100hPa极涡、南亚高压的变化及大气环流分布特征

利用NCEP/NCAR高度场资料进行计算,对冬、夏极涡与南亚高压面积进行Morlet小波变换,并对100 hPa高度场进行EOF分解和长期趋势分析.结果表明:极涡、南亚高压具有相似的演变特征,这种相似特征在前期冬季极涡与南亚高压之间表现更为明显,体现了准5年尺度和准20年尺度的周期变化,在变化的位相上则相反.EOF分析表明,前期冬季高纬度地区与中低纬度地区的环流变化呈相反趋势,且第一模态的时间系数与前期冬季极涡的趋势一致,第一模态在一定程度上反映了前期冬季大气环流分布.夏季第一模态全场为负值,体现了夏季100 hPa整体异常性;第二模态反映了副热带中低纬度大气环流与高纬度大气环流变化相反.从其长期变化趋势来看,冬季高纬度地区的高度场呈负趋势变化,副热带地区呈正趋势变化,夏季除我国华北部分地区为负趋势变化外,均为正趋势变化.极涡、南亚高压的这种年代际变化与100 hPa高度场的长期线性趋势变化有关.     

2008年初瞬变涡在中高纬阻高异常中的作用分析

2008年1月中旬到2月上旬,我国南方地区发生了历史罕见的、大范围的严重冰冻雨雪天气,中高纬大气环流异常尤其是乌拉尔阻塞高压(下称乌阻)异常发展、维持是非常重要的原因之一。为了探究中高纬阻塞高压(阻高)稳定维持的内在物理机制,以2008年初中高纬的一次阻塞过程为例,利用NCEP逐日再分析资料,从瞬变涡对平均经向、纬向气流的强迫作用、瞬变涡的动量输送以及瞬变涡的热量输送等方面分析和讨论了瞬变涡在中高纬阻高发展维持过程中所起的作用。结果表明,瞬变涡通过对平均流的强迫作用来加强阻高周围的反气旋气流。阻高区域内纬向气流的平均动能不断地转化成瞬变涡动能,而阻高北侧西风气流区域内瞬变涡动能则不断地向纬向气流的平均动能转化,这使得西风急流得以维持,有利于阻高的维持和发展。阻高区域内具有较强的瞬变涡热量输送,使得该区域内的温度梯度强度减弱,这在一定程度上又导致了平均西风气流的减弱,有利于阻高的发展和维持。     

长江中下游旱涝的环流型与赤道东太平洋海温遥相关波列特征

根据长江中下游地区夏季旱涝年前期冬、春季北太平洋海温分布特征进行分析研究 ,提出了影响区域性旱涝的海温“强信号”概念 ;探讨了北半球大气环流结构对赤道东太平洋海温异常响应问题 ,并研究了东太平洋海温与北半球夏、春季高度偏差场季尺度相关偏差场波列结构相关特征。研究结果表明 ,赤道东太平洋海温异常可能通过低纬walker环流引起赤道西太平洋区域性大气异常运动 ,从而产生遥响应环流型 ,形成类似PNA遥相关“大圆波列”。此类遥响应特征在西太平洋区域表现出与副热带高压、西风槽、阻塞高压等相关的系统的准定常经向波列。研究结果还表明此类经向波列结构描述了中高纬地区系统对低纬异常海温遥响应的动力学特征。应用 1997～ 1998年冬季实际海温资料 ,并在赤道中东太平洋地区引入实际海温异常的敏感性试验 ,较成功地模拟了 1998年夏季长江流域洪涝的降水分布特征。文中从统计、动力分析和数值模拟综合分析方法揭示出由前期东太平洋海温异常引起的大气环流变异 ,构成中国长江流域旱涝的物理图像及其动力学模型。     

1998年夏欧亚阻塞高压对西太平洋副热带地区大气环流影响的数值研究

利用T63L9大气环流模式，详细地研究了阻塞高压位于不同地区对我国东部西太平洋副热带高压地区大气环流的影响，得到了一些有意义的结果。个例研究表明：1998年夏季，中国大部分地区发生特大洪涝灾害期间，阻塞高压在欧亚中高纬地区的稳定维持量大气环流的主要特征之一；阻塞高压位于不同的位置，对副热带高压的强弱、东西进退以及南撤北挺均有较大影响。     

