2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析Ⅲ:青藏高原-孟加拉湾气压槽

针对2008年1月24日～2月2日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。在亚非副热带地区,Rossby波能量从北非东北侧传播到东亚地区,引起青藏高原附近气压槽的加深和西太平洋副热带高压的加强及北扩,并与亚洲北部的高压脊配合,造成了这次较长时间的雨雪低温过程。东北大西洋和西欧的反气旋式异常环流为亚非副热带急流Rossby波与欧亚高纬度Rossby波活动的主要波源区。在对流层上层,贝加尔湖一带的高压脊在过程之前已形成,而在这次过程中缓慢减弱,来自上游Rossby波能量主要起抵消摩擦耗散的作用。西太平洋副热带高压在偏北位置上维持主要由来自青藏高原和孟加拉湾地区Ross-by波能量的注入所致。亚洲冷高压系统的强度、位置及形态决定了这次我国南方地区低温过程的重要特性。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析I：亚非副热带急流低频波

在中期时间尺度上分析了2008年1月10~16日我国南方雨雪过程特征及其可能机理,得到了以下结果：1）3个环流系统的演变过程相互匹配,共同造成了此次雨雪过程,它们分别为南支槽在我国南方地区的形成和加深、西太平洋副热带高压的北扩以及叶尼塞地区高压脊的东扩南侵;2）源自东北大西洋和西欧的Rossby波能量沿亚非副热带急流向下游传播,导致南支槽在我国南方地区形成和加深;3）与西太平洋副热带高压北扩所对应的异常环流中心,其实质为副热带急流扰动,来自上游南支槽区的Rossby波能量频散是其形成维持的主要原因,它也受来自贝加尔湖地区及热带西太平洋对流区的Rossby波能量的影响;4）亚非副热带纬向基本流制约着其一系列异常环流中心的纬向联系,里海冷堆及异常中心的形成恰好对应着南支槽在我国南方地区的加深和西太平洋副热带高压的北扩。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析Ⅰ:亚非副热带急流低频波

在中期时间尺度上分析了2008年1月10～16日我国南方雨雪过程特征及其可能机理,得到了以下结果：1）3个环流系统的演变过程相互匹配,共同造成了此次雨雪过程,它们分别为南支槽在我国南方地区的形成和加深、西太平洋副热带高压的北扩以及叶尼塞地区高压脊的东扩南侵;2）源自东北大西洋和西欧的Rossby波能量沿亚非副热带急流向下游传播,导致南支槽在我国南方地区形成和加深;3）与西太平洋副热带高压北扩所对应的异常环流中心,其实质为副热带急流扰动,来自上游南支槽区的Rossby波能量频散是其形成维持的主要原因,它也受来自贝加尔湖地区及热带西太平洋对流区的Rossby波能量的影响;4）亚非副热带纬向基本流制约着其一系列异常环流中心的纬向联系,里海冷堆及异常中心的形成恰好对应着南支槽在我国南方地区的加深和西太平洋副热带高压的北扩。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析II：西太平洋副热带高压的特征

针对2008年初 1月17～23日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。这次过程中：1）西太平洋副热带高压在其前期异常状态的基础上,在对流层低层演变为 “内凹外凸”结构,并在我国长江中下游附近形成切变线,从而造成了这次雨雪过程;2）在对流层上层,源自北非的Rossby波能量在副热带和中纬度地区向下游频散,同从乌拉尔山地区向南频散出的Rossby波能量在帕米尔高原及中亚地区汇合,共同引起该地区气压槽的加深。它使对流层低层西太平洋副高在其西部向内凹陷。另一方面,在对流层中层,Rossby波能量沿副热带急流传播,最终引起西太平洋副高向西南方向伸展。西太平洋副热带高压的“内凹外凸”演变特征的主要原因是来自上游地区的Rossby波活动,并非热带西太平洋对流异常活动;3）亚洲北部冷高压沿高原东侧伸入我国东部地区是我国南方地区低温过程的主要原因。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析Ⅱ:西太平洋副热带高压的特征

针对2008年初1月17～23日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。这次过程中：1）西太平洋副热带高压在其前期异常状态的基础上,在对流层低层演变为“内凹外凸”结构,并在我国长江中下游附近形成切变线,从而造成了这次雨雪过程;2）在对流层上层,源自北非的Rossby波能量在副热带和中纬度地区向下游频散,同从乌拉尔山地区向南频散出的Rossby波能量在帕米尔高原及中亚地区汇合,共同引起该地区气压槽的加深。它使对流层低层西太平洋副高在其西部向内凹陷。另一方面,在对流层中层,Rossby波能量沿副热带急流传播,最终引起西太平洋副高向西南方向伸展。西太平洋副热带高压的“内凹外凸”演变特征的主要原因是来自上游地区的Rossby波活动,并非热带西太平洋对流异常活动;3）亚洲北部冷高压沿高原东侧伸入我国东部地区是我国南方地区低温过程的主要原因。     

