云南雨季逐候降水量的低频振荡特征

应用主分量方法分析了云南省84站1991~2000年雨季(5~10月)逐候降水量的主要时空特征,并用非整波技术分析了所提取的第1、第2主分量频谱分布的低频振荡特点,同时分析了低频振荡现象与El Nino(La Nina)事件及云南雨季降水多、少之间的关系。结果表明:①云南地区雨季降水主要低频振荡周期为6候(30天)、10候(50天)的月际振荡和15~17候(75~85天)的季节内振荡;②云南雨季的候降水每年都存在30天振荡周期,30天振荡是云南雨季固有的振荡;③当发生El Nino或La Nina异常气候事件时,云南雨季的候降水存在50天振荡周期;④当云南雨季存在75~85天振荡时,云南主汛期(6~8月)降水距平百分率为正(除2000年为零距平);当云南雨季不存在75~85天振荡时,云南主汛期降水距平百分率为负。     

夏季青藏高原上空30～50天大气低频振荡与南亚高压活动的关系

分析了1981年、1982年两年5-9月青藏高原地区上空大气低频振荡特征.夏季青藏高原地区上空是30-50天厚度低频振荡的活跃区和显著区,但低频振荡的位置、范围和强度存在明显年际变化.并且,高原地区上空30-50天厚度低频振荡与南亚高压活动密切相关,表明夏季高原热状况的低频分量对北半球大气环流变化有重要影响,具有明确的天气气候学意义.     

夏季青藏高原上空30～50天大气低频振荡与南亚高压活动的关系

分析了１９８１年、１９８２年两年５－９月青藏高原地区上空大气低频振荡特性。夏季青藏高原地区上空是３０－５０天厚度低频振荡的活跃区和显著区，但低频振荡的位置，范围和强度存在明显年际变化。并且，高原地区上空３０－５０天厚度低频振荡与南亚高压活动密切相关，表明夏季高原热状况的低频分量对北半大气环流变化有重要影响，具有明确的天气气候学意义。     

青藏高原及附近地区500hPa低频振荡与四川盆地气温变化

分析了１９９２年及１９９３年上半年青藏高原及附近地区，５００ｈＰａ候高度距平场的６—１２候（相当于３０—６０天）低频振荡与３—６候（１５—３０天）振荡特征，及其对四川盆地气温的影响。结果表明：上半年青藏高原上空５００ｈＰａ低频振荡与盆地气温振荡基本同位相或偏早一候左右；下半年渤海湾附近上空的低频振荡位相与盆地气温大致同位相或略偏早。３—６候振荡中，印缅及青藏高原地区位相偏早一候。两种频带对于气温都有预测意义。     

90°E—170°W热带地区云量的低频变化

使用日本静止气象卫星(GMS)观测的候平均云量资料,分析了1978年5月—1984年12月和1978年5月—1981年12月两个时期内,印度洋中部(90°E)至太平洋(170°W)热带地区云量的低频变化特征。主要结果如下: 1.考查地区的云量存在两类低频振荡:30—60天的季节内振荡和周期为2—4年的年际振荡(可称之为甚低频振荡)。 2.在非厄尼诺时期,30—60天的低频振荡较明显,可以一直东传到中太平洋;有厄尼诺影响时,它的东传过程将受到抑制,主要限于130°E从西地区。 3.130°E以西地区的2—4年振荡,主要与厄尼诺/南方涛动的信息有关;在非厄尼诺时期,这一类振荡消失。     

