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。     

东亚夏季风准40天振荡的垂直结构

水文分析了1981年6—9月风场和温压场资料,发现各物理量都存在明显的准40天周期振荡,其振幅在200百帕上表现最为明显。结果表明中纬度和低纬度地区低频振荡的垂直结构和机制不同。振荡系统在中纬度地区表观为准正压结构,而在低纬地区具有明显的位相向上传播特征,其传播速度大约为300百帕/10天。指出了西风带的长波调整和东亚两支东风急流强度的变化与准40天振荡具有密切关系。     

青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡特征

利用1979—2019年ECMWF提供的ERA-Interim逐日再分析资料,采用Morlet小波分析、滤波及合成分析等方法,探究了青藏高原夏季对流层高层纬向风季节内振荡（IntraSeasonal Oscillation,ISO）的主要周期及其传播特征。结果表明：青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡的主要周期为10～30 d,其强度存在明显的年际差异。在纬向风ISO强年,振荡过程持续时间长、振幅强,ISO方差中心从对流层高层向下影响到对流层中层,表现为相当正压结构。其传播在纬向上主要表现为ISO中心从高原东部3次向东传,可达西太平洋地区;经向上分别有4次自中高纬向南传播的10～30 d ISO中心与来自低纬地区的ISO中心在高原南侧汇合,其强度在高原南侧有所加强,强振荡中心可向南传播到达低纬地区。ISO的位相演变主要表现为低频反气旋和低频气旋中心在高原东部交替出现,引起东部地区上空低频东风和低频西风的强度变化。在ISO极端活跃位相,高原东部低频西风达最强。     

1979年夏季40—50天周期振荡的空间结构及其位相传播

本文根据FGGE Level Ⅲb资料详细分析了1979年夏季大范围内(30°S—30°N,30°E—150°W)40—50天周期振荡的空间分布及其传播特点。结果证实了早先关于“这些低频振荡主要表现为纬向风振荡”的究研结果,且它们向东向北传播。而季风区域850毫巴经向风的振荡周期却小于10天,这或许反映了这一地区季风扰动的活跃。在赤道,40—50天周期的纬向风的扰动系统地向东(600公里/天)和向上(0.7公里/天)传播。纬向风、位势高度和大尺度的“视热源”场之间的位相关系表明这些扰动确实不象大气中的开尔文波。与赤道地区不同,沿着15°N的纬向风的位相虽然也向东传播但不很系统。在这一纬度,纬向风的振荡在季风地区是低层显著,而西太平洋地区是在高层显著。这两个系统的相互作用导致西风或东风在阿拉伯海地区向下传播。西风(东凤)向下的位相对应着南亚和东南亚地区季风活跃(中断)的开始。     

热带准两年振荡影响北半球冬季大气环流的诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先讨论了热带纬向风准两年振荡(QBO)的东、西风位相的划分标准.结果发现,赤道50 hPa的风与西风深厚度关系最密切,即赤道50 hPa的纬向平均风为西(东)风时往往代表平流层下层为一层深厚的西(东)风.在此基础上诊断分析了1958/1959～1997/1998年共40个冬季中热带纬向风QBO对北半球中高纬度地区纬向平均环流和准定常行星波传播的影响.诊断分析表明,热带QBO对北半球冬季大气环流的影响主要表现在平流层和对流层上层.热带QBO的东风位相年与西风位相年相比,中高纬地区的绕极西风环流明显减弱,中低纬地区则出现相反变化,从而在平流层的纬向平均环流分布上呈现偶极子形式.纬向平均流的这种年际变化可以很好地用中高纬度准定常行星波传播的异常加以解释,QBO的东风位相年和西风位相年相比,中高纬准定常行星波向极地的传播更强,从而在高纬度平流层产生异常的E-P通量辐合,波-流相互作用的结果使得西风减弱.但是热带纬向风QBO的影响在1958/1959～1997/1998年的前后20年有所差异.后20年相对于前20年而言,东西风位相的差异有所减小,Hol-ton-Tan振荡明显减弱;就行星波传播而言,东风位相年下,前20年行星波向上传播较弱,而后20年则以大约70°N为分界点,以南向上传播较强,以北向上传播较弱.这种差异可能跟中高纬度纬向西风的自身变化有关.     

