2002年夏季中高纬大气准双周振荡对华南降水的影响

利用JRA55大气再分析资料和TRMM卫星降水资料,分析了2002年夏季（5~8月）华南地区降水的低频振荡特征,重点揭示了对其影响显著的中高纬大气季节内振荡的环流结构及演变。小波和功率谱分析表明,2002年夏季华南降水表现为主周期为10~30 d的准双周低频振荡。典型低频降水事件及合成分析指出,准双周降水的强（弱）变化除了受低空西北太平洋副热带高压西伸进入（东移退出）南海的影响以外,还显著地依赖于中高纬地区高空大气环流的季节内振荡。在对流层高层,中高纬度地区存在一支自大西洋经欧亚大陆的气旋—反气旋相间排列的低频波列。该波列在欧亚大陆地区向东南传播,当异常反气旋和气旋分别位于青藏高原和华北上空时,这种偶极型环流之间的高空辐散场有利于华南地区上升运动的发展,因而华南降水偏强;反之,华南降水偏弱。研究还表明,低频波列南移造成了对流层异常温度平流和副热带高层异常绝对涡度的变化,使得华南地区上升与下沉运动交替出现以及相应的经向环流圈反转,从而导致华南准双周振荡干湿位相的转换。局地异常感热加热对干湿位相转换也起一定作用。时滞相关分析发现,当青藏高原地区500 hPa位势高度异常场超前于华南异常降水4 d（即位相差为1/4周期）时,二者出现显著正相关,表明青藏高原地区500 hPa位势高度异常对预测华南地区季节内降水变化有潜在的应用价值。     

新疆夏季降水的环流差异分析

基于1961—2015年夏季6—8月NCEP/NCAR再分析数据和新疆81站逐月降水数据,分析了北疆和南疆夏季降水协同变化和单独变化时的环流差异。结果表明,当新疆夏季降水整体偏多时,中亚上空的异常气旋将阿拉伯海的水汽输送至新疆,西亚副热带急流位置南偏。当南疆夏季降水偏多,北疆夏季降水偏少时,中亚异常气旋南偏,至40°N以南,水汽由阿拉伯海和西北太平洋输送至南疆,急流位置南偏。当北疆夏季降水偏多,南疆夏季降水偏少时,中亚为异常的反气旋,北疆上空存在异常的气旋式切变,水汽由西北太平洋输送至北疆,急流位置北偏,强度加强。当南疆(北疆)夏季降水单独偏多时,中亚40°N以南为异常气旋(反气旋),以北为异常反气旋(气旋),急流位置南偏,水汽由阿拉伯海输送至南疆(北疆)。     

一次江淮气旋发生发展动力因素的计算分析

本文对一次江淮气旋的发生发展过程计算了500mb等压面上的涡度平流,对流层下部的温度平流、大气层结稳定度、大气加热率等各项动力因素对其发生发展所起的作用。计算结果发现,在江淮气旋的发生期,大气加热率所起的作用占主要地位;在江淮气旋强烈发展时期,500mb上的涡度平流、对流层下部的温度平流、大气加热率都有重要作用,但以对流层下部的温度平流作用最大。 大气的加热场采用从温度场与流场倒算的方法。计算所得的加热场与降水场有较好的对应,故可认为该大气的加热作用主要是由水汽凝结潜热的释放所致。 计算分析得到如下结论:江淮气旋的发生时期,水气凝结潜热的释放对气旋的发生起着主要的动力作用;而在江淮气旋进一步猛烈发展时期,温度平流对气旋发展的贡献最大,也即大气本身的斜压性是它进一步发展的重要因素。     

