中高纬度Rossby波活动对华南前汛期EAP事件中期演变过程的影响

文中从中期过程的角度探讨了Rossby波活动在华南前汛期东亚-太平洋遥相关型事件的形成、成熟和衰减过程中的作用,并得出如下结果:(1)正负东亚-太平洋遥相关型事件的形成过程有相似之处:在对流层中上层,源自东北大西洋或欧洲的Rossby波在欧亚大陆中高纬弱波导区中不断地向下游频散,最终在东亚地区形成东亚-太平洋遥相关型事件的3个异常中心。在东亚-太平洋遥相关型事件的3个异常中心之间,Rossby波能量从高纬度向中纬度和副热带地区频散。东亚-太平洋遥相关型事件副热带异常中心的形成归因于东亚副热带急流波导的存在以及上游中高纬度地区Rossby波能量的注入。在对流层低层,Rossby波则从亚洲副热带地区向东亚中纬度地区频散。(2)东亚-太平洋遥相关型事件的3个异常中心在对流层中上层中,西太平洋副热带地区异常中心最后形成。(3)正负东亚-太平洋遥相关型事件也并不是简单的反位相演变过程:在对流层中上层,在正事件成熟阶段,斯堪的纳维亚半岛上的正异常环流基本维持了其中心强度和位置,它不断地向下游东亚地区频散能量,使正事件的持续时间较长;在负事件中,由于中高纬度盛行纬向型环流,波能量的频散较快,因而负事件成熟阶段的持续时间比正事件短。(4)在这一时期,东亚-太平洋遥相关型事件对中国长江以南地区的降水形势具有显著的影响。正(负)东亚-太平洋遥相关型事件易引起长江以南降水异常偏多(少)。     

2018年夏季辽宁异常高温干旱的环流特征及成因

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和辽宁省53站逐日降水量及日平均气温资料,采用诊断分析方法,研究了2018年夏季辽宁异常高温干旱的环流特征及成因。结果表明：2018年夏季辽宁发生了1962年以来最严重的高温干旱事件。辽宁地区上空受相当正压结构的异常反气旋性环流控制,是异常高温干旱发生的局地环流成因;异常反气旋性环流南侧存在一个异常气旋性环流,阻挡了孟加拉湾和南海地区西南暖湿气流向辽宁地区输送,不利于辽宁地区产生降水。南亚高压和西太副高相向运动并在辽宁地区上空重叠,是异常高温干旱发生的大尺度环流成因。EAP/PJ型和EU型遥相关是西太副高异常发展的直接原因。准定常Rossby波能量频散是导致EAP/PJ型和EU型遥相关形成与维持的根本原因之一。源自北大西洋地区的Rossby波能量,沿西风急流波导区向下游频散,使得包括辽宁在内的我国北方广大地区位势高度异常增强;同时我国东北至朝鲜半岛和日本一带存在Rossby波能量的准经向频散,同样有利于EAP/PJ型遥相关的维持与发展,使得辽宁及其附近地区上空受位势高度正距平控制。     

β中尺度暴雨系统发生发展的一种可能物理机制I. 涡旋Rossby波的相速度

使用纬向基流下横波型扰动的Boussinesq近似方程组, 分析了这种沿着基本气流方向传播的中尺度扰动发生不稳定时, 大尺度背景流场在垂直方向上的各种分布特征.在大气层结比较稳定的情况下, 如果基本气流在低层和高层较大(有可能存在低空急流和高空急流), 此时产生的β中尺度不稳定扰动相对于基流向东传播, 甚至于快速向东传播.基本气流在垂直方向上的风速切变对于中尺度横波型的扰动起着不稳定的作用.如果考虑基流的二次切变, 可以得到涡旋Rossby波的相速度表达式, 涡旋Rossby波相对于基本气流是单向传播的.涡旋Rossby波产生的物理根源是基本流场的风速二次切变, 亦即基本流场y方向的平均涡度在空间z方向上的不均匀所致.涡旋Rossby波的相速度与纬向波数也有关, 它的能量是频散的, 其在纬向x方向也存在群速度.在基本流场的风速存在二次切变时, 横波型不稳定可能是混合的涡旋Rossby重力波的不稳定; 而在基本流场的风速仅仅存在线性切变, 不存在二次切变时, 横波型扰动的不稳定则是重力惯性波的不稳定.     

