东亚高空温带急流区经向风的季节变化及其与亚洲季风的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料研究东亚高空温带急流的位置、强度、结构和季节转换特征及其与亚洲季风的关系,发现温带急流在300 hPa高度上最为明显,在风场分布上表现为全风速大值脊线延伸区和流线密集区,冬季主要活动于120°E以西的45°-60°N地区,在逐日风场上对应着急流发生频数的高值区域,并与副热带急流有清晰的分界.对比温带急流和副热带急流中的经向风强度发现,温带急流区的北风分量明显强于副热带急流中的南风分量,在温带急流的形成和季节变化过程中经向风分量起着重要作用.温带急流所在区域为对流层纬向温度梯度大值区,同时经向温度梯度也比较大,因而温带急流位于具有最大纬向温度梯度同时又有南北方向温度梯度这样一个特定的区域,从而形成了温带急流与副热带急流不同的结构特征和季节变化,而东亚地区海陆热力差异引起的温度梯度及其季节转换是引起温带急流季节变化的主要原因.此外,温带急流的强度与副热带急流位置之间具有协同变化关系,温带急流区经向风强度的季节转换时间与东亚大气环流的季节转换、亚洲夏季风爆发和江淮流域梅雨开始也有着密切关系,与中国东部地区冬季和夏季的降水之间具有显著的相关关系.从气候平均的角度来看,温带急流强度变化早于亚洲季风爆发和梅雨开始时间,因而对亚洲季风爆发和梅雨开始有预示作用.     

夏季东亚高空急流月际变化与淮河流域降水异常的关系

利用1979～2008年NCEP/NCAR再分析资料与中国160站降水资料,探讨夏季逐月东亚高空急流异常与淮河流域降水的关系.研究表明,夏季淮河流域降水多寡与东亚高空急流月际变化密切相关.6月淮河流域降水偏多(偏少)的环流特征为东亚高空西风急流位置比气候态偏北(偏南),亚洲中高纬地区呈两脊一槽(两槽一脊)环流型,影响我...     

冬季东亚中纬度西风急流对我国气候的影响

利用1957—2001年欧洲中期数值天气预报中心再分析资料及地面台站观测资料，分析了冬季东亚西风急流与我国气候的关系。首先定义了冬季东亚西风急流强度指数(区域30°~35°N，127.5°~155°E冬季200 hPa纬向风u₂₀₀平均值的标准化值)和切变指数(区域15°~25°N，100°~115°E与区域30°~40°N，100°~115°E的平均u₂₀₀之差的标准化值)，这两个指数能较好地反映冬季东亚西风急流的强度变化和位置的南北移动，二者相关系数为-0.48，通过99%信度检验。西风急流强度与亚洲和西太平洋大范围的大气环流有密切关系，而西风急流位置移动则与印度洋、中东太平洋的大气环流有密切关系，并分析了冬季急流强度指数和切变指数与我国温度和降水的关系。结果表明:当西风急流强度偏强时，西风急流位置偏北，此时在急流入口区左侧由于气流辐合造成低层气压上升，在出口区左侧则由于气流发生强烈辐散，引起低层气压下降，所以西伯利亚地区上空从对流层低层到中层高度值升高，北太平洋高度值降低，东西向气压差加大的形势，同时东亚大槽偏强，海陆气压差加大和东亚大槽偏强，导致冬季风强度偏强，引起我国从北到南的陆面降温，同时30°~40°N低层有下沉气流，使得华北、华中和长江中下游地区降水偏少；当西风急流强度偏弱时，西风急流位置偏南，整个东亚地区存在南风异常，东亚冬季风较弱，在25°N附近有上升气流，此时华南和内蒙古、华北降水偏多，内蒙古地表温度偏高。     

