高层大气三维热力结构异常及其遥相关特征对江淮流域旱涝的影响

文中分析了江淮流域旱涝过程与南北半球经向波列遥相关特征,结果表明,前期赤道地区高层大气的三维热力结构异常与中国江淮流域夏季旱涝异常存在显著相关。进一步研究发现,江淮流域夏季旱、涝年与前期春季低纬高层大气热力结构呈显著的反位相特征,且两者垂直方向均呈跨越南北半球经向波列结构特征,该波列扰动源可追溯到南极冰盖强信号因子。采用EP通量诊断分析可进一步揭示出与江淮流域旱涝过程相关的经向波列传播及高层大气波射线折射特征。     

长江中下游旱涝的环流型与赤道东太平洋海温遥相关波列特征

根据长江中下游地区夏季旱涝年前期冬、春季北太平洋海温分布特征进行分析研究 ,提出了影响区域性旱涝的海温“强信号”概念 ;探讨了北半球大气环流结构对赤道东太平洋海温异常响应问题 ,并研究了东太平洋海温与北半球夏、春季高度偏差场季尺度相关偏差场波列结构相关特征。研究结果表明 ,赤道东太平洋海温异常可能通过低纬walker环流引起赤道西太平洋区域性大气异常运动 ,从而产生遥响应环流型 ,形成类似PNA遥相关“大圆波列”。此类遥响应特征在西太平洋区域表现出与副热带高压、西风槽、阻塞高压等相关的系统的准定常经向波列。研究结果还表明此类经向波列结构描述了中高纬地区系统对低纬异常海温遥响应的动力学特征。应用 1997～ 1998年冬季实际海温资料 ,并在赤道中东太平洋地区引入实际海温异常的敏感性试验 ,较成功地模拟了 1998年夏季长江流域洪涝的降水分布特征。文中从统计、动力分析和数值模拟综合分析方法揭示出由前期东太平洋海温异常引起的大气环流变异 ,构成中国长江流域旱涝的物理图像及其动力学模型。     

长江下游夏季降水、气温和北半球500hPa高度场的遥相关分析

本文用1971—1990年长江下游夏季(6—8月)降水量、水温资料和北半球500hPa的逐日高度场资料,分析了长江下游夏季降水、气温与北半球大气环流的遥相关特征,结果表明长江下游夏季降水、气温与前期、同期和后期大气环流有显著的波列状的遥相关结构,同时时滞分析也表明在120°E环流圈上,长江下游夏季气温与北半球500hPa高度场的相关系数可以有规则地向极地传播。     

大气环流变化对云南5月雨量的影响及其预报

本文分析了云南５月份降水与前期１－３月北半球１００，５００ｈＰａ高度场的关系，研究了影响云南５月份旱涝的大气环流系统及主要大气活动中心，探讨了遥相关场的波列结构，建立了基于环流演变物理概念的分析预报模式。     

北半球冬季欧亚遥相关型的变化特征及其对我国气候的影响?

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站地表面气温和降水的观测资料, 首先采用旋转经验正交函数 (REOF) 方法定义了冬季欧亚遥相关型 (EU), 并计算了冬季的欧亚遥相关型指数 (EU指数), 在此基础上分析了欧亚遥相关型的时间和空间变化特征, 并进一步研究了与欧亚遥相关型异常相联系的东亚冬季风系统变化以及我国冬季气温和降水的异常。针对欧亚遥相关型的分析结果表明, 在欧亚大陆上空, 大气内部存在与EU相联系的波列从北大西洋传播到乌拉尔山以东的欧亚大陆地区。在时间变化上, 冬季EU以为年际变率为主, 年代际变化的分量不明显, 其显著周期表现为2～4年。当冬季EU处于正位相时, 与之相关联的东亚大气环流异常表现为: 东亚地区高空的急流增强、 东亚大槽加深, 导致东亚冬季风偏强, 东亚地区温度偏低, 从而使得我国东部降温、 降水减少; 反之, 当冬季EU处于负位相时, 我国东部增温、 降水增加。     

