广东前汛期暴雨水汽输送异常变化特征

利用1979—2011年广东省86个测站的地面观测逐日降水资料及NCEP-DOE第二套分析资料,分析广东前汛期及其各月暴雨的水汽输送来源及其异常特征,诊断持续性暴雨过程水汽输送异常随赤道MJO活动的变化。结果表明,从多年气候平均场来看,广东前汛期（4—6月）水汽输送来源主要有孟加拉湾经中南半岛向华南输送（即西南支输送）、源于热带西太平洋随副热带高压边缘气流经南海地区向北输送（即东南支输送）和源于青藏高原西南侧伴随南支西风气流的向东输送（即西支输送）。广东前汛期降水异常变化的水汽输送异常来源与气候平均来源有所不同,前汛期暴雨的水汽输送异常主要是东南支、西支输送的输送异常以及源于我国中低纬度地区随偏北异常气流向南的水汽输送（简称北支输送）异常这三方面,其中北支输送异常主要加强广东区域的水汽通量辐合。暴雨水汽输送异常存在月际变化,西支和北支输送异常是4月、5月、6月暴雨的共同点,另外,5月暴雨还包括西南支、东南支输送异常,6月暴雨则包括东南支输送异常。各月持续性暴雨（持续3 d或以上的暴雨）与非持续性暴雨的水汽输送异常有所不同,4、5、6月东南支水汽输送异常,持续性暴雨比非持续性暴雨明显偏强。6月广东持续性暴雨的西南支水汽输送异常随MJO活动产生一定的变化,在MJO第4、5、6、7位相（8、1、2、3位相）,西南支水汽向华南输送偏强（弱）。赤道MJO活动影响西南支水汽输送强度的物理过程,主要是通过改变大气经向热力对比来影响孟加拉湾西南季风强弱变化,从而使该支气流流向华南的水汽输送发生变化。      

广东6月持续性暴雨期间的大气环流异常

利用1979—2011年共33年广东86个观测站日降水和全球大气多要素日平均资料,分析广东前汛期降水异常(包括暴雨和无雨)的环流特征。结果表明,广东6月持续性暴雨和持续性无雨期间大气存在显著的经向遥相关波列,其中,持续性暴雨过程波列更完整,非持续性暴雨(或非持续性无雨)则波列不显著,而4、5月的持续性暴雨或持续性无雨过程都没有波列出现。在经向波列存在的情况下,对流层中高层大气西风带环流经向度增大、槽脊发展增强,中高纬度这种持续稳定的环流形势,有利于冷空气和高空槽影响华南;在高层200 hPa,华南处于偏西风和西南风异常之间的气流辐散区域,有利于高层辐散;对流层中低层西太平洋副热带高压偏强、西脊点偏西,华南上升、南海下沉的垂直异常经圈环流建立;同时对流层低层来源于印度和孟加拉湾北部以及热带太平洋的水汽输送明显加强,从而为持续性暴雨过程提供有利的环流背景以及暴雨区所需的动力和水汽条件,可见经向波列通过对流层高、中、低层大气环流异常影响持续性暴雨。在没有经向波列的情况下,当500 hPa华南地区有西风槽活动、850 hPa南海北部西风偏强,广东局地动力上升条件和水汽输送条件达到一定程度,则只能出现非持续性暴雨。因此,经向波列可为区分持续暴雨与非持续暴雨预报提供参考。与广东降水持续异常相关的经向波列受中高纬度罗斯贝波、热带对流以及中低纬度太平洋地区大气异常等多方面的共同影响。     

广西前汛期大范围持续性暴雨的月际特征及环流差异性分析

基于1961～2017年广西87个地面观测站逐日降水资料,利用NCEP/NCAP逐日再分析资料并综合运用诊断分析方法,从月际变化的角度分析广西前汛期大范围持续性暴雨的气候特征、大气环流特点以及水汽、动力等物理机制的差异。结果表明:(1)广西前汛期大范围持续性暴雨出现频数在4、5和6月份中呈逐月递增趋势。(2)不同月份发生大范围持续性暴雨的影响机制各异,500hPa表现为4月的两槽两脊并在低纬度地区有分裂出的短波槽影响广西;5月为两脊一槽形势;6月份的一槽一脊配合中低纬度的东亚槽。低层850hPa表现为异常的气流辐合,随着月份增加辐合不断加强。(3)4～6月的主要水汽来源和水汽含量各异。(4)4～6月广西上空不稳定能量增强,为广西暴雨的产生提供了有利的触发机制。     

