Hadley环流强度与我国中东部气温的相关分析

利用NCEP／NCAR再分析月平均风场资料和国家气候中心提供的中国160个气象站的月平均气温资料,用质量流函数计算方法描述平均经圈环流,用环流中心值大小表征其强度,分析Hadley环流强度1951--2010年的趋势变化及其与我国中东部气温的关系。结果表明：1）质量流函数能很好地表征平均经圈环流的特征,且环流中心值大小能形象地反映环流强度。2）近60a来,冬季北半球Hadley环流强度呈线性增强的趋势;夏季南半球Hadley环流在20世纪80年代初发生了由减弱趋势转变为显著增强趋势的年代际转折。3）我国中东部大部分地区气温的年代际变化能很好地被Hadley环流强度变化所解释,二者基本呈正相关关系,但显著相关区域随季节变化有所不同。     

Hadley环流强度与中国东部气温的相关分析

利用NCEP / NCAR再分析月平均风场资料和国家气候中心提供的中国160个气象站的月平均气温资料,选用质量流函数计算方法描述平均经圈环流,用环流中心值大小表征其强度,分析1951-2010年Hadley环流强度趋势变化及其与中国东部气温的关系。结果表明：质量流函数能较好地表征平均经圈环流特征,且环流中心值大小能形象地反映环流强度。近60 a来,冬季北半球Hadley环流强度呈线性增强的趋势;夏季南半球Hadley环流强度在20世纪80年代初发生了由减弱趋势转变为显著增强趋势的年代际转折。中国东部大部分地区气温的年代际变化能很好地被Hadley环流强度变化解释,二者呈正相关关系,但显著相关区域随季节变化有所不同。     

夏季东亚副热带经圈环流特征及其对长江流域降水的影响

利用NCEP/NCAR 1979-2009年月平均风场资料,用质量流函数来定义东亚副热带的经圈环流指数,分析夏季(6-8月)东亚副热带经圈环流特征.结果表明,夏季东亚地区受反Hadlev环流影响,表现出与全球平均经圈环流不同的特征,用指数表征的东亚副热带经圈环流强度存在明显的年际和年代际变化.另外,利用相关性及水汽通量...     

全球平均经圈环流的基本特征及其与臭氧关系研究

本文利用1957年9月到2002年8月,共540个月的ERA-40的经向风和臭氧质量混合比月平均资料,分析研究了平均经圈环流(MMC)和Hadley环流强弱特征变化及其与臭氧变化的关系.分析指出:(1)平均经圈环流与臭氧分布在垂直方向上有很好的对应和相关关系,平均经圈环流是形成臭氧水平、垂直的气候平均态分布,季节变化,年代际变化的重要因素;(2)垂直方向上北半球臭氧浓度的变化比南半球的变化更明显;(3)典型相关分析表明平均经圈环流与臭氧浓度变化在不同的高度和纬度上有不同的相关关系,臭氧与Hadley和Ferrel环流存在密切的相关关系,特别是Hadley环流,这表明Hadley环流在全球大气臭氧的变化中起重要作用.     

1948-2004年全球平均Hadley环流强度指数与特征

利用NCEP/NCAR逐月平均风场资料,研究了全球平均Hadley环流特征.利用3层4个关键区的风定义并计算了1948年1月-2004年12月的全球纬向平均的南/北半球和全球Hadley环流逐月强度指数.结果表明:计算的Hadley环流指数可以合理地表示Hadley环流的强度;北半球Hadley环流除7-9月(南半球除5月)外都呈增强趋势;南/北半球的年平均Hadley环流也是增强的.年际相关分析表明:Hadley环流指数与SOI有非常高的负相关,Hadley环流强度的年际变化与ENSO关系密切.     