一次温带气旋特殊移动路径及其结构和成因分析

为了更全面地了解温带气旋的结构和形成原因,利用常规高空、地面观测、NCEP的1°×1°再分析资料和FY-2E水汽图像等资料,分析了2014年6月6 10日发生在华北及东北温带气旋的强度和移动路径、环流背景及结构和成因等。结果表明:(1)在发展阶段,地面气旋中心气压变化不大,但以逆时针旋转的路径移动;当地面气旋中心与高层低涡中心在同一垂直轴线上时,气旋停止发展。(2)以异常路径移动的气旋发生在500 h Pa大尺度环流多次调整的背景下。当气旋上游贝加尔湖至我国新疆南部的高压脊发展时,气旋初生;当气旋下游日本岛东部至鄂霍次克海高压脊发展时,气旋发展。(3)当正相对涡度随高度向西倾斜、气旋中心上空对流层低层正相对涡度首先加大、且其西侧的冷锋锋区增强、随后气旋中心上空整层正相对涡度增大时,地面气旋处于发展过程中;当高低层正相对涡度垂直重合、且对流层低层冷锋锋区减弱,则气旋停止发展。(4)对流层上层具有高值位涡的干空气逐渐进入地面气旋中心上空的湿区时,高位涡所携带的高空正涡度平流辐散作用使得低层辐合加强、绝对涡度增大,引起地面气压下降。(5)气旋中心上空的对流层中层暖平流和高层较大的正涡度平流使得垂直上升速度增强,气旋逐步发展;地面气旋中心总是沿中低层暖平流和其下游高低层微差涡度平流较大的区域移动。     

春季影响江淮地区的天气尺度气旋活动与同期降水的联系

本文基于1979~2013年ERA-Interim逐日4次的850 hPa位势高度场资料,利用基于最外围闭合等值线的气旋区客观识别方法得到春季影响江淮地区的二维气旋集,依据水平尺度划分了天气尺度气旋并分析该区域气旋强度的时空分布特征以及气旋活动与站点降水异常的关系,结果表明:天气尺度气旋活动与江淮地区降水异常、强降水事件发生频次均存在显著的正相关关系。气旋活动指数高-低年份差值分析发现,随着气旋活动指数增强,东北亚地区对流层中上层增温并伴随异常高压中心出现,促使其南部南北经向温度梯度以及高空西风急流偏弱。这有利于江淮区域北部异常正涡度平流输入,同时江淮地区对流层低层形成横槽型环流,江淮区域南部及其上游地区对流层中下层出现异常西南气流,有利于江淮区域涡度增大,相应的低空辐合、高空辐散垂直结构,为天气尺度气旋发展与维持提供了有利的动力抬升条件。横槽型异常环流配置有利于江淮区域南部的西南暖湿气流和北部的异常西向/西北向水汽输入和堆积,导致区域云量以及降水异常的增多。     

柴达木盆地1981-2017年降水及大气环流特征分析

基于1981~2017年柴达木盆地十个气象台站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,对柴达木盆地降水特征及主要影响的大气环流形势进行了研究。结果表明：1981~2017年柴达木盆地降水东部大于西部,年际降水总体皆呈增加趋势,且东部增势大于西部。降水具有明显周期,其中年际周期主要为1~3年,年内周期主要存在于降水较为集中的夏季,表现为显著的准单周振荡。EOF分析显示柴达木盆地夏季降水主要有两类空间模态,第一模态为空间一致型,第二模态为“中部正、东部西部负”型。进而对影响这两类主要模态的大气环流特征进行分析,结果表明：空间一致降水正异常时,以黑海—蒙古高原—日本海表现为“丝绸之路”型遥相关波列和东亚从低纬到高纬呈现“+-+”的经向型遥相关波列的异常环流形势为特征,水汽主要源于阿拉伯海、孟加拉湾,经青藏高原东侧向北输送至盆地。第二模态降水偏多时大气环流表现为对流层中层欧亚大陆大部分地区为正异常,盆地受异常反气旋的控制,对流层低层中亚异常气旋和异常反气旋相互作用使冷空气南下,西北太平洋的异常反气旋式环流南侧的偏东气流输送水汽,冷暖空气在盆地交汇,使盆地降水偏多。     

