西太平洋暖池海温异常年夏季东亚大气环流特征

利用NCEP/NCAR逐月再分析资料对西太平洋暖池区海表水温冷、暖异常年夏季东亚大气环流作了合成分析,与气候平均比较后发现:夏季暖池区暖异常时,在西太平洋上空的对流层低层产生一个强的反气旋偏差环流,因而不利于南海南部和赤道太平洋地区的西风发展,使热带夏季风强度减弱;在南海西部和中南半岛东部有偏差气流转向大陆,因而增强了偏南风,使副热带夏季风强度增强;在对流层中、下层副高脊线位置偏南,大约以400hPa为分界线,低层副高强度增强,高层副高强度减弱。西太平洋暖池冷异常年夏季东亚大气环流特征大致与上述情况相反,且强度或变化幅度小于暖异常年夏季。另外,与气候平均比较,暖异常年纬向Walker环流上升支大幅西移,而冷异常年该环流上升支则东移。     

西太平洋副热带高压中期进退的环流机制

在西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)进退过程中,存在着副热带西南季风上升气流和北支高空热带东风下沉气流构成的副热带季风环流圈,它是联系西太副高进退的一支主要气流;高纬地区Ferrel环流的存在,把西风带气流和副高联系起来,但这支西风带气流是通过加强副热带季风环流圈对副高起作用的.     

对西太平洋副高脊加强、西伸的初步分析

本文主要利用1973年以来,全球热带历年逐月各标准等压面月平均风场(ECMWF,KWBC),OLR(CAC)资料及西太平洋副高各种指数(国家气象局),分析了热带风场变异对印度洋-西太平洋反沃克环流、赤道西风、越赤道气流的影响,及其对西太平洋副高脊加强、西伸的影响过程。     

黑潮冬季海温对我国东北地区夏季降水预测信号的增强

统计分析结果表明,黑潮冬季海温和东北夏季降水的关系有非常明显的年代际变化,表现为从20世纪50-60年代弱的正相关逐步转变为现阶段很强的负相关。尤其是在东北夏季降水异常年份,黑潮海温呈明显的反位相变化,因此可被视为一个非常有效的前兆预测信号。分析了可能的影响机制,即当前期黑潮海温偏低时,海洋热力异常的持续性会导致其夏季低层出现反气旋式风场距平环流,在西太平洋副热带高压(副高)西北侧出现东北风距平及在东北冷涡东南侧出现西南风距平,导致在副高区和东北冷涡区均形成气旋式距平环流系统,从而减弱了副高并增强了东北冷涡。反之,黑潮海温偏高时,其上空气旋式距平环流系统将减弱东北冷涡强度和增强副高强度。这是黑潮海温影响东北夏季降水异常的主要原因。     

印度洋和北太平洋海温与夏季西太平洋副热带高压长期变动的关系

本文通过对印度洋、北太平洋海表温度与夏季西太平洋副高特征量进行相关分析来研究两大洋海温与西太平洋副高长期变动的关系。分析得出,海温和夏季西太平洋副高的强度关系十分密切。空间上表现为相关敏感区位于洋流区和季风流区;时间上海温变化超前于副高,且两大洋超前的时间有差异。海温与副高位置变动的关系在两大洋亦有不同。北太平洋海温与副高南北位置变动有较好相关,相关区主要分布在洋流区,而印度洋没有明显相关。对副高东西位置变动,印度洋海温的作用强于北太平洋海温,相关区主要都分布在冷暖海流交汇处附近。两大洋与副高长期变动的相关敏感区的起迄时间大体上与大洋上空大气环流的转换期相对应。     

