太平洋副热带高压、西风环流、极涡指数变化与中国夏季降水相关的研究

探讨了副热带高压、西风带环流、极涡指数的年际和年代际变化规律,揭示了来自副热带、中纬度和极地的大气环流系统的强迫对中国夏季降水的影响.结果表明初夏,当纬向环流指数偏弱时,中国东北和华北大部分地区降水量偏多,这表明东亚中高纬地区盛行阻塞和冷涡偶极子系统,呈有利于东北的冷涡雨季形势;盛夏,西太平洋副热带高压脊线位置和亚洲区极涡强度指数与中国同期降水量场相关波列,均为自北向南呈"-、 、-、 "经向波列分布;春季亚洲区极涡强度、亚洲纬向环流指数、西太平洋副热带高压北界位置以及前一年冬季北半球极涡强度指数与盛夏中国降水量相关显著.中国盛夏降水带,从东北地区开始,由北向南分4个雨带.     

影响中国东北地区气候的关键区、关键时段和关键因子

使用东北地区近50多a(1956~2007年)气温和降水数据及相关研究成果,研究和总结并分析影响中国东北地区夏季气温、夏季降水、冬季气温的关键区、关键时段和关键因子。东北夏季较多降水主要发生在极涡偏心、东亚高纬阻塞高压盛行、副热带高压偏西偏北、青藏高原上空西风急流中心强度偏强的环流系统配置下;东北夏季低温主要出现于伊朗高压和南亚高压区域高度场为负距平、上一年10月极涡中心强度正常或偏强、夏季副热带高压强度偏弱位置偏东、偏南时;西伯利亚高压和阿留申低压均偏强(偏弱)、前期北大西洋海温偏低(偏高)对应东北地区的冷(暖)冬年。     

初夏东亚季风强度指数与陕西降水异常关系

应用1979-2011年NCEP/NCAR再分析资料和陕西地面月降水资料,分析计算东亚初夏季风强度指数和陕西降水距平一致率,采用统计相关分析方法分析初夏东亚季风强度指数与陕西降水异常的统计关系,并采用合成分析方法讨论了初夏强(弱)东亚季风年陕西多雨(少雨)的大气环流特征。结果表明:初夏东亚季风偏强,陕西易多雨,且陕北、关中比较显著,而初夏东亚夏季风偏弱,陕西易少雨,偏少的程度陕北北部最明显;初夏东亚季风偏强时,欧亚中高纬度距平场自西向东呈"+-+"的波列分布,环流场中乌拉尔山长波脊偏强,贝加尔湖到巴尔喀什湖低槽偏深,西太平洋副热带高压偏强,相应的对流层低层青藏高原东侧为偏南距平风,而华北为弱偏东距平风,在西北地区东部形成了距平风的气旋性切变,有利于该区域初夏多雨;初夏东亚夏季风偏弱时,欧亚中高纬度距平场距平自西向东呈"-+-"的分布,中亚长波脊强盛,西太平洋副热带高压偏弱且位置偏东。陕西主要受中亚高脊前西北气流控制,陕西初夏多晴热天气,易少雨;但初夏东亚季风偏弱时,东亚中纬度盛行平直西风气流,西风锋区位于40°N附近,西太平洋副热带高压位置偏西偏南,青藏高原位势高度偏低,并多短波槽或低值系统活动,陕西初夏受西风带系统和高原东移的低气压系统影响,陕西大部易多雨。     

玉溪5月旱涝分布及环流特征分析

1951～2012年玉溪5月降水极其不稳定,局部干旱、洪涝突出,其中洪涝37.8％,干旱42.2％,正常年仅有20％.影响5月洪涝的主要原因是经向环流、青藏高压、南亚高压和副热带高压偏强,极涡深厚,东亚大槽偏西偏强,南支槽频繁,海温处于冷位相,夏季风暴发偏早,冷空气和暖湿气流配合,保障了降雨所需的水汽条件.造成5月干旱的主要原因是极涡偏西,东亚高压偏强,青藏高压偏弱,极地冷空气活动弱,南亚高压和副热带高压偏南,强劲的西风带不利于北方冷空气南下和孟加拉湾水汽北上.     