华南冬末春初降水变异关联主模态及机理

基于1951—2018年再分析资料和观测的降水量资料,采用联合经验正交函数分解的方法,分析了华南冬末春初(2、3月)降水年际变异特征,并讨论了相应的环流背景及物理机制。华南2、3月降水变异的第一关联主模态反映出全区2、3月同相变化,第二模态呈现反相变化。第一模态的降水异常与ENSO关联的热带海温异常分布有关,其导致的西太平洋异常反气旋的维持使得2、3月的降水持续出现同相异常。第二模态的降水异常与中高纬度的大气环流异常有关：2月表现为欧亚遥相关型,3月则表现为北极涛动型。第二模态2、3月位势高度异常型的转变分别与北大西洋的热通量的异常变化及平流层极涡信号的下传有关：当2月北大西洋热通量正异常显著时,500 hPa高度场呈现欧亚遥相关(EU)负位相的分布;平流层极涡异常信号在3月下传达到对流层低层,使得3月对流层极涡增强,有利于北极涛动(AO)正位相的形成。2、3月欧亚大陆上空分别在EU遥相关型和AO型环流异常的影响下,导致了华南地区上空的大气环流的辐合辐散异常,并最终造成2、3月华南的降水量反相异常的出现。     

中亚和南亚热力差异对塔里木盆地夏季降水的影响

利用美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均资料和新疆83站降水资料,分析了1961~2010年南亚和中亚对流层中低层热力差异对塔里木盆地夏季降水的可能影响机制。研究结果表明,塔里木盆地夏季降水与中亚和南亚对流层中低层温度密切相关。当南亚对流层中低层偏暖,中亚偏冷时,500 h Pa中亚上空和蒙古上空分别为异常气旋和反气旋环流,在二者共同作用下,塔里木盆地上空盛行异常的偏南气流,有利于低纬海洋的暖湿气流北上,形成有利于降水的环流条件。同时阿拉伯海上空为异常反气旋环流,中亚上空为异常气旋环流,形成塔里木盆地夏季降水水汽的两步型输送,阿拉伯海水汽被输送至中亚和新疆地区。中亚对流层中低层温度变化主要影响500 h Pa环流,南亚对流层中低层温度变化在低纬水汽向北输送过程中扮演主要角色。青藏高原夏季风偏强时,600 h Pa高原北侧对应异常反气旋环流,异常偏北风引导高纬度冷空气南下,导致中亚区域对流层中低层偏冷,而南亚对流层中低层偏暖则与热带印度洋显著增暖密切相关。     

塔里木盆地夏季降水年代际的变化及联系的大尺度环流[*]

基于1961-2020年夏季塔里木盆地33站逐日降水数据和NCEP/NCAR大气环流再分析数据,分析了塔里木盆地夏季降水的年代际变化特征及影响环流。结果表明,塔里木盆地夏季降水在1986/1987年发生了由少到多的年代际突变,降水显著增加的区域主要位于盆地的西部和北部,主要由降水日数的增加贡献。不同年代际背景下,影响塔里木盆地夏季降水的环流配置存在一定差异。1961-1986年,影响盆地夏季降水的中亚副热带急流位置显著南移,中亚上空的异常气旋位于40°N附近,水汽源于阿拉伯海;1987-2020年,影响盆地夏季降水的中亚上空异常气旋位置位于40°N以南,水汽源于孟加拉湾和西北太平洋。东大西洋—西俄罗斯大气遥相关型在塔里木盆地夏季降水的年代际变化中扮演了重要角色。     

