山西省夏季年际气候异常研究1.山西省一致多雨或少雨型

利用美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料以及山西64个测站的月降水量等资料,采用EOF分解和合成分析方法研究了1960-2003年山西夏季降水的年际变化异常以及时空特征.利用EOF方法分析山西夏季降水,第一类雨型是山西省夏季一致多雨型,并给出此类异常雨型的时空分布和相应的典型年份.山西省夏季降水趋势分析表明,自1960年以来山西省夏季降水趋于减少.从500hPa位势高度场、纬向风、850hPa风场、700hPa水汽场、海温场等物理量场分析表明,山西夏季一致多雨年对应偏强的东亚夏季风,一般出现在La Nina事件(冷水事件)发生的当年和El Nino事件(暖水事件)发生的来年,中高纬度地区易出现纬向排列的 - -环流异常纬向分布型,大陆地区为一个异常槽和两个异常脊,乌拉尔山以东地区和鄂霍次克海是异常高压脊,而贝加尔湖地区是一个异常低压槽.山西省夏季一致少雨年对应偏弱的东亚夏季风,一般出现在El Nino事件(暖水事件)发生的当年和La Nina事件(冷水事件)发生的来年,与一致多雨年相反,中高纬度地区通常呈现纬向排列的- - 环流异常纬向分布型,大陆地区出现两个异常槽和一个异常脊.山西省夏季第一类雨型的发生与中高纬度地区纬向排列的环流异常分布和赤道太平洋海温异常有关系.     

海温强迫下的东亚夏季大气环流潜在可预报性特征

利用大气环流模式NCARCAM3,进行22a（1979—2000年）、每年8个初值的集合试验,并采用方差分析方法,研究了观测海温强迫下东亚夏季大气环流的潜在可预报性。结果表明,夏季东亚地区海平面气压场的潜在可预报性总体偏低,在中国区域呈东南高、西北低的分布特征;850hPa纬向风场、对流层500～200hPa平均温度场和500hPa位势高度场在低纬度地区的潜在可预报性明显高于中高纬度地区。500hPa位势高度场的潜在可预报性较高,东亚大部分地区大于0.5,尤其华南地区大于0.7。夏季东亚500hPa位势高度场的潜在可预报性具有明显的年际变化特征,并与夏季南海海温异常关系密切。与正常年份相比,在夏季南海海温偏暖或者偏冷年,东亚500hPa位势高度场的潜在可预报性较高     

瞬变波活动与江淮地区夏季旱涝的关系

利用1951-2000年中国160站逐月降水量资料划分了江淮地区夏季旱涝年。通过对旱涝年500hPa高度距平场的合成分析发现：多雨年鄂霍茨克海阻塞高压稳定维持，少雨年鄂霍茨克海附近的高压脊减弱。为了了解江淮地区旱涝年500hPa中高纬环流形势异常的原因，计算了Eliassen-Palm通量，结果表明多雨年瞬变波对平均气流的强迫作用使经、纬向风异常分布有利于鄂霍茨克海阻塞形势的维持，冷空气向南输送增强，江淮地区降水偏多；少雨年瞬变波对平均气流的强迫作用使鄂霍茨克海高压脊减弱，冷空气向南输送减弱，江淮地区降水偏少。     

平流层环状模的分类特征及其与对流层的关系

采用NCEP/NCAR逐日再分析资料,通过对北半球环状模指数的分析,将平流层异常分为两类:S型和D型,研究了两类平流层异常过程的差异及其与对流层的关系.结果表明,两种类型的异常特征在平流层类似,而主要的差别发生在对流层.在S型平流层异常期间,平流层纬向风异常有随时间向下传播的趋势,对流层表现为与平流层一致连续的纬向风异常;位势高度和温度距平场的分布中,最显著的特征是对流层与平流层呈相当正压结构,极区和中纬度异常表现为反位相的振荡,呈现典型的北极涛动特征.在D型平流层异常期间,平流层纬向风异常随时间向下传播的趋势不存在,另外平流层纬向风异常仅局限在平流层范围内,对流层表现为与平流层相反的纬向风异常;位势高度和温度距平场的分布中,平流层中低层与高层呈现反位相的距平分布,在对流层中低层,温度和位势高度的距平场呈现无规则的分布.     

中国南方多雪年环流特征及对关键区海温的响应

根据NECP/NCAR月平均再分析资料,采用回归分析、合成分析等方法,探讨了La Nia（El Nio）气候背景下,大气外强迫因子北大西洋中纬度（45°N,30°W）、赤道印度洋、我国南海和东海海域海温异常对亚洲环流及我国南方降雪多寡的影响。分析发现,La Nia气候背景下,北大西洋中纬（45°N,30°W）海温为正异常,有利于500 hPa高度场亚洲中高纬叶尼塞地区（50°N, 90°E）位势高度偏高并出现阻塞型,也有利于东亚冬季风环流加强;赤道印度洋、我国南海和东海附近海温出现负异常,850 hPa高度东亚大陆沿海低纬地区风距平场出现偏北风距平,我国南方多雪,温度相对偏低。El Nio背景下,北大西洋中纬度（45°N,30°W）海温为负异常,亚洲中高纬叶尼塞地区位势高度偏低,东亚冬季风环流偏弱;赤道印度洋、我国南海和东海附近海温出现正异常,850 hPa高度东亚大陆沿海低纬风距平场出现偏南风距平,我国南方多雪,温度相对偏高。回归分析指出,冬季500 hPa亚洲中高纬叶尼塞地区（90°E附近）的位势高度正（负）异常与北大西洋中纬度（45°N,30°W）附近海温正（负）异常有关;冬季850 hPa东亚大陆沿海低纬地区偏南（北）风距平与赤道印度洋、我国南海和东海地区的海温正（负）异常有关。La Nia气候背景下的2008年1月我国南方低温、雨雪、冰冻极端灾害事件的发生可能与北大西洋中纬度（45°N,30°W）附近以及赤道印度洋、我国南海和东海海温都出现正异常有关。     

