空间非均匀加热对副热带高压形成和变异的影响──Ⅲ:凝结潜热加热与南亚高压及西太平洋副高

通过理论分析和数值模拟,研究了降水所致凝结潜热影响副热带高压带断裂的物理机制。基于全型垂直涡度方程的尺度分析指出,强的对流凝结加热的垂直梯度的变化,导致副热带地区对流层高层和中低层的高低压分布呈现出反位相。数值试验证实凝结潜热是决定东半球夏季副热带高压位置和强度的关键因素：东亚季风降雨所致凝结潜热加热使高层南亚高压位于加热中心西侧,中层西太平洋副热带高压位于加热中心东侧。通过定常波的传播,副热带地区的凝结潜热加热对中高纬天气的形成和维持有一定影响。     

西安地区大气质量分布特点和能源使用概述

西太平洋副热带高压是副热带大型环流系统，也是直接影响我国夏季降水的环流系统，它的状况(强弱和位置变化)将直接影响我国夏季的降水分布，亦对山西省夏季降水有重要影响。研究副热带高压，特别是西太平洋副热带高压的变化规律及其对山西省夏季降水的影响是十分必要的。     

西太平洋副热带高压异常与中国长江中下游夏季降水关系研究综述

综述了西太平洋副热带高压对长江中下游夏季降水异常的影响。在回顾西太平洋副热带高压强度、位置等特征及其异常成因的基础上,总结了近年来气象学者关于西太平洋副热带高压对中国长江中下游夏季降水异常的影响和机理等方面的研究成果：西太平洋副热带高压异常不仅受动力因素的影响还受热力的因素的影响;西太平洋副热带高压的强度存在3-4 a、10-13 a的震荡周期,在1978年前后发生气候突变,脊线位置由正距平为主转为负距平为主,而强度正好相反,这样的变化显著影响了中国长江中下游地区的降水;西太平洋副热带高压的位置、形状和强度是长江中下游地区旱涝的决定条件之一;利用西太平洋副热带高压来对长江中下游降水进行预测,主要有4种方法。提出了当前存在的问题和需要进一步研究的方向。     

青藏高原加热对东亚地区夏季降水的影响

东亚地区降水主要集中在夏季,是亚洲夏季风系统的重要特征.本文利用NCEP再分析资料和CRU的降水资料,分析了青藏高原非绝热加热对东亚夏季降水的影响.结果表明,东亚地区夏季降水的分布形势与青藏高原非绝热加热变化有很好的相关关系.由于高原非绝热加热可在亚洲东部沿海地区强迫出类似Rossby波列的大气环流低频振荡结构,而此低频波可以影响到西太平洋副热带高压的形态和位置变化,从而使得东亚夏季降水的形势发生变化.而青藏高原非绝热加热的形态从春季到夏季有很好的持续性,春季高原加热与夏季东亚的降水形势分布也有很好的相关.本研究中采用的青藏高原非绝热加热指数可作为东亚夏季降水预测的一个指标,亚洲季风降水不仅受赤道太平洋海温的影响,青藏高原地区的非绝热加热对其也有显著的影响作用.     

海陆分布对海气相互作用的调控和副热带高压的形成

首先回顾了近年来关于副热带高压形成和变异研究的若干动力学进展,阐明夏季副热带“四叶型”LOS-ECOD加热分布型的内涵。在此基础上研究海陆分布对海气相互作用的调控,揭示了“四叶型”加热形成的物理基础,并进一步阐明“四叶型”加热拼图及其与副热带高压形成和变异的联系。 文章还回顾了关于副热带高压中短期变异的动力研究的最新进展。给出了影响中国江淮流域持续性降水的副热带高压三维结构的空间分布型;指出东西风带扰动的传播和高／低纬扰动的正压发展是影响副热带高压变异和中国夏季降水的一种可能机制,最后证明青藏高原夏季的强加热能激发纬向非对称不稳定发展,产生南亚高压的东／西部型双模态及准双周振荡。还证明初夏低纬的强对流降水／台风也能激发纬向非对称不稳定发展,影响西太平洋副热带高压异常和中国淮河流域的持续性降水。     

