热带季节内振荡研究新进展

季节内振荡既是热带大气活动的强信号，也是热带海洋中较为普遍的现象。本文叙述了热带大气和热带海洋季节内振荡研究的进展，包括热带大气季节内振荡的观测研究、机制研究以及热带海洋季节内振荡方面的研究；讨论了海气相互作用、不同尺度间相互作用对季节内振荡的影响；在总结上述研究成果的基础上提出了热带季节内振荡研究进一步的发展方向。     

夏季青藏高原大气热源低频振荡与南亚高压东西振荡的关系

利用1983～2012年NCEP/NCAR逐日再分析资料对夏季青藏高原大气热源和南亚高压东西振荡的低频特征以及两者的关系进行了讨论,发现夏季青藏高原东部大气热源与南亚高压纬向运动的主要低频周期都是10～20 d。在高原东部大气热源10～20 d振荡峰值位相,青藏高原上空被低频气旋控制,高原西部被低频反气旋控制,导致南亚高压主要高压中心向西移动呈伊朗高压模态;在大气热源10～20 d振荡谷值位相,低频环流形势完全相反,青藏高原上空被低频反气旋控制,高原西部被低频气旋控制,致使南亚高压主要高压中心向东移动呈青藏高压模态。高原热力场异常导致其上空暖中心变化从而引起的高层风场变化可以解释南亚高压的东西振荡。     

大气自由模与中高纬准双周振荡

用数值方法研究了自由模对强迫耗散系统解的轨线的影响。首先,用变分法得到实际大气自由模,并设计一族解析自由模——理想大气自由模;其次,以两类自由模分别作强迫场,初始场取1993年7月1目的500hPa流函数场,然后应用强迫耗散正压涡度方程的全球谱模式积分300d,得到：(1)以1992年12月27—28日500hPα的实际大气自由模作强迫场时,①α=γ=k≥0．02,强迫、耗散系数相等且足够大时．随着时间演变,大气总是接近自由模态;②强迫系数α=0．1,耗散系数γ=0．02时．中高纬出现局地性准双周振荡。(2)以理想大气自由模作强迫场时,固定耗散系数γ=0．01,强迫系数0．0095≤α≤0．011时,振荡周期与强迫系数呈正相关关系。     

首都机场浓雾中的能见度突发性振荡及其演变规律

利用2000—2011年北京首都机场每分钟的自动观测资料,对影响首都机场的52次浓雾过程进行分析,发现浓雾的形成、发展和消散过程中能见度演变具有突发性和振荡性的特征。浓雾中的能见度振荡可分为前导振荡、中间振荡和后位振荡,三者所占比例分别为86.5%、62.5%和79.2%。冷季浓雾比暖季浓雾具有更明显的温度振荡,在影响首都机场的34次冷季浓雾中,有61.8%的个例具有温度的振荡。辐射雾中温度振荡超前于能见度振荡,而平流雾来临前有温度振荡,雾发生时温度振荡不明显。根据统计结果本文定义了浓雾振荡指数DFOI,并发现DFOI为±0.2可以作为首都机场浓雾临近预报的阈值,使用该阈值可以将首都机场2000—2011年的浓雾预警平均提前1~2 h。根据2012年1月的实际预警测试,发现单独使用该指数无法区分浓雾、降雪和霾过程,今后在雾的预警过程中还需要引入其他指数。     

基于季节内振荡的延伸预报试验

2～4周的延伸预报是近年来国际上天气和气候业务预报发展的一个重要方向。本文以江淮梅雨区降水为例, 在利用集合经验模态分解 (EEMD) 及多变量EOF方法获取梅雨区降水及其影响系统低频信号的基础上, 采用最优子集回归方法、 经验波传播 (EWP) 方法及全球海气耦合模式产品, 对梅雨季节内演变的延伸期预报方法进行了预报和试验, 以期为建立延伸期预报业务提供科学依据。试验结果表明: (1) 大气季节内振荡对梅雨区降水的延伸预报具有重要的应用价值, 可能是联系天气过程和异常的重要系统。(2) 通过EEMD方法提取前期降水演变及影响因子的季节内振荡信号, 采用最优子集回归统计学方法对梅雨区逐候降水量演变进行超前30天预报是有可能的。(3) EWP经验动力方法对热带ITCZ活跃异常的未来40天东传可能具有较好的预报效果, 还可能较好地预报出延伸期的梅雨区风场距平演变, 具有一定应用价值。(4) 全球海气耦合动力模式输出产品在延伸期环流形势趋势预报及20天左右的MJO指数预报方面有一定的参考价值。     

