南亚高压对青藏高原臭氧谷的动力作用

利用臭氧观测光谱仪/太阳紫外线后向散射仪(TOMS/SBUV)的臭氧总量资料和SAGEⅡ臭氧廓线资料计算了青藏高原区纬向偏差(一个量减去该量的纬圈平均值,定义为该量的纬向偏差)臭氧总量的逐月变化和高原区150-50 hPa高度纬向偏差臭氧量的变化,二者相关显著,相关系数为0.977.由于在150-50 hPa高度,夏季青藏高原臭氧谷最强,南亚高压最活跃,因此,青藏高原臭氧谷与南亚高压可能存在联系.在运行WACCM3模式时,将青藏高原地形高度削减至1500 m,在150-50 hPa高度南亚高压和青藏高原臭氧谷仍存在;该高度上南亚高压强度变小,青藏高原臭氧谷也减弱;南亚高压季节移动发生改变,青藏高原臭氧谷季节变化也随之改变.因此,推测南亚高压可能对青藏高原臭氧谷有重要作用.接着分析了模式输出的青藏高原区经向、纬向和垂直方向的臭氧输送.在南亚高压季节变化的不同阶段和不同方向上,环流对青藏高原臭氧谷的作用明显不同.150-50 hPa,南亚高压上高原时,纬(经)向输送使青藏高原臭氧谷加深(变浅),垂直输送在低(高)层使青藏高原臭氧谷加深(变浅),总的动力作用使青藏高原臭氧谷减弱;南亚高压稳定在高原上空时,纬(经)向输送使青藏高原臭氧谷变浅(加深),垂直输送在中(底和顶)层使青藏高原臭氧谷加深(变浅),总的动力作用使青藏高原臭氧谷加深;在南亚高压从高原撤退时,纬(经)向作用使青藏高原臭氧谷加深(变浅),垂直作用使青藏高原臭氧谷变浅,总的动力作用使青藏高原臭氧谷中(底和顶)层加深;当南亚高压移至热带太平洋时,南亚高压对高原区臭氧影响较弱.     

南亚高压的多模态特征及其与新疆夏季降水的联系

基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的Interim再分析资料(ERA-Interim)和新疆88个观测站点降水资料,分析了1979—2013年夏季(7月和8月)南亚高压多模态特征及其与新疆夏季降水的关系。结果表明,南亚高压除了青藏高压型和伊朗高压型外,还存在双体型。伊朗高压型和双体型分布产生的降水占新疆夏季总降水的70%~90%,青藏高压型分布产生的降水相对较少,占10%~30%。南亚高压的多模态分布对新疆降水有不同影响,伊朗高压型时,北疆部分地区和东疆降水偏多,塔里木盆地降水偏少;青藏高压型时,除塔里木盆地西南部降水偏多外,新疆其余地方降水均偏少。南亚高压双体型对塔里木盆地夏季降水影响最为突出,当夏季南亚高压呈双体型分布时,塔里木盆地降水偏多。合成分析发现,南亚高压双体型中心位置变化对环流和水汽输送产生不同影响,因而对应的塔里木盆地夏季降水也存在一定差异。当两个中心位置同时偏西时,塔里木盆地中西部地区降水偏多,水汽分两步进入塔里木盆地。当两个中心位置同时偏北时,整个塔里木盆地降水增加,水汽沿着青藏高原东侧绕流进入塔里木盆地。     

闪电产生氮氧化物对青藏高原臭氧低谷形成的影响

为了进一步了解青藏高原闪电的产生氮氧化物（LNO_x）经由光化学反应对O₃浓度变化及夏季O₃低谷形成的可能影响,本文利用2005~2013年由OMI卫星得到的对流层NO₂垂直浓度柱（NO₂ VCD）、O₃总浓度柱（TOC）和O₃廓线以及星载光学瞬变探测器OTD和闪电成像仪LIS获取的总闪电数资料,对青藏高原和同纬度长江中下游地区的TOC和NO₂ VCD月均值时空分布特征、闪电与NO₂ VCD的相关性和O₃的垂直分布特征及其与LNO_x的关系进行了对比分析。结果表明,青藏高原的O₃低谷主要出现在夏季和秋季,其TOC值比同纬度长江中下游地区低约10~15 DU（Dobson unit）。青藏高原NO₂VCD总体较小,表现为夏高冬低的分布特征。青藏高原夏季O₃浓度受南亚高压的影响总体呈减小趋势,但因强雷暴天气导致对流层中上部LNO_x浓度升高,并随强上升气流向对流层顶输送,同时通过光化学反应使O₃浓度增加,缩小了青藏高原和同纬度地区的O₃浓度差,减缓了O₃总浓度的下降,抑制了夏季O₃低谷的进一步深化。     

