涡旋粘性对于夏季副热带准定常行星尺度环流的影响

本文从理论上分析了涡旋粘性对于夏季副热带准定常行星波分布的影响,指出夏季副热带地区由于纬向气流很弱,涡旋粘性对于准定常行星尺度运动起着重要作用。 本文还利用一个线性34层准地转球坐标模式计算了不同涡旋热力扩散系数下地形与热源强迫所产生准定常行星波的差别及准定常扰动环流系统的差别,计算结果说明了涡旋粘性系数对于副热带准定常行星尺度环流的强度有很大影响。     

1961—2017年四川省夏季长周期旱涝急转演变特征及环流影响分析

基于NECP/NCAR再分析资料和四川省38个站点降水资料,结合长周期旱涝急转指数,分析了四川省夏季旱涝急转的时间演变特征及其与典型年份大气环流的联系。结果表明:1)四川省夏季旱涝急转指数年际变化差异较大,旱转涝事件多于涝转旱事件,但发生旱转涝事件的可能性和强度降低,而涝转旱年强度更强;2)旱转涝年的旱期与涝转旱的涝期相比,前者西太平洋副高位置偏西、偏强,不易将南海及西太平洋的水汽输送到四川,降水偏少偏旱,而后者中高纬槽脊波动剧烈,在高原东南侧低值系统与副高的配合下,有利于暖湿气流向北输送,在四川地区形成降水;而旱转涝年涝期与涝转旱年旱期相比,环流经向运动偏强,中高纬槽脊波动明显,有利于中高纬冷空气南下与低纬北上的暖湿气流相遇形成降水,降水偏多偏涝。     

大气环流异常对山东雨季降水的影响

利用1958～2003年NCEP/NCAR再分析资料,对山东旱涝年500hPa高度距平、高(200hPa)低(925hPa)层散度距平、OLR距平分布以及115～123°E山东东西边界范围内的平均垂直速度进行合成分析,并与华北旱涝年大气环流的分布特征进行了对比。结果发现:(1)北半球500hPa夏季存在的东亚-太平洋遥相关型(EAP)对山东夏季降水产生重要影响,山东涝年夏季500hPa呈现出EAP型,旱年呈负EAP型。(2)山东涝年,鄂霍茨克海高压春季偏强、夏季偏弱,山东上游易维持低压槽区,副高偏北,热带地区对流活动加强,Hadley和Walker环流加强,山东上空盛行上升运动。旱年与涝年的特征基本相反,只是鄂霍茨克海高压在春季和夏季均较常年偏强。(3)不同旱年(涝年)的500hPa特征与旱年(涝年)平均情况相似,只是有时距平中心位置和强度不同。特别是涝年,冷空气强度、入侵路径以及副高的位置均有差别。(4)华北旱涝年500hPa高度距平与山东不同。华北旱年500hPa欧亚大陆中高纬度呈现出EU遥相关分布,且华北涝年夏季鄂霍茨克海和朝鲜-日本地区位势高度变化不显著。(5)影响山东夏季降水的热带强迫源区主要位于热带印度洋、南海-热带西太平洋,两者实现遥相关的可能机制是热带强迫所激发的大尺度准定常Rossby波列的传播。     

山东夏季降水异常的前兆信号特征

利用山东省内1960-2003年40个观测站的夏季降水资料和NCEP/NCAP再分析资料,分析了山东夏季降水空间分布、时间尺度的演变特征以及山东夏季降水异常时大气环流、热带对流活动的异常特征,结果表明:山东夏季降水总体呈现由鲁南向鲁北递减的趋热,空间分布具有一致性。涝年的前期冬季极涡向东扩展,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏强;旱年前期冬季极涡偏向西半球,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏弱。涝年热带印度洋、南海至西太平洋地区对流增强,热带东太平洋地区对流减弱,西太平洋副热带高压位置偏北;旱年则相反。涝年前期冬季由于冬季风较强及低纬度地区冷涌活跃,加强了低纬地区的对流活动,增强了Hadely环流,加强了能量及水汽向中、高纬度地区的输运,从而引起山东降水增多。     

