青藏高原动力和热力作用对热带大气环流影响的数值研究

应用在CCM3气候模式基础上发展的一个CCM3(R15L9)长期预报模式 ,进一步研究了青藏高原热力和动力作用对夏季热带地区大气环流的影响。结果表明 :在 6月初夏季节 ,青藏高原动力和热力作用在 30°N和 30°S一带有明显的增温效果 ,有利于北半球副热带西风减弱北移、热带高层东风增强北进、南半球西风带北压和赤道中低层西风形成和加强。加速了季节转换过程 ,有利于增强越赤道气流和南北半球的大气交换作用 ,还有利于在南海、菲律宾以东海面上热带气旋的形成和发展 ,以及140°E以东热带太平洋地区的东风波动的形成和发展     

夏季青藏高原500hPa高压活动期间大气加热状况与大气环流特征

由于青藏高原５００ｈＰａ层出现高压系统的活动，使高原大气产生＂上高下高＂的气压场结构，从而东亚大气环流也发生某些相应的变化。本文统计分析了高原５００ｈＰａ高压的散度与垂直速度分布、高原大气热源的演变和１００ｈＰａ层涡度、纬向风以及经圈环流的变化等。结果认为，由于夏季高原５００ｈＰａ高压的活动，使高原上空垂直上升运动和对流加热受到抑制，１００ｈＰａ南亚高压强度减弱、位置北抬、有向西部型过渡的特征．高原北侧西风急流减弱，东风急流南支与北支合并后位于原北文东风急流位置以南，侵入高原南麓的西南季风减弱。与此同时，孟加拉湾上空上升运动有所增强，其对流加热对维持东风急流乃至南亚季风将起重要作用。     

东亚—北太平洋大气环流和瞬变扰动的年代际变化

用NCEP/NCAR再分析资料,分析了东亚—北太平洋大气环流、大气斜压性和天气尺度瞬变扰动活动的年代际变化特征。东亚—北太平洋地区低层大气温度和比湿及高层的西风急流都存在明显的年代际变化。西风年代际异常与大气斜压性年代际异常之间有密切联系。夏季北太平洋北部到西伯利亚高原上空的天气尺度瞬变扰动活动年代际增强,但夏季低层瞬变热力和瞬变水汽强迫的年代际异常对北太平洋中纬度低层平均温度和比湿年代际异常的作用并不显著。冬季,西太平洋西风急流年代际增强与急流下方大气斜压性年代际增加相一致,使该地区瞬变扰动年代际增强,增强的瞬变扰动将更多能量传送给西风气流,巩固了西风急流的年代际异常。年代际尺度上冬季异常的瞬变热力强迫和瞬变水汽强迫对低层大气温度和比湿异常有显著的削弱作用。     

北极涛动的纬向对称结构

运用NCEP／NCAR再分析月资料,分季节研究了北极涛动的纬向结构,以及与之相对应的纬向平均纬向风和经圈环流异常的空间结构特征,并初步探讨了北极涛动的维持机制。结果表明,北极涛动在水平方向上主要呈纬向对称的环形模态,且这种结构在冬季北极涛动的活跃期表现更为显著;而夏季纬向对称型随季节风带的北移和极涡的减弱,其节点也相应向极地移动。与北极涛动纬向对称型相联系的纬向平均纬向风在冬季表现为明显的偶极型,向上延伸到平流层;而夏季这种形态明显减弱,并只限于对流层中。与冬、夏季北极涛动纬向对称型相对应的平均经圈环流异常均表现为增强的费雷尔环流和哈得来环流,这种形势有利于北极涛动形成正反馈机制,使之得以长期维持。     

北太平洋持续SSTA影响东亚初夏大气环流的数值试验

应用一个在NCARCCM3(T42L18)气候模式基础上发展的CCM3(R15L9)长期预报模式,模拟研究了北太平洋海区持续暖海温对东亚初夏大气环流的影响。结果表明,北太平洋海区海温持续偏暖引起亚洲—太平洋地区(20～40°N)对流层出现明显的增温带,有利于初夏东亚南支西风急流的减弱、北跳,东风急流加强北移和西太平洋副热带高压加强北抬,还有利于亚洲夏季风发展和东亚大陆近地面平均温度回升。上述环流特征,加速了东亚初夏季节转换过程。     

长江流域中下游梅雨时期500毫巴环流形势的分析

本文对1954—1962年5—7月500毫巴流型作了分析,确定了长江中下游各年的梅雨期,划分了梅雨期500毫巴环流型。分析指出,西太平洋副热带高压和东亚上空西风气流的变化,是决定入梅和出梅的重要因素,其中东经110°到125°之间的副热带高压脊线的变化更重要。当这个脊线从低纬度向北移动,越过北纬20°时,梅雨开始,再次北移越过北纬25°时,梅雨结束。500毫巴西风气流的变化是另一个指标。90°E上南支强西风消失,东风突然向北推进,是季节转换的标志,这以后,当115°—125°E上南支强西风北撤到北纬30°以北时,梅雨开始,再次北撤越过北纬35°时,梅雨就结束。     

