MJO研究新进展

MJO与ENSO的关系、MJO的数值模拟(预报)以及MJO对天气气候的影响是近些年来国内外大气科学研究的重要前沿问题.本文将综合介绍国内有关MJO对天气气候的影响以及MJO的数值模拟(预报)方面的近期研究进展,因为过去已介绍过MJO与ENSO相互作用的研究结果.利用澳大利亚气象局的RMM-MJO指数研究MJO与西北太平洋台风活动的关系,结果表明大气MJO对西北太平洋台风的生成有比较明显的调制作用,在MJO的活跃期与非活跃期西北太平洋生成台风数的比例为2∶1;而在MJO活跃期,对流中心位于赤道东印度洋(即MJO第2、3位相)与对流中心在西太平洋地区(即MJO第5、6位相)时的比例也为2∶1.对大气环流的合成分析显示,在MJO的不同位相西太平洋地区的动力因子和热源分布形势有极其明显不同.在第2、3位相,各种因子均呈现出抑制西太平洋地区对流及台风发展的态势;而在第5、6位相则明显有促进对流发生发展,并为台风生成和发展创造了有利的大尺度环流动力场.对多台风年与少台风年850 hPa的30～60 d低频动能距平的合成分析表明,在多台风年最显著的是低频动能正异常位于菲律宾以东15°N以南的西北太平洋地区,表明那里有强MJO的活动;而少台风年的情况与多台风年相反,菲律宾以东的西北太平洋上与季风槽位置对应区域是低频动能的负距平区,那里MJO偏弱.即赤道西北太平洋上MJO活动的强(弱)年对应西北太平洋的台风偏多(偏少).对应MJO的不同活动位相,无论冬季、春季或夏季,中国东部的降水都将出现特殊的异常形势.在春季,MJO的第2、3位相有利我国东部长江中下游地区多雨、华南地区少雨;MJO的第4、5位相有利我国华南地区多雨而长江中下游地区少雨;在MJO的其它位相,我国东部地区都为降水负异常.在冬季,对应MJO的第1～3位相(特别是第2、3位相)中国华南降水偏多;而对应MJO的第6～8位相(特别是第6、7位相)中国华南降水偏少.在夏季,MJO位于印度洋时,MJO可以通过低层西风急流的波导效应影响到中国东南部地区,造成该地区降水偏多;当MJO位于西太平洋地区时,可以造成经向环流的上升支向北偏移,导致西北太平洋副高的东撤、以及中国东南部地区水汽输送减弱,降水减少.资料分析还表明,在年际变化尺度上,热带中、东印度洋MJO指数的持续异常对云南夏季降水有明显的影响.大气环流和数值模拟都表明,MJO活动不同位相的强对流会在东亚/西北太平洋地区激发产生不同形势的遥响应(Rossby波列),导致在中国不同地区出现有利(或不利)降水的环流形势和条件,是MJO活动影响中国降水的主要机制.用数值模式对MJO进行数值模拟(预报)是尚未很好解决的困难问题,原因也没有完全搞清楚.我们的一系列数值模拟清楚表明,MJO的模拟(预报)效果对模式所用对流参数化方案有很强的依赖关系;模式能否很好描写(再现)热带大气非绝热加热廓线,是极其关键的问题,只有当加热廓线在对流层中低层有最大加热时,模式才能得到同实际观测大体一致的MJO及其活动特征.这些数值模拟结果与我们过去从理论研究得到的结论相吻合,彼此得到应证.     

