,大约以40°N为界,北部比正常年份偏冷而南部偏暖。文中通过位势涡度的分布和变化以及500 hPa东亚大槽的变化讨论了其影响过程和机理,在弱极涡初期和中期,自平流层向下,高位涡冷空气主要局限于60°N以北。从弱极涡的后期开始,在45°N以北地区,高位涡冷空气向南扩张,在对流层中上层,极地附近的高位涡冷空气扩张到45°N附近。同时,500 hPa东亚大槽虽有加强,但低压区向东延伸,而贝加尔湖附近的高压脊显著减弱,致使槽后的偏北气流减弱,槽后冷空气主要影响中国华北、东北及其以北地区,造成这些地区偏冷。而40°N以南地区,从弱极涡的后期开始有南方低位涡偏暖空气向北运动,同时冷空气活动减少,地面显著偏暖。     

华南4—5月持续性干旱及其环流背景

用测站降水量资料和NCEP-DOEⅡ再分析资料等,统计分析了华南春季各月降水量逐年变化的相互关系以及华南4—5月持续性干旱对应的大气环流异常特征,初步探讨了与华南4—5月持续性干旱有关的海温异常及其可能的影响机理。华南春季降水量主要变异型为全区一致型,近30年来华南春季降水量在减少,华南4、5月降水量的逐年变化有显著的同相特征。华南春旱主要是由4—5月的降水持续偏少造成的。在华南4—5月持续干旱年,华南附近高低空都存在一个异常的反气旋,并在华南上空造成异常下沉运动;东亚大槽南支偏弱,不利于中高纬度冷空气南下,因而不利于华南降水。在华南4—5月持续干旱年,热带中太平洋的海温正距平可从前一年12月一直持续到当年5月,其影响华南春旱的机制是:由于赤道中太平洋地区海温正距平,导致该区域的异常辐合上升运动,同时通过罗斯贝波的响应在其西侧即西太平洋赤道南、北两侧低空强迫形成气旋性环流异常,在菲律宾东侧的热带西太平洋上空强迫出异常的上升运动,进而使南海北部和华南地区出现异常的下沉运动,导致干旱;在南海及热带西太平洋上空大气低层出现的偏北风异常也使得来源于南海—西太平洋的水汽输送减弱,不利于华南降水。在华南4—5月持续干旱年,4、5月欧亚大陆中高纬度地区也存在一个持续性的西北—东南向的异常环流波列,其对华南干旱的发生也具有显著的影响作用。     

华南冬季气温异常与大气环流和海温的关系

利用1961—2013年中国743个测站的逐日气温资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF分解、相关、回归、合成等方法分析了华南冬季气温异常的气候特征及其与同期大气环流和前期海温的关系。结果表明,华南冬季气温总体一致性偏高,近52年来华南冬季平均气温以0.26 ℃/(10 a)的速率上升,但显著低于全国平均的冬季增温速率,并在1989年发生升温突变。华南冬季平均气温具有显著的年际和年代际变化。当西伯利亚高压和乌拉尔山阻塞高压均偏弱、阿留申低压偏强、东亚大槽偏弱、太平洋副热带高压加强、冷空气活动偏弱时,有利于华南冬季气温偏暖。华南冬季气温在年际尺度上与ENSO和西伯利亚高压联系更密切,在年代际尺度上,华南冬季气温增暖趋势与鄂霍次克海海温偏低、东亚大槽减弱密切相关。      

2010年1-3月大气环流与桂西北干旱

利用Micaps提供的常规资料、卫星水汽图像和地面气象记录资料,对2010年1-3月桂西北出现的干旱天气成因进行分析。结果表明:干旱天气出现和维持与特定的大气环流异常相联系。副热带高压偏强位置偏西,阻挡了水汽由南向北输送的路径,不利于降水云雨形成;长波槽宽而浅,冷空气沿着宽槽纬向传播,使得冷空气南下强度减弱,路径偏东;南支槽强度偏弱,西南水汽的输送能力差。     

冬季中东急流与中国气候异常的联系

用NCEP/NCAR再分析资料和中国160站降水和气温资料,研究了冬季中东急流与中国气候异常的联系。结果表明:中东急流偏强、位置偏东南时,200 hPa上孟加拉湾、中南半岛及中国南海西风加强,而中国30°N以北西风减弱,相应地东亚急流减弱;500 hPa上西欧脊加强且东欧大槽加深,伴随孟加拉湾北部南支槽加深而东亚大槽减弱,有利于欧洲中东部冷空气频繁向东南方向活动,并一直影响到中国西南部;850 hPa上缅甸、中南半岛、华南沿海的西南风距平,有利于孟加拉湾水汽向华南地区输送;上述大气环流异常有利于华南地区降水显著增加,长江上游地区气温下降特别是西南地区气温显著降低,东北地区气温升高;反之亦然。     

广西寒潮天气统计特征及环流形势分析

根据修订后的寒潮标准,对广西近46a的寒潮天气进行统计,并对典型寒潮年进行环流形势分析。结果表明:广西近46a出现了61次寒潮天气过程,其中全区性21次,桂北区域29次,桂南区域22次;广西寒潮最早出现在11月份,最迟出现在3月份,1月是寒潮出现的高峰月;出现寒潮频率的地域分布为东高西低;历年出现寒潮的总站数略呈下降趋势,并具有2年及11年左右的明显周期振荡特征。典型寒潮年环流分析表明当极涡南掉,东亚大槽加深,乌拉尔山脊维持,冬季风的加强及中纬度西风气流是导致冷空气堆积并爆发寒潮的主要环流形势。     

我国华南4、5月份降水年代际变化的特征及其与中西太平洋海温的可能关系

利用1951～2005年华南4、5月份降水资料、NOAA海温资料以及NCEP再分析资料,对华南4、5月份降水年代际变化的特征、及其所对应的大尺度环流以及与中西太平洋海温的关系作了分析。结果表明,华南4、5月份降水均在1970年代初期发生显著的年代际转变,从之前的降水偏少转变为降水偏多。华南4月份降水与前一年7～11月份的中西太平洋海温、华南5月份降水与当年2～5月份的中西太平洋海温有显著的负相关。在4、5月份年代际降水偏少(多)时期,前期中西太平洋海温偏暖(冷);同期亚洲大陆南部及非洲大陆的海平面气压显著偏低(高),北太平洋海区海平面气压偏高(低);我国华南上空存在反气旋性(气旋性)环流异常,我国华南地区北边界存在显著的南(北)风异常,造成华南地区北边界异常水汽输出增强(减弱)。同时,我国大陆对流层中上层大气显著偏暖(冷),东亚高空急流显著偏北(南),副热带高压偏弱(强)偏东(西),向华南地区输送的水汽减少(增加),从而在华南地区形成异常的水汽辐散(辐合),最终导致华南地区4、5月份降水的减少(增加)。