从气象卫星资料揭示的青藏高原夏季对流云系的日变化

文中利用日本静止气象卫星观测的1981～1994年1天8次的TBB观测值和1978～1994年NOAA卫星观测的1天2次OLR观测值研究了青藏高原地区夏季对流云系季节变化以及对流云的日变化及其东西向移动规律,并对1994年的资料进行了个例分析。结果表明,青藏高原夏季对流云有极为明显的日变化,以00～05SUTC为最弱,15～17UTC最强。在季风雨爆发后的7月中旬到8月上旬在高原中部（30～32°N,90°E）、东部（30°N,97°E）和西部（30°N,85～87°E）有3个TBB低值中心,多年月平均对流中心区云顶高度可达9．6km,而旬对流中心个别地区平均可达13km。对流云区开始发展于东部地区,随后对流云中心逐步向西移动,并于7月中下旬达到最西,此时西部地区从多年平均而言可以有短暂的强对流发展。     

两次强对流天气的热力不稳定条件对比分析

利用常规高空和地面观测资料、西安探空资料、陕西省闪电定位监测等资料,对2010年8月陕西关中东部的两次强对流天气过程影响系统及其热力不稳定条件进行对比分析。结果表明：两次强对流天气具有相似的环流背景,都是副热带高压西伸北抬,河套西部有西风槽东移,为副高边缘的对流天气。不同的是影响系统不同,8月12日过程西风槽的垂直结构为前倾槽结构,且地面存在明显的中尺度辐合线,使8月12日过程的对流天气强于8月18日过程。两次强对流天气过程都具备较好的热力不稳定条件,主要表现为：强的垂直温度梯度和上干冷下暖湿的垂直热力结构特征,8月12日过程高空冷空气更强T-logp图上的“喇叭口”型探空曲线、不稳定能量区、风的垂直切变等对流性特征反映明显;两次过程各对流参数在强对流发生前后演变趋势基本一致,对流有效位能（CAPE）剧增、对流抑制能量（CIN）剧减明显。K大于39℃、△θ_se（500-850）小于-20℃,对流有效位能值大于1600J／kg,对对流天气的预测、强度判别具有较好的指示意义。     

感热加热对华北及其周边对流活动的影响

利用2006～2017年风云气象卫星资料和气象再分析资料,对华北及周边5～8月对流活动和地面感热加热进行统计分析。分析表明,华北及周边白天平均感热加热和地形关系密切,内蒙古中部和东南部、华北北部和华北西部山区感热加热较强,最强感热加热出现在5月和6月,7月和8月明显减弱。和感热加热强度相对应,对流活动频率较高的月份同样出现在5月和6月,其中5月以弱对流为主,6月华北中北部强对流最活跃,另外,环渤海区域6～7月强对流相对频繁。5～8月日平均感热加热和对流频率趋势呈现一致的减弱对应关系。上午,感热加热引起河北西部和北部对流层低层出现辐合气流,700 hPa以下出现不同程度的增温,上升气流可达对流层中层,东侧的平原地区出现补偿下沉运动,升温和上升运动触发对流,在有利条件下发展东移。不同月份和区域对流频率日变化呈现明显差异,6月对流频率日变化显著,8月最弱,山区对流频率日变化显著,东部渤海及周边对流频率日变化较小。对流频率的月平均分布和日变化均表现出和地形相关的感热加热差异的特征。     

我国东部夏季降水季节内振荡与低频大气环流演变特征分析

利用1979—2017年夏季逐日气象数据,使用经验正交函数（Empirical Orthogonal Function,EOF）分解和超前滞后回归方法分析了我国东部地区夏季降水季节内振荡（Intra-seasonal Oscillation,ISO）的时空特征及其与低纬和北太平洋中高纬度低频大气环流的联系。结果表明：EOF分解的第一模态表现为我国东南部地区ISO降水显著偏多,而我国北方地区偏少的空间型,相应的低频向外长波辐射（Outgoing Long wave Radiation,OLR）场表现为我国东南部地区低频对流异常活跃,而北方地区异常不活跃的南北偶极子型分布。位于南海至副热带西太平洋上空的低频对流异常活跃区与低频上升气流和低频水汽辐合带协同北传和西北传,在我国东南部地区ISO降水异常偏多位相峰值之前一周抵达华南上空,我国东部地区ISO降水开始呈现出南北偶极子空间型;与此同时,200 hPa低频经向风在北太平洋中高纬度表现为一个纬向低频波列形式,并向西传播,当低频波列中的低频南风异常西传到东亚—日本岛上空时,与低纬北传的高层异常北风形成经向对比,造成我国东南部地区上空出现强的低频散度异常。以上低纬度低频信号西北传与北太平洋中高纬度低频波列西传的协同作用,使得异常活跃的对流活动、水汽异常辐合区、异常上升运动和高层异常辐散区均锚定在我国东南部上空,形成该地区ISO降水异常偏多位相。     