夏季欧亚中高纬环流持续异常事件的Rossby波传播特征

利用西风波导结构以及波作用通量, 探讨了夏季欧亚一类中高纬持续异常环流所对应的Rossby波的能量频散特征。中高纬度对流层上层存在结构较为复杂的弱波导, Rossby波能量频散过程基本上与该弱波导结构一致。Rossby波传播特征在不同时期以及两种环流型 （E型和C型) 之间存在显著差异: (1) 在梅雨前期, 与E型环流对应, Rossby波从南欧气旋式异常环流中心传播到乌拉尔山正高度异常中心, 并且波作用通量在乌拉尔山西侧辐合, 形成该地区正高度异常环流。乌拉尔山持续异常中心东侧重新激发出Rossby波, 并传播至贝加尔湖和鄂霍次克海地区, 维持对应的异常环流。与C型异常环流对应, Rossby波活动非常活跃。该型三个活动中心呈现高纬－中纬－高纬的分布特征, 这与波导结构密切相关。 (2) 在梅雨期, Rossby波的传播对两类持续异常环流的作用更加明显, 其传播路径基本上在处于极区和偏向中纬度一侧的两个“波障碍区”之间的带状西风波导区中。Rossby波从乌拉尔山活动中心向东传播, 最终形成贝加尔湖和鄂霍次克海地区的持续异常环流。在C型维持过程中则还存在另一种强迫因子。在C型中, Rossby波从乌拉尔山活动中心向中纬度传播, 并在亚洲急流中向东传播至东亚地区。 (3) 在后汛期, 在欧亚大陆上纬向“波障碍区”的增加使得Rossby波活动减弱。E型异常环流型的鄂霍次克海活动中心向东扩展到北太平洋, 但来自上游的Rossby波传播只作用于该活动中心的西北侧部分。C型中Rossby波的传播在乌拉尔山活动中心地区变弱。在夏季各个时期, E和C型持续异常环流对应着不同位相的EAP (或PJ) 型, 但并没有Rossby波从中纬度向北传播至鄂霍次克海地区的现象。     

南海夏季风爆发的动力过程研究

利用1958-1997年的NCEP/NCAR再分析资料,以南海季风爆发日为临界日期,计算了40年合成的季风爆发前月平均带状基流;在该基流上,计算了球面正压涡度方程中Rossby波的稳定性;并用谱函数展开法定义和计算了发展型波包的演变.结果显示:南海夏季风爆发前气候平均场上有球面Rossby波的正压不稳定,该不稳定主要由南半球的西风急流所激发,且不稳定扰动的最大振幅均出现在南半球西风急流以南.球面Rossby波发展型波包的最大振幅随时间会由两个半球的中高纬度向低纬扩展,虽然不能越过赤道,却激发了热带地区的积云对流,积云对流的爆发并向季风区传播,加速了大气环流的调整,其结果造成了南海夏季风的爆发.可见,南海夏季风的爆发虽是局地现象,但其爆发原因却是全球性的.     

能量转化视角下一次引发冬季区域强对流的南支槽研究

2020年1月24—25日广西出现一次罕见区域性强对流,过程伴随近20年最大范围冰雹天气。南支槽异常发展东移是此次过程的扰动背景,提供了必要的热动力及水汽条件。基于波作用通量及多尺度能量诊断方法,利用常规观测资料、风云卫星资料、NCEP/NCAR以及ERA5再分析资料,从能量转化角度对此次引发区域强对流的南支槽过程进行研究。结果表明:整个过程中纬度和副热带西风急流均较历史同期偏强,有利于上游扰动向下游传播。欧亚大陆上空存在南北两支活跃Rossby波列。源自地中海一带的南支副热带西风急流Rossby波列对南支槽起到主要调控作用,Rossby波能量沿急流频散并在南支槽区辐合,促进了南支槽发展东移。源自北大西洋阻塞高压内部的北支Rossby波列则起到协同作用,促进了乌拉尔山冷槽发展及其与中东槽合并,从而增强了南支波列向下游的传播,进一步增强南支槽;天气尺度有效位能向天气尺度动能的转换以及由背景场向天气尺度的动能输送是南支槽天气尺度扰动发展的主要贡献项。动能的平流输送将获得的天气尺度动能在空间上再分配,维持南支槽稳定发展东移。在此背景下,天气尺度向对流尺度的降尺度动能串级是区域强对流最主要能量...     