对中国东部夏季降水有重要影响的一种东亚遥相关型

 利用重建的1880-1950年500 hPa高度场资料和1951-2004年的NCEP/NCAR再分析资料,分析了年际尺度上东亚地区夏季大气环流变化特征。结果表明：夏季在东亚沿岸存在一个明显的自北向南的正-负-正环流模态,即鄂霍次克海阻塞高压与副热带高压存在一种同向变化、而它们之间区域的高度场为反向变化的遥相关关系;同时分析了这种大气环流模态与1880-2004年中国东部地区夏季降水的关系。在年际尺度上,正-负-正的环流模态与长江中下游地区和东北的降水有很好的正相关,当夏季的环流处在阻塞高压偏强,且副热带高压偏南偏强、日本及其以东地区上空高度场偏低时,中国长江中下游地区和东北降水偏多。     

1998年夏季东北亚阻塞高压异常的大尺度环流特征及成因初探

分析了1998年夏季东北阻塞高压异常及大尺度环流特征，研究了1979－1998年夏季东北阻塞高压年际变化，环流背景特征以及东北亚阻塞高压异常的太平洋海温异常的关系，认为夏季东北亚500hPa平均高度偏高（低），东亚地区“＋－＋”（“－＋－”）的距平波列，是典型的东北亚阻塞高压强盛（稀少）的环流型，太平洋海温的异常，激发东焉地区的遥相关波列，致使东北亚500hPa高度场异常，可能是东北亚阻塞主压异常的原因之一，在亚少中高续高度场平均偏高的环流背景下，乌拉尔册地区的阻塞高压对东北亚阻塞高压的发展和建立起到了促进作用，1998年乌拉尔山阻塞高频繁也是东北亚阻塞高压异常频繁的可能原因之一。     

对中国东部夏季降水有重要影响的一种东亚遥相关型

利用重建的1880-1950年500 hPa高度场资料和1951-2004年的NCEP/NCAR再分析资料,分析了年际尺度上东亚地区夏季大气环流变化特征。结果表明：夏季在东亚沿岸存在一个明显的自北向南的正-负-正环流模态,即鄂霍次克海阻塞高压与副热带高压存在一种同向变化、而它们之间区域的高度场为反向变化的遥相关关系;同时分析了这种大气环流模态与1880-2004年中国东部地区夏季降水的关系。在年际尺度上,正-负-正的环流模态与长江中下游地区和东北的降水有很好的正相关,当夏季的环流处在阻塞高压偏强,且副热带高压偏南偏强、日本及其以东地区上空高度场偏低时,中国长江中下游地区和东北降水偏多。     

2006年川渝地区夏季干旱的成因分析

利用NCEP/NCAR再分析月平均资料、全国160站降水资料、向外长波辐射OLR（outgoinglongwave radiation）资料和所计算的热源资料,分析了2006年夏季东亚大气环流的异常特征,并研究了热力异常与川渝地区夏季降水的关系。结果表明,2006年夏季由南向北的水汽输送较常年偏弱;西太洋副热带高压较常年异常偏强,脊线位置明显偏北,川渝地区受高压系统影响盛行下沉气流,中高纬环流场则表现为乌拉尔山地区和东北亚区域无明显阻塞高压形势,冷空气活动比常年弱;南亚高压比常年偏北偏强,持续控制川渝地区;2006年夏季青藏高原热源偏弱,热带西太平洋暖池区热源偏强,是引起西太平洋副热带高压偏北偏强的重要原因之一。川渝地区夏季降水与西太平洋副热带高压的异常变化有密切关系,川渝地区夏季干旱年,西太平洋副热带高压偏北,并且引起西太平洋副热带高压偏北的原因与2006年类似。     