青藏高原对流时空变化与东亚环流的关系

根据1980～1998年逐日TBB和NCEP/NCAR再分析资料,探讨青藏高原对流(TBB)时空分布与东亚环流及天气气候的关系.研究指出,青藏高原主体地区(28°N～34°N,80°E～102°E)的对流冬弱、夏强,存在显著的6月和10月突变现象.夏季亚洲地区最强的对流出现在青藏高原上空,呈现为高原西部(28°N～34°N,82°E～94°E)和东部(27°N～34°N,104°E～110°E)型.夏季青藏高原上空对流弱,850 hPa风场上高原南、北侧的东亚地区分别呈现西风距平,夏季中国易出现南北二条雨带; 夏季高原上空对流强,850 hPa风场上的西风距平出现在东亚30°N附近,夏季易出现江淮流域雨带.夏季江淮流域洪涝年(如1980、1993、1996、1998年)与青藏高原东、西部对流同时加强有关; 夏季江淮流域干旱年(如1992、1994、1997年)与青藏高原东、西部对流同时减弱有关.20世纪90年代,江淮流域洪涝与干旱事件频繁发生可能与青藏高原东、西部对流强度变化出现同位相的年代际变化趋势有关.     

云南冬季气温变化的主要模态及其影响的关键环流因子

为了揭示云南低纬高原地区冬季气温变化的主要特征及影响的关键环流因子,本文利用云南124站地面气象站月平均气温观测资料、 NCEP/NCAR大气环流再分析资料,以及CPC和NCC提供的部分大气遥相关型和环流特征指数,首先分析了云南冬季气温变化的主要特征,表明冬季气温年际变率东部大于西部,主要空间分布有全区一致、东西差异、经向三级差异、西北-东南差异四种型态,前四个模态占EOF总方差贡献的90%,其中前三个模态线性变化趋势明显,第四模态主要表现出显著的年代际波动特征。分析发现相应不同气温模态,中高纬度异常波列呈现出明显不同的形势和走向,与500 hPa中高纬度异常波列相关的四个关键区的高度异常,以及孟加拉湾地区的高低层环流异常对气温主要模态有十分重要的影响：第一模态与东亚中低纬度南（20°N-30°N, 90°E-120°E）北（45°N-60°N, 90°E-120°E）两个区域经向差异密切联系,北低南高（北高南低）形势有利于全区一致偏暖（冷）;第二模态与中高纬度纬向波列有关,当东亚-西北太平洋区域（25°N-45°N, 120°E-160°E）高度偏高（低）、 700 hPa孟加拉湾北...     

夏季西太平洋副热带高压北跳及异常的研究

根据欧洲中心1980～1989年逐日200,500和850hPa风场、高度场及日本气象厅提供的GMS观测的黑体辐射温度（TBB）逐日资料,探讨了夏季西太平洋地区（125～145°E）副热带高压脊线季节性北跳、季内脊线位置的异常与低纬度的西风爆发和热带对流的关系。研究表明：初夏西太平洋地区低层赤道西风爆发后,西太平洋地区的赤道对流加强（赤道地区的TBB值减小）;赤道西风向北扩展,赤道强对流向北推移,热带对流加强（热带地区TBB值减小）。夏季西太平洋副热带高压脊线的二次北跳现象与低层赤道西风二次北跳及赤道对流向北推移密切相关。研究指出：夏季热带对流弱（强）,西太平洋副热带高压脊线位置相对偏南（北）,夏季西太平洋副热带高压脊线位置的异常与高、低层流场辐合、福散中心的位置及高层西风传播方向有关。     

