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。     

2016年1月低温事件的季节内振荡特征

利用NECP/DOE逐日再分析资料,分析了2016年1月发生在我国南方的持续低温事件。结果表明,此次过程存在明显的季节内振荡特征,其中准双周振荡为气温变化的主要模态。此次低温事件之所以达到寒潮级别,是由于天气尺度变化与10~20 d气温准双周振荡处于相同的降温变化过程中。准双周尺度的冷中心与天气尺度冷中心均从中高纬度向低纬地区传播,并在我国南方汇合,从而引起持续性的低温。通过诊断温度局地变化方程发现,此次天气过程中,温度平流项和绝热变化项是近地层局地温度降低的主要原因。天气尺度气温变化与10~20 d低频振荡对持续降温都有较大贡献,天气尺度降温略大于低频降温。     

台山单站降水的多尺度振荡特征

应用功率谱、Morlet小波变换和Butterworth带通滤波处理等方法,对1954—2018年台山站的年降水序列和逐日降水序列数据进行多尺度振荡特征分析。研究表明:台山站年降水量存在11～13、准4、准25年的周期振荡,前汛期降水量存在准13、2～5年的周期振荡,后汛期降水量存在7～8、准20、3～4、准11年的周期振荡。台山站逐日降水振荡基本表现为天气尺度振荡、准单周振荡、准双周振荡、季节内振荡和季节变化振荡等5种尺度,季节内及以下尺度振荡强度相当,季节变化振荡强度较弱。5种时间尺度的标准差,天气尺度最大,季节变化尺度最小,除季节变化振荡外均呈现出周期性循环特征。在汛期雨量偏少年,逐日降水较易呈现出准单周振荡和天气尺度振荡,而汛期雨量偏多年较易呈现出准双周振荡。     

中国冬季气温的次季节尺度振荡及其与年际异常的关系

利用全国756站逐日平均气温资料和旋转经验正交展开方法(REOF)、功率谱方法,分析了中国冬季气温次季节尺度振荡的基本特征,并对次季节尺度振荡引起的冬季气温年际异常进行了研究。结果表明:(1)中国冬季气温的次季节尺度振荡存在地域差异。中国南部、西部和东部地区的冬季气温次季节尺度都存在10～20天和20～60天的振荡变化,只是南部和东部地区10～20天振荡较西部更显著。(2)冬季气温的10～90,10～20和20～60天主振荡的强度具有明显的年际变化,其中西北、华中、华南地区振荡周期的年际变化相似;华北、东北地区振荡周期的年际变化相似;西南地区和云南省振荡周期的年际变化相似。(3)中国冬季气温的次季节尺度振荡与冬季气温的年际变化有密切的关系。区域主振荡强弱年对应的中国冬季气温存在明显的异常,且相应的次季节变化与冬季气温年际变化存在负相关关系。     

东亚季风区冬季经向风的季节内变化及其可能机理

利用1979—2013年ERA-interim再分析资料,通过均方差分析、功率谱分析、带通滤波及合成分析等统计方法系统地分析了东亚季风区冬季经向风的季节内变化及其可能机理。结果表明,东亚季风区冬季经向风异常在我国华南一带变化显著,振荡周期为10~20 d(准双周振荡)。在准双周尺度上,水平方向上,850 h Pa异常北风主要呈现从高纬向低纬传播的特点,60°N附近异常经向风向东南方向传播,副热带30°N附近弱的异常经向风向东传播,二者在华南汇合,随后分为两支中心,分别向南和向东继续传播,我国华南一带存在基本气流向准双周尺度波动的能量转换,因此异常经向风在华南会显著增强;垂直方向上,对流层上层、中层、下层的经向风呈现强—弱—强的异常中心特征,对流层下层850 h Pa和上层200~300 h Pa均存在经向风大值中心;我国东部上空300 h Pa上,副热带地区波动比850 h Pa更明显,60°N附近波动向东南方向移动,同样在我国东部地区合并,波动辐合导致波动能量增强。     

