平流层爆发性增温期间行星波的活动

利用逐日的NCEP再分析资料分析了1978～2004年期间发生的18次强爆发性增温时平流层中下层行星波1波和2波的异常以及极涡崩溃的形式.分析表明, 爆发性增温前期1波都异常增幅, 波振幅达到峰值之后的一段时间内发生爆发性增温, 然而在增温过程中行星波2波的变化却有明显不同, 可分为三种情况: (1) 在增温前期, 行星波2波很弱; 在增温期间, 行星波2波异常发展, 伴随着极涡崩溃的形式是由偏心型向偶极型过渡. (2) 在增温前期, 行星波2波较强; 在增温期间, 行星波2波明显减弱, 极涡的变化形式是远离极地, 在极地外围活动, 但不发生分裂.(3) 在增温前期, 行星波2波不太强; 在增温期间, 行星波2波有所发展, 但始终强不过1波, 极涡的变化是先偏离极地, 然后发生不对称的变形.作者还计算和分析了EP通量及其散度, 利用波流相互作用理论对这三种行星波的异常变化及其与爆发性增温的关系进行解释.     

2004年与2006年7~9月西北太平洋上空大尺度环流场与天气尺度波动的差别及其对热带气旋生成的影响

2004年和2006年是西北太平洋热带气旋(TC)活动具有明显差别的两年,2004年TC的生成位置主要位于西北太平洋的中东部上空,而2006年的TC主要生成在西北太平洋西部与中国南海.本文利用JTWC(Joint Typhoon Warning Center)热带气旋最佳路径数据、NCEP-DOE AMIP-II再分析资料和NOAA的OLR资料分析并比较了2004年与2006年7~9月西北太平洋上空大尺度环境要素场及天气尺度波动对TC生成的作用.分析结果表明:2004年7~9月与2006年7~9月西北太平洋上空季风槽的平均位置没有明显的区别,但是形态有着显著的差异.2004年季风槽的槽线不明显,在西北太平洋中部呈现一显著的气旋式环流;而2006年季风槽的槽线非常明显,槽线南北两侧呈现平直的水平气流,具有明显的水平切变特征.2004年和2006年对流层低层的相对涡度、高层辐散和垂直风切变具有明显的纬向分布差异,这是这两年TC生成的位置具有明显差异的重要原因之 一.并且,本文还分析对比了2004年以及2006年7~9月西北太平洋上空3~8 d周期的天气尺度波动的活 动,其结果表明:2004年和2006年TC的生成大多数与天气尺度波列的活动有关.2004年的天气尺度波列强度比较强,其活动的位置位于西北太平洋中、东侧上空;而2006年西北太平洋上空的天气尺度波列相对较弱,主要活动于中国南海和西北太平洋西部.纬向基本气流的切变与辐合所引起的瞬变扰动动能倾向的水平分布差异是天气尺度波动活动具有以上差异的重要原因.因此,西北太平洋大尺度环境场与天气尺度波动活动的区别共同造成了2004年7~9月的TC生成位置偏东、而2006年7~9月TC的生成位置偏西.     

东北夏季降水分型及其大气环流特征

利用1961—2010年中国东北122站逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及中国国家气候中心整理的160站月平均温度资料,对东北6月、7月、8月的降水进行分型,在此基础上分析各类降水型对应的环流形势。结果表明:东北6月、7月、8月降水均可划分为两大类四小类,6月与8月的分型结果相同,为全区一致型(同多型、同少型)和南北反位相型(南部型、北部型),7月可分为全区一致型(同多型、同少型)和东西反位相型(东部型、西部型)。6月东北降水主要受东北冷涡影响,冷涡越强,降水越多,且当鄂霍次克海阻塞高压出现明显异常时,6月东北降水将呈现南北反位相特征;7月、8月降水主要受东亚夏季风影响,其中东北降水全区一致型与西太平洋副热带高压的位置以及沿亚洲西风急流东传的波列有关,而降水南北(东西)反位相型则与西太平洋副热带高压的强度有关。     

