基于客观判识的青藏高原横切变线结构及演变特征合成研究

利用1981—2016年6—8月每天4次,分辨率为1°×1°的ERA-Interim再分析资料,基于纬向风的经向切变、纬向风速0线和相对涡度3个参数,在计算机客观自动判识青藏高原横切变线（简称高原横切变线）基础上,选取位于33°—35°N的高原横切变线个例13个,采用合成分析技术,研究了高原横切变线结构及演变特征。表明高原横切变线位于青藏高原主体80°—100°E范围内,在500 hPa呈东西走向、水平尺度近2000 km,垂直方向在高原上空可伸展至480 hPa、厚度可达近2 km。高原横切变线出现的环流背景是:500 hPa高纬度两槽两脊,青藏高原两侧分别为带状分布的西太平洋副热带高压（西太副高）和伊朗高压。在动力场上,高原横切变线走向与500 hPa正涡度带轴线走向一致,切变线附近为带状的涡度正值区和上升运动区,对应于无辐散带,辐散/辐合带分布在高原横切变线北/南侧;高原横切变线附近正涡度带垂直可伸展到350 hPa,上升运动伸展至200 hPa,但高原横切变线仅至480 hPa左右,为浅薄的斜压性天气系统,呈现随高度升高向北倾斜的特征。在水汽热力场上,高原横切变线是水汽汇聚带;高原横切变线附近南侧的600—500 hPa存在高假相当位温中心,具有非常明显的高温、高湿特征。高原横切变线从初始产生到发展强盛再减弱的演变过程中,其生命期近4 d,伴随西太副高西移过程,随着高原横切变线附近正涡度带范围增大、强度增强,高原横切变线发展,干冷空气的侵入导致高原横切变线强度减弱甚至消亡。      

山西省夏季年际气候异常研究2．北少（多）南多（少）雨型

采用EOF分解和合成分析方法研究了1960-2003年山西夏季降水异常之北少(多)南多(少)型(第二类雨型)和山西省气温的变化异常.结果表明,两者具有较好的对应关系.分析了第二类异常雨型的时空分布,并给出相应的典型年份.EOF时间系数变化特征揭示了山西夏季降水第二类雨型有显著的年际振荡.利用合成分析,从500hPa位势高度场、纬向风、850hPa风场、700hPa水汽场和水汽输送场等物理量场研究了山西夏季第二类雨型的环流异常特征.结果表明,第二类雨型与弱的东亚夏季风相关联,北多南少和北少南多是弱夏季风的不同表现.山西省夏季降水北多南少年副高呈带状分布,位置偏北,强度较强;中高纬度地区异常波列呈大圆路径分布,在高纬度地区存在纬向排列的- -波列,同时在东亚大陆沿岸存在经向排列的- -波列.并且华北北部有西风异常,北支锋区偏北,由西南向东北水汽输送较强.北少南多年与之相反.海温场分析表明,第二类雨型与中北太平洋海温异常紧密相关.     

高原上空纬向环流的季节突变现象

利用1951—2012年NCEP/NCAR全球2.5 °×2.5 °日平均再分析风场及温度场资料,分析高原季风区纬向环流的季节突变现象,并探讨季节突变的主要成因。结果表明：(1) 由冬季环流型向夏季环流型转变时,纬向环流表现为零速度线突然北跳,东风带持续加强北进,西风急流突然消失;反之亦然。(2) 600 hPa零速度线指数可作为纬向环流冬夏转换的判据。20 °N为临界值,零线于20 °N以北,高原上空为夏季环流型,20 °N以南则为冬季环流型。冬夏转换的突变时间分别为31候和59候。(3) 纬向环流季节突变的主要原因是高原的热力作用,随着6月高原加热增强,高原及其南部上升气流增强,形成了高原至低纬地区的季风环流圈,使得高原南部东风气流加强,迫使西风急流北退,完成了冬季环流型向夏季环流型的转变。10月高原加热作用减弱,高原至低纬地区的Hadley环流重新出现,西风急流逐渐增强,纬向环流转变为冬季环流型。     

华南地区2008年6月降水异常偏多成因分析

通过对2008年6月份华南地区降水偏多成因进行分析研究,发现:500hPa巴湖维持低槽、高原气流平直,使华南地区长时间处于低槽内,同时孟加拉湾又维持低槽,利于印度洋、孟加拉湾的水汽经中南半岛向华南地区输送;南海夏季风偏早偏强、西太平洋副高偏南偏东利于西太平洋、南海水汽向华南输送,两支水汽输送带使华南上空水汽更加充足;华南长时间高层辐散、低层辐合对流不稳妥定状态;热带大气季节内振荡的对流活动从非洲东部地区向东传播至西太平洋中西部地区,造成华南地区降水偏多.     