东北冷涡活动的季节内振荡特征及其影响

东北冷涡是造成我国东北地区低温冷害、持续性阴雨和突发性强对流的重要天气系统.利用1979～2009年NCEP/NCAR逐日再分析资料和中国气象科学研究院提供的中国区域高分辨率格点降水资料,定义了一个客观描述东北冷涡活动的指数 (NECVI),并基于该指数分析了东北冷涡活动的低频特征及其与相关环流和降水的关系.结果表明,东北冷涡活动具有显著的10～30天振荡周期.与东北冷涡活动相关的大气环流的10～30天振荡和我国东部夏季降水异常具有明显的锁相关系,对雨带的位置起着重要的调制作用,在东北冷涡及其相关低频环流由西北向东南的移动过程中,我国东部也经历一次由北至南的降水过程.本文还进一步讨论了东北冷涡的低频活动与中高纬大气环流遥相关型的关系.与东北冷涡相联系的低频环流是夏季低频欧亚 (EU) 型遥相关波列的一部分,低频欧亚型 (EU型) 与东亚/太平型 (EAP型) 遥相关波列在东亚地区交汇,并通过波列之间的相互作用影响东北冷涡低频系统的移向和移速,进而影响中国东部降水的位置与维持时间.因而前期EU型和EAP型低频波列的发展情况可能预示着后期中国东部各个区域降水的演变.本文研究结果将为提高我国东部强降水的1～2周延伸期天气预报提供参考.     

江淮地区夏季雨量与北半球500 hPa环流遥相关的不稳定性

用50年 (1951~2000年) 观测资料, 分成1951~1976年和1977~2000年两个时段, 研究了江淮地区夏季 (6~8月) 雨量与北半球500 hPa季平均环流时滞遥相关的年代际变化, 同时提出了遥相关不稳定指数, 讨论了遥相关不稳定性的空间分布和季节变化。结果表明, 这两个时段遥相关的空间分布存在显著差异, 且前一时期时滞遥相关强度明显强于后一时期, 特别是江淮地区夏季雨量与前期冬季西太平洋型 (WP) 的相关仅在1976年以前显著, 1977年以后迅速减弱消失, 而对于后一时期, 与春季欧亚遥相关型 (EU) 的相关明显加强。另外, 后一时期江淮地区夏季雨量与夏季EAP波列的相关明显强于前一时期。它反映了太平洋年代际振荡 (PDO) 对东亚季风降水和环流年际相关的影响, 这种遥相关的不稳定性与年代际和年际时间尺度振荡之间的相互作用有密切联系。     

11月气候异常型及前期环流信号

利用全国160站1951—2008年11月温度、降水资料和同期秋季NCEP/NCAR 500 hPa高度场再分析资料,分析了我国东部季风区11月暖湿、暖干、冷湿、冷干年同期环流特征,并对同期、前期环流特征进行了差异t检验。结果表明:暖型 (冷型) 同期环流对应乌拉尔山阻塞高压不明显 (明显),欧亚中高纬度地区盛行纬向 (经向) 环流;干型 (湿型) 同期环流对应西太平洋副热带高压偏弱 (强)、偏东 (西)。差异t检验分布特征表明:在亚洲中高纬度地区,暖干、冷湿型 (暖湿、冷干型) 同期环流主要表现为南北 (东西) 气压场的差异;暖干、冷湿型的前期和同期环流特征分别具有EU (Eurasia) 和反EU遥相关距平结构,而暖湿、冷干型前期和同期环流特征分别具有反PNA (Pacific/North American) 和PNA遥相关距平结构。     

初夏北半球500hPa遥相关型的强度和年际变化及其与我国季风降水的关系

用一点相关法计算了初夏北半球500hPa遥相关型,得到西大西洋型(WA)、欧亚型(EU)、孟加拉湾北太平洋型(BNP)、西太平洋型(WP)、东大西洋型(EA)、东亚太平洋型(EAP)、黄河东亚型(HEA).确定了它们的中心和历年(1951—1990)的强度指数。研究了它们的年际变化和我国季风雨的关系.指出,EU、HEA和EAP型波列与我国旱涝关系密切。对我国东部降水影响很大的是HEA型和EAP型.我国1991年初夏的大涝与强HEA型、弱EAP型有关.      