华南前汛期持续性暴雨统计特征及环流分型研究

利用1961—2013年华南区域305个国家级气象台站日降水资料、1980—2013年5—6月NCEP/CFSR再分析资料(分辨率0.5×0.5)等,定义华南前汛期持续性暴雨和暴雨持续日数,分析近53 a华南前汛期持续性暴雨特征及其大尺度环流形势;归纳有利于华南前汛期持续性暴雨发生的4种典型环流类型。结果表明:(1)华南前汛期持续性暴雨过程主要集中在5—6月,并存在准20 a振荡周期;1960年代前半段6月暴雨次数多,1960年代末期到1980年代5月暴雨次数明显增加,1990年代至2013年暴雨主要出现在6月,2006年后5月暴雨次数逐渐增加;暴雨过程持续日数一般3~4 d,超过10 d以上的单次过程仅4次。(2)华南前汛期持续性暴雨分为东亚槽底型、两脊一槽型、多涡旋型和纬向型,东亚槽底型和两脊一槽型次数相对较多,主要发生在5月下旬—6月下旬;纬向型次数最少,主要在5月上旬—6月初。(3)各型持续性暴雨过程500 h Pa中高纬地区环流特征各异,其共性是均有利于北方冷空气南下影响华南,低纬地区西太平洋副热带高压(副高)和孟加拉湾南支低槽维持少动,低层850 h Pa华南盛行西南暖湿急流;持续10 d左右的暴雨过程相较持续3~5 d的暴雨过程,副高位置偏西偏强,华南上空多短波槽活动,850 h Pa西南季风气流位置偏西偏北、风速偏大。     

2007年6月粤东持续性暴雨的成因分析

为了探讨2007年6月7-10日广东东部和珠江三角洲地区持续性暴雨的成因,使用常规气象观测资料、自动站资料以及NCEP的1°×1°的分析资料对这次过程环流特征和影响系统进行分析,同时使用局地经向环流线性诊断模式对这次过程进行模拟诊断.结果表明:这次粤东暴雨过程是在我国中高纬度稳定的两槽一脊的环流形势下,先后受东槽引导从华东沿海南下冷空气和受从西南地区不断东南移短波槽和低涡引导南下的冷空气影响,在华南北部形成稳定的锋面低槽和低空切变线,有利于水汽的辐合和雨带维持;孟加拉湾的西南急流和副高西侧南海西南气流是两支主要水汽输送带;此次暴雨与暴雨区上空中低层正(负)、高层负(正)的垂直螺旋度(散度)变化密切相关.中高纬度和低纬度系统共同影响以及暴雨区高层和低层动力热力条件配合,使得局地经向环流异常,造成了此次持续性强降水.定量诊断结果表明,在各个动力和热力因子中,潜热加热作用对这次暴雨过程贡献最大,此外反映西风急流和斜压槽活动的西风动量平流以及反映北方弱冷空气作用的水平温度平流也有一定的作用.     

