冬季东北冷涡的时空变化特征

基于1967—2017年美国环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的逐日再分析资料及英国气象局哈德来中心(Hadley Centre)的海温资料,通过计算冬季东北冷涡结构的特征指数并利用经验正交函数分解等方法,研究了冬季东北冷涡的时空变化特征及其与环流和海温变化的联系。结果表明:(1)冬季东北冷涡具有显著的年际变化与年代际变化特征,各指数年际分量的方差贡献率较大;冷涡强度与经、纬度呈正相关,且经、纬度之间呈正相关;(2)年际尺度第一模态反映了冬季东北冷涡气候平均位置以南为正(负)异常而以北为负(正)异常的南北反位相变化特征,第二模态反映了冬季东北冷涡在气候平均位置附近强度一致增强(强弱)的变化特征,而年代际尺度主要反映在第一模态,即冬季东北冷涡在气候平均位置附近强度一致增强(强弱)的变化特征;(3)北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation, NAO)和西大西洋遥相关型(Western Atlantic, WA)的位相转换可能与年代际尺度冬季东北冷涡的强度强弱变化有关。     

300 hPa北极涡年际及年代际变化特征的研究

利用NCEP/NCAR 1949—2002年月平均再分析高度场资料,通过线性倾向估计、二项式系数加权平均、Morlet小波分析等诊断方法,系统地讨论了300 hPa北半球极涡面积、强度及中心位置的年际和年代际变化特征,结果表明:(1)年平均北极涡的面积在20世纪70年代中期之前在总的上升趋势中有几次较小的波动,之后在总体下降趋势中有几次较大的起伏;Ⅰ、Ⅱ区的线性变化趋势非常小,Ⅳ区最大,夏季的年际变化相对明显一些,秋季变化最弱,各季节均有线性收缩趋势,冬季幅度最大,秋季最小。(2)年平均极涡强度的年际、年代际变化特征与极涡面积有相似之处,但不同年份存在显著差异;各分区的强度变化与北半球类似(特别是Ⅰ区);夏季的年际变化幅度最大,春、夏季年代际变化的特征明显,秋季最弱。(3)北极涡中心位置通常并不在北极点,各分区极涡总面积所占的百分比有明显差异,且有月际变化,这些差异与海陆热力差异造成的环流的差异密切相关;极涡的主要位置有一定的年际、年代际变化特征;极涡中心位置主要偏向亚洲大陆及太平洋一侧。     

南亚高压特征参数与我国夏季降水的关系分析

利用1951—2008年NCEP/NCAR再分析资料,结合国家气象中心提供的台站降水资料,分析了近30年夏季南亚高压各特征指数年际和年代际变化及其与我国夏季降水异常的联系。结果表明,除脊线外南亚高压面积、强度、东脊点位置和中心位置都存在显著的年代际变化。偏相关显示,当南亚高压面积不变时,东脊点位置与高压强度之间不存在显著的偏相关性。夏季南亚高压东脊点位置与长江流域中游、江淮流域的夏季降水有显著的正相关,与华南夏季降水有着显著的负相关,较其他各指数而言,南亚高压东脊点位置指数与全国夏季降水相关性更好。滑动相关分析显示,南亚高压东脊点位置与我国江淮流域夏季降水的相关性存在明显的转折,由20世纪70年代以前的负相关转变为70年代以后的正相关。分析表明夏季南亚高压东脊点位置指数为研究和预测江淮地区的降水异常提供了一个有利的信号。     

100hPa高压环流和东风气流的季节、年际和年代际变化

利用NCEP／NCAR再分析资料，分析了中低纬地区100hPa高压环流和东风气流的季节、年际和年代际变化，并与南亚高压的相应变化进行对比分析。结果表明，100hPa高压环流中心有明显的季节分布特征，其中心经度的主频区与100hPa南亚高压中心经度的主频区位置较为一致。南亚高压和东风气流的部分特征参数有明显的年际和年代际变化。南亚高压参数有明显的10年和大于20年的振荡周期。东风气流的面积有2～5年的振荡周期，其强度则有4年和15年的振荡周期。     

5月南亚高压与云南地区夏季降水的关系

应用1961—2012年NCEP/NCAR月平均再分析资料和云南124个测站逐月降水资料,分析了5月南亚高压与云南夏季降水的关系,发现高压脊线位置与降水有显著的相关。利用滤波处理和合成分析方法,分析了5月南亚高压脊线位置变化及其异常与云南夏季降水异常的联系。结果表明:5月南亚高压脊线位置偏北(南)时,夏季云南降水偏多(少);5月南亚高压脊线位置和云南夏季降水都存在显著的年代际变化,去除年代际变化影响之后两者之间的年际变化相关较为显著。5月南亚高压脊线位置偏北年,夏季南亚高压强度偏弱、范围偏小,500 hPa上西太平洋副高东移南压、强度减弱。低层700 hPa上副高西伸加强、云南上空出现明显的风场辐合,反之亦然。5月脊线位置偏北年,夏季南海和西太平洋向云南输送水汽,而脊线偏南年没有明显的水汽来源。     