2008年初持续性低温雨雪冰冻事件的东亚高空急流特征

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和MICAPS系统提供的高空客观分析资料,对2008年初发生在中国南方地区的4次持续性低温雨雪冰冻过程期间,东亚高空副热带急流和温带急流的时空变化特征进行分析,发现副热带急流总体强度偏强、位置偏北。副热带急流的北界越北即南北跨度越大,雨雪冰冻过程持续时间越长;副热带急流中心强度越强,雨雪冰冻天气强度越大、范围越广。副热带急流的经向风分量异常偏强区域与雨雪冰冻强度较大区域一致。同时,温带急流的纬向西风和经向北风明显偏强,其强度的强、弱变化与强降雪过程的开始、增强、结束时间密切相关。其经向分量异常区域以北风为主,即当温带急流的经向北风分量和副热带急流的经向南风分量都较强时,对应的雨雪冰冻天气过程较强。对低温雨雪过程的前期环流分析表明,副热带急流和温带急流的全风速及纬向分量在该事件发生前半个月就开始有明显的前兆,两支急流的经向分量在该事件发生前20天开始有前兆信号,且副热带急流的经向分量、温带急流纬向分量的迅速减弱对该事件的结束有明显的指示意义。      

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）。     

东亚高空急流协同变化对冬季欧亚遥相关型气候效应的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国地面735站气温和降水资料,首先分析了欧亚遥相关型的时间演变和结构特征,在此基础上探讨了欧亚遥相关型不同位相时东亚大气环流的差异,并进一步研究了欧亚遥相关型影响我国冬季气温和降水过程中东亚高空急流的重要作用。从结构上看,欧亚遥相关型位势高度异常中心位于250 hPa高度,表现出准正压的结构。欧亚遥相关型位于正位相时,东亚温带急流强度偏弱且位置向北移动;副热带急流强度偏强,两支急流在45°N附近有明显分界;西伯利亚高压和阿留申低压强度增强;东亚大槽加深,槽线倾斜不明显。负位相时则相反。欧亚遥相关型与东亚高空急流的联系是其影响我国气温降水的重要原因。正欧亚遥相关型时,偏弱的温带急流区较强的北风分量有利于北方冷空气南下,从而造成我国气温偏低;偏强的副热带急流区增强的南风将副热带地区暖湿空气向北输送,两支急流协同变化,影响我国冬季降水异常的分布。去掉温带急流或副热带急流偏强的年份,欧亚遥相关型与我国温度、降水的相关性显著减弱,说明欧亚遥相关型是通过东亚高空急流协同变化的桥梁,对我国温度和降水异常产生影响。进一步研究发现,欧亚遥相关型与副热带急流的关系不如其与温带急流稳定,导致在欧亚遥相关型同一位相时东亚高空急流存在两种不同的配置,这种高空急流配置的不唯一性使得东亚高空急流能对欧亚遥相关型的气候效应起到调控作用。     

欧亚中高纬冬季地表感热异常与中国西北东部夏季降水的可能联系

利用1979—2012年NCEP/DOE月平均地表感热通量再分析资料、西北东部156站夏季降水日资料,分析了欧亚大陆中高纬(61°N—67°N,53°E—68°E)冬季地表感热通量对我国西北东部夏季降水的影响。结果表明,当欧亚大陆中高纬冬季大气向地表输送感热值偏大时,春、夏季地表向大气输送感热值也偏大,引起了夏季500 hPa乌拉尔山阻塞高压加强,蒙古低压加深,西北太平洋副热带高压强度偏强,位置偏西,西风急流位置偏北,南亚高压呈东部型;对流层中低层表现为异常上升气流,同时有水汽的辐合,西北东部位于副高外围和蒙古低压底部,大气环流场的变化导致中国西北东部夏季降水偏多。当欧亚大陆中高纬冬季大气向地表输送感热值偏小时,春、夏季地表向大气输送感热值偏小,引起相反的夏季大气环流异常,使得中国西北东部夏季降水偏少。     

2009年冬季至2010年春季黑龙江省气温持续偏低成因

利用常规观测温度资料和中国国家气候中心提供的环流特征量、NCEP／NCAR再分析资料及美国气候预测中心（CPC）提供的AO指数等,分析了2009年11月至2010年4月中高纬大气环流异常特征,探讨了AO与同期气温的关系。结果表明：黑龙江省冬春气候异常与500hPa大尺度环流背景有关。冬春持续偏冷,对应北半球欧亚中高纬地区呈“-＋-”的波列分布,90°-180°E呈现出“北正南负”的环流形势;北半球极涡面积偏大,冬季东亚大槽位置偏西,春季东亚大槽强度偏强,冬春AO指数持续异常偏强,显著负位相。     

