行星运动对台风生成频数与ENSO相互关系变化的影响

利用台风最佳路径数据集、1950—2016年厄尔尼诺和拉尼娜事件、赤道太平洋海温关键区海温和行星冲日等资料,运用统计方法研究了西北太平洋台风频数和ENSO的相互关系变化与行星运动的关系。结果发现:西北太平洋台风频数与ENSO之间相互关系的变化无论长周期还是短周期都与行星位置变化密切相关。从年代际变化来看,两者相互关系在1990年代初期(1993年前后)发生明显改变,在1993年之前,两者为显著的负相关关系,1950—1992年相关系数高达-0.439,检验通过了99%的置信水平,而且,台风频数的极多(少)年大多数与拉尼娜(厄尔尼诺)现象相对应,但在1993年之后两者变为明显的正相关关系。这一改变恰好发生在1993年7月12日出现太阳、地球、天王星、海王星四星一线的特殊星象,而在此前后的数年间,天王星、海王星两大行星同时都保持在6—7月冲日,对地球形成持续作用的引潮力迭加。从年际变化来看,两者的相关系数变化与火星、木星和土星的位置也存在明显的联系:相关系数的谷值与三大行星在夏至前后冲日相对应,其中与火星在夏至附近冲日(此时视赤纬具有负极值)对应的谷值最明显。通过谐波分析发现,相关系数变化的显著周期恰好与三大行星运动周期一致。     

热带平流层纬向风场准两年振荡的年代际变化

利用平流层探空资料和ECMWF的ERA-40、ERA-interim格点资料分析了近62年的热带平流层纬向风准两年振荡(QBO)的年代际特征。分析表明QBO周期存在显著的年代际变化,且平均周期较长(短)的时段,其变化幅度较小(大)。QBO的振幅存在10~15年的年代际振荡,并与QBO周期存在着明显的反相关关系。此外,QBO振幅在10~30 hPa存在增强的趋势,而在中低层则为略微减弱的趋势。从关于赤道的反对称纬向风场可发现,QBO中心存在着偏离赤道的年代际变化,东风中心偏移赤道的方向基本与西风中心的偏移方向相反,即东风中心偏向某一半球时,对应的西风中心则在另外一个半球上。     

青藏高原臭氧的准两年振荡

通过对臭氧卫星观测资料及大气环流资料的分析,研究了青藏高原上空臭氧的季节和年际变化.通过分析青藏高原地区臭氧准两年振荡(QBO),并与同纬度无山区及赤道地区臭氧QBO进行比较,指出:青藏高原臭氧QBO的平均周期为29个月,平均振幅为8DU.青藏高原臭氧QBO变化位相与热带平流层纬向风场QBO相反,即热带平流层纬向西风时,青藏高原上空臭氧总量偏小,东风时臭氧总量偏大.还讨论了与青藏高原臭氧QBO相关的大气环流物质输送理论.     

热带准两年振荡影响北半球冬季大气环流的诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先讨论了热带纬向风准两年振荡(QBO)的东、西风位相的划分标准.结果发现,赤道50 hPa的风与西风深厚度关系最密切,即赤道50 hPa的纬向平均风为西(东)风时往往代表平流层下层为一层深厚的西(东)风.在此基础上诊断分析了1958/1959～1997/1998年共40个冬季中热带纬向风QBO对北半球中高纬度地区纬向平均环流和准定常行星波传播的影响.诊断分析表明,热带QBO对北半球冬季大气环流的影响主要表现在平流层和对流层上层.热带QBO的东风位相年与西风位相年相比,中高纬地区的绕极西风环流明显减弱,中低纬地区则出现相反变化,从而在平流层的纬向平均环流分布上呈现偶极子形式.纬向平均流的这种年际变化可以很好地用中高纬度准定常行星波传播的异常加以解释,QBO的东风位相年和西风位相年相比,中高纬准定常行星波向极地的传播更强,从而在高纬度平流层产生异常的E-P通量辐合,波-流相互作用的结果使得西风减弱.但是热带纬向风QBO的影响在1958/1959～1997/1998年的前后20年有所差异.后20年相对于前20年而言,东西风位相的差异有所减小,Hol-ton-Tan振荡明显减弱;就行星波传播而言,东风位相年下,前20年行星波向上传播较弱,而后20年则以大约70°N为分界点,以南向上传播较强,以北向上传播较弱.这种差异可能跟中高纬度纬向西风的自身变化有关.     

