NCEP／NCAR再分析资料中南北半球大气质量交换的特征研究

用1948～2000年共53年的NCEP／NCAR再分析资料,分析了南北半球大气质量交换的周期变化特征和两半球大气质量交换通道的空间分布。结果表明：两半球的大气质量交换从长时间来看基本上是平衡的。两半球质量交换的季节变化表现为明显的半年周期,冬季和夏季的交换比较显著,且以夏季为主;具有显著的十年际变化;年际变化特征总体来看不显著,只在1980年代～1990年代存在较为显著的2-5年的年际振荡。NCEP资料存在较大变更的三个时段（以1968、1979年为分界）的周期变化特征确实存在一定的差异。全球平均异常向南的越赤道质量输送不存在很强的季节依赖性,主要由低空北半球太平洋．大西洋副热带高压南侧东北信风和亚洲季风区对流层高层副热带高压南侧的越赤道东北气流决定,亚洲季风区冬季南下的冷空气也起到很大的作用;而异常向北的越赤道质量净输送则主要发生在夏季,主要由亚洲季风区越赤道西南季风决定,特别是索马里越赤道急流从对流层低层到高层整层的向北输送,同时对流层低层赤道中东太平洋．大西洋信风区的东南信风也有较大的贡献。     

大气环流的季节变化和季风

利用多年平均气候资料计算了全球各地和各等压面上的大气环流季节变率（即冬季和夏季环流之差或者1月和7月环流之差再除以年平均）,发现在对流层低层环流有5个很突出的季节变率极大值的区域,分别位于热带和南北两半球的副热带和中-高纬度带（温-寒带）,它们分别对应于经典所谓的热带季风区,太平洋、印度洋和大西洋的副热带高 压季节性移动区域,以及温-寒带气旋的风暴轴线区域。这5个区域也可分别称为热带季风区、副热带季风区和温-寒带季风区。季节变率带有鲜明的斜压性:在对流层低层热带季风和副热带季风虽相互连接然而仍然明显可分,但越往上,副热带季风一支就越往低纬移动,结果在200 hPa处与热带季风混合为一,形成为斜交赤道的带,和所谓的行星季风区相对应;再往上,在平流层上层,则南北两半球各在中纬度带有一完好的非常鲜明的季节变率极大值带,它们与黑夜急流的维持和崩溃有关。此外,文中还探索了各季节来临的时空分布以及年际变化等问题。     

亚澳季风区水汽收支时空分布特征

用1980～1989年NCEP/NCAR再分析资料计算了亚澳季风区视水汽汇并分析了其水汽收支时空分布特征。结果表明,该研究范围水汽收支的典型空间分布型为南北型,即南半球澳大利亚季风区与北半球亚洲季风区相反的分布形势,而且这种分布形势有明显的季节变化。冬季北半球亚洲季风区为水汽源,110～135 E之间大陆桥附近、80 E附近及40～50 E之间的三支越赤道水汽输送通道将北半球水汽输送到南半球澳大利亚季风区及南印度洋,成为水汽汇,夏季南半球澳大利亚季风区和南印度洋为水汽源,上述三支越赤道水汽输送通道实现与夏季反向的水汽输送,将水汽由南半球输送到北半球亚洲季风区,此时亚洲季风区为水汽汇。春季和秋季赤道辐合带为主要的水汽汇,亚澳季风区无明显越赤道水汽输送。     

广东沿海强东北季风的概率预报方法

用1979～1999年共21年资料分析了全球越赤道气流的空间分布,并初步讨论了东半球低层主要通道越赤道气流强度的年际变化特征。结果表明,全球越赤道气流分布存在明显的空间不对称性,即通道分布的高低层不对称性和沿纬圈不对称。低层通道窄而多,高层通道宽而少;东半球低层通道数目远较西半球多,且强度更强。无论高、低层,夏季越赤道气流总和都强于冬季。这也反映了南北半球空气质量交换的时空分布的不对称性,即空气质量的交换主要集中在夏季和东半球。 东半球低层越赤道气流的年际变化主要受TBO(2～3年周期)和ENSO(4～7年周期)的周期振荡影响,尤其是北半球夏季85 oE弱的越赤道气流年份基本上都与ENSO年相对应。这说明85 oE越赤道气流的强弱不仅决定于南北半球环流,还与热带纬向环流有关。而冬季105 oE越赤道气流的强弱不仅受TBO的影响,同时还受ENSO的影响。东半球各不同通道越赤道气流的年际变化特征必将对亚洲季风及降水有重要影响。     

夏季亚澳季风区两支越赤道气流年(代)际变化及其与夏季风活动的联系

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了夏季索马里急流和105°E越赤道气流变化的异同及它们与亚洲夏季风的关系.结果表明:两者强度的年际变化、年代际变化、突变时间及周期都明显不同;两者的年际变化在某些年代显示出很强的负相关关系;索马里急流与亚洲夏季风的南亚夏季风、东亚副热带夏季风和南海夏季风有很好的相关关系,而105°E越赤道气流仅与南海夏季风关系密切;两支越赤道气流对亚洲夏季风系统各成员的影响存在明显差异.     

