气候平均场上西太平洋副热带高压双脊线过程可能成因的动力诊断分析

利用NCEP-DOE再分析数据集II,诊断分析了气候平均场上6次西太平洋副热带高压双脊线过程,借助一个两层半大气模式,从动力学上初步揭示了西太平洋热带大气准10天振荡（Quasi Ten-day Oscillation,简称QTO）向西北方向传播与季风槽东伸西撤之间的相互作用过程,探讨了气候平均场上西太副高双脊线可能的形成机制。分析表明季风槽准10天东西振荡是气候平均场上西太副高双脊线形成的主要原因,而季风槽东伸西撤与QTO传播密切相关。进一步分析发现,QTO向西北方向传播,东风切变作用于斜压辐散的经向梯度,在对流中心北侧生成正扰动涡度。QTO在季风槽东侧激发的气旋性扰动涡度,诱导季风槽东伸,侵入副高,造成副高外围变形,形成双脊线。因此,形成西太副高双脊线的主要原因之一可能是西太平洋热带大气QTO。尽管季风槽东伸直接引起副高双脊线发生,但是它只不过是受QTO影响的一种表现。本文仅为诊断结果,其结果还有待于模式敏感性试验的验证。     

气候平均场中的西太平洋副热带高压双脊线特征及其与季风槽准10天振荡的关系

副热带高压双脊线过程几乎历年均存在,其“季节锁相”与地域性使得在气候平均场上西太平洋副热带地区也存在明显的双脊线过程。作者利用43年NCEP/NCAR再分析资料对5～10月气候平均场中的西太平洋副热带高压双脊线过程进行了分析。气候平均场上5～10月西太平洋副热带高压共出现6次双脊线过程,集中发生在7月下旬至9月下旬,表明每年这个时段最易发生双脊线事件。每次双脊线过程均表现为副高南侧新生一脊线,发展几天后就减弱消失,北侧脊线（原脊线）继续维持。初步的诊断分析表明,6次双脊线过程中南侧脊线的生成与季风槽8～10天周期的“间歇性增强东伸”密切相关,这一准10天振荡在7月下旬至9月下旬的突然增强造就了双脊线的“季节锁相”。进一步分析发现,季风槽8～10天的“间歇性增强东伸”与两支分别来自西太平洋的西传准10天振荡和来自赤道的北传准10天振荡有关,这两支振荡同位相,其有利于位相同时传入南海季风区（10°N～15°N,110°E～120°E）,共同作用,引起季风槽的“间歇性增强东伸”。     

1998年长江流域二度梅建立过程中西太平洋副热带高压异常调整的机制分析

基于NCEP2再分析资料,利用全型线性位势诊断方程详细分析了1998年7月长江流域二度梅建立过程中西太平洋副热带高压（副高）异常调整的物理机制。研究表明,1998年二度梅的重新建立是由于副高南撤增强所致,期间以副高南、北两侧位势高度的“此长彼消”为显著特征。这一调整过程可以分为副高的减弱南撤和增强维持两个阶段,而且是由高、低纬天气系统共同影响的结果。地转涡度项和摩擦力散度项在这其中起到重要贡献,尤以前者贡献最大。在不考虑边界条件作用下,地转涡度项对位势高度的贡献量级为101 gpm,而摩擦力散度项则为100 gpm,后者的影响仅局限于对流层低层。对于北侧位势高度而言,受中高纬度Rossby波调整所产生的低压槽影响,地转涡度项使其持续减弱,而南侧位势高度由于赤道反气旋加强北上,地转涡度项使其由减弱转为增强。摩擦力散度项则通过正反馈作用,分别使得上述的减弱趋势和增强趋势更明显。      

1998年夏季长江流域梅雨期环流演变的特殊性探讨

利用1998年南海季风试验(SCSMEX)和华南暴雨试验(HUAMEX)的同化资料和2001年"973"中国暴雨试验(CHeRES)的T106背景场资料,对1998、2001年夏季6～7月环流和降水的分析表明:(1)1998年中高纬度双阻形势有利于冷空气南下,对"二度梅"的形成有重要作用;2001年副高偏东,中纬度槽脊的位置与典型梅雨相反,没有形成典型的梅雨.(2)东亚沿岸大槽的形成以及相应西风急流的南移、东伸和北风(冷空气)的南进,对"二度梅"开始时副高的突然南压有重要作用,这些因子可以作为1998年7月下旬"二度梅"形成的前期预报因子.(3)对降水与夏季风关系的分析表明,季风的短期变化与雨带的进退和维持有密切关系,特别是20～30°N较大范围的低空急流对梅雨锋降水有重要作用;1998年梅雨期风速和湿度场有明显的日变化,且与强对流系统发生的时间一致.(4)对历史上"长梅"和"二度梅"年情况进行了分析,并将1998年的环流与1950年以来造成严重洪涝灾害的"长梅"和"二度梅"的环流作了对比,再次确认这几次梅雨期的中高纬度均为双阻或单阻形势,而1954、1980、1991年的副高为带状;1954、1980年副热带高压属于西进稳定型,1991、1998年分别属于南退北跳型及北跳南退型,但最后经调整使副高停留在长江以南,均有利于梅雨期降水.     