1979—2011年热带对流层顶高度线性趋势变化的因子贡献及其年际变率成因探讨

利用美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料分析了近30年(1979—2011年)热带(0~360 °E,20 °S~20 °N)对流层顶高度变化,结果显示其高度有明显的线性上升趋势,近30年气压下降了3.5 hPa。其中对流、臭氧和对流层温度的贡献分别为13.3%、27.26%和57.31%。在去除线性趋势后,热带对流层顶气压表现出了显著的年际变率,主要周期峰值为18.2、28.6和40个月。其中臭氧和热带对流层温度都对18.2个月的周期有贡献,而臭氧和热带对流层温度18.2个月的周期很可能是由北半球的季风环流引起的;28.6个月的周期主要源于臭氧总量的准两年周期变化,而后者是由热带平流层低层纬向风场的准两年振荡引起的;热带对流层顶气压40个月的周期似乎源于ENSO循环引起的对流层温度变化。      

热带和中高纬地区季节内振荡的特征及其动力学诊断

使用5年低阶全球谱模式资料,对中高纬大气和热带大气季节内振荡的动力学性质和传播特征进行了诊断研究。分析发现模式再现了大气中季节内振荡在热带和中高纬地区的传播特性以及它们之间的差异。热带大气30—60天振荡在速度势场上表现为纬向—波结构和行波特性,而在散度风场上反映了赤道西太平洋—印度洋东西向偶极子型的振荡。中高纬大气30—60天振荡表现为定常波位相和振幅的变化,即波包络的传播特征。它与中高纬地区遥相关型的转换有关,通过遥相关位相和振幅的变化,不仅完成了热带和中高纬地区之间以及热带不同区域之间的能量输送,而且通过这种能量输送过程把南、北半球中高纬地区季节内振荡联系起来。      

7—9月500百帕高度场30—50天振荡的遥相关结构及其演变特征

利用1982、1983年7—9月的欧洲中期天气预报中心(ECMWF)网格点资料,分析了北半球中高纬度以及热带地区500百帕高度场的30—50天周期振荡的遥相关结构及其演变特征。发现30—50天周期振荡的分布,在热带与对流活动中心相对应,在中高纬地区与主要的气压活动中心相配合。振荡的相关中心分布于15—70°N之间,并成大弧状排列,具有波列的结构特征,其路径具有显著的年际变化,其弧状排列的振荡中心具有纬向移动,移动方向与高度场振荡位相的纬向移动相一致,高度场振荡的纬向移动和波列的能量频散密切相关。     

夏季东亚副热带西风急流的季节内变化及其与我国东部降水的关系

利用ERA-interim再分析资料和中国降水观测数据,分析了夏季东亚副热带西风急流的季节内变化以及对我国降水的可能影响,结果表明:亚洲地区夏季200 hPa纬向风在空间上主要表现为南北振荡和东西振荡特征,在时间上具有10～40 d的周期;在低频尺度(10～40 d)上,纬向风异常由西北先向东传播,到达东亚地区后再向南传播;伴随低频纬向风季节内演变,高原以北的急流中心向东和东南移动,急流轴也呈现南北振荡的特征;降水异常对200 hPa风场低频振荡有显著响应,在东亚地区,低频纬向风与低频降水南移,降水在黄淮地区出现,并逐渐移至长江及其以南地区;急流附近的低频西(东)风异常在其南侧形成负(正)切变涡度,对应我国东部地区位势高度的升高(降低),使得南亚高压东伸(西退),从而使我国东部雨带的位置发生显著变化。     

青藏高原上空大气低频波的振荡及其经向传播

本文得出的初步结论是:在青藏高原所在的经度范围内,从低纬到高纬的各纬带上,大气低频波存在30—40天的周期振荡现象.500 hPa等压面上,青藏高原地区生成的气旋、反气旋切变可以向南、向北传播到低纬、高纬地区.200 hPa等压面上,中纬度地区生成的气旋、反气旋切变也可以向南、向北传播到低纬、高纬地区.对流层中层,青藏高原是大气低频波振荡源地,可能与青藏高原的热力、动力作用有关;对流层上层中纬度地区是大气低频波的振荡源地,可能是西风急流的作用. 由于大气低频波的振荡和传播与低值系统有关,与急流相联系,因而具有现实的预报意义.     