1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次年际尺度偶极子模态特征

基于观测和再分析资料,本文研究了近几十年来1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次年际变异主导模态特征及与其相联的大气背景场。结果表明,1980—2019年冬季(12月—次年2月)该地区阻塞高压频次年际变异的主导模态存在明显月际差异:12月表现为北大西洋东部-欧洲西部地区阻塞高压频次的显著同位相变化,1月为北大西洋东部-欧洲西部与乌拉尔山地区阻塞高压频次的具有显著的反位相变化即偶极子模态,2月则为北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次的显著同位相变化。进一步研究表明:1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次偶极子模态与同期局地纬向西风、纬向风垂直切变、经向位涡梯度等大气背景场异常偶极型变化相联系。当乌拉尔山地区关键大气背景场为负异常,而北大西洋东部-欧洲西部为正异常时,两个地区阻塞高压频次分别增加和减少,呈现偶极子模态;反之亦然。阻塞高压频次偶极子模态及相关的背景环流异常可通过调节水平温度平流、垂直运动和水汽输送等来影响1月欧亚北部气温和降水,以及它们的极端事件频次。当阻塞高压频次偶极子模态处于正位相时,乌拉尔山北部(南部)和欧洲南部增温(降温),极端暖、冷事件频次分别增加(减少)和减少(增加),斯堪的纳维亚半岛北部降温且极端暖事件减少,乌拉尔山及东北亚地区降水和极端降水频次减少而欧洲大陆部分地区增加;反之亦然。此外,在冬季仅1月阻塞高压频次年际变异主导模态表现为偶极子模态可能与关键大气背景场气候态及其变异的月际差异密切相关。     

夏季纬向平均气流变动的主要模态及其与AO和ENSO的联系

使用NCEP-NCAR月平均再分析资料,研究了夏季纬向平均气流变动的主要模态及其与北极涛动(AO)和ENSO的联系,探讨了夏季[u]主要模态维持的可能机制。结果表明,北半球夏季纬向平均[u]的异常分布表现为两个主要模态。EOF1反映了与AO相对应的纬向平均[u]的分布,EOF2反映了与ENSO相对应的纬向平均[u]的分布。周期分析显示了EOF1、EOF2分别具有与AO及ENSO相似的周期。滞后相关分析表明,除了夏季之外的其他季节EOF1与ENSO存在显著相关,而EOF2与AO亦存在显著相关。夏季,EOF1与ENSO、EOF2与AO的同期相关量值小且不显著。这些说明,北半球夏季纬向平均气流变化的主要模态可以有效分离,其分别代表了AO和ENSO有关的信号。这对于更好地理解AO和ENSO的全球影响具有重要意义。利用准地转无加速定理,发现EOF1和EOF2对应的时间系数高低值年的E-P通量散度的合成差值场分别与纬向平均[u]的EOF1、EOF2分布表现出很好的对应关系,其中行星波对纬向平均气流主要模态的维持起着主要作用。余差环流与E-P通量散度分布型相似,量值相当,但符号相反。在一些地区,大气涡动的摩擦耗散也起着一定的作用。这些平衡了波动的能量输送作用,使纬向平均[u]的结构得以维持。     

东亚夏季风年际变率及其与中、高纬度大气环流以及外强迫异常的联系

利用欧洲中心35年(1968-2002年)月平均再分析资料(ERA-40),通过矢量经验正交分析方法,研究了东亚夏季风年际变率的第2、3优势模态及其与中、高纬度大气环流和外强迫异常之间的联系.这两个优势模态均与北半球中、高纬度大气环流异常有密切的关系,累计解释协方差超过了东亚夏季风的第1模态.东亚夏季风变率的第2模态解...     

关键区海温年代际异常对我国东部夏季降水影响

利用1931—2010年UKMO HADISST1全球月海表温度、NOAA再分析资料及我国东部96个站月降水量资料,使用REOF,SVD及合成分析等方法探讨了关键区冬季海表温度 (SST) 年代际异常对我国东部夏季降水的影响。结果表明:当冬季黑潮区SST年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度呈“+-+”距平分布,西风带经向环流盛行,西太平洋副热带高压加强、西伸;850 hPa风场距平场上,北方地区为反气旋性异常控制,南海上空为异常偏南气流,这样的环流配置有利于我国东部夏季多雨带出现在长江中下游地区;当冬季南印度洋偶极子 (SIOD) 年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度为正距平,阻塞形势发展,经向环流盛行,有利于冷空气南下,西太平洋副热带高压强度偏强,位置略偏南、偏西;850 hPa风场距平场上,北方地区为一反气旋性异常控制,异常偏北气流延伸至我国南方地区,索马里越赤道气流偏强。这种环流配置使得副热带锋区偏南,夏季多雨带位于华南及东南沿海地区。     

