华北平原一次持续性大雾过程的动力和热力特征

利用台站加密观测资料和NCEP/NCAR再分析资料对2004年11月29日—12月3日华北平原一次罕见的持续性大雾天气过程进行了研究, 通过对本次过程动力和热力特征的深入分析, 揭示了其成因和维持机制。结果表明:对流层中低层暖性高压脊及地面变性冷高压的稳定维持为持续性大雾过程提供了良好的背景条件; 地表净辐射引起的近地层冷却是大雾的触发和加强机制; 中低空下沉气流的存在有助于近地层的弱风条件和稳定层结的建立; 低层暖平流的输入和边界层的浅层抬升有利于大雾的长时间维持; 伴随负温度平流南下的偏北风的爆发是使大雾消散的动力因子。     

2022年我国夏季极端高温阶段性特征及成因北大核心CSCD

利用常规观测和自动气象站加密观测资料以及ERA5再分析资料分析2022年夏季我国大范围极端高温阶段性特征及其热动力成因,结果表明:此次极端高温存在两个不同阶段:6月高温区集中在华北黄淮地区,7—8月高温区位于四川盆地—长江中下游地区;两个阶段极端高温均发生在异常环流背景条件下,对流层上层为显著偏强的南亚高压控制区,其主导系统分别为500 hPa强烈发展的华北高压脊和异常强盛的副热带高压坝;Rossby波能量自上游向华北地区持续频散和瞬变天气扰动偏弱是华北高压脊增强和维持的主要成因,西北太平洋副热带高压南侧的大气热源增强、赤道附近热带辐合区异常偏强的上升气流在30°N副热带高压脊线附近下沉,有利于西北太平洋副热带高压的西伸加强且稳定维持。对流层低层强烈暖平流和边界层非绝热加热是华北黄淮地区高温形成的主要影响因子,高温的维持主要依靠异常强烈的非绝热加热;四川盆地—长江中下游地区高温的形成受深厚对流层内异常下沉增温和边界层内非绝热加热共同影响,高温长时间维持的影响因子除非绝热加热外,极端强盛的南亚高压控制区内异常绝热加热项(下沉增温)的贡献亦不可忽视。     

1980年夏季华北干旱时期东亚阻塞形势的位涡分析

本文用准地转位涡对1980年夏季（7月1日—9月10日）华北干旱时期东亚阻塞形势的平均特征及其维持机制进行了诊断分析。发现东亚阻塞高压是一个具有异常低位涡的深厚暖性反气旋系统。它的维持一方面与上游乌拉尔长波槽的涡旋强迫输送有关，另一方面，更为重要的与来自青藏高原上空的低位涡空气输送有关。准地转位涡的收支计算表明，涡动强迫作用与平均气流的平流作用基本上相平衡，因而涡动对位涡的输送是使阻塞区维持异常低的平均位涡，阻止阻塞高压向下游平流的重要机制。     

珠江口持续性雾生消的环流特征和成因分析

利用各种气象观测资料,研究了1980—2006年珠江口地区持续性雾的气候特征,并通过典型个例分析了持续性雾生消的环流特征和物理机制。主要结论有:珠江口地区持续性雾集中出现在10月至次年5月,尤其是春季出现概率最大;出现持续性雾的环流形势主要有3种:A型——低压或倒槽的东侧,B型——高压的底部或后部,C型——均压场;在持续性雾过程中,近地层暖湿平流的输入、浅层抬升、水汽弱辐合以及对流层中下部的"干暖盖"有利于饱和湿空气的凝结以及逆温层的维持,而伴随偏北风南下的干冷平流是雾消散的主要因素。     

内蒙古高温天气成因分析

选取1971—2008年64次较强内蒙古高温酷暑天气过程,对其物理量分布特征和成因进行了分析,结果表明：300hPa高空锋区的北退或断裂与大陆暖高压系统的形成和发展有很好的相关性;对流层中层的暖平流对大陆暖高压系统的发展强盛起到关键作用,通常在暖高压系统的上游（西部、北部）维持暖平流时,暖高压系统将发展并维持强盛状态,当暖高压系统北部出现较强的冷平流时,暖高压系统将很快崩溃;500～850hPa厚度场可以更好的反映出整层气柱冷暖性质,其分布特征直接影响到内蒙古高温酷暑天气发生的部位和区域;蒙古暖高压控制区中盛行下沉气流,使得大气下沉增温,对流层中低层维持暖心结构,由于整层气柱很暖,低层减压形成了近地层的热低压,具有干热的特征。最后总结了内蒙古高温酷暑的定量预报指标。     