2011年7月12—20日华北冷涡阶段性特征

利用常规天气、地面危险天气报、自动站加密、NCEP/NCAR再分析资料等,对2011年7月12—20日持续9 d的华北冷涡过程阶段性特征进行分析。结果表明:冷涡过程降水主要分布在内蒙古东北部、华北和东北南部,发展阶段对流性强,多雷暴大风和冰雹,水汽来源于西南和东南气流,850 hPa上有强暖温度脊,高空急流较完整;减弱阶段以短时强降水为主,水汽来源于偏东气流;两阶段700 hPa以下为斜压,上升运动区主要位于东侧;发展阶段500 hPa为干区,南侧存在干空气侵入和θ_e梯度;减弱阶段整层相对湿度较大,θ_e锋区及不稳定度减弱。中层冷平流及中高层正涡度平流随高度增强是冷涡发展的主要因子,冷涡减弱是由低层冷平流进入冷涡中心、中层冷平流及中高层正涡度平流减弱共同影响所致。     

副热带东南太平洋海温对东北夏季降水的影响及可能机制

诊断分析表明,前期副热带东南太平洋海温尤其是前春海温与东北夏季降水存在持续稳定的负相关关系。无论是在年际时间尺度还是年代际尺度上,冬、春、夏季海温演变趋势与降水均呈反位相。尺度分离结果显示,关键区海温与降水的显著负相关主要依赖于其年代际分量,但年际分量也起到较重要贡献。相关分析和合成分析结果都发现,当副热带东南太平洋海温偏低时,其上空可激发出反气旋式距平风场,而在关键区海域西北部激发出气旋式距平环流。同时在所罗门群岛和菲律宾南部分别出现反气旋式和气旋式距平环流。西太平洋副热带高压(副高)位置较常年偏西,副高区为反气旋式距平环流。在东北地区西侧则为气旋式距平环流。在这样的环流背景下,副高西侧的南风加强了源自南海和西太平洋的暖湿气流和北方冷空气在东北地区的交汇,从而使东北夏季多雨。反之,当东南太平洋海温偏高时,其激发的气旋及反气旋距平中心和偏低年刚好相反,副高位置偏东,其西侧的南方水汽输送偏弱,同时东北冷涡也偏弱,冷暖空气汇合形成的低空辐合弱,东北降水因此偏少。这表明,副热带东南太平洋海温异常时确实能激发出一个从关键海区到东北地区的跨越南北半球的气旋-反气旋交替波列,引发北半球中高纬度大气环流异常,从而影响东北夏季降水。     

初夏东北地区冷涡降水“累积效应”

采用1960~2012年5~6月中国东北地区实况降水资料,依据东北冷涡活动客观识别方法,研究东北冷涡活动对东北地区初夏降水的影响,结果表明:5~6月每次东北冷涡过程维持时间以3~7天为主,且具有频发特征,东北冷涡降水累计量占总降水量的62.5%,给出冷涡降水月强度指数,与同期月降水量年际变化具有很好一致性;东北地区初夏降水与东北冷涡降水EOF分解主要模态十分相近,前两个模态分别为全区一致和东北、西南降水相反分布,各占方差贡献的46.8%与42.7%。冷涡降水具有显著“累积效应”,该累计效应可总体反映初夏东北地区降水异常分布特征,进一步揭示东北冷涡活动的气候学特征。     

东北5月降水在21世纪初的年代际变化及可能成因

基于1961—2015年东北地区的台站降水观测资料及全球环流和海温再分析资料,利用统计分析、物理量诊断等方法,探讨了东北5月降水的年代际变化,及其与大气环流和海温外强迫的关系。研究发现,东北5月降水具有和东北盛夏降水明显不同的年代际变化特征,在20世纪80年代中期至90年代初处于年代际偏少阶段,而在21世纪初转变为年代际偏多阶段。东北5月降水在21世纪初的年代际变化主要由5月东北亚低压强弱的年代际变化造成,在21世纪初,东北亚低压相对于气候态明显偏强,有利于东北降水偏多;而在20世纪80年代初至90年代初,东北亚低压减弱为较浅的低槽,导致东北降水偏少。来自北大西洋的欧亚大陆位势高度异常波列引起东北亚上空的垂直运动异常,导致了东北亚低压的上述年代际变化。5月热带北大西洋海温异常很可能是激发上述波列进而造成东北亚低压和东北5月降水在21世纪初年代际变化的外强迫信号。     

