东亚副热带西风急流位置异常对长江中下游夏季降水的影响

利用NCEP/NCAR 200 hPa月平均风场再分析资料,定义东亚大陆对流层上层不同经度上最大西风所在位置的平均纬度为东亚副热带西风急流轴线指数,该指数能准确反映东亚副热带西风急流位置的南北变化及其对长江中下游降水的影响,并能较好地体现东亚夏季风盛行期间对流层低层与高层的纬向风场变化特征。分析表明,该指数的时间变化具有与长江中下游夏季降水较一致的年代际变化及年际振荡特征。对东亚副热带西风急流位置异常年的大气环流差异分析表明,急流异常偏北时,南亚高压偏弱,位置偏北偏西,呈伊朗高压型;西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏弱、位置偏东偏北;气流的辐合上升区北移至华北一带,而长江流域低层风场为辐散异常,上升气流较常年偏弱,降水偏少。急流异常偏南时,南亚高压偏强,位置偏南偏东,呈青藏高压型;西太副高偏强、位置偏西偏南;长江流域地区上空低层有较强辐合上升气流,高层有较强的气流辐散,对流旺盛,雨带在此维持,容易引发洪涝。     

江西春季降水异常的环流特征及其对ENSO事件的响应

利用江西省83个气象观测站1961—2018年春季(3—5月)逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,对江西春季降水异常的大气环流特征及其对ENSO事件的响应进行了研究。结果表明:江西春季降水异常偏多年,中层500 hPa中高纬地区受欧亚型环流(EU型)影响,乌拉尔山附近阻塞高压系统活动频繁,贝加尔湖地区低槽偏强,西太平洋副热带高压(简称西太副高,下同)偏强,有利于北方冷空气南下并与偏南暖湿气流在江西上空交汇;低层850 hPa菲律宾以东西太平洋地区为异常反气旋环流控制,造成南海水汽向江西地区输送加强。而江西春季降水异常偏少年,其环流特征表现则与之相反。ENSO是影响江西春季降水的重要强迫信号,厄尔尼诺(拉尼娜)衰减年,春季东亚地区低层850 hPa西太副高偏强(弱),有(不)利南海上空水汽向江西地区输送,低层辐合(辐散)和高层200 hPa辐散(辐合)形成的动力抬升条件是造成江西地区降水偏多(少)的主要原因。     

南海夏季风垂直结构的变化特征及其对中国东部降水的影响

采用NCEP/NCAR再分析月平均资料和NOAA全球逐日降水资料,首先利用EOF方法分析了南海夏季风的垂直结构时空变化特征,然后初步探讨了南海夏季风垂直结构对中国夏季降水的影响和机制。(1) 南海夏季风的垂直结构有明显的年际和年代际变化特征。EOF第一模态型主要表现为南海夏季风垂直结构的年际变化特征,为对流层低层西南风和对流层高层东北风同时增强(同时减弱)(简称“低层-高层同时增强”和“低层-高层同时减弱”)两种典型结构变化;EOF第二模态主要表现为南海夏季风垂直结构的年代际变化,为对流低层(高层)西南风(东北风)由下向上的增强到减弱变化和相反的对流层低层(高层)西南风(东北风)减弱到增强的变化(简称“低层强弱-高层强弱”和“低层弱强-高层弱强”)的两个不同年代(时段)的垂直结构变化。(2) 南海夏季风垂直结构变化通过改变对流层低层、高层的环流异常变化来影响中国东部夏季降水的异常变化。南海夏季风呈“低层-高层同时增强”垂直结构时,南海低纬热带季风环流异常加强,长江流域低层辐散、高层辐合及异常下沉运动,其南侧的华南地区和北侧的东北地区是低层辐合、高层辐散和异常上升运动,导致华南降水异常偏多、长江流域降水偏少、北方降水偏多;在“低层-高层同时减弱”年,则相反。南海夏季风呈“低层弱强-高层弱强”垂直结构时,我国东部地区自华南到东北,分别是低层辐合(辐散)、高层辐散(辐合)的有利于上升(下沉)运动的环流条件,华南、江淮地区降水增多,江南、东北地区降水减少;对“低层强弱-高层强弱”时段,则相反。      