2016年夏季内蒙古降水与环流异常特征分析

文章利用2016年前期海洋表面温度异常信号与夏季及各月阻塞高压、东北冷涡、西太平洋副热带高压、夏季风强度等环流系统关系,分析了夏季内蒙古降水异常成因和预测检验。结果表明:(1)2016年夏季500hPa欧亚中高纬高度场纬向呈"+-+"的分布,乌拉尔山和鄂霍次克海阻塞高压强,夏季风弱,同时西太平洋副热带高压位置偏南,东北冷涡强度阶段性变化,导致内蒙古降水略少,初夏与盛夏出现多雨少雨转折。(2)初夏6月,内蒙古异常降水主要为阻塞高压和东北冷涡影响;盛夏7、8月夏季风、副热带高压强度、脊线位置、阻塞高压等系统不同配置对内蒙古降水影响较大。(3)前期赤道太平洋Nino区海温指数及大西洋三极子指数(NAT)与夏季风、中高纬度环流与阻塞高压、西太平洋副热带高压等关系及对降水异常影响显著。     

南海海温变化与初夏西太平洋副高活动及长江中、下游汛期降水关系的分析

本文对南海海温、西太平洋副热带高压的特征指数及长江中、下游汛期降水等要素做了统计分析,结果表明,南海秋、冬季节的海表温度与同海区第二年初夏的海温状态、长江中、下游的降水有明显的相关;初夏南海海温与同时期西太平洋副热带高压西部脊有密切的联系,而副高西部脊的西伸位置和强度变化又对长江中、下游的降水有显著的影响.也就是说,当秋、冬季节南海海温高时,下年初夏南海海温也偏高,南海副热带高压脊偏强,西太平洋副高脊位置偏西,相应地长江中、下游降水偏多.这个相关联系表明南海秋、冬季节海温的热状态是影响长江中、下游初夏降水的重要因素之一,而且副高西部脊又是这个过程的重要环节.     

21世纪以来西南地区干季降水与西太平洋副热带高压年代际变化的关系

利用1961-2011年观测资料分析了西南地区干季(11月至次年4月)降水的变化特征,发现西南地区干季降水在2000年前后发生了年代际尺度的转折,其前后降水空间分布呈现相反的分布特征,特别是21世纪以来降水显著偏少,干旱加剧,降水量显著减少的区域主要在云南大部及其周边地区。西南干季降水和西太平洋副热带高压的负相关在20世纪90年代后期明显加强,而21世纪以来副热带高压表现出明显的年代际增强,即面积增大、强度增强、西伸脊点位置偏西。西南干季降水与副热带高压关系的增强,以及副热带高压本身的年代际增强,对西南干季降水减少造成显著的影响,是西南干旱加剧的可能原因。     

夏季西太平洋副热带高压的不同类型与中国汛期大尺度旱涝的分布

利用历史数据,研究了西太平洋副热带高压指数的特征,证实脊线指数和西伸脊点指数可以较好地描述西太平洋副热带高压,同时也指出这两个指数的年际和年代际变化及其不同的配置,是造成中国夏季降水时空分布和旱涝异常的复杂性、多变性的主要原因之一。据此,将西太平洋副热带高压西伸脊点指数和脊线指数的距平投影到二维平面上,对西太平洋副热带高压进行了分类,并对其各种类型下中国夏季降水进行了合成分析,发现夏季西太平洋副热带高压西伸脊点和脊线不同配置下中国夏季降水的总体分布具有明显的规律性:在西太平洋副热带高压脊线偏北的情况下,夏季降水总体表现出南北两条雨带;在西太平洋副热带高压脊线正常的情况下,夏季降水总体表现为北多南少,长江以北降水偏多;在西太平洋副热带高压脊线偏南的情况下,夏季降水总体表现为南多北少,长江流域及其以南地区降水偏多;上述3种情况下西伸脊点越偏西,降水范围越大。此外,通过计算1951—2010年各年夏季降水实况与其西太平洋副热带高压所属年份夏季降水合成的距平相关系数,发现同一类型下各年夏季降水与其合成分布总体相似,说明了西太平洋副热带高压位置对中国降水具有明显的影响,同时也说明此种分类具有一定的合理性。最后,通过对9种西太平洋副热带高压类型下北半球夏季500hPa高度场和850hPa风场距平分别进行合成,对不同西太平洋副热带高压类型下中国夏季降水的大尺度环流背景和可能机理进行了分析。     