The interannual variation in monthly temperature over Northeast China during summer

The interannual variations of summer surface air temperature over Northeast China （NEC） were investigated through a month-to-month analysis from May to August. The results suggested that the warmer temperature over NEC is related to a local positive 500-hPa geopotential height anomaly for all four months. However, the teleconnection patterns of atmospheric circulation anomalies associated with the monthly surface air temperature over NEC behave as a distinguished subseasonal variation, although the local positive height anomaly is common from month to month. In May and June, the teleconnection pattern is characterized by a wave train in the upper and middle troposphere from the Indian Peninsula to NEC. This wave train is stronger in June than in May, possibly due to the positive feedback between the wave train and the South Asian rainfall anomaly in June, when the South Asian summer monsoon has been established. In July and August, however, the teleconnection pattern associated with the NEC temperature anomalies is characterized by an East Asia/Pacific （EAP） or Pacific/Japan （PJ） pattern, with the existence of precipitation anomalies over the Philippine Sea and the South China Sea. This pattern is much clearer in July corresponding to the stronger convection over the Philippine Sea compared to that in August.     

2017年春季海洋天气评述

2017年春季（3—5月）大气环流特征为：北半球极涡呈单极型分布,主体位于北冰洋上空,中高纬西风带呈5波型分布。3月,地面冷高压偏强,冷空气活动频繁。4月,环流由纬向型向经向型逐渐调整,冷空气势力减弱。5月,东北气旋明显加强,冷暖势力相当,入海气旋增多。春季,我国近海海域主要有16次8级以上大风过程,其中冷空气大风过程有7次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程有1次,入海温带气旋过程有4次,东北冷涡影响大风过程有3次,强对流导致雷暴大风过程1次;且有8次明显的浪高在2 m以上的大浪过程。春季共有6次比较明显的海雾过程,分别为3月1次、4月2次、5月3次。西北太平洋和南海共生成1个台风“梅花”和1个热带低压,其他各大洋共有热带气旋15个,分别为大西洋1个、东太平洋1个、南太平洋5个、南印度洋6个、北印度洋2个。     

近海面风场对黄东海域海平面特征影响的分析与模拟

基于1993—2012年TOPEX/Poseidon(T/P)卫星海平面异常SLA(Sea Level Anomaly)数据和FSCR(Climate Forecast System Reanalysis)再分析风场资料,分析黄东海域近20 a海平面的时空分布特征,尤其是不同时间尺度风场影响的变化特征,进而通过区域海洋模式对海面高度短期变化的可能机制进行探讨。结果表明:1)黄东海域海平面多年平均状态为南高北低,近海面季节性风场在岸线分布和海水热膨胀特征下,造成海面冬春季偏低,夏秋季偏高。近20 a黄东海域平均风速逐步减弱,平均海面上升速率为2.9 mm/a。2)风场的短期活动主要为灾害性大风,统计显示冬夏寒潮大风和台风大风均呈频数减少、强度增强的趋势。运用FVCOM(Finite Volume Community Ocean Model)模拟分析台风和寒潮作用下黄东海域海平面的变化,发现台风强风可形成辐散式海流气旋式涡旋,对应海面为下凹负值中心;北路寒潮大风可形成海流反气旋式涡旋,对应海面为上凸正值中心。两类涡旋的强海流部分增强了海面倾斜度。3)强海流部分动能和动量迅速向海水深部下传,无论在深度和强度上,寒潮造成的海流涡旋动能和动量下传比台风涡旋更迅速,更强。这与寒潮降温引起的海洋层结不稳定对流作用有关。     

