2002年夏季中高纬大气准双周振荡对华南降水的影响

利用JRA55大气再分析资料和TRMM卫星降水资料,分析了2002年夏季（5~8月）华南地区降水的低频振荡特征,重点揭示了对其影响显著的中高纬大气季节内振荡的环流结构及演变。小波和功率谱分析表明,2002年夏季华南降水表现为主周期为10~30 d的准双周低频振荡。典型低频降水事件及合成分析指出,准双周降水的强（弱）变化除了受低空西北太平洋副热带高压西伸进入（东移退出）南海的影响以外,还显著地依赖于中高纬地区高空大气环流的季节内振荡。在对流层高层,中高纬度地区存在一支自大西洋经欧亚大陆的气旋—反气旋相间排列的低频波列。该波列在欧亚大陆地区向东南传播,当异常反气旋和气旋分别位于青藏高原和华北上空时,这种偶极型环流之间的高空辐散场有利于华南地区上升运动的发展,因而华南降水偏强;反之,华南降水偏弱。研究还表明,低频波列南移造成了对流层异常温度平流和副热带高层异常绝对涡度的变化,使得华南地区上升与下沉运动交替出现以及相应的经向环流圈反转,从而导致华南准双周振荡干湿位相的转换。局地异常感热加热对干湿位相转换也起一定作用。时滞相关分析发现,当青藏高原地区500 hPa位势高度异常场超前于华南异常降水4 d（即位相差为1/4周期）时,二者出现显著正相关,表明青藏高原地区500 hPa位势高度异常对预测华南地区季节内降水变化有潜在的应用价值。     

Potential vorticity analysis of quasi-biweekly rainfall events over the Yangtze Basin in summer 2014

2014年夏季长江流域(YRV)发生的多次阶段性强降水事件显著地受10-20天准双周振荡所调控.代表性振荡过程与合成分析表明,准双周湿位相主要取决于对流层高层南侵的高位势涡度(PV)与低纬度向西南平流的高PV导致南亚高压形态改变而产生的YRV高空辐散.高空向南的正PV平流与低层南风输送的负PV平流在YRV上空形成正的PV平流垂直梯度,激发出等熵面位移的上升运动分量;高空的高PV同时向中低层伸展,导致等熵面坡度增大从而增强气块沿等熵面上滑的上升运动分量,由此产生更强的非绝热有关的上升运动分量.干位相情况则相反.     

2007年淮河强降水时期低频环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料以及中国气象台站降水资料,研究了2007年夏季淮河流域强降水的低频振荡及其环流特征。结果表明,2007年夏季淮河流域强降水低频振荡的主要周期是10 25天。淮河流域降水强弱与对应低频周期存在联系,降水主要发生在低频周期的正位相时期,而在负位相时期结束或明显减弱。降水的低频变化一方面与副热带高压和南亚高压的低频变化有关,另一方面还受到中高纬度冷空气低频变化的影响。在低频周期的峰值位相,对流层高层出现的低频反气旋使南亚高压偏东,脊线偏北,并有利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的上升运动。中高纬地区出现大片正位势涡度,冷空气的低频活动显著偏强,南下侵入到中国淮河流域的冷空气较多,形成有利于淮河流域强降水的环流场。相反,在低频周期的谷值位相,对流层高层出现的低频气旋使南亚高压偏西,脊线偏南,不利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的下沉运动。高纬度冷空气的低频活动偏弱,南下侵入到中国淮河流域的冷空气也较少,最终形成不利于淮河流域强降水的环流场。     