“05. 6”华南强降水期间副热带高压活动与加热场的关系

采用NCEP/NCAR再分析逐日资料,根据全型垂直涡度倾向方程,研究2005年6月华南强降水期间西太平洋副热带高压(副高)位置变动特征及其与加热场的关系.结果表明,西太平洋副高位置变化和副热带地区的非绝热加热有密切关系.与气候平均状况相比,2005年6月副高北侧的加热区很强,而南侧赤道辐合带(ITCZ)没有相当强度的对流;伴随着副高北抬,其南侧均有明显的对流潜热加热向北伸展.副高西侧的加热基本上都大于副高纬带内的加热,副高的每一次西伸都伴随着西侧加热的显著增强,并且加热增强先于副高西伸.对流层中层,副高北侧非绝热加热率的垂直变化基本上都大于气候平均值,不利于副高北进;而南侧加热率的垂直变化均小于多年平均,有利于副高南侧反气旋性涡度异常增长,从而有利于副高南退.2005年6月下旬副高西伸之前,副高西侧非绝热加热率的垂直变化基本上都高于气候平均状况,有利于副高两侧反气旋涡度增加,从而诱使副高随后西伸;而东侧加热率的垂直变化大多数时间都低于气候平均状况,使得副高东侧气旋性涡度增加,有利于副高西伸,对流层低层也具有类似特点.因此在南北两侧加热和东西两侧加热的共同作用下,2005年6月副高位置较常年偏南偏西,从而有利于雨带在华南地区维持.     

西太平洋副高位置变动与大气热源的关系

采用NCEP／NCAR再分析逐日资料和SCSMEX等资料，根据全型垂直涡度倾向方程，研究了1998年6月西太平洋副高位置变动与大气热源的关系。结果表明，副热带地区的非绝热加热对副高位置变化有很重要的作用。与气候平均状况相比，1998年6月副高北侧的非绝热加热垂直变化较常年偏强，而南侧较常年偏弱。这种异常的非均匀加热状况导致我国华南、江南、长江中下游地区呈现异常气旋性涡度制造，而中南半岛大部和南海地区为异常反气旋性涡度制造，使得1998年6月副高位置异常偏南。     

2009年秋季沈丘县连阴雨天气过程分析

从环流形势、影响系统和水汽条件等方面分析了2009年9月7-20日沈丘县出现的历史罕见的秋季连阴雨天气过程的成因:副高脊线位于25°N以北、西伸脊点位于108°E,北部冷空气南下受副高阻挡,在40-50°N形成平直西风带锋区,锋区南侧偏西西北干冷气流与副高边缘西南暖湿气流交汇,切变系统频繁建立,是导致该区连阴雨天气的产生机制.亚洲两槽一脊型建立,蒙古东部低涡加强、东移南下,副高脊线南撤至20°N附近,预示了连阴雨天气结束.     

2003年7月西太平洋副热带高压变异及中国南方高温形成机理研究

运用全型垂直涡度倾向方程理论, 研究了空间非绝热加热在垂直方向的变化对2003年7月副高强度和位置变异的影响.结果表明: 副热带地区的非绝热加热对副高的强度和位置的变化有极其重要的影响.与气候平均状况相比较, 2003年7月副高北侧、西侧非绝热加热的垂直变化异常偏强, 而南侧、东侧较常年异常偏弱.这种异常的非绝热加热状况导致我国江南到副热带西太平洋地区呈现带状的异常反气旋性涡度制造, 使得7月副高偏强偏西.     

