循环分块矩阵方程之解及其应用

利用1961—2005年逐候资料对东亚副热带西风急流初夏至盛夏变化与江淮出梅的关系进行了分析。结果表明,多年平均7月初夏至盛夏急流中心由西太平洋地区西跳至青藏高原的同时我国东部地区急流北跳至37．5°N以北,比梅雨结束旱1候;急流北跳使得我国东部高空强辐散中心北移至华北地区,江淮地区上空辐散显著减弱,上升运动减弱,从而使得江淮梅雨结束,雨带北移;而急流中心的西跳仅使得我国东部地区高空辐散中心减弱,降水减弱,有利于雨带北移。我国东部急流北跳与江淮地区梅雨结束时间显著正相关,在北跳偏早（晚）年份梅雨结束早（晚）,长江中下游地区降水偏少（多）,而急流中心西跳早晚对我国华北北部地区和淮河附近地区降水有较大影响。可见,我国东部急流北跳与梅雨结束关系密切,可作为梅雨结束的先期信号。     

The Peruvian atmospheric jet stream: Synoptic mechanism and variability reasons

The most frequently observed (classic) scenario and two types of deviations from it are revealed using the data of the analysis of synoptic situations accompanying the formation of the Peruvian jet stream (JS). It is established that the movement of the Peruvian High (the eastern part of the South Pacific High divided into two high-pressure zones) is of the key importance for the formation of the Peruvian JS. Determined is the relationship between the formation of the Peruvian JS and the disruption of the circulation in the Hadley cell in the eastern Pacific. Derived is the dependence of the synoptic mechanism of the Peruvian JS formation in the years with two different types of El Niño, when the Peruvian High formation due to the weakening of the South Pacific High often causes the final anticyclone of the cyclonic series in the mid-latitudes of the Southern Hemisphere. The regression analysis demonstrated the existence of the complex nonlinear relationship between the Peruvian JS formation and the Madden-Julian Oscillation through the impact on the pressure field.     

1991年江淮梅雨期一个阻塞个例的Lagrange诊断分析

利用等熵面轨迹法,对1991年江淮梅雨期7月1日至7日的阻塞过程持续异常进行了诊断分析.等熵面位涡的分析表明,阻塞的维持与演变与等熵面上其高低压中心所对应的负正位涡中心的变化相一致.等熵面上等位涡线的轨迹积分表明,阻塞的形成、维持及衰减,对应着物质线裹卷的形成、维持(或加深)及不可逆形变和高低位涡的输送及积累的变化.同时发现,阻塞附近位涡系统的移动、演变和阻塞上游分流区位涡系统形变引起的瞬变涡度源的强迫作用,对阻塞的形成也有一定的作用.     

一次冷锋过境后的边界层结构

本文利用声雷达探测、80米铁塔观测的风、温资料和探生资料,结合天气图分析,讨论锋后强天气过程的边界层结构。结果表明,冷锋后大风的形成是与高层下沉冷空气有着密切的关系,并与边界层过程也有密切的联系。 资料分析表明,大风天气过程的形成可能是下沉运动引起的边界层动量和热量输送相互作用的结果。     

Seasonal Variation of Climatological Bypassing Flows around the Tibetan Plateau

The present study investigated diagnostically the seasonal variation of the bypassing flows caused by the splitting effect of the Tibetan Plateau (TP). The relationships among the splitting bypassing flows around the TP to precipitation in China, the westerly jet stream, and the thermal status over the TP are revealed. The bypassing flows occur from the 1st to the 22nd pentad and from the 59th to the 73rd pentad, respectively, and they disappear from the 29th to the 58th pentad. They are strongest in winter from the 1st to the 22nd pentad and from the 59th to the 73rd pentad, respectively. During the rebuilding of the bypassing flows from mid-October to mid-February, they are the main cause of precipitation over southeastern China. The enhancement of the bypassing flow intensity in March can cause the precipitation to increase in the early stage of the persistent spring rain over southeastern China. From winter to summer, the seasonal transition of the bypassing flows in the lower troposphere precedes that of the westerly jet stream axis in the upper troposphere to the west of the TP by ～4 pentads, while from summer to winter lags by ～4 pentads. The seasonal variation of the thermal status over the TP plays an important role in the bypassing flows around the TP. The strengthening of the heating over the TP weakens the bypassing flows, and the increase in cooling over the TP is related to the rebuilding and strengthening of the bypassing flows.     

