准两年振荡及其对东亚大气环流和气候的影响

通过多年资料分析,本文研究了平流层准两年振荡(QBO)的演变特征及其对东亚及西太平洋地区大气环流和气候变化的影响.结果表明,平流层QBO的演变特征是:东风向西风转换最早出现在印度洋赤道地区;西风向东风转换最早出现在美洲和西太平洋赤道地区.中国东部降水量、气温以及西太平洋副高和东亚急流都有准两年周期变化,并同平流层QBO有密切关系;平流层QBO对西太平洋台风活动也有一定影响,QBO的西风位相期西太平洋台风偏少.另外,ENSO对于平流层QBO有明显影响,一般在ENSO发生之后,QBO的西风位相期持续时间缩短.     

平流层冬季50hPa QBO与长江中下游地区夏季旱涝关系的阶段性

本文通过资料分析,揭示了平流层冬季50hPa QBO与长江中下游地区夏季旱涝的关系存在显著阶段性的事实。统计表明,对于完整的时间序列,冬季50 hPaQBO与长江中下游地区夏季旱涝状况的相关很小;若根据相关概率最大的原则,把完整的时间序列划分为三个阶段,则各阶段内冬季50hPa QBO东、西风位相与长江中下游地区夏季降水及旱涝状况有非常显著的相关,而相邻的两阶段间上述两者之间的关系则完全相反。分析还表明,冬季50hPa QBO自身的异常演变与三个阶段的划分具有一定的联系。     

ENSO与中国夏季降水的联系:冬季QBO的调制作用

使用NCEP/NCAR再分析资料、中国气象局台站降水资料和GPCC降水资料,系统研究了在冬季平流层准两年振荡(Quasi-Biennial Oscillation, QBO)调制下,厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)不同阶段与中国夏季降水的可能联系。根据两者的位相和强度,可将它们的配置分为QBO西风/El Ni?o、QBO西风/La Ni?a、QBO东风/El Ni?o、QBO东风/La Ni?a。研究结果表明,在年际时间尺度上,ENSO和QBO无显著相关关系。冬季QBO西风位相时,El Ni?o发展年夏季,我国整体偏旱,而华南偏涝;衰减年夏季,华南、华东北部偏旱,东北、长江流域偏涝。La Ni?a发展年夏季,我国东部降水异常呈负-正-负的三极分布;衰减年夏季,东南沿海偏涝。冬季QBO东风位相时,El Ni?o发展年夏季,长江以北偏旱;衰减年夏季,我国东部降水异常呈负-正-负的三极分布。La Ni?a发展年夏季,江淮和华南南部偏旱;衰减年夏季,我国东部沿海偏涝。ENSO是影响我国夏季降水异常的重要因子,而QBO的调制作用在ENSO衰减年夏季更为显著。相比冬季QBO东(西)风位相,QBO西(东)风位相时El Ni?o (La Ni?a)期间赤道西太平洋负(正)海温异常更强,衰减年夏季位于西太平洋的异常下沉(上升)运动和印度洋的异常上升(下沉)运动更强更深厚,西太平洋副热带高压范围更大(小),南亚高压更偏东(西)。      

太阳黑子数、准两年振荡与北极极区平流层的温度

1.引言准两年振荡(QBO,西风或者东风位相)是这样影响北半球冬季平流层极涡的:当赤道50hPa为西风位相时,北极平流层中层要比它为东风位相时冷且极涡强(Holton和Tan,1980与1982;Labitzke,1982;VanLoon和Labitzke,1987).Labitzke(1982)指出隆冬强增暖更多地发生在东风位相情况下,而且她说明在西风位相时观测到相对少的隆冬强增暖,且仅发生在太阳黑子数高时.本文通过分析17个西风位相时和13个东风位相时冬季北极30hPa温度证实了上述结论.     

平流层准零风层统计特征及准两年周期振荡对其影响分析

根据形成机制的不同将平流层准零风层（Quasi-Zero Wind Layer,QZWL）划分为由平流层准两年周期振荡（Quasi-Biennial Oscillation,QBO）各高度处于不同位相形成的第一类QZWL和由于平流层低层经向温度梯度逆转而形成的第二类QZWL;利用ERA-40再分析资料分析了两类QZWL在不同季节中空间结构的变化规律,讨论了平流层QBO对两类QZWL年际变化产生的影响。研究结果表明：第一类QZWL集中出现在冬季赤道附近地区,第二类QZWL在夏季热带外地区和冬季20°N～40°N太平洋地区上空;QZWL夏季高度比冬季低约3 km,夏季QZWL出现高度比冬季稳定,约在50～70 hPa之间;由于受到QBO的直接影响,第一类QZWL出现的高度和纬度范围存在明显的年际变化,第二类QZWL受到QBO的影响主要体现在QBO西风位相年和东风位相年相比,冬季20°N～40°N范围内存在第二类QZWL的概率较高。     