2012年华南前汛期降水特征及环流异常分析

2012年华南前汛期于4月第2候开始,6月第5候结束。前汛期降水经历了三个不同的阶段：第一阶段是4月第2候至5月第3候的降水集中期（锋面降水）,江南大部和华南大部降水偏多25％以上,第二阶段是5月第4候至6月第2候的少雨期,华南中部和东部降水偏少50％以上,第三阶段是6月第3—5候的第二个降水集中期（季风降水）,江南东南部至华南中西部降水偏多50％以上。对各阶段大气环流距平场的分析结果表明：华南前汛期开始后,偏强的乌拉尔山高压脊导致南下的冷空气偏强,偏强的低层副热带高压使得我国南方为整层水汽输送的异常辐合区,两者共同导致华南前汛期第一阶段的锋面降水较常年同期偏多;南海夏季风在爆发后偏弱和西北太平洋副热带高压（以下简称副高）持续3候异常偏北是导致第二阶段前汛期降水明显偏少的主要原因;第三阶段,南海夏季风异常偏强,副高南落并增强,以及孟加拉湾季风槽的偏强使得华南前汛期此阶段的季风降水偏多。     

2021年8月西南地区东部降水异常偏多的水汽条件分析

2021年8月西南地区东部降水量为1961年以来同期第2多,比历史最多的1998年仅差0.9 mm,极为异常。利用西南地区东部118个气象台站1961—2021年夏季8月逐日降水资料及ERA5逐月高度场、纬向风、经向风、比湿和水汽场等再分析资料,采用拉格朗日水汽轨迹模式和现代统计诊断方法,分析了2021年8月西南地区东部降水出现异常偏多的主要水汽输送条件和水汽来源、造成降水异常的大气环流特征等。结果表明：2021年8月西南地区东部水汽的净流入主要来自于对流层中、低层,以低层的水汽贡献最大;2021年8月水汽输送路径有一定的独特性,以低层来自于我国东部地区的水汽路径的轨迹数量最多,与以往水汽主要轨迹和贡献来自南部路径的特征有所不同。2021年8月西南地区东部降水异常偏多与大气环流异常紧密相关,主是体现在500 hPa高度场上乌拉尔山附近和鄂霍次克海阻高异常偏强、中纬度低值系统(东北低涡等)异常活跃、印度低压偏弱和和西太副高异常西伸且强度偏强;大气环流系统引导下有利的水汽输送造成了西南地区东部降水的异常偏多。印度洋海温的持续偏暖可能是维持2021年8月西太副高持续偏强、偏西的重要外强迫因子...     

江苏6—7月降水与前期澳大利亚高压及相关海温异常的关系

利用5月份澳大利亚海平面气压和中国107站的6—7月降水资料,使用SVD方法揭示了5月份澳大利亚高压(简称澳高)与江苏汛期(6—7月)降水(简称汛期降水)的联系及可能原因,研究表明:当5月澳高偏强时,汛期环流特征表现为:(1)低层风场在30°N附近存在明显的风向切变,上升气流显著,并且西太平洋副热带高压较常年偏西,这样有利于降水增多;(2)130°E附近的越赤道气流显著加强,为降水提供了很好的水汽条件。主要影响途径:当5月澳高偏强(偏弱)时,与澳高相联系的印度尼西亚附近海温持续性偏冷(偏暖),偏冷(偏暖)的海温一方面使得其区域低层风场的异常辐散(辐合),异常辐散(辐合)风场作为涡度源通过Gill型响应可引起西太平洋异常反气旋(气旋)环流,有利于副热带高压较常年偏强偏西(偏弱偏东),也增强(减弱)了自南向北的暖湿气流的输送;另一方面引起其区域下沉(上升)气流异常,进而通过类似与EAP波列,激发江淮地区的异常上升(下沉)气流,使得汛期降水偏多(偏少)。     