澳大利亚冷空气活动与西北太平洋台风频次的关系分析

利用中国气象局《台风年鉴》资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析1968—2006年北半球夏季（6—9月）澳大利亚冷空气活动与西北太平洋夏季台风频次（WNPSTYF）的关系,并研究其影响的可能机制。结果表明,夏季澳大利亚东部对流层经向风年际增量变化与WNPSTYF年际增量变化呈显著正相关;西太平洋近赤道区对流层上层纬向风年际增量与同期WNPSTYF年际增量呈显著负相关。澳大利亚冷空气活动影响WNPSTYF的可能机理是:当澳大利亚东部从对流层低层至上层的经向风年际增量有南风异常时（此时澳大利亚西侧对流层上层有年际增量的北风异常）,冷空气在向低纬移动过程中受热上升,同时因柯氏力向左偏转,并在对流层上层向中纬度辐散,导致110～160 °E区间的南半球近赤道附近对流层上层纬向风年际增量的偏北东风异常;由于赤道上空大气运动的无旋转特性及连续性,北半球也会出现同向的纬向风年际增量异常。赤道附近对流层上层纬向风年际增量的东风异常产生纬向风的经向切变,使对流层上层出现涡度年际增量的负异常;对流层上层涡度年际增量负异常的抽吸作用导致对流层低层出现涡度年际增量的正异常,利于台风生成,导致台风年际增量偏多。反之亦反。      

夏季北大西洋三极型海温异常与中国西南地区气温年际变化的联系

利用1951—2016年Hadley中心海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和全国160站气温资料，研究了夏季北大西洋三极型海温异常与中国气温年际变化的联系及可能机制。结果表明，夏季北大西洋三极型海温异常与同期中国西南地区气温年际变化存在显著的负相关关系。夏季北大西洋“-+-”三极型海温异常激发的北半球中高纬欧亚遥相关波列，引起贝加尔湖地区位势高度升高，产生反气旋性环流异常，并引起东亚地区位势高度降低，产生气旋性环流异常。西南地区在对流层中下层位于贝加尔湖异常反气旋性环流的东部和东亚异常气旋性环流的西部，在两者的共同作用下，受异常偏北气流影响，有利于冷空气南下和堆积。与此同时，对流层高层的东亚副热带西风急流位置偏南，西南地区位于急流南侧的异常上升气流中。此种环流形势配置导致中国西南地区气温降低，反之亦然。     

夏季亚洲季风区对流层向平流层输送的源区、路径及其时间尺度的模拟研究

基于NCEP/NCAR分析资料和拉格朗日轨迹输送模式FLEXPART, 通过气块轨迹计算, 对2005年夏季亚洲季风区对流层向平流层输送 (Troposphere to Stratosphere Transport, 简称TST) 的近地层源区、 输送路径及其时间尺度问题进行了一些初步探讨。结果表明: (1) 夏季亚洲季风区TST两个主要的边界层源区, 一个是热带西太平洋地区; 另一个是青藏高原南部、 孟加拉湾以及印度半岛中北部等地区, 上述两个区域与夏季强对流的分布相一致。在对流层顶高度附近 (约16 km高度), 两个近地层源区的垂直输送贡献相当。但进一步分析发现, 穿越对流层顶高度的质量输送只有约10％能够进入20～22 km高度的平流层中, 且主要源于以青藏高原南侧为代表的南亚季风区 (约贡献75%), 这进一步强调了青藏高原及其周边区域在全球TST过程中的重要地位。 (2) 轨迹分析显示, 夏季亚洲季风区对流层进入平流层的 “入口区” 主要在 (25°N～35°N, 90°E～110°E) 区域的青藏高原及其周边区域。TST路径受对流层上层南亚高压闭合环流、 北半球副热带西风急流和赤道东风急流的共同控制。 (3) 亚洲季风区TST两个主要的过程, 一个是和夏季湿对流抬升直接联系的快速输送过程, 它可以使近地层大气在1～2天内输送到平流层中, 贡献了整个TST的10%～30%; 另一个是大气辐射加热所致的大尺度垂直输送, 该输送是一个相对的慢过程, 时间尺度一般为5～30天。此结果意味着, 源于地表的短生命周期的大气污染物可通过光化学反应过程对该区域平流层臭氧及其他大气痕量成分平衡产生重要影响。     