近30年江淮地区梅雨期降水的空间多型态特征

该文比较了不同站点分布情况下我国江淮地区梅雨期降水基本空间型态,发现较高分辨率的站点分布能得到更细化的空间型态。1979—2010年我国江淮地区梅雨期降水基本空间型态主要包括南部型、长江型和江淮型。年际变化上,梅雨期降水的南北反位相特征更加明显;而长江型梅雨期降水较其他两个型态而言相对独立。回归分析表明,3种降水型态所对应的东亚夏季风环流子系统的位置、季风经圈环流及梅雨期水汽输送等均存在明显差别,其中东亚太平洋遥相关型 (EAP) 和欧亚遥相关型 (EU) 对南部型降水有显著影响。1979年以来,前期赤道东太平洋海温主要影响我国长江流域和江南地区梅雨期降水,而江淮型梅雨期降水与热带海温没有显著的相关关系。     

1991年江淮地区特大洪涝时期的环流特征

研究了１９９１年长江淮河流域洪涝时期北半球大气环流特征，指出江淮流域旱涝与东亚低纬度到高纬度经极地再到大西洋低纬度一线的ＥＡＡ波列密切相关。进而，讨论了ＥＡＡ波列与北太平洋海温的关系。黑潮地区和亲潮地区海温的反位相变化可能是形成ＥＡＡ波列的原因之一。１９９１年６－８月大气环流的模型类似于ＥＡＡ波列。     

北方涛动同北半球温带大气环流的遥相关(二)——季节变化

在以前工作的基础上,本文进一步分析了各个季节北方涛动和与其相联系的北太平洋海温同北半球温带大气环流遥相关的特征,并与南方涛动和赤道太平洋海温的结果进行了比较,发现它们同北半球温带大气环流的遥相关,不仅具有很强的地区性,而且具有明显的季节变化。 冬季,北方涛动和北太平洋海温与PNA型相关非常明显,且比南方涛动和赤道太平洋海温的更密切。除PNA型外,北方涛动还同500hPa高度的亚洲-北美(ANA)流型有联系。 夏季,PNA遥相关型的表现仍然非常清楚,但位置较冬季偏酉和偏北,并在北美西海岸具有特殊的分叉现象。     

河套华北地区旱涝前期的环流异常和遥相关机制

根据文献[5]确定的河套华北地区27个测站夏季(6—8月)降水指数,计算了典型旱涝年平均环流的合成差异场,发现在旱涝年的前期,尤其是在冬半年,大气环流的差异是显著的;旱涝指数与环流的相关,与旱涝合成差异场特征一致;计算的遥相关结果表明,运相关的传播路径与理论上计算得到的波能量传播路径几乎一致,其正负区域、中心位置与旱涝差异场的特征也基本一致。     

河套华北地区旱浑前期的环流异常和遥相关机制

根据文献［５］确定的河套华北地区２７个测站夏季（６－８月）降水指数，计算了典型旱涝年平均环流的合成差异场，发现在旱涝年的前期，尤其是在冬半年，大气环流的差异是显著的；旱涝指数与环流的相关，与旱涝合成差异声特征一致，计算的遥相关结果表明，遥相关的传播路径与理论上计算得到的波能量传播路径几乎一致，其正负区域，中心位置与旱涝差异场的特征也基本一致。     

两类江淮大水的大气环流特征

文中研究了江淮流域特大洪涝的环流特征。江淮流域洪涝年全国降水有两类分布型:即江淮流域大水年中国降水偏多型和江淮流域大水其南北降水偏少型。研究了这两类降水分布型的环流特征,结果指出:北半球500 hPa位势高度场有着显著的差异。东亚大西洋相关链的建立(南海高压、梅雨槽和鄂霍茨克海高压)是江淮流域多雨的重要条件,而欧洲阻塞高压的建立在全国降水分布型中起着重要的作用。进而研究了东亚大西洋相关链与北太平洋海温的关系。     

澳洲大陆热力强迫对南北半球环流异常的影响效应

本文采用OSU-AGCM动力框架加入牛顿加热项构成的简化大气环流模式,研究澳洲大陆热力强迫与南北半球环流异常的相关关系。本文对不同平衡温度模拟结果的差异(偏差场)进行了分析,探讨某局地热力强迫对全球其它区域环流异常的影响效应.数值试验结果表明,南北半球海陆热力结构有利于两半球行星尺度经向环流的加强及其低纬跨赤道气流的形成:南半球澳洲大陆热力强迫可以通过东、西风带侧向藕合效应,显著地影响北半球中纬西风带急流状况;二维Rossby波能量频散径向传播可能足澳洲热力强迫与北半球常定环流系统的异常变化相关现象的重要成因,且澳洲大陆强迫产生的径向波列路经与PNA、EU型相似.     