2014年夏季长江流域降水季节内振荡的环流分析

基于台站降水观测数据和MERRA-2再分析资料,分析了2014年夏季我国长江流域降水的季节内振荡特征,并从位涡角度重点研究了与之相关的环流演变。结果表明:2014年夏季长江流域降水季节内变率以10~20d的准双周振荡为主。在降水准双周振荡的极端湿位相,受对流层高层随中纬度波列东传的正异常位涡和南亚高压东侧西南向传播的正异常位涡的共同影响,南亚高压呈“马鞍型”分布,在长江流域形成高空辐散环流;在对流层中低层,当中纬度波列的异常气旋向东南传播至长江流域以北时,西太平洋异常反气旋延伸至中国东南沿海,二者共同导致长江流域低空水汽辐合加强;在高、低层环流的共同作用下,长江流域持续性降水显著偏多,形成准双周振荡的极端湿位相;同时,长江以北高空位涡正异常导致其下方冷空气下沉,触发长江流域异常上升运动和南海地区异常下沉运动,该经向垂直环流圈的形成有利于长江流域正异常降水的维持。反之则形成极端干相位。      

北太平洋冬半年位势高度季节内振荡及其诊断分析

利用NCEP/DOE再分析资料,分析了1979—2012年北太平洋对流层冬半年位势高度的季节内振荡特征。结果表明:北太平洋上空的位势高度表现为显著的10~40 d季节内振荡特征,50~80°N纬度带内振荡最强,主要由东向西传播;位势高度季节内振荡的演变过程伴随太平洋高压脊以及东亚大槽的显著变化;在垂直方向上具有准正压的结构,位势高度季节内振荡的时间演变与地转涡度平流和散度项的季节内振荡有关,其向西移动也是受地转涡度平流和散度项的引导。     

多要素表征的东亚季风区准双周振荡特征

为评估不同要素对东亚季风区准双周振荡的表征能力,对大气向外长波辐射（OLR）、500 hPa位势涡度、850 hPa相对涡度、850 hPa风场和750 hPa比湿等要素的准双周振荡特征进行对比,发现各要素均能很好反映东亚季风区明显的准双周振荡时空特征。OLR及500 hPa位势涡度、850 hPa相对涡度、850 hPa纬向风表征的准双周振荡呈明显的西北向传播特征,500 hPa位势涡度、850 hPa相对涡度、850 hPa纬向风北传更强,北传速度更快。850 hPa经向风的准双周振荡呈明显西移特征,北传弱,北传速度最慢。而750 hPa比湿准双周振荡呈东南向传播。不同要素准双周振荡的强度略有差异,其中750 hPa比湿与其他要素的差异大。总体而言,750 hPa比湿不能较好地表现出东亚季风区准双周振荡活动特征,而其余要素能很好地表征东亚季风区大气准双周振荡,其中500 hPa位势涡度和850 hPa相对涡度准双周振荡特征一致性高。     

2002年夏季中高纬大气准双周振荡对华南降水的影响

利用JRA55大气再分析资料和TRMM卫星降水资料,分析了2002年夏季（5~8月）华南地区降水的低频振荡特征,重点揭示了对其影响显著的中高纬大气季节内振荡的环流结构及演变。小波和功率谱分析表明,2002年夏季华南降水表现为主周期为10~30 d的准双周低频振荡。典型低频降水事件及合成分析指出,准双周降水的强（弱）变化除了受低空西北太平洋副热带高压西伸进入（东移退出）南海的影响以外,还显著地依赖于中高纬地区高空大气环流的季节内振荡。在对流层高层,中高纬度地区存在一支自大西洋经欧亚大陆的气旋—反气旋相间排列的低频波列。该波列在欧亚大陆地区向东南传播,当异常反气旋和气旋分别位于青藏高原和华北上空时,这种偶极型环流之间的高空辐散场有利于华南地区上升运动的发展,因而华南降水偏强;反之,华南降水偏弱。研究还表明,低频波列南移造成了对流层异常温度平流和副热带高层异常绝对涡度的变化,使得华南地区上升与下沉运动交替出现以及相应的经向环流圈反转,从而导致华南准双周振荡干湿位相的转换。局地异常感热加热对干湿位相转换也起一定作用。时滞相关分析发现,当青藏高原地区500 hPa位势高度异常场超前于华南异常降水4 d（即位相差为1/4周期）时,二者出现显著正相关,表明青藏高原地区500 hPa位势高度异常对预测华南地区季节内降水变化有潜在的应用价值。     

