亚洲副热带高空西风急流活动的气候特征及其与我国部分地区夏季降水的关系

利用1948-2008年NCEP/NCAR再分析风速资料,分析了亚洲副热带200hPa西风带急流(下称西风急流)时空变化的气候特征及其与我国江淮流域梅雨期降水和新疆夏季降水的关系。结果表明:(1)由冬入夏时,西风急流轴由30°N左右北进到45°N左右,中间有两次明显的快速北进,分别发生在4月和6～7月;由夏入冬时,急流轴再由45°N左右南撤至30°N附近。急流轴在北进过程中以90°E处出现最早,也最明显。(2)一年之中,西风急流中心主要位于西太平洋上空140°E处,只有两个月左右的时间停留在亚洲大陆上空。急流中心在6月中旬开始迅速西移,6月下旬移至江淮流域上空,7月底到达新疆天山地区上空,8～9月东退至冬季平均位置140°E左右。(3)江淮流域梅雨期的降水量与西风急流的位置有一定相关关系。若某年1月急流中心异常偏西,4～5月急流轴又异常偏南,则该年可能为丰梅年,江淮地区易出现暴雨洪涝灾害;否则相反。(4)盛夏季节新疆上空急流的强度及纬度位置与新疆降水也有一定关系。若某年4月中旬～5月下旬新疆和中亚地区西风急流轴明显偏北,该年夏季急流轴又偏南,且急流偏强,则新疆多雨;否则相反。     

中国北方春季沙尘暴活动与高空西风急流变化的联系

利用1954-2007年中国国家气象信息中心提供的强沙尘暴序列数据集和美国国家环境预报中心与国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的再分析资料,分析了30°N以北的中国北方沙尘暴活动与东亚高空西风急流变化的联系。结果表明,中国北方春季沙尘暴出现频数与亚洲大陆对流层高层200 hPa中纬度西风急流的位置和强度变化存在着密切的联系。这种关系在年际和年代际时间尺度上均得到体现,在多(少)沙尘暴活动年,急流轴位置比正常年偏北(南)。在研究时段内,沙尘暴活动呈现减少的趋势,同时高空西风急流表现出系统性南移趋势。这种相关性存在内在的联系,反映了高空西风急流轴位置变化对地面沙尘暴活动的影响:当春季200 hPa高空西风急流轴位置比正常偏南时,中国北边界至蒙古国一带的一个关键区(70°E-120°E,42.5°N-52.5°N)对流层高层西风显著减弱,该区高空急流减弱一方面通过动量下传造成沙尘源区低层西风减小,削弱沙尘暴产生所需的动力条件,另一方面使风切变和斜压性减小,不利于地面气旋的生成,从而使沙尘暴活动减少。     

中国东部高空颠簸时空分布特征及其与热带中东太平洋海温的关系

本文利用1979～2014年NCEP-DOE日平均再分析资料和中国区域2375份航空器空中颠簸报告资料,研究中国东部区域高空颠簸的时空分布特征及其与热带中东太平洋海温异常（简称“海温异常”;空间范围:5°S～5°N,120°～170°W）的关系以及产生这种关系的可能原因。结果表明:中国东部地区高空颠簸与东亚副热带西风急流之间存在显著时空相关关系,其原因是高空纬向风引起的垂直风切变是构成高空颠簸时空分布的主导因素。中国东部夏季高空颠簸与海温异常存在正相关关系;冬季呈现南北两个正负相关区:以30°N为界,北部区域存在显著的负相关,南部区存在显著的正相关,在30°N急流轴附近区域无显著相关关系。海温异常影响中国高空颠簸时空分布的可能原因是海温变化引起对流层高层温度出现异常,进而影响温度的经向梯度,导致东亚副热带西风急流强度和位置出现异常（夏季,急流轴南侧出现西风异常;冬季,急流轴北侧出现东风异常,南侧出现西风异常）。高空纬向风的变化导致纬向风的垂直梯度和经向梯度出现异常,最终影响高空颠簸的时空分布特征。对流层高层温度的异常变化可能是由与热带海温异常相关的平流层水汽变化所引起。     

