北半球10 hPa极地涡旋环流指数定义及分析

利用NCEP/NCAR再分析值10 hPa月平均高度场资料定义和计算了1948-2007年北半球10 hPa极地涡旋的强度指数(P)、 面积指数(S)和中心位置指数(λc, φc)。用它们分析了北半球10 hPa极地涡旋的季节变化和年际异常规律, 研究了它们与全球增暖、 臭氧（O3）异常和极地涛动（AO）的关系。结果表明： (1）北半球10 hPa层高纬6~8月为反气旋（A）控制; 9月~3月为气旋（C）控制。春季环流转型（C→A）缓慢; 秋季转型（A→C）迅速。(2）P、 S异常的年际变化具有同步性, 故异常分析仅取P进行。隆冬（1月）P的异常主要表现为年际尺度（10年以下周期）振荡, 不存在明显的年代际变化; 盛夏（7月）极地反气旋强度年代际变化显著。(3）隆冬极地气旋中心位置的异常明显大于盛夏反气旋。(4）极区中平流层平均气温的演变1、 7月迥异, 但它们与P的演变同步; 与全球增暖趋势无显著相关, 但7月P与O3异常有显著正相关。(5）隆冬（1月）10 hPa气旋强度指数P与极地涛动指数AO存在显著正相关, 故可用10 hPa ′表示AO。     

南极涛动和南极绕极波的年代际变化

用1951年1月～2002年12月共624个月的海平面气压、 温度和850 hPa西风的NCEP再分析资料, 分析定义了南极涛动指数 (简称AAOI) 和850 hPa的南极涛动西风指数 (简称Uaaoi), 并讨论了它们的长期变化趋势和年代际跃变及其对南极绕极波的影响。结果表明, AAOI和Uaaoi的变化非常相似, 两者的同期相关系数高达0.218 (624个月), 超过了99.9%信度检验。当AAOI为高指数时, Uaaoi也为高指数, 即西风增加; 当AAOI为低指数时, Uaaoi也为低指数, 即西风减弱。AAOI和Uaaoi都有明显的长期趋势, 倾向率分别为0.01915/10 a和0.009249/10 a。1972年是跃变点, 跃变前AAOI的年平均值为-3.9691 hPa; 跃变后为2.9107 hPa。而在60°S 附近, 跃变前年平均西风为-1.09 m/s, 跃变后为0.93 m/s, 二者差达2.02 m/s。它们的主要振荡周期为3～5年。对50°S～60°S平均纬圈的海平面气压 (sea level pressure, 简称SLP) 和温度 (624月) 作3～5年滤波, 它的经度时间剖面图表明: 近50多年来南极绕极波均为自西向东的行波, 绕南极一周跃变前约4.4年, 跃变后约3.6年。南半球的SLP和温度经3～5年滤波后, 它的EOF展开第一特征向量的空间型表明: 跃变前以3波振动为主, 跃变后以2波振动为主。     

北半球冬季极涡异常变化的时空特征

利用NCEP/NCAR再分析月平均高度场资料,计算了1948/1949-2009/2010年北半球冬季500～10 hPa的极涡环流指数,包括面积指数S、强度指数P和中心位置指数(λc,φc).分析了北半球冬季极涡在垂直高度上(共12层)的季、月气候态和异常态变化规律.结果表明:极涡面积和强度在不同高度上的大小变化不同,最大值出现的时间也存在差异,二者相关性不好,为两个相对独立的指数.极涡面积和强度的年代际变化趋势在上下层上也不一样,异常变化规律复杂;极涡中心位置上下层变化规律相同,主要在东半球80°N以北范围变化,在极点附近经度变化大,纬度变化小,纬度指数年代际变化明显,近10 a极涡明显偏南.从整体上看,极涡中心位置从500 hPa到10hPa形态上为逆时针、半径越向上越大的旋转变化.     