南海—热带西北太平洋地区季节内尺度海气变化关系

本文系统地回顾了作者近年来关于南海-热带西北太平洋地区大气和海洋季节内尺度变化关系方面的主要研究成果。文中对10~20天和30~60天两种季节内振荡海气变化关系的不同以及冬、夏季间的差异进行了系统地比较。相比较而言,大气中10~20天振荡所占比例大于30~60天振荡,海表温度30~60天的振荡在南海和西北太平洋副热带地区比10~20天振荡的贡献大,而在低纬度西太平洋地区10~20天振荡与30~60天振荡贡献相近或稍大。在北半球夏季,10~20天低频振荡的分布呈西南—东北走向,由赤道西太平洋地区向西北偏西方向传播,而30~60天低频振荡则以东西向分布为主,表现为由南向北的传播特征。在北半球冬季,10~20天和30~60天两种低频振荡的水平结构类似,均表现为西南—东北走向;同时,南海地区季节内变化信号表现出明显的向南传播的独特特征,并与东亚冬季风的季节内变化密切相关。北半球夏季,南海—菲律宾海地区10~20天低频振荡强度在厄尔尼诺发展年得到加强,而30~60天低频振荡强度则在拉尼娜衰减年得以加强。分析还指出,热带西北太平洋地区夏季热带辐合带附近的季节内变化,尤其是10~20天尺度变化,对季节平均海表温度异常有显著的反馈作用。     

季节内振荡影响西太平洋副热带高压两次北跳的机制

夏季期间,西太平洋副热带高压（简称副高）存在两次明显的北跳,其中第一次北跳导致华南前汛期结束、江淮梅雨建立,而第二次北跳则意味着江淮梅雨结束、华北雨季开始。本文基于观测资料和再分析数据,利用快速傅里叶变换和合成分析方法,深入探讨不同时间尺度季节内振荡对气候态和异常年副高两次北跳的影响机制。结果表明:在季节内尺度上,平常年和异常年影响副高两次北跳的季节内振荡的主导周期不同。气候态上,以10~20天和准60天为主;第一次北跳异常年和第二次北跳偏早年,以30~60天为主;第二次北跳偏晚年,则呈现出10~20天和30~60天两个主导周期。不论气候态还是异常年,东亚—热带西北太平洋地区低频振荡在年循环背景下均呈现出明显的北传特征,这是导致副高发生两次北跳的重要原因之一。而印度季风区低频振荡在东北向传播过程中所引起的西风东伸是造成副高第一次北跳更为明显的原因。源自澳大利亚高压的冷空气入侵所激发的暖池对流的准双周振荡则是造成气候态和偏晚年副高第二次北跳更为显著的原因。由于前期春季西北印度洋海温出现异常,造成局地低频振荡发生位相迁移,进而导致副高第一次北跳发生异常。而副高第二次北跳异常则是因为ENSO改变了暖池地区季节内振荡的尺度和振幅所造成的。     