亚洲热带夏季风指数与中国南方降水的关系

利用1979—2013年夏季全球2.5°×2.5°逐日环流资料和中国气象站点降水观测资料,采用动力学因子(西南风)与热力学因子(Radiation Longwave covting, OLR)相结合定义了标准化的亚洲热带夏季风指数(Tropical Summer Monsoon Index, TSMI)。结果表明,该指数能够很好地描述亚洲热带夏季风的年际变化和准4 a变化特征,并能够指示中国南方夏季降水的异常变化和东亚大气环流特征。强(弱)亚洲热带夏季风年,印度夏季风槽和南海夏季风槽加强加深(减弱),孟加拉湾海域一致西南风(东风)异常,越赤道急流向北输送偏强(偏弱),南海季风槽位置偏西(东),南海区域一致西南风异常,西太平洋副热带高压和南亚高压纬向位置分离(重叠),低层气流在长江流域辐散(辐合),华南地区辐合(辐散),长江中下游流域出现异常下沉(上升)运动,造成长江流域降水偏少(偏多),华南地区降水比常年偏多(偏少)。     

玉林6月份降水异常及其环流形势分析

利用1961~2013年玉林地区五个台站6月份降水资料及NCEP/NCAR月平均再分析资料,分析了玉林地区6月降水的异常及其环流形势特征。结果表明:玉林地区6月降水年际变化明显,总的降水趋势变化不明显;降水异常偏多年,南亚高压和西太平洋副高都偏弱,500h Pa垂直运动偏强,高层辐散和低层辐合增强,低层水汽通量辐合增强,都有利于降水的发生;少雨年则相反。     

2013年7月我国南方异常持续高温成因分析

利用2013年7月中国台站逐日观测资料及1981年1月—2013年7月NCEP/NCAR再分析资料,通过统计以及诊断方法,研究分析2013年7月中国南方异常持续高温成因。结果表明,2013年西北太平洋副热带高压（简称西太副高）在5月就表现出异常的前兆,其特征指数表现出明显偏南、偏西、偏强。7月西太副高强度的高值区一直处于我国江南-台湾海峡一带,这一形势有利于我国南方夏季形成高温酷暑天气;欧亚大陆上空对流层温度的异常持续增加,加剧西太副高变强,有利于西太副高异常状态的持续;在20 °S～20 °N,100～140 °E范围内的南风明显减弱,东太平洋海域上北风明显增加的现象,消弱了该区域热带气旋的生成发展,使得西太副高有机会持续稳定,甚至加强控制我国南方地区。5—7月南亚高压整体偏东,1 660 gpdm特征线表现出异常持续偏东的状态,1 676 gpdm特征线从6月4日开始稳定出现,并表现为整体明显偏东的特征;期间,南亚高压与西太副高呈现出“相向而行”与“背向而斥”的东西振荡特征;通过7月2—3日个例明显看出,南亚高压的东进过程对西太副高的加强与西进有明显的影响。      

鄂北春播期降水异常能量输送及成因分析

利用1981—2018年降水观测信息,结合NCEP再分析资料,采用合成诊断以及大气能谱方法,对比分析鄂北春播期降水异常天气成因。结果表明:降水偏少年副热带高压偏弱偏南,极涡偏弱,中纬度扰动动能表现为经向弱,纬向输送位置偏南,角动量以向南输送为主,南北能量交换弱,因而鄂北地区冷暖空气交汇不明显,对流层低层为辐散气流,不利于产生锋生动力。降水偏多年副热带高压和极涡均偏强,高原槽活动频繁,中纬度扰动动能表现为经向强,纬向输送位置偏北,角动量南北输送均明显,能量交换频繁,因而鄂北地区冷暖空气交汇明显,对流层低层为辐合气流,利于产生锋生动力。     