红水河流域2009年后汛期8～10月降水偏少环流特征分析

选用国家气象局气候中心系统诊断预测室每月提供的500百帕环流指数、环流特征量资料等资料,对2009年红水河流域8～10月份降水偏少成因的主要环流特征进行分析,得出2009年8～10月500百帕亚洲地区中高纬以纬向环流为主;极涡中心偏向东、西半球,强度比常年偏强,位置偏北,不利于冷空气南下到低纬地区。南海夏季风爆发及结束时间比多年平均偏晚,强度较常年偏弱;副高位置偏西、偏北,强度偏强;热带气旋活动路径偏西、偏北。在这种大型环流形势的配置下,使得低纬大部地区产生较大降水的条件受阻,是造成红水河流域后汛期降水偏少的主要原因。     

2006年云南省盛夏高温干旱成因分析

对2006年云南盛夏严重的高温干旱及其成因进行分析。结果表明：西太平洋副热带高压强度偏强,位置偏西、偏北,不利于将孟加拉湾等地的暖湿气流带到云南、四川等地,使这些地区7-8月降水明显偏少;亚欧地区经向环流偏弱,纬向环流偏强,中高纬地区大气环流以纬向环流占优势,不利于冷空气向南方地区输送;阿拉伯湾、孟加拉湾、南海及云南、四川等地的OLR值偏高,对流活动受到抑制,不利于水汽的输送及降雨的产生;850 hPa温度场上,云南多处于高温暖区内,7-8月无明显冷空气影响云南等都是形成高温干旱的重要原因。     

中国地区水汽输送异常特征及其 与长江流域旱涝的关系

利用中国地区1981-2002 年的常规观测资料和ECMWF 再分析资料, 研究了中国地区水汽输送的异常特征、水汽输送异常与长江流域降水的关系及其环流特征。研究表明: 中国地区水汽输送异常存在一些主要的模态, 其中第一模态最为显著, 其空间分布表现为在长江流域的水汽辐合或辐散, 其变化与长江流域的降水存在很好的关系。当西太平洋副热带高压偏南偏西偏强, 印度季风低压偏弱, 我国北方地区处于中高纬度槽后时, 大量来自孟加拉湾、南海、西太平洋的水汽在长江以南形成强大的西南风水汽, 与我国北方的冷空气在长江流域辐合, 容易导致长江流域降水偏多。当西太平洋副热带高压偏北偏东偏弱, 印度季风低压偏 强, 中高纬为平直西风气流时, 不利于引导低纬海洋水汽进入我国, 长江流域以南没有稳定的西南风水汽输送, 我国北方冷空气偏弱, 不易南下到长江流域, 导致在长江流域没有明显的水汽辐合, 降水容易偏少。     

北极涛动异常对西北地区东部沙尘暴频次的影响

利用西北地区东部沙尘暴日数资料、北极涛动指数资料、东亚高低空大气环流形势场资料,分析了沙尘暴日数与北极涛动的关系,进而研究了北极涛动异常年东亚大气环流分布特征,探讨了北极涛动影响西北地区东部沙尘暴的可能途径。结果表明：西北地区东部沙尘暴频次呈波动减少之势,20世纪80年代中期发生气候突变;北极涛动指数与西北地区东部沙尘暴频次显著负相关,二者年际、年代际变化都有较好的应关系,北极涛动正位相年,西北地区东部沙尘暴偏少,反之亦然。究其原因：北极涛动异常对东亚冬季风强度、东亚高低空气压场、风场分布形势有重要影响：北极涛动正位相年,东亚冬季风、蒙古高压均偏弱;500 hPa高度场上,春季西风带纬向环流占优势,极涡面积偏小,强度偏弱,贝加尔湖阻塞高压异常强盛,蒙古国及我国华北和西北地区位于贝加尔湖阻塞高压底部的暖区里,地面至高空西北风偏弱;在这种形势下,整个中高纬度冷空气势力较弱,活动次数偏少,不利于大风、寒潮天气的发生,因此沙尘暴频次也偏少。而北极涛动负位相年基本相反。     

云南省2009/2010年秋冬季罕见干旱诊断分析

利用气候诊断方法,对云南省2009/2010年秋冬季干旱的成因进行初步分析。结果表明:云南出现严重干旱与西太平洋副高、西风带环流等大气环流系统出现异常有直接关系。副高出现明显异常,较常年同期偏强、偏西,700hPa流场上孟加拉湾长时间为东北气流控制,不利于将暖湿气流输送到云南;2009/2010年秋冬北半球500hPa极涡偏于西半球,强度偏弱,不利于冷空气向云南输送,由于冷空气和暖湿气流的输送都受到阻碍,冷暖空气难以在云南上空交汇;云南上空为较干燥的气流控制、云南及孟加拉的OLR值偏高,对流活动受到抑制,降水云系偏少等是云南降雨异常偏少,高温干旱的重要原因。     