青藏高原夏季500hPa纬向风的时空演变特征及其与我国降水的关系

本文利用NCEP/NCAR月平均再分析资料及中国160个测站月降水资料, 采用经验正交函数分解 (EOF)、相关分析、合成分析等方法, 对青藏高原夏季500 hPa纬向风近59年来的年际、 年代际变化趋势及其与我国降水的关系进行了分析。时空演变特征的分析结果表明: 自1950年以来, 青藏高原夏季500 hPa纬向风总体呈现减弱趋势, 其中在1950年代西风偏弱, 1960年代西风明显偏强, 1970年代至21世纪初西风一直处于偏弱阶段; 纬向风变化趋势的空间分布表现为高原大部分区域上空纬向风呈现减弱趋势, 其减弱趋势由东南向西北递增, 高原西北部及中部地区减弱趋势最为明显; 对高原夏季500 hPa纬向风距平时间序列作EOF分解, 得出第一特征向量的空间分布表现为整体减弱型, 其时间权重系数呈现长期正趋势; 时间系数的11年滑动平均分析表明1950年代后期到1960年代中后期纬向西风整体增强趋势比较明显, 1960年代末到21世纪初为西风减弱阶段, 且期间没有出现明显的上升或下降趋势; 时间系数的突变分析表明纬向风在1967年发生了一次较明显的减弱突变; 时间系数的小波分析表明其具有2~4年的周期, 这一周期成分在1950年代前期和1990年代末至21世纪初这两个时段比较显著。年际、 年代际尺度上高原夏季500 hPa纬向风减弱与我国降水关系的分析均表明: 高原纬向风减弱时长江中下游以北的我国部分地区降水偏少, 以东北和华北表现明显, 长江中下游以南地区降水明显偏多, 降水场与大气环流、 水汽通量散度场都有较好的配置关系。     

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。     

一次河北大暴雨的华北低涡结构和涡度收支分析

利用Micaps系统下常规资料、云图资料和NCEP全球再分析资料,对2004年7月11-12日发生在河北省中南部的一次局地大暴雨个例进行了诊断分析。结果表明：200hPa西风槽、500hPa华北低涡和中低层偏东风,是这场暴雨的直接影响系统,该过程中的华北低涡为低层冷心、高层暖心结构,具有随高度向西北倾斜的特征,涡度场特征明显。暴雨区对应着深厚的正涡度区,散度场结构零乱,非高层辐散、低层辐合的配置,暴雨区上空上升运动较强。冷空气来源于500hPa以下的东北地区,水汽的源地来自渤海,低层偏东风可能是暴雨区所需水汽的主要携带者。水平涡度平流项和水平涡度辐散项作用相反,水平涡度辐散项对总涡度起直接作用且为正贡献,而垂直平流项对总涡度贡献比较小。     

引起华北地区夏季出现持续干旱的环流异常型

利用中国160个台站降水资料和ERA〖CD*2〗40再分析资料分析了华北地区夏季降水及其对应的大气环流年代际变化特征。分析结果如下:华北地区夏季降水自1977年之后明显减少,出现持续性干旱。1977~2000年500 hPa高度场出现与1966~1976年相反的遥相关波列;华北地区上空700 hPa出现反气旋型环流异常,并出现明显偏北风异常,且下沉气流加强,水汽出现辐散;此外,200 hPa高度上西风带偏南且减弱。相反,1966~1976年华北地区上空700 hPa出现气旋型环流异常,并出现偏南风异常,且上升气流加强,水汽输送辐合;此外,200 hPa上西风异常偏北加强。       

东移西南低涡空间结构的气候学特征

对1991～2004年夏季（6～8月）西南四川盆地的低涡活动进行统计分类,比较分析了移出型和停滞型两类西南低涡生成初期的合成环流场,总结出影响低涡东移的三维环流结构的气候学特征：东亚中纬度地区对流层中高层的冷空气入侵造成中高层气温偏低,位势高度降低,伴随冷偏差中心南侧20°N～30°N由对流层顶至850 hPa都出现偏强西风,最大的西风偏差位于长江下游地区上空200 hPa。一方面,高层风速差异的纬向梯度加强了长江中游地区的高空辐散,在西南低涡东部形成有利于降水和气旋性环流发展的动力抬升机制。另一方面,对流层低层的西风偏差在青藏高原南麓至我国东部长江以南形成一条异常的水汽输送带,加强了低涡南侧的偏西风水汽输送作用,为低涡东部的降水潜热反馈作用提供了充足的水汽。西南低涡在这样有利的环流形势和水汽条件下更容易移出盆地。     