大尺度环流的年代际变化对初夏华南持续性暴雨的影响

利用1961-2010年中国逐日降水数据和NCEP/NCAR逐日再分析资料集,研究了大尺度环流的年代际变化对不同频发年代华南持续性暴雨的影响。结果表明,虽然过去50年里华南持续性暴雨的发生存在两个频发时段(20世纪60年代中期到70年代中期、20世纪90年代初到2010年),其典型环流配置都表现为中高纬度冷空气和低纬度充沛水汽的配合,但不同频发时段的大尺度环流配置明显不同,这种配置使得两个频发时段的暴雨发生特点有所不同,最近20年的暴雨发生次数更多,强度更强,持续时间更长。在频发的1964-1976年,高纬度的冷空气主要来自西西伯利亚上空深厚的低槽前部,而此时南亚高压偏弱,西太平洋副热带高压偏弱、偏东,低纬度的水汽主要来自孟加拉湾印缅低压槽前,可降水量偏小,但垂直速度较大,水汽辐合较旺盛,华南上空大气环流较不稳定;在频发的1991-2010年,鄂霍次克海上空附近的高压脊活跃,高纬度冷空气主要来自高压后部,低纬度西太平洋副热带高压偏强,位置偏西,其西北侧的水汽源源不断输送到华南上空,故可降水量增多,伴随着强大的南亚高压提供的良好的高层辐散条件,华南上空垂直速度增大,水汽辐合明显,强有利的环流配置导致1991-2010年华南持续性暴雨强度更大、范围更广。因此,大气环流的年代际转型使得华南持续性暴雨发生了巨大改变,故在未来做预测时应充分考虑不同年代际环流背景场对华南持续性暴雨的重要影响。     

暴雨过程的物理诊断和水汽条件分析

对暴雨发生的物理成因进行了分析诊断,计算了与降水有关的各种物理量,讨论了各种物理量的特征,建立了物理模型.结论指出,随着大气环流由春末夏初向盛夏季节的过渡,松嫩流域东北冷涡暴雨过程的降水性质由初夏的连续性降水发展成盛夏的以对流性降水为主;暴雨区的水汽辐合中水汽平流的作用占有重要地位;影响暴雨的水汽分别来自西太平洋副热带高压南部低纬热带地区和孟加拉湾.两支水汽分别由西太平洋副热带高压西南侧的东南季风和西南季风直接向北方输送,或是分别向西或向东在我国南海合并再向北输送.来自孟加拉湾的水汽可追溯到印度洋赤道以南洋面,水汽先沿马克斯林高压东侧经索马里急流穿越赤道进入印度季风槽.关键是水汽最终能否输送到较高纬度的嫩江、松花江流域.     

台风环流对远距离暴雨水汽输送影响研究

利用NCEP再分析资料,结合WRF模式对2008年7月17—19日发生在山东省的台风远距离暴雨水汽输送过程进行分析。结果表明：台风环流不仅有利于低纬度西太平洋水汽输送到山东内陆地区,而且迫使来自孟加拉湾的气流强度和方向发生变化,进而对远距离降水强度和持续时间产生重大影响;台风环流对鲁东南地区的水汽贡献远大于鲁西南地区,移除台风环流能间接地增强鲁西南地区的水汽供应;台风环流使远距离降水区水汽辐合范围集中,辐合强度增强,从而增强降水强度。     

2013年浙江两次汛期暴雨过程对比分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,对2013年4月29日(4.29)和6月6日(6.6)浙江两次汛期暴雨的天气形势场、热力动力和水汽条件进行对比分析,研究浙江暴雨的机理,为暴雨预报提供依据。结果表明:1)4.29暴雨影响系统高层为西风槽、低层为低涡;6.6暴雨高低层影响系统均为低涡。2)4.29暴雨高空西风急流强,垂直方向上存在正向环流圈,低层辐合对应高层辐散;6.6暴雨高空西风弱,垂直方向上无明显环流圈,散度场分布较复杂。3)4.29暴雨主要水汽来源为孟加拉湾、南海-西太平洋;6.6暴雨主要水汽来源为孟加拉湾、南海-西太平洋和东海。4)4.29暴雨过程中锋区呈东西走向,有较强冷空气侵入,而6.6暴雨过程中锋区呈东南-西北走向,只有较弱冷空气侵入。     