春季Hadley环流强度与我国东部地区夏季降水的联系

该文利用1983--2012年ERA—INTERIM风场的月平均资料以及中国160站月降水资料（1983-2012年）,研究Hadley环流的季节和年际变化特征,我国东部地区夏季降水分布及北半球春季Hadley环流强度与我国东部地区夏季降水的关系。结果表明：Hadley环流存在明显的季节变化特征,北半球环流强度在冬季最强,夏季时最弱,并且环流强度越强时,范围就越大;Hadley环流强度各季节年际变化较明显,而年代际变化秋季较明显。春季HMley环流强度与我国华南地区、长江流域地区和华北地区夏季降水呈“负正负”的相关关系。利用合成分析的得到的结果与其相一致。     

低纬平均经圈环流异常与海表温度异常关系的诊断分析

利用NCEP/NCAR的40年大气再分析资料中的月平均经向风速及垂直速度，计算了纬向平均经圈环流的质量流函数，分析了纬向平均的海表温度和纬向平均的经圈环流的气候态及异常态特征，结果表明，（1）南、北半球Hadley环流圈的共同上升支偏于赤道附近的夏半球一侧，与[SST↑-]极大值位置相对应；强下沉支位于冬半球一侧；（2）El Nino事件中低纬[SST]′是异常经圈环流产生的重要外强迫源，但其影响程度受基本气流和[SST↑-]及[SST]′的季节变化和年际差异的影响甚大。     

1961～1997年110～140°E垂直经圈环流的年际变化特征及其与海温变化的关系

用 ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析资料，分析了 １９６１～ １９９７各年 １月和 ７月的大气垂直 经圈环流的变化特征，特别分析了１１０～１４０°Ｅ平均的垂直经圈环流和其中的东亚季风环 流。计算了各年的经圈环流与多年平均垂直经圈环流之相似系数、差异系数和相对强度。文 中除讨论了它们的年际和１０年际变化外，还讨论了东亚季风环流强弱变化与ＥＮＳＯ循环的 关系。结果表明：（１）垂直经圈环流除有年变化外，存在着较明显的年际和年代际变化。１ 月的全球平均经圈环流１９６６～１９７４年较弱，１９７６～１９８７年较强；７月的全球垂直经圈环流 则是１９６３～１９７４年较强，１９８６～１９９５年则相对较弱。（２）１１０～１４０°Ｅ的平均经圈环流主要 特点是： １月东亚季风环流圈代替了北半球的Ｆｅｒｒｅｌ环流圈，７月东亚季风环流圈代替了北 半球的Ｈａｄｌｅｙ环流圈，而且其１０年际变化也比较明显。（３）东亚季风环流强弱的变化与 ＥＮＳＯ循环有一定的关系。     

Hadley环流上升支演变特征及其与低纬大气臭氧变化的关系

利用最新的NCEP/NCAR的逐月平均风场资料及ECMWF的逐月多层臭氧质量混合资料,通过定义Hadley环流上升支强度指数(HAI),用质量流函数的方法研究了纬圈平均Hadley环流上升支的演变特征及其与低纬地区不同层次大气臭氧变化的关系。结果表明,①冬季和夏季HAI较大,最大值出现在2月和8月,春、秋季HAI较小,最小值出现在5月和11月;Hadley环流上升支的位置随季节和强度变化;冬季Hadley环流上升支所跨纬度最宽,夏季最窄。②各季节代表月份的HAI具有一定的年代际特征,即1月、4月具有负距平-相持-正距平的年代际特征,线性增强趋势明显;7月、10月则表现为距平的正-负-正变化,但7月HAI在2012年以后有明显减弱趋势。总体上各季节HAI从1990年代中后期开始逐渐增强。③除春季外,Hadley环流上升支对低纬对流层臭氧的动力输送作用显著,Hadley环流上升运动越强,上升支所对应纬度带对流层臭氧浓度越低,南北两个下沉区对流层臭氧浓度越高。④ HAI表现为强指数年时,低纬对流层臭氧整体表现为增加,平流层中下部臭氧减少,体现出彼此的长期综合影响。      

1961～1997年110～140。E垂直经圈环流的年际变化特征及其与海温变化的关系

用NCEP/NCAR再分析资料，分析了196l～1997各年1月和7月的大气垂直经圈环流的变化特征，特别分析了110～140°E平均的垂直经圈环流和其中的东亚季风环流。计算了各年的经圈环流与多年平均垂直经圈环流之相似系数、差异系数和相对强度。文中除讨论了它们的年际和10年际变化外，还讨论了东亚季风环流强弱变化与ENSO循环的关系。结果表明:(1)垂直经圈环流除有年变化外，存在着较明显的年际和年代际变化。1月的全球平均经圈环流1966～1974年较弱，1976～1987年较强；7月的全球垂直经圈环流则是1963～1974年较强，1986～1995年则相对较弱。(2)110～140°E的平均经圈环流主要特点是:1月东亚季风环流圈代替了北半球的Ferrel环流圈，7月东亚季风环流圈代替了北半球的Hadley环流圈，而且其10年际变化也比较明显。(3)东亚季风环流强弱的变化与ENSO循环有一定的关系。     