Medium-range oscillations in the summer tropical easterlies at 200 hPa

By the use of space-time spectral analysis and band-pass filter, some of the features of the medium-range Oscillations in the summer tropical easterlies (10oS-20o) at 200 hPa are investigated based on a two-year (1980 and 1982) wind (u, v) data set for the period from May to September. Space-time power spectral analysis shows that the total energy of the westward moving waves was the largest and that of the standing waves and eastward moving waves was relatively small in the 200 hPa easterlies; the total energy of the eastward moving waves was at minimum at 10oN. Three kind of the medium-range oscillations with about 50 day, 25 day and quasi-biweekly periods were found in the easterlies, which all show a remarkable interannual variation and latitudinal differences in these two years. The wave energy of zonal wind is mainly associated with the planetary waves (1-3), which all may make important contributions to the 50 day and 25 day oscillations in different years or different latitudes. The quasi-biweekly oscillation is mainly related to the synoptic waves (4-6). In equatorial region, the 50 day oscillation was dominant with a eastward phase propagation in 1982 while the dominant oscillation in 1980 was of 25day period with a westward phase propagations in 1980. Both of them are of the mode of zonal wavenumber 1. Strong westward 50 day oscillation was found in 10oN-20oN in these two years. Regular propagations of the meridional wind 50 day oscillation were also found in the easterlies.The 50 day and 25 day oscillation of zonal wind all demonstrate southward phase propagation over the region of the South Asia monsoon and northward phase propagation near interational date line, where are the climatic mean position of the tropical upper-tropospheric easterly jet and the tropical upper tropospheric trough (TUTT), respectively.     

北半球副热带—中纬度太平洋大气季节内扰动的纬向传播与东亚夏季旱涝

用时空滤波和Morlet小波方法,分析了1958—2000年夏季东亚(20°—45°N,110°—135°E)不同纬带(由南到北分为4个区域)的降水分别与太平洋同一纬带上大气30—60 d振荡(ISO)沿纬圈传播的关系及其成因机制。发现太平洋上经向风ISO向西传播的强或弱,是东亚夏季风区降水偏多或偏少的必要条件。对逐年夏季的分析表明,无论当年东亚夏季风强与否,在所划分的几个东亚季风区所有涝的年份里,太平洋同一纬带上大气ISO向西传播都明显较强,而在这些区域绝大多数旱的年份里,相应的ISO向西传播明显较弱。进一步分析发现,经向风ISO的纬向传播对应着大气经向型环流系统的移动,向西传影响东亚夏季风区降水的ISO有来自低纬中东太平洋东风流中的低频气旋(如副热带东风带中ISO的演变);也有来自中高纬度阿拉斯加湾及鄂霍次克海一带低频低压(如洋中槽)和高压(如阻塞高压和东北太平洋高压)的向南向西频散。因此东亚夏季旱涝不但与热带季风有关,而且与中东太平洋副热带东风系统中ISO的向西传播、中高纬度长波调整时低频扰动向西南经北太平洋副热带的传播密切相关。     

Impacts of 30-60-Day Oscillations over the Subtropical Pacific on the East Asian Summer Rainfall

The relationships between the precipitation over East Asia (20°-45°N,110°-135°E) and the 30-60-day intraseasonal oscillation (ISO) over the Pacific during the boreal summer are studied in the paper.The daily wind and height fields of NCEP/NCAR reanalysis data,the 24-h precipitation data of 687 stations in China during 1958-2000,and the pentad precipitation of CMAP/NOAA from 1979 to 2002 are all analyzed by the space-time filter method.The analysis results,from every drought and flood summer in four different regions of East Asia respectively during 1958-2000,have shown that the flood (drought) in the East Asian summer monsoon region is absolutely companied with the strongly (weakly) westward propagations of ISO from the central-east Pacific,and depends little on the intensity changes of the East Asian summer monsoon. And the westward ISO is usually the low-frequency cyclones and anticyclones from the Bay of Alaska in northeastern Pacific and the Okhotsk in the northwestern Pacific of mid-high latitudes,and the ISO evolving in subtropical easterlies.In mid-high latitudes the phenomena are related to the westward propagating mid- ocean trough and the retreat of blocking high.Therefore the westward propagating ISO from the central-east Pacific to East Asia is indispensable for more rainfall occurring in East Asia in summer,which results from the long-wave adjustment process in the mid-high latitudes and ISO evolving in tropical easterlies.     

东亚夏季风降水中30—60天低频振荡

通过对东亚夏季风区域30年候降水量的分析研究可以看到,降水中30—60天低频振荡的季节变化与总的季风降水的季节变化具有明显的锁相关系,对季风雨带位置的出现起着重要的调制作用;降水低频振荡的年际变化对梅雨的年际变化也起着重要的调制作用;降水低频振荡呈现明显的由南向北的经向传播。     

A NUMERICAL STUDY FOR THE EFFECT OF TROPICAL 40-50 DAY OSCILLATION ON ASIAN SUMMER MONSOON

By using a five-layer primitive equation model with P-sigma coordinates,the effect of convective heating source with the oscillation of a dipole pattern over the tropical Indian Ocean-Western Pacific on Asian summer monsoon is investigated.The results from simulations show that the oscillatary heating source may cause oscillations in east-west zonal circulation at the equator,in cross-equatorial flow,in meridional monsoon circulation and in the phase of high-low level circulation over Asia,with period same as that of the oscillating heat source.Furthermore,the influence mechanism of the tropical heating source associated with oscillations on Asian summer monsoon circulation is also studicd.It is clearly shown that the westward propagation of thermally-forced Rossy waves to the west of the oscillatary heating source and the northward propagation of disturbances can give rise to oscillations of the equatorial east-west zonal circulation and monsoonal meridional circulation.Finally,the oscillation of all the Asian summer monsoon circulation is formed.     