北半球大气质量的平均月际变化

本文根据1930-1939年间北半球逐月海平面平均气压图,计算逐月之间南北两半球大气质量的输送,以及北半球海洋区与大陆区之间的大气质量输送。本文获得以下几点主要的认识: (1)每年自1月至7月北半球的大气质量逐渐减少,自7月至1月则逐渐增加,半年增减的总质量约为10.3×10~(18)克,但半年增加与半年减少期中增减的速度并不一致。 (2)5—6月与10—11月两半球之间的大气质量输送最为强烈。 (3)两半球之间的质量输送一般大于北半球海陆区之间的质量输送。 (4)两半球之间的质量输送主要决定于亚欧大陆区逐月间的大气质量变化。 (5)亚洲区与太平洋区月际大气质量变化异常时,对我国月平均温度距平分布及水旱区域分布有明显的影响。     

1991和1994年南京夏季降水异常与副热带东北太平洋海温异常的联系及成因

利用1979-2015年降水观测资料、海表温度资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了南京夏季降水的时间变化规律,发现南京夏季降水具有明显的年际和年代际变化特征,且总体呈增多趋势。1991年南京夏季降水为极端正异常年份,距平为343.92 mm;1994年南京夏季降水为负异常年份,距平为-273.78 mm。南京夏季降水与副热带东北太平洋（美国加利福尼亚地区西海岸）海温异常存在显著的负相关关系,1991年副热带东北太平洋海温负异常,1994年副热带东北太平洋海温无显著异常。1991年副热带东北太平洋海温负异常,引起该地区上空低层辐散、高层辐合,热带中东太平洋上空低层辐合、高层辐散,这样的环流异常引起中东太平洋上空存在异常上升运动,该异常上升运动则通过纬向垂直环流引起菲律宾附近产生下沉运动并抑制该地区对流活动,激发出负位相的EAP/PJ型遥相关波列,引起了包括南京在内的长江流域降水正异常;同时,水汽由菲律宾地区向南京地区输送并辐合,有利于南京地区1991年夏季降水偏多。1994年副热带东北太平洋海温无显著异常,菲律宾附近对流活动活跃,激发出正异常的EAP/PJ型遥相关波列;同时,水汽由黑潮延伸区经日本列岛向西输送,南京地区为水汽辐散区域,使得1994年南京夏季降水负异常。     

DIAGNOSTIC ANALYSIS OF A RAINSTORM IN SHANDONG PENINSULA INFLUENCED BY A DISTANT TROPICAL DEPRESSION

Based on the observational data as well as data of satellite, NCEP reanalysis and moist potential vortex, the heavy rainfall event that occurred away from the outer cycle of tropical depression Kaemi (No.0605) on July 27, 2006 in Shandong Peninsula has been analyzed. The results show that there are three severe convective cloud clusters during the heavy rainfall. The uprightness of coupling pattern between upper-layer jet and low jet and a divergence area, which appeared in the right of upper-layer jet, provided favorable environmental conditions for convective cloud clusters. The strong convective weather happens over the prefrontal warm sector and the storm rainfall mainly distributes in the front of a high-energy area.Positive vorticity distribution and transportation of warm advection in low levels provide dynamic and thermal conditions for the rainstorm. The spatial-temporal evolvements of physical variable fields and MPV2 as the horizontal component of moist potential vorticity show that the rain intensity change is determined by upper and low level jets and the area of MPV2>0 occurs at the front of the low jet cores.     

阿克苏北部暴雨和冰雹湿位涡对比诊断分析

应用湿位涡理论，分别对阿克苏北部2次暴雨和冰雹过程进行诊断分析。结果表明：θse面陡立易导致湿斜压涡度发展，形成θse陡峭密集区，密集区内暴雨和冰雹容易发生；850hPa MPV1〈0和MPV2〉0以及700hPa MPV1〉0和MPV2〈0，易产生暴雨，且MPV1和MPV2数量级相当，即正压过程与斜压过程同样重要。冰雹发生时850hPa MPV1〉0和MPV2〈0，由于影响系统的不同，700hPa MPV1和MPV2分布有所不同，但存在MPV1和MPV2的正负配置，有利于倾斜涡度发展。     

一次北方春季罕见暴雨天气的湿位涡分析

应用湿位涡理论 ,对 2 0 0 3年 4月发生在山东境内的一次暴雨天气进行诊断。结果表明 :暴雨产生在θe 线陡立密集区附近 ,θe 线陡立密集区附近对流稳定度较小 ,有利于湿斜压涡度发展 ;湿位涡在 70 0hPa上具有MPV1 <0 ,MPV2 >0的特征 ,对流层高层高值湿位涡下传有利于位势不稳定能量的储存和释放 ,也是低涡东移发展为气旋的重要机制。     

Evolution of moist potential vorticity during a warm-zone heavy rainfall event in the Pearl River Delta