气候变暖背景下祁连山区秋季层状云变化特征

利用祁连山区及周边29 个气象观测站近41 年秋季云形状和气温观测资料, 分析了祁连山区秋季层状云出现频率的空间分布与时间变化特征, 探讨了秋季层状云出现频率与气候变暖的关系, 并选用同期NCEP/NCAR全球再分析资料, 对祁连山区秋季层状云的环流特征和水汽输送进行了分析。结果表明:①祁连山区秋季层状云出现频率为8%～26%, 呈西少东多的空间分布。②近41 年来, 祁连山区秋季增温1.2℃, 气温变化的倾向率为0.29℃/10a, 80 年代中期以后发生了增温的突变。③祁连山区秋季层状云的出现频率呈明显的减少趋势, 近41 年来减少约11%, 倾向率为-2.7%/10a, 尤其在20 世纪80 年代中期以后与同期祁连山区显著增温相对应, 层状云出现频率减少更为明显, 层状云出现频率与气温呈明显的反相变化趋势。④在气候变暖的背景下, 祁连山区的层状云出现频率减少, 减少的幅度从西北向东南递增。当祁连山区秋季平均气温在升高1℃ 时, 祁连山区层状云出现频率减少2%～10%, 祁连山西段、中段减少2%～4%, 祁连山东段减少4%～10%。⑤祁连山区秋季层状云偏多与偏少年在欧亚500 hPa 环流场上存在明显的差异, 层状云偏多年, 极涡向亚洲北部伸展, 东亚大槽较偏弱, 乌拉尔山高压脊偏强, 脊前偏北气流引导极地冷空气沿偏西北路径向中国西北地区输送, 中亚地区到高原上不断有低值系统发展东移, 同时南支槽加强, 来自阿拉伯海、南海、东海的暖湿气流向内陆地区的输送明显加强, 与进入高原北部的冷空气交绥, 从而使祁连山区层状云出现频次增多;层状云偏少年, 中亚-中国西北地区暖性高压异常加强, 东亚大槽偏强, 冷空气活动路径偏东, 亚洲大陆至西太平洋冬季风特征明显, 偏北风加强, 不利于东南暖湿气流向西北内陆地区的输送, 冷暖气流在祁连山区交绥次数减少, 从而使祁连山区层状云出现频次减少。⑥印度洋沿孟加拉湾的向北的水汽输送, 副热带西太平洋的偏东气流在南海和中南半岛附近转为向北的水汽输送, 地中海、里海的西风带纬向水汽输送是3支影响祁连山区秋季层状云多寡的水汽输送通道, 进而对祁连山区秋季降水产生影响。     

新疆冬季气温年际异常的主模态及其成因分析

基于新疆1961—2016年89个观测站冬季平均气温经验正交分解的空间模态，讨论了与各空间模态及其相联系的北半球中高纬度环流特征，结果表明：新疆冬季平均气温的年际异常空间模态分为全区一致类、南北反相类、东西反相类，根据这三类空间模态的正负位相不同分别分为一致偏冷型、一致偏暖型、北冷南暖型、北暖南冷型、东冷西暖型和东暖西冷型等6个空间分布型。新疆冬季平均气温各空间分布型的环流影响因子既表现了极地和中纬度环流相互作用，也有纬圈方向的波列传播的影响。当北半球中纬度西风偏弱，中高纬度环流经向度加大，乌拉尔山地区的高压脊发展和东亚大槽偏深，50°N以南为负高度距平，新疆冬季平均气温一致偏低；反之则一致偏高。北冷南暖型在40°N以北的区域与一致偏冷型的环流特征基本类似，但在中亚至新疆40°N偏南的区域位势高度偏高；北暖南冷型出现时，乌拉尔山负高度距平和东亚大槽偏弱，新疆上空为浅脊控制，新疆南部受脊后的浅槽影响。东冷西暖型和东暖西冷型区别在于中纬度的500 hPa正高度距平中心的位置和700 hPa气流方向。北极涛动（AO）、区域西风指数、乌拉尔山关键区因子、欧亚纬向环流指数、西藏高原-1指数、西藏高原-2指数、斯堪的纳维亚遥相关型指数(SCA)、亚洲区极涡面积指数等8个气候指数都对新疆冬季平均气温产生了重要的影响。     