NO_x的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系 II.模拟研究

利用NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的二维模式就纬向风的准两年周期振荡 (简称QBO)对平流层微量元素分布的影响进行数值模拟试验。模拟中 ,输入纬向风QBO的值 ,计算出NOx、臭氧浓度和各种气象要素的垂直经向分布 ,并与不考虑QBO强迫的数值模拟结果进行对比。在第I部分HALOE资料分析的基础上 ,进一步讨论了在纬向风QBO的影响下NOx浓度垂直分布的变化及其准两年周期振荡 ,并研究了NOx的QBO与臭氧QBO的关系。结果表明 :模拟六年平均的NOx混合比分布与观测结果基本一致 ,并且在纬向风场QBO强迫下 ,NOx混合比扰动有明显的准两年周期振荡 ;与臭氧的QBO比较 ,发现在2 8km以下 ,NOx的QBO与臭氧QBO同位相 ,而在 2 8km以上 ,它们则是反位相 ,与HALOE资料的观测结果基本吻合。文中对模拟得到的由于风场QBO引起的余差环流输送作用做了进一步的分析 ,并讨论了在不同高度的气层中余差环流的输送作用与NOx破坏作用在臭氧QBO形成中的相对重要性     

NOx的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系Ⅱ.模拟研究

利用NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的二维模式就纬向风的准两年周期振荡(简称QBO)对平流层微量元素分布的影响进行数值模拟试验.模拟中,输入纬向风QBO的值,计算出NOx、臭氧浓度和各种气象要素的垂直经向分布,并与不考虑QBO强迫的数值模拟结果进行对比.在第Ⅰ部分HALOE资料分析的基础上,进一步讨论了在纬向风QBO的影响下NOx浓度垂直分布的变化及其准两年周期振荡,并研究了NOx的QBO与臭氧QBO的关系.结果表明:模拟六年平均的NOx混合比分布与观测结果基本一致,并且在纬向风场QBO强迫下,NOx混合比扰动有明显的准两年周期振荡;与臭氧的QBO比较,发现在28 km以下,NOx的QBO与臭氧QBO同位相,而在28 km以上,它们则是反位相,与HALOE资料的观测结果基本吻合.文中对模拟得到的由于风场QBO引起的余差环流输送作用做了进一步的分析,并讨论了在不同高度的气层中余差环流的输送作用与NOx破坏作用在臭氧QBO形成中的相对重要性.     

中层大气行星波在臭氧的季节和年际变化中输运作用的数值研究 I. 常定流的情况

本文构造了一个34层球坐标原始方程波-流相互耦合谱模式，利用此模式从拉格朗日平均环流的观点研究了在常定流下行星波对臭氧的输运作用。研究结果表明，行星波对臭氧的输运有明显的季节变化，在北半球冬季，由于行星波上传到平流层而大大增强了中高纬地区向极地向下的O3输运；并且还表明，热带纬向风的QBO不仅通过影响东、西风切变而引起热带O3分布的年际变化，而且通过影响行星波的传播引起了行星波对O3输运的年际变化，这表现为当热带纬向风处于东风位相时，中高纬地区行星波对O3的输运比西风位相时强     