北半球冬季大气环流遥相关型的非线性特征

利用NCEP/NCAR再分析500 hPa高度场资料,采用EOF和非线性主成分分析(NLPCA,Nonlinear Principal Component Analysis),研究了北半球冬季大气环流遥相关型的非线性特征,并将两种分析的结果与实际观测相比较,结果表明:NLPCA在提取资料场序列的低维非线性相关结构方面比传统EOF有明显的优越性.北半球冬季大气环流的遥相关型有明显的非线性结构特征,特别是EU型和PNA型,当非线性主成分NLPC取正负极值时,EU和PNA型并不是呈现完全的反位相结构.NLPC取负极值时,EU型的活动中心位置比NLPC取正极值时位置偏西,特别是欧亚大陆中部的距平中心,负中心比正中心偏西,强度更强;PNA型的4个距平中心在NLPC取正极值时比负极值时更集中,副热带太平洋的正中心、北太平洋的负中心比NLPC取负极值时的反符号中心偏东,强度更强.     

中国春末5月区域降水和北半球500hPa高度场典型相关分析

利用典型相关理论，研究了中国15个区春末5月降水指数与其前期(1—4月)和同期北半球500hPa高度场之间的相关关系。研究结果表明：我国5月降水和前期及同期500hPa环流场的相关性以前期1月和同期5月的最好。前期500hPa环流场对我国5月降水的影响具有明显的全球性，而同期的高相关区主要出现在上游的欧亚地区。此外，前期不同的大气环流运动变化形式对5月降水有不同的影响，即对于时间相隔较长的1—2月，中高纬度超长波的发展变化是主要的影响因子，对于相邻4月和同期5月更主要是不同类型遥相关的变化，如前期4月的西太平洋型(WP)和西大西洋型(WA)对我国5月黄河中上游地区的降水有着相当的影响。另外还发现，5月降水和1—5月高度场相关的典型特征向量分布在东部地区由南向北呈正负相间的波列结构，在全国范围内的东西方向上，相关区也是正负交替出现。     

初夏环流与梅雨成因的探讨

着眼于东亚海陆热力强迫差异的影响,探讨了东亚初夏环流与江淮梅雨成因,结果表明：江淮流域夏季降水与前期地面气温的东亚纬向海陆热力差异相关;江淮流域初夏降水量与同期北半球５００ｈＰａ位势高度场的高相关区对应于入梅期“双阻”型环流系统,且最高相关系统为副热带高压。数值试验表明,东亚海陆热力强迫的差异与夏季风,梅雨阻塞系统的形成密切相关。研究结果提示了梅雨初期环流特征形成的机理与热力结构因素。     

东亚地区夏季大气环流季节循环进程及其在区域持续性降水异常形成中的作用

利用32年(1968～1999年)月平均NCAR/NCEP再分析资料,分析了东亚地区夏季大气环流的季节循环进程, 并以1991/1994年为例,探讨了东亚地区夏季7～8月对流层上层环流的季节循环提前和延迟与气候平均的季节循环的差异,以及在江淮流域持续性降水异常过程中的作用,证实东亚地区季节循环的变异对形成我国东部地区持续性降水异常,特别是7月旱涝起着重要作用,江淮流域旱涝一般是和东亚地区大气环流季节循环的提早或推迟一个月左右相对应.通过波作用量的动力学诊断分析,研究了欧亚大陆沿副热带西风急流传播的异常准静止波的传播特征,并从以副热带西风急流为波导的准静止波(或者遥相关)角度对东亚地区夏季7～8月环流季节循环进程提前和延迟的可能机制作了分析.