一次江淮切变线暴雨过程的数值模拟与诊断分析

采用非静力中尺度模式WRFV3.3对2010年7月12-13日一次江淮切变线暴雨过程进行数值模拟,分析了暴雨形成的大尺度环流条件、中尺度气旋演变,并对涡旋与变形场的相互作用指数VDI与降水之间的关系进行了探讨。结果表明：本次暴雨过程为典型的切变线降水过程,是在高层200 hPa强大的南亚高压稳定少动,中层500hPa短波槽生成东移、西太平洋副热带高压维持的背景下,由低层700 hPa和850 hPa切变线上中尺度低涡以及地面梅雨锋扰动的共同作用造成的。WRFV3.3较好地模拟了本次暴雨过程的雨带和暴雨中心。中尺度气旋发生于长江中下游呈东北-西南走向的切变线上,暴雨发生于700 hPa切变线南侧、低空急流轴的左侧,急流轴上的大风速中心与1 h雨强有较好的对应关系。中尺度涡旋与大风速中心之间存在着明显的相关性,风速增强,涡旋增强。VDI指数对降水中心和强度有较好的指示性,有助于在实际预报业务中对降水中心和强度做出正确判断。     

中国东部夏季极端降水事件及大气环流异常分析

主要利用1961~2014年中国东部地区438个台站的逐日降水资料和NCEP/NCAR的再分析资料,从大气内部动力角度对夏季不同极端降水情况下的环境场进行分析,结果表明:对长江中下游地区而言,在极端降水频次偏多年时,850 hPa风场及整层水汽输送距平场均表明东亚夏季风偏弱,有利于更多的水汽输送到长江中下游地区,500 hPa鄂霍次克海阻塞高压持续日数偏多,有利于冷空气南下,200 hPa东亚副热带急流偏南,且30°N以南偏西风异常有利于辐散,而在斜压波包从西北东南向传播为极端降水事件分发生集聚了能量;对华北地区极端降水频次偏多年而言,850 hPa风场及整层的水汽输送距平场均表明东亚夏季风偏强,有利于更多的水汽输送到华北地区,500 hPa高度距平场日本海正距平,贝加尔湖蒙古地区为负距平,华北地区东高西低,200 hPa东亚副热带急流偏北,从而导致我国华北地区极端降水频次偏多,能量传播也为西北东南向。这些结果表明极端降水的变化,与大气内部的动力作用和能量的传播有密切的关系。     

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。     

北半球冬季平流层强、弱极涡事件演变过程的对比分析

利用1958～2017年逐日的NCEP/NCAR再分析资料对北半球冬季平流层强、弱极涡事件的演变过程进行了对比分析,同时比较了有平流层爆发性增温（SSW）和无SSW发生的两类弱极涡事件的环流演变和动力学特征。结果表明,强极涡的形成存在着缓慢发展和快速增强的过程,而弱极涡事件的建立非常迅速;和强极涡事件相比,弱极涡事件的峰值强度更强,异常中心的位置更高。此外,强、弱极涡事件的产生与波流相互作用的正反馈过程密切相关。对于强极涡事件,发展阶段的太平洋—北美（PNA）型异常削弱了行星波一波;当平流层西风达到一定强度,上传的行星波受到强烈抑制,使得极涡迅速增强达到峰值。而对于弱极涡事件,发展阶段一波型的异常增强了行星波上传,通过对纬向流的拖曳作用使得平流层很快处于弱西风状态,更多行星波进入平流层导致极涡急剧减弱甚至崩溃。针对有、无SSW发生的两类弱极涡事件的对比分析表明,有SSW发生的弱极涡事件发展阶段,平流层出现强的向上的一波Eliassen-Palm（EP）通量异常,通过正反馈过程使得一波和二波上传同时增强而导致极涡崩溃;无SSW发生的弱极涡事件发展阶段,平流层缺乏向上的一波通量,二波活动起到重要作用,其总的行星波上传远弱于有SSW发生的弱极涡事件。对于无SSW发生的弱极涡事件,其发展和成熟阶段对流层上部出现类似欧亚（EU）型的高度异常,伴随着强的向极的EP通量异常,导致对流层有极强的负北极涛动（AO）型异常。而有SSW发生的弱极涡事件发展阶段对流层上部主要表现为北太平洋上空来自低纬的波列异常,其后期的对流层效应更加滞后也不连续,对流层AO异常的强度明显弱于无SSW发生的弱极涡事件。     