2001年7月下旬河南连续性强降水中期天气特征

从大尺度环流形势场、西风环流指数、阻塞高压、副热带高压和南亚高压等方面,对2001年汛期强降水多发时段的中期天气特征进行了分析,结果表明①极涡由一个中心分裂为多个中心,北半球极涡呈偶极型或多极型,其中有一较强中心位于东半球偏于亚洲一侧;②亚欧中高纬环流形势为两脊一槽型,亚洲中部为一低压槽;③连续性强降水发生在西风环流指数由峰值向谷点过度的过程中;④鄂霍次克海阻塞高压的建立是造成我省连续性强降水的关键;⑤西太平洋副热带高压在短时间内迅速西伸北跳,140°E副高脊线位置位于30°N附近并稳定;⑥100 hPa南亚高压脊线北跳至33°N以北,且中心位置自西向东震荡并稳定于90°E以东地区.     

2001年7月下旬河南连续性强降水中期天气特征

从大尺度环流形势场、西风环流指数、阻塞高压、副热带高压和南亚高压等方面 ,对 2 0 0 1年汛期强降水多发时段的中期天气特征进行了分析 ,结果表明 :①极涡由一个中心分裂为多个中心 ,北半球极涡呈偶极型或多极型 ,其中有一较强中心位于东半球偏于亚洲一侧 ;②亚欧中高纬环流形势为两脊一槽型 ,亚洲中部为一低压槽 ;③连续性强降水发生在西风环流指数由峰值向谷点过度的过程中 ;④鄂霍次克海阻塞高压的建立是造成我省连续性强降水的关键 ;⑤西太平洋副热带高压在短时间内迅速西伸北跳 ,14 0°E副高脊线位置位于 30°N附近并稳定 ;⑥10 0hPa南亚高压脊线北跳至 33°N以北 ,且中心位置自西向东震荡并稳定于 90°E以东地区     

2000年江淮梅雨的分析和中期预报着眼点

20 0 0年江淮梅雨期的环流特征 ,在其入梅时表现为 :西太平洋副热带高压 1 2 0°E脊线的季节性北移具有明显的两周振荡周期 ;南亚高压脊线北移至 2 5°N和印度季风的爆发——加尔各答稳定西风的结束均能很好地预示江淮梅雨的开始。在出梅时 :亚洲地区地转风急流轴入梅后持续北移到 47.5°N,5 0°N稳定的超长波脊先于西太平洋副高调整 ,梅雨期后期在菲律宾东部洋面生成的 3号台风的北上 ,均对出梅的环流调整起到了显著的作用。     

冬季亚澳季风环流的低频耦合过程

利用1982—1983年和1984—1985年两个冬季的欧洲中期预报中心格点资料研究了冬季东亚西风急流与澳大利亚夏季风在低频尺度上的相互作用与可能的传播方式。结果表明,我国北部上空的西风急流(及相应的锋区)与澳大利亚的夏季风的低频变化有很好的一致性。它们的联系和相互作用表现为:东亚西风急流通过改变西北太平洋地区的越赤道气流影响澳大利亚夏季风的低频变化,而澳大利亚夏季风则通过增强或减弱的高空辐散向北气流影响东亚西风急流。将这种相互作用称为亚澳季风环流的“低频耦合过程”。     

青藏高原大气热力异常对西风急流的影响

本文基于NCEP/NCAR月平均再分析资料,分析了对流层上层200 hPa纬向西风的时空变化特征,并通过EOF分解得到一个表征西风急流位置的指数(Westerly Jet Position Index,WJPI);同时基于对流层中上层(500～200 hPa)温度纬向偏差,构建了一个描述青藏高原(简称高原)大气热力特征的指标(Plateau Atmosphere Heating Index,PAHI),定量分析了该指数与西风急流位置的关系。结果表明:由冬到夏西风急流轴不断北抬西伸,风速逐渐减小;各季西风急流轴均处于西风变率的小值区,表明各季急流均轴的位置较稳定。各季PAHI与200 hPa纬向风的显著正相关区均分布在高原北侧,即高原PAHI增强时,其北侧西风增强,南侧西风减弱,对流层上层西风急流北移;各季WJPI与PAHI之间均存在显著相关,表明PAHI异常对西风急流位置的变化有重要作用。     