一个变网格大气环流模式对中国东部春季的区域气候模拟

将法国动力气象实验室发展的变网格全球大气环流模式LMDZ4在东亚地区进行加密,并使用ERA-40再分析资料进行环流强迫,对1958—2000年每年春季开展区域气候模拟,将模拟的4—5月气候平均态、年际和年代际变率与观测进行了对比。模式能够较为真实地模拟出4—5月东亚地区气候平均大气环流、降水和气温的空间分布,对对流层中、高层环流的模拟比对低层环流的模拟更接近于观测;模式对中国东部地区地面气候的模拟偏差主要表现为:中国中东部和华南地区偏暖偏湿,而华北则为偏冷偏湿。中东部地区的降水量比观测偏多约1.6mm/d;模拟的地表气温在华北偏低约1.4℃,在中东部和华南均偏高超过0.5℃。模式对降水的模拟偏差与其模拟的低层南支西南气流和北部西北气流均偏强有关。模式对中国东部对流层,尤其是对流层中上层大气环流的年际变化具有很好的再现能力,各物理量与观测值的相关系数都在0.6以上。模式也能很好地模拟出中国东部降水和气温的年际变率,在华北、中东部和华南,观测和模拟值在1958—2000年的相关系数均在0.7以上。模式还能够模拟出20世纪70年代末出现的中东部干旱和东北地区降水增多的年代际变化特征,也能够再现黄淮流域年代际增温的现...     

东亚低纬地区局地Hadley环流特征及其与大气臭氧的关系

利用1975—2008年NCEP/NCAR的逐月平均风场资料及1975—2001年ECMWF的逐月多层臭氧质量混合比资料,用大气环流三维分解方法研究了东亚低纬度地区之局地Hadley环流的结构及年代际演变特征,分析了该区域局地Hadley环流异常时对应大气臭氧的空间距平分布。研究结果表明:(1)东亚低纬度地区局地Hadley环流既与纬圈平均Hadley环流具有明显的季节变化,但又具有明显区别于纬圈平均Hadley环流的自身结构特征:除冬季存在明显向南、向北输送的两闭合环流圈外,局地Hadley环流在其余季节均以向南输送为主;(2)该局地Hadley环流具有不同于纬圈平均Hadley环流的年代际演变特征,在整个研究时段上以振荡变化为主,并没有表现出象纬圈平均值那样明显的增强趋势;(3)区域赤道上空平流层20～50 hPa大气臭氧的正负距平异常中包含有局地Hadley环流的异常信息:当局地Hadley环流异常强时,区域赤道上空20～50 hPa大气臭氧有一显著负距平异常中心,反之亦然。     

Hadley环流的双层结构及其年代际演变特征

利用1948—2011年NCEP/NCAR月平均水平风场资料,采用全球大气环流的三型分解等方法,研究了Hadley环流的双层结构及其年代际演变特征。结果表明：(1) Hadley环流双层结构客观存在,且4、5、6、10、11月南半球Hadley环流双层结构长期存在;(2) 南半球Hadley环流双层结构较北半球更加明显,双层结构在垂直方向上呈现倾斜状,对Hadley环流强度和中心位置的变化进行研究时,应考虑双层结构的影响;(3) 4、5、6、10、11月南半球Hadley环流强度随时间都呈现强-弱-强的年代际演变特征,各个月份环流强度都存在20~30年和40~60年时间尺度的周期;(4) 4、5、6、10、11月南半球环流中心位置(双层结构平均位置)随时间一致地表现为向南移动,各个月份环流中心分别向南移动了5.18 °、2.11 °、2.50 °、1.79 °、5.76 °,平均向南移动了3.47 °。     