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。     

阿勒泰地区冬季降水异常的概念模型及预测模型

在普查及分析各因子物理意义的基础上,建立了阿勒泰冬季降水异常的概念模型及预测模型.结果表明冬季500hPa高度场上欧亚中高纬地区乌拉尔山至西亚为槽,欧洲、贝加尔湖为脊,位于青藏高原以北的中纬度西风偏强,位于青藏高原以南的副热带西风以及中高纬度西风偏弱,西太副高西伸北挺明显,里海槽弱以及LaNina事件的当年或结束年、El Nino事件的开始年或当年时,阿勒泰冬季降水易偏多,反之易偏少.     

云南极端干旱和多雨年5月异常环流的合成特征北大核心CSCD

应用1961 2010年NCEP/NCAR全球逐月再分析资料,对云南4次极端干旱年(下称干旱年)5月大气环流与4次5月降水偏多年(多雨年)大气环流进行合成对比分析,结果表明,两者从高纬到低纬都存在显著差异。干旱年500 hPa欧亚中高纬为两槽一脊,对应距平场呈"-+-"分布,西风带季节性北移晩;海平面气压场上亚洲为大范围负距平,影响云南的冷空气偏弱。而多雨年则相反,欧亚中高纬为两脊一槽,对应距平场呈"+-+"分布,西风带季节性北移早,乌拉尔山至里海的低槽引导冷空气入侵中国,海平面气压场上高原东部为正距平中心,影响云南的冷空气偏强。干旱年低纬地区环流差异表现为低层西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏强、偏西,赤道西风向东、向北推进受阻,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏弱,爆发偏晚;而多雨年的环流形势则相反,西太副高偏弱、偏东,索马里越赤道气流和赤道西风偏强,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏强,爆发偏早;高层南亚高压反气旋环流多雨年比干旱年西伸更明显,范围更大、更强。与多雨年云南上空为异常上升运动不同,干旱年北半球低纬为大范围深厚的异常下沉运动,云南仍为Hadley经圈环流的下沉支控制。对水汽分析表明,多雨年西太副高偏东,云南以西南季风水汽输送为主,水汽通量辐合较常年偏强,水汽含量比多年平均增加,干湿季转换早;而干旱年西太副高偏西、偏南,云南以西风带水汽输送为主,对应异常的水汽通量辐散,水汽含量较常年减少,干湿季转换迟。亚洲夏季风强度指数WYI与5月降水有显著的正相关,并与5月极端降水有较好的对应关系。     

云南极端干旱和多雨年5月异常环流的合成特征

应用1961 2010年NCEP/NCAR全球逐月再分析资料,对云南4次极端干旱年(下称干旱年)5月大气环流与4次5月降水偏多年(多雨年)大气环流进行合成对比分析,结果表明,两者从高纬到低纬都存在显著差异。干旱年500 hPa欧亚中高纬为两槽一脊,对应距平场呈"-+-"分布,西风带季节性北移晩;海平面气压场上亚洲为大范围负距平,影响云南的冷空气偏弱。而多雨年则相反,欧亚中高纬为两脊一槽,对应距平场呈"+-+"分布,西风带季节性北移早,乌拉尔山至里海的低槽引导冷空气入侵中国,海平面气压场上高原东部为正距平中心,影响云南的冷空气偏强。干旱年低纬地区环流差异表现为低层西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏强、偏西,赤道西风向东、向北推进受阻,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏弱,爆发偏晚;而多雨年的环流形势则相反,西太副高偏弱、偏东,索马里越赤道气流和赤道西风偏强,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏强,爆发偏早;高层南亚高压反气旋环流多雨年比干旱年西伸更明显,范围更大、更强。与多雨年云南上空为异常上升运动不同,干旱年北半球低纬为大范围深厚的异常下沉运动,云南仍为Hadley经圈环流的下沉支控制。对水汽分析表明,多雨年西太副高偏东,云南以西南季风水汽输送为主,水汽通量辐合较常年偏强,水汽含量比多年平均增加,干湿季转换早;而干旱年西太副高偏西、偏南,云南以西风带水汽输送为主,对应异常的水汽通量辐散,水汽含量较常年减少,干湿季转换迟。亚洲夏季风强度指数WYI与5月降水有显著的正相关,并与5月极端降水有较好的对应关系。     

