热带季节内振荡与影响广西热带气旋生成发展的联系··············覃卫坚,党国花(1)华南地区对流层顶和边界层顶高度特征分析··················杨坤琳,徐岩(6)

利用1978-2013年美国NOAA逐候MJO指数和中国气象局上海台风研究所热带气旋资料,研究了MJO与影响广西热带气旋发生发展的联系。结果表明,当MJO处于非洲大陆和西印度洋时,热带气旋生成区域上空为异常东风带;而当MJO处于西太平洋时,热带气旋生成区域北侧为东风异常带、南侧为西风异常带,有利于季风槽或气旋性环流加强,导致影响广西热带气旋频数偏多。当MJO处于东印度洋时,南海上空风场存在明显的向南分量,热带气旋生成数少、位置偏南;而当MJO处于东太平洋时,热带西太平洋对流受到抑制,导致影响广西热带气旋偏少。     

热带季节内振荡与影响广西的热带气旋生成发展的联系

利用1978-2013年美国NOAA逐候MJO指数和中国气象局上海台风研究所热带气旋资料,研究了MJO与影响广西热带气旋发生发展的联系。结果表明,当MJO处于非洲大陆和西印度洋时,热带气旋生成区域上空为异常东风带;而当MJO处于西太平洋时,热带气旋生成区域北侧为东风异常带、南侧为西风异常带,有利于季风槽或气旋性环流加强,导致影响广西热带气旋频数偏多。当MJO处于东印度洋时,南海上空风场存在明显的向南分量,热带气旋生成数少、位置偏南;而当MJO处于东太平洋时,热带西太平洋对流受到抑制,导致影响广西热带气旋偏少。     

热带季节内振荡与南海热带气旋活动的关系

利用1949—2009年台风年鉴和NCEP/NCAR再分析资料分析了热带季节内振荡(ISO)与南海热带气旋活动的关系。主要结论包括:(1) 针对南海地区定义了纬向风指数,经验证该指数能较好描述南海大气ISO的具体特征;(2) CPC120指数反映的对流空间尺度相对于南海小尺度海域太大,且不能很好判明南海地区气旋活动归属于活跃与否两类,这从反面证明了纬向风指数对南海地区热带ISO活动的适用性;(3) 利用纬向风指数把热带ISO活动划分了8个位相,发现其位相变化与南海热带气旋活动有较好的对应关系:不活跃期(第4～6位相)时,气旋在南海生成和登陆均明显减少,而在活跃期(第7～3位相)时情况相反;(4) 合成分析表明,热带ISO东传时,伴随对流中心位置的东移,南海气旋活动表现也不同,其活跃期以第2位相特征最明显,此时南海地区对应强对流和气旋式切变,同时副高强度较弱位置偏东,这些均有利于南海气旋的生成和发展;不活跃期则情况相反,以第6位相特征最明显;(5) 进一步从能源供应角度来探讨发现,南海地区的水汽凝结加热中心、强对流中心及水汽通量散度均配合一致。此外,活跃位相时整层热源垂直剖面均反映南海上空为强上升运动和中层加热;不活跃位相则情况相反。因此,热带ISO东传也会影响南海上空加热配置,从而影响热带气旋活动。      

MJO对春季中国东部大气环流和降水的影响

利用再分析资料分析了MJO（Madden-Julian Oscillation）不同位相对春季中国东部降水的影响。结果表明：MJO处于位相3时对应长江及其以南地区降水增多,处于位相7时该区域降水减小。当热带MJO对流从位相1东传至位相4,与其相伴的北向辐散辐合流会在印度东北部—长江及副热带西北太平洋地区的对流层中低层产生明显的辐合异常,且在MJO位相3时中国东部的辐合异常达到最大。从Rossby波源角度分析,这种辐合异常会增强对流层中低层气旋性环流,导致MJO处于位相3时长江流域及其以南地区降水增多。同时,利用现代次季节和季节预报业务系统探讨了MJO与降水的关系对降水预报技巧的影响,发现预报降水和再分析产品的相关系数在MJO处于位相3和7时有所增加。     

