云南极端干旱和多雨年5月异常环流的合成特征

应用1961 2010年NCEP/NCAR全球逐月再分析资料,对云南4次极端干旱年(下称干旱年)5月大气环流与4次5月降水偏多年(多雨年)大气环流进行合成对比分析,结果表明,两者从高纬到低纬都存在显著差异。干旱年500 hPa欧亚中高纬为两槽一脊,对应距平场呈"-+-"分布,西风带季节性北移晩;海平面气压场上亚洲为大范围负距平,影响云南的冷空气偏弱。而多雨年则相反,欧亚中高纬为两脊一槽,对应距平场呈"+-+"分布,西风带季节性北移早,乌拉尔山至里海的低槽引导冷空气入侵中国,海平面气压场上高原东部为正距平中心,影响云南的冷空气偏强。干旱年低纬地区环流差异表现为低层西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏强、偏西,赤道西风向东、向北推进受阻,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏弱,爆发偏晚;而多雨年的环流形势则相反,西太副高偏弱、偏东,索马里越赤道气流和赤道西风偏强,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏强,爆发偏早;高层南亚高压反气旋环流多雨年比干旱年西伸更明显,范围更大、更强。与多雨年云南上空为异常上升运动不同,干旱年北半球低纬为大范围深厚的异常下沉运动,云南仍为Hadley经圈环流的下沉支控制。对水汽分析表明,多雨年西太副高偏东,云南以西南季风水汽输送为主,水汽通量辐合较常年偏强,水汽含量比多年平均增加,干湿季转换早;而干旱年西太副高偏西、偏南,云南以西风带水汽输送为主,对应异常的水汽通量辐散,水汽含量较常年减少,干湿季转换迟。亚洲夏季风强度指数WYI与5月降水有显著的正相关,并与5月极端降水有较好的对应关系。     

云南极端干旱和多雨年5月异常环流的合成特征北大核心CSCD

应用1961 2010年NCEP/NCAR全球逐月再分析资料,对云南4次极端干旱年(下称干旱年)5月大气环流与4次5月降水偏多年(多雨年)大气环流进行合成对比分析,结果表明,两者从高纬到低纬都存在显著差异。干旱年500 hPa欧亚中高纬为两槽一脊,对应距平场呈"-+-"分布,西风带季节性北移晩;海平面气压场上亚洲为大范围负距平,影响云南的冷空气偏弱。而多雨年则相反,欧亚中高纬为两脊一槽,对应距平场呈"+-+"分布,西风带季节性北移早,乌拉尔山至里海的低槽引导冷空气入侵中国,海平面气压场上高原东部为正距平中心,影响云南的冷空气偏强。干旱年低纬地区环流差异表现为低层西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏强、偏西,赤道西风向东、向北推进受阻,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏弱,爆发偏晚;而多雨年的环流形势则相反,西太副高偏弱、偏东,索马里越赤道气流和赤道西风偏强,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏强,爆发偏早;高层南亚高压反气旋环流多雨年比干旱年西伸更明显,范围更大、更强。与多雨年云南上空为异常上升运动不同,干旱年北半球低纬为大范围深厚的异常下沉运动,云南仍为Hadley经圈环流的下沉支控制。对水汽分析表明,多雨年西太副高偏东,云南以西南季风水汽输送为主,水汽通量辐合较常年偏强,水汽含量比多年平均增加,干湿季转换早;而干旱年西太副高偏西、偏南,云南以西风带水汽输送为主,对应异常的水汽通量辐散,水汽含量较常年减少,干湿季转换迟。亚洲夏季风强度指数WYI与5月降水有显著的正相关,并与5月极端降水有较好的对应关系。     