青藏高原热力异常与华北汛期降水关系的研究

利用1980～1994年NCEP/NCAR再分析资料,以及我国336个测站1956～1994年月降水量资料,通过诊断分析和数值实验,研究了夏季高原上热力异常与华北汛期降水的关系.结果表明:华北汛期干旱年,青藏高压及西太平洋副热带高压偏南、偏东,华北汛期降水偏多年则相反;华北汛期旱年时,高原上升、高原东侧邻近地区下沉的垂直环流明显加强,而降水偏多年时,垂直环流减弱,华北地区为上升气流控制;夏季高原为热源和水汽汇区,它们的异常对华北地区降水有很大影响,当热源和水汽汇增强(减弱)时,华北地区降水偏少(偏多).数值试验表明,高原上潜热加热异常引起青藏高压、西太平洋副热带高压、亚洲季风以及欧亚中高纬地区环流的变化,进而影响到华北地区的降水.     

副高北进过程的个例数值研究

就一次出梅时西太平洋副热带高压北进过程,用数值试验的方法,对副高北进的原因进行了分析研究,重点分析了非绝热过程在副高北进过程中所起的作用。结果表明:1）对应出梅时的环流形势,大气内部的动力调整过程具有使副高增强北进的趋势,是副高北进的主导因子。2）在3～5天时间尺度上,非绝热过程的作用不可忽视,其总效应使副高减弱。就各非绝热因子而言,净辐射过程的总效应使副高减弱,不利副高北进;降水凝结潜热释放有利副高的维持和增强,有利副高北进。就地区而言,南亚季风区加热具有同副高南侧热带辐合带加热相同的作用,正的加热增强有利副高增强北进。     

青藏高原增暖对东亚夏季风的影响——大气环流模式数值模拟研究

20世纪50年代以来,随着全球海表面温度年代际变化和全球变暖现象的出现,东亚夏季风降水和环流场也出现相应的年代际变化。是什么原因引起这个长期的变化趋势？研究表明青藏高原增暖可能是导致东亚夏季风年代际变化的重要因子之一。为了能够更好地理解青藏高原地表状况对下游东亚季风的影响,作者使用德国马普气象研究所大气环流模式（ECHAM）进行一系列数值试验。在两组敏感性试验中,通过改变高原上的地表反照率从而达到改变地表温度的目的。数值试验结果表明:青藏高原增暖有助于增强对流层上层的南亚高压、高原北侧西风急流和高原南侧东风急流以及印度低空西南季风;与此同时,东亚地区低层西南气流水汽输送增强。高原增暖后降水场的变化表现为:印度西北部季风降水增加,长江中下游以及朝鲜半岛梅雨降水增多;在太平洋副热带高压控制下的西北太平洋地区和孟加拉湾东北部,季风降水减少。对数值模拟结果的初步诊断分析表明:在感热加热和对流引起的潜热加热相互作用下,南亚高压强度加强,东亚夏季低层西南季风增大、梅雨锋降水增强,高原东部对流层上层的副热带气旋性环流增加,以及对流层低层的西太平洋副热带高压增强。另外,在青藏高原增暖的背景下,孟加拉湾地区季风降水减弱。本项研究有助于更好地理解东亚夏季风年代际变化特征和未来气候变化趋势。     