西伯利亚高压与冬季欧亚大陆热力变化的关系

主要应用EOF方法和相关、合成、小波等分析方法,初步分析了冬季欧亚大陆北部区域地面热力变化特征和西伯利亚高压(SH)的相互联系,结果表明:冬季欧亚大陆北部与南部不同区域间存在反向的热力差异,其中北部区域变化最为强烈,其地面气温存在2～4a为周期的年际振荡和准10 a为周期的年代际变化特征.SH与欧亚大陆北部区域热力变化有着紧密联系,当SH位置偏南(北),则该区域地面温度偏高(低),即SH平均纬度位置南北移动1.0°时,该区域的平均气温就变化0.65℃.进一步分析表明欧亚大陆北部区域热力异常和SH中心纬度位置的南北摆动与中高纬度环流经向度异常所激发的冷、暖平流的活动有密切联系.     

中国北方春季沙尘暴活动与高空西风急流变化的联系

利用1954-2007年中国国家气象信息中心提供的强沙尘暴序列数据集和美国国家环境预报中心与国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的再分析资料,分析了30°N以北的中国北方沙尘暴活动与东亚高空西风急流变化的联系。结果表明,中国北方春季沙尘暴出现频数与亚洲大陆对流层高层200 hPa中纬度西风急流的位置和强度变化存在着密切的联系。这种关系在年际和年代际时间尺度上均得到体现,在多(少)沙尘暴活动年,急流轴位置比正常年偏北(南)。在研究时段内,沙尘暴活动呈现减少的趋势,同时高空西风急流表现出系统性南移趋势。这种相关性存在内在的联系,反映了高空西风急流轴位置变化对地面沙尘暴活动的影响:当春季200 hPa高空西风急流轴位置比正常偏南时,中国北边界至蒙古国一带的一个关键区(70°E-120°E,42.5°N-52.5°N)对流层高层西风显著减弱,该区高空急流减弱一方面通过动量下传造成沙尘源区低层西风减小,削弱沙尘暴产生所需的动力条件,另一方面使风切变和斜压性减小,不利于地面气旋的生成,从而使沙尘暴活动减少。     

副热带高空急流各中心强度时间变化及分析

利用NCEP再分析资料,分析了中纬度地区的副热带高空急流各中心200 hPa上的强度的季节、年际和年代际的变化.结果表明,高空急流各中心位置的季节变化形态不一致,表征强度的各特征参数的季节特征虽都呈现冬强夏弱的主要特征,各中心的变化特点在于:东亚中心的急流面积和风速都有较大的变化;非洲中心面积变化小,但风速变化较大;而北美中心急流面积变化较大,风速变化较小.也有各自不同的变化形态和季节转换特征,四季的各急流中心的变化均不一致.急流各不同中心的各季节的强度特征参数发生年际和年代际变化的时期虽不尽相同,但大致都存在6~8 a的振荡周期.     

冬季北太平洋风暴轴的年际变化及其与500hPa高度以及热带和北太平洋海温的联系

文中研究了冬季北太平洋风暴轴的年际异常及其与500hPa高度以及热带和北太平洋海温的联系。结果发现,各年冬季北太平洋风暴轴的中心强度和位置具有显著的年际差异。对15个冬季北太平洋风暴轴区域500hPa天气尺度滤波位势高度方差与热带和北太平洋海温的SVD分析表明,第一对空间典型分布反映了赤道中、东太平洋区域海温异常对风暴轴年际变化的影响,而第二对空间典型分布反映了黑潮区域海温异常对风暴轴年际变化的影响。进一步的合成分析显示,赤道中、东太平洋区域海温异常主要影响冬季北太平洋风暴轴的东西摆动和中、东端的强度变化,而黑潮区域海温异常则主要影响冬季北太平洋风暴轴中、西端的强度变化和南北位移。并且这种影响分别与500hPa高度场上的PNA遥相关型和WP遥相关型有密切联系。     

台风海棠与中纬度系统相互作用对河南暴雨的影响

利用1948～1999年的NCEP/NCAR再分析月平均高度场和风场资料,根据气候平均850 hPa高度场和流场的季节演变特征,客观地定义了描述马克斯林高压活动的特征参数,对马斯克林高压的变化特征进行了系统的诊断分析.结果表明,马斯克林高压季节变化明显,南半球冬季最强,位置偏西、偏北,夏季反之.对马斯克林高压异常变率的分析表明,马斯克林高压具有明显的年际变化,ENSO对马斯克林高压面积有一定影响,但对马斯克林高压中心位置和强度影响不大.同时马斯克林高压的强度和位置还存在显著的年代际变化,在研究的52年时间内,马斯克林高压面积和中心强度是逐渐增大、增强的,而中心位置是缓慢东移、南移的.     