2005年夏季中国东部气候异常分析--中国科学院大气物理研究所短期气候预测检验

简要比较了中国科学院大气物理研究所对2005年夏季中国降水跨季度预测与实况的异同,并对2005年夏季我国主要雨带及降水偏少区的形成与东亚热带、副热带以及中高纬度大气环流系统的配置进行了分析。对2005年夏季西太平洋副高的异常活动预测不好,这是造成跨季度降水预测有失误之处的主要原因之一。2005年夏季在亚洲对流层中高层,沿着副热带急流轴准静止Rossby波有几次能量传播过程,西太平洋副高的北抬与西伸与副热带急流中Rossby波的活动强度有一定的对应关系,因而产生了亚洲不同地区高影响性的灾害性天气。     

我国南方两次低温雨雪事件天气成因对比分析

2018年和2021年末我国南方分别发生了一次大范围的低温雨雪天气,对生活、生产造成了严重影响,因此对比分析这两次低温雨雪天气成因具有重要意义。结果表明：两次过程期间,对流层中层中高纬阻塞流场显著,阻高位于贝加尔湖西侧,脊前偏北气流在下游横槽后部堆积,使得西伯利亚高压强度增强。东传的Rossby波在阻高区域发生能量频散,利于阻高减弱、崩溃,横槽转竖引导槽后冷空气南下,导致地面强烈降温,同时在西伯利亚高压东侧和南侧,低频风温度平流是造成强降温的主要原因。低纬南支槽活跃,向北的暖湿空气与中高纬南下的冷空气汇合,造成我国南方大范围的低温雨雪、冻雨天气。与2018年过程相比,2021年过程持续时间较短,降水范围小,关键区降温幅度更大,是因为2021年过程期间Rossby波能量频散更快,阻高维持时间较短,冷空气从中高纬地区直接南下侵袭我国,而2018年冷空气在贝加尔湖附近发生堆积、西折,向南渗透时势力减弱。     

夏季东亚高空副热带西风急流季节内异常的环流特征及前兆信号

位于东亚中纬度上空的东亚高空副热带西风急流是东亚季风环流系统中的重要成员,我国夏季降水雨带的季节内变化受东亚高空副热带西风急流位置季节内异常变化影响。根据1979~2008年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA ERSST V3月平均海表温度资料,利用统计分析和物理量诊断方法对夏季东亚高空副热带西风急流位置季节内异常的东亚大气环流特征及外强迫信号的物理过程进行了探讨。研究指出:6月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受欧亚大陆中高纬东传的Rossby波列位相变化影响,春季北大西洋海温异常是欧亚大陆中高纬度Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号;7月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受西太平洋热带向副热带传播的Rossby波列位相变化影响,春季西太平洋热带海温异常是西太平洋热带向副热带传播的Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号;8月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受南亚大陆向东亚大陆热带、副热带传播的Rossby波列位相变化影响,春季印度洋海温异常是南亚大陆向东亚大陆热带、副热带传播的Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号。     

中高纬Rossby波活动对盛夏东亚/太平洋事件中期演变过程的影响

在中期时间尺度上探讨了Rossby波活动对盛夏东亚太平洋(EAP)事件的影响。正负EAP事件的形成过程不是简单的反位相过程, 但这一时期的气候平均流波导结构决定了两者在Rossby波能量频散特征上有许多相似之处。在对流层中上层, 源自上游东北大西洋或东欧平原的Rossby波能量经巴尔喀什湖附近向东北方向频散, 它对东北亚异常中心的形成和维持起重要作用。由于盛夏东亚急流位置偏北, 我国华北[CD*2]东北地区成为波导区, Rossby波能量从贝加尔湖附近向该波导区频散, 形成了EAP事件的东亚中纬度异常中心。在EAP事件的三个异常中心中, 东北亚异常中心最先形成, 西太平洋副热带异常中心则最后出现。在对流层上下层波导结构有明显差异, 它导致了Rossby波能量在东亚沿岸中高纬地区的反向经向传播特征。在负事件的对流层低层, 西太平洋副热带异常中心和中纬度两个异常中心间的经向Rossby波链接较为明显。在东亚地区, 盛夏月平均尺度上EAP型的Rossby能量频散特征与中期EAP事件基本一致。     