1958年初夏北半球对流层上部大气环流演变的分析

本文利用1958年5月下旬至7月初北半球的对流层顶图,分析这段时期内大气的结构,以及副热带急流和副热带高压的变化,得到以下一些事实:(1)在初夏大气的三折结构也是很清楚的。对流层顶图在夏季仍可以作为分析对流层上部环流情况的一个工具。(2)在这段时期内,副热带急流在全球范围一般有6—7个波,波动振幅和波数呈有规律的循环变化,一循环约15天左右。(3)副热带急流的平均纬度在这段时期内有了显著的季节性北移,北移不是逐渐的而是集中在6月初和6月底副热带急流波动振幅加大的时候。(4)200毫巴上副热带高压轴线的北移与副热带急流的北移是一致的。     

东亚夏季风活动与东亚高空西风急流位置北跳关系的研究

利用美国NCEP/NCAR再分析资料(1980～1999年)探讨了东亚夏季风活动的两个重要事件,即南海夏季风爆发和江淮流域梅雨起始,与东亚高空西风急流位置北跳的关系.系统的分析研究表明,东亚高空西风急流在由冬向夏的转变过程中一般存在着两次向北突跳现象,并与东亚夏季风活动有密切关系.第一次东亚高空急流的北跳(由25～28°N跳到30°N以北)平均发生在5月8日左右,比南海夏季风爆发日期(平均为5月15日)早7天左右;高空急流位置的北跳是中高纬度大气环流系统减弱北退的表现,它为热带环流和系统的向北推进提供了条件,从而有利于南海夏季风的爆发.第二次东亚高空急流的北跳(由32°N左右北跳到35°N以北)平均发生在6月7日左右,先于江淮流域梅雨起始时间(平均在6月18日左右)10天左右,它是梅雨起始的前期征兆.高空西风急流的两次北跳分别与亚洲大陆南部地区对流层中上层(500～200 hPa)经向温度梯度的两次逆转(反向)有关,在由冬到夏的季节转换中,由于大陆加热较快,导致对流层中上层大气在5～25°N间的经向温度梯度发生反向(逆转),通过地转适应使流场向气压场(温度场)调整,从而高空急流位置北跳.数据分析还发现,东亚高空急流位置的第一次北跳有时也受到南半球副热带高空急流位置北移和加强的影响.     

Archiv Fr Meteorologie,Geophysik und Bioklimatologie,Serie A, Band Ⅳ. 1951.

在对流层的上部急流的动力稳定度和风速的的垂直分布(Uber die Vertikalver-teilung Von Widgeschwindigkeit und Schwerestabilitat in Freistrahlbewegungen deroberen Troposhare.Von C.G.Rossby,P.3—23)。从北美高空观测记录知道在200—300毫巴高度上风的分布,常常有一很长的运行甚慢的而且近乎平行的     

青藏高原大气热力异常对西风急流的影响

本文基于NCEP/NCAR月平均再分析资料,分析了对流层上层200 hPa纬向西风的时空变化特征,并通过EOF分解得到一个表征西风急流位置的指数(Westerly Jet Position Index,WJPI);同时基于对流层中上层(500～200 hPa)温度纬向偏差,构建了一个描述青藏高原(简称高原)大气热力特征的指标(Plateau Atmosphere Heating Index,PAHI),定量分析了该指数与西风急流位置的关系。结果表明:由冬到夏西风急流轴不断北抬西伸,风速逐渐减小;各季西风急流轴均处于西风变率的小值区,表明各季急流均轴的位置较稳定。各季PAHI与200 hPa纬向风的显著正相关区均分布在高原北侧,即高原PAHI增强时,其北侧西风增强,南侧西风减弱,对流层上层西风急流北移;各季WJPI与PAHI之间均存在显著相关,表明PAHI异常对西风急流位置的变化有重要作用。     

东亚地区一次切断低压引起的平流层、对流层交换数值模拟研究

用中尺度模式(MM5)模拟研究东亚地区(网格中心45°N,120°E)一次强切断低压过程(2000年4月8日～12日)引起的平流层、对流层交换.用Wei公式计算此次过程由平流层到对流层的净交换量为5.0×1014 kg,平均交换通量为-0.72×10-3 kg m-2 s-1.地面锋与高空锋的相互作用,在急流入口处和高空锋区出现对流层顶折叠,并引起平流层、对流层物质交换,其中空气的水平运动起主要作用.利用历史天气图统计东亚地区(20～70°N,80～180°E)切断低压的年平均个数为60,占北半球极区类型切断低压的52%.由此,推断东亚地区的平流层、对流层交换对整个北半球的平流层、对流层交换贡献很大.     