南亚夏季风期间OLR的准40天振荡和准双周振荡

文中采用时间域的带通滤波方法和合成分析技术,通过对1981年夏季月份OLR资料的准40天和准双周振荡的对比分析得到:(1)南亚季风区普遍存在准40天和准双周振荡,季风的活跃和中断要受其影响。(2)江淮流域到日本地区和南海到西太平洋地区OLR的分布是反位相的,它表明只有当南海季风槽断裂时,热带西南季风才能进入东亚大陆,这时大陆的季风雨较强。(3)OLR的分布表明,东亚大陆和印度北部平原季风雨的活跃与中断,对准40天振荡是同步的,而对准双周振荡是反位相的。(4)东亚大陆季风雨活跃与中断位相的转变,准40天振荡是从南海扰动中分裂出一块向北移动引起,而准双周振荡则是来自印度北部平原的季风扰动有规律的向东移动引起。      

亚洲季风建立及其中期振荡的高空环流特征

本文主要通过对100毫巴散度场、高度场和垂直积分的水汽输送场的分析,着重讨论了1979年整个亚洲季风区季风建立及其振荡中的高空环流特征。发现南亚高压周围不同部位的高空辐散场的建立导致了这些地区夏季风的建立,且南亚高压脊线中部和东部散度场具有不同的分布特点。从而使得印度季风有与长江流域梅雨同时开始而与华南雨季降水反位相的特点.在东亚,南亚高压外围东风对于夏季风的向北推进具有很好的指示性。在印度,伊朗高压(南亚高压环流的一部分)外围的东北气流对于印度季风的爆发具有指示性。100毫巴若干地区高度场和亚洲季风区域大范围水汽输送场的40—50天振荡清楚地显示出向东向北移动,而20—30天的散度场的振荡在印度季风爆发后则有系统地向西移动.      

1998 SCSMEX期间亚洲30－60天低频振荡特征的分析

对１９９８年 ５－８月南海季风试验（ＳＣＳＭＥＸ）期间东亚地区 ８５０ ｈＰａ中低纬环流指数、东亚季风指数和长江中下游降水进行了Ｍｏｒｌｅｔ 小波分析,结果表明在此期间这些要素均有明显的３０－６０天周期低频振荡。在此基础上对 ５－８月每隔 ５天的 ８５０ ｈＰａ低频流场进行分析,结果表明：（１）１００°－１５０°Ｅ间东亚从中国东中部大陆经南海和西太平洋的南北半球中明显的存在一个以３０－６０天低频荡为特征的东亚季风低频环流系统,东亚季风活动主要受东亚季风系统中低频活动影响;（２）５月第５候南海热带季风爆发、６月中旬长江中下游人梅及产生大暴雨以及７月中旬以后的该地区大暴雨均与低频气旋带在该地区活动有关,而８月长江上游大暴雨则与低频反气旋伸人到大陆有关;（３）ＳＣＳＭＥＸ期间东亚低频振荡系统的源地有二个,即南海赤道和北半球中太平洋中高纬。南海低频系统向北传播,而中高纬低频系统自东北向西南传播为主。长江中下游６、７月二次大暴雨均与上述二个低频气旋系统自热带向北和中高纬向西南传播并于长江中下游汇合有关;（４）５－８月间东亚季风系统中有二次低频气旋带和二次低频反气旋带活动,这些低频环流系统的活动与印度季风低频环流系统活动并无明     

印度洋偶极子对大气环流和气候的影响

赤道印度洋SST的分析研究证实了偶极子型振荡的存在，它在9-11月较强而在1-4月较弱。若以海温西高东低为偶极子振荡正位相，以海温东高西低为负位相，则一般是正位相时振荡要强于负位相。印度洋偶极子也存在年际（主要周期为4－5年）和年代际（主要周期为25-30年）变化。分析研究表明，印度洋偶极子对亚洲季风活动有明显影响，因为亚洲地区对流层低层的风场，南亚高压和西太平洋副高强度都与印度洋偶极子有关。另外，印度洋偶极子还对北美和南印度洋（包括澳大利亚和南美）地区的大气环流和气流有影响。