广西区域霾过程高低空大气环流型影响分析

利用1980—2015年NCEP/NCAR逐日再分析资料和广西80个地面气象站资料,采用Lamb-Jenkinson方法对广西区域霾过程的大气环流进行分型,并探讨高低空环流型配置与区域霾过程的关系。结果表明:当地面东南风型、高空西风型时,广西出现霾过程的频率最高;地面东风型配合高空西风型对年霾过程的贡献最大,地面东南风型配合高空西风型主要出现在冷暖气流转换的春季、地面低压型配合高空高压脊型出现在西太平洋副热带高压明显加强、地面处于弱低压环境场的夏季、地面东风型配合高空西风型出现在环流稳定平直的秋季、地面东风型配合高空高压脊型出现在环流经向度明显增强的冬季,霾过程具有冬季多发、夏季少发的特点。近36年来,地面东风型配合高空高压脊型是广西霾过程呈偏多趋势的主导环流型。     

北半球冬季副热带高压带维持的涡度机制

本文利用涡度平衡方程讨论北半球冬季副热带高压的维持,计算发现,30°N副热带高压带地区,大型扰动所造成的涡度输送的辐散是维持这地区反气旋涡度的主要因子,这种辐散作用所造成的反气旋涡度主要发生在对流层上层,平均经圈环流对地转祸度的输送可以把它引导到对流层下层来。此外,我们还根据涡度输送的计算,讨论了西风急流的维持。向北的扰动涡度输送在45°N上空达极大值,因此它对中纬度西风和纬向平均急流的维持起着重要作用。但30°N上空,扰动的涡度输送为零,而平均经圈环流对地转涡度和相对涡度的输送都比较大,因此,可以认为副热带急流是在平均经圈环流作用下维持的。     

西太平洋暖池海温分布型及其与东亚大气环流的关系

采用海温资料和NCEP/NCAR 49 a再分析的高度场、风场资料,利用EOF、合成分析方法,研究了夏季暖池SSTA的时空演变,结果显示:夏季暖池SSTA具有整体一致性分布和南北区域的反对称分布两种空间分布型。根据这两种分布型划分了夏季暖池海温正、负异常年,分析了相应年份的风场环流特征,结果表明:SSTA为一致性分布时,暖异常年850 hPa暖池区上空有一反气旋偏差环流,副热带地区西风和低纬度地区东风都得到加强,200 hPa南亚上空为一反气旋偏差环流,沃克环流得到加强;冷异常年则相反。当SSTA为南北反对称分布时,北暖南冷年850 hPa暖池区上空为一反气旋偏差环流,15°N附近东风气流和赤道附近西风气流增强,200 hPa反气旋偏差环流中心移到东亚大陆上空,长江中下游地区为上升气流,降水明显增多,华北地区为下沉气流,降水减少;冷异常年则相反。     

北半球大气环流季节突变的诊断与模拟

本文根据扰动与纬向平均气流相互作用的EP理论,着重诊断了扰动在北半球大气环流季节突变中所起的作用,并使用一个二维数值模式分别计算了扰动、加热和耗散等因子对于环流变化的贡献。诊断分析表明,源于中纬度低层的斜压扰动能量向副热带对流层顶的输送与西风急流位置和强度的季节变化紧密相关。纬向气流对扰动的强迫作用的响应在“六月突变”中十分迅速显著,而在“十月突变”中不大明显。数值计算也表明,扰动强迫作用总是有利于在急流位置以北维持西风加速。数值计算还表明,无论是六月还是十月,加热场季节变化对于环流变化都十分重要,垂直湍流扩散对于十月环流变化的作用比较明显。     

索马里急流与南亚高压年代际变化的可能联系

索马里急流是北半球夏季最为强盛的越赤道气流,南亚高压则是出现在对流层高层、平流层低层最大最稳定的反气旋环流系统,基于近60年NECP/NCAR再分析资料,本文研究了年代际尺度上夏季索马里急流与南亚高压的联系。研究结果表明:年代际尺度上,索马里急流与南亚高压存在显著的正相关关系,当索马里急流偏弱(强)时,夏季南亚高压偏弱西退(偏强东进)。对不同年代际背景下南亚高压东西部的经向垂直环流的分析发现,当索马里急流处于偏弱位相时,南亚高压西半部(20°~70°E)经向垂直环流偏强,而其东半部(75°~120°E)经向垂直环流减弱;反之亦然。南亚高压南北两侧的纬向垂直环流的变化也有差异,索马里急流偏弱(强)时,北部南亚高压(27.5°~35°N)的青藏高原上空纬向垂直环流显著减弱(增强),而南部南亚高压(20°~27.5°N)的伊朗高原上空纬向垂直环流减弱(增强)明显。进一步的研究发现,年代际尺度上索马里急流与南亚高压的联系受到PDO(Pacific Decadal Oscillation)年代际变化的调制。PDO正负位相的转折,首先改变了对流层高层副热带西风急流的强弱变化,从而使得位于其南部的南亚高压强度和热带东风急流发生相应的改变,热带东风急流的变化又通过热带印度洋上空的局地纬向垂直环流将异常信号传递到对流低层,改变热带地区索马里急流的强弱变化。     