寒潮冷堆增强的动力原因

本文利用动力学诊断方法分析了1979年11月一次东亚寒潮过程,证明500毫巴冷中心在南移过程中不断增强是由于寒潮冷空气堆中存在上升运动使空气绝热膨胀冷却所致。文中还从动力学观点解释了寒潮过程中垂直反环流的成因。指出对流层高层(300毫巴)急流核上游(入口区)和下游(出口区)存在相反的铅直环流,上游为正环流,下游为反环流。急流核两侧存在强大的正负切变涡度平流是使急流核上,下游存在性质相反的铅直环流的原因。文中近似计算了这次寒潮过程中槽后偏北急流核两侧空气的12小时二维轨迹,证明槽后偏北急流核左侧强大的正切变涡度中心及其相应的下游正涡度平流引起了寒潮冷空气堆上空质量辐散。因此在寒潮分析和预报时应注意围绕西风槽的急流分布的不均匀性,特别是300毫巴槽后偏北急流中急流核的存在及其活动对预报寒潮冷空气堆的增强是十分重要的。     

初夏南亚高压转型与季风垂直环流的关系

本文通过对1979年6月21日至7月7日期间100毫巴南亚高压转型与李风垂直环流关系的分析,指出:当南亚高压为西部型时,我国东部季风流管呈近东西走向,110°—130°E季风流管轴位于25°N附近,强度偏强,这时雨带明显,分布在30°N附近;当转为东部型后,120°E附近的季风流管轴移至27.5°N,西端未动,季风流管转为东北—西南走向,强度减弱,相应的雨带也北抬减弱。同时指出在西部型转东部型过程中,在南亚高压环流控制期间,在对流层下部存在着一个纬向涡旋,与高压中心位置对应,它随着南亚高压东移而东移,对李凤垂直环流强度有直接的影响。因此在考虑季风垂直环流演变时,不仅要研究100毫巴南亚高压的演变,而且还要注意从高原东移的纬向涡旋对季风垂直环流的影响。     

冬季东亚中纬度西风急流对我国气候的影响

利用1957—2001年欧洲中期数值天气预报中心再分析资料及地面台站观测资料，分析了冬季东亚西风急流与我国气候的关系。首先定义了冬季东亚西风急流强度指数(区域30°~35°N，127.5°~155°E冬季200 hPa纬向风u₂₀₀平均值的标准化值)和切变指数(区域15°~25°N，100°~115°E与区域30°~40°N，100°~115°E的平均u₂₀₀之差的标准化值)，这两个指数能较好地反映冬季东亚西风急流的强度变化和位置的南北移动，二者相关系数为-0.48，通过99%信度检验。西风急流强度与亚洲和西太平洋大范围的大气环流有密切关系，而西风急流位置移动则与印度洋、中东太平洋的大气环流有密切关系，并分析了冬季急流强度指数和切变指数与我国温度和降水的关系。结果表明:当西风急流强度偏强时，西风急流位置偏北，此时在急流入口区左侧由于气流辐合造成低层气压上升，在出口区左侧则由于气流发生强烈辐散，引起低层气压下降，所以西伯利亚地区上空从对流层低层到中层高度值升高，北太平洋高度值降低，东西向气压差加大的形势，同时东亚大槽偏强，海陆气压差加大和东亚大槽偏强，导致冬季风强度偏强，引起我国从北到南的陆面降温，同时30°~40°N低层有下沉气流，使得华北、华中和长江中下游地区降水偏少；当西风急流强度偏弱时，西风急流位置偏南，整个东亚地区存在南风异常，东亚冬季风较弱，在25°N附近有上升气流，此时华南和内蒙古、华北降水偏多，内蒙古地表温度偏高。     

Projection of the East Asian westerly jet under six global warming targets

东亚高空急流(简称急流)对夏季东亚地区的天气和气候有着重要影响。本文利用CMIP5的历史气候模拟试验和RCP8.5路径下的未来气候变化预估试验数据,预估了急流在6个全球变暖阈值(1.5℃,2.0℃,2.5℃,3.0℃,3.5℃和4.0℃)下相对于当代气候的变化情况。结果表明东亚高空西风在1.5℃阈值下略微减弱。在2.0℃阈值下,西风在急流轴(约40°N)南侧增强,北侧减弱。这种变化趋势在2.5℃和更高的变暖阈值下愈加明显,使急流轴逐渐向南移动,但急流强度变化不大。研究表明,在急流的入口和出口区,对流层中上层大气升温速度相对较慢,导致在急流轴南(北)侧出现向南(北)的负(正)经向温度梯度,使西风在南(北)侧增强(减弱).     

