平流层臭氧纬向分布季节变化和行星波的关系

通过分析1992—2001年的HALOE卫星资料,给出了各纬度带平流层的臭氧混合比的纬向分布结构,并分析了其季节变化的特征,同时,利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了平流层行星波的结构及其与臭氧纬向分布的关系。结果表明:平流层臭氧混合比的纬向分布季节差异较大,在两半球的夏季平流层臭氧混合比的纬向分布较均匀,其它季节在中高纬的臭氧混合比高值区有一些扰动,并且随着纬度的增大其扰动加强,其中冬季它的扰动最强,这些都与平流层的行星波有相同的特点。对这两种资料进行波谱分析发现,在冬半球臭氧混合比在中高纬的纬向扰动有明显的1波信号,并且与位势高度的1波扰动有相同的位相,因此认为臭氧纬向扰动主要是由行星波引起的,并且在中高纬主要是1波的影响;而低纬地区由于不满足行星波上传的条件,所以臭氧纬向分布不受行星波的影响。分析行星波扰动对臭氧的输送作用也表明,行星波的扰动确实引起臭氧在经向上的输送,从而造成臭氧纬向分布的不对称,并且由于基本气流的输送作用,使得臭氧纬向扰动与行星波造成的原始扰动有一个位相差。     

夏季鄂海高压的长期预报研究

本文首先分析了1951—1986年夏季鄂海高压的自身演变,揭示出鄂海高压的18年和3年左右的主要变化周期。文中还分析了鄂海高压与北半球500百帕高度场、太平洋海温场的相关关系。指出了前期10月鄂海附近地区上空500百帕高度及前期11月西北太平洋区域海温与夏季鄂海高压的密切关系。此外,对鄂海高压与厄尼诺现象的联系问题以及对东亚地区天气的影响在此也作了讨论。     

珠三角冬季雷暴的大气环流特征及海温异常背景

利用珠江三角洲14站1月份的观测资料,进行珠三角地区冬季雷暴的气候统计,得出上世纪80年代后有出现次数增加的趋势。根据历史天气图以及NCEP/NCAP再分析资料,引发珠三角冬季雷暴的天气特点是:500 hPa多为南支槽和西风槽叠加,地面为静止锋或冷空气配合锋面南下、低压槽维持在华南;冬季雷暴发生前珠三角地区上干下湿配置明显,850、500 hPa上K和S i指数呈逐日较大增长趋势。对比1961~2003年珠三角地区冬雷年、非冬雷年1月的500 hPa平均高度距平合成图,分析形成珠三角冬季雷暴的大气环流特征,发现冬雷年的500 hPa大尺度环流背景是:欧亚中高纬平均高度距平从西到东呈“正负正”分布,即乌拉尔山附近有阻塞高压,欧洲长波槽深而活跃,蒙古、中国多低槽、冷空气活动,副热带高压偏强;相反,非冬雷年500 hPa的欧亚中高纬平均高度距平从西到东呈“负正负”分布,欧洲长波槽偏北,乌拉尔山附近没有稳定阻高建立,冷空气势力偏弱。同时,冬雷年1月的海温特征是:赤道东太平洋170~80°W附近为正海温距平区。     

2003年夏季中高纬度环流与淮河流域降水

研究了 2 0 0 3年夏季中高纬环流特征以及乌拉尔山、鄂霍茨克海和贝加尔湖三个地区阻高指数逐候的变化情况。 6月下旬至 7月上旬东亚中高纬出现“双阻”形势 ,造成淮河流域持续一个多月的集中强降水 ,但是在 7月底 ,鄂霍次克海阻高再度建立并持续 ,致使盛夏西太平洋副热带高压较常年偏南 ,所以雨带的位置也未能北移。因此 2 0 0 3年夏季主要雨带维持在淮河流域     

梅雨期温带急流变化与中高纬环流系统的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料分析了与温带急流相关联的梅雨期东亚上空中高纬环流系统的变化特征,揭示出东亚高空急流经向分量在急流变化中具有重要作用,温带急流区经向风和东亚中高纬槽脊关系密切。在温带急流由强变弱的过程中,当温带急流强度强时,急流区以纬向风为主导;当温带急流强度弱时,经向风增强,纬向风迅速减弱,急流区以经向风为主导。温带急流区纬向风强时,500 hPa位势高度等值线平直,中高纬环流为纬向型;温带急流区经向风强时,中高纬槽脊系统发展,中高纬环流由纬向型转换为经向型。梅雨期温带急流区经向风异常主要有80°E、100°E、120°E、140°E四个中心,温带急流区经向风异常的位置不同时,中高纬阻塞高压出现位置不同,冷空气路径不同。     

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。     

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.     