西江流域汛期暴雨与500 hPa关键区准双周振荡的关系

采用小波分析、相关分析、功率谱分析、Lanczos滤波等方法探讨了近48年西江流域汛期(4—9月)暴雨的变化特征及其与影响西江流域汛期降水的500 hPa关键区准双周振荡的关系。结果表明,西江流域4—9月暴雨日数呈单峰分布,5月开始显著增加,6月暴雨日数达到最高;西江流域4—9月暴雨总日数具有准4年与准22年左右的周期振荡。1960年代后期—1980年代初期及1990年代中期—2000年初期暴雨日数以偏多为主,1960年代前期、1980年代中期—1990年代初期及2005—2008年则以偏少为主。定义西江流域4—9月逐日降水与500 hPa高度场上显著的负相关区(22.5~27.5°N,102.5~112.5°E)为影响西江流域汛期降水的500hPa关键区。西江流域汛期降水与500 hPa关键区均以准单周、10—30天的准双周振荡为主,而30~60天的季节内振荡不显著,二者在准双周振荡尺度上关系最密切。统计近48年4—9月、6—8月500 hPa关键区准双周振荡波谷附近前后3天(个别4天)西江流域暴雨出现的平均几率分别为72.5%、76.4%,因此500 hPa关键区准双周振荡的低频波谷对西江流域暴雨的中期预报有较好的参考作用。     

2010年华南前汛期持续性降水异常与准双周振荡

利用中国台站逐日降水资料以及NCEP-DOE逐日再分析资料,分析了2010年华南汛期降水异常的低频特征及大气环流的影响。结果表明,2010年华南汛期降水异常呈显著的低频振荡特征,其中前汛期以10~20天振荡(准双周振荡)为主,后汛期以20~50天振荡(季节内振荡)为主。重点讨论了准双周尺度上前汛期持续性降水异常与中高纬和热带地区大气低频振荡的关系。中高纬地区的低频环流可通过Rossby波能量沿着低频遥相关波列的频散影响华南低频环流的变化。波活动通量分析显示,西西伯利亚作为Rossby波源,其波能量沿着横跨欧亚大陆的低频遥相关波列向我国东部地区频散,引起该地扰动加强,从而引起华南低频环流及垂直运动的变化进而造成华南降水的异常。热带东印度洋的准双周振荡是影响华南前汛期降水的另一低频来源。当赤道东印度洋对流旺盛(抑制),其上空为强上升(下沉)气流,低层辐合(辐散)高层辐散(辐合),而华南上空盛行下沉(上升)运动,不利于(有利于)华南降水。来自中高纬和低纬的低频信号的叠加并配合低频水汽输送共同影响了华南环流异常的低频变化,从而引起华南的低频降水异常,有利于华南持续性降水异常的发生。     

Effect of the westward-propagating zonal wind anomaly on the initial development of quasi-biweekly oscillation over the South China Sea during early summer

以往许多研究揭示了夏季西太平洋及其南海地区准双周振荡纬向西传的传播特征。然而,本研究通过对南海初夏(5-6月)准双周振荡典型事件的合成分析发现,南海初夏准双周对流和经向风异常表现为局地变化的特征,而纬向风异常却表现为纬向西传特征。通过对准双周散度异常倾向的诊断分析,表明与纬向风异常相关的效应异常项领先于准双周散度异常,可以加强准双周对流及经向风异常的强度,从而促进南海夏初准双周振荡的初始发展。     

我国九大气候区降水特性及其物理成因的研究Ⅱ——我国各区降水与环流因子的关系

利用ECMWF的格点风和位势高度场资料，对1998年夏季热带内外地区大气低频振荡特征进行了分析研究。结果表明，亚洲季风区的季节内振荡非常显著。850hPa季节内振荡纬向风的经向传播揭示出南海地区的西风振荡受南北两支西风的共同影响。与长江流域特大洪涝密切相关的大气环流系统(乌拉尔阻高和西太平洋副高)对季节内振荡有较强的响应。在欧亚范围，持续性异常环流十分活跃，大气低频波的活动与环流持续异常的形成有密切的联系，季节内振荡是高低纬环流持续异常同时发生的纽带。其低频(30—60d)遥相关型的分布同江淮洪涝年的波列结构相类似。     

陕西降水季节及季节内振荡的气候特征

利用谐波分析、功率谱分析的方法,对陕西82个站点1962~2006年逐日降水资料进行气候平均分析,研究气候平均态下陕西降水季节及季节内振荡的时空分布特征。结果表明,陕西大部分地区降水主要以季节变化(年循环)为主,降水准双周振荡在全省范围都比较显著,降水30~60 d季节内振荡的显著分布区域主要集中在关中和陕南,这种地域分布与副热带高压随东亚夏季风南北移动有很大关系;气候平均态下降水的准双周振荡幅度于4月中旬开始逐渐加强,7~9月振幅最强,10~11月开始逐渐减弱;降水准双周振荡显著时期主要在夏季,而30~60 d季节内振荡在全省全年都存在,夏季比冬季振幅大,陕南和关中地区最大振幅出现在7月初。     