2017年盛夏湖南持续性暴雨过程的水汽输送和收支特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先分析了2017年6月下旬至7月初湖南持续性暴雨天气过程的环流背景和大尺度水汽输送特征,然后引入NOAA的轨迹模式HYSPLIT,分阶段定量分析了暴雨的水汽输送特征以及区域水汽收支情况。结果表明：天气系统的有效配置和稳定维持是强降雨持续的主要原因,持续性暴雨与全球范围的水汽输送和水汽辐合相联系,低空急流的演变和进退与暴雨落区和强度的演变关系密切。影响此次强降水过程的水汽通道主要有三支,第一支由索马里越赤道急流经孟加拉湾和我国西南地区输入暴雨区,第二支由印度洋中东部越赤道气流经孟加拉湾南部和南海北部输入暴雨区,第三支由来自南半球的越赤道气流自南海南部一路北上输入暴雨区,第三阶段还有一支水汽由赤道西太平洋穿越菲律宾进入南海后再北上输入暴雨区。过程第一、二阶段的水汽输送主要来自孟加拉湾,其次是南海,第三阶段来自孟加拉湾和南海（包括西太平洋）的水汽输送各占一半。受地形影响,孟加拉湾通道的水汽主要输送至暴雨区700 hPa,其他来自低纬洋面的通道水汽主要输送到850 hPa及以下各层。暴雨区水汽输入主要来自南边界和西边界,且主要由低层输入暴雨区,以水平水汽通量辐合的形式在暴雨区上空低层大量汇聚,经由强烈的垂直上升运动输送至对流层中高层积累和凝结,从而导致降水的产生,降水的强弱与边界水汽输入和区域水汽辐合的强弱变化一致。     

夏季欧亚中高纬持续流型的季节内气候特征

利用合成、EOF分析、数值模拟等方法, 研究了夏季欧亚中高纬两类典型持续流型: E型 (主要特点是乌拉尔山、贝加尔湖、鄂霍次克海地区分别为长波脊、槽、脊) 和C型 (槽脊位置与E型相反) 的季节内气候特征, 得到以下主要结论: (1) 流型指数实际分布频数与正态分布理论概率的差值呈现双峰特征, E、C型异常环流实际发生频数较理论值偏多; (2) 气候平均的夏季欧亚环流型呈现明显的季内阶段性演变特征, 经历着与西太平洋副高北跳、我国夏季雨带北移类似的阶段性变化, 数值模拟再现了这种特征; (3) E、C型过程期间不仅欧亚中高纬区环流有明显差异, 在北半球的其他地区也有明显差异。E、C型持续流型的出现和变化,与东亚太平洋 (EAP) 型的正负位相、南亚高压的两种模态以及西太平洋副高都有明显的相关性, 是了解欧亚不同纬度带系统相互作用及其成因的一个新的着眼点。     

无显著海温异常强迫下西太平洋副热带高压的异常变动:1980年和1981年的对比分析

1980年和1981年夏季及其前期冬春季太平洋和印度洋海温均未出现显著异常。然而,这两年东亚夏季风环流的季节内变化却呈现显著异常,且截然不同,具体表征为:1980年西太平洋副热带高压（副高）第一次北跳异常偏早,第二次北跳异常偏晚,而1981年则相反,第一次北跳接近气候态,第二次北跳却异常偏早。就副高两次北跳过程而言,其直接原因也有显著差异:1980年副高两次北跳主要受热带西太平洋对流增强的影响,而1981年两次北跳则是由于热带西太平洋对流增强后所激发的极向传播的Rossby波列与中高纬度东传的Rossby波的锁相作用造成的。与北跳过程相比,副高北跳前后环流稳定维持的时间长短显得更为重要。研究表明,1980年夏季副高异常程度之所以堪比1983年和1998年强El Ni?o衰减年,主要是由于不同阶段南半球环流和北半球中高纬度环流的相互配合与接力,其中,6月和8月副高异常偏强对夏季平均副高异常偏强起到主要贡献,但二者的影响因子不同:6月主要受马斯克林高压（马高）偏强的影响,而8月则与澳大利亚高压（澳高）异常偏强有关。此外,7月和8月副高异常偏南是因为鄂霍茨克海阻塞高压长期维持。与1980年相比,1981年夏季马高和澳高均异常偏弱,因而南半球环流对副高异常的影响有限。北半球中高纬度环流的季节内变化对该年夏季副高的快速北进和南退起主导作用,特别是8月中高纬度盛行强烈的经向环流,使得副高异常偏东偏弱,从而导致夏季平均副高异常偏东偏弱。本文的个例分析表明,在无显著海温异常强迫的年份需要特别关注南半球环流和北半球中高纬度环流对副高及与之相关的东亚夏季风环流的季节内演变的影响,但是这些环流因子持续性较差,难以用于跨季度预测。     

