北半球平流层环流与亚洲夏季风关系的初步分析

季风是大气环流季节变化的某些特性在局部地区的特殊表现。人们逐渐认识到,大气环流的季节变化是全球性的现象。但长期以来关于季风的研究一般只限于对流层。而对流层与平流层大气之间存在着一定的联系,平流层的季节变化往往早于对流层。本文对本世纪70年代亚洲夏季风强年和弱年的平流层环流及其季节变化作了对比分析,指出:亚洲夏季风强弱与平流层环流有密切联系。弱季风年前冬(11—4月)50 hPa绕极地的西风环流偏强,季节变化开始得晚,但完成得早。50与     

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.     

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。     

不同季节内剩余环流时空结构转换及其演变特征的研究

利用ERA-Interim资料,采用改进的变形欧拉平均方法对1979—2011年剩余环流季节内时空结构转换及其演变特征进行了分析。结果表明:(1)150 hPa附近4—8月剩余环流上升中心发生了整体向北移动的趋势,而9月至次年2月则表现为整体向南的移动,并且6—8月和9—11月的移动较为明显,分别向北和向南移动了3.168°和2.277°。(2)对流层内的剩余质量输送显著增强,但是热带环流上升区以及穿越对流层顶进入平流层的输送存在着减弱的趋势。(3)两半球高纬度100 hPa附近从最低平流层向下输送的质量通量以及热带对流层顶附近向上输送的质量通量在各季节年代际变化中基本都是减弱的,仅在6—8月和9—11月北半球向下质量通量出现了增强。     

2000年北半球平流层、对流层质量交换的季节变化

用2000年NCEP资料,P坐标下Wei公式诊断北半球平流层、对流层交换的季节变化.主要结论:(1)热带西太平洋是物质由对流层向平流层输送的主要通道,并有明显的季节性东西移动.由于2000年赤道辐合带偏弱,因此秋季通量最大.(2)中高纬度地区同时存在向上、向下的通量,大尺度槽区伴随着平流层向下的输送.一年中冬春季向下的输送强,夏秋季较弱,其季节变化与大尺度环流的季节性变化一致.(3)东亚地区存在很强的平流层向下输送,且中心位置移动不大.只占北半球5.6%面积的东亚其年净交换量竟占北半球的29%,这说明东亚地区的平流层与对流层之间的质量交换对北半球平流层、对流层交换研究的重要性.     

论大气环流的季节划分与季节突变 Ⅲ.气候平均情况

该文第Ⅰ部分定义了大气环流的季节划分和季节突变,第Ⅱ部分按此对个别年份的情况作了具体计算,第Ⅲ部分则利用NCEP/NCAR 1978～1997年气候平均资料做了实际计算,其结果与第Ⅱ部分大体一致,但更鲜明且更有代表性(是气候平均而非个别年份).主要结果有:(1)在对流层中下层,亚洲冬季风环流的建立始于欧亚大陆高纬西风带,夏季风环流的建立始于太平洋副高(副热带季风),以及由于马斯克林高压和澳大利亚冷高等几个大气活动中心的建立或加强(热带季风).(2)各季节的建立始于平流层,之后是对流层低层的极区和热带个别区域,并由上述层及地区分别向上、下层和中纬度地区发展,最终导致整个半球季节环流场的建立.(3)季节突变最强在平流层,分别位于两半球的热带到副热带以及高纬到极地,其中从冬到夏的突变明显强于从夏到冬的突变,而对流层的季节突变较平流层偏弱,主要位于热带到副热带的中上层.     

平流层-对流层相互作用研究进展：等熵位涡理论的应用及青藏高原影响

系统介绍了近年来应用等熵位涡理论研究平流层-对流层动力相互作用所发现的一些新的事实和机理,包括平流层冬季极涡振荡过程中平流层、对流层环流异常的时空传播特征,以及等熵质量理论框架下的平流层-对流层动力耦合机理,还介绍了影响平流层环流年际尺度异常的因子及影响过程。回顾了夏季青藏高原的热力作用所激发的负位涡强迫源对东亚及全球大气环流的影响。并基于对夏季高原周边等熵位涡经向输送垂直分布的诊断进一步说明,夏季青藏高原的存在使高原东缘及东亚地区成为平流层和对流层物质交换的独特区域,探讨了夏季青藏高原影响平流层-对流层动力耦合的一种重要途径及其影响全球气候的重要意义。     

平流层大气动力学及其与对流层大气相互作用的研究:进展与问题

本文综述了近年来关于平流层大气动力学及其与对流层大气相互作用动力过程的研究进展,特别是回顾了近年来关于平流层大气环流和行星波动力学、热带平流层大气波动及其与基本气流相互作用、平流层大气环流变异对对流层环流和气候变异的影响及其动力过程、平流层大气数值模拟以及在全球变暖背景下平流层大气的长期演变趋势预估等的研究进展。最近的研究揭示了大气准定常行星波传播波导的振荡现象、重力波在热带平流层准两年振荡和全球物质输送中的作用、平流层长期的变冷趋势变化、平流层在对流层天气和气候变化中的作用等现象,表明了平流层大气动力学研究的重要性。平流层大气动力学的深入研究,以及对数值模式中平流层模拟性能的提高,最终都会推动整个大气科学和气候变化研究的进一步发展。     