2013年四川盆地三次持续性暴雨过程的环流形势和物理成因分析

利用常规探空和地面自动站观测资料、卫星红外云图TBB和NCEP再分析资料,对2013年6~7月发生在四川盆地的3次持续性暴雨过程进行了大尺度环流背景及物理成因分析。分析结果表明:500h Pa贝加尔湖、鄂霍次克海地区的高压脊起到阻塞作用,利于西伯利亚到巴尔喀什湖附近的深厚低槽稳定分裂短波东南移,槽前持续的正涡度平流向四川盆地输送孕育低层中小尺度系统发生发展,700h Pa西南涡是造成3次暴雨的直接影响系统,其活动对强降水落区有重要作用;850h Pa暖平流维持,在暖平流梯度大值区触发中尺度对流系统产生强降水,暖平流越强降水越强;孟加拉湾的西南暖湿季风气流持续向四川盆地输送水汽和热量,使能量在释放后快速重建,并有适宜的动力环境条件使水汽聚集、辐合和垂直上升,强降水得到持续;700h Pa持续的西南急流在向北加强的过程中南北风分量形成的辐合有利于低层切变线南侧、急流左侧区域的辐合加强,配合高层辐散的抽吸机制,是3次过程强降水持续的又一重要因素。     

2010年我国南方两次持续性强降水的环流特征

通过对2010年夏季我国南方两次持续性强降水期间对流层高、中、低多个大尺度关键影响系统的时空演变特征及其影响机制的分析和比较,讨论了我国南方持续性强降水的大气环流特征。结果表明:这两次持续性强降水均出现了东亚西风带沿海低槽不断快速重建或加深,且中纬度锋区位置稳定维持,低空西南急流反复加强,且其轴线左侧的南风经向强梯度带位置相对稳定,副热带高空西风急流和南亚高压脊线及西太平洋副热带高压的纬度带位置相对稳定;相应地,在强降水带上空反复出现强烈的低层水汽辐合抬升、高层辐散抽吸及垂直上升运动发展,进而形成持续性强降水。西西伯利亚低槽的不断快速重建与加深 (东移)、马斯克林高压西侧高压及马斯克林高压的不断加强东移、副热带高空西风急流的建立和维持对南方持续性强降水具有超前指示意义。强降水带位于东亚低空西南急流轴左侧南风经向强梯度辐合带、高空西风急流南侧至南亚高压脊线北侧之间的强辐散区及中层垂直上升速度大值带中。     

2008年5月东北冷涡持续性活动的异常特征分析

利用美国NCEP/NCAR的再分析资料和中国辽宁地区逐日降水资料,对2008年5月东北冷涡异常活动进行分析。结果表明：2008年5月东北冷涡活动较比历年明显偏多;500 hPa月平均高度场在50°—180°E范围内为典型的“Ω”阻塞高压环流形势,乌拉尔山与贝加尔湖之间的高压脊明显偏强;高度脊加强或维持时,在高度脊后西南方有暖平流输送,高度脊减弱阶段,在高度脊后西北方向有强冷平流输送;东北冷涡频繁活动时,贝加尔湖到中国东北地区高度场表现为强负距平,副热带高压与东北冷涡的位置密切相关,中国大陆东部副热带高压较比历年弱且位置偏东时,出现中涡的几率增大。     

2008年1月中国低温与北大西洋涛动和平流层异常活动的联系

运用中国160站月平均气温和NCEP/NCAR 再分析数据, 在结合近30年中国1月地面气温年际异常变化可能机理基础上, 分析了2008年1月气温异常变化的原因。结果表明: 2008年1月中国大范围气温异常偏低, 其异常变化与同期北大西洋西风急流及其相联系的北大西洋涛动遥相关环流异常有密切的关系。北大西洋急流加强东扩, 北大西洋涛动正异常, 从北大西洋经欧亚中高纬到中国北方出现波状环流异常, 贝加尔湖南侧气压偏高, 冷空气活动偏强, 是中国1月气温偏低的主要环流因子。进一步分析发现, 2008年1月中国低温还受到了平流层的影响。平流层环流异常开始于2007年9月, 对流层从2007年12月开始, 两者都在2008年1月达到最强。从平流层环流显著异常的波源区有异常的波作用量向西向下传播, 在北大西洋东部到西欧上空平流层和对流层的波向量耦合, 导致对流层该地区上空高压脊扰动加强, 扰动向北的经向热输送异常偏强, 锋区向北扩展, 相应急流异常偏北东扩; 通过波流相互作用, 扰动能量向下游频散, 引起相应遥相关环流异常, 导致2008年1月中国低温。     