湖南省夏季极端降水异常时空特征及其成因分析

利用湖南省88站常规观测资料、NCEP全球再分析资料,采用EOF分解和合成分析方法研究了湖南省1961—2014年极端降水的年际变化异常和时空特征,以及极端降水异常的环流成因。并主要分析了由EOF方法分析得出的第一类极端降水形态(一致偏多或偏少型)与环流异常之间的联系。结果表明,湖南省夏季极端降水分布有较大的空间差异,且湖南省极端降水呈明显增强的趋势。由于极端降水的变化周期与大尺度环流固有的2～4 a周期相同,因此大尺度环流的变化是湖南省极端降水异常的主要成因。大尺度环流的变异引起中国东部经向排列的环流异常分布,使得高度场和风场等气候场产生变异,从而引起湖南省极端降水的异常。从极端降水偏多年与偏少年大气环流的差值场可以看出:湖南省处于显著差异区,湖南省极端降水偏多(偏少)主要是由于北方的偏北风加强(减弱)和经西太平洋—南海进入湖南地区的西南风加强(减弱)并在湖南地区产生辐合(辐散)。当夏季东亚副热带西风急流偏南时,湖南正处在偏南较强西风急流的南侧,较强西风急流所产生的抽吸现象使得上层空气辐散,增加了湖南省极端降水的强度。副热带高压强度偏强、位置偏南、偏西,使得东亚夏季风偏弱,导致气流辐合稳定在湖南省,造成极端降水偏强。前冬中东太平洋海温偏暖(EI Ni1o)/偏冷(La Ni1a),湖南地区的极端降水容易一致偏多/偏少。同时黑潮暖流区也是影响湖南极端降水变化的可能原因。     

东亚副热带季风雨带建立特征及其降水性质分析

利用1961—2006年NCEP/NCAR再分析数据集和TRMM、CMAP多年平均逐候降水资料,分析了中国东部副热带季风雨季的起始时间、建立特征及其降水性质。结果表明,第16—18候,在中国江南南部和华南北部地区(25°30°N)日降水率达到6 mm/d,且范围较大,在低层该雨带的水汽主要来源于西太平洋副热带高压南侧转向的西南水汽输送,其源地即为西太平洋副热带季风雨季开始。雨带建立同时,东亚副热带地区中东太平洋的纬向海平面气压梯度首先在中纬度发生反转,即西低东高(相应于西暖东冷)。中国东部副热带地区出现加热中心并伴有上升运动,强度逐渐增强,并伸展至对流层顶,其强度及对流高度与热带地区相当,对流层中低层大气呈对流不稳定,降水已具有对流性降水性质。与此同时,南海西太平洋地区仍在副热带高压控制之下,盛行下沉运动,无降水产生,南海夏季风及其相应的水汽输送尚未建立。东亚副热带季风雨带的建立(3月底4月初)早于热带夏季风雨带,两雨带分别具有独立的热源中心和上升运动。南海夏季风即将爆发之际,赤道地区加热中心快速北移至南海地区,与副热带地区热源相互作用。     

Ni?o 1+2海区冷、暖水期西太平洋副高的特征及其对东亚季风的影响

通过对海温资料和500hPa位势高度、垂直速度、850 hPa的水平风分量资料的分析,探讨ENSO的各不同阶段西太平洋副高和东亚季风的变化特征.结果表明:赤道东太平洋海温与西太平洋副高有密切的关系.Nino 1+2区海温有明显的10年际变化,与西太平洋副高的1O年际变化非常吻合;前期Nino 1+2区为冷、暖水期时西太平洋副高的强度和位置有明显差异,前期为暖水期时夏季西太平洋副高较强,范围向西和向南伸展,冷水期反之,西太平洋副高较弱,位置偏东偏北.西太平洋副高的变化进一步影响东亚季风和我国的降水.这种影响在Nino 1+2区海温变化后4～6个月最明显.因此,前期Nino 1+2区海温的变化可以为东亚季风和我国降水的长期预报提供依据.     