Combined impact of in-phase and out-of-phase variation between the northern East Asian low and western North Pacific subtropical high on East Asian summer rainfall

东亚夏季降水受到对流层低层的东北亚陆地低压和西北太平洋副热带高压(西太副高)的影响。本文采用NCEP/NCAR再分析资料,考察了东北亚低压和西太副高同位相变化及反位相变化对东亚夏季降水的影响。研究发现与环流系统同位相和反位相对应,东亚夏季降水呈现不同的变化特征。当东北亚低压和西太副高同位相变化时,东亚地区降水异常为偶极子型,表现为长江南北降水变化相反;而当两环流系统处于反位相变化时,降水异常主要集中在长江流域。     

夏季印度洋海盆模与MC区域降水异常联系的进一步分析

利用英国哈德莱中心的逐月海表温度资料及NCEP/NCAR月平均再分析资料等,通过在印度洋海盆模IOBM指数(IIOB)中扣除长期趋势和两类ENSO的同期信号后,得到了修正的IOBM指数(Im IOB),并由此分析了IOBM的变化及与海洋性大陆区域降水异常的联系。结果表明:印度洋IOBM为暖位相时,不同季节的印度洋地区均呈现异常偏暖,但大气是上升还是下沉运动则在印度洋不同季节和不同区域存在很大变化。就夏季而言,印度洋大部分地区存在上升运动,这与海温异常偏暖有关。在北半球夏季,指数Im IOB存在3~5 a的周期变化。当IOBM处于正位相时,印度洋至我国东海地区大范围海温偏暖。MC(Maritime Continent,海洋性大陆)区域西部降水正异常,而MC区域东北部降水为负异常。造成这种降水分布的原因是:当指数为正时,在MC区域的西部对流层低层辐合、高层辐散,上升运动增强,且水汽辐合,而MC区域的东北部对流层低层辐散、高层辐合,上升运动不明显,水汽辐散,不易形成降水。而在对流层低层与西太平洋辐散中心对应,南北半球出现关于赤道对称的反气旋对,赤道印度洋上的异常加热激发东传的Kelvin波,加强东风异常,同时加强了KMC(海洋性大陆的核心区域)之外南北半球热带地区的这对Rossby波型。以上这些结果有利于深刻理解MC降水异常成因及热带海陆气相互作用过程。     

盛夏海南岛防区台风累积动能气候异常特征分析北大核心

利用1981—2018年CMA-STI热带气旋最佳路径数据集、NCEP/NCAR再分析资料和OA Flux3潜热通量数据,分析了盛夏海南岛台风累积动能(Accumulated Cyclone Energy,ACE)气候特征及异常年大气环流形势和相关物理量特征。结果表明:1981—2018年盛夏海南岛ACE呈先下降后上升的变化趋势,同时具有明显年代际特征,2010年后存在准2 a显著周期。盛夏ACE偏高(低)年,西太副高偏大(小)偏强(弱)偏西(东),其南侧伴有偏强(弱)的季风槽,台风北侧对流(不)活跃;低层防区内存在异常气旋式切变(反气旋式环流),海南受偏东(西)异常气流影响,有利(不利)于对流、水汽等向台风环流并入而加强(削弱)台风,120°~130°E越赤道气流(不)活跃;菲律宾以东至南海高空抽吸作用偏强(弱),盛行异常上升(下沉)运动,且环境风垂直切变偏小(大);东海—日本海潜热通量偏小(大),热带西太平洋及南海低层为水汽辐合(散)区。     