西北太平洋季风槽异常与热带气旋活动

在普查1979-2005年热带气旋(TC)个例的基础上,建立了生成于西北太平洋季风槽的热带气旋(简称MTTC)序列,统计发现1979-2005年的5-10月南海和西太平洋TC总频数为672个,其中MTTC频数为491个,占总频数的73.1%,占登陆我国TC频数的79.2%,可见,MTTC的活动规律反映了西太平洋TC以及影响我国TC的主要活动规律.分析了逐日环流场,将季风槽分为5种主要形态:南海季风槽型、南海-西太平洋季风槽型、反向季风槽型、三气流型和西太平洋季风槽型.根据每年5-10月的季风槽、副高以及越赤道气流等系统的强弱和位置,将1979-2005年分为4种年型:季风槽西南型、西北型、偏东型和正常年型,针对前3种季风槽异常年型,诊断分析了有利于TC形成的海温场、大尺度环流场、水汽输送、大气视热源和视水汽汇以及纬向风垂直切变的特征,发现不同季风槽年型,由于太平洋海温场的差异,引起哈得来环流和Walker环流的差异以及西太平洋副高、南亚高压等大尺度系统位置以及越赤道气流强度的差异,导致有利于TC生成的热力条件、动力条件和环境条件的不同,致使MTTC生成位置、频数、路径以及在我国的登陆点有着显著差异.     

太平洋海温异常对南海西南季风建立早晚的影响——数值模拟研究

利用9层15波全球大气环流谱模式研究了太平洋海温异常对南海西南季风建立早晚的影响作用.结果表明:西-中太平洋海温异常数值试验结果最能反映出南海西南季风爆发早、晚年4～5月份大气环流的差异特征.数值试验结果显示:西太平洋海温正(负)异常可导致西太平洋副高减弱(加强);中太平洋海温正(负)异常主要使得中太平洋上空的洋中槽减弱(加深);东太平洋海温正(负)异常可造成东太平洋赤道两侧高层环流产生反气旋性(气旋性)变化,孟加拉湾-南海-西太平洋热带地区出现东风(西风)异常,西太副高加强(减弱).可见西太平洋海温异常和东太平洋海温异常都可以对副高强弱变化产生明显影响,从而对南海西南季风建立早晚产生影响,只不过西太平洋海温异常的影响作用更为显著.西太平洋正(负)海温异常与中太平洋负(正)海温异常经常是同时出现的,其激发出的与向东传的Kelvin波和向西传的行星波相联系的环流异常为南海季风建立早(晚)提供有利的条件,因而这一海温分布型是影响南海西南季风建立早晚的重要影响因子.     

南海夏季风爆发与西太平洋暖池区热含量及对流异常

利用1955～1998年逐月的上层海洋热含量资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了南海夏季风爆发与热带西太平洋暖池区热含量异常的关系,并对影响过程进行了探讨.结果表明:(1)热带西太平洋暖池区是热带上层海洋热含量变化最大的区域,暖池区的热含量的变化与ENSO关系密切,是ENSO循环的重要组成部分,也是影响南海夏季风爆发最明显的地区.(2)南海夏季风爆发与前期(特别是前期冬、春季)暖池热状态的变化有密切关系,当前期暖池热含量高时,南海夏季风爆发早,反之爆发晚,这与由暖池变化所产生的上空大气的对流活动密切相关;4月暖池区热含量高(低)是预报南海夏季风爆发早(晚)的一个很好指标.(3)西太平洋暖池区热含量正异常时,辐散中心位于南海—西太平洋,对流强,西太副高弱且位置偏东,季风环流(印度洋纬向环流和经向环流)和Walker环流为正距平环流;正距平的季风环流有利于低空西到西南气流的加强,南海夏季风爆发早,反之爆发晚.由暖池变化所引起的大尺度季风环流和Walker环流的异常变化可能是影响南海夏季风爆发的一个重要动力机制.     