中国东南部冬季降水变化及其环流特征

利用1951-2011年中国160站降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,分析了中国东南部冬季降水的年际变化及与之相关的环流和水汽输送特征。结果表明:中国东南部冬季降水年际差异较明显,当降水异常偏多(少)时,蒙古高压及中国广大南方地区海平面气压异常偏低(高),而亚洲附近的洋面上则异常偏高(低);500 hPa上,巴尔喀什湖附近的高压脊和东亚大槽均偏弱(强);高层东亚西风急流异常偏弱(强),中东地区急流异常偏强(弱);中国东部20~30°N出现显著异常上升(下沉)运动,低纬度地区出现异常下沉(上升)运动。影响中国东南部冬季降水的水汽输送主要有两支:来自西风带绕高原的南支气流,经过阿拉伯海和孟加拉湾向华南的输送水汽;来自低纬西太平洋,经南海向中国西南的水汽输送。此外,东亚冬季风与中国东南部冬季降水关系密切。     

大气环流模式IAP AGCM4.0对东亚高空副热带西风急流的模拟及偏差原因分析

基于中国科学院大气物理所大气环流模式IAP AGCM4.0总共30年(1979~2008年)的AMIP(大气环流模式比较计划)数值模拟试验结果,评估了模式对东亚高空副热带西风急流的模拟能力,分析了模式模拟偏差的可能原因,以及不同对流参数化方案对模拟结果的影响。结果表明,IAP AGCM4.0可以较好地模拟出东亚高空副热带西风急流冬季和夏季的空间结构及其季节变化特征;与JRA-25再分析资料相比,模式模拟的急流强度总体偏弱;就急流位置而言,模式模拟的急流位置冬季略偏南,夏季则相对偏北;模式可以较好地模拟出夏季西风急流的季节内演变特征,包括夏季西风急流位置逐月北跳的特征,只是模式模拟的逐月西风急流位置仍偏北。夏季200 h Pa纬向风EOF分解结果表明,模式模拟和再分析资料的EOF第一模态空间型态较为接近,均反映了西风急流的年际变化特征,但两者的时间系数相关较小,表明模式对西风急流南北位置年际变化的模拟偏差较大。针对模式模拟的地表感热通量及对流层中上层经向温度差(MTD)的分析结果表明,模式对阿拉伯半岛东南部、阿拉伯海西北部及印度北部的地表感热通量的模拟存在偏差,影响到对流层中高层温度场、高度场的模拟,使得IAP AGCM4.0模拟的MTD强度较再分析资料相对偏弱,MTD变化最大的区域位置相对偏北,且模式模拟的MTD年际变化与再分析资料相比也有较大偏差,从而造成模式对西风急流模拟的偏差。此外,不同积云对流参数化方案也可影响对流层中上层经向温度差的模拟,进而影响模式对东亚高空副热带西风急流的模拟。     

青藏高原夏季带状MCSs的分类以及形成原因

利用2007-2011年夏季TBB（black body temperature）资料筛选出夏季青藏高原地区特征比较稳定的带状MCSs加以归类,结合NCEP资料及后向轨迹模型对其成因进行逐类探讨。结果表明,特征稳定的带状MCSs共有37例,可以按形状分为三类：北凸型、南界型和纬向型,其中北凸型发生得最多,纬向型最少。整个夏季有接近30％的时间,特别是在7月有近50％的时间都出现这种稳定的带状MCSs。高层南亚高压以及高空急流和低层500hPa切变线辐合及其南侧的高温高湿是带状MCSs生成的主要原因。500hPa上,纬向型带状MCSs一般发生在高原南北两侧较平直的东、西风气流中;北凸型发生时,高原北部为平直的西风气流,孟湾为较强的槽,高原东、南部受西南偏南气流影响;南界型时高原一般为西北气流,南侧有较强的孟湾气旋控制。围绕高原有4个水汽的辐散源地,带状MCSs对流区的水汽主要通过高原南侧和高原东南部的辐散源地进入对流区。     

1979年季风试验期间东亚地区夏季风爆发时期的观测研究

本文分析1979年季风试验期间5—7月从春到夏的季节转变过程。在亚洲南部和西北太平洋地区大范围夏季风爆发前1—2候,南半球40°—160°E之间中纬度地区高空西风急流有一次增强过程。南半球对流层中部的经向环流发展,对流层低层的越赤道偏南气流加强,这时亚洲南部和西北太平洋热带地区低空西南风风速增大,并且范围向北扩展,南亚地区对流层上部热带东风加大,季风环流圈加强,我国东部雨带出现季节性北移。看来南半球大气环流的变化对东亚地区夏季风的建立及其向北推进起着触发作用。