西太平洋副热带高压双脊线及其对1998年夏季长江流域“二度梅”的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料、日本气象厅提供的TBB资料研究了 1 998年 7月西太平洋副热带高压突然偏南的原因。结果表明 ,西太平洋副高脊线突然“南撤”有其一定局限性 ,事实上应是副热带高压脊线在南侧的一次“重建”过程。针对这次重建 ,发现 1 998年 7月上中旬在西太平洋副热带地区存在南北两个高压脊 ,据此本文提出了副热带高压双脊线的概念 ,并着重揭示了这次西太平洋副热带高压双脊线的基本演变特征、环流场和温湿场结构、可能的形成机制及其对 1 998年夏季长江流域“二度梅”的影响。分析表明西太平洋副热带高压双脊线时期具有与单脊线时期明显不同的环流特征和温湿场结构 ,其北侧脊线附近的特征与传统上单脊线副热带高压的特征较一致 ,但南侧脊线附近则更多的具有低纬度系统的特点 ;这次双脊线过程与赤道缓冲带北上并与副热带高压打通合并变性及热带对流云团的演变有密切关系。此外 ,文中还通过中国台站降水资料探讨了副热带高压双脊线的维持对中国东部雨型的影响 ,指出西太平洋副热带高压双脊线的出现改变了原有的水汽输送路径 ,从而在中国东部出现两条雨带 ,呈倒 7字型 ,分别与副热带高压北、南侧脊线相对应。这些结果为西太平洋副热带高压演变规律和机制的研究提供了新的线索     

华南沿海2011年7月15-18日持续暴雨过程中的季风槽与中尺度对流系统相互作用

应用NCEP FNL再分析资料及位涡分离反演等方法,对华南沿海2011年7月15—18日持续暴雨过程中季风槽与中尺度对流系统的相互作用进行了研究.主要针对暴雨发生期间季风槽气旋性涡度向上发展的机理及其对季风槽维持发展和中尺度对流系统活动的影响进行分析。结果发现,季风槽的中尺度对流系统发展于弱斜压性环境中,大多在槽东西两端涡度中心区发展最强。南侧盛行的西南低空急流为对流反复发生提供了对流发展的"可维持性"条件,是对流得以组织发展成为中尺度对流系统的重要原因。涡度收支诊断表明,季风槽气旋性涡度生成主要由中尺度对流系统低层辐合引起。位涡分离反演结果证实,季风槽气旋性环流增强主要由与中尺度对流系统潜热加热相关的扰动位涡造成,并随着中尺度对流系统加热峰值高度升高而向上发展,是大尺度环流对中尺度对流系统潜热加热动力响应的结果。在季风槽东西两端,由于中尺度对流系统发展强烈且持续,具有更高的加热效率,引起的气旋性涡度向上发展最为明显。其结果可引起中尺度对流系统西南一侧向北非地转风发展,并在地转偏向力作用下增强西风,维持低空急流的发展,为对流反复发生提供条件。这些都说明季风槽大尺度环流与中尺度对流系统相互作用在中尺度对流系统和持续暴雨形成过程中有重要作用。     

华南前汛期降水与我国近海海温的SVD分析

利用国家气象局整编的中国160站月降水资料和英国气象局的全球逐月海温格点资料,分析了华南前汛期降水的异常特征,并用SVD方法分析华南前汛期降水与近海海温的关系。结果表明：近50年华南南部前汛期降水的总的趋势变化不明显。华南南部前汛期降水异常存在3 a、5 a、7 a和14 a的周期;用SVD方法分析发现：存在一个关键区（130~158 ?E,5~18 ?N）,华南前汛期降水异常关键影响时段是前一年5—8月,华南前汛期降水与该关键区海温有较好的负相关关系,即前一年5~8月关键区海温异常偏高（低）,次年华南前汛期降水偏少（多）。     

冬季对流层下半部温度场的遥相关及与下垫面加热异常的关系

本文利用1000—500hPa厚度资料分析研究了北半球中高纬地区对流层下半部冬季气温异常的水平结构及与下垫面加热异常的关系。研究表明,欧亚大陆腹地气温异常的强度和水平范围最大,该区域异常暖时,欧洲西北部和亚洲东部沿海异常冷,低纬太平洋中部、北美西岸和大西洋中部异常暖,反之亦然。20-110°W北极区海冰范围是影响这种分布形势的可能因素之一。     

影响台湾岛海域的西太平洋台风特征分析

选取台湾岛附近海域(20~27°N,117~125°E)为计算区域,对1949~1999年发生在该海域的西太平洋台风的路径分类、月际变化、年际变化、周期特征、移速和强度等要素进行了气候统计学分析,得出7~9月是台风发生的关键月份,台风发生频次的年际变化表现为下降的趋势,且1995~1999年近5年时间台风频次一直稳定维持在较低水平。用Mann-Kendall方法做突变分析和t检验,没有明显的突变年。利用小波分解技术,计算得出影响台湾岛海域的西太平洋台风年发生频次具有4~6年和13~14年左右的周期。西北行路径西太平洋台风是登陆台湾岛和进一步登陆我国大陆的主要台风,西行路径台风51年来没有登陆我国大陆的记录,转向行路径台风强度最大,平均移速最快。     