2014年11月上旬西北太平洋一次极端强度爆发气旋的数值模拟和分片位涡反演分析

基于NCEP 6 h一次,0.5°（纬度）×0.5°（经度）水平分辨率的GFS（Global Forecasting System）再分析数据,利用数值模式WRF（Weather Research and Forecasting）,对2014年11月上旬西北太平洋一次极端强度的爆发气旋事件进行了模拟。在成功复制爆发气旋主要特征的基础上,较详细的分析了本次爆发气旋快速发展的有利环境条件,并利用分片位涡反演的方法,对此次爆发气旋的快速发展过程进行了研究,主要结论如下:（1）本次爆发气旋的爆发性发展阶段维持了约27 h,其最大加深率约为3.98 Bergeron（气旋加深率单位）,最低中心气压约为919.2 hPa。（2）爆发气旋的快速发展与对流层高层高空急流对热量的输送,对流层中层西风带短波槽槽前暖平流和正涡度平流的有利准地转强迫,以及对流层低层暖锋伴随的暖平流过程密切相关。（3）分片位涡反演的结果表明,对流层顶皱褶对应的平流层大值位涡下传和降水凝结潜热过程造成的正位涡异常是本次爆发气旋快速发展的主导因子,而对流层低层的斜压过程贡献相对较小。在气旋爆发期的前期和强盛期,降水凝结潜热释放是爆发气旋发展的最重要因子,而在爆发期后期,随着降水的减弱和爆发气旋的东北向移动,对流层顶皱褶作用所造成的正位涡异常成为维持气旋快速发展的最有利因子。     

Connection between the Silk Road Pattern in July and the following January temperature over East Asia

This study investigates a cross-seasonal influence of the Silk Road Pattern (SRP) in July and discusses the related mechanism. Both the reanalysis and observational datasets indicate that the July SRP is closely related to the following January temperature over East Asia during 1958/59–2001/02. Linear regression results reveal that, following a higher-than-normal SRP index in July, the Siberian high, Aleutian low, Urals high, East Asian trough, and meridional shear of the East Asian jet intensify significantly in January. Such atmospheric circulation anomalies are favorable for northerly wind anomalies over East Asia, leading to more southward advection of cold air and causing a decrease in temperature. Further analysis indicates that the North Pacific sea surface temperature anomalies (SSTAs) might play a critical role in storing the anomalous signal of the July SRP. The significant SSTAs related to the July SRP weaken in October and November, re-emerge in December, and strengthen in the following January. Such an SSTA pattern in January can induce a surface anomalous cyclone over North Pacific and lead to dominant convergence anomalies over northwestern Pacific. Correspondingly, significant divergence anomalies appear, collocated in the upper-level troposphere in situ. Due to the advection of vorticity by divergent wind, which can be regarded as a wave source, a stationary Rossby wave originates from North Pacific and propagates eastward to East Asia, leading to temperature anomalies through its influence on the large-scale atmospheric circulation.     

The dynamical effects of divergent wind on the intraseasonal variability of the East Asian circulation

In this paper, the dynamical effects of divergent wind on the intraseasonal variability of atmospheric circulation over East Asia are analyzed by using the function of Rossby-wave source and the energy exchanging function be-tween divergent component and rotational component of the flow.The results analyzed from the observed data show that the advection of vorticity by divergent wind caused by the heating due to the monsoon rainfall in the south to the Yangtze River and the strong convective activities around the Philippines may play an important role in the northward jump of westerly jet stream during the seasonal transition from spring circulation to summer circulation over East Asia. Due to the northward movement of the advection of vorticity by the divergent wind, the energy transformation from divergent component into rotational component can be caused over the Yellow River basin and Northwest China and will cause the intensification of the zonal flow there. Thus, the jet stream abruptly shifts northward to North China.Moreover, the analysed results also show that the advection of vorticity by divergent wind caused by the heating due to the strong convective activities around the Philippines also plays an important role in the intraseasonal varia-bility of the circulation over East Asia during the seasonal transition from summer to winter. With the southward movement of the advection of vorticity by the divergent wind, the energy transformation from divergent component into rotational component can be caused over East Asia, especially over the Yangtze-Huaihe River basin. Therefore, the jet stream gradually moves southward from North China to the Yangtze River basin.     