山东夏季降水异常的前兆信号特征

利用山东省内1960～2003年40个观测站的夏季降水资料和NCEP/NCAP再分析资料,分析了山东夏季降水空间分布、时间尺度的演变特征以及山东夏季降水异常时大气环流、热带对流活动的异常特征,结果表明:山东夏季降水总体呈现由鲁南向鲁北递减的趋热,空间分布具有一致性.涝年的前期冬季极涡向东扩展,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏强;旱年前期冬季极涡偏向西半球,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏弱.涝年热带印度洋、南海至西太平洋地区对流增强,热带东太平洋地区对流减弱,西太平洋副热带高压位置偏北;旱年则相反.涝年前期冬季由于冬季风较强及低纬度地区冷涌活跃,加强了低纬地区的对流活动,增强了Hadely环流,加强了能量及水汽向中、高纬度地区的输运,从而引起山东降水增多.     

北半球准定常行星波气候平均态的资料分析和数值模拟

利用NCEP/NCAR再分析资料和大气环流模式(CCSR/NIES AGCM Ver 5.6),对北半球准定常行星波的气候平均态分布进行分析和模拟.再分析资料分析的结果表明:北半球冬季,准定常行星波沿两支波导向上传播,其中一支在对流层上层转向中低纬度传播,另外一支折向高纬度,通过极地波导上传到平流层.其中,1波和2波可以上传到平流层,因而其振幅分布除在中低纬的对流层上层出现一个次大值外,在高纬度平流层中上层会出现一个最大值,3波则主要限制在对流层,其振幅分布除在副热带对流层上层出现一个次大值外,最大值出现在中纬度对流层上层.北半球夏季,整个平流层为东风环流,极地波导不存在,行星波不能上传到平流层,在对流层活动也较弱,1波、2波、3波的传播情况大致相似,表现为在对流层上层由中纬度向赤道地区的传播.相应的振幅分布是,对1波和2波而言,最大值出现在中低纬对流层顶附近,同时在中高纬对流层上层出现一个次大值,而3波的振幅分布正好相反,最大值出现在中高纬对流层上层,次大值则在中低纬对流层顶附近.利用大气环流模式进行的数值模拟表明,模式可以比较好地模拟冬夏季准定常行星波的传播路径,但模拟的北半球冬季沿极地波导向平流层的传播明显偏弱,其结果是对1波、2波而言,高纬度平流层中上层的振幅最大值明显小于再分析资料的数值.文中还讨论了数值模拟与资料分析中行星波的差异可能对大气环流模拟的影响.     

西北地区东部春夏季旱涝转换环流特征及其与大西洋海温的关系

随着全球变暖，旱涝异常的强度和频率不断增加，为增进对旱涝异常转换事件的认识，提高西北地区东部降水预测水平，利用1979—2020年我国西北地区东部逐月降水、海表温度（Sea Surface Temperature, SST）数据以及NCEP/NCAR环流再分析资料，通过建立旱涝转换指数，对西北地区东部春、夏季旱涝转换环流特征进行分析，并围绕大西洋SST异常对其可能产生的影响进行探讨。结果表明：西北地区东部旱转涝年，春季极涡偏弱，乌拉尔山阻塞高压偏强，东亚大槽偏深，西北地区东部受西北干冷气流控制，降水易偏少；夏季上游低值系统活跃，南亚高压偏强，西太平洋副热带高压偏强、偏西，西北地区东部受副热带高压和上游低槽系统共同影响，且有暖湿气流，降水易偏多，涝转旱年情况相反。上年冬季至当年夏季，大西洋类“三极子”型的SST异常是造成季节间降水明显差异的关键因子，旱转涝年春季大西洋类“三极子”负位相的SST状态激发出一支纬向型遥相关波列，经欧洲中西部、巴尔喀什湖地区东传至我国东北至日本海一带，此时中高纬环流形势有利于西北地区东部降水偏少；夏季SST异常激发的波列强度减弱、位置西移，中高纬关键环流系统的...     