一次El Niño背景下副高异常事件的基本特征

分析了 2019年一次El Ni?o事件发展的基本特征,并探讨了该次事件背景下副高偏强偏南的原因.研究发现:赤道中东太平洋纬向流反馈偏弱和西太平洋海域区域性的东风异常,都对该次事件表现出向中部型转变的趋势有一定程度的贡献.西太平洋海域上层大气的强烈下沉运动以及对流层低层存在的异常反气旋环流在一定程度上促进了副高的发展,在该次El Ni?o事件发展期间,导致西太平洋副高向南增强,位置偏南;Hadley环流下沉支的异常进一步加强了西太平洋副高的强度.2018年期间,从东太平洋海域西传的冷性Rossby波到达西太平洋海域且维持,产生异常Rossby波响应,同时2019年5月,MJO来到印度洋海域第8位相,西太平洋海域为反气旋性环流异常,二者共同影响,有利于热带西太平洋及我国南海地区出现异常的反气旋环流,进一步促进西太平洋副高加强西伸、强度偏强、位置偏南.     

孟加拉湾风暴影响低纬高原的环流和云图特征分析

通过对12个造成云南19次全省性暴雨的孟加拉湾风暴(以下简称孟湾风暴)进行合成分析,得到了孟湾风暴影响低纬高原地区的降水及环流特征,要造成低纬高原地区的暴雨天气过程的风暴中心通常位于孟加拉湾中部及其以东以北地区、副高脊线位于15～20°N之间、西脊点从中国南海到中南半岛、低纬高原处于槽前和副高外围的西南气流控制。孟湾风暴前西南低空急流对强降水的形成具有重要的作用,它一方面起着输送水汽和能量的作用,另一方面又有助于维持必要的动力学条件。卫星云图特征分析表明:风暴在孟加拉湾海域形成后,其云系中不断有中尺度对流云团生成移入低纬高原造成暴雨天气。     

Rossby波和热带对流活动对2010年6月梅雨发生前后我国东部两次强降水过程的影响

基于574台站的逐日降水资料及NCEP/NCAR逐日再分析资料,在比较2010年梅雨期前后(6月7—11日和18—22日)我国东部两次强降水过程的大尺度环流型差异的基础上,从Rossby波活动通量及热带对流活动探讨了这两次强降水过程的异同。结果表明,相同之处在于:两次强降水过程期间中高纬度地区都存在Rossby波向下游传播,中纬度地区呈现双阻型式,低纬度地区西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)强度偏强、西伸脊点位置偏西。不同之处在于:1)第一次降水过程中Rossby波的波源位于北欧地区附近,贝加尔湖地区为低槽,使得冷空气南下到36°N左右;同时孟加拉湾活跃的对流系统使西太副高加强西伸到95°E左右,冷暖空气交汇,导致强降水发生;2)第二次降水过程中Rossby波的波源位于北欧地区和中西伯利亚地区附近,东亚地区的低槽较第一次过程明显加深,有利于冷空气到达长江中下游地区(30°N左右),西太平洋暖池地区活跃的对流系统使得西太副高加强西伸到90°E左右,冷暖空气在长江中下游及其以南地区交汇,导致强降水发生。     

阿勒泰地区冬季降水异常的概念模型及预测模型

在普查及分析各因子物理意义的基础上,建立了阿勒泰冬季降水异常的概念模型及预测模型.结果表明冬季500hPa高度场上欧亚中高纬地区乌拉尔山至西亚为槽,欧洲、贝加尔湖为脊,位于青藏高原以北的中纬度西风偏强,位于青藏高原以南的副热带西风以及中高纬度西风偏弱,西太副高西伸北挺明显,里海槽弱以及LaNina事件的当年或结束年、El Nino事件的开始年或当年时,阿勒泰冬季降水易偏多,反之易偏少.     

阿勒泰地区夏季降水概念模型及预测模型

在相关普查及分析各因子物理意义的基础上,建立阿勒泰地区夏季降水概念模型及预测模型,结果表明：夏季500hPa高度场,若极涡偏南、偏强,欧洲到里成海、贝湖到蒙古为脊区,西西伯利亚到巴湖为槽区,西太副高西伸北挺明显,北非副高东伸以及伊朗副高北挺明显,有ElNino或LaNina现象出现,加上前期5月降水量偏多,则该地区夏季降水易偏多,反之易偏少。     

