2010年华南前汛期持续性降水异常与准双周振荡

利用中国台站逐日降水资料以及NCEP-DOE逐日再分析资料,分析了2010年华南汛期降水异常的低频特征及大气环流的影响。结果表明,2010年华南汛期降水异常呈显著的低频振荡特征,其中前汛期以10~20天振荡（准双周振荡）为主,后汛期以20~50天振荡（季节内振荡）为主。重点讨论了准双周尺度上前汛期持续性降水异常与中高纬和热带地区大气低频振荡的关系。中高纬地区的低频环流可通过Rossby波能量沿着低频遥相关波列的频散影响华南低频环流的变化。波活动通量分析显示,西西伯利亚作为Rossby波源,其波能量沿着横跨欧亚大陆的低频遥相关波列向我国东部地区频散,引起该地扰动加强,从而引起华南低频环流及垂直运动的变化进而造成华南降水的异常。热带东印度洋的准双周振荡是影响华南前汛期降水的另一低频来源。当赤道东印度洋对流旺盛（抑制）,其上空为强上升（下沉）气流,低层辐合（辐散）高层辐散（辐合）,而华南上空盛行下沉（上升）运动,不利于（有利于）华南降水。来自中高纬和低纬的低频信号的叠加并配合低频水汽输送共同影响了华南环流异常的低频变化,从而引起华南的低频降水异常,有利于华南持续性降水异常的发生。      

2010年华南前汛期持续性降水异常与准双周振荡

利用中国台站逐日降水资料以及NCEP-DOE逐日再分析资料,分析了2010年华南汛期降水异常的低频特征及大气环流的影响。结果表明,2010年华南汛期降水异常呈显著的低频振荡特征,其中前汛期以10~20天振荡(准双周振荡)为主,后汛期以20~50天振荡(季节内振荡)为主。重点讨论了准双周尺度上前汛期持续性降水异常与中高纬和热带地区大气低频振荡的关系。中高纬地区的低频环流可通过Rossby波能量沿着低频遥相关波列的频散影响华南低频环流的变化。波活动通量分析显示,西西伯利亚作为Rossby波源,其波能量沿着横跨欧亚大陆的低频遥相关波列向我国东部地区频散,引起该地扰动加强,从而引起华南低频环流及垂直运动的变化进而造成华南降水的异常。热带东印度洋的准双周振荡是影响华南前汛期降水的另一低频来源。当赤道东印度洋对流旺盛(抑制),其上空为强上升(下沉)气流,低层辐合(辐散)高层辐散(辐合),而华南上空盛行下沉(上升)运动,不利于(有利于)华南降水。来自中高纬和低纬的低频信号的叠加并配合低频水汽输送共同影响了华南环流异常的低频变化,从而引起华南的低频降水异常,有利于华南持续性降水异常的发生。     

冬季北半球平流层季节内振荡与对流层季节内振荡的关系

通过平流层大气ISO与对流层大气ISO的比较分析,发现在中高纬地区平流层大气ISO与对流层大气ISO有着许多相同点.北半球冬半年平流层大气环流主要低频模态也可认为是北极涛动(AO),其空间分布的主要特征为; 高纬度地区与中低纬度地区为反位相变化,北极地区附近具有最大的变化值; 其季节内振荡的正位相对应于AO增强,负位相对应于AO减弱.北半球冬半年平流层100 hPa 和70 hPa 位势高度场的低频遥相关分析表明,北极地区(概指北纬60°N以北)和北半球其他大部分地区呈负相关,北极涛动扮演了非常重要的角色.同时,北半球冬半年平流层的主要低频波列是从欧亚大陆中部到西北太平洋,并且由纬向型低频波列(欧亚大陆-西伯利亚-太平洋)和经向型低频波列(欧亚大陆-北极-太平洋)共同构成.平流层30 hPa 和对流层500 hPa 上经过带通滤波(15～90 d)位势高度场的EOF第一主分量的形势有十分类似的特征,它们对应的时间系数序列有显著的延迟相关关系.因此可以认为,北半球平流层大气ISO的变化要先于对流层大气,在滞后35 d 左右其相关系数达到最大.大气环流模式(SAMIL)的数值模拟试验结果也表明,平流层的低频扰动可以在14 d 之后便在对流层500 hPa上激发出低频响应,其谱峰在30 d 左右.这进一步表明,通过大气季节内振荡,平流层的异常可以影响到对流层.     