2006年东亚夏季风活动特征与我国东部雨带分布

利用1979—2006年NCEP/NCAR大气月平均资料、OLR对流和CMAP降水日平均资料,从季节平均、月平均、季节内振荡不同时间尺度分析了2006年东亚夏季风活动特征及其与雨带分布之间的联系。结果表明,2006年东亚夏季风爆发时间正常,而夏季风推进过程存在异常：前沿在华南地区和华北地区维持时间偏长、在长江流域维持时间偏短,夏季风极端北界偏北,这种推进异常与南海夏季风强度偏强有关。南海夏季风强度偏强及推进过程异常导致东亚夏季(6—8月)降水为Ⅰ类雨带分布,即长江流域降水偏少,华南、黄淮流域-朝鲜半岛-日本中南部降水偏多。从月时间尺度看,2006夏季各月都具有南海地区夏季风强度偏强、前沿位置偏北和偏东的异常趋势;西太平洋副热带高压6月偏西偏南,7、8月偏北,在这种异常形势下,长江流域6、7、8各月降水都偏少,华南地区各月以偏多为主,黄淮流域7、8月降水偏多。从季节内振荡看,2006年大气季节内振荡(ISO)纬向传播与气候平均相比具有特殊性,长江流域纬度带西传波和静止波偏弱,华南地区纬度带东传波和静止波偏强,ISO这种异常与夏季长江流域降水偏少、华南降水偏多有关。     

与数值预报模式中系统误差有关的几个行星波动力学问题

本文指出由于冬季准定常行星波通过波导传播到平流层中、上层。因此,模式的垂直分辨率及上边界的位置对于准定常行星波的振幅与位相的分布起着重要作用,从而,不合理的模式垂直分辨率与不适当模式顶的位置将是数值预报模式系统误差的主要来源之一。还指出:由于准定常行星波通过波导进行垂直传播,所以数值模式的系统误差从低层往高层传播,并且由于上边界的反射,误差又会从高层向下传播。本文还指出由于副热带纬向基本气流很小,涡旋粘性的大小对于副热带行星尺度环流有很大的影响,因而,在模式中涡旋粘性取得不当也是夏季模式系统误差的原因之一。     

江淮梅雨异常空间分布型对比分析

利用国家气候中心整编的中国160个测站的月降水资料,提取1951—2012年江淮流域26站6、7月份的梅雨量距平场资料进行EOF分析,将梅雨雨型分为北涝南旱型和南涝北旱型。利用NCAR/NCEP再分析资料对两种空间分布的典型年大气环流背景特征进行合成分析,结果表明:北涝南旱年,高纬度鄂霍次克海高压阻塞形势偏强,极涡偏弱,西太平洋副热带高压和南亚高压位置偏北,东亚副热带夏季风偏强,水汽辐合中心偏北;南涝北旱年情形基本相反,高纬度鄂霍次克海高压阻塞形势和极涡偏强,西太平洋副热带高压和200 hPa南亚高压位置偏南,东亚副热带夏季风偏弱,水汽辐合中心偏南。     

东亚季风系统的动力过程和准定常行星波活动的研究进展

本文系统地回顾了近几年来关于东亚季风系统的动力过程与机理方面的研究,特别是关于东亚季风系统年际和年代际变异与准定常行星波活动关系的研究。最近的许多研究表明东亚夏季风系统变异的动力过程主要与东亚／太平洋型(即EAP型)遥相关有关,利用EAP型遥相关理论不仅可以说明东亚夏季风系统各成员之间内在联系的机理,而且可以揭示热带西太平洋热力和菲律宾周围对流活动影响东亚夏季风系统季节内、年际变化及其异常的经向三极子结构的动力过程;除了EAP型遥相关外,研究还表明北半球夏季从北非到东亚的对流层上层经向风异常存在一个沿急流传播的遥相关型,它对东亚夏季风系统异常的经向三极子型分布也有重要影响。并且,最近关于东亚冬季风变异与行星波活动的关系已做出许多研究,并获得很大进展。这些研究表明:北半球冬季准定常行星波传播波导在年际和年代际变化上存在着反相振荡特征,即若“极地波导”加强,则“低纬波导”将减弱,反之亦然;准定常行星波两支波导的反相振荡与北半球环状模(NAM)的年际和年代际振荡有紧密联系,而NAM的变化通过行星波活动的异常可以导致东亚冬季风的年际和年代际变化;此外,准定常行星波活动的年际变化与东亚冬季风异常之间的关系明显地受热带平流层纬向风准两年周期振荡(QBO)的调制,进一步的研究还提出了可能的机理。最后本文还指出:2005～2007年冬季东亚冬季风的异常不仅与西伯利亚高压和阿留申低压的变异有关,而且与极涡的演变和准定常行星波活动密切相关。     