2019年4月广州白云机场持续暴雨前对流层顶和平流层异常信号分析

利用欧洲中心ERA5再分析资料和广州白云机场自动观测系统降水资料,分析2019年4月白云机场持续暴雨前对流层顶和平流层的信号特征。分析发现,2019年4月中下旬,广州白云机场出现了3次持续时间长、降水量大的持续性暴雨过程,降水较往年同期显著偏多。研究结果表明,3次持续暴雨发生前,对流层顶高度出现了下降,平流层高位涡冷空气入侵,机场上空位涡升高;在环流场中,中低纬地区对流层顶和平流层东风偏强,向北和向下传播,广州白云机场终端区在暴雨发生前西风持续下传;广州白云机场上空暴雨发生前对流层顶至平流层位势高度正异常。暴雨发生前,平流层冷空气高位涡移入、对流层顶下降、西风的下传均有利于持续性暴雨的生成。     

Observational climatology and characteristics of wintertime atmospheric blocking over Ural–Siberia

This study investigates the climatological aspects and temporal characteristics of wintertime Ural-Siberian blocking (USB, centered over 30°–100°E), for the period 1980/1981–2009/2010. Sixty-eight events are identified and their physical structure is diagnosed using thermodynamic and geostrophic vorticity tendency equations. In climatology, horizontal advections play a fundamental role in constructing a USB event, in which the anticyclonic center is a warm core in the troposphere and a cold core in the lower stratosphere. The decay of the thermal structure is related to diabatic cooling along the vertical structure and warm advection in the lower stratosphere. Meanwhile, the collapse of the height structure is caused primarily by cyclonic vorticity advection. A strong interrelationship exists between the intensity and extension of USB events. The temporal characteristics of USB events are analyzed by examining strong and weak events, which are of high and low intensity. The strong events are probably preceded by an open ridge over Europe and a cyclogenesis over the Mediterranean Sea, and their formation is followed by the stronger amplification of a Rossby wave packet across Eurasia. On the other hand, the weak events are likely to be triggered by surface cold anomalies over Siberia. Overall, the evolution of a USB event forms a dynamic linkage with the Siberian high, in which the decay stage of the USB event is accompanied by a southeastward migration of the Siberian high and a subsequent cold air outbreak in East Asia. These results advance our understanding of USB and its relationship with East Asian winter monsoon activities.     

北半球春季平流层环流季节转换研究的若干进展

简要总结了近年来北半球春季平流层环流季节转换研究的若干进展。涉及平流层环流季节转换的特征、某些影响因素、与对流层环流的关系及平流层环流季节转换的应用。由于平流层季节转换早于对流层，其深入研究可为短期气候预测提供线索。     

2008年冬季北京上空上对流层/下平流层臭氧的异常特征

利用国产GPSO3臭氧探空系统观测的大气臭氧探空资料和NCEP再分析资料,结合对天气形势、大气环流背景、高空位涡变化及对流层顶高度扰动的分析,深入研究了2008年冬季北京地区10~14 km高度范围内持续出现的臭氧次峰值及大气臭氧含量异常现象。结果表明:在2008年我国南方雪灾这一特殊时期,引起臭氧垂直分布持续出现次峰值现象及臭氧含量异常的主要原因是平流层空气强烈下沉运动及其与对流层的交换作用,而引起这种下沉运动及平流层-对流层交换则是由于该阶段特殊的天气背景,乌拉尔阻塞高压长时间维持,贝加尔湖到巴尔喀什湖一带横槽稳定存在,里海以东切断低压长期维持,造成冷空气长时间、稳定地南下影响北京上空臭氧的垂直分布。加之副热带急流的出现,北京正处于其入口区左侧,其上空有强烈的辐合下沉运动,有利于平流层空气向下输送。此次臭氧次峰值及臭氧含量异常的现象很好地说明,在冷空气天气过程的影响下,北京地区上空的平流层空气运动及其与对流层的交换十分活跃。     