我国南方两次低温雨雪事件天气成因对比分析

2018年和2021年末我国南方分别发生了一次大范围的低温雨雪天气,对生活、生产造成了严重影响,因此对比分析这两次低温雨雪天气成因具有重要意义。结果表明：两次过程期间,对流层中层中高纬阻塞流场显著,阻高位于贝加尔湖西侧,脊前偏北气流在下游横槽后部堆积,使得西伯利亚高压强度增强。东传的Rossby波在阻高区域发生能量频散,利于阻高减弱、崩溃,横槽转竖引导槽后冷空气南下,导致地面强烈降温,同时在西伯利亚高压东侧和南侧,低频风温度平流是造成强降温的主要原因。低纬南支槽活跃,向北的暖湿空气与中高纬南下的冷空气汇合,造成我国南方大范围的低温雨雪、冻雨天气。与2018年过程相比,2021年过程持续时间较短,降水范围小,关键区降温幅度更大,是因为2021年过程期间Rossby波能量频散更快,阻高维持时间较短,冷空气从中高纬地区直接南下侵袭我国,而2018年冷空气在贝加尔湖附近发生堆积、西折,向南渗透时势力减弱。     

多年月平均100毫巴图上副热带及西风带地区波谱的季节变化

本文研究了多年月平均100毫巴图上波谱的季节变化。分析表明,西风带及副热带地区等压面高度的振幅位相谱都有着鲜明的季节变化,但它们差异甚大,这种超长波的不连续带约在40°N附近。 扰动动能谱逐月情况的分析表明,副热带地区纬向扰动动能谱及其前12个波分量之和的季节变化较为清楚。 文中还分析了角动量、感热南北输送谱及动俄转换率谱。发现它们的前12个波分量之和的季节变化,在副热带地区相对要较西风带清楚。并且,在副热带地区这些输送谱或转换率谱中,起主要作用的是一波,三、二波次之;而在西风带中,起主要作用的是二波,一、三波次之。     

北半球副热带—中纬度太平洋大气季节内扰动的纬向传播与东亚夏季旱涝

用时空滤波和Morlet小波方法,分析了1958—2000年夏季东亚(20°—45°N,110°—135°E)不同纬带(由南到北分为4个区域)的降水分别与太平洋同一纬带上大气30—60 d振荡(ISO)沿纬圈传播的关系及其成因机制。发现太平洋上经向风ISO向西传播的强或弱,是东亚夏季风区降水偏多或偏少的必要条件。对逐年夏季的分析表明,无论当年东亚夏季风强与否,在所划分的几个东亚季风区所有涝的年份里,太平洋同一纬带上大气ISO向西传播都明显较强,而在这些区域绝大多数旱的年份里,相应的ISO向西传播明显较弱。进一步分析发现,经向风ISO的纬向传播对应着大气经向型环流系统的移动,向西传影响东亚夏季风区降水的ISO有来自低纬中东太平洋东风流中的低频气旋(如副热带东风带中ISO的演变);也有来自中高纬度阿拉斯加湾及鄂霍次克海一带低频低压(如洋中槽)和高压(如阻塞高压和东北太平洋高压)的向南向西频散。因此东亚夏季旱涝不但与热带季风有关,而且与中东太平洋副热带东风系统中ISO的向西传播、中高纬度长波调整时低频扰动向西南经北太平洋副热带的传播密切相关。     

北半球冬季中纬度位势高度场的季节内振荡

利用1979—2012年逐日NCEP/DOE再分析资料,分析北半球中纬度冬季(11月1日—4月30日)对流层位势高度的季节内振荡特征。结果表明:对流层上层位势高度的季节内变化强度较中下层更强,中心主要位于太平洋和大西洋上空;对流层上层位势高度场主要为1~3波的超长波形势,功率谱分析结果表明其时间序列呈现显著的季节内振荡(10~60 d)特征;10~60 d滤波的位势高度异常空间分布与原异常场一致,位势高度季节内振荡随时间主要表现为向西传播的特征,尤其表现在北太平洋上空,而亚欧大陆更为复杂一些;亚洲冬季风对北半球中纬度位势高度的季节内振荡有响应,主要表现为蒙古高压位置和强度的异常,继而对我国冬季气温产生影响。     

东亚夏季风指数的年际变化与东亚大气环流

文中从夏季东亚热带、副热带环流系统特点出发 ,定义了能较好表征东亚夏季风环流年际变化的特征指数 ,并分析了东亚夏季风指数的年际变化与东亚大气环流及夏季中国东部降水的关系。文中定义的东亚夏季风指数既反映了夏季东亚大气环流风场的变化特征 ,也较好地反映了夏季中国东部降水的年际变化特征。此外 ,还探讨了东亚夏季风指数变化的先兆信号     