青藏高原地区深对流系统特征分析

基于2014—2018年3—9月GPM(Global Precipitation Measurement)的数据,对青藏高原地区的深对流系统的时空分布及降水特征进行研究,结果表明:青藏高原主体地区(25°～40°N,70°～105°E)的深对流系统主要集中分布在中部、东部和南部地区,对流强度与东亚季风区其他区域相比较小,而对流强度相对较大的系统则大多分布在高原东部地区。深对流系统主要发生在夏季,7、8月份频数达到峰值且对流较强,且主要活动区域有先向南、向西扩展再东退的特点。深对流活动主要从午后开始发展,大体呈单峰分布。高原深对流系统产生的降水强度较弱,主要集中在5mm/h以下,其产生的降水主要来源于回波顶高度较低、面积较小的弱对流活动。     

青海高原短时强降水时空分布及天气学概念模型

利用青海52个地面气象站小时降水并结合常规观测资料和NCEP FNL再分析资料,使用K-means聚类法和合成分析方法,将青海的短时强降水天气环流形势配置划分为西风气流型、副热带高压型和高原低涡切变型。结果表明：（1）青海短时强降水发生在95°E以东地区,中心在东南部;主要出现在5-9月,8月最多,7月次之;每日17:00-2:00（北京时）出现站次多。（2）西风气流型的影响系统是高空槽和平直西风短波槽,高低空风垂直切变引起的动力不稳定导致短时强降水发生;副热带高压型是以低层偏南或偏东暖湿气流引起的热力不稳定造成短时强降水;高原低涡切变型是高原加热及弱冷空气活动使得低层锋区加强触发短时强降水。（3）合成分析表明：对流层高层的南亚高压和副热带西风急流,对流层中低层的短波槽、冷式和暖式辐合切变线,偏南暖湿气流,高原加热场等是短时强降水发生的主要影响系统。（4）来自印度季风低压偏南方向的水汽、西太平洋副热带高压东南方向的水汽、西风带高空槽西北方向的水汽在青海东部形成水汽辐合区,有利于短时强降水发生。     

基于OLR资料的青藏高原地区对流活动研究

本文利用1980～2019年美国NOAA系列卫星观测的向外长波辐射（OLR）月平均资料和欧洲中心ERA5月平均地表热通量资料,研究青藏高原（以下简称高原）地区OLR与对流活动的时空分布及其演变特征,以及地表热通量与高原夏季对流活动之间的关系。结果表明:高原地区平均OLR强度由高原周边地区向中部递减,高原东部OLR低于西部,高原东部对流活动显著强于西部;近40年高原OLR总体呈较平稳的增强趋势,存在显著的6年与2～3年的周期特征,对流活动总体呈缓慢减弱趋势,但不同区域不同季节对流活动的变化趋势存在差异,其中夏季高原对流活动呈增强趋势,其他季节则以减弱趋势为主。各季节在高原三江源地区附近对流活动均呈减弱趋势,在高原南部喜马拉雅山脉北侧地区,对流活动则呈一致的增强趋势。夏季高原地表潜热通量普遍强于地表感热通量,且二者分布型近似相反。高原对流活动演变与地表感热、潜热通量均有关,且与地表感热通量的关系更为密切,二者之间普遍存在负相关关系,且在高原西部最为显著;地表潜热通量与高原东西部对流活动间相关呈东西向偶极型分布,在高原西部二者之间存在正相关关系,在高原东部则表现为负相关。     

南亚高压上下高原时间及其与高原季风建立早晚的关系

本文利用1948—2013年NCEP/NCAR逐日再分析资料,定义了南亚高压动态特征指数,讨论了南亚高压上下高原的时间以及与高原季风建立早晚的关系。研究表明,南亚高压北界位置在4月初开始北移,5月迅速北抬,最北可达到55°N,9月开始南撤,西伸脊点在5—10月移动较稳定,5—7月向西移动到青藏高原上空,8—10月向东移动撤离高原,11月—次年4月东西摆动剧烈。南亚高压初上高原大致为6月第3候(33候),而撤离约为10月第4候(58候)。南亚高压移上高原的时间较高原夏季风建立晚73 d左右。南亚高压撤离高原时间较高原冬季风建立约早5 d。高原夏季风的建立和南亚高压初上高原是青藏高原热力作用在不同阶段的结果,反映在了高原的高低层上。     