5月北太平洋涛动与华北夏季旱涝的关系

利用1948 2011年NCEP/NCAR逐月再分析海平面气压场资料计算了北太平洋涛动指数NPOI,研究NPOI与华北地区夏季(6 8月平均)帕默尔干旱指数PDSI的关系。结果表明,5月北太平洋涛动与华北夏季旱涝有较好的正相关关系。NPOI正(负)位相异常年,PDSI偏大(小),华北地区夏季偏涝(旱)。可能的环流机制分析表明,NPOI正(负)位相异常年,850 hPa风矢量距平场上乌拉尔山、贝加尔湖及西太平洋附近地区分别为反气旋(气旋)、气旋(反气旋)、反气旋(气旋)距平环流,共同加强了低层西南暖湿气流在华北地区的辐合(辐散);欧亚500 hPa位势高度距平场上分别呈现"+-+"("-+-")波列分布,西太平洋副热带高压强度偏强(弱),位置偏西(东)偏北(南),冷暖气流活动使华北多(少)雨。整层水汽输送来自阿拉伯海和孟加拉湾及西太平洋上空,使华北为水汽输送正距平中心,降水偏多;华北水汽通量散度为负值,为水汽汇区,易于降水,阿拉伯海、孟加拉湾、中南半岛南部至南海及西太平洋地区为强水汽辐散中心,是影响华北地区重要的水汽来源。前冬太平洋海温异常对5月北太平洋涛动有强迫作用,继而影响华北地区夏季旱涝。     

夏季南亚高压年际变化及其与ENSO的关系

采用1948～2006年NCEP/NCAR月平均再分析资料, 探讨了夏季南亚高压年际变化及其与ENSO事件的关系, 结果表明: 在ENSO事件暖 (冷) 位相衰减期的夏季, 印度洋和亚洲大陆南侧海温为正 (负) 异常, 对应热带印度洋地区低层为上升 (下沉) 气流而其东侧西太平洋和西侧非洲西部为下沉 (上升) 气流的异常纬向环流, 低层850 hPa上从西太平洋到非洲赤道南北两侧依次各存在一异常反气旋－气旋－反气旋(气旋－反气旋－气旋)环流, 高层200 hPa异常流场的分布与850 hPa基本相反, 使得南亚高压强度发生显著变化, 强度增强 (减弱）、面积扩大 (缩小）、东西向扩展 (收缩）、 脊线北侧气压梯度增大 (减小）、南侧气压梯度减小 (增大)。     

江淮流域夏季降水异常与西北太平洋副热带30～60天振荡强度年际变化的联系

利用1978～2007年NCEP/NCAR再分析资料和地面观测站降水资料, 研究了夏季江淮流域降水多寡与30～60天振荡 (ISO) 强度年际变化的联系。结果表明: 江淮流域夏季降水异常与台湾海峡地区及西北太平洋低频能量变化相关显著。定义了ISO强度指数, 对ISO强度指数高低年夏季低频降水以及低频环流的位相合成表明: 高指数年主要通过存在于南海—西北太平洋地区的低频气旋、 反气旋系统的交替活动来影响副热带高压的进退, 从而引起江淮流域夏季降水异常; 低指数年江淮流域夏季降水主要受西太平洋副热带高压位置及强度变化的影响, 降水异常区主要位于江南地区。进一步研究表明, 非30～60天低频降水扰动与低频振荡强度也有很好的相关。低频环流对双周以及天气时间尺度环流变化可能存在调制作用, 这种作用对江淮流域夏季降水的年际异常起到非常重要的作用。     

淮河流域典型旱涝年夏季大气低频振荡特征

分析了淮河流域典型旱涝年夏季逐日降水的主要周期,涝年30 d以上低频振荡的方差贡献大于旱年。500 hPa高度场30～60 d低频振荡方差贡献大值区与持续正高度异常对应,涝年欧亚中高纬度的低频振荡方差贡献大于旱年,而副热带、热带地区方差贡献小于旱年。旱年夏季,南半球澳大利亚高压较涝年弱,北半球低纬度地区850 hPa低频西风和印尼附近低频越赤道气明显强于涝年。涝年中国大陆沿海的低频反气旋位置较旱年偏南,江南、华南为低频西南气流控制。涝年ITCZ位于菲律宾附近,位置也比旱年偏南。旱、涝年夏季,200 hPa伊朗高原均为低频反气旋,南亚高压呈伊朗高压模态。旱年夏季,欧亚中纬度的低频反气旋导致南亚高压活动偏北,而涝年夏季南亚高压活动偏南。     