资料

2007年12月500hPa环流指数、环流特征量资料国家气候中心气候系统诊断预测室环流指数西太平洋副热带高压东亚槽极涡平均月候平均123456积指数面度指数强伸脊点西线位置脊界位置北均位置平均强度平经中度心位纬置度强度亚欧地区IzI m1.180.651.220.541.080.700.870.711.010.721.540.861.360.37亚洲地区IzI m1.290.640.940.810.910.791.420.791.550.311.620.571.270.541626115162014410675°W70°N02007年12月亚洲地区逐日500hPa西风环流指数及副热带高压脊线(120°E、130°E、140°E)位置日1234567891011121314151617181920212223242526…     

北半球冬季110°—120°E垂直经向环流的年际变化及其与中国东部同期降水的关系

利用NCEP／NCAR再分析月平均风场资料和中国东部120个站的降水资料,分析了1951--2010年北半球冬季110°-120°E经向环流的气候特征,定义了北半球冬季110°-120°E低纬Hadley环流和中高纬气流强度指数,并分析了其强度的长期变化趋势以及对中国东部同期降水的影响。结果表明：（1）北半球冬季110°-120°E经向环流主要包括低纬Hadley环流和中高纬度从高层到低层较-致的偏北下沉气流。（2）北半球冬季110°-120°EHadley环流和中高纬气流强度有明显的年际和年代际变化,二者在长期变化趋势上表现-致,即在1990年以前呈约20a的振荡周期,且波动更大,而在1990年以后呈约10a的振荡周期,波动相对较小。（3）北半球冬季110°-120°E经向环流强度指数对中国东部同期降水的年际变率具有较高的解释率,二者在统计上呈显著的负相关关系。北半球冬季110°-120°EHadley环流强度和中国东部同期降水相关程度大值区集中在江南、华南及江淮地区,中高纬气流强度和中国东部同期降水相关程度大值区集中在西北、江淮及江南地区。（4）东亚地区冬季经向环流异常的显著差异主要表现在中高纬度反向的异常气流和中低纬度反向异常环流圈的变化。强（弱）经向风年,北半球中高纬度从高层到低层为异常的偏北（南）气流,中低纬度对流层存在顺时针（逆时针）方向闭合的异常经向环流,对应中国东部降水显著减少（增多）。     

亚洲中高纬度地区春夏季节转换早晚与梅雨期中国东部降水异常的联系

6月初,亚洲中高纬地区的气温迅速增暖后趋于稳定,大气环流由冬季环流转变为夏季环流。根据1951~2017年间各年亚洲中高纬地区春夏季节转换（以下简称季节转换）的时间,基于NCEP再分析资料和中国地区的观测资料,研究了季节转换发生早晚对梅雨期中国地区降水及环流的影响。在季节转换偏早（晚）年的梅雨期,对流层中层（500 hPa）高度距平场从东北亚中高纬、中国东北和日本以南地区出现“+ ? +”（“? + ?”）的经向波状结构。在850 hPa距平风场上,也有相近的波状结构。当东北亚脊偏强（弱）时,东北地区为气旋式（反气旋式）环流距平,西太平洋副热带为反气旋式（气旋式）距平。环流异常导致东北地区降水异常偏多（少）,长江流域降水偏少（多）。本文还初步探讨了亚洲中高纬地区入夏时间的早晚如何影响梅雨期大气环流和中国东部降水异常的途径。在季节转换偏早（晚）年,东北亚高压脊建立较早（晚）,强度偏强（弱）,而且对应的东北亚脊异常往往可持续到梅雨期结束,从而有利于东亚沿岸 “+ ? +”（“? + ?”）经向波状环流及相应雨带的形成。     

资料

2007年7月500hPa环流指数、环流特征量资料国家气候中心气候系统诊断预测室环流指数西太平洋副热带高压东亚槽极涡平均月候平均123456积指数面度指数强伸脊点西线位置脊界位置北均位置平均强度平经中度心位纬置度强度亚欧地区IzI m0.800.450.430.430.590.330.780.381.030.671.060.510.890.37亚洲地区IzI m0.700.470.410.410.570.330.730.380.880.801.010.480.590.4135741152431999999105°E80°N492007年7月亚洲地区逐日500hPa西风环流指数及副热带高压脊线(120°E、130°E、140°E)位置中央气象台中期预报科日12345678910111213141516…     