热带准两年振荡影响北半球冬季大气环流的诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先讨论了热带纬向风准两年振荡(QBO)的东、西风位相的划分标准.结果发现,赤道50 hPa的风与西风深厚度关系最密切,即赤道50 hPa的纬向平均风为西(东)风时往往代表平流层下层为一层深厚的西(东)风.在此基础上诊断分析了1958/1959～1997/1998年共40个冬季中热带纬向风QBO对北半球中高纬度地区纬向平均环流和准定常行星波传播的影响.诊断分析表明,热带QBO对北半球冬季大气环流的影响主要表现在平流层和对流层上层.热带QBO的东风位相年与西风位相年相比,中高纬地区的绕极西风环流明显减弱,中低纬地区则出现相反变化,从而在平流层的纬向平均环流分布上呈现偶极子形式.纬向平均流的这种年际变化可以很好地用中高纬度准定常行星波传播的异常加以解释,QBO的东风位相年和西风位相年相比,中高纬准定常行星波向极地的传播更强,从而在高纬度平流层产生异常的E-P通量辐合,波-流相互作用的结果使得西风减弱.但是热带纬向风QBO的影响在1958/1959～1997/1998年的前后20年有所差异.后20年相对于前20年而言,东西风位相的差异有所减小,Hol-ton-Tan振荡明显减弱;就行星波传播而言,东风位相年下,前20年行星波向上传播较弱,而后20年则以大约70°N为分界点,以南向上传播较强,以北向上传播较弱.这种差异可能跟中高纬度纬向西风的自身变化有关.     

青藏高原南、北积雪异常与中国东部夏季降水关系的数值试验研究

青藏高原冬、春积雪有着显著的南、北空间差异,本文利用通用地球系统模式（CESM）设计了增加高原南、北冬、春积雪的敏感性试验,结果表明:当高原南部冬、春积雪异常偏多,长江及其以北地区夏季降水偏多,华南大部分地区夏季降水偏少;而当高原北部冬、春积雪异常偏多,华北及东北地区夏季降水偏多,长江下游南部地区夏季降水偏少,雨带更偏北。青藏高原南、北部冬、春积雪异常影响中国东部夏季降水的物理机制的分析结果表明,高原不同区域（南部和北部）冬、春积雪异常引起的非绝热加热异常效应都可持续到夏季,且北部积雪异常持续时间更长。高原南部和北部积雪异常偏多均会减弱高原北侧上空大气的水平温度梯度,进而减弱高原北侧西风急流的位置及强度,进而影响下游出口区处急流的强度和位置,且高原北部积雪异常偏多的影响更大。当高原南部积雪异常偏多,急流出口区的西风急流加强且偏南;而高原北部积雪异常偏多,出口区的西风急流减弱且偏北。相应地,对流层中层500 hPa西太平洋副热带高压减弱,低层850 hPa异常反气旋环流,影响中国东部地区水汽输送,从而影响了中国东部地区夏季雨带的变化。当高原南部积雪异常偏多,异常反气旋性环流位于东海附近,有利于更多水汽输送至长江流域,华南水汽输送减少;当高原北部积雪异常偏多,异常反气旋性环流相对偏北,更有利于华北及东北水汽输送,雨带偏北。     

低纬地区平流层准零风层时空分布特征分析

利用ERA-Interim逐日再分析资料,使用EOF（Empirical Orthogonal Function）等统计方法,分析了中国低纬地区平流层准零风层（Quasi-Zero Wind Layer,QZWL）的时空分布特征,旨在为平流层飞艇寻找合适的运行区域及时段。低纬地区QZWL主要受到热带平流层大气环流季节性变化和平流层准两年振荡（Quasi-BiennialOscillation,QBO）的影响。在二者共同作用下,低纬地区QZWL高概率带可分为南北两支:“北支”出现在10月至次年4月间,QBO东风位相时期,“北支”中心纬度基本维持在20°N附近,西风位相时期,“北支”中心纬度随高度降低南移明显;“南支”仅出现在QBO西风位相期间,5~11月在5°N附近,其余时段与“北支”合并,可以认为是“北支”向南延伸。通过对比海口站和南沙站Weibull概率密度函数与风速资料的拟合结果,表明Weibull分布可以很好拟合不同QBO位相下平流层逐月风速频率分布,根据Weibull分布计算特定的累积概率风速值,可以作为选取适宜平流层飞艇运行的低风速风场的判据。海口站30~50 hPa高度11月至次年4月、南沙站50~70 hPa高度QBO西风位相时期全年均较为适合平流层飞艇运行。     