东亚和西太平洋地区 30～60天振荡的传播及其与月平均基流的相互作用

选取1985年和1988年这两个东亚和西太平洋地区月平均流场差异很大的年份,研究30～60天低频振荡的传播及其与月平均基流的相互作用.结果表明:在这两年,东亚和西太平洋地区的30～60天低频振荡受到两支低频涡旋的影响,其中一支来源于热带东印度洋,另一支源自中太平洋.在大部分时间里,这两支低频涡旋相遇于20～30°N地区,并影响到该地区位势高度场的变化.当低频气旋(反气旋)移经西太平洋的时候,该地区的位势高度场相应地降低(升高).另一方面,该地区的30～60天振荡还有着显著的年际差异.1985年的波列活动显著,中高纬低频涡旋南移至日本南部洋面.与1985年不同的是,虽然1988年的波列活动不明显,但中高纬的低频涡旋可向南传播至南海地区.从30～60天振荡和月平均基流的动能和有效位能相互转换来看,正压过程、湿斜压过程和干斜压过程的值相当,因而上述3种过程均有可能起主导作用.但转换强度存在年际差异,1985年的值远比1988年的大.研究还表明,暖池地区的30～60天振荡向月平均基流输送能量,中高纬地区的30～60天振荡则从月平均基流获取能量.     

东亚夏季风降水中30—60天低频振荡

通过对东亚夏季风区域30年候降水量的分析研究可以看到,降水中30—60天低频振荡的季节变化与总的季风降水的季节变化具有明显的锁相关系,对季风雨带位置的出现起着重要的调制作用;降水低频振荡的年际变化对梅雨的年际变化也起着重要的调制作用;降水低频振荡呈现明显的由南向北的经向传播。     

夏季青藏高原TBB低频振荡及其与华中地区旱涝的关系

利用17年(1980—1994年和1997—1998年)逐候GMS TBB资料,对华中地区夏季旱涝年的TBB候距平场进行了合成分析,研究了夏季青藏高原TBB的低频(10~20天和30~60天)振荡及其同华中地区旱涝的关系。结果表明,青藏高原东南部(27°~30°N,90°~100°E)是低频振荡最为活跃的地区,青藏高原东南部和华中地区TBB存在正相关关系,其相关程度涝年比旱年更为显著。对华中地区旱涝而言,青藏高原东南部的30~60天振荡比10~20天振荡敏感性要强。华中地区涝(旱)年,青藏高原东南部存在较强(弱)的低频(30~60天)TBB负值中心,其影响方式有的自西向东传播,有的同华中地区低频(30~60天)TBB同时加强或减弱。青藏高原低频(30~60天)TBB的负值位相有利于对流云团的生成和发展。     

南海地区大气30～60天低频振荡及其对南海夏季风的可能影响

本文利用1979～2008 年美国国家环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)第二套再分析资料、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的向外长波辐射(OLR)资料及1979～2007年全球降水资料(CMAP), 分析了南海地区热带大气的低频振荡及其对南海夏季风的可能影响。结果表明, 夏半年南海地区存在显著的30～60天的周期振荡。当30～60天低频振荡处于活跃位相时, 南海及其周围地区的低层大气为低频西南风, 南海和菲律宾北部为低频气旋流场且为正的位涡度, 对应着增强的南海夏季风槽和南海夏季风; 当 30～60天低频振荡处于不活跃位相时, 情形正好相反。进一步的研究揭示出, 夏半年30～60天低频振荡变化的空间型与夏半年平均场的年际变化的空间分布非常相似, 并且南海及其附近地区的 30～60天低频振荡活动的年际变化对夏半年平均场的年际变化有显著的贡献。强、弱南海夏季风年30～60天低频振荡活动的比较也说明, 强的南海夏季风年30～60天低频振荡活跃状态发生的概率大于不活跃状态发生的概率, 而弱的南海夏季风年则是不活跃状态发生的概率大于活跃状态发生的概率。因此, 南海地区30～60天低频振荡对南海夏季风很可能有重要影响, 当30～60天低频振荡的活跃状态处于主导时, 南海夏季风往往会偏强; 反之, 如果不活跃状态处于主导时, 南海夏季风往往会偏弱。     