2014年夏季长江流域降水季节内振荡的环流分析

基于台站降水观测数据和MERRA-2再分析资料,分析了2014年夏季我国长江流域降水的季节内振荡特征,并从位涡角度重点研究了与之相关的环流演变。结果表明:2014年夏季长江流域降水季节内变率以10~20d的准双周振荡为主。在降水准双周振荡的极端湿位相,受对流层高层随中纬度波列东传的正异常位涡和南亚高压东侧西南向传播的正异常位涡的共同影响,南亚高压呈“马鞍型”分布,在长江流域形成高空辐散环流;在对流层中低层,当中纬度波列的异常气旋向东南传播至长江流域以北时,西太平洋异常反气旋延伸至中国东南沿海,二者共同导致长江流域低空水汽辐合加强;在高、低层环流的共同作用下,长江流域持续性降水显著偏多,形成准双周振荡的极端湿位相;同时,长江以北高空位涡正异常导致其下方冷空气下沉,触发长江流域异常上升运动和南海地区异常下沉运动,该经向垂直环流圈的形成有利于长江流域正异常降水的维持。反之则形成极端干相位。      

华南汛期持续性降水特征及其与30~90 d大气低频振荡的联系北大核心

利用全国756站逐日降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了1961—2011年我国东部汛期持续性降水30~90 d低频变化特征及其与大气低频振荡的联系。结果表明,华南地区降水偏多型是汛期持续性降水低频变化的主导模态。对流层低层位势高度负异常和气旋型环流异常,以及高层略向北偏移的环流异常为华南汛期持续性降水低频变化提供了大尺度形势场。当西太平洋副热带高压脊线维持在22°N附近时,来自孟加拉湾和南海的水汽输送维持了华南地区汛期持续性降水活跃位相,向东北传播的副热带大气低频振荡系统对华南汛期持续性降水具有调制作用。此外,华南汛期降水低频变化还具有南北迁移的经向演变特征。     

中高纬大气环流异常和低纬30～60天低频对流活动对南海夏季风爆发的影响

利用1979-2003年NCAR/NCEP-2再分析全球日平均资料,及1979～2003年全球候平均的CMAP降水和NOAA日平均的向外长波辐射资料,分析了中高纬大气环流异常和低纬30～60天低频对流的活动对南海夏季风爆发迟早的影响.分析结果表明,当5月1～15日期间乌拉尔山及其以西地区对流层出现位势高度负距平(低频气旋)、中纬度大陆为位势高度正距平(低频反气旋)、我国东部沿岸地区为位势高度负距平(低频气旋)、鄂霍次克海地区为位势高度正距平(低频反气旋)时,副热带高压脊较早撤出南海,与此同时,孟加拉湾东部低频对流活跃东传,菲律宾南部周围低频对流发展西移,华南地区低频对流活动南移以及加里曼丹低频对流活跃北移.在这种情况下,南海夏季风爆发偏早.相反,当5月1～15日期间乌拉尔山及其以西地区对流层出现位势高度正距平(低频反气旋)、中纬度大陆为位势高度负距平(低频气旋)、我国东部沿岸地区为位势高度正距平(低频反气旋)、鄂霍次克海地区为位势高度负距平(低频气旋)时,副热带高压脊撤出南海较迟; 与此同时,孟加拉湾东部低频对流不活跃、东传晚,菲律宾南部周围低频对流不活跃、其西移与孟加拉湾东部低频对流的东传反位相,华南地区低频对流活动也不活跃,加里曼丹低频对流较弱.在这种情况下,南海夏季风爆发偏迟.     

青藏高原上空大气低频波的振荡及其经向传播

本文得出的初步结论是:在青藏高原所在的经度范围内,从低纬到高纬的各纬带上,大气低频波存在30—40天的周期振荡现象.500 hPa等压面上,青藏高原地区生成的气旋、反气旋切变可以向南、向北传播到低纬、高纬地区.200 hPa等压面上,中纬度地区生成的气旋、反气旋切变也可以向南、向北传播到低纬、高纬地区.对流层中层,青藏高原是大气低频波振荡源地,可能与青藏高原的热力、动力作用有关;对流层上层中纬度地区是大气低频波的振荡源地,可能是西风急流的作用. 由于大气低频波的振荡和传播与低值系统有关,与急流相联系,因而具有现实的预报意义.     