冬季全国性持续低温事件过程中的平流层—对流层相互作用

利用1959～2017年ERA40/ERA-Interim逐日再分析资料和国家气候中心的逐日站点资料,针对发生在当年11月至次年3月（NDJFM）的全国性持续低温事件（EPECEs）,分析了热带外环流的变化特征,以及平流层—对流层相互作用。结果表明,全国性EPECEs可划分为冷空气在乌拉尔山—西伯利亚关键区堆积和冷空气爆发以及消亡三个阶段,分别与对流层中层乌拉尔山—西伯利亚一带大型斜脊的建立、发展和崩溃以及平流层极涡强度的恢复、维持和再次减弱相对应,其中伴随着显著的平流层—对流层相互作用。首先,以大西洋地区异常扰动为主的热带外对流层形成2波型行星波异常,并上传影响平流层;随后在平流层2波调整为1波型的过程中,出现了行星波的异常下传以及平流层极涡强度的恢复,在对流层形成的1波型的高度正异常中心位于东欧地区,有利于乌拉尔山高度脊的建立以及源于北冰洋的冷空气在高压脊前形成堆积;随后由于平流层极涡强度维持,对流层行星波上传持续受到抑制,并主要在欧洲一带出现显著的异常向下反射,对应对流层1波型高度正异常中心逐步东移至中西伯利亚地区,从而有助于乌拉尔山脊向下游发展成一个横跨西伯利亚地区的大型斜脊,冷空气堆积区也东移到中西伯利亚地区。进入冷空气爆发阶段,随着斜脊前的大型横槽与上游移来的短波槽形成阶梯槽形势,横槽很快转竖引导低层冷空气向我国大范围爆发;同时大型斜脊的维持也使行星波再次出现1波型异常上传,影响平流层极涡再次减弱。最后,随着冷空气爆发,大型槽脊迅速崩溃,对流层波动减弱,低层气团的经向输送也随之减弱,EPECEs消亡。     

北半球平流层极涡崩溃早晚的环流特征及其对5月南亚降水的影响

本文采用1979—2014年NCEP/NCAR月平均再分析资料、CMAP和GPCP月平均降水资料,分析了北半球平流层极涡崩溃早晚的环流特征及其与南亚降水的关系。结果表明,北半球平流层极涡崩溃时间存在明显的年际变化特征。极涡崩溃偏早(偏晚)年,自3月开始异常信号从平流层向下传播,之后的4月,从平流层到对流层高层极区温度异常偏高(偏低),极涡异常偏弱(偏强),极夜急流异常偏弱(偏强)。结果还表明,5月南亚降水异常与平流层极涡崩溃时间的早晚存在显著相关,5月南亚降水异常与平流层极涡崩溃早晚年平流层异常信号的下传有关。当平流层极涡崩溃偏晚年,4月平流层极区表现为位势高度异常偏低,而中纬度则位势高度场异常偏高,并伴随位势高度异常场的向下传播,5月该位势高度异常场下传至阿拉伯海北部大陆上空对流层顶,形成有利于降水的环流场,导致南亚降水偏多。反之,则相反。     

5—6月东北冷涡持续活动及强度特征

利用1960—2012年5—6月NCEP/NCAR逐日再分析资料,基于冷涡经典定义,采取客观识别方法检索东北冷涡活动过程,根据东北冷涡活动时空变化特征给出东北冷涡持续活动过程标准, 通过冷涡强度指数进行定量化分析,该指数对冷涡持续活动过程具有较好表征意义。冷涡活动强对应5月乌拉尔山阻塞高压、贝加尔湖阻塞高压和6月鄂霍次克海阻塞高压活动频繁。通过强弱指数年合成,得到6月强指数年冷涡系统较深厚,集中于对流层中高层,冷心结构明显,具有一定大气斜压特征; 高层存在冷中心,低层有冷空气活动,中高层西风带呈明显的上游分流和下游汇合特征,分汇流之间呈东北高、西南低的偶极子阻塞形势;弱指数年冷涡系统较浅薄,主要集中在对流层中低层,冷心结构不明显,不存在阻塞形势。     

Northern Hemisphere Stratospheric Polar Vortex Extremes in February under the Control of Downward Wave Flux in the Lower Stratosphere

Using ECWMF ERA-40 and Interim reanalysis data, the planetary wave fluxes associated with the February extreme stratospheric polar vortex were studied. Using the three-dimensional Eliassen-Palm (EP) flux as a measure of the wave activity propagation, the authors show that the unusual warm years in the Arctic feature an anomalous weak stratosphere-troposphere coupling and weak downward wave flux at the lower stratosphere, especially over the North America and North Atlantic (NANA) region. The extremely cold years are characterized by strong stratosphere-troposphere coupling and strong downward wave flux in this region. The refractive index is used to examine the conception of planetary wave reflection, which shows a large refractive index (low reflection) for the extremely warm years and a small refractive index (high reflection) for the extremely cold years. This study reveals the importance of the downward planetary wave propagation from the stratosphere to the troposphere for explaining the unusual state of the stratospheric polar vortex in February.     