热带平流层纬向风场准两年振荡的年代际变化

利用平流层探空资料和ECMWF的ERA-40、ERA-interim格点资料分析了近62年的热带平流层纬向风准两年振荡(QBO)的年代际特征。分析表明QBO周期存在显著的年代际变化,且平均周期较长(短)的时段,其变化幅度较小(大)。QBO的振幅存在10~15年的年代际振荡,并与QBO周期存在着明显的反相关关系。此外,QBO振幅在10~30 hPa存在增强的趋势,而在中低层则为略微减弱的趋势。从关于赤道的反对称纬向风场可发现,QBO中心存在着偏离赤道的年代际变化,东风中心偏移赤道的方向基本与西风中心的偏移方向相反,即东风中心偏向某一半球时,对应的西风中心则在另外一个半球上。     

热带副热带高度异常对长江流域和华北旱涝影响的数值模拟与分析

前期南亚高压的异常增强或者减弱,热带、副热带地区100 hPa高度的异常增高或者降低,热带西风的异常增强或者减弱,对长江流域和华北地区夏季的降水异常具有预示作用。文中设计了一系列的数值试验进行模拟研究,包括控制试验、敏感试验和4组合成试验。合成试验模拟结果表明,前期热带、副热带高度异常分布,能够再现长江流域、华北旱涝情况。前期南亚高压、热带、副热带高度、风异常对长江流域和华北地区夏季降水的异常均有预示作用。100 hPa叠加高度、风异常的敏感试验结果表明:前期南亚高压、热带与副热带地区100 hPa高度场和环流场的异常不仅可以预示、事实上能够引起长江流域和华北夏季降水的异常———前期南亚高压异常增强、热带、副热带地区100 hPa高度场异常增高、西风异常增强,易引起长江流域降水偏多、华北降水偏少;反之,则容易引起长江流域降水偏少、华北降水偏多。     

On the relationship between the 10.7 cm solar flux,surface pressure and air temperature over Greece

Summary The behaviour of the 10.7 cm solar flux, surface air temperature and sea surface pressure are discussed on the basis of the 11-year solar cycle and the Quasi-Biennial Oscillation (QBO) over Greece. In this respect a strong negative correlation was identified between the 11-year solar cycle and the sea surface pressure during the winter west phase years of the QBO, while a similar correlation was found between the sea surface pressure differences estimated between stations located in northern and southern regions of Greece, and the 11-year solar cycle. On the contrary, for the same QBO period, a strong positive correlation was observed between the 11-year cycle and the surface air temperature in Greece in agreement with recently published results. Considering the east phase QBO years, no correlation was identified between the 10.7 cm solar flux and the sea surface pressure and surface air temperature over Greece.With 7 Figures     

中国东部夏季降水准两年振荡的主振荡型分析

利用中国160个测站月降水资料和NCEP/NCAR再分析月平均资料,选取中国东部夏季降水准两年振荡(TBO)分量做主振荡型分析(POP)和伴随相关分析(ACP)。结果表明:第一个POP对占东部夏季降水TBO总方差的18.2%,循环周期约为4年。实部为过渡型,振幅在1950年代中期和1980年代初期明显增大,在1980年代中后期到1990年代中期振幅的TBO特征异常显著。虚部为峰值型,在华南东部—长江流域—江淮流域有大范围的正值中心,高值中心位于长江—江淮流域,华南中西部为一负中心。虚部型振幅,1990年代中后期虚部型的振幅有明显加强。海温的伴随相关说明东部夏季降水TBO过渡型与西太平洋海温异常相对应,峰值型与赤道中东太平洋海温异常相对应。850 hPa风场异常、赤道纬向风异常和经向垂直环流异常的伴随相关显示,当POP对处于过渡型(负过渡型)时西太平洋对流旺盛(弱),南海上空有反气旋(气旋)生成。当POP对处于峰值型(负峰值型)时,赤道上Walker环流减弱(加强),经向上Hardly环流位置偏南(北),强度加强(减弱)。总之,中东太平洋海温异常与东部夏季降水TBO的传播有着密切联系,并通过海气相互作用和低纬与中高纬的相互作用来影响中国东部夏季降水TBO的传播,南北半球环流的相互作用也需要进一步探讨。     