两类ENSO背景下中国东部夏季降水的环流特征及关键系统

利用全国160站逐月降水资料、74项环流指数、HadISST月平均海温资料以及NCEP/NCAR月平均再分析资料,对比分析了两类ENSO事件衰减阶段中国东部夏季降水及相应大气环流的差异,并探讨其可能成因。结果表明:1)EP型El Ni?o(La Ni?a)事件次年夏季,中国东部降水由北至南呈正负正(负正负)的三极型反相分布;CP型El Ni?o(La Ni?a)事件次年夏季,中国东部降水由北至南呈正负(负正)的偶极型反相分布;2)El Ni?o事件次年夏季,西北太平洋副热带高压(以下简称西太副高)及南亚高压均偏强,EP型西太副高偏西、南亚高压偏东,CP型西太副高范围更大、强度更强;La Ni?a事件次年夏季,西太副高及南亚高压强度偏弱,CP型强于EP型但弱于气候平均;3)El Ni?o事件期间西北太平洋上存在异常反气旋,EP型位置偏南,强度更强,持续时间更长,CP型位置偏北,范围更大;La Ni?a事件期间,西北太平洋区域至中国东南部存在异常气旋,EP型异常气旋的强度及范围均不及CP型;4)两类El Ni?o事件期间异常反气旋的差异可能与印度洋海盆增暖及太平洋海温持续性偏冷有关;两类La Ni?a事件期间异常气旋的差异可能由赤道西太平洋海温持续偏暖造成。     

2019年春季我国主要气候异常特征及可能成因分析

2019年春季(3—5月),全国平均气温为11.5℃,为1961年以来历史同期第四位;全国平均降水量为148.7 mm,接近常年同期,但旱涝分布差异显著。东北、西北地区东部和华南降水显著偏多,而黄淮、江淮及云南大部降水异常偏少,其中云南地区降水量为历史同期最少。气温偏高和降水空间分布不均导致旱涝灾害并存。季内气候变化显著,表现出东亚冬季风环流向夏季风环流转换期的特征。春季(尤其是3—4月)全国大部地区气温偏高受到中纬度环流型的明显影响,乌拉尔山及其以北地区为负高度距平中心,而乌拉尔山以东到贝加尔湖地区为大范围正高度距平,这种异常环流形势非常有利于我同气温整体偏高。另一方面,低伟度大气环流则表现出对热带海温异常的明显响应,西太平洋副热带高压(简称西太副高)异常偏强、偏西及偏南,这基本决定了我国春季降水异常的空间分布型,其强度和位置不仅能够直接影响南方降水分布,同时通过与中高纬异常环流的相互作用,共同影响我国北方降水异常格局。进一步分析热带海温外强迫的影响显示,在El Nino衰减年的春季,热带印度洋海温的增暖对西太副高持续偏强偏西起到更重要的作用;而El Nino事件本身对西太副高强度的影响在春季逐渐减弱,对西太副高南北位置的影响增强。     

2020年与1998年梅汛期洪涝的异常大气环流及相关海表温度强迫的差异性分析北大核心

2020年梅汛期长江流域强降雨范围超越1998年,且雨量中心偏北,这与两年的异常大气环流和海表温度强迫差异有密切联系。与1998年相比,2020年西北太平洋异常反气旋(WNPAC)偏北偏强,中心偏东,东亚双阻形势偏弱,使得副高北抬加强,北侧的西南气流亦偏北偏强,中高纬反气旋和气旋对的存在使得30°N以北为异常东北风控制,冷空气偏强,长江流域上空的水汽含量亦偏多,这些环流差异直接导致2020年降水较1998年偏多且中心偏北。这两年在对流层中层都存在大西洋—西太平洋的波列,但2020年波列偏南,有利于东亚反气旋和气旋对的维持以及WNPAC和副高的北抬加强,而1998年波列偏北且偏强,有利于双阻形势的稳定。2019/2020年(1997/1998年)冬季发生中部型(东部型)El Ni?o事件,前者强迫的6—7月WNPAC北界位置较后者偏北;同时2019/2020年印度洋—太平洋中部一致增暖,使得WNPAC加强,中心东移。2020年(1998年)同期处在北大西洋强(弱)负三极子模态,可能是两年中高纬度环流形势差异的主要原因之一。2020年(1998年)南太平洋中部暖海温异常(冷异常)能加强(减弱)越赤道气流,有利于WNPAC偏东偏北(偏西偏南)和水汽输送加强(减弱)。综上,2020年与1998年梅汛期降水差异可能由多洋盆海温强迫协同作用所致。     