中国华南地区冬季冷湿气候次季节模态（英文）

本文研究了中国冬季气温和降水的气候次季节(CISO)主模态特征,并讨论了华南地区冷湿模态与极地环流的次季节尺度变化关系。结果发现,在CISO正位相时,冬季的华北和华南分别表现为冷干和冷湿模态,在时间上表现为准30天周期振荡特征。其中,华南的气温次季节波动在冷湿模态起主导作用。在北极涛动负位相下,500-hPa位势高度的次季节尺度波动表现出向南传播特征,由此导致冷锋南下和降温。局地冷性气旋波活动增强了西伯利亚高压的不断南下,有利于大气的不稳定,进而造成华南地区的冷湿气候。因此,冷空气活动可以作用华南次季节降水预测的前兆因子。     

准40天振荡现象研究中的一个问题

本文用欧洲中期天气预报中心客观分析资料计算了850、200百帕层候平均位势高度(H)和西风分量(u)的谐波以及准40天振荡能量的时、空分布。结果表明,同一要素准40天振荡能量的空间分布存在明显的年际差异,它不能简单地归因于某种外部强迫。有必要对准40天振荡现象的气候学作深入分析。      

广东前汛期降水与南海北部风场准双周振荡的关系

利用1961—2008年广东逐日降水、NCEP/NCAR逐日再分析资料,先采用EOF分析、相关分析定义了影响广东前汛期降水的850 hPa关键区——“南海北部风场指数”,再利用功率谱分析、Lanczos时间滤波器等方法研究了近48年广东前汛期降水与南海北部风场指数的低频振荡特征,并研究了广东暴雨与南海北部风场指数准双周振荡的关系。结果表明,广东前汛期降水与南海北部风场指数均以准单周、准双周振荡为主,而30～60天的季节内振荡不显著。南海北部风场指数与广东前汛期降水准双周振荡序列存在显著正相关,且明显高于准单周振荡序列的相关。近48年4—6月南海北部风场指数的准双周振荡波峰前后3天(个别4天)的广东省前汛期暴雨出现概率为78.2%。最后利用合成分析方法分析了南海北部风场指数准双周振荡的波峰附近有典型西南风暖区暴雨发生的大气环流场演变特征,可为广东暖区暴雨过程的中期预报提供参考依据。      

2010年华南前汛期持续性降水异常与准双周振荡

利用中国台站逐日降水资料以及NCEP-DOE逐日再分析资料,分析了2010年华南汛期降水异常的低频特征及大气环流的影响。结果表明,2010年华南汛期降水异常呈显著的低频振荡特征,其中前汛期以10~20天振荡（准双周振荡）为主,后汛期以20~50天振荡（季节内振荡）为主。重点讨论了准双周尺度上前汛期持续性降水异常与中高纬和热带地区大气低频振荡的关系。中高纬地区的低频环流可通过Rossby波能量沿着低频遥相关波列的频散影响华南低频环流的变化。波活动通量分析显示,西西伯利亚作为Rossby波源,其波能量沿着横跨欧亚大陆的低频遥相关波列向我国东部地区频散,引起该地扰动加强,从而引起华南低频环流及垂直运动的变化进而造成华南降水的异常。热带东印度洋的准双周振荡是影响华南前汛期降水的另一低频来源。当赤道东印度洋对流旺盛（抑制）,其上空为强上升（下沉）气流,低层辐合（辐散）高层辐散（辐合）,而华南上空盛行下沉（上升）运动,不利于（有利于）华南降水。来自中高纬和低纬的低频信号的叠加并配合低频水汽输送共同影响了华南环流异常的低频变化,从而引起华南的低频降水异常,有利于华南持续性降水异常的发生。