First,based on routine meteorological data,the synoptic characteristics of a heavy warm-sector rainfall that occurred on June 13,2008 in the Pearl River Delta were analyzed.Second,a mesoscale numerical model,Weather Research and Forecasting(WRFV2.2),was used to simulate the heavy rainfall. Diagnostic analyses were done of moist potential vorticity(MPV)for its horizontal components(MPV2) and vertical components(MPV1)based on the simulation results of WRFV2.2 to identify the mechanism of the rainfall development.The results showed that the heavy rainfall occurred when there were high MPV1 in the upper levels and low MPV1 and high MPV2 in the lower levels.Disturbances of high MPV1 in the upper levels came from the southwest or northwest,those of low MPV1 in the lower levels came from the southwest,and those of high MPV2 came from the south.Disturbances of low MPV1 at low levels were the direct cause of convective instability.Enhanced vertical shear of meridional wind led to increased MPV2 at lower levels,strengthened baroclinicity,and active warm and wet flows.These distributions of MPV helped to trigger the release of unstable energy and produce warm-sector heavy rainfall.As it integrates the evolution of dynamic and thermal fields,MPV is able to reveal the development of this heavy rainfall effectively.     

湿位涡在"96.8"特大暴雨过程中的应用分析

1996年 8月 3～ 5日受减弱的 96 0 8号台风低压影响 ,河北省境内出现了自“6 3 8”以来的特大暴雨过程 (简称“96 8”特大暴雨 ) ,暴雨落区覆盖了太行山的东、西两侧。文中利用非静力中尺度模式MM5和常规观测资料运算结果 ,根据倾斜涡度发展理论 ,对台风减弱低压在北方产生强降水的“96 8”暴雨过程进行分析 ,发现湿位涡这一综合物理量对此类暴雨具有较好的指示意义 ,MPV1小于 0且MPV2大于 0的区域对应暴雨区。     

湿位涡在广西冰雹大风天气过程诊断分析中的应用

应用湿位涡理论,对2006年4月发生在广西的3次冰雹大风强对流天气过程进行了详细地诊断分析.结果表明:θsc线陡立密集区附近对流稳定度很小,冷空气从高层沿等熵面下滑的过程中绝对涡度增加,导致气旋性涡度的发展加强,为冰雹、大风天气的易发地;强对流天气发生前对流层高层有湿位涡高值中心向下传播,强对流易在正压湿位涡等值线相对密集零线附近和925 hPa上斜压湿位涡负中心附近出现.     

影响山东的台风暴雨天气的湿位涡诊断分析

应用湿位涡理论 ,对发生在山东境内由台风和台风减弱的低压引发的两场大暴雨过程进行诊断。结果表明 :这两场暴雨都产生在θe 陡立密集区附近 ,θe 陡立密集区附近易导致湿斜压涡度发展 ;对流层中低层MPV1 <0 ,850hPa上MPV2 >0 ,综合反映了暴雨区对流不稳定和斜压不稳定的发展 ;对流层高层高值湿位涡下传 ,有利于位势不稳定能量的储存和释放 ,使降水增幅。     

珠三角一次暖区强降水过程湿位涡的演变特征

首先利用常规资料分析了2008年6月13日发生在珠江三角洲地区的一次暖区强降水的天气背景,再借助于高时空分辨率的WRF中尺度数值模拟结果,对等压面湿位涡在强降水过程中的演变进行了诊断分析,结果表明:暴雨出现在高层高值MPV1和低层低值MPV1、低层高值MPV2的配置区,本次暴雨高层高值MPV1扰动来自西北和西南方向,低...     

“海棠”台风远距离强降水分析

对2005年"海棠"台风倒槽造成河南特大暴雨过程的湿位涡分析结果表明:倾斜涡度发展是暴雨产生和加强的重要机制之一,暴雨产生在eθ线陡立密集区内,湿位涡在这次暴雨过程中边界层内925hPa具有MPV1>0、MPV2<0的特征,此次暴雨产生在正的MPV1中心附近,有利的地形条件在一定程度上增加了降水量。     

广义湿位涡理论及其应用研究

押重点介绍了诊断暴雨落区与强度的广义湿位涡理论研究方面的两个内容,一是由于暴雨系统中强降水引起的质量亏空导致的暴雨系统中质量强迫下的湿位涡异常理论,二是非均匀饱和大气中的广义湿位涡理论;对暴雨系统中质量强迫的物理意义和非均匀饱和大气中的广义位温引入的思路与意义作了详细说明,并对位涡理论作了细致推导。在此基础上,针对暴雨个例,利用质量强迫的湿位涡异常和非均匀饱和广义湿位涡异常诊断了暴雨落区,从理论和诊断上论证了利用这两种湿位涡异常判断暴雨落区的可行性。