东亚副热带西风急流位置异常对长江中下游夏季降水的影响

利用NCEP/NCAR 200 hPa月平均风场再分析资料,定义东亚大陆对流层上层不同经度上最大西风所在位置的平均纬度为东亚副热带西风急流轴线指数,该指数能准确反映东亚副热带西风急流位置的南北变化及其对长江中下游降水的影响,并能较好地体现东亚夏季风盛行期间对流层低层与高层的纬向风场变化特征。分析表明,该指数的时间变化具有与长江中下游夏季降水较一致的年代际变化及年际振荡特征。对东亚副热带西风急流位置异常年的大气环流差异分析表明,急流异常偏北时,南亚高压偏弱,位置偏北偏西,呈伊朗高压型;西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏弱、位置偏东偏北;气流的辐合上升区北移至华北一带,而长江流域低层风场为辐散异常,上升气流较常年偏弱,降水偏少。急流异常偏南时,南亚高压偏强,位置偏南偏东,呈青藏高压型;西太副高偏强、位置偏西偏南;长江流域地区上空低层有较强辐合上升气流,高层有较强的气流辐散,对流旺盛,雨带在此维持,容易引发洪涝。     

论Rossby波在东、西风带中传播与频散Ⅱ——球面Rossby波方程与诊断分析

从球坐标(Spherical coordinate)非地转、正压水平无辐散大气运动微扰方程出发,推导出球面Rossby波方程,证明球面Rossby波的物理机制仍然是绝对涡度守恒与卢效应,但基本气流以涡度形式参与了卢效应。因球面Rossby波偏微分方程不存在经向-纬向传播的"双向简谐波(传统Rossby波)"解,则将它做经向-纬向求导分离,从而得到关于球面经向风扰动的二阶偏微分方程及与之相应的仅作纬向传播的简谐波解,但待解的二阶偏微分方程不归于数理方程中的任何特殊函数,即证明不存在以连带Legendre函数为通解的Haurwitz波。采用传统Rossby波两个通解,当作球面Rossby波两类特解,做诊断分析表明,传统Rossby波正确反映球面Rossby波的(β-平面近似)"线性部分",但球面Rossby波及其纬向波速和群速都带有地球曲率性,并且存在奇点,其中,球面谐波扰动Rossby波仍然保持槽与脊纬向对称性,但"正弦扰动"与"余弦扰动"Rossby波有一定差别,而球面指数扰动Rossby波槽与脊不具备纬向对称性,后者可以解释东、西风带槽与脊一般为纬向非对称,还可以解释台风的纬向非对称结构。     

东部和中部型El Ni?o事件对云南冬季降水影响的差异分析

利用1981-2017年云南125个站逐日降水观测资料和NCEP再分析资料,对比分析了两类El Ni?o事件期间云南冬季的降水差异,发现东部型El Ni?o有利于冬季云南大部地区降水显著偏多,而中部型El Ni?o的影响却不明显。进一步从两类事件相应的大气环流等方面分析了造成降水差异的物理原因。研究表明:(1)东部型El Ni?o年,Walker环流在西太平洋为异常强的下沉气流,西太平洋副热带高压偏强偏西,Hadley环流在20°N为异常上升气流,造成云南水汽输送和辐合加强,中高纬度巴尔喀什湖和贝加尔湖脊发展,冷空气沿高原东侧南下影响云南,冷暖空气在云南频繁交汇,导致云南冬季降水日数明显偏多,相应降水偏多;(2)中部型El Ni?o年,Walker环流在西太平洋下沉支强度较东部型弱,相应的西太平洋副热带高压较东部型偏弱偏东,Hadley环流在20°N为下沉气流,对云南区域水汽输送影响较弱,同时中高纬度环流不利于冷空气南下影响云南,除对应冬季云南东部降水日数偏少外,对其他地区降水的影响不明显。     