南疆夏季降水异常的环流和青藏高原地表潜热通量特征分析

利用1980—2004年NCEP/DOE新再分析月平均资料及我国225个测站1980—2004年月降水量资料,通过诊断分析,研究了南疆夏季降水异常的环流和高原地表潜热通量特征。结果表明:南疆夏季降水偏少年,南亚高压西部偏强,西风急流位置偏北,500 hPa中高纬环流经向度减弱,伊朗高压偏北、偏东,西太平洋副热带高压偏西、偏南;降水偏多年则相反。南疆夏季降水偏少年,高原北部和南疆地区为下沉的垂直环流距平,Ferrell环流增强;降水偏多年则相反。南疆夏季降水偏少年和偏多年的前期冬春季开始孟加拉湾、青藏高原和南疆地区地表潜热通量具有相反的变化,南疆夏季降水与高原北部地表潜热通量呈显著正相关,与南部地表潜热通量呈反相关关系。     

西北太平洋副热带高压的不同指数及其与中国东部夏季降水关系的探讨

本文利用再分析资料与台站降水资料,比较了不同副高指数的变化特征,分析了不同指数与中国东部夏季降水的关系及相应环流变化。结果表明,副高指数可分为三类:绝对强度指数、相对强度指数和南北指数。绝对强度指数有上升趋势,对应5870 gpm等值线向西的扩张;相对强度指数有下降趋势,对应扰动位势0线的缩小;南北指数无明显趋势变化,表现为副高脊线基本围绕25°N振荡。不同副高指数对应的环流与降水异常表明,绝对强度指数虽然不能较好的描述副高局地的涡度变化,但其与东亚EAP（East Asia–Pacific,东亚—太平洋）型遥相关关系较好,在这种情况下,该指数与长江流域降水存在高相关,指数正异常时,华北偏干,长江中下游水汽辐合降水增加;反之降水型相反。相对强度指数能较好的描述副高局地的涡度变化,但其与EAP型遥相关关系较弱,因此相对强度指数与降水关系较弱,指数正异常时,降水中心仅出现在长江中游;反之,受异常偏北风影响,我国降水体现为北旱南涝。南北指数对副高局地的涡度变化以及EAP型遥相关都有较好表征,该指数与长江以南以及华北的降水有较好的相关性,指数正异常时,水汽大量向北运输,造成华北多雨而长江干旱;反之,相反的环流型使雨带移至华南。     

华北夏季旱涝与同期500 hPa高度异常

采用中国气象局整编的月降水量、500hPa月平均高度场资料,利用相关、合成和奇异值分解等方法分析了华北夏季旱涝的时空分布特征及其环流异常特征,得到了500hPa高度场与同期降水的主要耦合模态。结果表明：华北旱涝年,北半球环流从高纬到低纬都存在显著的异常,其中显著区域有4个：北非到西亚的低纬地区、青藏高原地区、乌拉尔山东北部及加拿大东部。环流的异常变化与华北夏季降水的异常变化趋势较一致。亚洲地区由高纬到低纬,涝年环流异常表现为“ - ”分布;旱年为“- -”分布。     

夏季亚洲高空急流纬向非对称变异与北大西洋海温和欧亚陆面热力异常的可能联系

基于1979~2015年ERA-Interim再分析资料,分析了夏季亚洲高空急流纬向非对称变异特征及其可能的外强迫因子。研究发现夏季亚洲200 hPa纬向风异常EOF第二模态（方差贡献为16.4%）主要表现出了急流纬向非对称的空间异常形态,反映了西亚和东亚区域急流南北偏移的反位相变化。通过进一步的诊断分析,我们发现急流纬向非对称变异与北大西洋海表温度（简称海温）和欧亚陆面热力异常可能存在一定的联系。北大西洋三极型海温异常会激发出向下游传播的异常波列,夏季该波列在欧亚大陆上空的异常环流中心与急流纬向非对称相关的异常环流中心对应一致,其中东欧平原的异常反气旋和巴尔喀什湖附近的异常气旋对西亚急流变化存在影响,东亚地区急流的变化与贝加尔湖北部异常气旋和贝加尔湖南部的异常反气旋有关。对比欧亚土壤湿度关键区内垂直环流,陆面热力异常可能会改变局地环流进而影响急流变异,且这种影响存在区域差异。     

