低纬度涛动——全球热带的甚低频振荡现象

本文在论证所谓“北方涛动”存在性的基础上,分析了这一现象与经典的“南方涛动”的关系和它们的性质,提出了”低纬度涛动”的概念。 研究发现,这两类振荡在低频域内具有相同的振荡频率,处于同一振荡系统内。实质上反映了印度洋和太平洋低纬地区三个主要活动中心——赤道低压和南、北太平洋副热带高压的年际变化之间的联系。 这个振荡系统,在气压场上表现为,横跨赤道南北各约30个纬距的东西向的“跷跷板”(seesaw)现象,且有以赤道为界的两个分量,即南方涛动和北方涛动。在温度、湿度场和低层大气稳定度场上,主要表现为热带太平洋上高温、高湿和强不稳定与低温,低湿和弱不稳定的交替出现;在云量场上表现为主要对流区的东西向位移;在海面温度场上为赤道太平洋增暖和降温的交替出现。它们之间通过热力和动力过程耦合起来,组成了全球热带海洋大气系统的振荡,这是低纬度大气环流年际变化的一个基本特征,我们称它为“低纬度涛动”。 分析表明,它的振荡周期平均约为40个月。为区别于40—60天的热带低频振荡,这一年际尺度的振荡可称为“甚低频振荡”。 作者用全球热带海平面气压第一特征向量的时间系数定义“低纬度涛动指数”,它能客观地同时描写气压场上振荡的两个分量,以及温度、湿度、云量和低层大气稳定度等的甚低频振荡特征。     

北方涛动同北半球温带大气环流的遥相关(一)——基本结构

本文利用1951—1980年逐季的平均值资料(共120个季)讨论了北方涛动和与其相联系的北太平洋海温与北半球海平面气压场、500hPa位势高度场遥相关的基本结构,并与南方涛动和赤道东太平洋海温的结果进行了对比分析.发现北太平洋Namias海区和加利福尼亚海流区海温的变化与北方涛动具有很密切的联系;北方涛动和这两个海区的海温同北半球中高纬度大气环流特别是PNA型和NAO型环流异常存在明显的遥相关关系;南方涛动和赤道太平洋海温同WP型或NPO型环流异常关系比较密切,而与PNA型和NAO型的关系不如北方涛动和Namias海区及加利福尼亚海流区海温的显著.     

赤道太平洋高低频纬向环流差异及其物理机制

利用1982—2017年欧洲中期天气预报中心再分析资料和美国国家大气海洋管理局的观测资料,分析了赤道太平洋高、低频海平面气压距平场的特征及差异,并通过诊断赤道太平洋海-气耦合的时间尺度,探讨了导致赤道太平洋高、低频纬向环流差异的原因。结果表明,南方涛动海平面气压东西跷跷板耦合现象只是在低频场中才存在,在高频场中并不存在。低频场上,主要受到热带最明显的年际信号(ENSO)的调控,海平面气压场和海表温度场呈现出东西振荡型。相比而言,在高频场上由于时间短,海、气异常还没有发生较好的耦合,气压场和风场呈现出全海域一致型。高频纬向环流与热带季节内振荡（MJO）紧密联系,具有明显的东传特征,传播速度大约为5 m/s,其变率方差的34%可以由MJO线性解释。相干谱分析表明海-气耦合具有时间依赖性,南方涛动通常只在20候以上的时间尺度才能存在,这与赤道海洋开尔文波横穿太平洋时间相当。      

北方涛动同北半球温带大气环流的遥相关(二)——季节变化

在以前工作的基础上,本文进一步分析了各个季节北方涛动和与其相联系的北太平洋海温同北半球温带大气环流遥相关的特征,并与南方涛动和赤道太平洋海温的结果进行了比较,发现它们同北半球温带大气环流的遥相关,不仅具有很强的地区性,而且具有明显的季节变化。 冬季,北方涛动和北太平洋海温与PNA型相关非常明显,且比南方涛动和赤道太平洋海温的更密切。除PNA型外,北方涛动还同500hPa高度的亚洲-北美(ANA)流型有联系。 夏季,PNA遥相关型的表现仍然非常清楚,但位置较冬季偏酉和偏北,并在北美西海岸具有特殊的分叉现象。     

大气环流的年代际变化I.观测资料的分析

利用多种资料分析研究了大气环流(包括几个主要大气涛动、一些主要大气环流系统)的时间变化特征.结果清楚地表明大气环流,无论是热带大气还是中高纬度的大气环流,存在着显著的年代际变化特征,主要为10～20年准周期振荡和30多年准周期振荡.北大西洋涛动(NAO)和北太平洋涛动(NPO)的10～20年准周期振荡有近乎同位相特征,而它们的30多年准周期振荡却有近乎反位相变化.西太平洋副高强度与北美大槽强度的变化在10～20年时间尺度既有同位相情况也有反位相情况;但在30多年时间尺度却是基本同位相的.西太平洋副高强度与东亚大槽强度变化在30多年时间尺度也是基本同位相的,且副高变化超前约5～7年.     