2022年夏季中国高温的环流异常特征

基于美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)全球范围扩展重建海面温度资料第5版本(Extended Reconstructed Sea Surface Temperature version 5,ERSSTv5),以及美国国家环境预报中心和国家大气研究中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)/NCAR(National Center for Atmospheric Research)逐月全球再分析资料,采用相关、回归、合成及物理量诊断等方法,对2022年夏季中国大范围高温相关环流异常的可能成因进行了分析。结果表明:(1)2022年夏季南亚高压偏强并分别向东、西方向扩展,西太平洋副热带高压(以下简称“副高”)异常偏强西伸。2022夏季为拉尼娜(La Niña)年,但热带大西洋垂直上升环流相对西太平洋更强,且热带印度洋到西太平洋热带垂直上升环流异常也偏强。(2)2022年热带大西洋、印度洋到西太平洋上空垂直环流异常和La Niña共同作用,使得夏季南亚高压和西太平洋副高极端异常。La Niña和印度洋到西太平洋垂直环流异常有利于南亚高压和西太平洋副高的偏强西伸;热带大西洋环流异常则既有利于南亚高压的加强及东扩,也有利于西太平洋副高偏强西伸。(3)印度洋到西太平洋垂直环流主要通过局地经向哈得来(Hadley)环流影响青藏高原到中国东部的环流异常,表现为青藏高原到中国东部中低层为显著的辐散异常;热带大西洋则通过引起纬向风异常(急流异常),激发遥相关波列并向下游传播,进而影响青藏高原到中国东部地区的环流异常。     

太平洋-印度洋暖池次表层水温与南海夏季风爆发

为探索太平洋—印度洋热带海域次表层水温对南海季风的影响,用Argo剖面浮标等实测资料,分析了太平洋—印度洋暖池次表层水温异常对南海夏季风爆发的影响。结果表明：冬季,太—印暖池次表层水温偏暖（冷）时,翌年南海夏季风爆发时间偏早（晚）是主要现象。太—印暖池次表层水温偏暖,可能引起Walker环流加强,西太平洋副热带高压偏弱,中心位置偏北偏东,南海和西太平洋上空对流层下层有气旋性距平环流出现,有利于低空西到西南气流的加强,导致南海夏季风爆发偏早;太—印暖池次表层水温偏冷,可能引起Walker环流东移并减弱,西太平洋副热带高压偏强,中心位置偏南偏西,南海和西太平洋上空对流层下层有反旋性距平环流出现,不利于低空西到西南气流的加强,导致南海夏季风爆发偏晚。结论：冬季,太—印暖池次表层水温偏暖（冷）,翌年南海夏季风爆发时间偏早（晚）是主要现象。     

夏季南亚季风系统中期变动过程中的200hPa辐散环流

本文用合成资料讨论了夏季南亚季风系统中期变动过程中200hPa辐散环流的变化,揭示了一些有意义的新事实:(1)南亚季风区到太平洋信风区存在两个主要的辐散中心,它们分别位于菲律宾以东海面和西太平洋的加罗林群岛.前者存在明显的东西振荡过程,它和南亚季风环流的中期变动有密切的联系,后者位置稳定少变,但强度变化明显.(2)对澳大利亚高压起着主要作用的是源自加罗林群岛辐散中心的南支辐散气流,而不是源自南海的辐散流;在源自上述两个辐散中心的南支辐散气流的共同作用下,在澳大利亚以西海面上还维持一个独立的辐合下沉实体,其强弱变化有明显的准双周振荡过程.(3)在黄淮地区存在一个与东亚大陆季风雨带相对应的次级辐散中心,其向南的辐散气流与源自南海到西太平洋向北的辐散气流在东亚大陆的副热带地区汇合下沉,引导西太平洋副高伸入大陆;一旦这一次级中心消失,副高随即退出大陆.(4)当菲律宾以东海面的辐散中心移到中南半岛,则与加罗林群岛辐散中心之间的辐散气流在南海地区辐合下沉,这时该地区赤道反气旋活跃,表明其动力性质明显.     

2017年7-10月西北太平洋TC生成异常特征及成因分析

利用CMA-STI热带气旋最佳路径数据集和NCEP/DOE再分析资料,对2017年7—10月西北太平洋热带气旋(TC)生成异常特征及大尺度环流成因进行了分析。结果表明:(1)2017年7月西北太平洋TC生成个数异常偏多、生成时间集中,7—10月TC生成位置异常偏西;(2)西北太平洋副热带高压7月下旬持续减弱东退和20～60 d季节内振荡异常活跃是该时期西北太平洋TC频繁生成的重要原因;(3)西北太平洋上空大尺度环流异常造成了2017年7—10月西北太平洋TC生成位置偏西。西北太平洋中、东部海域为强盛副高控制,但在南海至菲律宾以东洋面季风槽活跃,该海域对流层低层形成气旋性涡旋、高空散度和低层涡度大、垂直风切变偏小、对流层中层湿度大。而西太平洋越赤道气流与西北太平洋上空大尺度环流一致变化,越赤道气流偏弱,仅有位于105°E的越赤道气流较强,使得西北太平洋上空利于TC生成的环流西移;(4)受La Nina事件发展影响,赤道太平洋出现东风异常以及Walker环流异常偏西,使得与TC生成有关的大尺度辐合中心西移,造成TC生成位置偏西。     