中纬度瞬变涡旋活动对东亚夏季平均环流和降水的影响

首先利用CFSR再分析数据,分析了东亚夏季平均环流结构及瞬变涡旋活动特征,再通过WRF模式设计控制性试验和敏感性试验分别模拟受到/不受到来自北边界中纬度瞬变涡旋活动影响的东亚夏季环流和降水,通过两组试验对比揭示了瞬变涡旋活动对东亚夏季平均环流和降水的贡献。结果表明,中纬度瞬变涡旋活动可以通过系统性的输送动量、热量、水汽和涡度来改变背景场,从而影响夏季平均环流和降水。当中纬度瞬变涡旋活动大幅度减弱时,其产生的向极动量、热量和水汽输送也显著减弱。一方面向北热量和水汽输送的减少使东亚东部大陆上低层的平均温度和水汽增加,为降水提供了环流不稳定条件和水汽条件,另一方面瞬变涡旋的动力输送变化在环流场上形成相当正压结构响应,整个中国东部地区受强西南风控制,东亚夏季风增强并推进到更北的区域。这两个因素的共同作用使我国北部地区和华南地区产生了水汽辐合和对流增强,导致该地区降水的增强。     

欧亚北部冬季增雪“影响”我国夏季气候异常的机理研究——陆面季节演变异常的“纽带”作用

本文主要利用美国冰雪资料中心 (The National Snow and Ice Data Center) 提供的卫星反演积雪资料和ERA40土壤温度再分析资料, 采用相关分析, 对欧亚北部冬季新增雪盖面积 (冬季TFSE) 与我国夏季气候异常关系的可能物理途径进行了初步研究。结果表明, 春夏季陆面季节演变异常是上述“隔季相关” 的重要纽带: 当冬季TFSE偏大时, 欧亚北部大范围积雪—冻土自西向东、 由南向北的融化进程明显减慢, 受其影响, 至夏季, 东亚中高纬区积雪和地表冻土的融化异常强烈, 土壤温度明显偏低, 这种夏季陆面异常可能通过自身的冷却作用, 通过加强东亚中高纬异常北风对东亚中纬区夏季变冷产生直接影响, 进而与西太平洋副热带高压, 乃至与我国江南夏季降水异常产生关联; 冬季TFSE偏小时相反。分析表明, 冬季TFSE信号在东亚中高纬局地的春季积雪—冻土融化过程中被加强, 并在夏季达到显著。     

Ozone and Spectroradiometric UV Changes in the Past 20 Years over High Latitudes

Abstract

This study analyzes changes in solar ultraviolet (UV) irradiances at 305 and 325?nm at selected sites located at high latitudes of both hemispheres. Site selection was restricted to the availability of the most complete UV spectroradiometric datasets of the past twenty years (1990–2011). The results show that over northern high latitudes, between 55° and 70°N, UV irradiances at 305?nm decreased significantly by 3.9% per decade, whereas UV irradiance at 325?nm remained stable with no significant long-term change. Over southern high latitudes (55°–70°S), UV irradiances did not show any significant long-term changes at either 305 or 325?nm. Changes in solar UV irradiances are discussed in the context of long-term ozone and other atmospheric parameters affecting UV variability at ground level.     