MJO研究新进展

MJO与ENSO的关系、MJO的数值模拟(预报)以及MJO对天气气候的影响是近些年来国内外大气科学研究的重要前沿问题.本文将综合介绍国内有关MJO对天气气候的影响以及MJO的数值模拟(预报)方面的近期研究进展,因为过去已介绍过MJO与ENSO相互作用的研究结果.利用澳大利亚气象局的RMM-MJO指数研究MJO与西北太平洋台风活动的关系,结果表明大气MJO对西北太平洋台风的生成有比较明显的调制作用,在MJO的活跃期与非活跃期西北太平洋生成台风数的比例为2∶1;而在MJO活跃期,对流中心位于赤道东印度洋(即MJO第2、3位相)与对流中心在西太平洋地区(即MJO第5、6位相)时的比例也为2∶1.对大气环流的合成分析显示,在MJO的不同位相西太平洋地区的动力因子和热源分布形势有极其明显不同.在第2、3位相,各种因子均呈现出抑制西太平洋地区对流及台风发展的态势;而在第5、6位相则明显有促进对流发生发展,并为台风生成和发展创造了有利的大尺度环流动力场.对多台风年与少台风年850 hPa的30～60 d低频动能距平的合成分析表明,在多台风年最显著的是低频动能正异常位于菲律宾以东15°N以南的西北太平洋地区,表明那里有强MJO的活动;而少台风年的情况与多台风年相反,菲律宾以东的西北太平洋上与季风槽位置对应区域是低频动能的负距平区,那里MJO偏弱.即赤道西北太平洋上MJO活动的强(弱)年对应西北太平洋的台风偏多(偏少).对应MJO的不同活动位相,无论冬季、春季或夏季,中国东部的降水都将出现特殊的异常形势.在春季,MJO的第2、3位相有利我国东部长江中下游地区多雨、华南地区少雨;MJO的第4、5位相有利我国华南地区多雨而长江中下游地区少雨;在MJO的其它位相,我国东部地区都为降水负异常.在冬季,对应MJO的第1～3位相(特别是第2、3位相)中国华南降水偏多;而对应MJO的第6～8位相(特别是第6、7位相)中国华南降水偏少.在夏季,MJO位于印度洋时,MJO可以通过低层西风急流的波导效应影响到中国东南部地区,造成该地区降水偏多;当MJO位于西太平洋地区时,可以造成经向环流的上升支向北偏移,导致西北太平洋副高的东撤、以及中国东南部地区水汽输送减弱,降水减少.资料分析还表明,在年际变化尺度上,热带中、东印度洋MJO指数的持续异常对云南夏季降水有明显的影响.大气环流和数值模拟都表明,MJO活动不同位相的强对流会在东亚/西北太平洋地区激发产生不同形势的遥响应(Rossby波列),导致在中国不同地区出现有利(或不利)降水的环流形势和条件,是MJO活动影响中国降水的主要机制.用数值模式对MJO进行数值模拟(预报)是尚未很好解决的困难问题,原因也没有完全搞清楚.我们的一系列数值模拟清楚表明,MJO的模拟(预报)效果对模式所用对流参数化方案有很强的依赖关系;模式能否很好描写(再现)热带大气非绝热加热廓线,是极其关键的问题,只有当加热廓线在对流层中低层有最大加热时,模式才能得到同实际观测大体一致的MJO及其活动特征.这些数值模拟结果与我们过去从理论研究得到的结论相吻合,彼此得到应证.     

热带大气季节内振荡对江西5月降水的影响

利用实时的热带大气季节内振荡(MJO)指数和江西省83个台站降水资料,通过位相合成方法分析了MJO对江西5月降水的影响。(1) 在强MJO第4～5位相(MJO活动中心位于赤道印度洋东部印尼群岛附近)江西降水为正异常,在第6～8位相(MJO活动中心位于西太平洋以东)和第1～3位相(MJO活动中心位于赤道印度洋)为负异常,其中以第4位相的正异常和第7位相的负异常最明显。(2) 当MJO对流中心位于印尼群岛附近时,副高西伸脊点偏西,处于异常西南风控制,从西太平洋副热带地区向江西输送的水汽加强,位于水汽辐合区内,受上升运动控制,有利于江西出现降水。当MJO传播至西太平洋地区时,江西转为受异常偏北风控制,水汽输送减弱,为水汽辐散区,受下沉运动控制,不利于江西出现降水。      

热带印度洋MJO活动对孟加拉湾西南夏季风季节内振荡的影响

通过对1979—2008年热带太平洋30—60 d振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)指数、美国国家环境预报中心再分析资料和日本气象厅降水资料的分析,发现热带东印度洋MJO强度和传播状况影响孟加拉湾西南夏季风季节内振荡及相关低频环流、对流和降水分布。当热带东印度洋MJO在春末夏初较活跃时,孟加拉湾西南季风季节内振荡活动在4—8月比其不活跃时提前约20 d(约1/2个周期),其对于孟加拉湾西南季风季节内振荡的影响可持续整个季风期,使西南季风的季节内振荡不仅酝酿期和活跃期提前发生,季风期有所延长,季节内振荡也更强。西南季风季节内振荡具有明显的北传和东传特征,北传沿孟加拉湾通道从赤道向副热带推进,而东传则沿10°—20°N从孟加拉湾向东传至南海地区。春末夏初时热带东印度洋MJO的异常状况,正是通过对西南季风季节内振荡东传和北传的影响,进而对孟加拉湾西南季风季节内振荡在季风期的酝酿、维持和活跃产生作用,这种作用同时体现在强度和时间上。孟加拉湾西南夏季风季节内振荡强度与热带东印度洋MJO在4月21日—5月5日的活动呈现显著负相关,当热带东印度洋MJO在春末夏初较活跃时,孟加拉湾西南夏季风季节内振荡的强度较大,在5—8月经历3次季节内振荡波动,低频对流场和环流场在1—3位相(孟加拉湾西南夏季风季节内振荡为正位相)和4—6位相(负位相)时呈反位相特征,这是由MJO低频对流的东传及在孟加拉湾和南海这两个通道上的北传引起的。从印度半岛到菲律宾群岛的降水在1—3位相和4—6位相上分别为正异常和负异常,其中,在第2位相(孟加拉湾西南季风季节内振荡波峰)和第5位相(孟加拉湾西南季风季节内振荡波谷)时分别为降水最大正异常和最大负异常。反之,在热带印度洋MJO在春末夏初不活跃年时,孟加拉湾西南夏季风季节内振荡活动较弱,强度偏弱且振荡也不规律。     