梅雨准双周振荡的年际变化及其前期强信号分析

利用1954—2005年中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了江淮梅雨准双周振荡的年际变化,并讨论了异常年的海气背景特征。将滤波后的每个降水周期划分为8个位相,其中第3位相对应准双周降水正距平最大,而第7位相对应准双周降水负距平最大,在此基础上的诊断结果表明：1）振荡强弱偏差场,在梅雨降水偏多的第3位相,低层大气中类似Rossby波列从南海经日本海、鄂霍次克海和阿留申群岛延伸至阿拉斯加地区,其中南海上空的反气旋和日本上空的气旋相互配合,造成冷暖空气在江淮地区交汇,有利于准双周降水正距平的产生。在降水偏少的第7位相,波列位相基本反向,传播路径偏南。2）第3位相时高层环流显示,鄂霍次克海地区高度场正异常明显,和我国东北地区的负距平共同作用为梅雨降水提供了足够的干冷空气。第7位相分布相反。3）前期3月至同期的黑潮及其延伸区海表温度和梅雨的准双周振荡强强度之间呈很好的正相关关系。黑潮及其延伸区持续的正海温异常,通过影响西太平洋副热带高压的位置和强度的变化,进而增强梅雨降水的准双周振荡     

热带东风急流的气候学和中期振荡

本文用13年夏半年(5—10月)月平均风场和两年逐日风场资料研究了200hPa南亚热带东风急流的气候学特征和中期振荡过程。研究表明,南亚夏季热带东风急流显著的非季节性变动和年际差异与低纬对流层高层大尺度环流变化和南亚夏季风活动密切相关,相对于多年平均而言,存在5类异常的东风急流。 各种分析表明,热带东风带存在三种主要的中期振荡。准50天周期振荡与夏季南亚对流层上部大尺度散度场的变化相关联,表现为十分显著的向南的位相传播。准50天和25天振荡均存在显著的年际变化。准50天周期振荡系统性不强的年份,准25天周期振荡是低纬行星波的主要振荡,在东风急流区除表现为系统性向西传播外也表现为向南的位相传播。准双周振荡在东风带一般向西传播。      

2000年后中国北方东部地区夏季极端降水减少及水汽输送特征

本文研究了1961～2016年中国北方东部地区夏季极端降水日数和极端降水贡献率的年代际变化特征,并进一步分析了该地区极端降水和普通降水的大气环流和水汽输送的差异。主要的研究结果表明:1961～2016年中国北方东部地区夏季极端降水日数和极端降水贡献率在2000年前后发生显著年代际变化,2000年后夏季极端降水天数和极端降水贡献率显著减少。与1984～1999年相比,2000～2016年在对流层高层从欧洲大陆、中亚到东北—蒙古地区,位势高度异常呈现出“正—负—正”的大气波列,从而造成北方东部地区上空为正压的位势高度正异常控制,伴随着下沉运动,大气层结趋于稳定,这些环流条件不利于极端降水发生。2000年后负位相的太平洋年代际振荡（PDO）和正位相的北大西洋多年代际振荡（AMO）共同加强了北方东部地区上空的正位势高度异常。进一步研究表明,极端降水与普通降水的水汽输送和收支以及关键的局地大气系统存在着显著差异,较普通降水而言,极端降水在南北向水汽输送和收支上更强;北方东部地区低空为较强的闭合低压控制,并不断受到高层高位涡空气下传的影响。     

2015年夏季东亚和南亚降水异常与热带太平洋海温异常的联系及机理

2015年我国东部夏季降水呈现南北反位相的空间分布,河套地区降水异常偏少、长江中下游地区降水异常偏多,同期印度中部地区降水负异常,上述三个区域2015年夏季降水距平百分率绝对值极大值均超过55%。东亚和南亚地区2015年夏季降水异常的形成机理主要是由于该年夏季处于El Niňo事件的发展位相,菲律宾群岛及邻近区域反气旋环流异常,江淮地区至日本列岛气旋式环流异常,对流层低层位势高度异常场和整层水汽异常输送场亦存在相一致的空间分布,表现为负位相的EAP(East Asian-Pacific)/PJ(Pacific-Japan)型遥相关,有利于河套地区降水偏少和长江流域降水偏多。热带太平洋海温异常引起热带地区Walker环流负异常,热带西太平洋地区上空受异常下沉气流控制,热带印度洋区域对流层盛行东风异常,减弱了印度夏季风,并造成了印度中部地区夏季降水偏少。另一方面,印度上空对流层低层受异常反气旋控制,该异常反气旋北侧的西风异常沿着青藏高原南麓向东运动,增强了与EAP/PJ型遥相关相联系的异常水汽输送,有利于维持和增强河套地区降水负异常和长江中下游地区降水正异常。     