北半球冬季非定常扰动的气候分析

本文利用Hoskins提出的E向量和曾庆存提出的波包理论对北半球冬季非定常扰动的强度及其性质进行了气候分析。结果表明，非定常扰动的强度和高空急流及大地形有密切关系。非定常扰动的形状和传播揭示出:低频扰动大多是西退的，并且在急流出口区是正压衰减的；高频扰动大多是东进的，并且在急流入口区是正压发展的。高频扰动的分布和传播反映了Rossby波的波导及地面气旋、反气旋的路径。非定常扰动的气候分析为气候和大气环流的诊断提供了有用的背景材料。     

东亚高空急流协同变化对冬季欧亚遥相关型气候效应的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国地面735站气温和降水资料,首先分析了欧亚遥相关型的时间演变和结构特征,在此基础上探讨了欧亚遥相关型不同位相时东亚大气环流的差异,并进一步研究了欧亚遥相关型影响我国冬季气温和降水过程中东亚高空急流的重要作用。从结构上看,欧亚遥相关型位势高度异常中心位于250 hPa高度,表现出准正压的结构。欧亚遥相关型位于正位相时,东亚温带急流强度偏弱且位置向北移动;副热带急流强度偏强,两支急流在45°N附近有明显分界;西伯利亚高压和阿留申低压强度增强;东亚大槽加深,槽线倾斜不明显。负位相时则相反。欧亚遥相关型与东亚高空急流的联系是其影响我国气温降水的重要原因。正欧亚遥相关型时,偏弱的温带急流区较强的北风分量有利于北方冷空气南下,从而造成我国气温偏低;偏强的副热带急流区增强的南风将副热带地区暖湿空气向北输送,两支急流协同变化,影响我国冬季降水异常的分布。去掉温带急流或副热带急流偏强的年份,欧亚遥相关型与我国温度、降水的相关性显著减弱,说明欧亚遥相关型是通过东亚高空急流协同变化的桥梁,对我国温度和降水异常产生影响。进一步研究发现,欧亚遥相关型与副热带急流的关系不如其与温带急流稳定,导致在欧亚遥相关型同一位相时东亚高空急流存在两种不同的配置,这种高空急流配置的不唯一性使得东亚高空急流能对欧亚遥相关型的气候效应起到调控作用。     

两类厄尔尼诺背景下MJO对太平洋阻塞频率的调节作用

本文基于1979～2019年ERA-interim逐日再分析数据和二维阻塞指数，探究了冬季两类（中部型和东部型）厄尔尼诺背景下热带季节内振荡（MJO）对太平洋地区阻塞频率的调节作用。本研究选取出现频次较高且平均振幅较强的位相3和7进行研究。结果表明，在两类厄尔尼诺背景下MJO第3位相期间，MJO激发的遥相关位置相似，均对应极地地区（白令海地区）正（负）的位势高度异常，从而使高纬度太平洋地区均出现正的阻塞频率异常。在东部型厄尔尼诺背景下MJO第7位相（EP7）期间中高纬太平洋地区存在正的阻塞频率异常。但是在中部型厄尔尼诺背景下MJO第7位相（CP7）期间没有大范围显著的异常阻塞频率。这是因为EP7期间MJO激发的异常Rossby波源位于急流核区的西北部，使得MJO的遥相关可以传至50°N以北，引起中高纬度地区有利于阻塞频率增加的位势高度异常。然而CP7期间MJO激发的异常Rossby波源位于急流核区内部，使得对应的遥相关仅在副热带急流中传播，对高纬度地区的位势高度影响较小，导致该时期内没有大范围显著的阻塞频率异常。最后本文使用ECHAM4.6气候模式验证了上述结论。     