中国降水准2年主振荡模态与全球500 hPa环流联系的年代际变化

用近51年(1951～2001年)观测资料,研究太平洋年代际振荡(PDO)冷暖位相中国降水量准2年主振荡型传播特征的差异,并讨论对应的全球500 hPa环流低频波列传播途径的变化及可能原因.同时提出年际振荡强度不稳定指数,讨论了中国降水和全球500 hPa高度准2年周期振荡(QBO)强度时间不稳定的空间分布.通过主振荡型分析(POP)发现,在PDO冷位相(1951～1976年),准2年时间尺度的中国降水POP1的主要活动区域在长江中游地区,对应的500 hPa低频场是大西洋欧亚波列(AEU)和西大西洋遥相关型(WA)以及南太平洋副热带波列(SSP);在PDO暖位相(1977～2001年),POP1的活动区域迅速北移并扩大到整个长江和淮河流域,对应的500 hPa低频场变为欧亚太平洋-南印度洋-南北大西洋波列(EUP-SI-SNA).因此,PDO冷暖位相中影响中国降水准2年主振荡模态的低频波列的传播途径和强度存在显著差异,PDO对中国降水量准2年主振荡型主要模态(POP1)及其伴随的全球500 hPa环流低频波列活动区域的时间变化有重要调制作用,与两个半球中纬度西风气流强度的年代际变化密切相关.由振荡强度时间变化指数分析表明,中国降水QBO强度不稳定区域位于长江中游、长江下游、浙江东部、广东东部、华北地区和青藏高原东北侧附近地区,这些地区降水QBO的强度随PDO位相转变而发生显著的年代际突变.对于全球500 hPa高度,其QBO强度不稳定区域在南太平洋中高纬度、副热带南北大西洋地区和亚洲、北太平洋、北美大陆中高纬度地区、北半球副热带西太平洋地区以及南北半球热带和副热带东太平洋地区,表现为对于赤道的非对称空间分布,特别是南北太平洋热带和副热带地区500hPa环流QBO强度在年代际时间尺度上呈现正负反向变化的空间结构,而且南北极附近地区的QBO强度在PDO暖位相显著增强,反映了全球大气环流QBO强度与PDO相互作用的空间特征.     

夏季青藏高原大气热源准双周振荡及其传播途径

采用1979—2017年NCEP/NCAR逐日再分析资料估算大气热源,研究夏季青藏高原大气热源准双周振荡(Quasi-BiWeekly Oscillation,QBWO)的特征及传播途径。结果表明:青藏高原及其周边的大气热源QBWO的前两个主模态,即荷载中心在高原东南部的全区一致型和高原东南-西北反位相变化的偶极型,呈现了高原夏季大气热源QBWO自东向西传播过程中所处的两种不同状态。这主要是由于在中纬度地区对流层中上层,低频大气环流的活动表现为大的异常气旋和反气旋环流从我国东北经青藏高原至西亚的自东向西的传播,当移近高原时迅速增强,当西移离开高原时明显减弱。在此过程中,青藏高原及其周边、孟加拉湾以及印度半岛等地区的降水都发生了异常变化。     

梅雨准双周振荡的年际变化及其前期强信号分析

利用1954—2005年中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了江淮梅雨准双周振荡的年际变化,并讨论了异常年的海气背景特征。将滤波后的每个降水周期划分为8个位相,其中第3位相对应准双周降水正距平最大,而第7位相对应准双周降水负距平最大,在此基础上的诊断结果表明：1）振荡强弱偏差场,在梅雨降水偏多的第3位相,低层大气中类似Rossby波列从南海经日本海、鄂霍次克海和阿留申群岛延伸至阿拉斯加地区,其中南海上空的反气旋和日本上空的气旋相互配合,造成冷暖空气在江淮地区交汇,有利于准双周降水正距平的产生。在降水偏少的第7位相,波列位相基本反向,传播路径偏南。2）第3位相时高层环流显示,鄂霍次克海地区高度场正异常明显,和我国东北地区的负距平共同作用为梅雨降水提供了足够的干冷空气。第7位相分布相反。3）前期3月至同期的黑潮及其延伸区海表温度和梅雨的准双周振荡强强度之间呈很好的正相关关系。黑潮及其延伸区持续的正海温异常,通过影响西太平洋副热带高压的位置和强度的变化,进而增强梅雨降水的准双周振荡     