夏季菲律宾低空越赤道气流与南半球大气环流的关系

采用NCEP/NCAR再分析资料,定义了1950-2009年菲律宾越赤道气流强度指数,并研究其与南半球大气环流的关系。结果表明,菲律宾越赤道气流受南半球低层极地高压、绕极低压带和中纬度副热带高压,以及高层巨大的绕极低压影响;南半球环流对菲律宾越赤道气流的影响主要是通过南极涛动的调整,对澳大利亚高压产生影响来发挥作用,从南极涛动发生调整到对越赤道气流及北半球环流产生影响,有约4a的时滞;澳大利亚高压强度和位置的变化对菲律宾越越赤道气流有重要影响,关键区位于澳大利亚高压西北方向的洋面上。     

南海-太平洋热带气旋形成个数对调制广东汛期降水季节内变化的环流系统对比分析

利用上海台风所组织整编的《台风年鉴》(1949—2005年)、NCEP逐日再分析资料和中国逐日降水资料,分析南海-西太平洋热带气旋形成个数多年(以下简称多年)、形成个数少年(以下简称少年)对广东30～60天振荡降水的影响。考虑到其周期振荡的非规则性,相应降水9个位相(即第1、3、5、7和9位相分别对应降水的最低值、正转折点(由负转为正)、最高值、负转折点(由正转负)和最低值)分别对850 hPa、200 hPa风场和850 hPa的动能、涡度、水汽通量输送以及Hadley环流和Walker环流场进行合成分析。结果表明,在多年,具有较大动能的阿拉伯海-孟加拉湾地区环流东移与南海-西太平洋的西北-东南走向的异常气旋-反气旋对西移的交汇,通过在北半球上升、南半球下沉的异常闭合经圈环流和水汽输送,把西边和南边海洋暖湿气流源源不断输送到广东,使其30～60天振荡降水增加;而在少年,广东地区30～60天振荡降水与阿拉伯海-孟加拉湾地区环流联系不强,主要受南海-西太平洋的东北-西南走向的异常气旋反气旋对的影响,通过北半球低纬增强的异常上升支的局地作用和水汽输送,把南边海洋暖湿气流源源不断输送到广东,使其30～60天振荡降水增加。由于109～119°E,10～20°N区域异常的动能、西风、东风切变、垂直速度和水汽输送均比少年强,从而使得广东30～60天振荡降水在多年比少年强。     

东北夏季降水的年代际特征及环流变化

利用1961-2012年中国东北地区91个气象站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和海温资料,以及经验正交函数分解EOF、显著性检验等方法,分析了东北地区夏季降水的时空分布特征、年代际变化特征及相应的环流分布型变化,探讨了不同年代际背景下东北夏季降水年际变化的环流差异。结果表明,东北夏季降水存在明显的年代际变化特征,在1961 1983年(P1)期间降水偏少,19841998年(P2)期间降水偏多,1999年之后(P3)又进入偏少时段。P2与P1时段相比,东北气旋式环流和蒙古反气旋式环流异常增强,而西北太平洋副热带地区为气旋式环流异常,来自西北太平洋偏东水汽输送贡献明显。P3与P2时段相比,东北冷涡活动偏弱,东北地区东部在850 h Pa为偏北风异常,偏南水汽输送有所减弱。进一步分析证实,北太平洋年代际振荡(PDO)对于东北地区夏季降水及相关环流型的年代际变化有重要的调制作用。P1与P3同为降水偏少时段,PDO都处于负位相,东北地区反气旋式环流都偏强;然而P1时段的多雨年,水汽输送主要来自较强的夏季风偏南气流;P3时段的多雨年,水汽输送可能主要来自西北太平洋地区。     

夏季南亚高压的一组环流指数及其初步分析

用NCEP／NCAR100hPa月平均位势高度场再分析资料定义了6、7、8月逐月南亚高压的面积（S）、强度（P）、中心位置（λc,φc）3种环流指数,求出了它们1948-2007年的60a序列。用它们对夏季南亚高压气候及异常特征作了初步分析,结果表明：（1）南亚高压6月气候强度最弱、面积最小,中心位于尼泊尔西南边界;7月最强、最大,中心位于巴基斯坦北部;8月较7月略减弱、减小,但较6月强、大,中心位于印度北部。（2）南亚高压各月强度、面积异常作年际准同步变化,故异常分析中P′可代表S′;P′有季内一致性,同年6、7、8月P′同号率达41／60。（3）南亚高压6、7、8月强度的慢变分量小波功率谱在20世纪70年代末前后均通过d=0.05的显著性检验,故P′存在显著年代际变化。（4）南亚高压历年各月的中心位置分布区域作准纬向分布,其经（纬）向延伸范围与该月气候强度成正（反）比;中心位置异常存在明显的年代际变化特征。     