正压大气中的地形性振荡

本文讨论了正压大气中的一种地形性振荡,这种振荡是由地形对行星涡度的周期性强迫而产生的共振作用所引起的。它具有两个明显的特征,即能流方向与波尺度无关及振荡的周期为中长期天气尺度。     

大气低频振荡的数值模拟

本文利用IAP_GCM积分结果中10年候平均资料，研究了模式大气中的低频振荡现象。结果表明，该模式能相当逼真地模拟出低频振荡的地理分布、垂直结构和传播过程的主要特征，因而低频振荡是大气本身所固有的一种现象。而流场与大气加热场之间在低频域内的相关分析则证实了大气加热对低频振荡的产生起重要的作用，其中最重要的因子是水汽潜热的释放。     

1981—1982年纬向非对称基本流正压不稳定对30—50天振荡作用的诊断分析

本文运用Hoskins和Simmons的波流相互作用原理,分析1981—1982年冬、夏季对流层高层200hPa上纬向非对称基本流(时间平均流)的正压不稳定和30—50天振荡的关系。指出西风急流的出口区是30—50天振荡动能和基本流以及低频振荡相互作用的最强的区域,且低频振荡从基本流的正压不稳定中获得能量,并在一周内得到充分的发展。 另外还表明,由于基本流的正压不稳定作用,使40°N的亚洲大陆和沿海及45°N的大西洋中部附近成为夏季30—50天振荡的主要能源区,使30°N的中太平洋和40°N的北美东部附近成为冬季30—50天振荡的主要能源区。      

我国华南谷物天气产量变化与大型环流准周期性振动的分析

本文分析了我国华南水稻天气产量、降水天气、大型气压环流三者的联系。揭示了"环流—天气—天气产量"具有20—30年左右的长周期振动和2—3年的短周期振动。长期振动模式描述为,北半球春季由太平洋赤道低压带与澳洲附近高压带组合的"南方涛动"偏弱时,相应地,夏季北太平洋高压偏强,华南处于多水期。水稻天气产量偏低。反之,华南处于少水期,水稻天气产量偏高。      

1982—1983年冬季亚澳地区季风环流的低频演变特征

本文应用1982年11月16日—1983年3月15日欧洲中期预报中心的格点资料及向外长波辐射资料(OLR),考察了冬季亚澳季风区季风环流的演变规律。分析了冬季亚澳季风盛期的月平均流场;对澳大利亚季风活跃与中断的几个不同时期流场进行了对比。结果表明,冬季亚澳地区季风环流的演变具有准40天低频振荡特征。主要表现是局地哈得莱环流的准40天强弱变化,澳大利亚季风槽的东西进退,以及北半球副热带高压的东西摆动。      

2010年华南前汛期持续性降水异常与准双周振荡

利用中国台站逐日降水资料以及NCEP-DOE逐日再分析资料,分析了2010年华南汛期降水异常的低频特征及大气环流的影响。结果表明,2010年华南汛期降水异常呈显著的低频振荡特征,其中前汛期以10~20天振荡（准双周振荡）为主,后汛期以20~50天振荡（季节内振荡）为主。重点讨论了准双周尺度上前汛期持续性降水异常与中高纬和热带地区大气低频振荡的关系。中高纬地区的低频环流可通过Rossby波能量沿着低频遥相关波列的频散影响华南低频环流的变化。波活动通量分析显示,西西伯利亚作为Rossby波源,其波能量沿着横跨欧亚大陆的低频遥相关波列向我国东部地区频散,引起该地扰动加强,从而引起华南低频环流及垂直运动的变化进而造成华南降水的异常。热带东印度洋的准双周振荡是影响华南前汛期降水的另一低频来源。当赤道东印度洋对流旺盛（抑制）,其上空为强上升（下沉）气流,低层辐合（辐散）高层辐散（辐合）,而华南上空盛行下沉（上升）运动,不利于（有利于）华南降水。来自中高纬和低纬的低频信号的叠加并配合低频水汽输送共同影响了华南环流异常的低频变化,从而引起华南的低频降水异常,有利于华南持续性降水异常的发生。      

PROPAGATION OF 30-60 DAY LOW FREQUENCY OSCILLATIONS AND THEIR INFLUENCE UPON THE SUBTROPICAL WESTERLIES JET STREAM DURING NORTHERN HEMISPHERE WINTER*

Based on daily ECMWF gridpoint data of two winters during 1981-1983 including an ENSO year,propagation of low frequency oscillations(LFO) during Northern Hemisphere winters and their influences upon 30-60 day oscillations of the subtropical jet stream are studied with the statistical methods as complex empirical orthogonal function(CEOF) and so on.Results show that in the winter of a normal year(1981-1982),30-60 day oscillations in the subtropical zone are mainly in the northern and southern flanks of exit region of jet stream.In the ENSO year(1982-1983),they are mainly in the vicinity of entrance and exit regions of jet stream.Intraseasonal changes of subtropical jet stream manifested themselves as latitudinal fluctuation or longitudinal progression or regression of about 40 day period.There are marked differences between propagating passages of low frequency modes responsible for changes of subtropical jet stream in the normal year(1981-1982) and in the ENSO year(1982-1983).Changes of oscillation amplitude show obvious phases.In general,the one in late winter is stronger than that in early winter,strongest one occurs in February.     