江淮梅雨季亚洲阻塞高压活动统计特征

利用1960—2018年6—7月NCEP/NCAR逐日再分析资料和同期中国国家气象站日降水量资料,对江淮梅雨季亚洲地区阻塞高压活动地理分布、关键区阻塞高压事件活动频次、生命周期以及年际和年代际变化,及其与江淮梅雨异常的关系进行了系统分析。结果表明:（1）近59年江淮梅雨季（6—7月）,亚洲阻塞高压事件共计363次,其中心主要分布在乌拉尔山区域（40°—80°E）、贝加尔湖区域（80°—120°E）和鄂霍次克海区域（120°—160°E）3个关键区。（2）3个关键区阻塞高压事件的次数和累计日数由高到低依次为:鄂霍次克海、乌拉尔山和贝加尔湖区域。双阻塞形势以乌拉尔山-鄂霍次克海双阻居多,约占亚洲地区双阻日数的60%。阻塞事件的平均生命周期7 d左右,最长维持时间为13 d。（3）3个关键区总的及分区的阻塞次数和日数都有明显的年际变化并呈增加的趋势,其中线性增加趋势最为明显的是鄂霍次克海区域,与近59年江淮梅雨季的累计雨量增加趋势一致。（4）江淮梅雨季降雨量多寡与阻塞高压活动密切相关,梅雨正（负）异常年鄂霍次克海区域、乌拉尔山-鄂霍次克海双阻日数和次数显著偏多（偏少）,而乌拉尔山和贝加尔湖区域的阻塞高压事件与梅雨关系并不显著。（5）江淮梅雨季鄂霍次克海阻塞高压的日数多寡可能与前期海表温度异常信号ENSO有关。      

Impacts of 30-60-Day Oscillations over the Subtropical Pacific on the East Asian Summer Rainfall

The relationships between the precipitation over East Asia (20°-45°N,110°-135°E) and the 30-60-day intraseasonal oscillation (ISO) over the Pacific during the boreal summer are studied in the paper.The daily wind and height fields of NCEP/NCAR reanalysis data,the 24-h precipitation data of 687 stations in China during 1958-2000,and the pentad precipitation of CMAP/NOAA from 1979 to 2002 are all analyzed by the space-time filter method.The analysis results,from every drought and flood summer in four different regions of East Asia respectively during 1958-2000,have shown that the flood (drought) in the East Asian summer monsoon region is absolutely companied with the strongly (weakly) westward propagations of ISO from the central-east Pacific,and depends little on the intensity changes of the East Asian summer monsoon. And the westward ISO is usually the low-frequency cyclones and anticyclones from the Bay of Alaska in northeastern Pacific and the Okhotsk in the northwestern Pacific of mid-high latitudes,and the ISO evolving in subtropical easterlies.In mid-high latitudes the phenomena are related to the westward propagating mid- ocean trough and the retreat of blocking high.Therefore the westward propagating ISO from the central-east Pacific to East Asia is indispensable for more rainfall occurring in East Asia in summer,which results from the long-wave adjustment process in the mid-high latitudes and ISO evolving in tropical easterlies.     

夏、秋季北极海冰异常与秋、冬季青藏高原极端低温日数的关系及影响机理

利用1979~2012年青藏高原125个基本、基准站观测日最高及最低气温数据、Hadley中心月平均海冰覆盖率资料、ERA-Interim的风场、高度场等再分析资料,根据相关统计分析、合成分析等方法系统地分析了青藏高原地区秋、冬季冷昼和冷夜日数(低温日数)与关键影响海区海冰的关系及影响机理。结果表明,夏、秋季关键海区海冰偏少时,秋、冬季极地和青藏高原地区500 h Pa位势高度减小,中高纬西伯利亚地区位势高度增强,北极至青藏高原有明显由北向南波动通量,高压反气旋系统在西伯利亚地区形成与壮大,青藏高原以北风场呈现明显偏北风,Rossby波在青藏高原及其以北地区呈现由北向南波动形式,青藏高原以北的西风带地区Rossby波东传减缓,导致经向活动加强,北部冷空气易于通过气流向高原侵袭,秋、冬季青藏高原低温日数将偏多。     

印度洋—西太平洋对流涛动的季节内特征

本文利用30~60天带通滤波资料, 考察了不同季节印度洋—西太平洋区域对流活动季节内尺度变率的主要模态, 发现在不同季节赤道东印度洋(5°S~10°N, 70°E~100°E)和西北太平洋(5°N~20°N, 110°E~160°E)对流活动均存在反相变化的关系, 将之称为季节内尺度的印度洋—西太平洋对流涛动(Indo-West Pacific Convection Oscillation), 简称IPCO。对IPCO两极子区域对流活动进行超前滞后相关分析, 发现IPCO事件形成—发展—消亡的生命周期是由对流活动季节内振荡及其传播造成的。对流扰动首先在赤道中西印度洋形成, 随后逐渐向东发展变强, 在其继续变强的过程中将分两支传播:一支由赤道印度洋向北传播, 至印度半岛南部后逐渐减弱消失;另一支沿赤道继续东传, 在海洋大陆受到抑制, 快速越过海洋大陆到达赤道西太平洋后又开始发展变强, 随后北传至西北太平洋区域逐渐减弱, 最终至我国长江流域中下游到日本区域消失。将这一过程划分为8个位相, 详细分析了不同位相对应的环流场和降水场特征, 最后给出了IPCO事件演化示意图。     