青藏高原冬春雪深年代际变化与南亚高压可能联系

利用1978-2006年SSMR和SSM/I卫星遥感雪深反演资料和同期NCEP/NCAR再分析月平均值资料,采用经验正交函数分解EOF、合成分析和相关分析等方法,分析了青藏高原冬、春季积雪深度(下称雪深)的时空分布演变特征,并在此基础上研究了青藏高原冬、春季雪深的年代际变化与夏季南亚高压的可能联系。结果表明,青藏高原冬、春季雪深EOF分析第一模态呈现出全区冬春一致性的年代际变化特征,即:1987(1988)年之前青藏高原冬(春)季大部分地区少雪,1987(1988)年之后则多雪。青藏高原冬、春季雪深EOF分析第一模态时间系数与南亚高压东伸指数、强度指数相关显著。进一步分析表明,高原冬、春季积雪少(多)主要增强(减弱)了夏季高原南部对大气的加热作用,从而引起高原上空对流层的上升运动明显加强(减弱),有(不)利于热量向高空输送,致使高原对上空对流层加热作用增强(减弱),从而造成了南亚高压较强(弱),东脊点偏东(西)。     

100毫巴极涡和南亚高压的活动与东北区夏季低温的关系

本文利用10O毫巴面资料,计算了位势距平场及纬向地转风速,讨论了极涡、南亚高压的活动与我国东北区夏季低温的关系,得出如下结论: 1.中国东北区夏季异常低温的形成,是南亚高压弱、极地冷空气经常在中纬度活动的结果; 2.冬季(11—2月)100毫巴太平洋副热带高压与夏季的南亚高压有关系,他们的相关系数等于0.62; 3.1—5月 100毫巴面极涡的频数分布有三种类型:a·当极涡经常在极区活动时,则东北区夏季气温偏暖;b‘当极涡持续偏心在欧亚大陆活动时,则东北区夏季气温偏冷3c·如果极涡的频数分布有两个高频数中心分别在欧亚及北美,则东北区夏季气温的偏暖或偏冷决定于南亚高压的偏高或偏低,他们彼此成正相关; 4.东北区夏季气温与欧亚大陆冬季的雪盖面积和青藏高原的降雪量成反相关。     

夏季青藏高原大气热源低频振荡与南亚高压东西振荡的关系

利用1983～2012年NCEP/NCAR逐日再分析资料对夏季青藏高原大气热源和南亚高压东西振荡的低频特征以及两者的关系进行了讨论,发现夏季青藏高原东部大气热源与南亚高压纬向运动的主要低频周期都是10～20 d。在高原东部大气热源10～20 d振荡峰值位相,青藏高原上空被低频气旋控制,高原西部被低频反气旋控制,导致南亚高压主要高压中心向西移动呈伊朗高压模态;在大气热源10～20 d振荡谷值位相,低频环流形势完全相反,青藏高原上空被低频反气旋控制,高原西部被低频气旋控制,致使南亚高压主要高压中心向东移动呈青藏高压模态。高原热力场异常导致其上空暖中心变化从而引起的高层风场变化可以解释南亚高压的东西振荡。     

夏季南亚高压与西太平洋副热带高压的相关性分析

利用1951—2010年NCEP/NCAR再分析月平均资料研究夏季南亚高压与西太平洋副热带高压(简称西太副高)的相关性。结果发现,夏季南亚高压与西太副高的联系密切,年际尺度上强度指数之间的显著正相关关系相对稳定,两者同时偏强(简称同强)与同时偏弱(简称同弱)的模态超过70%。当南亚高压与西太副高同强(同弱)时,西风急流偏强(偏弱),高纬度地区大气环流呈经向(纬向)型,太平洋EAP遥相关为正(负)位相。贯穿对流层中上层的中纬度纬向西风与高压强度异常有密切的联系,西风急流可作为中纬度地区连接两者作用的纽带。青藏高原与太平洋地区对流层的温度差异分布对当地的环流系统造成很大影响,高原热力异常和海温异常联系着高压系统的演变。南亚高压、西太副高的异常影响了整体东亚大气环流的配置,是了解不同纬度系统相互作用的又一着眼点。     

WACCM3对夏季青藏高原臭氧谷双心结构的模拟性能评估!