100 hPa极地涡旋分裂和重建的能量机制

对于100 hPa极涡分裂过程,对流层2波能量的大量上传是主要因素,其次是波与波非线性相互作用的影响。而对极涡重建过程,主要因素是波与波非线性相互作用,其次是对流层能量上传变化的影响。     

水平涡度与夏季风环流变化

在斜压涡度发展理论的基础上，讨论了大尺度大气运动中水平涡度向垂直涡度转化的情况，并用以刻划夏季风变动。将声坐标中涡度方程的有关项在2坐标中分离出水平涡度向垂直涡度转化的主要项，经尺度分析得出，在对流层中、高层，这些转化项中的水平分量是大尺度大气斜压性涡度发展的主要因子。通过对1998年4—8月的GAME(GEWEX Asian Monsoon Experiment，全球能量和水分循环试验(GEWEX)的子试验：亚洲季风试验，简称GAME)再分析资料进行实际计算发现，转化项在东亚夏季风上升支的600 hPa及以上层次对P坐标垂直涡度的局地变化贡献很大，不能忽略。同时发现水平涡度向垂直涡度的转化对南海季风爆发和江淮梅雨入梅及其发展过程均有指示性意义。南海季风爆发以后，在中国东南部地区，转化项的大小与夏季风的活跃和中断等活动吻合，转化项的变化反映了西太平洋副高在中国大陆的活动规律。     

2014年夏季长江流域降水季节内振荡的环流分析

基于台站降水观测数据和MERRA-2再分析资料,分析了2014年夏季我国长江流域降水的季节内振荡特征,并从位涡角度重点研究了与之相关的环流演变。结果表明:2014年夏季长江流域降水季节内变率以10~20d的准双周振荡为主。在降水准双周振荡的极端湿位相,受对流层高层随中纬度波列东传的正异常位涡和南亚高压东侧西南向传播的正异常位涡的共同影响,南亚高压呈“马鞍型”分布,在长江流域形成高空辐散环流;在对流层中低层,当中纬度波列的异常气旋向东南传播至长江流域以北时,西太平洋异常反气旋延伸至中国东南沿海,二者共同导致长江流域低空水汽辐合加强;在高、低层环流的共同作用下,长江流域持续性降水显著偏多,形成准双周振荡的极端湿位相;同时,长江以北高空位涡正异常导致其下方冷空气下沉,触发长江流域异常上升运动和南海地区异常下沉运动,该经向垂直环流圈的形成有利于长江流域正异常降水的维持。反之则形成极端干相位。      

线性准地转模型中副热带感热加热强迫的定常波

通过求取定常线性准地转位涡模式的解析解,研究了感热加热强迫所激发的副热带定常波的结构特征,讨论了基本流、牛顿冷却及地面摩擦等对定常波振幅和位相的影响。结果表明,东风时定常波在垂直方向上表现为上、下层反位相的第一斜压结构,且地面系统远强于中高层;西风时定常波呈现出向上的传播特征,在高层,随着风速增大振幅随高度的升高有增大趋势。在近地层,东风时气旋（反气旋）主体位于加热西（东）侧;西风时气旋（反气旋）主体位于加热东（西）侧,近地层以上相反。此外,发现东、西风基本流的作用具有对称特征,这与潜热加热显著不同。研究结果还表明,牛顿冷却对定常波有重要影响,基本流越弱影响越显著。在静止大气中,感热加热强迫下无斯韦尔德鲁普（Sverdrup）解,考虑牛顿冷却时,感热强迫在热源范围内的近地层和中高层分别激发出气旋式和反气旋式环流,气旋中心位于加热中心略偏西的位置。在非静止大气中,牛顿冷却项使地面系统中心向上风方向移动,东风时向东移。牛顿冷却对高、低层系统均有削弱作用。地面摩擦则明显不同,它总会使低层系统减弱,高层系统增强。     