热带大气季节内振荡对江西5月降水的影响

利用实时的热带大气季节内振荡(MJO)指数和江西省83个台站降水资料,通过位相合成方法分析了MJO对江西5月降水的影响。(1) 在强MJO第4～5位相(MJO活动中心位于赤道印度洋东部印尼群岛附近)江西降水为正异常,在第6～8位相(MJO活动中心位于西太平洋以东)和第1～3位相(MJO活动中心位于赤道印度洋)为负异常,其中以第4位相的正异常和第7位相的负异常最明显。(2) 当MJO对流中心位于印尼群岛附近时,副高西伸脊点偏西,处于异常西南风控制,从西太平洋副热带地区向江西输送的水汽加强,位于水汽辐合区内,受上升运动控制,有利于江西出现降水。当MJO传播至西太平洋地区时,江西转为受异常偏北风控制,水汽输送减弱,为水汽辐散区,受下沉运动控制,不利于江西出现降水。      

热带大气季节内振荡对华西秋雨的影响

热带大气季节内振荡(MJO)对中国的降水具有明显的调节作用,研究MJO对华西秋雨的影响对于提高华西秋雨的季节内预测能力具有重要的意义。利用1979 2012年9 10月澳大利亚气象局提供的实时多变量MJO指数、中国台站逐日降水资料以及NCEP再分析资料,通过异常合成分析的方法研究了MJO对华西秋雨的影响以及相应环流背景场的变化。研究表明,在MJO对流主体自西向东传播的过程中,华西地区的秋季降水量呈先增加后减少的趋势。当MJO对流主体位于印度洋中西部(1~2位相)时,华西秋雨偏多,当MJO对流主体位于印度洋东部至太平洋中西部(3~8位相)时,华西秋雨偏少。其中MJO对流主体位于中东印度洋(第2位相)和西太平洋(第7位相)时,华西地区秋季有降水最大正异常和最大负异常。与此同时,对应分析MJO不同位相上的高空形势场和中低空流场、水汽输送、垂直运动的异常变化发现:第1、2位相时,我国上空出现两槽一脊、西低东高的环流形势,此时华西地区冷空气活动频繁,且孟加拉湾、南海和西太平洋对华西地区的水汽输送较强,有利于干冷与暖湿气流在华西地区交汇,水汽辐合、上升运动亦显著,从而造成降水偏多;第7位相时,我国上空受较强的西风带长波脊控制,并且三个海区对华西地区的水汽输送较弱,水汽辐散、下沉运动亦较强,造成降水偏少。     

热带大气季节内振荡与西北太平洋热带气旋活动的季节预测:统计事实研究

应用NOAA气候预测中心提供的热带大气季节内振荡(MJO)客观业务指数及中国气象局上海台风研究所提供的西北太平洋热带气旋(TC)最佳路径资料集,定量统计榆验了MJO对夏季西北太平洋TC活动的调制作用.结果表明:MJO对TC的生成、强度、路径和登陆活动都有显著的调节作用.当高空辐合中心位于120°E～160°E(MJO位相3～5)时,西北太平洋TC生成偏少,且生成位置偏北;而当高空辐合中心位于10°W～70°E(MJO位相8～10)时,西北太平洋TC生成偏多,且生成位置偏南;随着TC强度加强,能达到显著调节作用的MJO位相逐渐减少,当高空辐合辐散中心位于70°E(MJO位相10)时,对TC强度调制最显著.在路径调节方面,MJO位相1～4和10时,TC活跃于菲律宾以东的西北太平洋上,主要路径为西北偏北行,可能登陆华东、华北;而位相5～8时,TC主要活跃在菲律宾附近及以西到南海,以偏西行路径为主,可能登陆华南.MJO对登陆华南TC也有显著影响.该定量统计检验结果可为TC活动季节内预测提供依据.     

同期MJO对广西汛期强降水过程的影响

使用1978~2013年广西80个气象观测站的日降水资料、NOAA MJO指数逐候资料和OLR逐日资料,研究MJO活动对广西汛期强降水的影响,得到结果:当MJO对流所处各位相位于第1位相(80E)时,广西暴雨频数偏少;当MJO对流所处各位相位于第3位相(120E)时,广西暴雨频数偏多。广西降水与赤道MJO对流和中纬度季节内振荡有密切的关系,赤道地区MJO对流强度偏强,有向北传播时广西降水偏多,赤道地区MJO对流强度偏弱时广西降水偏少。     