500 hPa Vorticity Analyses over Argentina: Their Climatologyand Capacity to Distinguish Synoptic-Scale Precipitation

Summary The Southern South America climatological 500 hPa relative vorticity mean state was examined using regional objective analyses of 500 hPa geopotential heights provided by the Servicio Meteorológico Nacional of Argentina. The dataset, covering the period June 1983 to July 1987, was stratified into two samples: the cold and warm seasons. Mean cyclonic vorticity south of 40° S results in a climatological trough over Patagonia with a northwest-southeast tilt. North of this latitude, mean anticyclonic circulation dominates with the exception of a centre of cyclonic vorticity over the Río de la Plata (35° S, 56° W). Seasonal changes appear to be small. Relative vorticity frequency distributions were also analysed. The association between precipitation and synoptic-scale features of the mid-troposphere circulation was investigated through vorticity fields. A particular distribution of vorticity anomalies associated with daily precipitation in Buenos Aires is revealed by biserial correlation coefficient fields. In winter, the strongest relationships are found between 35° S and 40° S over the Andes Mountains (minimum significant correlation coefficients indicating a cyclonic vorticity anomaly), and in the south of Brazil and east of Buenos Aires over the Atlantic Ocean down to a latitude of 40° S (maximum correlation coefficients related to anomalously anticyclonic circulation). This shows the preferential position of troughs and ridges that produce precipitation in Buenos Aires on the time scale of a day. In summer, centres of anomalously cyclonic and anticyclonic vorticity associated with precipitation shift slightly southward. For moderate or intense precipitation in Buenos Aires, advection of warm and wet air southwards appears to be more important in winter, while in summer the strong anomalous vorticity gradient north of the negative centre over the Andes Cordillera favours rainfall in Buenos Aires. Received April 17, 1997     

Possible forerunners of droughts in agricultural areas of Russia

Considered is the regional index of anticyclonic circulation IpH taking account of the percentage of the area occupied by the significant positive anomalies of the geopotential at the level of 500 hPa for the main agricultural areas of Russia. Analyzed are the variations of the index in the 20th and 21st centuries using the NCEP/NCAR reanalysis data and the outputs of model experiments with the ECHAM5 climate model (Germany). Discussed is the possibility of revealing the drought forerunners using the combination of indices of anticyclonic circulation, quasi-biennial cyclicity in the wintertime equatorial stratosphere, and teleconnections.     

“0801南方雪灾”与同期蒙古高压中期活动的关系

用1951—2008年58 a 1月10日—2月2日1 000 hPa高度场逐日NCEP/NCAR再分析格点资料,求得逐日蒙古高压的强度P和中心位置λc、c指数,用其对＂0801南方雪灾＂期间蒙古高压的中期演变过程进行统计分析。结果表明,2008年1月10日—2月2日蒙古高压强度P和中心所在纬度φc出现了连续4次振荡,它们与我国南方降温、降水振荡过程准同步。由P、（λc,c）给出的综合动态图上蒙古高压4次活动过程也很明显地与降温、降水中期过程一一对应。分析表明2008年1月10日—2月2日蒙古高压的这一中期演变特征,是1951年以来仅有的一次。因此,可以认为,在充沛水汽供应条件下蒙古高压强而连续的爆发是导致＂0801南方雪灾＂产生的直接环流成因。     

冬季各月北太平洋涛动的年际变化及其与我国降水异常的联系

利用ERA-Interim的海平面气压(Sea Level Pressure,SLP)再分析资料和中国160站的降水观测资料,分析了冬季各月(当年12月、次年1月和2月)北太平洋涛动(North Pacific Oscillation,NPO)的年际变化特征,及其与我国同期降水异常之间的联系。结果表明:1)冬季各月NPO指数的年际变化较为显著,但各月NPO指数年际变化之间的相关性较差,1979—2012年冬季12月与1月NPO指数年际变化之间的相关系数为0.09,而1月与2月NPO指数的相关系数仅为-0.003,均没有通过信度检验。2)1月和12月NPO指数年际变化与同期我国黄淮流域降水异常之间存在明显的正相关,而2月NPO指数年际变化与同期我国华北降水异常之间为明显的负相关。3)当1月(12月)NPO指数增加1个标准差时,我国黄淮流域降水量比多年平均值增加约50%(40%);而当2月NPO指数增加1个标准差时,我国华北降水量比多年平均值减少约30%。     