平均经圈环流质量流函数简化计算方案的应用

用一个简化计算方案，求得了1948-1999年52a逐月平均经圈环流质量流函数。用它分析了平均经圈环流的气候态及20世纪80年代和90年代最强El Nino事件的气候异常态。结果表明：它很好地给出了平均经圈环流的气候态的季节变化及气候异常态与SSTA的物理联系。上述结果与通常迭代法计算结果基本一致。     

平均经圈环流质量流函数两种计算方案的比较

质量流函数(Φ)是直观、定量描述纬向平均经圈环流的物理量。用相同格点网、相同资料(1958-1998年NCEP／NCAR再分析资料)比较了迭代方案、叠加方案求得Φ在描述平均经圈环流气候态、强El Nino年异常态以及Hadley环流双层结构时的异同。比较表明，二者计算结果间不存在明显差异；但叠加方案只用v资料，计算也简单。     

夏季105～125°E垂直经圈环流变化特征及其与海温的联系

采用NCEP/NCAR再分析资料,利用质量流函数方案和EOF（empirical orthogonal function,经验正交函数）分解,研究了1979—2006年夏季105～125°E范围垂直经圈环流的变化特征及其与邻近海域海温变化的联系。结果表明：1）在105～125°E区域,夏季北半球Hadley环流明显偏强,和南半球Hadley环流对称出现,形成明显的＂Hadley环流对＂。2）小波分析显示,Hadley环流变化有准2～4a和4～6a周期。近28a来,南半球Hadley环流有南退趋势,北半球Hadley环流逐渐增强,尤其是20世纪90年代中期之前,这种变化较显著。3）105～125°E区域夏季＂Hadley环流对＂的异常和邻近海域海表温度关系密切。无论是IOD（Indian Ocean Dipole）事件还是ENSO均对东亚经圈剖面内＂Hadley环流对＂产生影响,Hadley环流的主要模态EOF1与同期和滞后的SSTA的相关在太平洋上表现出El Nino发展期、盛期的海温分布形态。南半球Hadley环流偏北（南）,北半球Hadley环流减弱（增强）,则到来的冬季的El Nino（La Nina）发展,这对ENSO事件具有一定的预报意义。IOD事件对南半球Hadley环流的影响是显著的,当负IOD事件时,南半球Hadley环流减弱,但正IOD事件时并未显著相反。     

局域Hadley环流及其与太平洋SST异常的联系

使用1979—2001年ERA-40月平均经向风计算了季风区(60～140°E)及Nio区(160°E～120°W)的质量流函数,并分析了两区Hadley环流的气候特征和强度变化,研究了Hadley环流强度与太平洋海表温度的联系。结果表明:(1)季风区气候态Hadley环流强于Nio区,环流位置偏北,夏半年尤为明显,造成差异的主要原因是海陆分布不均和赤道东太平洋冷水区的存在;(2)局域Hadley环流强度有明显的年际变化,23年来两区强度大致呈反相变化;(3)局域Hadley环流强度与太平洋海表温度关系密切,1月季风区(Nio区)环流强度与赤道中、东太平洋的Nio综合区海表温度负(正)相关,而与围绕着Nio综合区的c型区域海表温度正(负)相关,7月与1月的相关型基本一致,负相关比1月弱,特别是季风区;(4)ENSO事件对两区Hadley环流强度有不同影响,El Nio事件时季风区Hadley环流减弱、Nio区Hadley环流增强;La Nia时刚好相反,且Nio区的异常更明显。     

冬季东北冷涡的时空变化特征

基于1967—2017年美国环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的逐日再分析资料及英国气象局哈德来中心(Hadley Centre)的海温资料,通过计算冬季东北冷涡结构的特征指数并利用经验正交函数分解等方法,研究了冬季东北冷涡的时空变化特征及其与环流和海温变化的联系。结果表明:(1)冬季东北冷涡具有显著的年际变化与年代际变化特征,各指数年际分量的方差贡献率较大;冷涡强度与经、纬度呈正相关,且经、纬度之间呈正相关;(2)年际尺度第一模态反映了冬季东北冷涡气候平均位置以南为正(负)异常而以北为负(正)异常的南北反位相变化特征,第二模态反映了冬季东北冷涡在气候平均位置附近强度一致增强(强弱)的变化特征,而年代际尺度主要反映在第一模态,即冬季东北冷涡在气候平均位置附近强度一致增强(强弱)的变化特征;(3)北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation, NAO)和西大西洋遥相关型(Western Atlantic, WA)的位相转换可能与年代际尺度冬季东北冷涡的强度强弱变化有关。     