影响海南岛的热带气旋与MJO的关系

利用澳大利亚气象局MJO(Madden-Julian Oscillation)指数(1979—2015年)资料、NCEP/NCAR全球再分析格点资料和中国气象局上海台风研究所台风资料,分析了MJO不同位相、强度与7—10月影响海南岛的热带气旋活动的关系。结果表明:7—10月影响海南岛的热带气旋活跃期和沉寂期与MJO的位相和强度有关,但7—8月和9—10月的热带气旋活跃期和沉寂期对应的MJO位相和强度有所不同。在7、8月,当MJO处于强的第3、6位相或弱的第4位相时有利于热带气旋影响海南岛,当MJO处于强的第1、2、8位相时则不利于热带气旋影响海南岛。在9、10月,当MJO处于7位相时有利于热带气旋影响海南岛,当MJO处于1位相时则不利于热带气旋影响海南岛。无论是7、8月还是9、10月,有利于热带气旋偏多和偏少的MJO位相对应的环流形势基本相反。     

MJO对春季中国东部大气环流和降水的影响

利用再分析资料分析了MJO（Madden-Julian Oscillation）不同位相对春季中国东部降水的影响。结果表明：MJO处于位相3时对应长江及其以南地区降水增多,处于位相7时该区域降水减小。当热带MJO对流从位相1东传至位相4,与其相伴的北向辐散辐合流会在印度东北部—长江及副热带西北太平洋地区的对流层中低层产生明显的辐合异常,且在MJO位相3时中国东部的辐合异常达到最大。从Rossby波源角度分析,这种辐合异常会增强对流层中低层气旋性环流,导致MJO处于位相3时长江流域及其以南地区降水增多。同时,利用现代次季节和季节预报业务系统探讨了MJO与降水的关系对降水预报技巧的影响,发现预报降水和再分析产品的相关系数在MJO处于位相3和7时有所增加。     

MJO对华南前汛期降水的影响及其可能机制

利用站点降水资料、实时多变量MJO(Madden-Julian Oscillation)指数、向外长波辐射(OLR)资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用合成分析方法研究了MJO对华南前汛期降水的影响,并讨论其可能机制。结果表明,(1)在MJO不同位相,华南前汛期降水异常有明显的差异,并且这种差异随滞后时长而发生变化。第2~3位相和第6~7位相分别是影响华南前汛期降水的典型"湿位相"和"干位相"。(2)华南前汛期降水对MJO的响应需要一定时间,滞后时长约为1~2候。(3)MJO活跃(受抑)对流可通过激发Rossby波影响华南前汛期降水。当MJO活跃(受抑)对流中心位于赤道印度洋附近时,非绝热加热作用激发的Rossby波到达并影响华南地区,华南地区出现水汽供应的增强(减弱),从而促进(抑制)华南前汛期降水。     

2013年夏季长江中下游地区降水异常与MJO的可能联系

利用国家气象信息中心提供的753站降水资料,澳大利亚气象局提供的RMM MJO指数资料和NECP/NCAR逐日再分析资料,分析了2013年夏季长江中下游地区降水持续异常与MJO位相异常的可能联系。结果表明：2013年夏季长江中下游地区持续干旱期间,MJO位相分布明显异常,MJO东传停滞,长时间维持在第1、8位相;西太平洋副热带高压偏北偏强。当MJO位于第1、8位相时,东亚高纬度地区的环流距平场呈现“西高东低”的分布特征,不利于西伯利亚地区的冷空气南下至长江中下游地区;当MJO位于第1位相时,副热带高压西北侧水汽主要输送至长江中下游地区,第8位相时,输送至长江中下游地区的水汽异常偏少。总之,当MJO位于第1、8位相时,冷空气活动较弱,冷暖空气无法在长江中下游地区交汇,同时该地区深厚的下沉运动从近地面一直延伸至对流层上层,不利于降水的发生,导致2013年夏季降水持续偏少。     