高原涡移出高原后持续的对流层高层环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料、历史天气图与青藏高原低涡切变线年鉴,继高原涡移出高原后持续的对流层中层环流特征分析基础上,依据持续强影响高原涡的分类,对1998-2012年持续强影响高原涡不同类型在生成、移出高原、持续强盛与将减弱消失时的对流层上部多种物理场进行了合成与对比分析。结果表明:持续强影响高原涡持续的对流层高层共同的环流特征是,南亚高压脊线在25°N-28°N,东伸到100°E以东;低涡附近或以北的200 h Pa上空有≥32 m·s-1急流核区的西风急流,和300 h Pa上空有≥20 m·s-1中心区的较强偏西风气流,影响低涡活动的500 h Pa天气系统与低涡的上空200 h Pa有辐散区。反映了高空辐散、高空锋区分别对低涡起了利于低涡辐合加强、高位涡下传引起低涡涡度增加的作用。研究分析还揭示了各类高原涡移出高原后持续的对流层高层的环流特征的主要差异和物理图象。     

冬季北大西洋涛动对中国春季降水异常的影响

利用中国397个测站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用相关分析、合成分析等方法,研究了冬季北大西洋涛动(NAO)对我国春季降水的影响。结果表明,我国春季降水与前期冬季NAO关系密切,冬季NAO偏强(弱)时,我国东部南方地区春季降水偏多(少),北方地区春季降水偏少(多)。冬季NAO信号通过波列形式传播至东亚地区,使得春季东亚副热带急流和温带急流发生变化,冬季NAO偏强(弱)时,春季东亚副热带西风急流增强(减弱),温带急流减弱(增强)。进一步分析表明,冬季NAO异常会引起春季乌拉尔山高压脊和东亚大槽的变化,导致东亚对流层上层的温度发生变化,并由此产生经向温度梯度异常,这可能是NAO影响东亚高空急流的原因之一。春季东亚对流层上层的气温变冷(暖),使得东亚地区30°-40°N区域产生下沉(上升)运动,20°-30°N区域产生上升(下沉)运动,最终导致我国东部南方地区春季降水偏多(少)、北方地区春季降水偏少(多)。     

近二十年北太平洋700毫巴月平均环流型

为了进一步探讨北太平洋高压进退活动及我国大部分地区旱涝变化的规律,我们对近廿年(1954—1973年)北太平洋区(15—65°N;30°N以北120°E—120°W,30°N以南100°E一100°W)700毫巴月平均高度的环流形势进行分析。初步发现:(1)在不同的旱涝年份,北太平洋700毫巴的月平均环流形势分别具有一定的特点。(2)北太平洋区700毫巴月平均环流分布与演变的一些特征与中国海附近副热带高压(以下简称副高)的进退活动以及北太平洋海温的变化具有较好的相互关系。(3)逐年与逐月之间,北太平洋700毫巴月平     

用东北低压预报桂北倒春寒

我们发现,1月500毫巴平均图上东北低压与我区倒春寒关系较好。经统计,1952—1979年1月500毫巴平均图上有东北低压,则我区有倒春寒(9/15);否则无倒春寒(12/13)。若有东北低压,同时60°N以北、20—150°E最大正距平中心>9位势什米,则我区有倒春寒(9/9)否则无倒春寒(6/6)。这样,依据上述两条关系预报,历史准确率为27/28,有倒春寒的概括率为9/10,只有1964年的倒春寒报不出来。 1980年,我们根据1月500毫巴平均图上东北低压位于55°N、135°E,80°N、150°E有一个12位势什米的正距平中心,预报有倒春寒。1981年1月500毫巴平均图上无东北低压,预报无倒春寒。实况是,1980年     