东风和西风切变环境下西北太平洋热带气旋快速增强特征的对比

利用1980-2009年美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)整编的热带气旋(tropical cyclone,TC)最佳路径资料,定义西北太平洋TC 24 h强度变化达到总体样本96%累积概率的变化值,即35 kn作为TC快速增强的阈值。根据NCEP/NCAR资料将200~850 hPa之间 TC所处的环境纬向风切变(wind shear,WS)划分为东风切变(east wind shear,EWS)和西风切变(west wind shear,WWS)。对比了EWS和WWS环境下快速增强热带气旋(rapid intensification tropical cyclones,RITC)的统计和大尺度环境合成场特征,结果表明,近70%的TC快速增强发生在东风切变环境下。TC快速增强概率最高的月份在9月,初始强度区间为[65,75) kn。大的EWS下,850 hPa有来自南海地区的西南气流为RITC输送充沛水汽,500 hPa、200 hPa高压势力强但脊线位置偏北,RITC流出层温度低于-79 ℃,垂直结构上底层的辐合与高层的辐散也相对较强。大WWS下,850 hPa的水汽主要为来自西北太平洋的东南气流,500 hPa副热带高压断裂为几个分散的中心,200 hPa辐散相对较弱,RITC合成位置位于副热带高压西北侧的西风气流,流出层温度约-76 ℃。     

山东半岛夏季降水异常的环流型及影响因子分析

利用1961—2016年华东地区106个气象观测站的日降水数据和再分析资料,分析引起山东半岛夏季降水异常的大气环流型及其与前期下垫面因子（海温和土壤湿度）的关系,结果发现：1）当孟加拉湾出现西南风异常,日本列岛以南和贝加尔湖西南侧地区分别呈反气旋和气旋式环流异常时,加强了向山东半岛的水汽输送,配合区域大气上升运动异常最终导致山东半岛夏季降水偏多;反之,当孟加拉湾出现西北风异常,日本列岛以南和贝加尔湖西南地区分别呈气旋和反气旋式环流异常时山东半岛降水偏少。2）孟加拉湾和北太平洋中部关键区的对流层整层位势高度与下垫面海温自春季持续至夏季存在显著正相关,当两个地区的整层位势高度均呈正异常时,分别对应夏季孟加拉湾的强西风气流和日本列岛以南的反气旋环流异常。3）区域土壤湿度异常引起的感热和潜热通量异常,可能是引起贝加尔湖关键区位势高度和山东半岛局地对流异常的原因：贝加尔湖西南地区土壤湿度偏大时,其上空对流层位势高度为负异常;山东半岛地区土壤湿度偏大时,其上空对流层大气出现异常上升运动。4）利用关键区春季下垫面因子（海温和土壤湿度）建立山东半岛夏季降水的统计预测模型,留一交叉检验的距平同号率达到75%。这些结果可为山东半岛夏季降水预测提供重要参考。     

孟加拉湾热源对亚洲夏季风环流系统的影响

利用 1951—2000年NCEP/NCAR再分析逐日及月平均资料和我国 160个测站 1951—2000年月降水量资料,计算了夏季大气热源气候分布,分析了夏季孟加拉湾地区热源年际异常及亚洲季风环流系统的响应,以及夏季孟加拉湾地区热源与中国夏季降水的年际关系。结果表明:夏季亚洲季风区最强的热源中心位于孟加拉湾东北部一带。当孟加拉湾热源异常强 (弱 )时,南亚高压偏西 (东 ),西太平洋副热带高压位置偏东(西);印度夏季风偏强 (弱),东亚热带季风偏弱 (强 )。孟加拉湾热源异常对南亚高压、南亚季风、副热带高压的影响显著,对东亚热带季风的影响不显著。夏季孟加拉湾热源与同期长江以南、华南东部部分地区降水呈明显负相关,而与西南到华南西部地区降水呈明显正相关。     