冬季西伯利亚高压的主要年际变化模态及其对东亚气温的影响

选取40°N—60°N,80°E—120°E的区域作为西伯利亚高压的主要活动区域,利用NCEP/NCAR月均海平面气压再分析资料,对该区域西伯利亚高压(Siberian High,SH)从1979—2017年共38个冬季(12月至次年2月)进行经验正交函数分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)。结果表明,第1模态为全区一致的变化,第2模态为南北气压的反相变化关系,第3模态为东西部气压的反相变化关系,并且3个模态的时间序列都存在显著的年际变化。进一步对相关的大气环流和东亚气温异常的分析表明,第1模态相联系的大气环流在地面表现为海陆气压差的改变,500 h Pa高度上东亚大槽强度的变化,200 h Pa纬向风场上温带急流、副热带急流强度的变化,SH负位相时,东亚偏暖,SH正位相时,东亚偏冷;第2模态与北极涛动(Arctic Oscillation,AO)和北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)的变化有密切关系,在高度场上表现为一个准正压的南北环状模态,SH北强南弱时,环流场类似AO正位相,温带急流减弱,东亚东北部偏暖,SH北弱南强时,东亚东北部偏冷;而与第3模态相联系的大气环流主要出现在欧亚大陆局部区域,与北大西洋涛动(NAO)也存在一定的关联,SH东强西弱时,东亚北部偏暖,西南部偏冷,SH东弱西强时,东亚北部偏冷,西南部偏暖。     

资料

2007年9月500hPa环流指数、环流特征量资料国家气候中心气候系统诊断预测室环流指数西太平洋副热带高压东亚槽极涡平均月候平均123456积指数面度指数强伸脊点西线位置脊界位置北均位置平均强度平经中度心位纬置度强度亚欧地区IzI m1.360.451.460.501.410.381.540.251.490.381.280.580.950.60亚洲地区IzI m1.380.401.300.421.490.221.540.161.390.391.140.621.390.562953130303613032580°W75°N302007年9月亚洲地区逐日500hPa西风环流指数及副热带高压脊线(120°E、130°E、140°E)位置中央气象台中期预报科日123456789101112131415161…     

资料

2007年11月500hPa环流指数、环流特征量资料国家气候中心气候系统诊断预测室环流指数西太平洋副热带高压东亚槽极涡平均月候平均123456积指数面度指数强伸脊点西线位置脊界位置北均位置平均强度平经中度心位纬置度强度亚欧地区IzI m1.420.751.670.881.530.581.200.701.320.991.630.461.170.89亚洲地区IzI m1.470.721.680.801.490.481.530.571.471.181.630.411.040.901432130212513914480°W75°N32007年11月亚洲地区逐日500hPa西风环流指数及副热带高压脊线(120°E、130°E、140°E)位置中央气象台中期预报科日12345678910111213141516…     

2019/2020年冬季我国暖湿气候特征及成因分析

2019/2020年冬季,我国大部分地区气温显著偏高,降水异常偏多,气候总体表现为“暖湿”的异常特征。异常成因分析表明：2019/2020年东亚冬季风强度较常年同期偏弱,西伯利亚高压异常偏弱,季节内冬季风强度阶段性变化特征显著;北极极涡收缩于极地,强度偏强,AO为异常偏强的正位相,乌拉尔山阻塞高压活动偏弱,东亚槽偏弱,欧亚中高纬以纬向环流为主;西太平洋副热带高压强度偏强、位置偏西偏北,印缅槽阶段性活跃,二者有利于太平洋和印度洋水汽向我国输送。受北半球环流异常的影响,我国冬季出现了“暖湿”的异常特征。进一步对东亚冬季风偏弱的可能原因分析表明：2019年秋冬季赤道中太平洋暖海温发展,2019年10月至2020年1月Ni〖AKn~D〗o3.4指数均大于0.5℃,这种类中部型El Ni〖AKn~D〗o海温异常有利于激发偏强、偏北的西北太平洋反气旋,进而抑制了东亚冬季风的发展和南下;此外,冬季北半球极涡收缩于极地,强度偏强,AO持续异常偏强的正位相,均不利于乌拉尔山阻塞高压的发展,且东亚大槽明显偏弱,共同导致了欧亚中高纬地区以纬向环流为主,东亚冬季风偏弱。     