东部和中部型El Nio发展年中国区域夏季降水异常特征

分析了东部和中部型El Nio发展年海温分布特征及其对中国夏季降水影响的差异。结果表明:(1)东部型El Nio年的海温正距平中心发展快且强度比中部型El Nio年强。(2)两类El Nio发展年,中国夏季降水分布差异最大的是东北和华北地区,呈相反的分布,华南地区只是变化幅度不同,江淮流域降水一致偏少。(3)Walker环流分布的差异是两类El Nio年夏季降水分布差异的重要原因,其位于西太平洋地区下沉支的强弱以及有无上升支的分布,对西太副高和我国水汽的输送有明显影响。(4)500h Pa位势高度场的遥相关波列以及高低层大气的垂直运动也是造成两类El Nio年中国夏季降水分布差异的重要原因。     

夏季西太副高脊面年际变化与太平洋海温关系的研究

利用谱分析、带通滤波、奇异值分解及合成分析等方法,以及欧洲中期数值天气预报中心大气环流再分析资料和美国NOAA的海温资料,研究了夏季西太平洋副热带高压(下称西太副高)脊面年际变化及其对前期太平洋海温响应的物理过程.结果表明,西太副高脊面存在准7.5年的最显著振荡周期.太平洋前冬和前春海温对夏季西太副高脊面的影响是显著的.其中El Ni(n)o型的异常海温分布将使夏季两太副高脊面偏南,而La Ni(n)a型的则使夏季西太副高脊面偏北.在对比分析与太平洋海温异常相联系的异常环流的基础上,发现异常海温强迫出的异常经向环流是有利于夏季西太副高脊面异常的一个重要原因.     

中国大范围持续性低温事件与中国南方降水异常

本文利用1951~2009年的数据资料,探讨了与冬季大范围持续性低温事件对应的中国南方降水多寡的原因以及不同降水类型事件的不同前兆信号。主要结果如下:(1)欧亚大陆中高纬大型斜脊斜槽是中国大范围持续性低温事件的关键环流特征。降水偏多型和偏少型低温事件的中高纬环流系统存在显著差异:当大型斜脊的纬向尺度较大且其正高度距平中心偏强时,斜槽的负距平中心靠近东亚大槽区,西伯利亚高压大范围加强,南侵冷空气活动偏强,使中国南方地区降水偏少。相反,当大型斜脊的纬向尺度相对小时,斜槽位置偏西,西伯利亚高压加强范围偏小,南侵冷空气活动也偏弱,有利于中国南方地区降水偏多。(2)在低温事件中我国南方地区的降水多寡,也取决于西太副高和孟加拉湾南支槽。当西太副高和孟加拉湾南支槽加强时,来自西太平洋、南海和孟加拉湾的三支暖湿气流到达我国南方地区,导致南方降水偏多,反之亦然。(3)不同降水类型低温事件的前兆环流信号(之前1~3侯)显著不同。降水偏多型低温事件前期,源自北大西洋地区的波列向东亚地区传播。降水偏少型事件前期,极涡在欧亚大陆一侧的次极区显著减弱,同时极涡呈两极型,一极伸向南欧及地中海地区,另一极伸向阿留申群岛。在中期—延伸期时间尺度上,这一结果可为持续性低温事件降水形势的预测提供依据。     

2003年淮河洪涝与西太副高异常及成因的关系

分析了2003年夏季西太平洋副热带高压的异常特征,结果表明,副高总体偏强、偏西,长时间在24 °N南北2个纬距范围内摆动,导致淮河流域30多天的连续强降水.并对2003年淮河洪涝与西太副高异常及其成因作了初步分析:(1) 南半球中高纬的冷空气活动、90 °E附近越赤道气流偏弱和赤道辐合带偏弱、偏南是造成淮河流域雨带稳定和降水集中的重要原因;(2) 6月下旬～7月上旬亚洲极涡偏强和冷空气活动可能是淮河流域出现强降水又是副高位置变化的主要影响因子;(3) 由高低空急流耦合在淮河流域产生持久的上升运动是淮河流域强降水的主要物理机制;(4) 地表潜热释放是使副高加强和维持的主要热力因子之一.     

