初夏东北冷涡活动异常与北半球环流低频变化

本文在典型个例分析的基础上, 揭示了初夏东北冷涡活动显著异常与北半球环流低频变化之间的联系及其可能机理。主要结果为: (1) 初夏东北冷涡活动显著异常与上游乌拉尔山附近和下游日本附近的持续性异常环流相对应。冷涡异常多年, 在向下游频散Rossby波能量和瞬变涡动强迫过程的共同作用下, 乌拉尔山附近盛行阻塞型环流。它一方面使极地冷空气向东北地区移动, 另一方面通过Rossby波能量的传播, 使东北冷涡活动加强。冷涡异常少年的环流情况则基本相反。 (2) 谐波分析和低频振荡分析表明, 在冷涡异常多 (少) 年的5～6月, 东北地区正 (负) 涡度位相占优, 这与北太平洋超长波槽西退 (东进) 相对应。长波在北太平洋-北美-大西洋地区呈驻波型, 与Rossby波能量传播匹配, 亦有利于乌拉尔山附近的异常环流得以长时间维持。 (3) 5月份, 乌拉尔山附近的异常环流信号对初夏东北冷涡活动的显著异常具有前兆性意义。     

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。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析Ⅰ:亚非副热带急流低频波

在中期时间尺度上分析了2008年1月10～16日我国南方雨雪过程特征及其可能机理,得到了以下结果：1）3个环流系统的演变过程相互匹配,共同造成了此次雨雪过程,它们分别为南支槽在我国南方地区的形成和加深、西太平洋副热带高压的北扩以及叶尼塞地区高压脊的东扩南侵;2）源自东北大西洋和西欧的Rossby波能量沿亚非副热带急流向下游传播,导致南支槽在我国南方地区形成和加深;3）与西太平洋副热带高压北扩所对应的异常环流中心,其实质为副热带急流扰动,来自上游南支槽区的Rossby波能量频散是其形成维持的主要原因,它也受来自贝加尔湖地区及热带西太平洋对流区的Rossby波能量的影响;4）亚非副热带纬向基本流制约着其一系列异常环流中心的纬向联系,里海冷堆及异常中心的形成恰好对应着南支槽在我国南方地区的加深和西太平洋副热带高压的北扩。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析I：亚非副热带急流低频波

在中期时间尺度上分析了2008年1月10~16日我国南方雨雪过程特征及其可能机理,得到了以下结果：1）3个环流系统的演变过程相互匹配,共同造成了此次雨雪过程,它们分别为南支槽在我国南方地区的形成和加深、西太平洋副热带高压的北扩以及叶尼塞地区高压脊的东扩南侵;2）源自东北大西洋和西欧的Rossby波能量沿亚非副热带急流向下游传播,导致南支槽在我国南方地区形成和加深;3）与西太平洋副热带高压北扩所对应的异常环流中心,其实质为副热带急流扰动,来自上游南支槽区的Rossby波能量频散是其形成维持的主要原因,它也受来自贝加尔湖地区及热带西太平洋对流区的Rossby波能量的影响;4）亚非副热带纬向基本流制约着其一系列异常环流中心的纬向联系,里海冷堆及异常中心的形成恰好对应着南支槽在我国南方地区的加深和西太平洋副热带高压的北扩。     

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。     

中高纬Rossby波活动对盛夏东亚/太平洋事件中期演变过程的影响

在中期时间尺度上探讨了Rossby波活动对盛夏东亚太平洋(EAP)事件的影响。正负EAP事件的形成过程不是简单的反位相过程, 但这一时期的气候平均流波导结构决定了两者在Rossby波能量频散特征上有许多相似之处。在对流层中上层, 源自上游东北大西洋或东欧平原的Rossby波能量经巴尔喀什湖附近向东北方向频散, 它对东北亚异常中心的形成和维持起重要作用。由于盛夏东亚急流位置偏北, 我国华北[CD*2]东北地区成为波导区, Rossby波能量从贝加尔湖附近向该波导区频散, 形成了EAP事件的东亚中纬度异常中心。在EAP事件的三个异常中心中, 东北亚异常中心最先形成, 西太平洋副热带异常中心则最后出现。在对流层上下层波导结构有明显差异, 它导致了Rossby波能量在东亚沿岸中高纬地区的反向经向传播特征。在负事件的对流层低层, 西太平洋副热带异常中心和中纬度两个异常中心间的经向Rossby波链接较为明显。在东亚地区, 盛夏月平均尺度上EAP型的Rossby能量频散特征与中期EAP事件基本一致。     

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)。     

大气Rossby波动力学的研究进展

Rossby波是旋转大气和海洋中的一类重要波动,在天气和气候演变中起有重要的作用。该文介绍了北半球中纬度地区的两类重要Rossby波——斜压不稳定波和准定常行星波,在最近20余年来取得的一些重要研究进展。文中涉及的主要研究领域有:斜压不稳定波包动力学、湿斜压过程对斜压不稳定波的作用、北半球风暴轴动力学、斜压波包与高影响天气的预报、准定常行星波的形成机理、准定常行星波的水平传播与能量频散、准定常行星波的垂直传播与能量频散、三维准定常行星波的传播与能量频散。     