低频扰动增量法在华南冬季低温延伸期预报中的应用研究

通过扰动物理量分解方法和增量预报方法,提出低频扰动增量的定义,分析冬季大气低频扰动信号与华南低温事件的可能联系,构建基于低频扰动增量的华南冬季低温延伸期预报模型,为低温延伸期预报提供科学参考依据。分析表明:(1)东半球500 hPa高度场低频扰动变化显著区域主要位于中高纬度45°×80°N地区,尤其在乌拉尔山脉附近及其以西的东欧地区和贝加尔湖以北的中西伯利亚地区;(2)500 hPa中高纬高度场和风场低频扰动增量的前两个EOF模态反映了周期为20 d左右低频振荡的传播型模态,EOF1反映的是导致中高纬度两槽一脊型的环流形势得以维持的低频扰动特征,EOF2反映的是中高纬度高空槽东移后出现的低频扰动特征,研究揭示了华南最低气温低频扰动增量与该低频传播模态的关系十分密切;(3)基于低频扰动增量的延伸期预报准确率明显优于直接应用原始场的延伸期预报,重点抓住大尺度环流的低频扰动增量及由其引起的预报量的扰动增量,可以提高延伸期预报的准确率。     

我国西南地区秋季降水年际变化的空间差异及其成因

使用1980～2010年全国站点降水资料、ERA-Interim再分析环流资料、哈德莱海表温度资料,运用聚类分析和旋转经验正交函数分解,对西南地区的秋季降水按照其年际变化规律进行分区,进而分析影响各区域降水变化的物理过程和机理。结果表明:西南地区被分为东、西两个区域。西南东、西区域秋季降水的年际变化、显著周期、旱涝异常年份、相关的环流系统都有明显差异。西南东部秋季降水主要与热带海温异常有关,受低纬度环流影响。当赤道东太平洋为暖海温异常,热带印度洋为西正东负的偶极子型海温异常时,分别激发出西北太平洋反气旋和孟加拉反气旋,共同向西南东部输送水汽,造成西南东部降水偏多。西南西部降水在秋季三个月份与不同的环流形势对应:9月降水由中南半岛反气旋输送的暖湿气流决定;10月降水受高原以东反气旋环流和孟加拉湾低槽共同影响;11月降水主要受中高纬环流异常的影响,与斯堪的纳维亚遥相关存在显著负相关。     

全球变暖减缓背景下欧亚秋冬温度变化特征和原因

采用气候序列变化趋势诊断和一元线性回归等分析法,研究和讨论了2000-2012年和1976-1999年两种年代际背景下全球陆地不同区域的年平均地表温度的变化特征。发现欧亚大陆中高纬度地区是对全球变暖减缓贡献最大的区域。且该地区在2000年以来秋季年代际增温,而冬季年代际降温。从同期大气环流的配置来看,在对流层低层,秋季西伯利亚高气压年代际减弱,而冬季西伯利亚高气压年代际增强。在对流层中高层,秋季从西欧至东北亚为"高-低-高"的高度场异常分布,纬向环流加强,经向环流减弱,而冬季极地与贝加尔湖地区的高度场呈偶极型分布,东亚大槽加深,经向环流加强。进一步研究发现,超前一个季节的喀拉海附近的海冰与欧亚中高纬度秋冬两季温度的年代际变率有着密切的联系。一方面,夏季(秋季)海冰减少影响秋季(冬季)中高纬度大气环流;另一方面,夏季(秋季)海冰减少,使得秋季(冬季)从北极至中高纬度大陆的对流层低层水汽含量增加(减少),大气逆辐射增强(减弱)导致秋季(冬季)增温(降温)。     