近百年全球平均气温年际变率中的QBO长期变化特征

应用奇异谱分析(SSA)方法和奇异交叉谱分析(SCSA)方法，对全球及南北半球近100多年(1856～1997年)逐月地面气温距平序列中的准两年周期振荡(QBO)的长期演变特征进行诊断分析。结果表明:全球平均气温序列蕴含显著的QBO分量，它们与全球气候系统中其他各个子系统所隐含的QBO信号具有各种耦合对应关系，尤其突出地表现在Nino区海温和以SLP序列为代表的全球大气环流系统中QBO信号的耦合对应关系上。而平均气温的QBO的年代际特征及其变率的阶段性，不但表现在振幅上，而且其位相亦很明显。上述特征在全球、两半球具有明显的差异。     

赤道低平流层纬向风垂直切变与对流层环流及东亚季风的关系

在以赤道低平流层纬向风垂直切变为依据划分平流层QBO位相的基础上,讨论了赤道低平流层纬向风QBO与对流层环流及东亚季风的关系.结果表明强冬季风和弱夏季风对应着赤道低平流层纬向风的东风切变位相,强夏季风和弱冬季风对应着赤道低平流层西风切变位相,赤道低平流层纬向风QBO对对流层环流有一定影响,冬春季节平流层与对流层的相互作用比夏秋季节明显.     

NOx的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系Ⅰ.资料分析

利用1992～2000年HALOE的观测资料,分析了平流层NPx(这里是指NO和NO2)混合比的垂直经向分布结构、季节变化和年际变化,并与O3混合比的年际变化进行比较.结果表明:(1)在各纬度平流层NOx混合比的垂直结构基本相似,从平流层下层向上随高度增加,分别在1～2hPa(NO)和5～10 hPa(NO2)达到极大值,再向上NOx混合比随高度减小.另外,NO混合比在1.0×l0-5hPa高度附近还有一个极值区.在平流层下层,它们的极值区下方,NOx混合比基本从热带向两极增大.NO混合比在平流层位于1～2 hPa之间有一个高值区,在1.0×10-5hPa附近还有一个更大的极值.而NO2只有一个浓度高值区,位置在5～10 hPa.(2)NOx混合比在中低纬的高度分布和经向分布上都存在准两年周期振荡(简称QBO).NO2的QBO较NO更明显,赤道上空的NOx的QBO最明显,北半球NOx的QBO较南半球更明显,而20～5hPa的NOx的QBO又较其他气层更明显.(3)在热带30 km以上,NOx的QBO与O3混合比的QBO位相相反;而中纬地区及30 km以下的热带,它们有一个位相差,但不完全相反.     

ENSO与中国夏季降水的联系:冬季QBO的调制作用

使用NCEP/NCAR再分析资料、中国气象局台站降水资料和GPCC降水资料,系统研究了在冬季平流层准两年振荡(Quasi-Biennial Oscillation, QBO)调制下,厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)不同阶段与中国夏季降水的可能联系。根据两者的位相和强度,可将它们的配置分为QBO西风/El Ni?o、QBO西风/La Ni?a、QBO东风/El Ni?o、QBO东风/La Ni?a。研究结果表明,在年际时间尺度上,ENSO和QBO无显著相关关系。冬季QBO西风位相时,El Ni?o发展年夏季,我国整体偏旱,而华南偏涝;衰减年夏季,华南、华东北部偏旱,东北、长江流域偏涝。La Ni?a发展年夏季,我国东部降水异常呈负-正-负的三极分布;衰减年夏季,东南沿海偏涝。冬季QBO东风位相时,El Ni?o发展年夏季,长江以北偏旱;衰减年夏季,我国东部降水异常呈负-正-负的三极分布。La Ni?a发展年夏季,江淮和华南南部偏旱;衰减年夏季,我国东部沿海偏涝。ENSO是影响我国夏季降水异常的重要因子,而QBO的调制作用在ENSO衰减年夏季更为显著。相比冬季QBO东(西)风位相,QBO西(东)风位相时El Ni?o (La Ni?a)期间赤道西太平洋负(正)海温异常更强,衰减年夏季位于西太平洋的异常下沉(上升)运动和印度洋的异常上升(下沉)运动更强更深厚,西太平洋副热带高压范围更大(小),南亚高压更偏东(西)。      