春季东亚副热带西风急流的变化特征及其与中国沙尘天气的关系

利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)提供的ERA-Interim全球大气再分析资料及1980-2012年中国北方逐月沙尘暴发生日数资料, 研究了春季东亚副热带西风急流(70°-120°E)的变化特征及其与中国春季沙尘天气之间的关系。结果表明:1980-2012年春季中国上空急流轴存在北移的趋势, 急流中心略向东移, 急流相对强度随年份增强, 与春季沙尘暴发生总站日数的年际变化呈显著负相关。春季沙尘暴多发年, 东亚副热带西风急流有所减弱, 而在哈萨克斯坦东部、蒙古国、中国内蒙古大部分地区及南疆地区等沙尘源地, 200 hPa纬向风速增大; 500、850 hPa风速、位势高度差值场的分布都有利于中国沙尘源地地面风速增大。在中国沙尘源地, 高层西风风速增大, 动量下传, 引起地面大风, 从而容易产生沙尘暴。     

1月北极涛动异常程度特征及其对北半球同期温度的影响

将1月北极涛动（AO）大气遥相关型的强度分为：正常、异常和极端异常3类典型年进行讨论,发现其同期大气环流及其对北半球温度影响存在显著的异同性：当AO呈异常和极端异常时,均表现为东亚大槽、乌拉尔山、贝加尔湖阻塞高压、阿留申低压的持续、稳定异常,但对应极区涡旋的强度、面积及其向南、向北的扩展等有所差异,与NPO、NAO正、负位相对应,致使冷空气在极地和中、高纬度活动范围不同。极端异常年的影响强度和范围较异常年偏大、偏南,高低空配置使冷空气向北半球中低纬度地区延伸,异常低温可扩展至北太平洋暖池区。     

基于图形分析的宁夏春季干旱监测预测方法研究

利用NCEP／NCAR再分析春季逐月平均位势高度、风、温度、垂直速度等物理量的格点资料,通过图形分析技术进行天气系统识别,建立3类宁夏春季干旱多层次环流概念模型,并对各类型主要影响因子进行特征量对比计算,得出了宁夏春季干旱监测预测定量化指标。在如下条件下,宁夏易发生春季干旱：(1)500 hPa东亚大槽位于120°-140°E,其中位于120°-130°E间时发生的干旱强度最大,偏东或偏西则强度减弱;(2)500 hPa中亚脊强盛、完整且位于60°-100°E,位于80°E附近干旱强度最大,弱脊分裂或偏西则干旱强度较弱;(3)副热带高压呈带状,脊线位于20°N以南且西脊点位于110°E以西时;(4)850 hPa偏南气流强度较弱,北界位于27°N以南时;(5)700 hPa判定区域（30°-50°N、90°-110°E）内干区控制范围比率达45％时;(6)500 hPa判定区域（30°-50°N、90°-110°E）内下沉气流区占区域面积的比率≥75％,700 hPa下沉气流区占区域面积的比率≥60％,且宁夏北部受下沉气流区控制。利用图形分析法对宁夏春季干旱进行监测预测,对2010年和2011年春季气候趋势进行拟合检验,效果良好。     

亚洲阻塞高压分类及其与东北冷涡活动和东北夏季低温的联系

利用1948~2009年美国环境预报中心(NCEP)500 hPa高度场逐日再分析资料,按照通用的阻塞高压天气学定义,采用机器自动识别方法,检索和分析近62 a亚洲夏季阻高活动时空变化特征,结果表明:共统计到1 337个阻塞高压个例,以生命期3~7 d的过程居多,占80.1%,阻高活动累计个数和累计天数集中区可分为偏东类(鄂霍次克海)、偏西类(乌拉尔山)、中间类(贝加尔湖)和其他类4类,其中中间类阻塞高压活动累计个数最多,占总个数的30.4%,偏东类次之,占27.5%,其他类占23.8%,偏西类最弱,占18.3%;20世纪90年代以来,乌拉尔山地区阻高处于明显偏弱期,鄂霍次克海阻高处于偏强期;但是,21世纪初叶,乌拉尔山地区阻高活动开始呈上升趋势,而鄂霍次克海阻高却呈明显下降趋势,值得关注;夏季阻塞高压与东北冷涡活动天数呈显著同期正相关,与长春、哈尔滨同期平均气温呈显著负相关;亚洲夏季阻塞高压是影响东北夏季低温重要的环流系统;鄂霍次克海阻高6月活动异常年,850hPa风距平场在120°E~140°E,40°N~55oN存在很强的偏东气流,有利于来自鄂霍次克海偏东北路径的冷空气入侵东北亚及中国东北地区。     