低纬度涛动——全球热带的甚低频振荡现象

本文在论证所谓“北方涛动”存在性的基础上,分析了这一现象与经典的“南方涛动”的关系和它们的性质,提出了”低纬度涛动”的概念。 研究发现,这两类振荡在低频域内具有相同的振荡频率,处于同一振荡系统内。实质上反映了印度洋和太平洋低纬地区三个主要活动中心——赤道低压和南、北太平洋副热带高压的年际变化之间的联系。 这个振荡系统,在气压场上表现为,横跨赤道南北各约30个纬距的东西向的“跷跷板”(seesaw)现象,且有以赤道为界的两个分量,即南方涛动和北方涛动。在温度、湿度场和低层大气稳定度场上,主要表现为热带太平洋上高温、高湿和强不稳定与低温,低湿和弱不稳定的交替出现;在云量场上表现为主要对流区的东西向位移;在海面温度场上为赤道太平洋增暖和降温的交替出现。它们之间通过热力和动力过程耦合起来,组成了全球热带海洋大气系统的振荡,这是低纬度大气环流年际变化的一个基本特征,我们称它为“低纬度涛动”。 分析表明,它的振荡周期平均约为40个月。为区别于40—60天的热带低频振荡,这一年际尺度的振荡可称为“甚低频振荡”。 作者用全球热带海平面气压第一特征向量的时间系数定义“低纬度涛动指数”,它能客观地同时描写气压场上振荡的两个分量,以及温度、湿度、云量和低层大气稳定度等的甚低频振荡特征。     

Daily atmospheric variability in the South American monsoon system

The space–time structure of the daily atmospheric variability in the South American monsoon system has been studied using multichannel singular spectrum analysis of daily outgoing longwave radiation. The three leading eigenmodes are found to have low-frequency variability while four other modes form higher frequency oscillations. The first mode has the same time variability as that of El Nino-Southern Oscillation (ENSO) and exhibits strong correlation with the Pacific sea surface temperature (SST). The second mode varies on a decadal time scale with significant correlation with the Atlantic SST suggesting an association with the Atlantic multidecadal oscillation (AMO). The third mode also has decadal variability but shows an association with the SST of the Pacific decadal oscillation (PDO). The fourth and fifth modes describe an oscillation that has a period of about 165 days and is associated with the North Atlantic oscillation (NAO). The sixth and seventh modes describe an intraseasonal oscillation with a period of 52 days which shows strong relation with the Madden-Julian oscillation. There exists an important difference in the variability of convection between Amazon River Basin (ARB) and central-east South America (CESA). Both regions have similar variations due to ENSO though with higher magnitude in ARB. The AMO-related mode has almost identical variations in the two regions, whereas the PDO-related mode has opposite variations. The interseasonal NAO-related mode also has variations of opposite sign with comparable magnitudes in the two regions. The intraseasonal variability over the CESA is robust while it is very weak over the ARB region. The relative contributions from the low-frequency modes mainly determine the interannual variability of the seasonal mean monsoon although the interseasonal oscillation may contribute in a subtle way during certain years. The intraseasonal variability does not seem to influence the interannual variability in either region.     

Further Study of Typhoon Tracks and the Low-Frequency(30-60 Days)Wind-Field Pattern at 850 hPa

The association of typhoon tracks over the western Pacific with the low-frequency wind-field pattern of atmospheric intraseasonal (30-60 days) oscillation at 850 hPa is further studied by using observational data analyses. Comparative analyses of the composite wind fields at 850 hPa, contrasting the atmospheric intraseasonal oscillation (ISO) with the original circulation, show that the typhoon tracks are closely related to the wind pattern of the ISO but are not obviously related to the original wind fields. Case studies of two typhoons in 2006 also show that the low-frequency wind-field pattern, particularly the maximum-value line (belt) of low-frequency cyclonic vorticity at 850 hPa, is closely related to the typhoon track. Therefore, the low-frequency circulation pattern and the maximum-value line (belt) of low-frequency cyclonic vorticity at 850hPa can be used to predict typhoon tracks over the northwestern Pacific.     

2002年夏季东亚地区环流20—30 d主振荡型延伸期预报研究

用2002年3-9月逐日东亚地区850 hPa经向风场资料建立主振荡预测模型(POP),对影响长江下游地区强降水过程的主要低频经向风场(20-30 d时间尺度)的时空变化进行10-30 d延伸期独立预报试验.试验结果表明,在夏半年135次预测中提前20 d预报的相关预报技巧在0.50以上,很好地预报了夏季3次强降水过程对应的经向风的低频变化过程.对20-30 d振荡显著的多年资料预报试验表明,这些预测模型是预报低频环流时空演变的有效工具,对于提高未来3-4周长江下游强降水过程的预报准确率有重要意义.     