Intraseasonal variations of the Yangtze rainfall and its related atmospheric circulation features during the 1991 summer

The intraseasonal variations of the Yangtze rainfall over eastern China and its related atmospheric circulation characteristics during the 1991 summer are examined based on the gauge-observed rainfall and the NCEP/NCAR reanalysis data. Wavelet analysis shows that during the 1991 summer, the active and break sequences of rainfall over the middle and lower Yangtze Basin are mainly regulated by an oscillatory mode with a period of 15–35 days. An investigation of the circulation features suggests that the 15–35-day oscillation is associated with an anomalous low-level cyclone (anticyclone) appearing alternatively over the northern South China Sea (SCS) and the Philippine Sea, and related to a northeastward (southwestward) shift of the western Pacific subtropical anticyclone over the SCS, leading to a lower tropospheric divergence (convergence) over the Yangtze Basin. In the upper troposphere, the 15–35-day oscillation exhibits a dipole anomaly characterized by an anomalous cyclone (anticyclone) over eastern China and an anomalous anticyclone (cyclone) over the northern Tibetan Plateau, resulting in a southwestward shrinking (northeastward extending) of the South Asian anticyclone, and forming a convergence (divergence) over eastern China. Such a coupled anomalous flow pattern between the lower and upper troposphere favors large-scale descending (ascending) motion, and hence reduced (enhanced) rainfall over the Yangtze Basin. Dynamically, the intraseasonal variations in the Yangtze rainfall are mainly determined by the coupling between the low-level relative vorticity and the upper-level divergence. In the middle troposphere, the 15–35-day oscillation of the subtropical high is originated over the central North Pacific north of Hawaii, then propagates westward to the SCS-Philippine Sea, and finally modulates the intraseasonal variations of the Yangtze rainfall.     

1991年江淮梅雨与副热带高压的低频振荡

利用NCEP/NCAR再分析资料和观测的台站降水资料研究了1991年梅雨期间江淮洪涝区降水的季节内振荡及其环流特征,着重考察了不同层次副热带高压的低频变化与降水的关系。小波分析表明1991年江淮梅雨期间降水低频振荡的主周期是15~35 d。在低空,15~35 d振荡以异常反气旋(气旋)的形式在中国东南沿海地区交替出现,调控着西太平洋副热带高压进入(退出)南海。低空的这种低频环流型与高空的偶极型涡旋对相耦合,偶极型涡旋对使得南亚高压东伸(西退),形成有利(不利)江淮流域降水的环流形势。江淮流域降水的低频振荡与500hPa北太平洋副热带高压的低频变化及其传播密切相关。当北太平洋西部的位势高度偏高、中部位势高度偏低时,江淮流域降水偏多;反之偏少。这种低频振荡可能起源于北太平洋中部夏威夷群岛附近,然后沿着副热带高压脊线附近向西传播到中国东南沿海。     

中亚和南亚热力差异对塔里木盆地夏季降水的影响

利用美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均资料和新疆83站降水资料,分析了1961~2010年南亚和中亚对流层中低层热力差异对塔里木盆地夏季降水的可能影响机制。研究结果表明,塔里木盆地夏季降水与中亚和南亚对流层中低层温度密切相关。当南亚对流层中低层偏暖,中亚偏冷时,500 h Pa中亚上空和蒙古上空分别为异常气旋和反气旋环流,在二者共同作用下,塔里木盆地上空盛行异常的偏南气流,有利于低纬海洋的暖湿气流北上,形成有利于降水的环流条件。同时阿拉伯海上空为异常反气旋环流,中亚上空为异常气旋环流,形成塔里木盆地夏季降水水汽的两步型输送,阿拉伯海水汽被输送至中亚和新疆地区。中亚对流层中低层温度变化主要影响500 h Pa环流,南亚对流层中低层温度变化在低纬水汽向北输送过程中扮演主要角色。青藏高原夏季风偏强时,600 h Pa高原北侧对应异常反气旋环流,异常偏北风引导高纬度冷空气南下,导致中亚区域对流层中低层偏冷,而南亚对流层中低层偏暖则与热带印度洋显著增暖密切相关。     