近50年中国大陆冬季气温和区域环流的年代际变化研究

利用中国大陆468 个站点1960～2013 年逐日气温资料,本文首先对中国冬季气温的年代际变化特征进行分析。通过气候跃变检验分析发现,中国冬季气温在整体变暖的趋势上叠加有年代际波动,可划分为冷期、暖期和停滞期三个时期。本文对比三个时期的冬季大气环流发现,冷/停滞期（暖）期西风环流减弱（增强）而东亚大槽增强（浅薄）,槽后的辐合下沉增强（削弱）,西伯利亚高压增强（减弱）,这加强（削弱）了东亚冬季风,冷空气更多（少）侵入中国大陆地区,冬季气温偏低（高）。北半球环状模/北极涛动（Northern Hemisphere Annular Mode,NAM/Arctic Oscillation,AO）正是通过东亚冬季风系统对中国冬季气温,尤其是冬季最低气温有很强的年代际影响。太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation,PDO）与中国冬季气温在年代际上也有很好的正相关关系。进一步将PDO 的年代际变化分量作为背景,分析NAM/AO 和厄尔尼诺—南方涛动（El Nino Southern Oscillation,ENSO）不同配置下的东亚冬季风环流场可以发现,两者的配置作用不仅影响着中国冬季气温一致变化型的年代际波动,而且也可以影响到冬季气温南北反相振荡型的变化,这从一个方面解释了1980 年代和1990年代北方变暖较强及最近十年北方降温趋势较为明显的原因。     

冬季北太平洋风暴轴和北大西洋风暴轴的协同变化及其与同期海气系统的空间耦合关系

基于1960~2014年NCEP/NCAR（美国环境预报中心和国家大气研究中心）的逐日再分析资料以及NCPC（美国气候预报中心）的海温资料和大气环流及海洋指数,通过风暴轴指数、经验证交分解（EOF）等方法,研究了冬季北半球北太平洋风暴轴（PST）和北大西洋风暴轴（AST）之间不同时间尺度下的协同变化特征,并利用回归和相关分析对风暴轴的年际和年代际协同变化特征与同期海气系统的空间耦合关系进行了探讨。主要结论概括如下:（1）从所定义的冬季北半球两大洋风暴轴的纬度、经度和强度指数来看:三个指数均存在明显的年际变化和年代际变化,其中年际分量的方差贡献远大于年代际分量;对于单个风暴轴来讲,无论是滤波方差场原始序列还是其年际分量和年代际分量序列,每个风暴轴各自的纬度指数和经度指数均呈显著正相关,表明每个风暴轴各自的南北位移和东西位移具有很好的协同性;虽然从原始序列来看,两个风暴轴之间各指数之间的相关关系均并不显著,但是对于年际分量序列和年代际分量序列,两个风暴轴之间均具有显著的协同性变化,其中,在年际尺度上,两者仅强度变化之间具有显著的正相关,而在年代际尺度上,AST的经度（纬度）变化与PST的强度（纬度及强度）变化均具有显著的负相关。（2）EOF结果表明,两个风暴轴之间协同变化的空间结构在年际尺度上反映的主要是强度的变化,第一模态为两者强度在其气候平均位置附近同时减弱（增强）并伴随AST整体和PST东部均略有北抬（南压）,第二模态为两者强度在其气候平均位置附近同时减弱（增强）并仅伴随AST整体略有南压（北抬）;而在年代际尺度上,第一模态为AST整体偏北（南）中东部偏强（弱）与PST整体偏南（北）中东部偏弱（强）的反位相协同变化;第二模态为两个风暴轴的强度在其气候平均位置附近同时增强（减弱）的一致性协同变化。（3）进一步分析表明,两个风暴轴之间以不同模态协同变化时,与同期海温、遥相关型及环流异常等海气系统之间均呈现出很好的空间耦合关系,但具有不同的特点。