热带大气季节内振荡对西北太平洋台风的调制作用

利用澳大利亚气象局的RMM-MJO (Real-time Multivariate MJO) 指数, 分析研究了热带大气季节内振荡 (简称MJO) 对西北太平洋台风的调制作用及其机理, 结果表明MJO活动对西北太平洋台风的生成有比较明显调制作用。在MJO活跃期, 对流中心位于赤道东印度洋 (即MJO第2、3位相) 和对流中心越过海洋性大陆来到西太平洋地区 (即MJO 第5、6位相) 时台风生成的个数比例为2∶1。本文对西太平洋地区的大气环流场进行了多种气象要素的合成分析, 在MJO的不同位相, 西太平洋地区的动力因子分布形势有很明显不同。在第2、3位相, 各种因子均呈现出抑制西太平洋地区对流及台风发展的态势; 而在第5、6位相则明显有促进对流发生发展, 为台风生成和发展创造了有利条件的大尺度环流动力场。这说明MJO 在不断东移的过程中, 将改变大气环流形势, 最终影响了台风的生成和发展。接着, 我们从积云对流这个联系台风和MJO的重要因子出发, 研究了不同MJO位相时凝结加热的水平和垂直分布, 以及与台风环流、 水汽通量的配置情况。结果表明在MJO不同位相, 热源分布明显不同, 而这种水平和垂直方向的不同分布特征必然反映潜热释放和有效位能向有效动能转换的差异, 再与水汽的辐合辐散相配合, 就从台风获得的能量角度揭示了大气MJO调节台风的生成和发展, 造成不同位相时台风生成有根本差别的原因。     

The influence of the Madden-Julian oscillation on high-latitude surface air temperature during boreal winter

By analyzing NCEP-NCAR reanalysis daily data for 1979–2016, the modulation by Madden-Julian Oscillation (MJO) of the wintertime surface air temperature (SAT) over high latitude is examined. The real-time multivariate MJO (RMM) index, which divides the MJO into eight phases, is used. It is found that a significantly negative SAT anomaly over the northern high latitude region of (180°–60 °W, 60°–90 °N) lags the MJO convection for 1∼2 weeks in phase 3, in which the enhanced convective activity exists over the Indian Ocean. While a significantly positive SAT anomaly appears over the same region following the MJO phase 7, as the tropical heating shows an opposite sign. Analysis of the anomalous circulation indicates that the observed SAT signal is probably a result of the northeastward propagating Rossby wave train triggered by MJO-related tropical forcing through Rossby wave energy dispersion. By using an anomalous atmospheric general circulation model (AGCM), the significant effect of tropical forcing on organizing the extratropical circulation anomaly is confirmed. Analysis of a temperature tendency equation further reveals that the intraseasonal SAT anomaly is primarily attributed to the advection of the mean temperature by the wind anomaly associated with the anomalous circulation of the MJO-related variability.     

INFLUENCE OF THE SURFACE AIR TEMPERATURE OVER ASIAN-PACIFIC REGION ON THE SUMMERTIME NORTHEASTERN ASIAN BLOCKING HIGH*

Synthesis analysis and singular value decomposition (SVD) methods were used to study the impact of surface air temperature (SAT) over Asian-Pacific region on the summertime northeastern Asian blocking high (NABH) with NCEP/NCAR Reanalysis Data.The results showed that 500 hPa geopotential height and SAT fields over Asian-Pacific region shared the similar pattern of East Asian Pacific (EAP) wave train;there was steady remote response relationship between the EAP wave train in summer and the "+-+" pattern of tropical SAT in zonal direction from former winter to summer;there were two relative negative(positive) Walker circulations over the tropical Indian Ocean and Pacific when being more(less) summertime NABH. The influence of sea surface temperature anomaly (SSTA) on the summertime NABH was possibly as follows.The special distribution of SSTA in tropical zonal direction continuously forced the tropical convection and zonal circulation from former winter to summer,and led them to act anomaly.Finally the abnormal conditions were transported to middle-high latitudes through EAP wave train and yielded the advantageous or disadvantageous atmospheric circulation background for the summertime NABH.     