西藏高原汛期旱涝年水汽输送差异特征

利用西藏高原39个气象站自1961年或建站开始至2010年汛期(5—9月)的逐月降水资料,根据Z指数和区域旱涝指数分析了近50年西藏高原汛期旱涝的变化特征。在此基础上,选取了典型旱、涝年,采用NCEP/NCAR再分析月平均资料,通过合成分析方法分析了旱、涝年的水汽输送特征的差异。结果表明:近50年以来,西藏高原以旱为主,涝灾较少,干湿状况具有明显年代际变化;西藏高原汛期旱涝与水汽输送异常联系紧密,典型旱(涝)年北印度洋、西北太平洋和亚洲中纬度地区的整层水汽通量经向、纬向及整层水汽通量和水汽通量散度均存在显著差异,呈反位相分布。越赤道急流区的差异最为显著,索马里越赤道气流区的水汽输送差异主要表现在经向上,而菲律宾越赤道气流区的水汽输送差异主要表现在纬向上。     

中国东北地区夏季旱涝的大气环流异常特征

利用东北地区均匀分布的69个测站35年(1961～1995年)夏季月平均降水资料和NCEP/NCAR 1958～1997年月平均再分析资料,对我国东北地区夏季旱涝发生的大气环流异常特征及其差异进行了诊断分析研究.结果表明,东北地区旱涝年夏季,高纬和极区大气环流特征、东北亚异常长波槽脊的分布和活跃程度、东亚大槽和西太平洋副热带高压的位置和强度等均有十分明显的差别.不仅如此,该区域夏季降水异常还显著地受到亚洲季风诸系统的影响,包括南亚季风,也包括南海季风和副热带季风,并且高空西风急流的位置和强度也有明显变化.涡度、散度、垂直速度和水汽含量等物理量特征在旱涝年不仅有截然相反的分布,而且还表现出与低纬地区存在着不同的联系方式.位于菲律宾以东洋面上行星尺度的高层辐散和低层辐合也有一定不同,并且受热带地区大气加热强度变化的影响,东北地区所在经度上的经圈环流在旱涝年也发生了明显变化,从而对该区域降水异常产生影响.     

热带基本气流对冬季北半球中高纬度准定常行星波的影响

本文利用一个包括Rayleigh摩擦、Newton冷却及水平涡旋热力扩散的准地转34层球坐标模式来研究冬季北半球地形与热源强迫所产生的准定常行星波与热带基本气流的关系。 计算结果表明,冬季热带平流层基本气流是西风时,其北半球中高纬度平流层波数2准定常行星波的振幅偏大;而当冬季热带平流层基本气流是东风时,其北半球中高纬度平流层波数2准定常行星波的振幅偏小,这与实际结果比较一致。 计算结果还表明冬季热带对流层基本气流对中高纬度准定常波的影响要比平流层基本气流的影响大。     

黄河流域夏季旱涝变化及气候物理因素的影响

利用1951—2008年NCAR/NCEP再分析资料及中国气象局整编的160站降水资料,探讨了黄河流域夏季降水气候分布范围,在此基础上研究了黄河流域夏季降水旱涝的年代际变化特点。结果表明：20世纪90年代以前,黄河流域夏季旱涝变化为9—11 a和2—3 a周期,20世纪90年代后周期变化不明显。对导致黄河流域夏季旱涝的气候物理因素分析表明,东亚高度场负距平异常直接造成中国黄河流域的夏季偏旱,而亚洲高度距平场东高西低的配置造成中国黄河流域偏涝;夏季南亚季风、东亚季风在中国黄河流域的辐合是流域降水偏多的关键。在同期OLR距平场,涝年黄河流域处在大的负距平中,对流强盛有利于水汽的辐合。影响大气的主要下垫面要素海温场,赤道东太平洋海温指数与夏季中国黄河流域降水同期呈负相关关系。中国黄河流域旱年赤道东太平洋海温多为正位相,对应中国黄河流域涝年赤道东太平洋海温多为负位相。提出了一个寻找旱涝成因方法并为预测旱涝变化提供参考。     