亚洲中高纬度地区春夏季节转换早晚与梅雨期中国东部降水异常的联系

6月初,亚洲中高纬地区的气温迅速增暖后趋于稳定,大气环流由冬季环流转变为夏季环流。根据1951~2017年间各年亚洲中高纬地区春夏季节转换（以下简称季节转换）的时间,基于NCEP再分析资料和中国地区的观测资料,研究了季节转换发生早晚对梅雨期中国地区降水及环流的影响。在季节转换偏早（晚）年的梅雨期,对流层中层（500 hPa）高度距平场从东北亚中高纬、中国东北和日本以南地区出现“+ ? +”（“? + ?”）的经向波状结构。在850 hPa距平风场上,也有相近的波状结构。当东北亚脊偏强（弱）时,东北地区为气旋式（反气旋式）环流距平,西太平洋副热带为反气旋式（气旋式）距平。环流异常导致东北地区降水异常偏多（少）,长江流域降水偏少（多）。本文还初步探讨了亚洲中高纬地区入夏时间的早晚如何影响梅雨期大气环流和中国东部降水异常的途径。在季节转换偏早（晚）年,东北亚高压脊建立较早（晚）,强度偏强（弱）,而且对应的东北亚脊异常往往可持续到梅雨期结束,从而有利于东亚沿岸 “+ ? +”（“? + ?”）经向波状环流及相应雨带的形成。     

Weakening of Interannual Variability in the Summer East Asian Upper-tropospheric Westerly Jet since the Mid-1990s

In this study,we found that the intensity of interannual variability in the summer upper-tropospheric zonal wind has significantly weakened over Northeast Asia and the subtropical western North Pacific(WNP) since the mid-1990s,concurrent with the previously documented decrease of the westerly jet over North China and Northwest China.Corresponding to this weakening of zonal wind variability,the meridional displacement of the East Asian westerly jet(EAJ) manifested as the leading mode of zonal wind variability over the WNP and East Asia(WNP-EA) before the mid-1990s but not afterward.The energetics of the anomalous pattern associated with the meridional displacement of the EAJ suggests that barotropic energy conversion,from basic flow to anomalous patterns,has led to the weakening of the variability in the EAJ meridional displacement and to a change in the leading dominant mode since the mid-1990s.The barotropic energy conversion efficiently maintained the anomalies associated with the variability in the EAJ meridional displacement during 1979-1993 but acted to dampen the anomalies during 1994-2008.A further investigation of the energetics suggests that the difference in the patterns of the circulation anomaly associated with either the first leading mode or the meridional displacement of the EAJ,i.e.,a southwest-northeast tilted pattern during 1979-1993 and a zonally oriented pattern during 1994-2008,has contributed greatly to the change in barotropic energy conversion.     

影响中国夏季降水的前冬北半球中高纬大气环流年际变异主模态

本文利用观测和再分析资料,通过奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)分析,发现北极涛动(Arctic Oscillation, AO)是显著影响中国夏季降水年际异常的前冬中高纬大气环流变异的主模态。AO在冬季发展成熟,在春季衰亡,在夏季发生位相反转。AO会导致华北、东北、长江中下游和华南夏季降水异常呈现三极型分布。伴随正位相的AO,在黄海至日本海上空的异常低压伴随的东北风异常引起华北和东北水汽通量异常辐散及降水减少,而西北太平洋的异常高压不仅增强其北侧的西南风水汽输送,和北部异常低压共同作用导致长江中下游水汽通量异常辐合及降水增加,而且使得华南水汽通量异常辐散,降水减少。因此,本文发现的前冬AO模态与我国夏季三极型异常降水分布的关系可为我国夏季旱涝预测提供一个重要的中高纬前期因子。     

The Dynamical Effects of Divergent Wind on the Intraseasonal variabinty of the East Asian Circulation

宋玉成，黄荣辉ＴｈｅＤｙｎａｍｉｃａｌＥｆｆｅｃｔｓｏｆＤｉｖｅｒｇｅｎｔＷｉｎｄｏｎｔｈｅＩｎｔｒａｓｅａｓｏｎａｌｖａｒｉａｂｉｎｔｙｏｆｔｈｅＥａｓｔＡｓｉａｎＣｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ￥ＳｏｎｇＹｕｃｈｅｎｇａｎｄＨｕａｎｇＲｏｎｇｈｕｉ（Ｉｎｓ...