南海夏季风爆发前后扰动演变及其数值研究

以球面正压涡度方程为数学模型，建立了线性和非线性的数值积分模式，通过在模式中设置不同的基本流场和初始扰动场，研究基流和初始场对扰动发展的作用，揭示在球面正压大气中扰动发展的动力学机制。数值试验结果表明:在线性模式中，扰动的移动和发展与基流的分布有着很密切的关系，基流影响着扰动纬向传播的速度和方向； 在非线性模式中，当基流稳定时，扰动的移动以及传播与线性模式的结果相同，但与线性情况的最大区别在于，此时扰动能量的增长存在上限。同时发现，扰动的发展既依赖于基本气流的分布，也依赖初始扰动的结构；南海夏季风爆发前后的基本流场是正压不稳定的，且这种不稳定在季风爆发时达到最强，这可以成为季风爆发的动力学解释。     

Modeling the evolution of the family of Mediterranean cyclones using the regional model of the atmosphere

Due to the complex orography and the presence of the moisture-saturated air, the Mediterranean region is characterized by the increased baroclinic and convective instability, that leads to the sudden cyclogenesis and the formation of dangerous weather phenomena. The results are given of the investigation of formation mechanisms of Mediterranean cyclones, peculiarities of stages of their evolution and dynamical processes, which occur throughout the atmosphere, using the regional numerical ETA model of the atmosphere by the example of individual cases of the cyclogenesis over the Mediterranean Sea. It is revealed that the cold Arctic air outbreak (the intrusion of the cold Arctic air) to the south of the Western Europe, leading to the formation of the areas of the baroclinic instability and the increased moisture content of the air in the area of the vortex origin, favors the cyclogenesis. The use of the vertical coordinate η in the model enabled to compute more precisely the vertical wind speed, therefore, the influence of the orography on the moisture content and precipitation increase became pronounced. The transformation of the structure of meteorological fields in the course of the development of vortexes is considered. The computation of the helicity is made, and it is shown that this characteristic can be one of the earliest predictors of cyclogenesis.     

再论夏季西太平洋副热带高压的西伸北跳

利用NCEP/NCAR再分析资料, 选择了1998年、2003年和2005年夏季我国东部雨带位置变化过程进行诊断分析。研究表明:夏季我国东部暴雨带位置的变动, 受西太平洋副热带高压西伸北跳 (南撤东退) 的调节。当副热带高压西伸北跳 (南撤东退) 时, 暴雨带向北 (向南) 移动。在副热带高压西伸北跳持续时期, 长江流域中下游地区出现高温酷暑天气。副热带高压西伸北跳是由于欧亚大陆上空存在静止Rossby波列, 波的能量沿着高空副热带急流向东传播到我国沿海海岸 (115°~130°E) 时, 在该地区激发出一个长波脊。这个长波脊的建立, 使得副热带高压和对流层上部的青藏高压都朝长波脊方向伸展, 表现为“相向”而行。而当在沿海海岸上空激发出一个长波槽时, 副热带高压南撤东退而青藏高压退回到高原上空。当夏季沿海海岸上空的长波脊持续维持时, 长江中下游会出现持久的高温酷暑天气。根据夏季天气预报的经验, 欧洲中期数值预报中心发布的预报对副热带高压的西伸北跳有较好的可预报性。     