太平洋低纬地区垂直环流圈与海温的长期变化(二)

本文通过统计学相关分析,讨论了西太平洋低纬地区经圈环流强度、西北太平洋副热带高压的长期变化与赤道太平洋东部海温场、热带太平洋西部—南海海温场之间的耦合关系。 结果表明,赤道太平洋东部海温异常是西太平洋低纬地区经圈环流强度长期变化的主要原因之一。赤道太平洋东部海温的异常,通过西太平洋低纬地区经圈环流强度的异常响应,影响西北太平洋500hPa副高以及南海海温的长期变化。很有可能,东北太平洋中高纬度西风带西风强度与赤道海温的遥相关,是通过西太平洋低纬地区哈特莱环流向北的角动量和热量输送而实现的。     

夏季南亚季风系统中期变动过程中的200hPa辐散环流

本文用合成资料讨论了夏季南亚季风系统中期变动过程中200hPa辐散环流的变化,揭示了一些有意义的新事实:(1)南亚季风区到太平洋信风区存在两个主要的辐散中心,它们分别位于菲律宾以东海面和西太平洋的加罗林群岛。前者存在明显的东西振荡过程,它和南亚季风环流的中期变动有密切的联系,后者位置稳定少变,但强度变化明显。(2)对澳大利亚高压起着主要作用的是源自加罗林群岛辐散中心的南支辐散气流,而不是源自南海的辐散流;在源自上述两个辐散中心的南支辐散气流的共同作用下,在澳大利亚以西海面上还维持一个独立的辐合下沉实体,其强弱变化有明显的准双周振荡过程。(3)在黄淮地区存在一个与东亚大陆季风雨带相对应的次级辐散中心,其向南的辐散气流与源自南海到西太平洋向北的辐散气流在东亚大陆的副热带地区汇合下沉,引导西太平洋副高伸入大陆;一旦这一次级中心消失,副高随即退出大陆。(4)当菲律宾以东海面的辐散中心移到中南半岛,则与加罗林群岛辐散中心之间的辐散气流在南海地区辐合下沉,这时该地区赤道反气旋活跃,表明其动力性质明显。     

西太平洋暖池区海温异常对冬季环流影响的数值研究

应用全球气候模式就西太平洋暖池区冬季海温异常对冬季大气环流及东亚冬季风的影响问题进行了数值试验.结果表明;西太平洋暖池区海温异常可以引起太平洋中东部Walker环流加强并使其位置东移.同时,增温区附近两半球的Hadley环流也明显增强,增温区附近的上升运动及副热带地区的下沉运动均更加明显.在反常加热区附近有自热带向中高纬度传播的波列出现,从而把海温变化的影响传播到全球.西太平洋暖池区海温异常对副热带高压、西风急流、西风带槽脊强度及位置分布均有重大影响,并造成全球高度场、温度及风场的变化,它使增温区两侧的副热带高压加强并向极地一侧移动,促使西风急流加强并北移,使东亚大槽北缩,并增大高纬与热带之间的热力差异.暧池区海温的异常升高使东亚冬季风减弱,我国大部分地区增暖.     