青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡特征

利用1979—2019年ECMWF提供的ERA-Interim逐日再分析资料,采用Morlet小波分析、滤波及合成分析等方法,探究了青藏高原夏季对流层高层纬向风季节内振荡（IntraSeasonal Oscillation,ISO）的主要周期及其传播特征。结果表明：青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡的主要周期为10～30 d,其强度存在明显的年际差异。在纬向风ISO强年,振荡过程持续时间长、振幅强,ISO方差中心从对流层高层向下影响到对流层中层,表现为相当正压结构。其传播在纬向上主要表现为ISO中心从高原东部3次向东传,可达西太平洋地区;经向上分别有4次自中高纬向南传播的10～30 d ISO中心与来自低纬地区的ISO中心在高原南侧汇合,其强度在高原南侧有所加强,强振荡中心可向南传播到达低纬地区。ISO的位相演变主要表现为低频反气旋和低频气旋中心在高原东部交替出现,引起东部地区上空低频东风和低频西风的强度变化。在ISO极端活跃位相,高原东部低频西风达最强。     

长江三角洲梅汛期降水与大气环流季节内演变的关系及延伸期预报

基于1981—2020年长江三角洲(简称长三角)地区62个国家基本气象站的逐日降水量资料及NCEP/NCAR全球大气逐日再分析资料,分析了长三角地区梅汛期降水与前期大气环流季节内协同演变的关系,在此基础上利用改进的时空投影方法(STPM)构建了针对该地区梅汛期降水的延伸期预报模型.结果表明:(1)长三角地区梅汛期降水存...     

青藏高原地区5月热力差异和后期夏季北疆降水的联系

基于美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均资料和新疆70站降水资料,分析了1961~2010年5月青藏高原地区地表热力异常差异和新疆夏季降水的联系。奇异值分解(SVD)分析发现,当5月青藏高原视热源偏弱,高原西北部地区偏强时,北疆夏季降水偏多。定义了一个热力差异指数来表征两个区域热力异常的对比程度,发现考虑这种大尺度热力差异对比要比单一地区与区域气候有更为密切的联系。当热力差异指数为负时,即5月青藏高原视热源偏弱,其西北部视热源偏强时:(1)西亚副热带西风急流位置偏南;(2)500 h Pa中亚上空和贝加尔湖上空分别对应异常气旋和反气旋环流,在二者共同作用下,北疆上空盛行异常的偏南气流,有利于低纬度的暖湿气流北上,形成有利于降水的环流形势;(3)印度半岛上空为异常反气旋环流,中亚上空为异常气旋环流,形成北疆夏季降水水汽的两步型输送,阿拉伯海水汽被输送至中亚和新疆地区。偏相关分析发现,青藏高原热力异常主要影响对流层中高层大气环流和水汽输送的第二步环流条件,高原西北部热力异常则影响水汽输送的第一步环流条件。     

Impact of Indian summer monsoon on the South Asian High and its influence on summer rainfall over China

By using the monthly ERA-40 reanalysis data and observed rainfall data, we investigated the effect of the Indian summer monsoon (ISM) on the South Asian High (SAH) at 200 hPa, and the role played by the SAH in summer rainfall variation over China. It is found that in the interannual timescale the east–west shift is a prominent feature of the SAH, with its center either over the Iranian Plateau or over the Tibetan Plateau. When the ISM is stronger (weaker) than normal, the SAH shifts westward (eastward) to the Iranian Plateau (Tibetan Plateau). The east–west position of SAH has close relation to the summer rainfall over China. A westward (eastward) location of SAH corresponds to less (more) rainfall in the Yangtze-Huai River Valley and more (less) rainfall in North China and South China. A possible physical process that the ISM affects the summer rainfall over China via the SAH is proposed. A stronger (weaker) ISM associated with more (less) rainfall over India corresponds to more (less) condensation heat release and anomalous heating (cooling) in the upper troposphere over the northern Indian peninsula. The anomalous heating (cooling) stimulates positive (negative) height anomalies to its northwest and negative (positive) height anomalies to its northeast in the upper troposphere, causing a westward (eastward) shift of the SAH with its center over the Iranian Plateau (Tibetan Plateau). As a result, an anomalous cyclone (anticyclone) is formed over the eastern Tibetan Plateau and eastern China in the upper troposphere. The anomalous vertical motions in association with the circulation anomalies are responsible for the rainfall anomalies over China. Our present study reveals that the SAH may play an important role in the effect of ISM on the East Asian summer monsoon.     