夏季沿亚洲副热带西风急流Rossby波传播及其与我国降水异常的联系

利用1960—2015年夏季(6—8月)NCEP 2.5°×2.5°全球逐日再分析资料,采用涡度源方程和Eliassen-Palm通量,对夏季沿亚洲副热带西风急流Rossby波活动的波源、能量传播及其与我国降水异常的关系进行了分析和研究。结果表明:夏季200 hPa大气准静止行星波产生的源地主要集中在地中海地区,亚洲副热带西风急流(ASWJ)中的准静止Rossby波在此激发并沿急流向东传播,东传过程中在急流轴南侧波流相互作用相对活跃。波作用通量的辐合辐散中心沿副热带西风急流交替分布,波流相互作用是ASWJ上西风强弱交替变化的动力机制。沿ASWJ交替分布的五个波作用通量辐合辐散关键区散度具有较强的关联性,表现为同一Rossby波列的不同部分,其中波源处Rossby波动能量的传播对其下游ASWJ的强弱影响最大,而急流关键区内纬向风的大小也与波作用通量散度场的强弱和分布密切相关。波源处以及位于我国青藏高原东部至黄土高原上空的波作用通量散度指数WFD-Ⅰ和WFC-Ⅱ与我国南、北方降水相关性较为显著,在WFD-Ⅰ为正异常年时,对应南方关键区降水偏多年份占比为62.5%,在WFD-Ⅰ为负异常年时,对应北方关键区降水偏多年份占比为80%;在WFC-Ⅱ为正异常年时,对应南方关键区降水偏少年份占比为66.7%,在WFC-Ⅱ为负异常年时,对应北方关键区降水偏少年份占比为81.8%。研究夏季波源处WFD-Ⅰ异常年导致我国降水异常的环流成因发现,WFD-Ⅰ为正异常年时,由上游波源地区激发的Rossby波向下游地区的能量频散偏强,位置偏南,波流相互作用导致我国南方上空高空急流加强,高低空辐散辐合配置加强,垂直上升运动增强,易造成我国南方地区降水异常偏多。WFD-Ⅰ为负异常年时,Rossby波能量的经向传播较强而纬向传播较弱,北方降水关键区受波通量辐散控制,高空西风急流加强,高低空辐散辐合配置和垂直上升运动增强,有利于我国北方地区降水的发展。     

2008年1月我国严重低温雨雪冰冻灾害与东亚季风系统异常的关系

鉴于2008年1月我国低温雨雪冰冻灾害所造成的经济损失的严重性,作者从东亚季风系统有关成员的异常来探讨此灾害的发生成因。分析结果表明,2008年1月在中高纬度乌拉尔地区阻塞高压异常发展和长时间的维持及东亚大槽位置的长时间的稳定,这使得异常强冷空气不断沿蒙古高原东侧南下入侵我国华中、华东和华南地区;而西太平洋副热带高压异常偏北,大量暖湿空气沿副高西侧北上,并与南下冷空气在长江流域相遇,从而导致我国长时间的低温雨雪冰冻天气。进一步的分析结果表明,利用在热带中、东太平洋的LaNi a事件对我国冬季气候异常的影响并不能很好地说明此次灾害的发生,而利用热带西太平洋和西北大西洋海温异常对中高纬度和副热带地区大气环流异常的影响可以较好地说明这次灾害的发生成因。此外,2007年冬季北半球准定常行星波向低纬度地区上空对流层上层传播的加强和平流层极涡的下传也可能是2008年1月我国低温雨雪冰冻灾害的重要原因之一。     

"05.6"广东致洪暴雨过程的500 hPa环流场及低频特征

分析2005年6月15~25日广东出现的连续暴雨过程及结束期的500 hPa候平均环流场,并对4~9月暴雨中心区域的降水低频振荡特征进行了分析。结果表明:连续暴雨期欧亚中高纬度维持稳定的两槽一脊形势;中低纬度非洲与西太平洋副热带高压强大,西太平洋副高西伸到广东沿海,青藏高原为稳定的高压脊,高原下游为西风槽活动区,使冷空气沿着高原频繁扩散南下,并与西太平洋副高边缘的暖湿气流相遇,产生连续的暴雨过程。当巴尔喀什湖-贝加尔湖的高压脊东移而转为宽槽区,青藏高原高压脊减弱消失,高原以东为平直的西风环流,我国东北到日本为高压脊控制时,西北太平洋副热带高压加强北抬,华南降水减弱,连续暴雨过程结束。小波分析表明,连续暴雨期存在准20 d的周期振荡。     