El Ni?o发展年和La Ni?a年东亚夏季风季节内变化的比较

基于1979~2013年多种再分析资料,合成分析了El Ni?o发展年和La Ni?a年东亚夏季风的季节内变化。结果表明,东亚夏季风在两种情况下呈现出不同的季节内变化特征。在El Ni?o发展年,初夏期间高纬度地区出现偏北风异常,造成东亚地区位势高度场偏低,西太平洋副热带高压偏东,但均不显著。盛夏期间,El Ni?o强迫造成中太平洋对流增强,副热带西太平洋出现气旋异常,位势高度显著降低,副热带高压明显偏东。与此不同的是,La Ni?a年春季暖池海温偏高,造成夏季对流偏强,西太平洋地区位势高度场偏低,副热带高压减弱东退。此外,La Ni?a年东亚夏季风的季节内变化较为复杂,6月异常较弱,7月达到最强,8月又开始减弱。因此,虽然El Ni?o发展年和La Ni?a年夏季平均副高异常有一定的相似性,但季节内变化则有很大差异,其成因也完全不同。     

Effects of Sea Surface Temperature Anomalies off the East Coast of Japan on Development of the Okhotsk High

The study examined effects of sea surface temperature anomalies (SSTAs) off the east coast of Japan on the blocking high over the Okhotsk Sea in June by diagnostic analysis and numerical simulation. Firstly, based on 500-hPa geopotential height fields, the Okhotsk high index (OKHI) for June from 1951 to 2000 is calculated and analyzed. The result indicates that the OKHI has obvious inter-annual and inter-decadal variations, and there are 9 yr of high OKHI and 8 yr of low OKHI in 50 yr. Secondly, by using the OKHI, the relationship between the Okhotsk high and the 500-hPa geopotential height anomaly is investigated. The results indicate that the "+-+" pattern of geopotential height anomaly crossing Eurasia in the mid-high latitudes and the "+-" pattern of geopotential height anomaly from high to low latitudes over East Asia are in favor of the formation and maintenance of the Okhotsk high. The relationship between the OKHI and the SSTA over the North Pacific is investigated in early summer by using correlation and composite analysis. We found that when the blocking circulation over the Okhotsk Sea occurs, there is an obvious negative SSTA off the east coast of Japan in early summer. We simulated the effects of the negative SSTA of east coast of Japan on the atmospheric circulation anomaly over East Asia through the control and sensitivity experiments using NCAR CAM3 model in order to confirm our analysis results. The simulation shows that the negative SSTA off the east coast of Japan results in the significant positive 40 gpm 500-hPa geopotential height anomaly over the Okhotsk Sea and the negative anomalies off the east coast of Japan which might contribute to the formation and development of the Okhotsk high in June.     

Multi-stage onset of the summer monsoon over the western North Pacific

 The climatological summer monsoon onset displays a distinct step wise northeastward movement over the South China Sea and the western North Pacific (WNP) (110°–160°E, 10°–20°N). Monsoon rain commences over the South China Sea-Philippines region in mid-May, extends abruptly to the southwestern Philippine Sea in early to mid-June, and finally penetrates to the northeastern part of the domain around mid-July. In association, three abrupt changes are identified in the atmospheric circulation. Specifically, the WNP subtropical high displays a sudden eastward retreat or quick northward displacement and the monsoon trough pushes abruptly eastward or northeastward at the onset of the three stages. The step wise movement of the onset results from the slow northeastward seasonal evolution of large-scale circulation and the phase-locked intraseasonal oscillation (ISO). The seasonal evolution establishes a large-scale background for the development of convection and the ISO triggers deep convection. The ISO over the WNP has a dominant period of about 20–30 days. This determines up the time interval between the consecutive stages of the monsoon onset. From the atmospheric perspective, the seasonal sea surface temperature (SST) change in the WNP plays a critical role in the northeastward advance of the onset. The seasonal northeastward march of the warmest SST tongue (SST exceeding 29.5 °C) favors the northeastward movement of the monsoon trough and the high convective instability region. The seasonal SST change, in turn, is affected by the monsoon through cloud-radiation and wind-evaporation feedbacks. Received: 19 October 1999 / Accepted: 5 June 2000