新疆夏季降水年际变化与亚洲副热带西风急流

利用1960—2003年NCEP/NCAR再分析和新疆75个气象站月降水资料, 分析了新疆夏季降水与亚洲副热带西风急流的关系, 新疆夏季降水与西亚急流的南北位置和准静止波活动密切联系。通过波作用量的动力学诊断分析, 研究了新疆降水异常年准静止波活动特征, 新疆降水异常年斯堪的纳维亚半岛向东传播的中高纬静止波传播方式的不同, 从而影响沿副热带西亚西风急流传播的静止波活动, 进而影响新疆夏季降水, 并存在沿60°E自南极高纬低层经向上传至低纬对流层顶部, 并在北半球副热带地区转为经向下传至北半球中纬地区的波列, 该波列活动与西亚急流变化联系。     

北大西洋涛动对新疆夏季降水异常的影响

利用1961~2003年NCEP/NCAR再分析和新疆75个气象站月降水资料,分析新疆夏季降水与沿西亚副热带西风急流Rossby波和北大西洋涛动（NAO）的关系,研究表明,夏季斯堪的纳维亚半岛-中欧—西亚和中亚的准静止波传播是联系NAO与沿西亚副热带西风急流波活动和新疆夏季降水变化的纽带。通过波作用量的动力学诊断分析,讨论了夏季NAO正、负位相异常年准静止波传播特征和差异,夏季NAO强弱活动影响斯堪的纳维亚半岛EP通量散度强度和位置异常,该区EP通量散度强度和位置异常导致强辐散中心在中高纬向东传播的准静止波和沿副热带西风急流准静止波活动变化,从而影响新疆夏季降水。     

东北地区汛期降水异常的大气环流特征分析

针对东北地区汛期(7~8月)的情况,分析了造成汛期降水异常的大气环流特征,结果表明:汛期多(少)雨年,低层850 hPa蒙古东南的气旋(反气旋)式距平环流、我国大陆东部的西南风(东北风)距平气流及日本南面的反气旋(气旋)式距平环流的共同作用加强(减弱)了低层西南暖湿气流在东北地区的辐合;多(少)雨年,中层500 hPa中高纬西风带经向运动加强(减弱),从贝加尔湖以北的高纬地区到日本附近的高度场呈 - (- -)的波列分布。8月的环流形势比7月更容易造成严重旱涝,下游鄂霍茨克海和日本海阻塞高压的发展和减弱是造成8月降水异常的重要因子。考虑7月旱涝流型演变时,应着重关注南北向 - 的“波列”;而考虑8月旱涝流型演变时,则更应着重关注东西向- - -的“波列”配置。多、少雨年,高、低层的散度场、垂直速度场及水汽条件等物理量场都有明显的差异。     

两湖流域盛夏持续性旱涝过程诊断分析

基于区域的平均雨量,用Z指数方法确定发生于洞庭湖与鄱阳湖(简称两湖)流域持续10天及以上的少雨和多雨过程。利用NCEP再分析资料对这些旱涝过程进行诊断分析。结果表明:(1)区域出现连续性旱涝过程时,500 hPa高度场经向分布差异十分明显,在持续性干旱(洪涝)过程中,东亚-西太平洋地区从高纬到低纬表现为典型的"-+-"("+-+")波列分布型,旱涝过程的发生、维持和消退与西太平洋副热带高压的位置和强度变化紧密相关,同时中高纬阻塞形势的变化也十分明显。(2)区域出现连续性旱涝过程与东亚夏季风的强弱显著相关。持续性干旱过程,东亚夏季风环流处于偏强时期,伴随着弱的热带辐合带系统和强的副热带辐合系统,洪涝过程则完全相反。(3)区域持续性旱(涝)过程与区域强水汽辐散(辐合)相对应,且在水汽垂直分布上表现为低层水汽辐散(辐合),高层为水汽辐合(辐散),在850 hPa处的水汽辐散(辐合)最强。