青藏高原加热对东亚地区夏季降水的影响

东亚地区降水主要集中在夏季,是亚洲夏季风系统的重要特征.本文利用NCEP再分析资料和CRU的降水资料,分析了青藏高原非绝热加热对东亚夏季降水的影响.结果表明,东亚地区夏季降水的分布形势与青藏高原非绝热加热变化有很好的相关关系.由于高原非绝热加热可在亚洲东部沿海地区强迫出类似Rossby波列的大气环流低频振荡结构,而此低频波可以影响到西太平洋副热带高压的形态和位置变化,从而使得东亚夏季降水的形势发生变化.而青藏高原非绝热加热的形态从春季到夏季有很好的持续性,春季高原加热与夏季东亚的降水形势分布也有很好的相关.本研究中采用的青藏高原非绝热加热指数可作为东亚夏季降水预测的一个指标,亚洲季风降水不仅受赤道太平洋海温的影响,青藏高原地区的非绝热加热对其也有显著的影响作用.     

一次北半球中高纬度地区冬季气象灾害分析

利用NOAA和NCDC原始资料,诊断分析了2007—2008年一次冬季大规模冰冻雨雪灾害天气,重点讨论了各地的阻塞高压(下称阻高)与这次灾害性天气产生原因之间的联系,并通过Rossby波的传播和发展对阻高的影响,分析了阻高产生的原因及在这次天气过程中的作用。结果表明,乌拉尔山阻高和鄂霍次克海阻高的共同作用,阻挡了来自极地冷气流的大股南下,使得来自北方的小股冷空气被阻高分离,南支气流南下与来自副热带高压的暖湿气流交汇,造成降温和持续性降雪,而随着冷平流的输入使阻高原地崩溃,东欧暖平流使阻高西侧新生高压脊发展成新的阻高。北美阻高随着地形作用也导致2007年底美国大部分地区和加拿大东部地区遭受暴风雪的袭击。Rossby波的传播与演变促使了阻高的形成,极涡南移过程中也造成这些地区的大雪和暴雪,阻高的调整(崩溃和重建)导致强冷空气的爆发。     

2014年2月大气环流和天气分析

2014年2月大气环流的主要特征是极涡偏强且呈偶极型分布,中高纬环流呈4波型,西太平洋副热带高压偏弱,南支槽位置偏西。2月全国平均气温为-2.3℃,较常年同期偏低0.6℃;全国平均降水量17.5 mm,与常年同期（17.4 mm）持平。月内我国有一次全国性寒潮天气过程;北方有明显雨（雪）天气,冬麦区旱情缓解;南方雨雪过程较多且范围较大,多地出现阶段性低温雨雪天气和冻害;中东部出现3次大范围的雾或霾天气过程。     

2019年6月西太平洋副热带高压脊线位置异常的机制分析

以2019年6月为例,采用统计和诊断分析方法研究了夏季西太平洋副热带高压脊线位置的变化特征,并分析了其位置较6月气候平均状态偏南的可能机制。结果表明：虽然2019年6月西太平洋副热带高压脊线位置总体偏南,但其经向位置异常存在纬向差异,在150°E以西区域,西太平洋副热带高压脊线平均位置偏南,而在150°~160°E区域内,脊线位置反而偏北。西太平洋副热带高压脊线位置变化与其附近异常涡度的经向分布有很好的对应关系,2019年6月西太平洋副热带高压脊线位置出现异常的原因在于其附近出现的异常扰动引起的异常涡度,而由于异常涡度分布存在纬向差异,造成西太平洋副热带高压脊线经向位置异常也出现了纬向差异。经过尺度分析简化的全型涡度方程的诊断发现,异常非绝热加热在导致2019年6月西太平洋副热带高压位置总体偏南的过程中起到了关键作用,而动力因子则对150°E以东的西太平洋副热带高压脊线向北偏移的贡献更大。     