影响北京夏季降水异常的大尺度环流特征

利用1951--2004年500hPa高度场、副高特征量及北京降水量资料，采用相关和合成分析方法，研究了夏季北半球500hPa环流异常与北京旱涝的关系。结果表明：北京夏季降水与副高强度和位置的关系比较复杂，中高纬与副热带环流特征的各种配置会对北京夏季降水产生不同的影响。欧亚中高纬环流出现欧亚-太平洋遥相关型，华北上空持续受高压控制；北京及附近地区处在西高东低的形势下，持续受西北下沉气流控制是北京夏季少雨的有利环流条件。北京及附近地区位于低压槽区或处在东高西低的下游“阻塞”形势，是北京夏季多雨的基本环流条件。研究的结果为北京地区夏季旱涝预测提供了环流背景。     

The Impact of Arctic Ozone Depletion on Northern Middle Latitudes: Interannual Variability and Dynamical Control

We have investigated the effect of the export of Arctic ozone loss, or`dilution', on mid-latitude ozone depletion during the 1990s, and its relation tointerannual meteorological variability. A stratospheric chemical-transport modelincorporated a simple gas-phase ozone scheme with the addition of a parameterisation ofpolar depletion which depended only on temperature and duration of sunlight. Themodel was forced with the U.K. Meteorological Office analyses from 1991 to 1999 covering eight Northern Hemisphere winters. The modelled Arctic ozone column losses wereabout half the magnitude of those in the Antarctic and showed a considerablevariation from year to year. The northern middle latitudes (40°–60° N)were mainly affected through dilution and experienced a variable 5–20%depletion. Year-round there is a depletion of about 1% in northern middle latitudes due toactivation at the pole but there is no evidence that this depletion increases with timeduring this integration. A series of inert tracer experiments for the winters from 1996 to 1999 showed that the dilution occurs primarily at the 560 K and 465 K isentropic levels where up to 30% of the airoriginating northward of 67° N on 1 March is found at 47° N later in spring. Thestrength and persistence of the Arctic vortex were crucial in determining the severity and the timing of the ozone dilution every year by influencing, respectively, the magnitude of the high-latitude depletion and the effectiveness of mixing to lower latitudes. This spring dilution was correlated with the winter/spring planetary wave activity indicating the important role of dynamical processes in regulating the polar-driven mid-latitude ozone depletion.     

2009年冬季至2010年春季黑龙江省气温持续偏低成因

利用常规观测的温度资料和中国国家气候中心提供的环流特征量、NCEP/NCAR再分析资料及美国气候预测中心（CPC）提供的AO指数等,分析了2009年11月至2010年4月中高纬大气环流异常特征,探讨了AO与同期气温的关系。分析表明：黑龙江省冬春气候异常与500 hPa大尺度环流背景有关。冬春持续偏冷,对应北半球欧亚中高纬地区呈“-+-”的波列分布,90°-180°E呈现出“北正南负”的环流形势;北半球极涡面积偏大,冬季东亚大槽位置偏西,春季东亚大槽强度偏强,冬春AO指数持续异常偏强,显著负位相。     

2009年冬季至2010年春季黑龙江省气温持续偏低成因

利用常规观测温度资料和中国国家气候中心提供的环流特征量、NCEP／NCAR再分析资料及美国气候预测中心（CPC）提供的AO指数等,分析了2009年11月至2010年4月中高纬大气环流异常特征,探讨了AO与同期气温的关系。结果表明：黑龙江省冬春气候异常与500hPa大尺度环流背景有关。冬春持续偏冷,对应北半球欧亚中高纬地区呈“-＋-”的波列分布,90°-180°E呈现出“北正南负”的环流形势;北半球极涡面积偏大,冬季东亚大槽位置偏西,春季东亚大槽强度偏强,冬春AO指数持续异常偏强,显著负位相。     

2018/2019年冬季北半球大气环流特征及对我国冬季气温异常的影响

2018/2019年冬季,东亚冬季风较常年同期偏强,西伯利亚高压偏强。在北半球500 hPa高度距平场上,乌拉尔山地区为高度场正异常,贝加尔湖 巴尔喀什湖地区为高度场负异常,欧亚中高纬整体以经向型环流为主。冬季冷空气活动较频繁且强度偏强,受其影响,除东北地区、西南地区及华南地区中东部等地气温较常年同期偏高外,全国其余地区气温偏低。此外,欧亚中高纬环流季节内调整明显,导致我国气温异常表现出明显的阶段性特征。前期秋季巴伦支海 喀拉海海冰密集度偏低是造成东亚冬季风偏强的重要原因。