新疆哈密大降水的大气环流特征分型

利用1951~2012年新疆哈密市的观测资料和NCEP再分析资料,对造成哈密市大降水(12.0 mm)的大气环流特征进行合成分析。结果发现造成哈密站大降水的大气环流分为4种类型:横槽型、低涡型、低槽(ω)型和不稳定小槽型。其中出现暴雨以上降水(24 h降水量24.0 mm)的个例集中在低槽(ω)型;横槽型个例的降水量在13.0~22.0 mm之间;低涡型个例的降水量分布相对均匀,在15.0~20.0 mm之间;不稳定小槽型个例的降水量偏少,全部在18.0 mm以下。4种类型的大气环流特征主要在对流层中高层差异明显。横槽型中低纬度环流平直,其横槽的北部是西北气流,南亚高压是青藏高压西部型;低涡型的中低纬度,在孟加拉湾有低槽,低槽的北部有低涡存在,低涡西面的脊偏强,其南亚高压是青藏高压东部型;低槽(ω)型东部的脊偏强,呈西北东南向,南亚高压是伊朗高压型;不稳定小槽型的南亚高压为伊朗高原到青藏高原东部的带状,500 hPa位势高度场上,85°E以西是平直的偏西气流,新疆东部地区有一小的短波槽。     

1997—1998年青藏高原大气低频振荡及对降水影响

利用1979—1998年NCEP/DOE逐日再分析资料和国家气象信息中心的常规观测站资料,研究了1997/1998年冬季、1998年夏季青藏高原 (简称高原) 季风的低频振荡特征,研究夏季高原和周边区域高低层大气低频环流系统的配置及其与我国降水的联系。结果表明:1997/1998年冬季和1998年夏季,高原季风不仅表现出很强的30~60 d的周期振荡特征,还伴随有较强的准双周低频振荡;相应区域对流层上层200 hPa上的环流系统则是30~60 d为主的周期变化。1998年夏季,高原地面气压也存在两个频带的低频振荡变化,且其强度存在明显的经向变化,即自南向北30~60 d低频振荡信号有逐渐减弱趋势,准双周信号则呈增强趋势。对30~60 d的低频信号而言,高原夏季风低频信号较强 (弱) 时,高原地面表现为低频低 (高) 压环流系统,在同纬度带的我国东部地区和西太平洋沿岸,是较强的低频北 (南) 风和低 (高) 压环流系统;相应地,在80°~90°E之间,自孟加拉湾到我国西北中部地区,是低频反气旋-气旋-反气旋的经向低频波列;受低频环流系统影响,高原东部、长江中下游地区降水偏多 (少)、川西高原、云南西南部降水偏少 (多)。     

春季青藏高原绕流作用变化特征及其影响

受青藏高原地形影响,低层西风气流在高原西侧分支,从南北两侧绕流,于高原东侧汇合,在其边缘附近形成一正一负2个对称的涡旋（下称“涡旋对”）。文中利用NCEP／NCAR提供的1951—2004年再分析资料,研究发现涡旋对在700hPa上最明显。将700hPa正、负涡旋对平均涡度之差定义为春季绕流指数,可以定量地表征高原绕流作用强弱。研究还发现,1951—2004年春季绕流指数存在准18a、准10a、准4a的周期振荡,春季绕流指数能较好地反映高原绕流作用的强弱。利用全国160站1951—2004年气温和降水资料,研究春季绕流作用对中国天气气候的影响发现,强高原绕流作用不仅有利于中高纬冷空气向中国北方输送,使西北、东北部分地区春季气温偏低,而且也有利于冷空气绕高原南下,使江淮部分地区春季气温也偏低;同时也有利于高原东南侧的暖湿气流向华南及江南地区输送,偏南暖湿气流和偏北冷干气流在32°N附近辐合偏强,有利于江淮地区春季降水偏多。此外,春季绕流指数对长江中下游及淮河流域夏季气温具有指示意义,当春季绕流指数偏强（弱）时,同年长江中下游及淮河流域夏季气温偏低（高）。     