1998年南海夏季风的爆发与大气季节内振荡的活动

利用NCEP再分析及TBB资料,系统地研究了1998年南海夏季风爆发与大气季节内振荡活动的关系,结果表明,1998年南海夏季风爆发与南海及其临近地区30～60天低频振荡的发展有着极为密切的关系。南海及临近地区30～60天低频纬向风及低频动能的时间-经（纬）度剖面明显地反映出该地区的大气季节内振荡的加强是由于其临近地区（菲律宾以东）30～60天低频气旋发展及其向西扩展的结果,与孟加拉湾地区低频气旋的活动关系不大;同时,我们也看到了夏季风爆发前后南海地区为850hPa低频动能的大值区,而200hPa上为一弱区,反映了1998年南海夏季风爆发期间该地区大气季节内振荡有上弱下强的垂直分布特征。进一步分析表明,南海及其临近地区大气季节内振荡的活动主要为局地振荡型,夏季风爆发后才有明显的向北传播,成为南海夏季风爆发影响东亚大气环流和天气的重要途径之一。另外,1980和1986年南海地区30～60天低频动能的发展特征与1998年的类似,说明了南海及其临近地区大气季节内振荡的局地振荡特征并不是1998年所特有的,它对南海夏季风爆发有普遍的重要作用。     

赤道太平洋高低频纬向环流差异及其物理机制

利用1982—2017年欧洲中期天气预报中心再分析资料和美国国家大气海洋管理局的观测资料,分析了赤道太平洋高、低频海平面气压距平场的特征及差异,并通过诊断赤道太平洋海-气耦合的时间尺度,探讨了导致赤道太平洋高、低频纬向环流差异的原因。结果表明,南方涛动海平面气压东西跷跷板耦合现象只是在低频场中才存在,在高频场中并不存在。低频场上,主要受到热带最明显的年际信号(ENSO)的调控,海平面气压场和海表温度场呈现出东西振荡型。相比而言,在高频场上由于时间短,海、气异常还没有发生较好的耦合,气压场和风场呈现出全海域一致型。高频纬向环流与热带季节内振荡（MJO）紧密联系,具有明显的东传特征,传播速度大约为5 m/s,其变率方差的34%可以由MJO线性解释。相干谱分析表明海-气耦合具有时间依赖性,南方涛动通常只在20候以上的时间尺度才能存在,这与赤道海洋开尔文波横穿太平洋时间相当。      

夏季青藏高原大气热源低频振荡与南亚高压东西振荡的关系

利用1983～2012年NCEP/NCAR逐日再分析资料对夏季青藏高原大气热源和南亚高压东西振荡的低频特征以及两者的关系进行了讨论,发现夏季青藏高原东部大气热源与南亚高压纬向运动的主要低频周期都是10～20 d。在高原东部大气热源10～20 d振荡峰值位相,青藏高原上空被低频气旋控制,高原西部被低频反气旋控制,导致南亚高压主要高压中心向西移动呈伊朗高压模态;在大气热源10～20 d振荡谷值位相,低频环流形势完全相反,青藏高原上空被低频反气旋控制,高原西部被低频气旋控制,致使南亚高压主要高压中心向东移动呈青藏高压模态。高原热力场异常导致其上空暖中心变化从而引起的高层风场变化可以解释南亚高压的东西振荡。     