平流层剩余环流及其时间演变特征

平流层剩余环流是由剩余速度经向分量和垂直分量构成的平流层经向－垂直环流，它对于对流层－平流层相互作用和物质交换起着十分重要的作用。作者利用1979～2003年NCEP II再分析资料计算了剩余速度经向分量和垂直分量， 并与数值模拟结果进行了比较，再用计算的剩余环流讨论了它的季节变化、年际变化和长期变化趋势。计算结果表明，剩余环流的上升气流从低纬度赤道地区对流层顶上升到平流层下部，然后向极向下运动，在中纬度地区下沉， 进入对流层，这也就是Brewer－Dobson环流。计算结果同数值模拟结果比较一致。由此可见，可以利用NCEP资料得到比较清晰的剩余环流和Brewer－Dobson环流。剩余环流有明显的季节变化，上升气流的中心随着季节的变化在赤道地区南北移动，春秋季节其中心基本上位于赤道附近，南北半球大致呈对称分布，只是北半球副热带地区的下沉气流要比南半球强。在冬夏季节，上升气流的中心分别位于南北纬10°附近。北半球夏季的上升气流要比南半球夏季的上升气流强，同时冬半球的下沉气流比夏半球的下沉气流强。剩余环流还有年际变化和准两年周期振荡特征，在纬向风为西风位相时，赤道地区的上升气流比较弱；而在东风位相时，上升气流和水平方向的输送相对比较强。剩余环流的十年际变化表现为，1979～1983年、1990～1995年、2000～2003年较强，其他年份则较弱。在过去25年，就总的变化趋势而言，剩余环流的上升气流有所增强，平流层下部向中纬度地区的输送也有所增强，环流整体形势是增强的。     

北半球对流层至平流层中部平均环流的分波结构

本文利用约25年的各等压面高度场资料,揭示了对流层中部至平流层中部定常纬向环流和行星波拟合度、振幅和槽脊位相的空间结构及季节变化的若干基本特征。     

低层平流层高低压中心的分布特征

本应用德国自由柏林大学气象研究所的北半球平流层资料，分析了多年各月平均图上的高低压中心，然后统计在各纬带和在各区块上的频数，得到两个主要结果：（１）北半球低层平流高压中心在夏季经常出现于极圈，而低压中心在冬季也经常出现于极圈，连同大规模东西风风系的转换，两形成强烈的反相季变；（２）高压中心在冬季还经常出现于太平洋等地区。这说明地表海陆分布的热力不均匀，在紧贴着对流层低层的平流层里也有所反映。     

北半球平流层中低层纬向风季节转换及转换层特征的分析研究

使用1979～2005年NCEP/NCAR 再分析数据,分析了北半球平流层中低层（300 hPa至10 hPa）纬向风的季节转换规律,并采用二维空间场相似性方法确定了平流层的季节过渡日期。分析表明,平流层大气环流基本为冬夏二元状态,冬夏转换具有突变性;其季节过渡在纬向是接近同步进行的,而在经向则有时间差异,无论是冬夏转换还是夏冬转换高纬都要早于低纬。在平流层中部（10～70 hPa）季节过渡是自上而向下进行的;而在平流层下部（100～200 hPa）季节过渡的上下传递关系则比较复杂,在不同的纬度带有不同的表现。在北半球热带外地区,平流层中部东风期的起止日期与相似性方法计算得到的平流层季节过渡日期之间具有较好的对应关系,在东风期之前和之后往往各存在持续10天左右的零风—弱风期。     

冬半年平流层中部环流的变化及其爆发性增温现象

本文利用1958—1961年冬半年资料对平流层中部的冬季环流作了综合性的研究。讨论了平流层环流分型问题、年际变化问题、平流层环流周期性变化问题以及平流层爆发性增温和环流演变关系问题,得到以下主要结果: 1.冬季平流层环流型式比较简单而且稳定,环流可以分为A,B,C,D,E_1和E_2型(图1—4)。其中A,B型平均周期在20—22天左右,且出现的日数占总的统计日数的四分之三左右。E_1和E_2是环流转变时期的过渡型,平均周期约8—10天。 2.冬季平流层环流年际变化较大,但其变化和对流层环流变化有相当好的对应性。 3.冬季平流层的环流和气温有11天左右的周期性变化。这种周期性变化可能是与平流层的阿留申高压周期性地加强减弱和周期性伸缩有关。对流层环流和温度可能也有11天左右的周期性变化,并和平流层周期性变化相对应。因而这种周期性变化可能是地球大气本身固有的振荡。 4.就固定地区而言,北半球爆发性增温的变温中心常起源阿拉斯加、堪察加、欧洲和大西洋中部四个地区,而爆发性增温经常在西伯利亚东部、欧洲、北美东北部和格陵兰地区出现。就环流系统而言,爆发性增温变温中心常起源于高压的东北和西北二侧,而在平流层急流的外侧发展,在原来冷区或槽区引起爆发性增温。爆发性增温依变温中心移动路径不同,而和     