Boreal winter rainfall anomaly over the tropical indo-pacific and its effect on northern hemisphere atmospheric circulation in CMIP5 models

Experimental outputs of 11 Atmospheric Model Intercomparison Project （AMIP） models from phase 5 of the Coupled Model Intercomparison Project （CMIP5） are analyzed to assess the atmospheric circulation anomaly over Northern Hemisphere induced by the anomalous rainfall over tropical Pacific and Indian Ocean during boreal winter.The analysis shows that the main features of the interannual variation of tropical rainfall anomalies,especially over the Central Pacific （CP） （5°S-5°N,175°E-135°W） and Indo-western Pacific （IWP） （20°S-20°N,110°-150°E） are well captured in all the CMIP5/AMIP models.For the IWP and western Indian Ocean （WIO） （10°S-10°N,45°-75°E）,the anomalous rainfall is weaker in the 11 CMIP5/AMIP models than in the observation.During El Ni（n）o/La Ni（n）a mature phases in boreal winter,consistent with observations,there are geopotential height anomalies known as the Pacific North American （PNA） pattern and Indo-western Pacific and East Asia （IWPEA） pattern in the upper troposphere,and the northwestern Pacific anticyclone （cyclone） （NWPA） in the lower troposphere in the models.Comparison between the models and observations shows that the ability to simulate the PNA and NWPA pattern depends on the ability to simulate the anomalous rainfall over the CP,while the ability to simulate the IWPEA pattern is related to the ability to simulate the rainfall anomaly in the IWP and WIO,as the SST anomaly is same in AMIP experiments.It is found that the tropical rainfall anomaly is important in modeling the impact of the tropical Indo-Pacific Ocean on the extratropical atmospheric circulation anomaly.     

Contrasts of Atmospheric Circulation and Associated Tropical Convection between Huaihe River Valley and Yangtze River Valley Mei-yu Flooding

The significant differences of atmospheric circulation between flooding in the Huaihe and Yangtze River valleys during early mei-yu(i.e.,the East Asian rainy season in June) and the related tropical convection were investigated.During the both flooding cases,although the geopotential height anomalies always exhibit equivalent barotropic structures in middle to high latitudes at middle and upper troposphere,the phase of the Rossby wave train is different over Eurasian continent.During flooding in the Huaihe River valley,only one single blocking anticyclone is located over Baikal Lake.In contrast,during flooding in the Yangtze River valley,there are two blocking anticyclones.One is over the Ural Mountains and the other is over Northeast Asia.In the lower troposphere a positive geopotential height anomaly is located at the western ridge of subtropical anticyclone over Western Pacific(SAWP) in both flooding cases,but the location of the height anomaly is much farther north and west during the Huaihe River mei-yu flooding.Furthermore,abnormal rainfall in the Huaihe River valley and the regions north of it in China is closely linked with the latent heating anomaly over the Arabian Sea and Indian peninsula.However,the rainfall in the Yangtze River valley and the regions to its south in China is strongly related to the convection over the western tropical Pacific.Numerical experiments demonstrated that the enhanced latent heating over the Arabian Sea and Indian peninsula causes water vapor convergence in the region south of Tibetan Plateau and in the Huaihe River valley extending to Japan Sea with enhanced precipitation;and vapor divergence over the Yangtze River valley and the regions to its south with deficient precipitation.While the weakened convection in the tropical West Pacific results in moisture converging over the Yangtze River and the region to its south,along with abundant rainfall.