利用全大气气候通用模式WACCM3对青藏高原夏季臭氧谷(OV)的双心结构进行了模拟。通过模式输出资料和ERA-interim再分析资料、MLS卫星资料的对比分析,对模式模拟性能进行了评估。结果表明:WACCM3能模拟出青藏高原夏季OV的双心结构,尤其对上对流层下平流层区(UTLS)的OV中心位置模拟较好,强度偏强。平流层上部的OV模拟较差,中心偏东,强度偏强。因为WACCM3对夏季高原邻近地区上空UTLS区的环流尤其是南亚高压模拟较好,而UTLS区的臭氧损耗的主要原因是动力输送作用,所以模拟效果好。上部OV模拟较差的原因主要是环流场模拟不佳导致了氯化物和氮氧化物的分布模拟较差。     

索马里急流与南亚高压年代际变化的可能联系

索马里急流是北半球夏季最为强盛的越赤道气流,南亚高压则是出现在对流层高层、平流层低层最大最稳定的反气旋环流系统,基于近60年NECP/NCAR再分析资料,本文研究了年代际尺度上夏季索马里急流与南亚高压的联系。研究结果表明:年代际尺度上,索马里急流与南亚高压存在显著的正相关关系,当索马里急流偏弱(强)时,夏季南亚高压偏弱西退(偏强东进)。对不同年代际背景下南亚高压东西部的经向垂直环流的分析发现,当索马里急流处于偏弱位相时,南亚高压西半部(20°~70°E)经向垂直环流偏强,而其东半部(75°~120°E)经向垂直环流减弱;反之亦然。南亚高压南北两侧的纬向垂直环流的变化也有差异,索马里急流偏弱(强)时,北部南亚高压(27.5°~35°N)的青藏高原上空纬向垂直环流显著减弱(增强),而南部南亚高压(20°~27.5°N)的伊朗高原上空纬向垂直环流减弱(增强)明显。进一步的研究发现,年代际尺度上索马里急流与南亚高压的联系受到PDO(Pacific Decadal Oscillation)年代际变化的调制。PDO正负位相的转折,首先改变了对流层高层副热带西风急流的强弱变化,从而使得位于其南部的南亚高压强度和热带东风急流发生相应的改变,热带东风急流的变化又通过热带印度洋上空的局地纬向垂直环流将异常信号传递到对流低层,改变热带地区索马里急流的强弱变化。     

东亚夏季风系统与青藏高原冬季植被的关系

用1982年1月—2001年12月NDVI资料、台站日降水资料和NCEPⅠ/NCAR再分析资料,首先利用SVD方法分析了青藏高原冬季NDVI与我国降水的关系,指出青藏高原冬季NDVI与我国夏季降水相关系数从南到北呈"+-+-"相间分布,高原冬季NDVI增大(减小),随后夏季降水在华南和华北地区增加(减少),而长江流域和东北地区降水减少(增加)。然后通过合成法,分析了高原冬季NDVI大、小值年东亚夏季风系统的变化,得到在青藏高原冬季NDVI大值年时,夏季马斯克林高压偏弱,而澳大利亚高压偏强。赤道辐合带强度偏强,有利于越赤道气流的加强,使南海夏季风爆发偏早。同时南亚高压偏弱位置偏西,副热带高压位置偏东偏北。副热带西风急流的位置也偏西偏北。     

青藏高原大气低频振荡的源、汇特征分析

使用1998年美国NCAR再分析的逐日资料，研究了1998年夏季青藏高原大气低频振荡的源、汇特征。青藏高原对于纬向风的低频波来说，有时是低频振荡的源区，有时是汇区。通过计算低频涡度的通量散度，进一步研究了低频涡源、涡汇特征。青藏高原在不同时间和不同部位，低频涡源、涡汇具有不同的分布特征，传播特征也不尽相同，青藏高原上空100hPa低频涡源、涡汇受到了南亚高压的很大影响。     

青藏高原热状况对南亚高压活动的影响

本文分析了青藏高原下垫面与高原上空热状况变化的异同及其二者与南亚高压的关系。指出青藏高原下垫面热状况与高原上空热状况年际变化的一致性及月际变化的差异——青藏高原下垫面从2月就开始大幅度增温,而高原上空5月才开始突发性增温。高原下垫面降温幅度最大的月份出现在11月,高原上空则出现在10月。分析还指出,青藏高原下垫面热状况与南亚高压南北振荡,青藏高原上空热状况与南亚高压东西振荡有密切关系。并且前期青藏高原上空热状况较高原下垫面热状况对南亚高压的预报更具有指示意义。     

南疆夏季降水异常的环流和青藏高原地表潜热通量特征分析

利用1980—2004年NCEP/DOE新再分析月平均资料及我国225个测站1980—2004年月降水量资料,通过诊断分析,研究了南疆夏季降水异常的环流和高原地表潜热通量特征。结果表明:南疆夏季降水偏少年,南亚高压西部偏强,西风急流位置偏北,500 hPa中高纬环流经向度减弱,伊朗高压偏北、偏东,西太平洋副热带高压偏西、偏南;降水偏多年则相反。南疆夏季降水偏少年,高原北部和南疆地区为下沉的垂直环流距平,Ferrell环流增强;降水偏多年则相反。南疆夏季降水偏少年和偏多年的前期冬春季开始孟加拉湾、青藏高原和南疆地区地表潜热通量具有相反的变化,南疆夏季降水与高原北部地表潜热通量呈显著正相关,与南部地表潜热通量呈反相关关系。     