强迫二维Rossby波传播特征的数值试验

Bjerknes提出了大气对外界强迫响应的概念。大量研究已证明这一遥响应机制的存在,且大气对强迫源的遥响应及其低频活动的共同特征都表现为类似大圆路径的波列,Hoskins的理论研究揭示了这现象的实质,他把叶笃正所提出的Rossby波的频散理论推广到球面上。黄荣辉曾利用波折射指数平方与EP通量系统地研究了北半球冬夏准定常行星波的传播规律。邹晓蕾、叶笃正、吴国雄提出了中高纬的相关链、定常地形波链,并指出北美与东亚相关型的差异与两区域地形准定常波在不同纬向流中传播的差异有关。观测分析亦表明,青藏高原是大气低频振荡的强迫源,且在此区域可产生向北、向南或向东、向西传播的波列。     

FORCED ROSSBY WAVE PACKET PROPAGATION AND TELECONNECTIONS IN THE ATMOSPHERE

By use of the concept of wave packet and WKB method,the all-round characteristics of the Rossby wavepacket under the background of the basic current and the topography are obtained,and the equation andcondition for the development of the wave packet are gained as well.Applying the condition obtained tothe background basic current of southwest and southeast jet,we propose the concept on the wave packetsplitting and the wave passage branching,i.e.according to the disposition of the wave packet with respect tothe jet and the condition satisfied by the stationary wave packet,its trough(ridge)line must be deformed,bent,splitted and bifurcated,the wave passage hence bifurcates accordingly.Under the SW jet,one bifur-cated wave packet propagates toward high latitudes and penetrates upward into the stratosphere,and theother propagates toward low latitudes,but it propagates a far less distance than the former,and only reachesthe tropopause in the vertical.By means of the feature of the wave passage bifurcation of the Rossby wavepacket in the SW jet,the PNA and EU patterns of teleconnections suggested by Wallace and Gutzler(1981)are investigated.     

旋转正压大气中的Rossby孤立波和偶极子阻塞

大气中的阻塞动力学一直是大气动力学中所要解决的重要问题之一,随着数学的发展,阻塞动力学的研究也取得了较大的进展。大气中的阻塞可以分为两类:一类是单个非偶极子阻塞(只存在高压或低压),另一类是偶极子阻塞(高压的南侧存在闭合的低压)。关于偶极子阻塞的动力学研究是在80年代以后才进行的。为了解释大气中所出现的偶极子阻塞,Mcwilliams(1980)提出了Equivalent     

正压大气中的代数Rossby孤立波

本文研究了基本气流具有线性弱切变的非线性Rossby波,得到了一个非线性发展方程为Kubota方程,在一定的条件下,可变为Benjamin-Ono方程,并指出当代数Rossby孤立波的振幅越大时,代数Rossby孤立波的传播速度越小,基流切变越强,代数Rossby孤立波越慢,同时我们还指出在代数Rossby孤立波的振幅满足一定的条件下,代数Rossby孤立波才随纬度的增高(β减小)而减慢。并且代数Rossby孤立波的结构与大气中的偶极子阻塞是一致的。     

Study on the Dynamic Process of the Onset of South China Sea Summer Monsoon

By using the NCEP/NCAR reanalysis data from 1958 to 1997, we first looked into the atmospheric flow conditions in the one month immediately prior to the onset of the South China Sea summer monsoon （SCSSM） each year. A monthly-averaged zonal basic flow of 40-yr composite was then calculated. The stability of Rossby wave in the basic flow was studied based on the spherical barotropic vorticity equation. Furthermore, the spectral function expansion method was adopted to define and compute the evolvement of a developing wave packet. The results indicate that there exists barotropic instability of spherical Rossby wave in the climatically-averaged flow field before the SCSSM onset. The instability is triggered by the westerly jet stream in the Southern Hemisphere, and the strongest instable perturbation lies to the south of the westerly jet stream. The peak of the developing spherical Rossby wave packet propagates from mid and high latitudes to low latitudes, though not crossing the equator, spurring the cumulus convection in the tropical zones. The eruption of the cumulus convection and its spread to monsoon regions help to speed up the adjustment of the general circulation and the SCSSM onset. It is concluded that elements that contribute to the SCSSM onset are on global scale, albeit the onset itself looks like a local phenomenon.     