Connections between the U.S. national temperature,the 10.7 cm solar flux and the equatorial QBO

Summary A comparison of the solar flux in January and February with the United States national temperature does not show any evident connection during the period 1952–1987. However, when the data are separated according to the east or west phase of the quasi-biennal oscillation (QBO) in the equatorial stratosphere the following phenomenon is found. When the QBO was in its west phase the U.S. national temperature is negatively correlated with the solar flux cycle; the opposite holds true for the east phase of the QBO.With 2 Figures     

Nonlinear relation of the Arctic oscillation with the quasi-biennial oscillation

A nonlinear principal component analysis (NLPCA) is applied to a set of monthly mean time series from January 1956 to December 2007 consisting of the Arctic oscillation (AO) index derived from 1,000-hPa geopotential height anomalies poleward of 20°N latitude and the zonal winds observed at seven pressure levels between 10 and 70?hPa in the equatorial stratosphere to investigate the relation of the AO with the quasi-biennial oscillation (QBO). The NLPCA is conducted using a new, compact neural network model. The NLPCA modeling of the dataset of the AO index and QBO winds offers a clear picture of the relation between the two oscillations. In particular, the phase of covariation of the oscillations defined by the two nonlinear principal components of the dataset progresses with a predominant 28.4-month periodicity. This predominant cycle is modulated by an 11-year cycle. The variation of the AO index with the QBO phase also shows that the average AO index is positive when the westerly QBO phase descends past 30?hPa and, conversely, the average AO index is negative when the easterly QBO phase descends past 30?hPa. This relationship is evident during the boreal cold season from November to April but non-existent during the boreal warm season from May to October.     

华南春季降水纬向非均匀分布及异常年大气环流特征分析

对1951—2007年华南地区18站春季（3—5月）降水进行EOF分析,发现华南春季降水的空间分布具有全区一致性、东西反位相、南北反位相及东北—西南反位相等特点。第二特征向量主要反映了华南春季降水的纬向非均匀分布特征,据此将华南春季降水型分为西涝东旱型和西旱东涝型,并利用NCEP再分析资料对春季降水的纬向分布异常年的大气环流背景特征进行了研究。结果发现：在西涝东旱年,华南西北部存在海平面气压场和高度场的正异常中心,有利于冷空气的南下,而该正异常中心的南部出现负异常,华南东部及其东部海面上呈现范围较大的气压场和高度场正异常,华南西部盛行东南风异常,华南东部存在东北风距平,风场和水汽输送场在华南西部表现为异常辐合,在华南东部表现为异常辐散,因此造成了华南西部降水的偏多和东部降水的偏少。同时,850 hPa涡度场、200 hPa散度场、850 hPa垂直速度场和1000 hPa温度场也均呈现出有利于华南西部降水增多和东部降水减少的环流形势。在西旱东涝年,情况基本相反。     

Interrelation between QBO and 11-year solar cycle effects in total column ozone over Europe

On the basis of total column ozone (TO) data obtained in the period of 1957–2007 at 10 ground-based European stations, characterized by long and highly reliable measurements, the effects of the quasi-biennial oscillation (QBO) and 11-year solar cycle (11-year SC), manifesting in TO are investigated. The results of comparative analysis of seasonal differences between different QBO/solar extremes convincingly demonstrate interrelation between the QBO and 11-year SC effects. It is shown that solar activity modulates the phase of the QBO effect so that the quasi-biennial TO signals during solar maximum and solar minimum are nearly in opposite phase. It is also demonstrated that isolated under permanent conditions of solar minimum or solar maximum the QBO effects in TO have the time scale of about 20 months. Solar modulation of the QBO effect makes the QBO a conductor of the solar cycle impact on TO over Europe. The mechanism of influence of the 11-year SC on the QBO and probably includes its impact on the QBO amplitude in the equatorial lower stratosphere, mainly through weakening of the equatorial easterlies during solar maximum.     