热力适应、过流、频散和副高II.水平非均匀加热与能量频散

利用位涡方程和热力适应原理，讨论了因非绝热加热的空间不均匀性导致的大气 动力特征的变化，进一步阐明了副热带地区的深对流凝结潜热加热的垂直非均匀性使副热带高压在中低空出现在热源区以东，在高空出现在热源区以西。在此基础上，深入研究了水平非均匀加热对大气环流的影响。结果表明加热区以北，虽然非绝热加热消失，但存在加热的水平梯度在西风环流的背景下在高低层造成深厚的负涡度强迫。因而高层热源北部边界附近的西风向南偏转进入加热区，造成加热区北部边界及其以北发生次级辐散；低层热源区的南风发生反气旋偏转，汇入加热区外的西风气流中，造成低层加热区北部边界及其以北发生次级辐合。结果该区域产生了垂直上升运动及负的涡度强迫源，对应着异常强烈的反气旋环流。该负涡度强迫源还通过能量频散，在西风带中以Rossby波的形式向中高纬传播，影响中高纬地区的异常环流型。     

热力适应、过流、频散和副高Ⅱ．水平非均匀加热与能量频散

利用位涡方程和热力适应原理，讨论了因非绝热加热的空间不均匀性导致的大气动力特征的变化，进一步阐明了副热带地区的深对流凝结潜热加热的垂直非均匀性使副热带高压中低空出现在低源区以东，在高空出现在热源区以西。在此基础上，深入研究了水平非均匀加热对大气环流的影响。结果表明加热区以北，虽然非绝热加热消失，但存在加热的水平梯度在西风环流的背景下在高低层造成深厚的负涡度强迫。因而高层热源北部边界附近的西风向南偏转进入加热区，造成加热区北部边界及其以北发生次级辐散；低层热源区的南风发生反气旋偏转，汇入加热区外的西风气流中，造成低层加热区北部边界及其以北发生次级辐合。结果该区域产生了垂直上升运动及负的涡度强迫源，对应着异常强烈的反气旋环流。该负涡强度迫源还通过能量散射，在西风带中以Rossby波的形式向中高纬传播，影响中高纬地区的异常环流型。     

Atmospheric anomalies related to interdecadal variability of SST in the North Pacific

Anomalous patterns of the atmospheric circulation and climate are studied corresponding to the two basic interdecadal variation modes of sea surface temperature (SST) in the North Pacific, namely, the 25-35-year mode and the 7-10-year mode. Results clearly indicate that corresponding to the positive and negative phases of the interdecadal modes of SST anomaly (SSTA) in the North Pacific, the anomalous patterns of the atmospheric circulation and climate are approximately out of phase, fully illustrating the important role of the interdecadal modes of SST. Since the two interdecadal modes of SSTA in the North Pacific have similar horizontal structures, their impacts on the atmospheric circulation and climate are also analogous. The impact of the interdecadal modes of the North Pacific SST on the atmospheric circulation is barotropic at middle latitudes and baroclinic in tropical regions.     

欧亚土壤湿度异常对北半球大气环流的显著影响

用44 a ERA40再分析资料的土壤湿度和大气环流变量场, 研究持续性的欧亚大陆土壤湿度异常对后期北半球大尺度大气环流的反馈作用。首先,运用经验正交函数分解去除ENSO遥相关及趋势影响后,分析了欧亚大陆中高纬度土壤湿度变率主要模态的季节变化特征,及相对应主分量时间序列显示的土壤湿度异常的衰减时间,结果表明土壤湿度异常的主要模态在全年都表现出很好的连续性。其次,对不同季节的连续3个月的月平均土壤湿度和500 hPa高度场进行滞后最大协方差分析,研究欧亚地区中高纬度土壤湿度异常与北半球大气环流异常之间的线性耦合。第一最大协方差模态的结果表明:全年的主导信号是大气强迫土壤湿度的变化,但在冬季和夏季,大气中类似于负位相北极涛动的环流型与之前月份(最长达4个月)土壤湿度的持续变化显著相关。最后,基于土壤湿度变率中心的回归分析也证实了秋季和春季欧亚土壤湿度,特别是北非副热带,欧亚内陆和西伯利亚地区的土壤湿度异常,分别与其后的冬季和夏季的大气环流显著相关。欧亚大陆土壤湿度异常超前大气环流的信号,将有助于改善冬季和夏季北半球季节气候预报能力。