初夏孟湾风暴造成云南连续性强降水的中尺度分析

利用常规气象资料、物理量场、卫星云图和多普勒雷达资料对孟湾风暴影响下云南初夏出现的4次连续性强降水天气过程的中尺度特征及其环流背景条件进行了分析。结果表明：孟湾风暴在孟加拉湾海域生成后，生命史一般为2～3天，风暴云团云顶亮温低于-65℃；孟湾风暴以分裂中尺度对流云团、外围云系以及登陆减弱的本身沿孟湾槽前和副高外围的西南气流北上影响云南；高原低涡切变、辐合通道和西南风速的辐合为孟湾风暴东北上云南提供了有利的环流背景和动力条件；孟湾风暴影响云南在多普勒雷达回波上存在许多共同的特征，往往是絮状回波产生连续性降水，强度为35～45dBZ，整体回波偏东移，西南急流、“牛眼”结构和风随高度顺转等中尺度特征的存在，既有利于孟湾风暴带来暖湿气流向北输送，又有利于北上云系中对流回波的发展。     

2009—2010年云南特大干旱的气候特征及成因

基于云南122个站降水、气温资料分析2009—2010年特大干旱气候的特征。2009年7月至2010年6月云南气温持续偏高,降水持续偏少,干旱从2009年9月出现,一直持续到2010年5月,许多县(市)干旱持续时间接近200 d,单日的重、特旱县(市)站数破1961年以来记录。利用NCEP/NCAR再分析和OLR资料,应用环流分析、水汽输送等方法分析此次干旱形成和持续关键时段2009年9—10月、2010年3月和5月的环流异常。结果表明,2009年9—10月乌拉尔山、青藏高原东部为脊,冷空气活动偏弱;赤道印度洋对流层低层为异常东风、高层为异常西风,导致纬向的季风环流圈偏弱;孟加拉湾、中南半岛对流偏弱;西南季风通道进入云南的水汽输送偏弱,云南上空水汽含量偏少并为异常下沉区。2010年3月欧亚中高纬位势高度距平场为北负南正,以纬向环流为主,冷空气偏北;西太平洋副高与北非副高连通并在低纬形成坝状高压带;南支槽上游地区高度场偏高、为异常下沉区;西风带无明显波动,导致南支槽不活跃,云南处于水汽辐散区。2010年5月欧亚中高纬距平分布为"-+-",低槽和冷空气偏北,西太平洋副高西伸至安达曼海,阻挡了越赤道气流进入孟加拉湾,致使孟加拉湾南部、中南半岛西南季风爆发偏晚,云南为异常西北水汽输送,为水汽辐散区。     

2020年秋季我国气候异常特征及成因分析

2020年秋季,我国气候总体呈现"暖湿"的特点,但是季节内变率很大,9月降水"南多北少"、10月降水"中间多南北少",11月降水"北多南少"。环流特征显示,秋季欧亚中高纬度总体为"两脊一槽"型,季节内波动大;西太平洋副热带高压(以下简称副高)持续偏强、偏大,西伸明显,但脊线位置的季节内变化大,9月偏南,10月略偏北,11月明显偏北。外强迫信号影响分析显示,热带印度洋全区一致偏暖有利于副高持续偏强、偏大、偏西;而热带中东太平洋El Nino事件春季结束后于秋季进入La Nina状态的海温演变过程,对热带和副热带环流系统具有重要影响,有利于秋季(尤其是10月)副高偏北。9月降水"南多北少"的异常分布与南海区域对流活动偏弱、偏南导致的副高偏南有关。研究显示,海温外强迫演变以及热带对流活动季内变化的共同作用导致了 2020年秋季降水呈现出季节内变率大的特征。