华南前汛期降水的年代际异常特征及其成因

利用1981—2013年中国160站逐月降水资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料及NOAA海表温度资料,研究了华南前汛期降水年代际异常的时空特征及其可能成因。结果表明:1)华南前汛期降水在1992前后发生由异常偏少转为偏多的显著年代际转折,最显著异常中心位于广西东北部和广东北部。2)1990年代初发生的对流层高层南冷北暖(40°N附近为界)、对流层下暖上冷的年代际转折,使得高低层环流场均出现了有利于北方干、湿冷空气和孟加拉湾、西太平洋暖湿水汽在华南区域交汇并辐合上升的形势,造成华南前汛期降水发生偏少转偏多的显著年代际转折。年代际转折的前后两个时段中,位于热带的孟加拉湾槽、东亚沿岸EAP遥相关型波列中的西太平洋副高、阿拉斯加湾附近的脊,以及中纬度贝加尔湖以西以南脊的强度或位置均具有显著差异,故这些环流系统的年代际异常是华南前汛期降水年代际异常的重要原因。3)南太平洋关键区海温在1990年代初开始呈现增暖趋势,在偏暖(偏冷)时期,华南低空受异常气旋(异常反气旋)环流控制,对流层上层西风急流偏弱偏南(偏强偏北),造成华南地区降水异常偏多(偏少)。     

夏季青藏高原及周边上对流层水汽质量及其向平流层传输年际异常. I：水汽质量异常主导型

本文利用逐年7~8月平均的ERA-Interim再分析资料并结合SWOOSH(Stratospheric water and ozone satellite homogenized)水汽数据,分析了青藏高原及周边地区330~360 K层次水汽质量分布的年际异常特征及其成因。结果表明,水汽质量分布异常表现为整体异常型、东西偶极异常型和南北偶极异常型三个主导分布型。整体异常型在水汽质量整体偏多时,青藏高原地区对流和垂直向上的水汽质量非绝热传输偏强,上对流层为异常偏强的水汽质量非绝热辐合;此时对应南亚高压偏强,青藏高原地区上对流层的水汽质量绝热辐散和高原以西地区的水汽质量绝热辐合都异常偏强,水汽质量整体偏少时则相反。东西偶极异常型水汽质量呈西多/东少分布时,青藏高原西部(中东部)对流和垂直向上的水汽质量非绝热传输异常偏强(弱),上对流层的水汽质量非绝热辐合和水汽质量绝热辐散也异常偏强(偏弱);同时对应南亚高压偏西,青藏高原以西到伊朗高原的上对流层有异常的自东向西的水汽质量绝热输送和水汽质量绝热辐合。水汽质量呈西少/东多分布时则有相反的结果。南北偶极异常型水汽质量呈北多/南少分布时,对应南亚高压偏北,青藏高原北部的上对流层有异常自南向北的水汽质量绝热输送所造成的水汽质量辐合,同时该地区低层异常偏强的自下向上的水汽质量非绝热输送也加强水汽质量辐合,而青藏高原南侧上对流层则为异常偏弱的水汽质量绝热辐散和水汽质量非绝热辐合,水汽质量呈北少/南多分布时相反。     

西北地区东部夏季降水年际变化特征及其与环流的关系

利用1961-2012年夏季西北地区东部降水站点资料和NCEP/NCAR同期逐月再分析资料,采用"均一化处理"和合成分析等方法分析了西北地区东部夏季降水的年际变化特征及其对应的环流异常。结果表明:(1)西北地区东部的夏季降水异常主要与南边界的水汽异常输送相联系;(2)西北地区东部夏季降水与西北太平洋副热带高压(简称西太副高)的位置及强度密切相联:当西太副高偏强偏西时,西太副高脊线西伸至我国华南地区,对应的西北地区东部上空表现为西南风异常,将大量的水汽从西北地区东部的南边界输入,有利于该地区夏季降水增多;当西太副高偏东偏弱时,西太副高脊线西伸带来的降水影响无法到达西北地区东部,对应着西北地区东部降水偏少。