“21.7”河南暴雨暖湿季风输送带加强及关键天气流型的准地转位涡反演

本文使用站点降水资料和欧洲中期天气预报中心第五代再分析数据,利用准地转位涡分部反演,重点分析了2021年7月18～21日（简称“21.7”）河南极端暴雨中暖湿季风输送带加强的机理及其关键环流特征。结果表明:副热带高压持续西伸至中国东部地区,其西南部宽广的东南风将暖湿气流和河南地区高位涡输送至西北地区;同时,西北地区阿拉善高原热低压受感热加热而加强,在近地面层及其东侧的河套地区对流层中低层（750～650 hPa）产生正位涡异常,与河南地区低压环流形成大范围高位涡异常,从而与副热带高压形成较大范围的对峙。准地转位涡反演结果表明,对流层中低层这一天气流型导致河南南部南风的加强,有效地将暖湿输送带中高温高湿的气块输送至河南地区,成为7月20日极端暴雨发生的关键因子之一。对于7月20日河南地区的南风,主要来自于副热带高压的贡献,其次是河套地区对流层中低层高位涡异常,而河南局地低压环流的贡献略小。     

江淮梅雨期降水南北反位相分布与大气准双周振荡

利用1954—2005年中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析江淮梅雨期降水的南北反位相分布(Anti-Phase Distribution:APD)和大气准双周振荡(Qusi-Biweekly Oscillation:QBWO)之间的关系,诊断结果表明:(1)1954—2005年江淮梅雨APD共有16年较为显著。从1990年代开始,梅雨APD显著增强,并且表现出显著的2年和4～6年振荡周期。在降水较多的区域,降水的准双周振荡往往也较强。(2)梅雨期降水APD和中国东部地区降水的南北变动同属一个位相,中国东部地区的南涝北旱或者南旱北涝在很大程度上可以由江淮地区降水的分布类型来说明。(3)"南旱北涝"年,准双周滤波的整层水汽通量能够传播到30°N以北,同时存在强烈的水汽通量辐合从中高纬度向南传播到江淮流域。而在"南涝北旱"年,准双周的水汽输送所能到达的纬度明显偏南,来自中高纬度向南传播的水汽通量辐合也不显著。(4)"南旱北涝"年降水正位相,西北太平洋副热带高压(简称西太副高)脊线位于22°N以北,850 hPa低频反气旋的位置相对于"南涝北旱"年偏北,调节西太副高进入南海位置也偏北。南海和江淮上空的准双周垂直速度异常位置整体偏北,第3位相的上升运动和第7位相的下沉运动都位于30°N以北,南海的垂直速度异常也主要位于南海北部,而在"南涝北旱"年,准双周垂直速度异常的分布偏南。     

夏季南亚高压与西太平洋副热带高压的相关性分析

利用1951—2010年NCEP/NCAR再分析月平均资料研究夏季南亚高压与西太平洋副热带高压(简称西太副高)的相关性。结果发现,夏季南亚高压与西太副高的联系密切,年际尺度上强度指数之间的显著正相关关系相对稳定,两者同时偏强(简称同强)与同时偏弱(简称同弱)的模态超过70%。当南亚高压与西太副高同强(同弱)时,西风急流偏强(偏弱),高纬度地区大气环流呈经向(纬向)型,太平洋EAP遥相关为正(负)位相。贯穿对流层中上层的中纬度纬向西风与高压强度异常有密切的联系,西风急流可作为中纬度地区连接两者作用的纽带。青藏高原与太平洋地区对流层的温度差异分布对当地的环流系统造成很大影响,高原热力异常和海温异常联系着高压系统的演变。南亚高压、西太副高的异常影响了整体东亚大气环流的配置,是了解不同纬度系统相互作用的又一着眼点。     