INTERDECADAL VARIABILITY OF QUASI-BIENNIAL OSCILLATION OF STRATOSPHERIC ZONAL WIND

This study investigates the interdecadal variability of Quasi-biennial Oscillation (QBO) based on the sounding data in the stratosphere, ERA-40 and ERA-interim reanalysis data in the past 62 years. The QBO periodicity experiences a significant interdecadal variability; the longer (shorter) the mean period, the smaller (larger) the amplitude of variation is. The QBO amplitude varies in a cycle around 10 to 15 years and in an out-of-phase correlation with the period. In addition, there is an increasing trend of the QBO amplitude in 30 to 10 hPa, while a little declining trend in 70 to 40 hPa. The deviation of the QBO zonal wind extremum centers from the equator also shows interdecadal variability. The deviation location of the easterly core is generally in the reverse side to the westerly core, which means that when the easterly core is on one side of a hemisphere, the westerly core is on the other side.     

The QBO signal in monthly precipitation fields over Europe

Summary Areal monthly precipitation totals of 24 West and Central European regions and of 74 regions of the European part of the former USSR are studied in respect to the westerly and easterly phases of the QBO for the longest available period from 1953 to the 1980s. A significant QBO signal has been detected in September and October in the region of the British Isles, in the Central European region and in Byelorussia (in the easterly phase more precipitation and its lower variability in September and higher variability in October), but also in small region of the south Ukraine in August and in October. Regions of the eastern Ukraine and adjoined regions of Russia had the significant QBO signal in May (more precipitation and its prevalent lower variability in the westerly phase). The observed effects are explained by circulation differences in the westerly and easterly phases of the QBO.With 2 Figures     

Impacts of the stratospheric quasi-biennial oscillation on the tropospheric circulation and climate in the Northeast Asia–North Pacific region in early summer

Previous studies have indicated that the stratospheric quasi-biennial oscillation (QBO) has a global impact on winter weather, but relatively less attention has been paid to its effect in summer. Using ERA5 data, this study reports that the QBO has a significant impact on the tropospheric circulation and surface air temperature (SAT) in the extratropics in Northeast Asia and the North Pacific in early summer. Specifically, a QBO-induced mean meridional circulation prevails from Northeast Asia to the North Pacific in the westerly QBO years, exhibiting westerly anomalies in 20°–35°N and easterly anomalies in 35°–65°N from the lower stratosphere to troposphere. This meridional pattern of zonal wind anomalies can excite positive vorticity and thus lead to anomalous low pressure and cyclonic circulation from Northeast Asia to the North Pacific, which in turn cause northerly wind anomalies and decreased SAT in Northeast Asia in June. Conversely, in the easterly QBO years, the QBO-related circulation and SAT anomalies are generally in an opposite polarity to those in the westerly QBO years. These findings provide new evidence of the impact of the QBO on the extratropical climate, and may benefit the prediction of SAT in Northeast Asia in early summer.摘要本文研究了平流层准两年振荡 (QBO) 对东北亚-北太平洋地区初夏对流层环流和地表气温的影响. 在QBO西风位相年, 东北亚至北太平洋地区存在一支由QBO引发的平均经向环流异常, 该经向环流异常可在东北亚至北太平洋地区激发正涡度, 并形成异常气旋式环流. 气旋左侧出现的异常偏北风导致6月东北亚地表气温下降. QBO东风位相年的结果与西风位相年大致相反. 这些结果为QBO对热带外地区天气,气候的影响提供了新的证据, 并为东北亚初夏地表气温的预测提供了新的线索.     