广西冬季降水的低频特征及其与MJO的联系

应用广西壮族自治区国家气象站降水,NCEP/NCAR逐日再分析资料,NOAA逐日向外长波辐射(OLR)等逐日资料,NOAA-CPC热带大气季节内振荡(MJO)指数等,使用经验正交函数分解方法分析了广西冬季降水的气候特征;用功率谱、带通滤波、相关分析和滞后线性回归等方法,以及定义MJO相关降水事件,研究了广西冬季降水异常偏多年的降水低频特征及其与MJO的联系。(1)广西冬季降水特征以全区一致型分布为主;冬季降水异常偏多年份的逐日降水具有14~26 d的低频周期。(2) MJO强对流在赤道印度洋东部发展并东传到西太平洋热带地区时,广西可出现冬季持续强降水。(3)当MJO异常对流在印度洋东部热带地区产生,中南半岛地区到华南地区上空为异常低频偏南和偏西南气流,有利于降水形成;当印度洋东部热带地区为MJO对流抑制区,华南地区上空为异常低频偏东气流控制,不利于降水产生。(4)华南地区上空大气环流的异常是由热带印度洋地区的MJO对流激发的Rossby波列造成。      

盛夏两类东亚高空西风急流北跳的动力过程

在气候态上,7月底东亚高空西风急流中心突然从40°N北跳到45°N以北.逐年统计分析显示此次急流北跳存在两类典型方式:急流北侧西风强度增强引起的北跳(第一类)和急流中心西风强度的减弱引起的北跳(第二类).本文基于1958年到2002年的NCEP/NCAR再分析资料,采用波活动通量诊断这两类典型北跳相应的动力过程,进一步...     

Circulation Features Associated with the Record-breaking Typhoon Silence in August 2014

Climatologically, August is the month with the most tropical cyclone(TC) formation over the western North Pacific(WNP) during the typhoon season. In this study, the reason for abnormal TC activity during August is discussed—especially August 2014, when no TCs formed. The large-scale background of August 2014 is presented, with low-level large-scale easterly anomalies and anticyclonic anomalies dominating over the main TC genesis region, a weak monsoon trough system,and a strong WNP subtropical high(WPSH), leading to significantly reduced low-level convergence, upper-level divergence,and mid-level upward motion. These unfavorable large-scale conditions suppressed convection and cyclogenesis. In August2014, equatorial waves were inactive within the negative phase of the Madden–Julian Oscillation(MJO), with fewer tropical disturbances. Although the low-level vorticity and convection of those disturbances were partly promoted by the convective envelopes of equatorial waves, the integral evolution of disturbances, as well as the equatorial waves, were suppressed when propagating into the negative MJO phase. Moreover, the upper-level potential vorticity(PV) streamers associated with anticyclonic Rossby wave breaking events imported extratropical cold and dry air into the tropics. The peripheral tropospheric dryness and enhanced vertical wind shear by PV streamer intrusion combined with the negative MJO phase were responsible for the absence of TC formation over the WNP in August 2014.     

大气季节内振荡对印度洋—西太平洋地区热带低压/气旋生成的影响

文中利用EOF分析大气季节内振荡 (MJO)的时空变化的方法 ,研究了 1996年 9月～ 1997年 6月间的MJO活动对生成在印度洋—西太平洋海域的热带低压 /气旋的影响。结果发现 ,除西北太平洋之外 ,发生在其他区域的热带低压 /气旋有半数以上生成在向东移动的MJO的湿位相中。伴随MJO的向东传播 ,热带低压 /气旋平均生成位置也随之向东移动 ,而生成在西北太平洋的热带低压 /气旋分别受到向东和向西传播的MJO影响     