Rossby wave propagation in a barotropic atmosphere

The ideas of ray tracing from geometrical optics and wave propagation in a slowly varying medium are applied to Rossby waves propagating in a barotropic atmosphere.The propagation of low-frequency Rossby waves in a zonally symmetric basic state is compared with that for stationary waves presented by Hoskins and Karoly (1981). These ideas are then used to study the propagation of Rossby waves in a basic state with zonally varying middle latitude or low latitude jets. Conditions which allow cross-equatorial wave propagation are presented. For a zonally varying middle latitude jet, there is weak wave convergence in regions of decreasing jet speed, However, this is not sufficient to explain the enhanced wave amplitude found in numerical-model experiments using a zonally varying basic state.     

北大西洋涛动对新疆夏季降水异常的影响

利用1961~2003年NCEP/NCAR再分析和新疆75个气象站月降水资料,分析新疆夏季降水与沿西亚副热带西风急流Rossby波和北大西洋涛动（NAO）的关系,研究表明,夏季斯堪的纳维亚半岛-中欧—西亚和中亚的准静止波传播是联系NAO与沿西亚副热带西风急流波活动和新疆夏季降水变化的纽带。通过波作用量的动力学诊断分析,讨论了夏季NAO正、负位相异常年准静止波传播特征和差异,夏季NAO强弱活动影响斯堪的纳维亚半岛EP通量散度强度和位置异常,该区EP通量散度强度和位置异常导致强辐散中心在中高纬向东传播的准静止波和沿副热带西风急流准静止波活动变化,从而影响新疆夏季降水。     

INSTABILITY OF THE OCEANIC WAVES IN THE TROPICAL REGION

In this paper,the effects of the large-scale mean sea temperature fields of the tropical ocean and the zonal current field (southern equatorial current) have been comprehensively entered in consideration on the basis of Chao and Ji (1985),and Ji and Chao (1986),the equatorial oceanic waves of the tropical ocean have been discussed by use of linearized primitive equations,then,the significant influence of the climatic background fields of the tropical ocean upon the oceanic waves of this region has been further testified.When very cold water appears in the tropical region,and the southern equatorial current is also relatively strong,the effect of the Rossby wave weakens,as a consequence,there are substitutive slow waves (i.e.thermal waves) which travel in opposite direction (eastward) to the Rossby wave.The characteristics of the slow wave are similar to those of Rossby waves,only the travelling direction is opposite.Under a certain environmental background field,the slow wave and the modified Rossby wave may be instable.With this conclusion,the mechanism of the occurrence,development and propagation of El Nino events has been studied.It is pointed out that the opposite travelling direction of the thermal wave and Rossby wave will bring repectively into action under different marine environmental background fields.The physical causes for that the abnormal warm water inclines to occur along the South American coast have also been explored in this paper.     

New approach to study the evolution of rossby wave packet

The average variational principle was employed in this paper to study the evolution of large-scale and slowly va-rying Rossby wave packet with basic flow both in barotropic and baroclinic atmospheres. The evolution of the struc-ture of Rossby wave packet with both time and space was studied. The results obtained in this paper are similar to the results of by WKBJ method. In addition, the dispersive process of the wave packet was analysed by taking Gaussian type wave packet as an initial disturbance. The valid time scale for application of wave packet theory in the atmos-phere was obtained.     

北半球冬季大气环流与热带太平洋海表温度二年振荡相互作用的若干事实

本文应用带通滤波统计方法,研究了热带不同地区准二年周期振荡的海表温度与冬季500hPa高度场之间的时滞相关。结果表明,不同热带太平洋地区(西、中、东太平洋)海温对中高纬度大气环流的影响,或严格地说,它们之间的相互影响是不同的。在不同纬圈上,相关系数可以有规则的向东或向西传播。同时在不同径圈上也可以向极地或赤道传播。传播的方向和位置依赖于热带海表温度所在的经度。由于传播的速度十分缓慢,平均约2年80—210个经度,或2年约60个纬度。因此可以认为不属于经典的Rossby波,而是一种新的海气相互作用波。     

西风带中槽脊的移动与发展的估计

本文考虑到西风宽度有限并存在急流,波动的南北宽度有限并其相对于急流轴的位置可有不同,以及槽脊热力结构的特征等因子,研究了槽与脊的移动速度,讨论了槽脊的发展问题。所得的结果经过试验与实际情况很一致,认为对槽与脊的移动发展的预报甚有实际应用意义。