2000年夏季华北地区降水特征及成因分析

利用中国台站实测降水资料及NCEP／NCAR再分析资料，对2000年夏季华北地区降水的时空变化特征及其主要影响因子进行了初步分析。东亚夏季风活动偏南、西太平洋副热带高压位置偏东偏北、阻塞高压较为稳定是造成华北夏季降水偏少的主要原因，并由此造成了南涝北旱现象。     

厄尔尼诺对长江中下游地区夏季持续性降水结构的影响及其可能机理

根据中国国家气象信息中心提供的1961-2016年2400多站的逐日降水观测数据,分析了厄尔尼诺对长江中下游地区夏季持续性降水结构的影响。发现长江中下游地区的降水主要以5 d及以内的降水事件为主,其强度主要分布在4-24 mm/d;5 d以上降水所占比例相对较小,而其强度主要分布在12-24 mm/d。其中,长江中下游地区夏季大于5 d的降水事件（长持续性降水事件）所占比例和强度在长江以南地区要大于长江以北地区。同时,在厄尔尼诺的影响下,长江以南地区的降水结构从2-5 d持续性降水事件（短持续性降水事件）和1 d的降水事件（非持续性降水事件）向长持续性降水事件转变,且其强度增加。而长江以北地区,以湖北为主,降水结构存在从非持续性向短持续性降水事件转变的现象,短持续性降水事件的强度也略有增强。因此,厄尔尼诺使得长江中下游地区的降水事件更多地以持续性降水为主,不同持续性降水事件的强度加强。进一步分析发现厄尔尼诺次年西太平洋副热带高压西伸加强,与其相关的东南季风所输送的水汽也有所加强。同时,中高纬度阻塞高压环流形势稳定维持。受这些因子的共同作用,最终导致长江中下游地区夏季降水持续性延长和降水强度加强。而这将给长江中下游地区的农作物种植和经济发展等带来较严重的影响,使防洪、防涝工作面临严峻的挑战。      

北非高压的气候特征及其对中国夏季降水的影响

以北非高压的5个指数为基础，分析了北非高压的气候特征：北非高压强度越强，范围越广，东伸越明显且脊线偏南，反之偏西偏北；北非高压的强弱趋势、南北位置和东西位置具有显著的季节变化，其中5月下旬和6月下旬有两次明显的跳跃，在时间上比西太平洋副高两次北跳提前2-3候。北非高压对中国夏季降水影响主要表现为我国东部地区以长江为界的南北降水具有反相分布特点，西藏高原上东、西部降水存在相反分布。最后，讨论了北非高压与西太平洋副高及东亚环流的关系，发现：两个高压的强度、范围和南北及东西位置的变化趋势基本一致，从西亚到太平洋呈现正、负、正的波列分布特征。这种特征组成了亚洲地区纬向型的遥相关分布，这可能是造成中国夏季降水时空分布的原因之一。     

The Persistent Heavy Rainfall over Southern China in June 2010：Evolution of Synoptic Systems and the Effects of the Tibetan Plateau Heating

This study investigates influencing weather systems for and the effect of Tibetan Plateau （TP）’s surface heating on the heavy rainfall over southern China in June 2010, focusing on the four persistent heavy rainfall events during 14-24 June 2010. The ma jor weather systems include the South Asian high, midlatitude trough and ridge, western Pacific subtropical high in the middle troposphere, and shear lines and eastward-moving vortices in the lower troposphere. An ensemble of convection-permitting simulations （CTL） is carried out with the WRF model for these rainfall events, which successfully reproduce the observed evolution of precipitation and weather systems. Another ensemble of simulations （SEN） with the surface albedo over the TP and its southern slope changed artificially to one, i.e., the surface does not absorb any solar heating, otherwise it is identical to CTL, is also performed. Comparison between CTL and SEN suggests that the surface sensible heating of TP in CTL significantly affects the temperature distributions over the plateau and its surroundings, and the thermal wind adjustment consequently changes atmospheric circulations and properties of the synoptic systems, leading to intensified precipitation over southern China. Specifically, at 200 hPa, anticyclonic and cyclonic anomalies form over the western and eastern plateau, respectively, which enhances the southward cold air intrusion along the eastern TP and the divergence over southern China;at 500 hPa, the ridge over the northern plateau and the trough over eastern China are strengthened, the southwesterly flows along the northwestern side of the subtropical high are intensified, and the positive vorticity propagation from the plateau to its downstream is also enhanced significantly;at 850 hPa, the low-pressure vortices strongly develop and move eastward while the southwesterly low-level jet over southern China strengthens in CTL, leading to increased water vapor convergence and upward motion over the precipitation region.