玉溪2011年3月强倒春寒天气环流特征分析

2011年3月15日～18日,云南省玉溪市出现一次强倒春寒天气过程,平均气温除元江外,其余县仅有6．2～8．8℃;48小时最高气温下降17～23℃,通海16日最低气温只有1．8℃。分析1971～2010年历史上3月倒春寒发生前的1月大气物理特征量发现,此次倒春寒的原因主要是由于1月极涡面积偏大,3月强度迅速发展偏强,对应极圈西南侧为120～80gpm的负距平,有利于冷空气形成;经向环流南北交换大,南支槽和东亚槽比常年偏强,有利于暖湿气流的输送,青藏高压比常年偏弱,有利于冷空气南下,造成自北向南出现较大的降温幅度,其中云南东部等地降温幅度超过12℃。     

京津冀冬季冷空气过程的低频特征及西伯利亚高压低频变化的影响

本文使用1981—2015年京津冀地区逐日气温和NCEP/NCAR再分析资料,分析了京津冀地区冬季冷空气过程的低频环流特征,以及西伯利亚高压（SH）的低频变化特征及其对京津冀冷空气过程的影响。分析表明,冬季京津冀气温和SH都存在10~30 d显著低频周期,且二者的低频分量之间存在显著的超前滞后相关。京津冀冷空气过程主要发生在低频气温从零位相到谷值的下降阶段,以及低频SH从峰值到零位相的下降阶段。随着京津冀气温和SH的10~30 d低频变化,亚洲近地面层和中层大气环流均表现出一个从西北向东南传播的低频变化周期。影响京津冀地区的低温异常最早出现在喀拉海附近并在亚洲高纬地区维持和积累,产生持续冷却作用;同时中层相应区域维持的强气旋性环流异常表明有持续的大气辐合,中层辐合下沉与近地面持续冷却作用配合形成近地面异常高压。异常高压伴随异常低温南下过程中与中层加强的东亚大槽配合,使京津冀地区处于整层北风异常中,易形成冷空气过程。     

宁夏春季典型沙尘暴年环流特征量分析

利用近1960-2000年宁夏春季沙尘暴发生次数及常规气象与环流特征量、海温等资料, 首先分析得出了宁夏近41a来沙尘暴发生频次的变化规律; 其次通过对宁夏典型沙尘暴多、少年气候特征对比分析, 发现沙尘暴多、少年前期气象要素及环流特征量存在明显差异: 沙尘暴少(多)发年前一年夏季及前一年夏季到当年春季累积降水量偏多(少); 冬春季冷空气活动次数偏少(多); 前期及同期北半球极涡面积偏小(大)、强度偏弱(强); 冬季东亚大槽位置偏东(西)、强度偏弱(强); 前一年春季北太平洋海温距平场表现为厄尔尼诺遥相关分布型(反厄尔尼诺遥相关分布型)。依据作用机理, 提出了在西北地区生态环境局部治理、整体恶化背景下, 宁夏春季沙尘暴发生频次减少, 主要是东亚环流调整、冬季风减弱所致, 同时还形成了宁夏春季沙尘暴短期气候趋势预测概念模型。     

北太平洋风暴轴的异常活动与辽宁省冬季最低气温的联系

利用1975-2015年辽宁省52站逐日最低气温资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过合成分析、相关分析等统计方法,对辽宁省冬季最低气温及北太平洋风暴轴的时空演变特征进行研究,初步探讨了北太平洋风暴轴的异常活动与辽宁省冬季最低气温的可能联系。结果表明,辽宁省冬季最低气温突变年为1986年,20世纪80年代中期以后气温表现出偏暖特征。北太平洋风暴轴与辽宁省冬季最低气温间存在同步一致地变化特征,风暴轴活动强年,辽宁省受西南气流控制,阿留申低压、西伯利亚高压强度减弱,同时东亚大槽减弱北退,东亚西风急流偏北,东亚冬季风系统活动减弱,不利于冷空气向南侵袭,辽宁省冬季最低气温偏高,反之在风暴轴活动弱年,辽宁省冬季最低气温偏低。与北太平洋风暴轴相关联的中高纬度大气环流异常变化是风暴轴强度与辽宁省冬季最低气温关系产生变化的主要原因。