Variation of Air-Sea Heat Fluxes over the Western Pacific Warm Pool Area and Its Relationship with the South China Sea Summer Monsoon Onset

Based on oceanic and atmospheric parameters retrieved by satellite remote sensing using a neural network method, air-sea heat fluxes over the western Pacific warm pool area were calculated with the advanced the advanced Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment 3.0 (COARE3.0) bulk algorithm method. Then, the average annual and interannual characteristics of these fluxes were analyzed. The rela- tionship between the fluxes and the South China Sea (SCS) summer monsoon onset is highlighted. The results indicate that these fluxes have clear temporal and spatial characteristics. The sensible heat flux is at its maximum in the Kuroshio area, while the latent heat flux is at its maximum in the North Equatorial Current and Kuroshio area. The distribution of average annual air-sea heat fluxes shows that both sensible and latent heat fluxes are maximized in winter and minimized in summer. The air-sea heat fluxes have obvious interannual variations. Correlation analysis indicates a close lag-correlation between air-sea heat fluxes in the western Pacific warm pool area and at the SCS summer monsoon onset. The lagcorrelation can therefore predict the SCS summer monsoon onset, providing a reference for the study of precipitation related to the monsoon.     

Overview of the Major 2012-2013 Northern Hemisphere Stratospheric Sudden Warming：Evolution and Its Association with Surface Weather

In this study, we analyzed the dynamical evolution of the ma jor 2012-2013 Northern Hemisphere （NH） stratospheric sudden warming （SSW） on the basis of ERA-Interim reanalysis data provided by the ECMWF. The intermittent upward-propagating planetary wave activities beginning in late November 2012 led to a prominent wavenumber-2 disturbance of the polar vortex in early December 2012. However, no major SSW occurred. In mid December 2012, when the polar vortex had not fully recovered, a mixture of persistent wavenumber-1 and -2 planetary waves led to gradual weakening of the polar vortex before the vortex split on 7 January 2013. Evolution of the geopotential height and Eliassen-Palm flux between 500 and 5 hPa indicates that the frequent occurrence of tropospheric ridges over North Pacific and the west coast of North America contributed to the pronounced upward planetary wave activities throughout the troposphere and stratosphere. After mid January 2013, the wavenumber-2 planetary waves became enhanced again within the troposphere, with a deepened trough over East Asia and North America and two ridges between the troughs. The enhanced tropospheric planetary waves may contribute to the long-lasting splitting of the polar vortex in the lower stratosphere. The 2012-2013 SSW shows combined features of both vortex displacement and vortex splitting. Therefore, the anomalies of tropospheric circulation and surface temperature after the 2012-2013 SSW resemble neither vortex-displaced nor vortex-split SSWs, but the combination of all SSWs. The remarkable tropospheric ridge extending from the Bering Sea into the Arctic Ocean together with the resulting deepened East Asian trough may play important roles in bringing cold air from the high Arctic to central North America and northern Eurasia at the surface.     

春季青藏高原西北侧一次平流层臭氧向对流层传输的模拟研究

利用NCEP/NCAR FNL客观分析资料和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的Interim再分析资料以及臭氧监测仪(OMI)的臭氧廓线资料,结合区域大气化学模式WRF-Chem对中国春季一次高空冷槽过境引起的对流层顶折卷过程(2012年3月19—21日)进行了分析,并从平流、湍流混合、对流输送等几个方面诊断分析了平流层臭氧向对流层的传输特征和细节。结果表明,发生于青藏高原西北侧的对流层顶折卷事件,其所在位置处于热带对流层顶向中纬度对流层顶的过渡区,由于陡峭的对流层顶南北梯度,在该区域发生的平流层-对流层物质交换(STE)比对流层顶东西方向折卷引起的物质交换要强烈和持久,跨越等熵面的物质交换和湍流混合对平流层-对流层物质交换有很大的贡献。大地形对平流层-对流层物质交换过程有显著的影响,且具有明显的日变化特征。早晚时段,大地形导致的爬坡上升气流显著,抑制了平流层空气与对流层空气的混合交换。午后,大地形热力作用增强,受背风坡局地环流的影响,靠近山顶处湍流混合作用对上对流层臭氧浓度升高的贡献显著增强,且地形越高,这种效应越显著。地形的湍流混合作用在2.5 km高度以上凸显,此高度之上地形平均高度每升高100 m,湍流混合的贡献增加约1%。