低平流层准两年变率研究

分析ＮＣＡＲ／ＮＣＥＰ４０年分析资料得出,赤道低平流层纬向风年际变率的平均周期约２８．２个月,最大振幅的２０ｈＰａ,西（东）风距平平垂直下传平均速度１．２１（１．０４）ｋｍ／月。用１０ｈＰａ和７０ｈＰａ月平均纬向风标准化距平之差反映整层准两年变率的相位。低平流层两半球中纬气温有与之配合的振荡,西（东）风切变时,中纬气温偏低（高）。赤道纬向风准两年变率引起的经圈环流异常是联系低续续向风与中纬气温准年     

西太平洋副高活动与平流层QBO关系的研究

资料分析表明，西太平洋副高活动有准两年振荡特征，副高的相对强度和副高脊线的纬度位置都清楚地表现出这种振荡。而且分析还表明，平流层低层纬向风的垂直切变同西太平洋副高活动有关，东（西）风切变对应着脊线位置偏北的较强（弱）副高形势。平流层低层东（西）垂直切变在赤道对流层上部所引起的异常上升（下沉）运动，导致Hadley环流的异常加强（减弱）可能是平流层QBO影响西太平洋副高准两年振荡的重要机制。用IAP-GCM所作的数值模拟试验得到了同观测资料分析相一致的结果。     

低平流层准两年变率研究

分析NCAR/NCEP40年再分析资料得出,赤道低平流层纬向风年际变率的平均周期约28.2个月,最大振幅在20hPa,西(东)风距平垂直下传平均速度1.21(1.04)km/月。用10hPa和70hPa月平均纬向风标准化距平之差可反映整层准两年变率的相位,低平流层两半球中纬气温有与之配合的振荡,西(东)风切变时,中纬气温偏低(高)。赤道纬向风准两年变率引起的经圈环流异常是联系低纬纬向风与中纬气温准两年变率的纽带。     

准两年振荡及其对东亚大气环流和气候的影响

通过多年资料分析,本文研究了平流层准两年振荡(QBO)的演变特征及其对东亚及西太平洋地区大气环流和气候变化的影响.结果表明,平流层QBO的演变特征是:东风向西风转换最早出现在印度洋赤道地区;西风向东风转换最早出现在美洲和西太平洋赤道地区.中国东部降水量、气温以及西太平洋副高和东亚急流都有准两年周期变化,并同平流层QBO有密切关系;平流层QBO对西太平洋台风活动也有一定影响,QBO的西风位相期西太平洋台风偏少.另外,ENSO对于平流层QBO有明显影响,一般在ENSO发生之后,QBO的西风位相期持续时间缩短.     

Signature of quasi–biennial oscillation and long-period equatorial disturbances in the lower atmosphere over Thiruvananthapuram

Summary An attempt has been made in this paper to examine different modes of oscillation in the wind field during different seasons over Thiruvananthapuram (lat. 8.29° N, long. 76.59° E, located at the extreme southwest coast of India) based on daily upper air observations for the period from January 1997 to December 1999. A power spectral analysis is carried out with the upper air data of the station. The study shows that one and half cycle of Quasi–Biennial Oscillation (QBO) and the power spectra of the meridional wind component exhibit peaks between the period of four days and seven days (corresponding frequency range between 0.25 day⁻¹ and 0.15 day⁻¹) during all seasons. The seasonal variation of these large-scale oscillations over the station depends upon the background mean zonal flow, which in turn closely related to the QBO structure. The time sequence of power spectra shows that the disturbances with periods between four days and seven days dominantly prevail in the upper troposphere and lower stratosphere throughout the year. The regimes of high power spectral intensity in this period range are maintained in the levels where the mean zonal flow (westerly or easterly) weakens and changes with height. The study establishes the fact that disturbances (mixed Rossby-gravity waves) acquire maximum power in the winter season whereas the south-west monsoon exhibits minimum spectral intensity when spreading of energy over a frequency range takes place.     

HCl Quasi-Biennial Oscillation in the Stratosphere and a Comparison with Ozone QBO

1. Introduction The quasi-biennial oscillation (QBO) of the mean zonal wind in the equatorial stratosphere was discov- ered by Reed et al. (1961) and Veryard and Ebdon (1961). Later, Funk and Garnham (1962) and Ra- manathan (1963) were the first to descri…