夏季北太平洋副热带高压系统的活动

文中根据 NCEP/NCAR再分析资料 ,分析了北太平洋副热带高压系统的变化。 5～ 9月由于亚洲夏季风的建立及活动 ,北半球副热带高压系统在 6 0～ 1 2 0°E出现断裂 ,夏季西太平洋副热带高压脊点平均伸展到 1 2 0°E,其年际变化反映了亚洲夏季风的强弱。强夏季风年 5 0 0h Pa西太平洋副热带高压脊线位于 3 0°N以北 ,并分裂成两个中心 ,印度低压强 ;弱夏季风年西太平洋副热带高压脊线位于 3 0°N以南 ,表现为北太平洋高压中心向西伸展的高压脊 ,印度低压弱。夏季西太平洋副热带高压的季内活动有两种模态 :第 1种表现为副热带高压系统以 2 0～ 3 0 d的周期从北太平洋中部的副热带高压中心一次次地向西扩张到 1 2 0°E以西 ,这类过程大多出现在亚洲夏季风强度偏弱年 ;第 2种模态表现为副热带高压系统以 2 0～ 3 0 d的周期一次次地由东向西扩充时 ,在 1 2 5～ 1 5 5°E停滞 ,这类过程大多出现在亚洲夏季风强度偏强年。江淮流域梅雨的中断和结束与北太平洋副热带高压系统 2 0～ 3 0 d季内振荡有关。西太平洋副热带高压 5～ 1 0 d的短期活动受 3 5～ 45°N西风带活动的影响 ,当西风槽在中国沿海和西太平洋地区向南伸展到 3 0°N以南后 ,西太平洋副热带高压有一次加强活动     

2017年秋季四川阴雨寡照特征及成因分析

利用四川省气象台站逐日降水、日照时数资料,NCEP/NCAR逐日及逐月再分析资料和NOAA提供的月平均海表温度资料,通过现代学统计方法研究了2017年秋季四川阴雨寡照的主要特征及其成因。结果表明：2017年9—10月四川秋绵雨天气特征明显,呈现出雨日偏多、日照偏少、阴雨寡照持续时间长等特点。9月对流层中层贝加尔湖至巴尔喀什湖地区上空为宽广倾斜的低压槽,有利于冷空气东移南下影响四川,同时西太平洋副热带高压偏强西伸,冷暖空气交汇于四川上空,形成持续性降水。10月对流层中层西太平洋副热带高压偏北偏西偏强和印缅槽加深共同作用,有利于来自孟加拉湾和西太平洋的水汽向四川输送,为四川带来持续性降水。进一步分析发现,9月Rossby波能量频散特征有利欧亚中高纬环流的持续和维持,能量频散是巴尔喀什湖至贝加尔湖地区上空低压槽稳定维持的重要原因。此外,9—10月赤道中东太平洋海温明显偏低,且不断加强发展,是西太平洋副热带高压偏强偏西偏北和印缅槽偏深的重要外强迫源。因此,由海温外强迫和Rossby波能量频散造成的大气环流异常,导致了9—10月四川秋雨期阴雨寡照天气的持续。     

热带西太平洋海温距平与Rossby波传播对1993和1994年东亚夏季风异常影响的差异

利用NCEP/NCAR再分析资料、Hadley中心海温资料与降水资料,分析了1993和1994年东亚夏季风异常的天气气候特征以及大气环流的差异.分析结果表明: 1993年东亚夏季风弱,副热带西风急流和副热带高压位置偏南,来自于孟加拉湾和南海的水汽仅输送到35°N以南地区.东亚地区出现低温凉夏天气.1994年东亚夏季风强,副热带西风急流和副热带高压位置偏北,7～8月副高持续偏强并控制日本,水汽可以输送到45°N以北的较高纬度,东亚发生破纪录的热浪干旱.对1993和1994年东亚夏季风异常物理过程差异的研究发现,副热带西风急流中静止Rossby波的传播和热带西太平洋暖池海温距平激发出来的PJ型遥相关波列作用的叠加引起1994和1993年东亚夏季风异常差异.     

夏季亚洲南部100毫巴流型的变化及其与西太平洋副热带高压进退的关系

通过对夏季亚洲南部100毫巴流型变化的研究,我们发现夏季我国西藏高原上空的反气旋是北半球副热带地区势力最强并稳定的大气活动中心。这个高空反气旋绕着其平均位置来回振动。在振动过程中,亚洲南部的100毫巴流型发生调整,并表现成两类基本的流型,其中第一类流型表现反气旋偏离高原,这时候在高原东西两侧(50°E和110°)各有新的反气旋建立,而在高原上则是低气压区;第二类流型表现在反气旋重新返回高原上空。在这两类流型转变期间,西太平洋副热带高压脊在中国大陆上出现一次进退过程,而且每年我国长江流域梅雨期的结束也与上述第一类流型的建立有联系。其次,我们对中国大陆上西太平洋副热带高压进退过程与100毫巴流型变化的关系进行了研究,发现两者关系甚密切。当100毫巴第一类流型出现时,西太平洋副热带高压北进西伸。而在第二类流型出现时,西太平洋副热带高压向东南撤退。根据这些关系并结合我国预报员有关副热带高压进退的预报经验,我们提出有关副热带高压进退预报的几个依据。