赤道平流层中下层纬向风准2 a振荡与行星运动

利用实况资料和小波分析方法研究了赤道平流层中下层纬向风准2 a振荡(简称QBO)周期变化与行星运动之间的联系, 结果表明, QBO周期以火星冲日(25.68月)周期为基准, 时而变长, 时而变短。当地球、土星、天王星3星一线时, 火星冲日月份30 hPa纬向风由东风向西风转换;而3星成直角时, 则从西风向东风的转换。QBO周期变化与木星冲日时的视赤纬存在明显的对应关系。当木星冲日视赤纬达到正极值时(此时为北半球的冬季), QBO周期达到最大;当木星冲日视赤纬达到负极值时(此时为北半球的夏季), QBO周期达到最小。QBO周期与木星冲日视赤纬之间的相关系数高达0.496, 并通过0.001显著性检验。QBO强度与周期、木星冲日时的视赤纬呈现反相变化, 即QBO强度的强(弱), 对应于QBO周期的短(长)。木星冲日负(正)视赤纬, 在过去60 a中, QBO的强度总体呈现增加的趋势, 与天王星的视赤纬减小存在一定的联系。     

Influence of the 11-year solar cycle on the effects of the equatorial quasi-biennial oscillation, manifesting in the extratropical northern atmosphere

Using the longest and most reliable ozonesonde data sets grouped for four regions (Japan, Europe, as well as temperate and polar latitudes of Canada) the comparative analysis of regional responses of ozone, temperature, horizontal wind, tropopause and surface pressure on the equatorial quasi-biennial oscillation (QBO effects), manifesting in opposite phases of the 11-year solar cycle (11-yr SC) was carried out. The impact of solar cycle is found to be the strongest at the Canadian Arctic, near one of two climatological centres of polar vortex, where in solar maximum conditions the QBO signals in ozone and temperature have much larger amplitudes, embrace greater range of heights, and are maximized much higher than those in solar minimum conditions. The strengthening of the temperature QBO effect during solar maxima can explain why correlation between the 11-yr SC and polar winter stratospheric temperature is reversed in the opposite QBO phases. At the border of polar vortex the 11-yr SC also modulates the QBO effect in zonal wind, strengthening the quasi-biennial modulation of polar vortex during solar maxima that is associated with strong negative correlation between stratospheric QBO signals in zonal wind and temperature. Above Japan the QBO effects of ozone, temperature, and zonal wind, manifesting in solar maxima reveal the downward phase dynamics, reminding similar feature of the zonal wind in the equatorial stratosphere. Above Europe, the QBO effects in solar maxima reveal more similarity with those above Japan, while in solar minima with the effects obtained at the Canadian middle-latitude stations. It is revealed that the 11-yr SC influences regional QBO effects in tropopause height, tropopause temperature and surface pressure. The influence most distinctly manifest itself in tropopause characteristics above Japan. The results of the accompanying analysis of the QBO reference time series testify that in the period of 1965–2006 above 50-hPa level the duration of the QBO cycle in solar maxima is 1–3 months longer than in solar minima. The differences are more distinct at higher levels, but they are diminished with lengthening of the period.     

赤道平流层QBO与我国7月雨型的关联

根据1953～1991年赤道平流层纬向风资料分析,得出我国东部地区7月份主要雨带位置与赤道平流层30～50 hPa平均纬向风准两年振荡（以下简称赤道平流层QBO）有较好的关联。在西风位相条件下,我国7月主要雨带位置较偏北;在东风位相条件下,我国7月主要雨带位置易偏南。它们之间的关系主要是通过对对流层环流的影响相联系的。利用赤道平流层纬向风的变化规律并结合冬季北太平洋对流层环流特征,对我国7月主要雨带类型的预报,有一定实用意义。     

冬季东亚高空急流季节内协同变化及对我国东部降水的影响

利用ERA-Interim再分析资料,采用滤波和合成分析等统计方法,分析了冬季东亚高空急流的季节内协同变化以及对我国东部降水的影响,结果表明:在季节内尺度(10~90天)中,东亚地区冬季300 hPa逐日纬向风主要表现为准双周振荡(10~30天)。300 hPa低频纬向风异常整体向东传播,高纬的低频纬向风异常向南传播,低纬低频纬向风没有明显经向传播特征。伴随低频纬向西风从里海附近开始向东移动至西北太平洋上空,温带急流向东再向东南移动并且强度先增强再减弱,副热带急流位置没有明显变化,强度演变特征与温带急流变化相反。降水异常对300 hPa风场低频振荡有显著响应,低频降水主要出现在我国东部,随时间向东移动,移至西太平洋附近消失;受低频风场影响,温带急流偏强,副热带急流偏弱时,我国东部高空辐合,地面表现为低频高压,整层有较强下沉气流,地面为东北风控制,不易产生降水;温带急流偏弱,副热带急流偏强时,青藏高原北侧整层一致东风异常,南侧整层一致西风异常,使我国东部高空辐散,地面受低频低压控制,我国东部产生整层上升运动,并且有西南风水汽输送,水汽辐合,我国东部出现低频降水正异常。