南方地区低温雨雪事件的时空分布和成因研究

选用1961~2011年中国南方地区降水、气温和ERA-Interim再分析资料,采用旋转EOF方法,对发生低温雨雪的台站进行分析,发现南方地区的低温雨雪天气可大致划分为4个区域。筛选出1月4个典型低温多雨雪年和高温少雨雪年,将高度场进行滤波,滤出2.5~6天的天气尺度瞬变波动部分来研究我国南方地区持续性低温雨雪天气与天气尺度瞬变扰动的关系。发现大西洋上空强天气尺度瞬变扰动在欧亚大陆以波列的形势向下游传播,在频发年,瞬变扰动的强度较少发年强,且较少发年有更多的扰动波列东传;波动能量的向东频散为下游的槽脊活动提供了源源不断的能量,有利南方地区大气斜压不稳定维持和持续低温雨雪天气的维持。      

两种类型中尺度涡旋Rossby波的相速度及其物理机制

本文使用正压浅水方程组以及纬向切变基流下二维中尺度横波型扰动的Bouss-inesq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的波动传播物理过程。研究结果表明,中尺度涡旋Rossby波划分为两种类型。由于纬向基本气流的方向的二阶水平切变或者基本气流的垂直涡度在南北方向的变化(β*因子)所导致的涡旋Rossby波称之为第一类涡旋Rossby波(正压涡旋Rossby波),它产生的根本原因是β*因子的作用。这种第一类涡旋Rossby波相对于基本气流-U0是单向传播的,其传播方向则与β*因子的正负符号有关。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垂直切变时,可以得到第二类涡旋Rossby波(斜压涡旋Rossby波)的相速度表达式,第二类涡旋Rossby波产生的物理根源是基本流场的风速-U的二次垂直切变或者基本流场y方向的平均涡度在空间z方向上的不均匀性(亦即β**因子)。第二类涡旋Rossby波相对于基本气流-U0也是单向传播的,其相速度与纬向波数k有关,能量是频散的,在纬向x方向存在群速度。在基本流场的风速-U存在二次垂直切变时,横波型不稳定可能是混合的涡旋Rossby-重力波的不稳定;而当基本流场的风速-U仅仅存在线性切变,不存在二次垂直切变时,此时根本不存在涡旋Rossby波,横波型扰动的不稳定则仅仅是重力惯性波的不稳定。最后利用横波型扰动的总涡度守恒方程对第二类涡旋Rossby波形成的物理机制做出了解释。     

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。     

Intensity of the Trough over the Bay of Bengal and Its Impact on the Southern China Precipitation in Winter

In this study, the intensity of the trough over the Bay of Bengal (BBT) and its association with the southern China precipitation, the Madden-Julian Oscillation (MJO) and the Rossby wave propagation along the African-Asian subtropical Jet stream (AASJ) are investigated on the intraseasonal time scale. The results show that the intensity of the BBT affects the southern China precipitation more directly and to a greater degree than the MJO. The peak amplitude of the BBT tended to occur in phase-3 of the MJO. The strong BBT was substantially modulated by the Rossby wave propagation along the AASJ, which was triggered by the anomalous upstream circulation similar to the pattern of the North Atlantic Oscillation (NAO). Therefore, from the perspective of medium- and extended-range weather forecasts, the NAO- like pattern may be regarded as a precursory signal for the strong BBT and thus the southern China precipitation.     

2010年12月大气环流和天气分析

2010年12月环流特征如下:极涡强度偏弱,但在东亚向中纬度伸展,有利于冷空气积聚南下,北半球中高纬呈现4波型,副高位置偏东,南支槽活动略偏强.12月,全国平均降水量为18.0 mm,比常年同期偏多83.7%,而华北、黄淮中西部等地偏少8成以上,这些地区气象干旱发展.12月,全国平均气温为-3.8℃,比常年同期偏高0....     

Role of the subtropical westerly jet waveguide in a southern China heavy rainstorm in December 2013

An extreme rainstorm hit southern China during 13–17 December 2013, with a record-breaking daily rainfall rate, large spatial extent, and unusually long persistence. We examined what induced this heavy rainfall process, based on observed rainfall data and NCEP–NCAR reanalysis data through composite and diagnostic methods. The results showed that a Rossby waveguide within the subtropical westerly jet caused the event. The Rossby wave originated from strong cold air intrusion into the subtropical westerly jet over the eastern Mediterranean. With the enhancement and northward shift of the Middle East westerly jet, the Rossby wave propagated slowly eastward and deepened the India–Burma trough, which transported a large amount of moisture from the Bay of Bengal and South China Sea to southern China. Strong divergence in the upper troposphere, caused by the enhancement of the East Asian westerly jet, also favored the heavy rainfall process over Southeast China. In addition, the Rossby wave was associated with a negative-to-positive phase shift and enhancement of the North Atlantic Oscillation, but convergence in the eastern Mediterranean played the key role in the eastward propagation of the Rossby wave within the subtropical westerly jet.     