云南雨季开始的大雨过程研究

应用1961～2002年4～7月云南125站逐日降水资料和NCEP／NCAR分析资料，确定了云南进入初夏后第一场全省性大雨过程日期，合成分析了云南初夏第一场大雨过程发生前后对流层低层(850hPa)、高层(200hPa)流场及热带对流活动(OLR场)特征，提取了云南初夏第一场大雨过程发生前后的强信号，为云南初夏第一场大雨过程(透地雨)预报提供依据。     

气象灾害事件的数学形态学特征及空间表现

几何面特征是气象灾害的主要空间形态表现, 气象要素值的同化结果、下垫面地表类型、人口和财产的聚集特征组合在灾害特征面上的分布情况呈现显著空间差异及分布不均衡。利用空间分析和数学形态学方法, 依据城市地区复杂下垫面所表现的地表土地覆盖类型, 生成数字化动态卷积模板, 对建立在气象要素分布图上的图谱化网格进行动态膨胀和腐蚀操作, 计算结果可图形化表示为气象灾害在城市空间面上的影响图谱, 并以此作为气象灾害在城市地区造成影响的空间评估结果。针对北京1999年7月22日的高温灾害性天气的个例研究结果表明, 靠近或包含“水体”和“绿地”的空间网格区域大多被执行了腐蚀操作, 而建筑用地、道路、水泥地面等分布较集中区域的空间网格, 则被执行了膨胀操作。因此, 采用数学形态学的“面状灾害事件”空间形态特征的演算对表现灾害自然强度及评估多致灾因子下灾害的真实影响情况是非常有效的。     

采用AHP方法的气象服务社会经济效益定量评估分析

评估选用社会调查资料中公众对评估指标的得票支持率初始化AHP模型准则层的底层指标权重系数,避免执行AHP方法中繁琐的多指标权重计算,然后以AHP模型为基准对气象服务产品的社会经济效益进行定量化评估.评估以"现有常规气象服务产品"及"FDP产品"为AHP方案层的备选方案,评估权重适当向体现奥运气象服务需求的指标项倾斜.评估结果表明FDP产品在满足现有用户气象服务及奥运气象服务需求上享有绝对的优势.研究得出:现有天气预报产品需要进一步提高预报结果的时间和空间分辨率;需要丰富FDP等短时临近预报产品的信息传递方式;需要提高信息传递的及时性,改进气象服务的质量.     

东亚季风研究的进展

中国气象科学研究院曾长期组织和从事东亚季风及其对中国天气和旱涝影响的研究。该文对中国气象科学研究院在东亚季风研究方面取得成果进行综述, 并回顾了20世纪50年代以来国内有关季风的研究活动, 也回顾了影响我国天气气候、东亚季风环流系统的提出及其后续的有关东亚和印度季风系统的相互作用, 引发中国大陆暴雨生成的水汽输送, 表达中国大陆季风活动的季风指数设计等研究结果。综述了南海夏季风爆发、梅雨开始、中国雨季开始及传播等有关研究成果; 东亚季风系统中副热带地区低频振荡纬向和经向传播特征及与赤道地区不同之处, 东亚低频振荡对El Ni?o形成及夏季东亚热带和副热带季风爆发的可能影响, 东亚热带和副热带季风低频振荡对中国天气气候的影响等有关成果; 亚洲地区大气热源的计算及其分布, 青藏高原夏季热源对东亚夏季风及降水的可能影响, 青藏高原冬季冷源对El Ni?o生成的可能影响等有关成果; 东亚季风及降水的年际变化特征, 准4年年际振荡的分析及与ENSO形成间的相互作用, 极地对东亚夏季降水的影响及东亚季风年代际变化特征等成果。综述东亚季风系统形成的可能机制, 特别是亚洲大陆—西太平洋海陆热力差异及非洲、印度半岛、中南半岛及澳大利亚陆地与周围海洋对冬夏季风形成、印度和东亚季风系统形成、南海夏季风形成作用的结果。     

华东区域夏季行星边界层大气稳定度的气候特征及其与气溶胶的联系

利用1979-2008年夏季（6—8月）逐日NCEP／NACR再分析资料、MODIS卫星的气溶胶资料等,研究了华东区域夏季行星边界层大气稳定度的气候特征与年际变化,分析了大气稳定度和相应的加热场与气溶胶光学厚度（aerosol optical depth,AOD）的联系。结果表明：华东区域夏季行星边界层大气稳定度在空间上分布不均匀,时间上具有明显的年际变化。边界层中的非绝热加热率、大气稳定度及气溶胶光学厚度三者之间可能存在密切联系。利用经验正交函数分析了华东区域总体理查森数Rib的距平场,得到了边界层稳定度分布的3个主要模态,这3个模态所代表的边界层大气稳定度异常与夏季风环流异常密切相关,特别是P-J型遥相关波列和西太平洋副热带高压在中国东部大气边界层稳定度变化中可能起着非常重要的作用。