WINTERTIME MIDDLE EAST SUBTROPICAL WESTERLY JET STREAM INTERANNUAL VARIATION CHARACTERISTICS AND ITS POSSIBLE PHYSICAL FACTORS

Using National Centers for Environmental Prediction/Department of Energy (NCEP/DOE) monthly reanalysis data and an extended reconstruction of the sea surface temperature data provided by National Oceanic and Atmospheric Administration, the basic characteristics of the interannual variation in the wintertime Middle East subtropical westerly jet stream (MEJ) and its possible physical factors are studied. The results show that the climatological mean MEJ axis extends southwestward-northeastward and that its center lies in the northwest part of the Arabian Peninsula. The south-north shift of the MEJ axis and its intensity show obvious interannual variations that are closely related to the El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO) and the mid-high latitude atmospheric circulation. The zonal symmetric response of the Asian jet to the ENSO-related tropical convective forcing causes the MEJ axis shift, and the Arctic Oscillation (AO) causes the middle-western MEJ axis shift. Due to the influences of both the zonal symmetric response of the Asian jet to the ENSO-related tropical convective forcing and the dynamical role of the AO, an east-west out-of-phase MEJ axis shift is observed. Furthermore, the zonal asymmetric response to the ENSO-related tropical convective forcing can lead to an anomalous Mediterranean convergence (MC) in the high troposphere. The MC anomaly excites a zonal wave train along the Afro-Asian jet, which causes the middle-western MEJ axis shift. Under the effects of both the zonal symmetric response to the ENSO-related tropical convective forcing and the wave train along the Afro-Asian jet excited by the MC anomaly, an east-west in-phase MEJ axis shift pattern is expressed. Finally, the AO affects the MEJ intensity, whereas the East Atlantic (EA) teleconnection influences the middle-western MEJ intensity. Under the dynamical roles of the AO and EA, the change in the MEJ intensity is demonstrated.     

高低层纬向风切变的年际变率及气候学意义

用1959～1998共40年全球格点风场资料计算了200 hPa与850 hPa的纬向风速差, 即对流层纬向风切变(简称TZWS),并在此基础上得到其距平值。为了全面考察对流层中环流异常的年际变率特征, 根据TZWS的标准差分布, 文中选出了7个TZWS标准差数值大于5 m/s的代表性区域。这7个区域分别位于赤道中太平洋、赤道东太平洋、北太平洋亚热带地区、南太平洋亚热带地区、赤道大西洋、亚洲西南部以及东北部。前5个分别位于赤道、亚热带太平洋和大西洋的区域TZWS指数, 其年际变率与ENSO循环有密切联系, 反映了热带海洋温度异常对低纬度地区对流层环流的影响; 后2个区域的TZWS指数反映的是亚洲西南部和东北部的气候统变率, 在年际时间尺度上与ENSO循环有着明显的区别。通过对全球陆地降水和温度场的分析, 比较了热带、副热带的TZWS指数以及北极涛动指数的异同, 发现后2个区域TZWS指数能很好且能独立反映出北半球中高纬度地区陆地降水及陆地温度的异常模态。     

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     

东亚高层纬向风季节内振荡与盛夏登陆中国大陆热带气旋频数年际变化的联系

利用1979—2017年欧洲中期天气预报中心提供的ERA-Interim再分析数据与中国气象局-上海台风研究所(China Meteorological Administration-Shanghai Typhoon Research Institute,CM A-STI)、美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)整编的西北太平洋热带气旋(Tropical Cyclone,TC)资料集,分析东亚高层(200hPa)纬向风季节内振荡(Intraseasonal Oscillation,ISO)与7—8月登陆中国大陆TC频数年际变化的联系。结果表明:7—8月中国大陆登陆TC频数与西风急流出口区南侧(北侧)纬向风为显著负(正)相关,南侧显著相关区与北侧的差定义的东亚西风急流指数(East Asian Westerly Jet Index,EAWJI)可定量描述急流经向移动,EAWJI负异常时急流北移、登陆TC偏多,反之急流南移、登陆TC偏少。急流北移,TC活动区域对流层高层呈偏东风异常,产生异常东风切变,有利于TC登陆过程的维持,使登陆中国大陆TC频数增多。东亚高层纬向风ISO与年际变化的标准差场、EOF模态的高度相似性说明两者由同一空间主导模态所控制,表明若其ISO偏北偏南振荡发生频率为非正态分布,剩余偏差将改变其季节平均。TC登陆多年,东亚西风急流指数ISO呈更高频率偏北移动,引起急流出口区南侧ISO尺度扰动涡度通量辐合,使季节平均西风减小,急流位置北移,说明高层纬向风ISO可通过间接调制影响TC登陆的大尺度环流进而与登陆TC频数的年际变化相联系。     