大气的遥相关现象

大气中的遥相关现象是指空间距离相隔数千公里以上的两个地点气象要素之间存在显著的相关性。用以分析遥相关的气象要素有海平面气压、降水、气温和等压面位势高度等。半世纪初发现的三大涛动:南方涛动(SO)、北太平洋涛动(NPO)和北太西洋涛动(NAO)都是典型的遥相关现象。美国气象工作者发现的与美冷冬相联系的太平洋/北美环流型(PNA)是另一个典型的遥相关现象。它反映了东太平洋槽和北美东岸槽与加拿大西部脊之间的关联。我国天气     

南方涛动与赤道太平洋海温和信风的耦合振荡

本文采用多维谱分析方法，用南方涛动指数与赤道东太平洋海温、信风指数分别进行计算分析，从中揭露了南方涛动和赤道太平洋海温的耦合振荡过程。它们的变化不仅基本上是反位相，而且存在着明显的时间差异。此外，本文还分析了南方涛动与信风的相关性。     

北极涛动对ENSO影响的研究进展

北极涛动(AO)是北半球中高纬地区大气环流年际变率的第一主导模态,厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)则是热带太平洋地区年际变化的最强信号。这两个气候系统对全球大范围的天气和气候都能产生显著的影响。总结了近年来关于AO影响ENSO的最新研究进展,试图促进对中高纬度大气系统影响热带系统物理过程的理解。研究表明,春季AO对随后冬季ENSO的爆发存在显著的影响,其中北太平洋中纬度地区的天气尺度波与平均流之间的相互作用及其相关的涡度输送对赤道西太平洋异常西风的形成起着重要的作用。在年代际时间尺度上,研究发现,春季AO对随后冬季ENSO的影响在20世纪70年代初发生了一次显著的年代际变化,该年代际变化与北太平洋地区风暴轴强度的年代际变化紧密相联。研究还揭示了春季AO对ENSO影响的不对称性,即只有当春季AO处于正位相时,才能对随后冬季赤道中东太平洋海温产生显著影响。研究发现春季AO位相变化对前冬NPO与后一个冬季ENSO之间的关系具有显著的调制作用。此外,研究还发现,除春季AO外,11月AO对随后春季和夏季赤道中东太平洋海温也存在显著的影响,这主要和北太平洋地区风暴轴气候态强度的年循环有关。     

第三讲 OLR对低频振荡及ENSO过程的分析应用

热带大气运动有明显的时空尺度特征,其中的低频范围(>20天)以40—50天振荡及ENSO(厄尔尼诺/南方涛动)最为显著。40—50天的低频振荡最早由Madden和Julian提出。他们根据坎顿岛的探空及地面气压场资料,用谱分析的方法发现热带大气的风场和气压场的变化有明显的40—50天周     

大气能量传播及不同纬度间大气相互作用的研究进展北大核心CSCD

早期的理论分析认为大气中临界纬度的存在使得热带-热带外的大气活动互不影响。然而,大量的观测事实表明中低纬度大气运动存在着明显的动力联系。为了帮助人们更好地理解大气中的遥相关现象,在大量文献的基础上,综述了几种波能量传播理论:(1)大圆理论指出了罗斯贝波在球形大气中的传播特征;(2)西风通道理论发现了中纬度瞬变扰动越赤道传播的"走廊";(3)能量堆积-波列发射理论揭示了热带扰动影响到更高纬度大气活动的可能过程;(4)赤道波侧向膨胀理论则利用转折纬度的概念更进一步解释了这种中低纬度大气相互作用的物理机制;(5)经向基本流理论则认为在一定的条件下定常波可以穿过热带东风带传播到另一半球。此外,文中还回顾了在波-流相互作用诊断方面的研究进展,尤其是关于罗斯贝波、惯性重力波和赤道开尔文波。大气能量的经向传播具有显著的年变化和年际变化,这与ENSO、西风急流、大洋中部槽等的变化密切相关。     