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。     

夏季青藏高原移动性对流系统与中国东部降水的相关关系

利用国际卫星云气候计划提供的1985-2002年共18年的MCSs路径跟踪资料、 NCEP/NCAR逐月再分析资料和中国138个地面常规观测站资料,分析了夏季起源于青藏高原地区的移动性MCSs的主要时空分布特征,探讨了青藏高原MCSs与中国降水的关系.通过对MCSs爆发异常强弱年高度和风差值场的分析,概括出青藏高原MCSs影响中国降水的可能机制.结果表明:夏季青藏高原移动性MCSs主要生成于青藏高原东南部,其爆发时间具有明显的日变化特征,它们能够传播到我国中东部及南亚许多地区;夏季MCSs对我国降水具有重要影响,它们与中国夏季降水的相关系数分布以4条正、负相间的东西向分布带的形势存在,从南到北依次为"- - ",这与我国夏季降水带的变化形势非常一致;南亚高压、西太平洋副热带高压和东北冷涡的强度、位置变化与高原MCSs生成的多少密切相关,并通过它们对我国夏季降水带的分布造成重要影响.     

CHARACTERISTICS OF ATMOSPHERIC HEATING AND ATMOSPHERIC CIRCULATION DURING ACTIVE PERIOD OF 500 hPa HIGH OVER THE TIBETAN PLATEAU IN SUMMER*

In correspondence with the establishment of the "upper high and lower high" pressure pattern due to the activities of 500 hPa high over the Tibetan Plateau in summer,a series of changes of the East Asia atmospheric circulation will take place.In this paper,the distributions of divergence and vertical velocity of 500 hPa high,the evolutions of atmospheric heat source,the variations of vorticity and zonal wind at 100 hPa level and vertical meridional cell over the Tibetan Plateau etc.are statistically analyzed.Thus,we can see that the ascending motion and the convective heating over the Tibetan Plateau,the South Asia high and the westerly jet on the north of the Plateau at 100 hPa level are weakned.The northern branch and the southern branch of the easterly jet on the south of the Plateau merge into a single whole and situate on the south of the former northern branch.In the meantime,thermodynamic land-sea discrepancy in South Asia and the convective heating over the Bay of Bengal is enhanced.It will play an important role in the maintenance of the easterly jet and the South Asia monsoon.     

Progress in Research of Stratosphere-Troposphere Interactions： Application of Isentropic Potential Vorticity Dynamics and the Effects of the Tibetan Plateau

This paper reviews recent progress in understanding isentropic potential vorticity （PV） dynamics during interactions between the stratosphere and troposphere, including the spatial and temporal propagation of circulation anomalies associated with the winter polar vortex oscillation and the mechanisms of stratosphere- troposphere coupling in the global mass circulation framework. The origins and mechanisms of interannual variability in the stratospheric circulation are also reviewed. Particular attention is paid to the role of the Tibetan Plateau as a PV source （via its thermal forcing） in the global and East Asian atmospheric circulation. Diagnosis of meridional isentropic PV advection over tile Tibetan Plateau and East Asia indicates that the distributions of potential temperature and PV over the east flank of the Tibetan Plateau and East Asia favor a downward and southward isentropic transport of high PV from the stratosphere to the troposphere. This transport manifests the possible influence of the Tibetan Plateau on the dynamic coupling between the stratosphere and troposphere during summer, and may provide a new framework for understanding the climatic effects of the Tibetan Plateau.     

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。     

青藏高原表面过程对夏季青藏高压的影响--数值试验

利用IAP/LASGGOALS气候模式设计了两组敏感性试验,分别考察青藏高原表面感热输送和表面摩擦拖曳对夏季青藏高压的影响.结果表明,表面感热输送显著增强了高原近地层气柱中正涡度的制造和气旋性环流,同时增强了高原上空气柱高层的负涡度制造和反气旋性环流.另一方面,高原表面摩擦拖曳虽然使得低层的辐合略有增加,但施加给整层气柱以反气旋性涡度.因而高原表面的感热输送和表面摩擦拖曳对夏季青藏高压都有增强的作用.表面摩擦拖曳对上空环流的影响随着高度升高而减弱,而表面感热输送引起的高层负涡度的增加与低层正涡度的增加在数值上相当甚至更大.