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。     

宁夏春季沙尘暴与北极海冰之间的遥相关关系

根据宁夏沙尘暴发生次数资料、北极海冰密集度资料和NCEP／NCAR再分析500hPa、850hPa高度场、风场资料，得出了宁夏春季沙尘暴发生次数的变化规律及其与北极海冰面积之间的年代际和年际相关关系，发现宁夏春季沙尘暴发生次数与欧亚大陆北部的喀拉海、巴伦支海和格陵兰海冰面积之间存在较显著的年代际、年际相关关系。通过合成和相关分析知，宁夏春季沙尘暴偏多、偏少状况有明显不同的环流背景场，秋季格陵兰海冰异常变化通过影响其后一段时间的大气环流背景场，从而对宁夏沙尘暴产生影响。初步得出当格陵兰海秋季海冰面积增大(减小)，次年春季蒙古至西伯利亚一带500hPa、850hPa高压场降低(升高)，风场有明显的气旋性(反气旋性)特点，在宁夏至新疆一带西风明显偏强(偏弱)，说明冷空气活动次数偏多(少)，对应宁夏春季沙尘暴发生次数偏多(少)。通过海冰将全球气候变暖和宁夏(我国北方)沙尘暴总减少趋势联系起来，初次提出在环境总体恶化情况下，我国沙尘暴发生次数总体趋于减少，很可能是全球气候变暖所致。     

江淮流域夏季严重旱涝与大气季节内振荡

利用NCEP/NCAR的再分析资料和中国气象局国家气象中心提供的中国台站降水资料,分析研究了江淮流域大范围严重旱涝的20-70天大气季节内振荡(ISO)特征。结果表明,对应江淮流域严重涝年,200hPa青藏高原北部存在ISO气旋性环流,青藏高原南部存在ISO反气旋性环流;大气ISO流型在对流层中低层850hPa主要是我国长江以南、南海和西太平洋地区为大气ISO反气旋性环流,我国长江以北到日本地区的大气ISO气旋性环流,我国江淮流域位于这两个ISO涡旋西侧偏南气流和偏北气流的交汇处;旱年反之。利用向量经验正交展开方法得到,上述大气ISO环流型分别是旱涝年大气ISO流型的第一模态,并且涝年大气ISO流型的振幅强,旱年振幅弱。进一步分析揭示,严重洪涝(干旱)年分别对应对流层中上层江淮流域及其以北的中高纬度地区有强(弱)的大气ISO活动。中高纬度地区的大气ISO在严重洪涝年向南传播,与低纬度向北传播的大气ISO在江淮流域汇合;而在严重干旱年,虽然大气ISO可向北传播,但向南的传播却很不明显。     

Interannual horizontal heat advection in the surface mixed layer over the equatorial Pacific Ocean: assimilation versus TAO analysis

This study is motivated by an interest in obtaining a new automated classification scheme of daily circulation types suitable for use throughout Europe. The classification scheme is performed on 500 hPa geopotential height anomalies (NCEP Reanalysis data, 2.5°×2.5°). Nine grid points represent the study area. Five anticyclonic types (Anw, Ane, A, Asw and Ase) and seven cyclonic types (C, Cnnw, Cwnw, Cwsw, Cssw, Cse, Cne) are defined. Each of the circulation types has a distinct underlying synoptic pattern that produces the expected type and direction of flow over the study area. The classification scheme is applied to three different case studies in the Mediterranean Basin: Greece, Cyprus and central Italy. The precipitation percentage of the cyclonic type and the mean seasonal correlation coefficients for all circulation types are the two criteria used to evaluate the performance of the classification scheme. The ability of the HadAM3P general circulation model to reproduce the mean pattern and frequency of circulation types at the 500 hPa level in comparison to the NCEP dataset for the period 1960–1990 is also evaluated. The percentage of rainfall that corresponds to the cyclonic circulation types is greater than 85% for the three study regions. Furthermore, the correlation coefficients for the three classifications are very encouraging, for nearly all days of the study period. Compared to observations, the GCM is able to capture the mean patterns but not able to replicate exactly the observed variability of the circulation types over the three study regions.     

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。