Land–sea heating contrast in an idealized Asian summer monsoon

Mechanisms determining the tropospheric temperature gradient that is related to the intensity of the Asian summer monsoon are examined in an intermediate atmospheric model coupled with a mixed-layer ocean and a simple land surface model with an idealized Afro–Eurasian continent and no physical topography. These include processes involving in the influence of the Eurasian continent, thermal effects of the Tibetan Plateau and effects of sea surface temperature. The mechanical effect on the large-scale flow induced by the Plateau is not included in this study. The idealized land–sea geometry without topography induces a positive meridional tropospheric temperature gradient thus a weak Asian summer monsoon circulation. Higher prescribed heating and weaker surface albedo over Eurasia and the Tibetan Plateau, which mimic effects of different land surface processes and the thermal effect of the uplift of the Tibetan Plateau, strengthens the meridional temperature gradient, and so as cold tropical SST anomalies. The strengthened meridional temperature gradient enhances the Asian summer monsoon circulation and favors the strong convection. The corresponding monsoon rainbelt extends northward and northeastward and creates variations of the monsoon rainfall anomalies in different subregions. The surface albedo over the Tibetan Plateau has a relatively weak inverse relation with the intensity of the Asian summer monsoon. The longitudinal gradient of ENSO-like SST anomalies induces a more complicated pattern of the tropospheric temperature anomalies. First, the positive (negative) longitudinal gradient induced by the El Niño (La Niña)-like SST anomalies weakens (strengthens) the Walker circulation and the circulation between South Asia and northern Africa and therefore the intensity of the Asian summer monsoon, while the corresponding monsoon rainbelt extends northward (southward). The El Niño (La Niña)-like SST anomalies also induces colder (warmer) tropospheric temperature over Eurasia and warmer (colder) tropospheric temperature over the Indian Ocean. The associated negative (positive) meridional gradient of the tropospheric temperature anomalies is consistent with the existence of the weak (strong) Asian summer monsoon.     

RELATIONSHIP BETWEEN WINTERTIME THERMAL CONTRAST OVER THE ASIAN CONTINENT AND THE CLIMATE IN CHINA

Recent studies indicated that except for the land-sea thermal contrast,there also existed the land-land thermal contrast.The composite analysis and t-test method are used to further study the local thermal contrast variation over the Asian continent,and to discuss the association of seasonal variation of land thermal state with circulation over East Asia,the early summer and summer monsoon activity,and the precipitation anomaly in China in the decadal scale.Results show that the positive meridional temperature anomaly transports downward from upper tropospheric layers in middle-high latitudes north of 25°N in the positive years.In the zonal direction,the Tibetan Plateau heating in the successive spring acts as a force to influence the atmosphere,leading to the rapid temperature warming over eastern Chinese continent,which could increase the land-sea thermal contrast with the negative SSTA.Accordingly,the monsoon activity in early summer over East Asian establishes earlier and the summer monsoon intensity becomes stronger.The early summer precipitation is more-than-normal over the Yangtze River,and the summer precipitation is more-than-normal over the north China and the southwest China.The situation is contrary in the negative years.     

关于亚洲夏季风爆发及北半球季节突变的物理机理的诊断分析:Ⅰ季风爆发的阶段性特征

该工作将亚洲季风区作为一个复杂的海-陆-气耦合系统,来深入考察季风区海-气、陆-气相互作用的基本事实和物理过程,探讨它们在决定亚洲季风爆发及北半球行星尺度大气环流的季节突变的物理机理。本文是系列文章的第一篇,着重研究亚洲夏季风爆发的区域性和阶段性特征,以及过渡季节热带、副热带地区海-气、陆-气相互作用的基本事实,初步分析了它们之间的联系。研究表明,热带季风对流于4月底到5月初越过赤道进入北半球,首先出现在孟加拉湾东部-中南半岛西南部地区,然后于5月中旬和6月上旬末分别出现在南海和印度半岛地区,呈阶段性爆发的特征。季风对流在孟加拉湾东部-中南半岛西南部地区爆发阶段,在大气环流变化和对流活动中心位置出现区别于南海季风和印度季风爆发的特征。通过对地表感热通量和海表潜热通量的分析,表明热带海洋上海表感热通量甚小于海表潜热通量,南海季风爆发时期印度洋上海表潜热通量显著增大,印度季风爆发后海表潜热通量的高值中心在孟加拉湾和阿拉伯海上建立起来。印度洋上低层增强的过赤道气流引起的强烈的海-气相互作用导致海表水汽的大量蒸发,并通过其输送作用,为季风对流的爆发提供了充足的水汽来源。过渡季节在副热带地区(沿27.5～37.5°N纬带上), 青藏高原和西太平洋上地(海)表感热通量和潜热通量均有迅速的季节变化性, 但趋势相反。当青藏高原上地表感热通量和潜热通量呈阶段性的显著加大, 西太平洋上海表感热通量和潜热通量迅速减小。这种大陆和海洋对大气加热的显著的季节化的差异, 影响着大气环流的季节转变。     