STUDY ON THE GENESIS OF ASYMMETRICAL DISTRIBUTION CHARACTERISTICS OF PRECIPITATION ASSOCIATED WITH THE TYPHOON HAITANG (2005) FROM THE VIEW OF ATMOSPHERIC FACTOR

The distribution of precipitation field from the typhoon Haitang (2005) during its landing on Fujian province shows obvious asymmetric feature. Based on the NCEP/NCAR FNL (Final Analysis) data, this study reveals the contributions of atmospheric factor to the asymmetrical distribution characteristics of precipitation associated with the typhoon, through the analysis of water vapor condition, vertical ascending motion condition, the calculation of the dry Q vector and its decomposition, and adiabatic heating in the air column of 1000hPa -600hPa (lower atmosphere) and 500hPa-100hPa (upper atmosphere). The results are as follows: (1) In the lower atmosphere, the humidity on both sides of typhoon path can be equivalent, while it is more wet on the right side than left in the upper atmosphere, which obviously presents asymmetric distribution characteristics. (2) Both range and intensity of the vertical motion on the right side are wider and stronger than counterparts on the left side no matter in the lower or upper atmosphere. (3) In the upper atmosphere, forcing role of atmosphere in vertical upward motion on the right side of typhoon path is the same as that on the left, while it is significantly different in the lower atmosphere, which is significantly broader in scope and stronger in the intensity, along with obvious asymmetric distribution characteristics. In addition, the further analysis of the Q vector decomposition indicates that the forcing effect of mesoscale weather systems on vertical upward motion is stronger than that of large scale weather systems in the lower atmosphere. (4) The adiabatic heating always exists on both lower and upper atmosphere, and the range and intensity of the adiabatic heating forcing showed asymmetric distribution on both lower and upper atmosphere. (5) In a summary, the upper atmosphere humidity conditions, the forcing role of lower atmosphere in vertical upward motion, especially, to mesoscale weather system, and adiabatic heating in the lower atmosphere, all show similar asymmetric distribution characteristics to that of precipitation field from the typhoon Haitang (2005), that is to say, the atmospheric factors as mentioned above are all contributed to genesis of the asymmetric distribution characteristics of precipitation.     

时间平均流场对风场振动的优势选择作用

本文根据谐谱展开的水平动量方程，在一定的假设下导出了集时间平均场的涡、散性质于一体的诊断关系式——大气振动频率的优势选择判据，并据此讨论了基本?场的水平不均匀对大气振动的影响。通过这个关系式，利用１９８２年ＥＣＭ?ＷＦ资料对优势频率进行了计算，给出了对流层高、中、低各层的全球分布。?从而指出在实际大气中存在着基本场对某频率上的振动有选择放大作用。     

臭氧对夏季大气环流影响的数值模拟

利用球带ｐ－σ坐标系模式，模拟了臭氧对夏季大气环流的作用，结果表明，臭氧作用引入模式后，大气高压环流特征得到显著改善，臭氧使高层大气的加热率增大；对低层大气，虽然臭氧的加热作用很小，但可通过改变其他加热场分量的分布和量值，从而改变总加热率，使低层大气环流同样发生变化。     

Advances in studies of the middle and upper atmosphere and their coupling with the lower atmosphere

Recent advances in studies of the middle and upper atmosphere and their coupling with the lower atmosphere in China are briefly reviewed. This review emphasizes four aspects: (1) Development of instrumentation for middle and upper atmosphere observation; (2) Analyses and observation of middle and upper atmosphere; (3) Theoretical and modeling studies of planetary wave and gravity wave activities in the middle atmosphere and their relation to lower atmospheric processes; (4) Study on the coupling between the stratosphere and the troposphere.     

西北太平洋夏季风的变化对台风生成的影响

研究了西北太平洋夏季风特征及其季风槽结构对台风生成的影响。当西北太平洋季风槽增强并向东扩展使季风加强时,西北太平洋的风速垂直切变、高低空辐散风、湿度和海温等都对台风的生成产生有利的影响,台风数明显比季风槽弱时多。而且对台风生成的位置也有很大的影响,即季风槽强时,台风的生成位置偏东,季风槽弱时台风的位置偏西。这表明西北太平洋夏季风主要是通过季风槽活动影响台风的生成。而夏季风的强弱对台风也有影响,在西北太平洋夏季风的活跃阶段,西北太平洋夏季风强时,台风生成的比较多,夏季风中断时台风生成的比较少。西北太平洋夏季风通过季风的季节内振荡对西北太平洋台风也有显著的影响。季节内振荡对台风生成的影响主要以30—60 d振荡为主。在这种低频振荡对流活动的湿位相时期台风生成个数明显多,干位相时期台风生成的少。而且低频振荡的西风位相也有利于台风生成,在东风位相时生成的台风少。另外,还研究了多台风期西北太平洋夏季的特征(群发性),发现在这些时期,存在强的季风槽,弱的垂直切变与充足的水汽供应。这表明西北太平洋台风时空的群发性与夏季风活动的异常密切相关。     