Stratospheric circulation in seasonal forecasting models: implications for seasonal prediction

Accurate seasonal forecasts rely on the presence of low frequency, predictable signals in the climate system which have a sufficiently well understood and significant impact on the atmospheric circulation. In the Northern European region, signals associated with seasonal scale variability such as ENSO, North Atlantic SST anomalies and the North Atlantic Oscillation have not yet proven sufficient to enable satisfactorily skilful dynamical seasonal forecasts. The winter-time circulations of the stratosphere and troposphere are highly coupled. It is therefore possible that additional seasonal forecasting skill may be gained by including a realistic stratosphere in models. In this study we assess the ability of five seasonal forecasting models to simulate the Northern Hemisphere extra-tropical winter-time stratospheric circulation. Our results show that all of the models have a polar night jet which is too weak and displaced southward compared to re-analysis data. It is shown that the models underestimate the number, magnitude and duration of periods of anomalous stratospheric circulation. Despite the poor representation of the general circulation of the stratosphere, the results indicate that there may be a detectable tropospheric response following anomalous circulation events in the stratosphere. However, the models fail to exhibit any predictability in their forecasts. These results highlight some of the deficiencies of current seasonal forecasting models with a poorly resolved stratosphere. The combination of these results with other recent studies which show a tropospheric response to stratospheric variability, demonstrates a real prospect for improving the skill of seasonal forecasts.     

On the Differences and Climate Impacts of Early and Late Stratospheric Polar Vortex Breakup

The stratospheric polar vortex breakup (SPVB) is an important phenomenon closely related to the seasonal transition of stratospheric circulation. In this paper, 62-year NCEP/NCAR reanalysis data were employed to investigate the distinction between early and late SPVB. The results showed that the anomalous circulation signals extending from the stratosphere to the troposphere were reversed before and after early SPVB, while the stratospheric signals were consistent before and after the onset of late SPVB. Arctic Oscillation (AO) evolution during the life cycle of SPVB also demonstrated that the negative AO signal can propagate downward after early SPVB. Such downward AO signals could be identified in both geopotential height and temperature anomalies. After the AO signal reached the lower troposphere, it influenced the Aleutian Low and Siberian High in the troposphere, leading to a weak winter monsoon and large-scale warming at mid latitudes in Asia. Compared to early SPVB, downward propagation was not evident in late SPVB. The high-latitude tropospheric circulation in the Northern Hemisphere was affected by early SPVB, causing it to enter a summer circulation pattern earlier than in late SPVB years.     

平流层大气对对流层大尺度热力强迫的线性、定常响应

本文采用一个关于大气定常波的16层线性化原始方程三维谱模式,研究了冬季平流层大气对于对流层各种定常大尺度热力强迫的响应。研究结果表明,对流层中的热力强迫作用对于冬季平流层中垂直向上传播的行星定常波的维持有显著的贡献,平流层中强迫扰动的水平结构及其与对流层中扰动的差异与加热场的垂直结构有密切的关系。相对于强度和空间结构相同的强迫源而言,中纬强迫对于平流层的作用比低纬强迫更为显著。     

1979年2月平流层持续性暖平流与阻塞形势的相互联系

本文利用1979年2月的FGGE资料,诊断分析了北半球冬季平流层内持续性暖平流与对流层阻塞形势的相互联系。分析指出:北大西洋平流层持续性暖平流提供了对流层阻塞形势形成、维持的可能机制和引起对流层内持续的暖平流强度随高度减小的形势,通过斜压机制造成北大西洋阻塞高压在对流层内形成和维持。 垂直运动场的分析表明:平流层持续性暖平流作为一种强的引导,从对流层到平流层产生强烈上升运动,在对流层上层和平流层下层高压脊后产生强的辐散,反气旋性涡度使得下游高压脊发展。文中还指出:平流层内暖平流与对流层阻塞高压同时具有持续性、区域性及准静止性的特点。     

Winter season stratospheric circulation in the SAMIL/LASG general circulation model

In this paper, we examine the performance of the 26-level version of the SAMIL/LASG GCM (R42/L26) in simulating the seasonal cycle and perpetual winter mean stratospheric circulation as well as its variability by comparing them with the NCEP/NCAR reanalysis. The results show that the model is capable of reproducing many key features of the climatology and seasonal variation of the stratospheric circulation despite that the model’s mean polar vortex is stronger and more zonally symmetric compared to the obse...