水汽输送与江南南部初夏雨季及降水变化的联系

基于1961—2010年美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的逐日再分析格点资料,分析了初夏水汽输送的分布和演变过程及其与中国江南南部初夏雨季的关系。结果显示,初夏水汽输送总体上随夏季风前沿自南向北加强,有3次水汽通量突然增大的涌先后从中国南海北传到25°N及其以南、25°—30°N、30°N及其以北地区,水汽涌和相应峰的发生时间分别对应华南前汛期、江南南部初夏雨季、长江流域梅雨的开始和结束时间。江南南部在初夏雨季处在水汽通量高值区的北缘、水汽辐合区内。青藏高原南侧水汽辐散区是影响江南南部初夏雨季的直接水汽源,澳大利亚北部到印度洋和阿拉伯海南部地区的大面积水汽辐散区则是间接水汽源。经向水汽输送演变对雨季起(讫)具有标志性意义,纬向水汽输送也不容忽视。雨季开始(结束)时江南南部地区的南界(北界)中低层水汽流入(流出)显著增大,但北界(南界)水汽通量并未同步发生显著变化;雨季期间的纬向水汽输送明显增强,水汽通量大于经向水汽输送。雨季强、弱具有年代际变化,且与纬向水汽流入的相关比经向水汽流入的相关更显著。影响江南南部初夏雨季的水汽输送路径主要有两条,北支是从孟加拉湾北部经缅甸和云南、贵州的水汽输送,南支是经孟加拉湾、中南半岛、中国南海与西太平洋副热带高压西侧水汽汇合的水汽输送。强雨季年孟加拉湾北部的东北向水汽输送和中国南海的北向水汽输送都增强,弱雨季年则相反。孟加拉湾、中国南海南部和西太平洋暖池区是显著的水汽辐合区,是江南南部初夏雨季的水汽输送通道而不是水汽源,水汽辐合越弱(强)越有利于(不利于)江南南部初夏雨季的降水,其影响机制可能在于通道上的对流活动对江南南部初夏雨季水汽输送具有拦截作用。     

西北太平洋热带气旋移动路径的年际变化及其机理研究

利用JTWC的热带气旋资料、NCEP/NCAR再分析的风场资料以及Scripps海洋研究所的海温资料分析了西北太平洋热带气旋(TC)移动路径的年际变化及其机理。结果表明,西北太平洋TC移动路径有明显的年际变化并与西太平洋暖池热状态有很密切的关系。当西太平洋暖池处于暖状态,西北太平洋上空TC移动路径偏西,影响中国的台风个数偏多;相反,当西太平洋暖池处于冷状态,西北太平洋的TC移动路径偏东,影响日本的台风个数偏多,而影响中国的台风个数可能偏少。本研究以西太平洋暖池处于冷状态的2004年与西太平洋暖池处于暖状态的2006年的西北太平洋TC移动路径的差别进一步论证了这一分析结果并从动力理论方面分析了在西太平洋暖池不同热状态下,季风槽对赤道西传天气尺度的Rossby重力混合波转变成热带低压型波动(TD型波动)的影响,以此揭示西太平洋暖池的热状态对西北太平洋TC生成位置与移动路径年际变化的影响机理。分析结果表明,当西北太平洋暖池处于暖状态时,季风槽偏西,使得热带太平洋上空对流层低层Rossby重力混合波转变成TD型波动的位置也偏西,从而造成TC生成平均位置偏西,并易于出现西行路径;相反,当西太平洋暖池处于冷状态时,季风槽偏东,这造成了对流层低层Rossby重力混合波转变成TD型波动的区域,以及TC生成的平均位置都偏东,从而导致TC移动路径以东北转向为主。     

青藏高原异常雪盖和ENSO在1998年长江流域洪涝中的作用

1997/1998年冬季青藏高原大部地区积雪异常偏多，出现了历史上罕见的严重雪灾。作者在回顾关于青藏高原雪盖与中国季风雨关系的基础上，分析了1998年夏季各月中国东部降水分布和主要雨带移动的特点，并与青藏高原多雪年夏季我国主要雨带活动的统计特征进行对比分析，探讨了1998年夏季长江流域洪涝的成因。结果表明，1998年夏季降水的一些重要特征:如6月强降雨出现在湖南、江西、浙江一线，7月二度梅发生在湖南北部、湖北南部、江西北部一带，8月长江上游、汉水流域和黄淮地区降水频繁，以及夏季我国主要雨带北移明显推迟，都与多雪年的情况非常相似。突出地反映了1998年夏季长江流域洪涝的发生，前期冬季青藏高原出现的积雪异常起着重要的作用。多雪年夏季西太平洋副热带高压北移也明显偏迟，致使中国主要雨带持续偏南，造成长江流域降水异常偏多。另外，分析表明，它还与1997年强厄尔尼诺的共同作用有密切关系。     