东亚-太平洋型季节内演变和维持机理研究

利用850hPa的纬向风异常建立一个逐候东亚-太平洋(East Asian Pacific,EAP)型指数,研究其季节内演变特征,发现东亚-太平洋型经向波列是东亚夏季风季节内变化的主要模态.其演变过程为:扰动首先出现在北太平洋中部,并通过正压不稳定过程从基本气流中获得能量而发展,在高层罗斯贝波能量向南频散,激发热带对流异常和赤道罗斯贝波,并相互锁相,因赤道罗斯贝波受β效应影响而共同向西移动.热带对流和环流异常在菲律宾附近达到最强,此时在东亚沿岸出现经向三极型波列,此后中低纬度异常继续向西北方向移动,使降水异常在长江流域能维持较长时间.东亚-太平洋型在东亚发展和维持有以下原因:首先,菲律宾暖水上空的对流和低层环流之间存在正反馈;其次,由于海陆热力差异导致暖大陆和冷海洋之间存在特殊的纬向温度梯度和北风垂直切变,东亚-太平洋型在经向上有向北倾斜的斜压结构,能通过斜压能量转换从平均有效位能中获得能量,同时,也能从经向温度梯度的平均有效位能中获得能量.     

Distinct influential mechanisms of the warm pool Madden–Julian Oscillation on persistent extreme cold events in Northeast China

This study investigates whether and how the Madden–Julian Oscillation (MJO) influences persistent extreme cold events (PECEs), a major type of natural disaster in boreal winter, over Northeast China. Significantly increased occurrence probabilities of PECEs over Northeast China are observed in phases 3 and 5 of the MJO, when MJO-related convection is located over the eastern Indian Ocean and the western Pacific, respectively. Using the temperature tendency equation, it is found that the physical processes resulting in the cooling effects required for the occurrence of PECEs are distinct in the two phases of the MJO when MJO-related convection is consistently located over the warm pool area. The PECEs in phase 3 of the MJO mainly occur as a result of adiabatic cooling associated with ascending motion of the low-pressure anomaly over Northeast Asia. The cooling effect associated with phase 5 is stronger and longer than that in phase 3. The PECEs associated with phase 5 of the MJO are linked with the northwesterly cold advection of a cyclonic anomaly, which is part of the subtropical Rossby wave train induced by MJO-related convection in the tropical western Pacific.摘要 本文利用高分辨率气温数据和热带季节内振荡 (MJO) 实时指数, 研究了1979–2015年冬季MJO活动对中国东北持续性极端低温事件 (PECE) 的影响特征和机理.结果表明:当MJO对流分别位于暖池地区的东印度洋 (位相3) 和西太平洋 (位相5) 时, 中国东北PECE的发生频率显著增加.利用温度方程诊断分析发现MJO两个位相所导致的冷却过程不同: 当 MJO处于位相3时, 中国东北地区为低压异常, 上升运动引起绝热冷却作用; 而位相5所形成的气旋性环流为中国东北地区带来西北风冷平流, 降温过程更强且持续更长时间.     

夏季东亚西风急流扰动异常与副热带高压关系研究

利用1979—2003年NCEP/NCAR月平均再分析资料, 探讨夏季 (6—8月) 200 hPa东亚西风急流扰动异常与南亚高压和西太平洋副热带高压的关系。研究指出:夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强 (减弱), 东亚西风急流位置偏南 (偏北)、强度偏强 (偏弱); 东亚西风急流扰动动能强弱不仅与北半球西风急流强弱和沿急流的定常扰动有关, 而且还与东亚地区高、中、低纬南北向的扰动波列有关, 亚洲地区是北半球中纬度环球带状波列异常最大的区域。夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强 (减弱), 南亚高压的特征为位置偏东 (偏西)、强度加强 (减弱); 西太平洋副热带高压的特征为位置偏南 (偏北)。东亚环流特别是500 hPa西太平洋副热带高压对东亚西风带扰动异常的响应由高空东亚西风急流南侧的散度场及其对流层中下层热带和副热带地区的垂直速度距平场变化完成。