2019年广东前汛期连续暴雨与大气季节内振荡的联系

为了做好连续回流暴雨的中期与延伸期预报,采用小波分析、Lanczos时间滤波器等方法研究了2019年广东前汛期降水与大气季节内振荡的关系,分析了4～5月发生在西南部的两次连续回流暴雨的平均环流场及其低频传播特征的差异,并与6月广东北部锋面型连续暴雨进行对比分析。结果表明,4～5月两次以阳江为中心的西南部连续暴雨及前汛期降水均具有准23 d振荡,它们分别为有、无明显冷空气影响的连续回流暴雨且对应的大气环流场及低频传播特征具有明显的不同:4月12～14日连续回流暴雨期间,500 hPa中高纬度具有稳定的“西阻”和“东阻”,使冷空气不断地从东海入海高压的南部东移南下,925 hPa形成以阳江为中心相对干冷的强东南风与来自南海中南部从中南半岛转向的暖湿偏南风的辐合渐近线;而5月23～26日连续回流暴雨期间,500 hPa华东—东海—黄海为稳定高压坝,广东长时间处于高原槽前西南气流中,地面上处于东海出海变性高压脊西南部及北部湾西南低槽前,925 hPa形成以阳江为中心来自孟加拉湾的强偏南风与珠江口以东东南风的辐合渐近线。来自我国中部（东海以东）低频反气旋南侧（西南侧）逐渐加强南传的低频东北风（东南风）与从140°E附近的西太平洋西传（孟加拉湾东传）到广东并加强的低频北风（南风）汇合在广东西南部,并有（无）与从南海中北部北传的低频气旋北侧低频东风相遇,导致4月12～14日（5月23～26日）有（无）明显冷空气影响的连续回流暴雨发生。而6月广东北部为东亚深槽引导的冷空气与来自孟加拉强盛西南风交汇所产生的锋面型连续暴雨,来自我国中部、孟加拉湾分别逐渐加强向南、向东传播到达广东的低频西南风,与来自中纬度低频反气旋外围的干冷东北风交汇在江南或南海北部,导致广东北部6月9～13日连续暴雨的发生。     

南海西南季风爆发日期及其影响因子

利用1950～1999年NCEP全球格点日平均资料,在总结南海西南季风爆发前后850 hPa大气环流特征的基础上,提出了一个较为客观的确定南海西南季风爆发日期的大气环流方法.在与1980～1991年其他多种指标确定的爆发日期比较后,作者认为该大气环流方法所确定的爆发日期基本合理,并给出了1950～1999年各年南海西南季风爆发的日期.通过合成对比分析和相关分析发现,前期热带太平洋地区海温异常分布是影响南海西南季风爆发早晚的重要因素.菲律宾以东洋面海温偏高,赤道太平洋中部偏东地区海温偏低,可以使低层西太平洋副高减弱、高层中东太平洋洋中槽加深,印度洋热带地区偏西风偏强,印度洋-太平洋热带地区Walker环流偏强,为热带对流在孟加拉湾-南海地区发展提供了有利的环境.在孟加拉湾南部偏西气流的作用下,南海地区对流活动较为容易发展起来,低层较弱的西太平洋副热带高压也容易较早地撤出南海上空,使得南海西南季风较早爆发.反之亦然.     

1977-2008年北印度洋热带气旋统计特征分析

采用美国联合台风警报中心（JTWC）提供的北印度洋1977-2008年热带气旋资料、NOAA提供的1982-2008年高分辨率合成资料和NCEP提供的1982-2008年全球再分析资料,对北印度洋上167个热带气旋个例进行了统计分析,结果表明：1）北印度洋热带气旋通常发生在阿拉伯海东部和孟加拉湾中部,阿拉伯海上活动的热...     

2009年11月石家庄暴雪天气过程诊断分析

利用常规观测资料和NCEP资料,对2009年11月9—12日石家庄特大暴雪进行分析。结果表明：暴雪过程与高空西槽、河套地区南部南支槽以及中低空切变有着密切联系。高低空急流的较好配合利于暴雪区内上升运动的加强,上升区始终位于高空偏西急流右侧的辐散区内及低空西南急流出口区左前部的辐合区内,且700 hPa北支西北急流对暴雪的增强有着至关重要的作用;上升运动与正涡度区相对应,垂直上升最强区与正涡度中心相吻合;上升运动与湿度场的交汇对暴雪的发生及加强显著,石家庄上空自地面至200 hPa维持一相对湿度为90%的高湿柱,西南气流带来的南方暖湿气流及东北回流带来的渤海湾高湿大气是产生大暴雪的能量及水汽源地。     

南海季风爆发早晚年大气环流的输送异常Ⅰ: 动力输送异常

利用NCEP逐日再分析资料,计算和分析了1949~2009年的南海季风爆发时间,并分析讨论了南海季风爆发偏早年和偏晚年大气环流的差异。结果表明:1)南海季风的爆发伴随着该地区降水的显著增加,且爆发时间在1958~1997年间呈偏早趋势。2)在南海季风爆发早年相对于晚年,中高层纬向风在青藏高原和西南太平洋西风异常偏强、孟加拉湾和南海有东风异常偏弱。3)在低层,孟加拉湾、南海和东海西风异常偏强、西南太平洋东风异常偏弱;而青藏高原北部塔里木盆地北风异常偏弱、中国中东部、南海和孟加拉湾南风异常偏弱、东海南风异常偏强。亚欧大陆、印度洋、南海和西南太平洋的大气环流异常与南海地区降水关系密切。