经验正交函数展开气象场收敛性的研究

本文从理论上证明,一个气象场的总方差可分解为代表气象场基本特征的信号场方差和代表随机干扰的随机场方差两部分。研究表明,若给定气象场总方差,则当噪声场方差强时,信号场方差必较弱,反之亦然。在此基础上,论证了经验正交函数(记为EOF₃)收敛速度的影响因素,指出EOF₃用于气象场时,其收敛于原始场的速度取决于场的联合熵及场内各站点的个别熵敛两方面因素,并以前者为主。在标准化情况下,上述因素等价于气象场本身的相关结构和场内空间分布变动程度对收敛速度的影响。文中提出对任一气象场资料应用EOF₃方法时,预估其收敛速度的几种经验性判据。分析表明,这些判据的应用效果很好。      

青藏高原热源与天气系统影响灾害性天气的研究进展

青藏高原热源与天气系统对我国灾害性天气的影响一直是高原气象学的重点和难点。本文从高原热源与天气系统影响灾害性天气关键区与强信号、高原涡与西南涡基本结构和演变特征及其东移机制、高原热源与天气系统关系及其对暴雨天气影响、基于高原影响的灾害性天气分析诊断预报技术等4个方面,综述了其近10年内的最新进展;并针对高原地-气过程影响、天气系统分布演变特征、高原影响灾害性天气机理和高原气象观测试验布局等研究指出了存在的主要问题;最后,围绕高原气象综合观测系统、高原天气变化理论和高原天气预报技术展望了青藏高原影响灾害性天气未来的主要发展趋势。      

1958年8月4—12日西太平洋副热带高压减退过程的研究

本文对1958年8月4—12日中国大陆上西太平洋副热带高压减退过程作了分析。结果指出:它的减退是从200—400毫巴层次中开始,然后向上向下传递,最大变化发生在200毫巴层上,500毫巴以下高度场的变化是很小的,这是由于对流层顶附近的动力因子所决定的。文中还指出,大型环流发展所引起的经圈环流和东风急流显著的变动,是造成高压减退很主要的因素。本文还进一步分析了东风急流减退的物理机制和高压本身结构的演变特点,以及这种变化对高压减退所起的作用。     

青藏高原对形成江南“倒春寒”过程的影响的数值试验

利用一个有较高水平分辨率的有较完整物理过程的五层谱模式（T42L5），研究了青藏高原对形成长江以南的“倒春寒”过程的影响。结果表明，在春季，青藏高原的动力作用有利于北来冷空气沿其东侧南下，又有利于其东南侧的南支低槽的形成和维持，而高原东侧的背风坡作用利于南支槽的加深及东移而影响长江以南地区，使之易于出现并维持低温过程，并有倒春寒天气过程发生。     

一次新疆伊犁河谷特大暴雨过程的环境场及不稳定条件分析

伊犁河谷是新疆地区暴雨多发且暴雨强度最强的地区。本文以该地区的一次特大暴雨过程为例,利用观测资料以及WRF高分辨率数值模拟结果对该次暴雨过程的环流背景及不稳定条件进行了分析。结果表明:（1）此次降水过程发生在对流层高层南亚高压“双体型”,中层中高纬度“两脊一槽”以及两个中亚低涡发展移动的环流形势下。在伊犁河谷特殊的向西开口的喇叭口地形作用下,中心位于哈萨克斯坦的中亚低涡导致伊犁河谷低层为偏西风,中心位于塔里木盆地的中亚低涡使得伊犁河谷中层为偏东风,导致伊犁河谷内中低层水平风的垂直切变增强;伊犁河谷内,地形及哈萨克斯坦中亚低涡环流的共同作用形成了低空辐合线,辐合线附近形成的辐合区正好与高空急流辐散区垂直叠加,引发河谷内的上升运动增强。低层西风将水汽输送进河谷,并在河谷内迎风坡附近堆积,上升运动增强后导致河谷内堆积的水汽得以抬升。（2）WRF模拟结果分析显示,散度分布、垂直风切变、水汽及热力层结分布等对降水产生均有重要贡献。通过对湿位涡垂直及水平分量的分析得出热力层结影响的对流不稳定对前期降水的产生有影响,同时,垂直风切变影响的对称不稳定对降水增强维持有重要作用。位势散度分析进一步指示出整个降水区低层的对流不稳定主要是由于位势散度的垂直切变部分造成,而位势散度的散度部分能加强河谷内小地形背风坡处的对流不稳定,说明整个降水演变过程中,动热力因子的相互作用共同影响了降水强度和落区。