Intraseasonal variations of the Yangtze rainfall and its related atmospheric circulation features during the 1991 summer

The intraseasonal variations of the Yangtze rainfall over eastern China and its related atmospheric circulation characteristics during the 1991 summer are examined based on the gauge-observed rainfall and the NCEP/NCAR reanalysis data. Wavelet analysis shows that during the 1991 summer, the active and break sequences of rainfall over the middle and lower Yangtze Basin are mainly regulated by an oscillatory mode with a period of 15–35 days. An investigation of the circulation features suggests that the 15–35-day oscillation is associated with an anomalous low-level cyclone (anticyclone) appearing alternatively over the northern South China Sea (SCS) and the Philippine Sea, and related to a northeastward (southwestward) shift of the western Pacific subtropical anticyclone over the SCS, leading to a lower tropospheric divergence (convergence) over the Yangtze Basin. In the upper troposphere, the 15–35-day oscillation exhibits a dipole anomaly characterized by an anomalous cyclone (anticyclone) over eastern China and an anomalous anticyclone (cyclone) over the northern Tibetan Plateau, resulting in a southwestward shrinking (northeastward extending) of the South Asian anticyclone, and forming a convergence (divergence) over eastern China. Such a coupled anomalous flow pattern between the lower and upper troposphere favors large-scale descending (ascending) motion, and hence reduced (enhanced) rainfall over the Yangtze Basin. Dynamically, the intraseasonal variations in the Yangtze rainfall are mainly determined by the coupling between the low-level relative vorticity and the upper-level divergence. In the middle troposphere, the 15–35-day oscillation of the subtropical high is originated over the central North Pacific north of Hawaii, then propagates westward to the SCS-Philippine Sea, and finally modulates the intraseasonal variations of the Yangtze rainfall.     

长江中游和下游夏季降水季节内振荡的差异

利用1979~2013年中国站点逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,对长江中下游夏季降水的季节内振荡最显著周期进行了分析研究。结果表明长江中游最显著周期为10~30天,长江下游最显著周期为30~60天。为了揭示这种差异产生的物理原因,进一步利用位相合成的方法对这两个区域不同周期的季节内振荡降水、高低空风场和高度场以及垂直结构和水汽等循环过程的演变特征进行分析。在200 hPa环流场上,长江中游的降水主要受到高纬度自西向东传播的波列影响,而长江下游的降水与鄂霍次克海的高度场的变化相关。在风场的垂直涡度和散度的位相结构演变过程中,10~30天的垂直涡度和散度有自北向南的移动,30~60天的垂直涡度和散度在长江以南地区有自南向北的传播。水汽输送的位相发展过程表明,长江中游的水汽分别来自于南海的向北输送和长江以北地区向南的水汽输送;长江下游地区的水汽则主要来自于热带东印度洋经孟加拉湾的向东输送并在南海的北向输送,以及西太平洋水汽向西输送到南海再向长江下游的输送。从高层大尺度环流场和整层积分的水汽通量输送上解释了长江中游10~30天降水的自北向南移动,和长江下游30~60天降水自南向北传播的原因。     