连续冰雹天气的物理量场特征分析

对１９９７年４月２８～２９日山东连续两天出现大范围冰雹天气的天气系统和热力及动力场特征进行了分析。结果表明,这次连续性大范围冰雹天气过程是由冷性低涡影响产生的。冷锋触发对流不稳定能量释放,产生强对流。冰雹产生在中低层对流不稳定、高能舌和低层暖平流、高层冷平流以及低层辐合、高层辐散的上升运动区。对流有效位能和高层正涡度平流对冰雹的产生起主要作用。     

Air–sea interaction and formation of the Asian summer monsoon onset vortex over the Bay of Bengal

In spring over the southern Bay of Bengal (BOB), a vortex commonly develops, followed by the Asian summer monsoon onset. An analysis of relevant data and a case study reveals that the BOB monsoon onset vortex is formed as a consequence of air–sea interaction over BOB, which is modulated by Tibetan Plateau forcing and the land–sea thermal contrast over the South Asian area during the spring season. Tibetan Plateau forcing in spring generates a prevailing cold northwesterly over India in the lower troposphere. Strong surface sensible heating is then released, forming a prominent surface cyclone with a strong southwesterly along the coastal ocean in northwestern BOB. This southwesterly induces a local offshore current and upwelling, resulting in cold sea surface temperatures (SSTs). The southwesterly, together with the near-equatorial westerly, also results in a surface anticyclone with descending air over most of BOB and a cyclone with ascending air over the southern part of BOB. In the eastern part of central BOB, where sky is clear, surface wind is weak, and ocean mixed layer is shallow, intense solar radiation and low energy loss due to weak surface latent and sensible heat fluxes act onto a thin ocean layer, resulting in the development of a unique BOB warm pool in spring. Near the surface, water vapor is transferred from northern BOB and other regions to southeastern BOB, where surface sensible heating is relatively high. The atmospheric available potential energy is generated and converted to kinetic energy, thereby resulting in vortex formation. The vortex then intensifies and moves northward, where SST is higher and surface sensible heating is stronger. Meanwhile, the zonal-mean kinetic energy is converted to eddy kinetic energy in the area east of the vortex, and the vortex turns eastward. Eventually, southwesterly sweeps over eastern BOB and merges with the subtropical westerly, leading to the onset of the Asian summer monsoon.     

11月初北黄海一次海龙卷风暴的中尺度特征分析

利用多普勒天气雷达资料及反演风场和常规观测资料,对2014年11月2日发生在北黄海（山东半岛北部海上）一次罕见海龙卷风暴的中尺度特征进行了分析。结果表明：冷空气、暖湿海面热力边界、山东半岛北部近海岸西北风与偏西风的辐合线是海龙卷风暴发生的天气背景。海龙卷风暴发生时雷达回波PPI最大分贝反射率因子为60 dBZ,高度为2.0 km,最高风暴顶为4.5 km,最大垂直累积液态水含量VIL为21 kg·m-2。利用雷达反演风场进行中尺度特征分析,结果表明：在海龙卷风暴发生发展过程中,低层风辐合对应4.0 km高度上是风辐散,海上有较强的偏南暖湿气流输送到雷暴区。中尺度动力特征：最大正涡度和散度辐合在1.0 km以下,低层正涡度和散度辐合、高层散度辐散是雷暴发生初期动力特征;低层没有正涡度和散度辐合、高层为正涡度和散度辐合是雷暴开始发展的动力特征;低层和高层为大的正涡度和散度辐合是雷暴成熟阶段的动力特征。高空冷空气叠加上低空强的偏南气流,造成局地涡度加大和低层辐合加强,使低层暖湿气流倾斜上升。海龙卷与辐合区的冷空气和暖湿气流有关。     