初夏东北冷涡活动异常与北半球环流低频变化

本文在典型个例分析的基础上, 揭示了初夏东北冷涡活动显著异常与北半球环流低频变化之间的联系及其可能机理。主要结果为: (1) 初夏东北冷涡活动显著异常与上游乌拉尔山附近和下游日本附近的持续性异常环流相对应。冷涡异常多年, 在向下游频散Rossby波能量和瞬变涡动强迫过程的共同作用下, 乌拉尔山附近盛行阻塞型环流。它一方面使极地冷空气向东北地区移动, 另一方面通过Rossby波能量的传播, 使东北冷涡活动加强。冷涡异常少年的环流情况则基本相反。 (2) 谐波分析和低频振荡分析表明, 在冷涡异常多 (少) 年的5～6月, 东北地区正 (负) 涡度位相占优, 这与北太平洋超长波槽西退 (东进) 相对应。长波在北太平洋-北美-大西洋地区呈驻波型, 与Rossby波能量传播匹配, 亦有利于乌拉尔山附近的异常环流得以长时间维持。 (3) 5月份, 乌拉尔山附近的异常环流信号对初夏东北冷涡活动的显著异常具有前兆性意义。     

近百年长江下游作物生长季冷暖的变化与大型环流的振动

本文运用上海1373—1982年110年气温资料,配合1871—1980年110年月平均海平面气压场资料,分析了长江下游作物生长季冷暖的长期变化以及与之关联的大型环流变化特征。发现最近百余年里,年、季(代表月份)和关键旬的平均气温普遍经历了从偏冷期转为偏暖期约80—100年周期的振动,转折发生在本世纪20年代末、30年代初。70年代前后有转向偏冷期的趋势。这类低频振动与大型环流活动的低频振动有密切关联,主要表现在冬季亚洲大陆冷高压主体偏东和阿留申低压偏弱时期,相应夏季青藏高原热低压偏弱时期,对应长江下游偏冷期;反之,则对应偏暖期。讨论了生长季冷暖变化对农作物生长发育和产量的影响。     

北半球副热带—中纬度太平洋大气季节内扰动的纬向传播与东亚夏季旱涝

用时空滤波和Morlet小波方法,分析了1958—2000年夏季东亚(20°—45°N,110°—135°E)不同纬带(由南到北分为4个区域)的降水分别与太平洋同一纬带上大气30—60 d振荡(ISO)沿纬圈传播的关系及其成因机制。发现太平洋上经向风ISO向西传播的强或弱,是东亚夏季风区降水偏多或偏少的必要条件。对逐年夏季的分析表明,无论当年东亚夏季风强与否,在所划分的几个东亚季风区所有涝的年份里,太平洋同一纬带上大气ISO向西传播都明显较强,而在这些区域绝大多数旱的年份里,相应的ISO向西传播明显较弱。进一步分析发现,经向风ISO的纬向传播对应着大气经向型环流系统的移动,向西传影响东亚夏季风区降水的ISO有来自低纬中东太平洋东风流中的低频气旋(如副热带东风带中ISO的演变);也有来自中高纬度阿拉斯加湾及鄂霍次克海一带低频低压(如洋中槽)和高压(如阻塞高压和东北太平洋高压)的向南向西频散。因此东亚夏季旱涝不但与热带季风有关,而且与中东太平洋副热带东风系统中ISO的向西传播、中高纬度长波调整时低频扰动向西南经北太平洋副热带的传播密切相关。     

北半球夏季５００hPa候平均高度场异常持续性的分析

本文应用环流持续性异常判据和旋转主分量分析方法，对１９５１—１９８６年间夏季北半球５００hPa逐候平均高度场进行了计算分析，探讨夏季持续性环流异常的地理分布及持续期的基本特征。结果表明:前１１项旋转主分量的主要高荷载中心，与持续异常的高频数中心或其邻近区域大都基本吻合；候平均环流异常的持续性略高于马尔柯夫过程。但某些区域季节性环流异常及多年趋势性环流异常，通常是由某些环流系统或作用中心多次替换、反复出现的持续性异常所组成的。夏季副热带系统是这类异常的重要组成部分。