ANALYSIS ON EFFECT OF SOUTH ASIA HIGH ON MID-SUMMER EXTREME DROUGHT AND FLOOD IN SICHUAN-CHONGQING REGION

NCEP/NCAR data are utilized to analyze an extreme flood year （1998） and an extreme dry year （2006） in the Sichuan-Chongqing region （SCR） and the results are as follows. The positive divergence of South Asia High （SAH） is stronger in the flood year; the position of the ridge line of SAH is southward compared with the annual average; Western Pacific Subtropical High （WPSH） extends westward and its ridge line is southward. In the drought year, the positive divergence of SAH is weaker, its ridge line is northward, and the position of WPSH is also northward. As shown in the dynamics, in drought （flood） years, negative （positive） vorticity advection in the upper atmosphere can cause the atmosphere to ascend （descend）, and anomalous circulation of SAH displays divergence （convergence）, and anomalous circulation of the lower atmosphere shows convergence （divergence）. Thermal structure of the atmosphere shows that there is warm （cold） temperature advection in the lower atmosphere, and the vertical distribution of diabetic heating causes SAH＇s local circulation to display convergence （divergence） and affects vertical motion of the lower atmosphere circulation eventually. To some extent, the two extreme years in the SCR is closely related to the vertical motion of atmosphere circulation and the variation of such vertical motion is caused by differences of interactions between SAH and lower atmosphere circulations.     

热带和中高纬地区季节内振荡的特征及其动力学诊断

使用5年低阶全球谱模式资料,对中高纬大气和热带大气季节内振荡的动力学性质和传播特征进行了诊断研究。分析发现模式再现了大气中季节内振荡在热带和中高纬地区的传播特性以及它们之间的差异。热带大气30—60天振荡在速度势场上表现为纬向—波结构和行波特性,而在散度风场上反映了赤道西太平洋—印度洋东西向偶极子型的振荡。中高纬大气30—60天振荡表现为定常波位相和振幅的变化,即波包络的传播特征。它与中高纬地区遥相关型的转换有关,通过遥相关位相和振幅的变化,不仅完成了热带和中高纬地区之间以及热带不同区域之间的能量输送,而且通过这种能量输送过程把南、北半球中高纬地区季节内振荡联系起来。      

1981-1982年冬半年大气行星波的传播特征

利用ECMWF15天平均资料计算了定常波的EP通量以及波动动能和有效位能的三维分布。发现了大气中某些新的遥相关型,特别是从中纬度传播到热带地区的波列在那里发生路径转向和透射的现象。指出对流层低层向上传播的有效位能可能对维持高空定常波有一定作用。同时讨论了大气中的三维遥相关特征。     

中南半岛末次西南季风潮前后低纬环流及其结构的变化

本文利用1974—1982年中南半岛地区近40个测站的各层资料,通过水平环流、散度场和温度场剖面图,讨论了中南半岛地区最后一次季风潮前后低纬高低空环流形势及大气结构。结果表明:末次季风潮前后低纬高低空环流,经圈环流及大气结构均发生了较明显的变化,标志着西南季风即将撤出中南半岛地区。      

STUDY ON DYNAMICS OF TROPICAL CISK-ROSSBY WAVES AND MECHANISM OF 30-50 DAY OSCILLATIONS

To add to the growing mature research on the tropical 30-50 day oscillations from a new prospective, the current work bases on dynamic analysis of baroclinic quasi-geostrophic models to discuss dynamic mechanisms for the generation and propagation of CISK-Rossby waves, and to understand restraints and effects of different wave structures and thermodynamic forcing on the 30-50 day oscillations in the tropical atmosphere. Some important properties of the oscillation propagation have been explained and, in detail, with respect to its meridional propagation and vertical “baroclinic” structure. The work has come up with some new opinions and viewpoints. New opinions about the propagation and energy dispersion are to be proved by more observations and study.