中东急流的季节转变特征及与印度夏季风爆发早晚的关系

采用1968—2009年NCEP/NCAR逐候再分析资料,分析了季节转换期间中东急流的变化特征及其热力机制。结果表明:中东急流中心的强度和位置存在明显的季节变化特征,第67候—次年第24候偏强且位置稳定偏南(27.5 °N)、第38—44候偏弱且位置稳定偏北(45 °N)。200 hPa纬向风场EOF第1空间模态反映了中东急流在冬、夏季的位置,冬季主要位于埃及和沙特阿拉伯上空,夏季主要位于黑海东部至咸海东部上空,且中东急流在冬季比在夏季强。第26—31候和第54—61候分别是中东急流春夏季和秋冬季的季节转换期,其200 hPa西风演变与500～200 hPa平均南北温差演变的对应关系很好,表明南北温差的季节性转变导致了200 hPa西风的季节性转变。个例分析表明,印度夏季风爆发日期早晚与中东急流季节转换日期早晚的关系非常密切。印度夏季风爆发较早（晚）时,由于500～200 hPa南北温差大值区域向北推进较早（晚）,因此,中东急流向北推进较早（晚）,同时40～90 °E对流层低层西风急流出现也较早（晚）。      

热带东风急流显著偏强和偏弱期平流层绕极反气旋及波动的差异

首先采用150～100 hPa气层20 °W～180 °,15 °S～35 °N区域的平均东风和单位面积东风贡献的动能两种办法定义了热带东风急流(TEJ)指数,并分析了1948—2010年TEJ随时间的变化。然后利用谐波分析方法分析了急流显著偏强和偏弱期平流层10 hPa绕极反气旋和波动的差异。分析表明,在急流显著偏强期平流层10 hPa 40 °N以北的绕极反气旋偏弱,而急流显著偏弱期则偏强,差值约为100～150位势米。45 °N以北1波占绝对优势,1波从春到夏的季节转换与TEJ的快速发展紧密相连,急流显著偏强期1波的季节性调整早于显著偏弱期。急流显著偏强和偏弱期相比,极区65～85 °N 1波平均槽脊位置有较大差异。45～60 °N纬带1波在急流显著偏强期振幅明显加强,变化相对稳定,而急流显著偏弱期1波振幅和位相的变化要强烈得多。      

对流层半上部温度场变化特征与梅雨期旱澇关系

东亚对流层下半部温压场分布特征与我国长江中下游夏季旱涝关系,国内已有不少研究总结。而近年来从对流层上部100毫巴上的极涡变化,南亚高压的建立、振荡等来探讨我国的夏季旱涝已引起人们的关注。本文着重从北半球对流层上半部月平均温度场变化的特征,来探讨长江中下游梅雨期的旱涝。 这里所采用的资料为北半球100毫巴月平均高度图,共21年(1956～1976年);北半球500毫巴月平均高度图及6月、7月份的降水资料。     

索马里急流与南亚高压年代际变化的可能联系

索马里急流是北半球夏季最为强盛的越赤道气流,南亚高压则是出现在对流层高层、平流层低层最大最稳定的反气旋环流系统,基于近60年NECP/NCAR再分析资料,本文研究了年代际尺度上夏季索马里急流与南亚高压的联系。研究结果表明:年代际尺度上,索马里急流与南亚高压存在显著的正相关关系,当索马里急流偏弱(强)时,夏季南亚高压偏弱西退(偏强东进)。对不同年代际背景下南亚高压东西部的经向垂直环流的分析发现,当索马里急流处于偏弱位相时,南亚高压西半部(20°~70°E)经向垂直环流偏强,而其东半部(75°~120°E)经向垂直环流减弱;反之亦然。南亚高压南北两侧的纬向垂直环流的变化也有差异,索马里急流偏弱(强)时,北部南亚高压(27.5°~35°N)的青藏高原上空纬向垂直环流显著减弱(增强),而南部南亚高压(20°~27.5°N)的伊朗高原上空纬向垂直环流减弱(增强)明显。进一步的研究发现,年代际尺度上索马里急流与南亚高压的联系受到PDO(Pacific Decadal Oscillation)年代际变化的调制。PDO正负位相的转折,首先改变了对流层高层副热带西风急流的强弱变化,从而使得位于其南部的南亚高压强度和热带东风急流发生相应的改变,热带东风急流的变化又通过热带印度洋上空的局地纬向垂直环流将异常信号传递到对流低层,改变热带地区索马里急流的强弱变化。