西北太平洋夏季风对中国长江流域夏季降水的影响

利用1979～2005年NCEP/NCAR的环流场再分析资料和降水资料, 通过对季风期降水、 大气环流、 水汽输送及低频振荡等方面的分析, 分别从时间和空间上分析了西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水的联系。结果表明:(1) 西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水存在显著的负相关关系, 在西北太平洋夏季风强盛时, 副热带高压异常偏北, 其西侧的偏南气流异常偏弱, 使得我国长江流域形成低层异常环流及水汽输送的辐散区, 从而造成长江流域夏季降水偏少; 而在西北太平洋夏季风减弱的年份, 西太平洋副高异常偏南偏西, 在长江流域以南地区形成异常偏强的偏南风水汽输送, 使得长江流域成为南、 北距平风的汇合区, 其上空对流活动异常活跃, 非常有利于长江流域的降水。 (2) 东亚局地Hadley垂直环流在强、 弱季风年也显著不同, 在强季风年里, Hadley局地环流异常偏弱, 长江流域上空出现的下沉运动距平, 使得该地区降水减弱, 而弱季风年则正好相反。 (3) 西北太平洋夏季风存在显著的气候平均的大气季节内振荡 (CISO), 在西北太平洋夏季风减弱时期, 长江流域降水同时受到源自热带西北太平洋西传CISO和源自热带印度洋东传CISO的共同影响, 可能造成了某种锁相关系, 从而造成降水偏多; 而在强季风年里长江流域只受由西太平洋西传的CISO的影响, 不容易激发降水。     

El Nino事件对其衰减阶段夏季中国降水季节内演变的影响及其机理

利用1979—2007年NOAA重建海温逐月资料和中国160站夏季降水资料,使用扩展奇异值分解（extended singular value decomposition,ESVD）方法,研究了冬季热带太平洋海温异常与次年夏季中国降水异常季节内演变型之间的关系,指出前冬El Nino事件是与次年夏季中国降水季节内变化相联系的最重要的热带太平洋海温异常模态。相应的降水异常季节内变化情况为：6月在长江以南为正异常,江淮流域有负异常;7月在华南沿海有负降水异常,而正异常北进到长江流域,华北地区也出现正降水异常;8月在长江南北分别为少雨和多雨。进一步研究前冬El Nino事件与次年春夏印度洋、太平洋海温异常、对流层低层风场异常以及副热带高压等的联系,结果表明：El Nio事件发生的次年春夏,热带西太平洋周边存在东负西正的海温异常分布;西太平洋反气旋异常较强;副高在6月、7月偏西偏北,但在8月迅速南退。虽然与El Nino事件相联系的6月与7月、8月的降水型不同,但是西太平洋反气旋异常带来的充沛水汽造成7月长江流域雨季多雨,8月副高迅速南退带来的又一次长江流域降水,造成了El Nino事件发生次年夏季长江流域涝而华南沿海旱的夏季平均降水异常型。     

谱模式SAMIL对南亚季风区大气季节内振荡向北传播的模拟

基于与NCEP资料结果的比较,研究了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的大气环流模式SAMIL对夏季南亚季风区季节内振荡（ISO）向北传播特征的模拟,并结合目前对ISO北传机制的理解对模拟结果进行了分析讨论。SAMIL在夏季南亚地区模拟出相当强度的季节内振荡的活动,并且模拟的ISO也表现出与NCEP资料相似的从赤道向北传播的特征,但传播的速度要慢于NCEP资料的结果。模拟的北传ISO具有与NCEP资料相似的结构特征,涡度和水汽场明显的呈经向不对称,涡度和水汽的正异常位于ISO对流的北面,最大的上升运动和最强的行星边界层辐合也位于ISO对流的北面。ISO 结构的经向不对称性正是模式模拟的ISO具有向北传播特征的原因;而模式对夏季南亚季风区高低层风场和行星边界层水汽的合理模拟起了关键的作用。同时,根据关于ISO北传机理的已有研究,模式的结果也表明南亚地区夏季风场的垂直结构是那里ISO向北传播的重要机制。     