高空西风急流东西向形态变化对梅雨期降水空间分布的影响

利用40年的NCEP/NCAR再分析候平均资料和同期长江中下游地区逐日降水资料,使用合成方法分析了梅雨期东亚副热带高空西风急流的东西位置和形态变化特征,探讨了高空西风急流对梅雨期降水空间分布的影响.分析结果表明,梅雨期东亚大陆上空西风急流强度减弱且持续维持、西太平洋上空西风急流核分裂减弱直至出梅后消失,这是梅雨期200 hPa东亚高空西风急流东西向位置变化的主要特征.梅雨期,200 hPa副热带西风急流中心呈现东西向位置变化和海陆分布形态差异,西风急流中心东西向位置变化对梅雨起讫有着较好的指示意义.梅雨期东亚副热带高空西风急流东西形态分布差异不仅影响到长江中下游地区降水空间集中区的位置而且还影响到降水中心强度.进一步分析表明,当东亚西风急流主体位于西太平洋上空时,在长江下游地区形成高低空急流耦合的环流形势,强烈的辐合上升运动加上充足的水汽条件供应,有利于在长江下游形成集中的强降水区域.当高空西风急流位于东亚大陆上空时,在长江中下游地区高低空急流无耦合形势存在,长江中下游地区也没有强的集中降水区域.因此,东亚副热带高空西风急流东西向形态变化对长江中下游地区的高低空环流结构、地面集中降水区域的空间分布具有重要的影响.     

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。     

亚洲急流与冬季风的关系及其对中国气候的影响

利用NCEP\NCAR逐月再分析资料和中国台站逐日观测数据,采用奇异值分解(SVD)、相关分析和合成分析等方法,研究冬季亚洲高空急流的配置与冬季风的关系及其对地面气候的影响.结果表明,青藏高原至亚洲东部沿海的副热带急流强(弱),高纬的温带急流弱(强)时,中国中、东部大范围地区气温偏低(高);中东急流强(弱),东亚副热带急流偏南(北),温带急流东南部较弱(强)时,西南气温偏低(高),东北气温偏高(低),中、东部地区冬季降水偏多(少).结合水平风场的变化,副热带地区出现西风异常弱,温带出现东风异常时,有利于东亚大槽加深并向南扩张,低层偏北风加强,东亚冬季风增强,而青藏高原反气旋环流被削弱,冷高压减弱,相应的高原季风减弱.高、低纬急流区纬向风的差异较大时,加强了急流对低层冷、暖空气交绥的引导和汇聚的作用.东亚季风指数(EAMI)与高原季风指数(PMI)在冬季多呈负相关.冬季风异常期间,若副热带急流偏强,温带急流偏弱,高纬的干冷空气受南侧急流的汇聚作用而南侵,有利于中国大部分地区降温,降水减少;反之,低纬的暖湿气流受到北侧急流引导而向北输送,导致中国大部分地区升温,降水偏多.     

2018年冬季浙江连续阴雨天气东亚高空急流特征分析

利用欧洲中心ERA 5月平均资料和日资料分析2018年冬季浙江罕见连续阴雨寡照期间东亚高空副热带急流和温带急流的位置和强度特征,分析连阴雨异常天气期间东亚高空急流在位置和强度上的部分异常特征。结果表明:东亚高空急流活动区域以青藏高原上空为分界线,分为南北两支,南支副热带急流活动区域沿青藏高原南侧呈准纬向分布,北支温带急流活动区域呈西北—东南走向,东南方向朝东亚沿海延伸并与高原南侧副热带急流频数集中区交汇,温带急流在蒙古高原贝加尔湖附近存在一个活动频数大值区。浙江连续阴雨期间,东亚副热带高空急流总体上强度偏强、位置偏北,温带急流总体偏弱、位置总体偏南。连续阴雨期间高空急流中心频数多于气候平均,副热带高空急流位置偏北、温带急流位置偏南,急流频数增多造成高(低)层辐散(合)配置与同时期气候态存在差异,垂直上升运动强度更强、范围更广,有利于连阴雨形成。