热带大气低频振荡对高原低涡的调制作用

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料、NOAA向外长波辐射(OLR)资料、澳大利亚气象局实时MJO指数(RMM)以及中国气象局成都高原研究所高原低涡年鉴统计数据,运用小波分析、合成分析等方法初步研究了热带大气低频振荡(MJO)对高原低涡的调制作用。结果表明,MJO对高原低涡具有显著的调制作用,MJO活跃期生成的高原低涡数约为MJO不活跃期的3倍。MJO活跃期中,第1和第2位相高原低涡频数分布较多,第3和第7位相较少。分别对第1位相和第7位相进行合成,发现各气象要素在第1位相的合成场中呈现出明显有利于高原低涡生成的因素,而在第7位相的合成场中则呈现出一定的抑制作用。MJO在向东传播的过程中,MJO对流中心东移,热带地区大气垂直环流结构随之改变。由于中低纬大气环流的相互作用,中低纬间的大气斜压性、大气有效位能以及涡动有效位能分布状况也随之改变,这使得青藏高原及周边大气环流结构发生变化,水汽输送因此产生明显差异,高原的潜热分布随之发生变化,有利于和不利于高原低涡生成的条件交替出现,从而造成不同位相高原低涡频数显著差异。      

北半球夏季大气季节内振荡对中国东南沿海热带气旋暴雨的影响

本文采用美国台风联合警报中心整编的1981—2012年的best-track热带气旋资料、中国大陆743站逐日降水数据、亚太经合组织气候中心的北半球夏季季节内振荡(BSISO)指数和美国国家环境预报中心及大气研究中心的再分析资料,分析了中国东南部地区热带气旋暴雨特征及其与BSISO 8个位相的联系。结果表明:7、8月,中国东南沿海地区的热带气旋暴雨发生的频次最多,多个站点热带气旋暴雨占总暴雨频次的比例达40%以上。7、8月热带气旋暴雨主要发生于BSISO1的第1、2、7、8位相,发生的暴雨频次占总频次的78.4%,主要分布于福建省沿海地区和西南部;BSISO2的第5、6、7位相热带气旋暴雨发生的频次也较多,占总频次的73.6%,主要分布于福建省沿海地区及西南部和广东省西南沿海地区。对发生较多热带气旋暴雨的BSISO1和BSISO2位相背景下的环流合成异常的诊断显示,西北太平洋伸向中国东南沿海地区,大尺度引导气流为显著的异常东风带,有利于热带气旋登陆中国大陆;显著异常的纬向东风切变、气旋性相对涡度和整层水汽的异常辐合,有利于热带气旋登陆过程强度的维持,促使热带气旋暴雨发生在中国大陆。     

热带大气季节内振荡对西北太平洋台风的调制作用

利用澳大利亚气象局的RMM-MJO (Real-time Multivariate MJO) 指数, 分析研究了热带大气季节内振荡 (简称MJO) 对西北太平洋台风的调制作用及其机理, 结果表明MJO活动对西北太平洋台风的生成有比较明显调制作用。在MJO活跃期, 对流中心位于赤道东印度洋 (即MJO第2、3位相) 和对流中心越过海洋性大陆来到西太平洋地区 (即MJO 第5、6位相) 时台风生成的个数比例为2∶1。本文对西太平洋地区的大气环流场进行了多种气象要素的合成分析, 在MJO的不同位相, 西太平洋地区的动力因子分布形势有很明显不同。在第2、3位相, 各种因子均呈现出抑制西太平洋地区对流及台风发展的态势; 而在第5、6位相则明显有促进对流发生发展, 为台风生成和发展创造了有利条件的大尺度环流动力场。这说明MJO 在不断东移的过程中, 将改变大气环流形势, 最终影响了台风的生成和发展。接着, 我们从积云对流这个联系台风和MJO的重要因子出发, 研究了不同MJO位相时凝结加热的水平和垂直分布, 以及与台风环流、 水汽通量的配置情况。结果表明在MJO不同位相, 热源分布明显不同, 而这种水平和垂直方向的不同分布特征必然反映潜热释放和有效位能向有效动能转换的差异, 再与水汽的辐合辐散相配合, 就从台风获得的能量角度揭示了大气MJO调节台风的生成和发展, 造成不同位相时台风生成有根本差别的原因。