亚洲夏季风30～60天季节内振荡对中国东部地区持续性极端降水的影响

本文基于1979～2015年中国台站观测的格点化高分辨率降水和NCEP II大气再分析逐日资料,探讨了亚洲季风区夏季30～60天大气季节内振荡（ISO）与长江中下游地区持续性降水异常的关系,重点揭示了南亚和东亚子季风区ISO的相互作用及二者协同引起长江中下游持续性极端降水的物理机制。合成分析表明,南亚和东亚ISO是通过高层辐散环流发生相互作用。在ISO位相1～3（5～7）,异常活跃（抑制）对流从赤道印度洋北传至孟加拉湾—印度次大陆区域,其伴随的高层异常辐散（辐合）环流通过补偿效应,引起南海—热带西北太平洋的异常高层辐合（辐散）,加强了局地的异常下沉（上升）运动,有利于南海—西北太平洋的异常抑制（活跃）对流发展并维持。南海—西北太平洋的异常抑制（活跃）对流伴随着显著的斜压散度,并进一步激发出一个连接南海和长江中下游的经向垂直环流圈,引起长江中下游强烈的异常上升（下沉）运动和低层水汽辐合（辐散）,使得降水持续性偏多（少）,极端降水的发生概率持续地偏高（低）,有利于（不利于）形成持续性极端降水事件。研究还表明,亚洲季风区ISO的强度存在显著的年际变化,并对长江中下游持续性极端降水的发生频次和持续时间具有调制作用。在ISO偏强（弱）年,长江中下游持续性极端降水的发生频次较高（低）,且持续时间较长（短）。     

夏季长江中下游旱涝年季节内振荡气候特征

利用1951—2004年我国740站逐日降水资料对夏季长江中下游典型旱涝年季节内振荡周期、强度和位相等特征进行合成对比分析发现:长江中下游涝年降水季节内振荡周期较旱年长, 涝年以30~60 d周期为主, 而旱年以10~30 d周期为主。旱涝年长江中下游地区夏季降水的10~30 d振荡整体上均强于30~60 d振荡; 10~30 d及30~60 d振荡, 涝年的强度都大于旱年。季节内振荡在旱年的北传较涝年强, 能达到50°N附近; 而涝年不仅有明显的季节内振荡从低纬度地区向北传播, 同时还有弱的振荡从中高纬度地区向南传播, 两者汇合于长江流域形成强的振荡中心。影响我国低频降水的低频异常环流分布模态在旱涝年是一致的, 但涝年的低频环流强于旱年, 而这种低频环流场的差异正是造成涝年的低频降水强于旱年的原因之一。     

Effects of intraseasonal oscillation on the anomalous East Asian summer monsoon during 1999

The 1999 East Asian summer monsoon was very unusual for its weak northward advance and remarkably anomalous climate conditions. The monsoonal southwesterly airflow and related rain belt in East Asia were blocked south of the Yangtze River Valley. The monsoonal airflow and major moisture transport conduct shifted eastward and turned northward to Japan from the tropical western Pacific rather than to East China from the South China Sea （SCS） as in normal years. Severe and prolonged drought occurred over extensive areas of North China and heavy precipitation in South China and Japan. The investigation on the possible intrinsic mechanisms related to such an anomalous monsoon year has shown that the unique behavior of intraseasonal oscillation may play an essential role during this process. During this year, the northward propagation of 30-60-day anomalous low-level cyclone/anticyclone collapsed in the region around 20°N and did not extend beyond the latitudes of the Yangtze River basin due to the barrier of strong cold air intrusion from the mid-latitudes. The southwesterly moisture flux on the northwestern flank of the anticyclonic moisture transport system in the western North Pacific, which was regulated by the northward shift of 30-60-day cyclonic/anticyclonic moisture transport, also did not reach the region north of 30°N as well. Under this circumstance, the weak northward advance of the monsoon westerlies and associated northward moisture transport could not arrive in North China and led to the severe droughts there in 1999. The SCS and South China were mostly affected by the airflow in the southern and northern flanks of the same 30-60-day cyclones or anticyclones, respectively, and thus controlled by the nearly reverse zonal wind and moisture convergent/divergent conditions. The rainfall in the SCS and South China showed out-of-phase oscillation through the transient local Hadley circulation, with the rainfall maximum occurring in the SCS （South China） when the 30-60-day anticyclone （cyclone） r