Revisiting Asian monsoon formation and change associated with Tibetan Plateau forcing: I. Formation

Numerical experiments with different idealized land and mountain distributions are carried out to study the formation of the Asian monsoon and related coupling processes. Results demonstrate that when there is only extratropical continent located between 0 and 120°E and between 20/30°N and the North Pole, a rather weak monsoon rainband appears along the southern border of the continent, coexisting with an intense intertropical convergence zone (ITCZ). The continuous ITCZ surrounds the whole globe, prohibits the development of near-surface cross-equatorial flow, and collects water vapor from tropical oceans, resulting in very weak monsoon rainfall. When tropical lands are integrated, the ITCZ over the longitude domain where the extratropical continent exists disappears as a consequence of the development of a strong surface cross-equatorial flow from the winter hemisphere to the summer hemisphere. In addition, an intense interaction between the two hemispheres develops, tropical water vapor is transported to the subtropics by the enhanced poleward flow, and a prototype of the Asian monsoon appears. The Tibetan Plateau acts to enhance the coupling between the lower and upper tropospheric circulations and between the subtropical and tropical monsoon circulations, resulting in an intensification of the East Asian summer monsoon and a weakening of the South Asian summer monsoon. Linking the Iranian Plateau to the Tibetan Plateau substantially reduces the precipitation over Africa and increases the precipitation over the Arabian Sea and the northern Indian subcontinent, effectively contributing to the development of the South Asian summer monsoon.     

地表反照率与高原夏季风爆发关系分析

利用2000～2016年MODIS地表反照率和ECMWF/ERA-Interim再分析资料,选取有代表性的高原季风指数DPMI,统计分析了青藏高原地表反照率与高原季风之间的联系,结果表明:1)11月高原地表反照率大小与次年高原夏季风爆发存在密切关系:11月高原地表反照率偏低(高),次年4月高原夏季风爆发偏早(晚),强度偏强(弱)。2)可能的影响机制为:当前期11月高原地表反照率偏低时,后期高原主体对大气的感热加热信号更强,从而引起4月高原上空近地面层上升运动明显加强,这有利于热量向高空传输,导致对流层加热作用加强,高原上空对流层温度偏高,使得高原季风环流系统加强,最终导致高原季风季节变化相应提前;反之亦然。     

青藏高原地表反射率变化对东亚夏季风影响的数值试验

本文通过两组数值试验的对比分析，说明当青藏高原主体范围内的地表反射率增大时将造成东亚夏季风减弱，表现在东亚陆地上的海平面气压升高，从春到夏地面南区北上缓慢，对流层上导风急流建立推迟。中国东部季风降水减少。     

前期印度洋海温异常对夏季高原“湿池”水汽含量的影响及其可能原因

利用Hadley中心提供的逐月海温资料、ERA-Interim再分析资料以及NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）的逐月向外长波辐射（OLR）资料探讨了1979~2011年夏季青藏高原“湿池”的水汽含量与前期印度洋海温异常的关系,并对可能的原因进行了分析。结果表明,夏季青藏高原水汽（去趋势）EOF第二模态与前期印度洋海温存在密切的正相关,前期3~4月关键区（5°S~20°N,45°E~75°E）的海温异常可以作为夏季高原水汽的预测信号。在暖水年,赤道附近显著的东风异常对夏季高原水汽输送起到了至关重要的作用。500 hPa上副热带高压显著增强并西移,600 hPa上赤道附近为显著的异常东风,将水汽从西太平洋、南海、孟加拉湾向西输送到印度半岛,并在异常反气旋环流西侧的南风作用下,将水汽带向青藏高原。高层风场上,西太平洋地区辐合,青藏高原上空辐散。以上环流形势表明暖水年夏季青藏高原水汽偏多;冷水年则相反。就影响机制而言,前期春季印度洋海温显著偏暖,引起其上空异常的对流上升运动,驱动异常沃克环流从春到夏显著维持,副热带高压的季节性北跳和异常增强西移,有利于赤道东风异常的增强和西移,并经过水汽输送通道将水汽带向青藏高原上空。