云南初夏降水与前期大气环流的关系

利用１９７３～１９８７年云南省１２４个站的逐日雨量资料,分析得得云南省初夏５－６月降水偏多的年份为１９７８,１９８１,１９８４和１９８５年,降水偏少的年份为１９７７,１９８２,１９９３和１９８７年,并利用１９７３～１９８７年北半球５００ｈＰａ等压面高度资料以及２００ｈＰａ副热带风场资料,研究了云南省初夏降水与前期大气环流的关系,结果表明,云南初夏降水的多寡在前期５００ｈＰａ高度场和２００ｈＰａ纬向     

夏季北大西洋三极型海温异常与中国西南地区气温年际变化的联系

利用1951—2016年Hadley中心海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和全国160站气温资料，研究了夏季北大西洋三极型海温异常与中国气温年际变化的联系及可能机制。结果表明，夏季北大西洋三极型海温异常与同期中国西南地区气温年际变化存在显著的负相关关系。夏季北大西洋“-+-”三极型海温异常激发的北半球中高纬欧亚遥相关波列，引起贝加尔湖地区位势高度升高，产生反气旋性环流异常，并引起东亚地区位势高度降低，产生气旋性环流异常。西南地区在对流层中下层位于贝加尔湖异常反气旋性环流的东部和东亚异常气旋性环流的西部，在两者的共同作用下，受异常偏北气流影响，有利于冷空气南下和堆积。与此同时，对流层高层的东亚副热带西风急流位置偏南，西南地区位于急流南侧的异常上升气流中。此种环流形势配置导致中国西南地区气温降低，反之亦然。     

夏季长江淮河流域异常降水事件环流差异及机理研究

长江、淮河同处东亚中纬度,天气过程的大尺度环流背景相似,大量相关研究基本是把江淮流域天气气候事件作为一个整体研究,然而对长江、淮河流域夏季降水的时空变化进行分析发现,长江、淮河流域夏季异常降水事件有各自不同的年际、年代际变化特征,但环流差异及成因并不十分清楚。本文根据中国台站降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,利用物理量诊断和现代统计学等方法,重点分析长江、淮河流域梅雨期降水异常事件发生时南北半球大气环流内部动力过程的差异及成因。研究指出:长江（淮河）流域梅雨期降水异常偏多年500 hPa位势高度场亚洲中高纬度环流呈现为南北向（东西向）的波列与东亚中高纬鄂霍茨克海阻塞频次增多（减少）以及200 hPa高度场上东亚副热带高空西风急流强度加强（减弱）、稳定（移动）有关;长江（淮河）流域梅雨期降水异常偏多年主要水汽来源与南半球澳大利亚高压、马斯克林高压位置偏东（西）造成西太平洋150°E～180°（阿拉伯海50°E～60°E）地区越赤道气流加强有关。长江（淮河）流域梅雨期异常降水事件大气环流内部动力过程最显著的差异表现为:东亚副热带高空西风急流加强（减弱）以及南半球澳大利亚高压、马斯克林高压位置偏东（西）。     

东亚副热带西风急流与地表加热场的耦合变化特征

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料，采用奇异值分解方法分析200 hPa纬向风场与东亚地表加热场的空间耦合变化特征，揭示影响东亚副热带西风急流位置及强度变化的加热关键区域。研究结果表明，冬季西太平洋黑潮暖流区是表面感热、潜热通量场的大值区，其加热强度主要影响东亚副热带西风急流的强度变化，当加热增强（减弱）时，急流加强（减弱）。热带和副热带地区地表加热的反相变化对应纬向风的整体一致变化，且影响关键区在热带地区， 这种耦合分布型主要体现为年代际的变化特征。夏季，海陆感热加热差异主要影响中低纬纬向风的变化，而影响急流位置南北移动的加热关键区位于阿拉伯海及印度半岛北部，这种加热分布体现感热的局地性变化，可能与高原大地形分布有关。由于夏季降水的不均匀性，潜热加热与200 hPa纬向风场的耦合关系较为复杂。通过分析加热异常年的环流形势差异发现，对流层中上层经向温差对地表加热场异常变化的响应是导致高层纬向风变化的原因，这种地面加热变化导致高层温度场及流场的响应可通过热力适应理论得到较好的解释。     

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。     

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。