重庆雾气候特征及天气成因分析

利用1980-2011年的重庆全市36个区县气象站的能见度及相对湿度资料,分析了重庆全区域雾的气候特征。选取全市的典型浓雾个例,利用NCEP 1°×1°的再分析资料和L波段雷达资料,合成分析了辐射雾和雨雾的环流形势、温、湿、风的垂直结构。结果表明：重庆全区域雾呈现西多东少的分布形势,出现的时间主要集中在10月至次年2月,年平均雾日数在21世纪初呈现显著下降趋势,雾日减少的突变发生在2002年。辐射雾发生时500 hPa中亚及青藏高原地区为高压脊,地面上重庆位于高气压内部的均压场中,冷锋已到达华南地区;而雨雾发生时500 hPa青藏高原地区为低压槽区,地面冷高压中心位于我国北方地区,有弱冷空气经大巴山从东北向渗入重庆。两种雾的温、湿、风垂直结构特征表现为辐射雾近地层逆温明显强于雨雾;上干下湿和湿层深厚分别是辐射雾和雨雾形成时,湿度垂直结构的主要特征;两种雾形成时近地层风速都很小,总体来看雨雾发生时各层的风速都大于辐射雾。     

Dynamic and thermal effects on surface airflow associated with southerly changes over the South Island,New Zealand

Summary The Southerly Change Experiment (SOUCHEX) was conducted to examine the influence of the New Zealand Southern Alps on the structure and evolution of cold fronts, locally called southerly changes, as they travel up the east coast. The extensive data obtained by the augmented surface weather station network is used to examine in detail the mesoscale wind field associated with the events observed during the experiment. A comparison of the wind fields observed during the different events illustrates the influence of local dynamic and thermal factors. In particular, lee trough-induced northeasterlies and thermally developed diurnal wind systems are seen to interact with the wind field created by the passage of the front over the Southern Alps.It is apparent that the wind field associated with southerly changes responds to a variety of factors as the cold fronts propagate northwards. For example, there is a tendency for the flow to turn onshore producing a southeast wind during daytime over the Canterbury Plains south of Banks Peninsula probably due to diabatic heating of the mountains and plains. This onshore flow is in direct opposition to pre-frontal foehn northwesterly flow which often continues in the mountain regions and aloft after the front has moved up the coast. The interaction of these air masses over Canterbury creates difficulties for local forecasting. Also, the nocturnal passage of a southerly change is often difficult to detect in surface anemograph traces because of the decoupling of the boundary layer air from that above, producing low level drainage flow over the Canterbury Plains. The overall effect is to create a complex mesoscale wind field resulting from interaction of cold fronts with regional orographic and thermal influences.With 8 Figures     

冬季北大西洋涛动与中国北方极端低温相关性的年代际变化

本文基于中国地面气温日值网格数据集（V2.0）,采用滑动相关和相关分析等方法,揭示了冬季北大西洋涛动（NAO）对中国北方极端低温影响的事实,进一步证实了东北后冬（1、2月）冷日（夜）与同期NAO相关性的年代际变化。研究发现:在20世纪80年代中期前,东北后冬冷日（夜）频发,与NAO的相关性较好,而在80年代中期后东北后冬冷日（夜）少发,与NAO的相关性减弱。其中,1月在1969~1988阶段,东北冷日（夜）与NAO的相关性最好,相关区域显著,相关系数可达-0.68（-0.66）,而在1989~2009阶段二者相关性最弱,相关区域不显著。进一步分析发现,在不同年代际背景下,NAO引起的大气环流异常是导致东北1月冷日（夜）与1月NAO相关性年代际变化的重要原因。相关性较好的年代,NAO引起的环流异常有利于冷涡等天气系统维持在贝加尔湖到东北一带,使东北地区气温偏低,冷日（夜）频发;相关性较弱的年代,不利于冷空气南下,使东北地区气温偏高,冷日（夜）少发。