湖南涝年主汛期降水低频振荡特征分析

本文基于1986—2015年湖南逐日降水数据以及同期NCEP/NCAR再分析资料,分析旱涝年主汛期(5—7月)降水低频振荡特征,并利用位相合成方法研究涝年主汛期20～50 d低频环流演变特征。结果发现,湖南地区20～50 d和10～20 d的低频降水方差贡献比都具有南高北低的分布特征,10～20 d的低频振荡在旱涝年中皆较普遍存在,而20～50 d的低频振荡只在涝年普遍存在,20～50 d低频振荡对涝年有一定的指示意义。对涝年主汛期20～50 d低频降水进行位相合成发现,在活跃位相(中断位相),夏季南亚高压和西太平洋副热带高压(简称西太副高)纬向异常接近或者重叠(分离),湖南地区降水偏多(偏少),且两个高压的强度、范围、以及脊线位置和湖南地区主汛期降水关系较密切。南海反气旋(气旋)、河套地区槽(脊)系统以及湖南地区的垂直速度和比湿配合度高,且随位相变化存在明显的周期振荡,其中南海反气旋(气旋)和河套地区槽脊系统配置与湖南低频降水有着高度的时间一致性,湖南地区的低频垂直速度和低频比湿较低频降水有一个位相的超前滞后关系。此外,随着位相的演变,低频南北风高值区皆有明显的北传特征。     

青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡特征

利用1979—2019年ECMWF提供的ERA-Interim逐日再分析资料,采用Morlet小波分析、滤波及合成分析等方法,探究了青藏高原夏季对流层高层纬向风季节内振荡（IntraSeasonal Oscillation,ISO）的主要周期及其传播特征。结果表明：青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡的主要周期为10～30 d,其强度存在明显的年际差异。在纬向风ISO强年,振荡过程持续时间长、振幅强,ISO方差中心从对流层高层向下影响到对流层中层,表现为相当正压结构。其传播在纬向上主要表现为ISO中心从高原东部3次向东传,可达西太平洋地区;经向上分别有4次自中高纬向南传播的10～30 d ISO中心与来自低纬地区的ISO中心在高原南侧汇合,其强度在高原南侧有所加强,强振荡中心可向南传播到达低纬地区。ISO的位相演变主要表现为低频反气旋和低频气旋中心在高原东部交替出现,引起东部地区上空低频东风和低频西风的强度变化。在ISO极端活跃位相,高原东部低频西风达最强。     

北半球冬半年平流层大气低频振荡特征的研究

利用NCEP/NCAR(1970～1999年)位势高度场和风场再分析资料,通过小波分析的方法,研究并揭示了北半球冬半年平流层大气低频振荡的周期,然后通过滤波等方法,揭示了冬半年平流层大气低频振荡的空间结构、传播规律、地域分布特征及北半球低频遥相关的一些分布特征,并且与对流层大气低频振荡作比较.作者对北半球平流层大气低频振荡进行的系统分析研究结果表明:在北半球冬半年平流层,大气低频振荡十分显著,其振荡周期以60天最为显著,在垂直方向上表现出正压结构特征,在水平方向上表现为一致西传,并且以北极涛动(the arctic oscillation)占据主导地位.北半球冬半年平流层大气低频振荡主要活动区域为北极地区,并且在45°N附近还存在3个活动中心,即欧亚大陆、北太平洋和北大西洋中心.     

1996年冬季一次南方低温事件的低频特征分析及诊断

加强大气季节内振荡研究是发展延伸期预报能力的关键之一。研究表明低温形成与冬季风和冷空气的季节内振荡有密切联系。因此,本文利用192站日最低温度观测资料和ERA-Interim再分析环流资料,讨论了偏东路径南下冷空气造成的南方低温事件中准双周振荡特征及低频环流特征,并进行热力学诊断,希望提高对中高纬度地区持续性低温事件中低频信号的认识。结果显示:我国南方地区最低温度存在显著的10~20 d振荡周期,低温事件伴随低频振荡的加强而发生。1996年2月17~24日低温过程前后的低频环流场分析表明,西伯利亚及东亚上空的异常高/低压是影响我国大部分地区冬季温度的关键区,系统沿西北-东南向低频波列向下游移动,东移特征在中纬度带最明显,异常偏北风引导高纬冷空气向南推进是低温事件爆发的根本原因。垂直结构上,内陆以正压性为主,东亚沿岸表现出斜压性。热力学诊断发现温度局地变化主要受平流项和非绝热项作用,冷平流是维持低温过程的关键。