An Observed Connection Between Wintertime Temperature Anomalies over Northwest China and Weather Regime Transitions in North Atlantic

In this study, the association between wintertime temperature anomalies over Northwest China and the weather regime transitions in North Atlantic on synoptic scale is analyzed by using observational surface air temperature(SAT) data and atmospheric reanalysis data. Daily SAT anomaly and duration time are used in order to define SAT anomaly cases. Differences with regard to the circulation anomalies over the Ural Mountains and the upstream North Atlantic area are evident. It is found that the colder than normal SAT is caused by the enhanced Ural high and associated southward flow over Northwest China. Time-lagged composites reveal possible connections between the SAT anomalies and the different development phases of the North Atlantic Oscillation(NAO). The Ural highs tend to be strengthened during the negative phase of NAO(NAO–) to Atlantic ridge transition, which are closely related to the downstream-propagating Rossby wave activity. The opposite circulation patterns are observed in the warm SAT cases. A cyclonic circulation anomaly is distinctly enhanced over the Urals during the positive phase of NAO(NAO+) to Scandinavian blocking transition, which would cause warmer SAT over Northwest China. Further analyses suggest that the intensified zonal wind over North Atlantic would favor the NAO– to Atlantic ridge transition, while the weakened zonal wind may be responsible for the transition between NAO+ and Scandinavian blocking.     

引发东北极端暴雪的黄渤海气旋爆发性发展机制

利用高分辨率观测资料和ERA5再分析资料, 分析造成2021年11月7—8日东北极端暴雪的温带气旋结构特征及爆发性发展机制, 结果表明:温带气旋发生在高空冷涡背景下, 地面气旋在黄海形成后出现爆发性快速增强并沿东北地区东部北上。地面降雪区主要分布在气旋西侧, 且降雪强度与气旋的发生发展密切相关;地面气旋在爆发性发展后由叶状云系演变为逗点涡旋云系, 并表现出明显的锋面断裂和暖锋包卷;其垂直结构也先后出现高空锋区断裂、干暖核形成和中性锢囚锋区加强;西伯利亚高压脊、华北高空槽和东北高压脊3个异常中心构成Rossby波列, 随着高度异常中心不断东移及波能量向下游地区频散, 华北高空槽区的波作用通量明显增大导致华北冷涡快速增强, 涡度因子的急剧增大有利于地面气旋爆发性发展;随着平流层位涡高值区沿等熵面不断向南发展和向下传播, 导致中层冷涡快速发展并向下伸展, 诱发地面气旋爆发性增强。     

2015年初北极极端气旋对中国寒潮的影响

从北大西洋中高纬度进入北极的极端气旋会引起北极异常增暖,与中高纬度极端天气事件关系密切,危害极大。利用ERA-Interim再分析资料和中国地面气象站观测资料,探讨了2015年1—2月两个极端气旋（C1,C2）影响中国天气的物理过程和机制。结果表明:当极端气旋生成并北移,附近大气低层和高层均出现异常增暖,中高纬度大气环流表现为乌拉尔阻塞形势形成,极涡断裂,低压槽加深南压,我国发生寒潮天气;且极端气旋伴随的异常增暖加强Rossby波能量频散,使中高纬度的槽和脊发展。对比发现,C1和C2的生成地和路径均存在差异,相比于C2,C1生成纬度较高且路径偏东,对应低温寒潮天气范围更大,但强度比C2略弱。这些结果均表明,极端气旋的生成和移动是中国寒潮天气发生的重要原因之一。     

斯堪的纳维亚遥相关对我国西南西部深秋降水的影响

使用中国台站降水数据和NCEP/NCAR再分析资料,分析了1961~2012年深秋斯堪的纳维亚遥相类型(SCA)与同期我国西南西部降水的关系,以及SCA型环流异常影响西南西部降水的具体物理过程。结果表明:SCA型遥相关与西南西部降水存在显著的负相关关系,且具有非对称性:SCA正位相时西南西部降水偏少,而SCA负位相与西南西部降水的关系不显著。SCA正位相年西南西部的降水偏少与该地区对流层中下层的异常下沉运动有关。垂直运动方程诊断结果表明该异常下沉运动主要是由冷平流异常维持。气候态风场对温度异常场的平流在西南西部的冷平流异常中起主要作用。SCA正位相时,西南西部地区的东侧有暖异常,而其西侧的印度半岛北部及伊朗高原地区为冷异常,在平均西风作用下,西南西部有冷平流异常,造成该地区的异常下沉运动,从而降水偏少。     

中国冰冻日数的气候及变化特征分析

利用1954～2009年中国台站雨凇和雾凇日数统计分析了中国冰冻日数的气候及变化特征.中国的冰冻主要出现在新疆、西北东部、内蒙古东部、东北、华北、淮河流域及江南一带,年均冰冻日数一般有1～5天,5天以上的重冰区主要分布在新疆北部、陕西南部、东北中部、华北东部、秦岭、云南东北部、贵州等地.雨凇大都出现在我国南方地区,而雾...