山东夏季不同雨型的前期异常大气环流及海温场特征

采用合成分析原理,研究了山东夏季降水不同分布型的前期冬、春季大气环流及前期秋、冬、春季海温场特征。结果表明,不同降水分布型在前期的大气环流及海温场中表现出了较大差异,同多型表现为欧亚中高纬环流由前冬12月的纬向型,隆冬到初春转为经向型,西太平洋副高隆冬到初春偏弱,春季4—5月转为偏强,海温场则表现为赤道中东太平洋地区前期秋冬季的暖水位相到春季减弱或转换为冷水位相;而同少型则基本相反;东多西少型前期冬春季西太平洋副高持续偏弱,欧亚中高纬和北美地区盛行经向环流,海温场上则表现为从上年秋冬季为拉尼娜状态,而春季明显减弱;西多东少型基本相反。     

副热带海域的海洋加热异常及其对副高的影响

海洋在天气、气候及大气环流变化过程中起着重要作用,海洋热源的异常分布是造成长期天气异常的重要原因。海洋对大气的作用主要是通过海气界面的热量交换来实现的，因此,直接运用海气热量交换来考虑海洋对大气的加热作用,分析海洋加热异常对长期天气、气候及大气环流的影响,具有更明确的物理意义。 西北太平洋副热带高压是造成我国旱、涝及天气变化的主要副热带天气系统,对我国夏季气温、雨带位置及强度影响很大。西北太平洋中、低纬副热带地区是海洋向大气提供热量和水汽较多的地区,也是海气相互作用最强烈的海域,这一地区的海洋加热对西北太平洋副热带高压的变化将有直接影响。本文分析了冬季西北太平洋副热带海域海洋加热主要场的分布特征,指出了海洋加热与西北太平洋副热带高压的关系。结果表明,冬季该海域海洋加热较常年偏多时,冬、春至初夏副高偏弱,位置偏东、南(6月副高脊线位置除外);反之,海洋加热较常年偏少时,副高偏强,位置偏西、北(6月副高脊线位置除外)。该海域海洋加热对副热带地区大气环流,尤其是副热带高压环流的变化有着重要作用。本结果对预测西北太平洋副热带高压的变化,研究中纬度海洋加热对西北太平洋副热带高压及其大气环流的影响有十分重要的意义。     

北太平洋副热带海洋环流强度异常对长江中下游夏季降水的影响

利用SODA资料和ECCO资料计算得到的北太平洋副热带海洋环流强度,和国家气候中心整编的中国160站逐月降水资料,结合NCEP/NCAR再分析资料和Hadley中心海表面温度资料,分析了1970－2007年海洋环流强度异常同期的大尺度大气环流异常特征及对中国东部夏季降水的影响。结果表明:海洋环流强度变化与长江中下游地区降水存在密切的反相关。环流强度异常可以通过影响西太平洋副热带高压的南北位置异常进而影响长江中下游降水。海洋环流偏弱时,副高位置偏南,长江中下游地区受气旋性环流异常影响,来自副高西北侧的强西南水汽输送至此,在该地区形成强水汽辐合中心,同时伴随上升运动加强和对流的加强,进一步导致该地区降水偏多;当海洋环流偏强时,西太平洋副高位置偏北,长江中下游地区受反气旋性环流异常影响,伴随辐散下沉及水汽辐散,导致该地区降水偏少;海洋环流强度异常导致的中纬度海区海表面温度异常,可能是导致副高南北位置异常的主要原因。     

埃尔尼诺与反埃尔尼诺期间亚洲夏季风环流系统的特征差异

本文对最近三次埃尔尼诺及三次反埃尔尼诺年7月份850hPa风的资料分别进行了合成分析。结果发现,在这两类不同的海洋事件中,亚洲夏季风主要环流系统(低空越赤道气流、盛行风、西太平洋副高及澳大利亚高压等)均表现出不同的特征,其中北半球环流系统特征与以前的研究结果一致,但澳大利亚高压则不然。     

海面温度对西北太平洋副热带高压的影响

本文在两次相关分析的基础上,讨论了海流区海温与副高特征量相关的特点及高相关区的时空演变特征。发现大部分高相关区的演变可分成移动型和准静止型两种。相关区移动或摆动的起点多集中在黑潮区、洪堡德海流区和热带东太平洋海区。同时对几个相关现象的可能物理原因做了初步分析,表明海温影响副高的途径是多种多样的;有下垫面的直接加热的影响;有下垫面加热影响其它环流系统,再通过此系统与副高的相互制约进而影响副高;还有通过经向垂直环流影响等等。