春夏季赤道中东太平洋海温异常变化与东亚夏季风关系的研究

利用1951—2003年的Ni?o1+2, 3, 4和3.4区的海温异常指数, 分析了各个海区3—8月海温异常随时间的变化与我国夏季降水的关系。研究发现4个海区海温异常变化与我国长江流域、江南地区、华北地区以及西北东部地区的夏季降水都有较高的相关性。合成分析表明:在海温异常随时间变化为正的年份, 上述地区的夏季降水偏少; 在海温异常随时间变化为负的年份, 情况正好相反。在此基础上, 分析了Ni?o3.4区的海温异常变化和高低空纬向风垂直切变之间的关系, 发现海温异常变化与东亚夏季风的环流场之间也有很好的关系。由合成分析结果发现, 在海温异常变化分别为正和负的年份, 500 hPa高度距平场、850 hPa纬向风距平场、850 hPa流场距平场, 200 hPa纬向风距平场及高低空纬向风距平切变均具有显著的差异, 尤其是在长江流域以南、南海及我国的东北地区都呈相反的分布形势。因此, Ni?o3.4区的海温异常随时间的变化可以为东亚夏季风和我国夏季降水的预报提供一定的依据。     

冬季北半球平流层季节内振荡与对流层季节内振荡的关系

通过平流层大气ISO与对流层大气ISO的比较分析,发现在中高纬地区平流层大气ISO与对流层大气ISO有着许多相同点.北半球冬半年平流层大气环流主要低频模态也可认为是北极涛动(AO),其空间分布的主要特征为; 高纬度地区与中低纬度地区为反位相变化,北极地区附近具有最大的变化值; 其季节内振荡的正位相对应于AO增强,负位相对应于AO减弱.北半球冬半年平流层100 hPa 和70 hPa 位势高度场的低频遥相关分析表明,北极地区(概指北纬60°N以北)和北半球其他大部分地区呈负相关,北极涛动扮演了非常重要的角色.同时,北半球冬半年平流层的主要低频波列是从欧亚大陆中部到西北太平洋,并且由纬向型低频波列(欧亚大陆-西伯利亚-太平洋)和经向型低频波列(欧亚大陆-北极-太平洋)共同构成.平流层30 hPa 和对流层500 hPa 上经过带通滤波(15～90 d)位势高度场的EOF第一主分量的形势有十分类似的特征,它们对应的时间系数序列有显著的延迟相关关系.因此可以认为,北半球平流层大气ISO的变化要先于对流层大气,在滞后35 d 左右其相关系数达到最大.大气环流模式(SAMIL)的数值模拟试验结果也表明,平流层的低频扰动可以在14 d 之后便在对流层500 hPa上激发出低频响应,其谱峰在30 d 左右.这进一步表明,通过大气季节内振荡,平流层的异常可以影响到对流层.     

华北地区夏季持续性高温事件的时空变化特征

利用1961年-2009年华北地区94站逐日最高气温观测资料及NCEP／NCAR再分析资料及海温资料讨论了华北地区夏季持续性异常高温事件发生频次的气候特征。结果表明：华北地区夏季持续性异常高温事件发生频次有明显的年际、年代际变化特征。上世纪80年代之前持续性高温事件发生频次主要呈年际振荡,80年代至90年代中期为显著减少期,而1997年以后出现了明显的跃升;华北地区的西部及京、津、冀大部和山西的南部是持续性高温事件的频发区;华北地区发生持续性高温事件的环流背景为：500hPa位势高度场上,乌拉尔山以东地区为位势高度负异常,贝加尔湖地区为显著的位势高度场正异常。夏季蒙古东部到我国东北一带500hPa高度场偏强时,华北地区持续性异常高温事件偏多。西太平洋副高偏北时华北地区持续性异常高温事件偏多,西太平洋副高偏南时华北地区持续性异常高温事件偏少。海气异常对华北地区夏季持续性异常高温事件有较大的影响,在赤道中、东太平洋由前期的冷位相转为暖位相时华北地区易出现持续性异常高温事件,E1Nino年,华北地区夏季易出现持续性异常高温事件。对典型个例的分析表明,持续性高温事件易发生在南压高压和副热带高压相向而行,华北地区流层上下层被稳定的高压所控制阶段。     

夏季东亚西风急流扰动异常与副热带高压关系研究

利用1979—2003年NCEP/NCAR月平均再分析资料, 探讨夏季 (6—8月) 200 hPa东亚西风急流扰动异常与南亚高压和西太平洋副热带高压的关系。研究指出:夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强 (减弱), 东亚西风急流位置偏南 (偏北)、强度偏强 (偏弱); 东亚西风急流扰动动能强弱不仅与北半球西风急流强弱和沿急流的定常扰动有关, 而且还与东亚地区高、中、低纬南北向的扰动波列有关, 亚洲地区是北半球中纬度环球带状波列异常最大的区域。夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强 (减弱), 南亚高压的特征为位置偏东 (偏西)、强度加强 (减弱); 西太平洋副热带高压的特征为位置偏南 (偏北)。东亚环流特别是500 hPa西太平洋副热带高压对东亚西风带扰动异常的响应由高空东亚西风急流南侧的散度场及其对流层中下层热带和副热带地区的垂直速度距平场变化完成。     

ENSO事件对东亚副热带西风急流影响的诊断分析

本文利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,用合成分析和相关分析方法就ENSO事件对东亚副热带西风急流的影响进行诊断分析.主要结论为:El Nino年冬季200 hPa东亚副热带西风急流主要在急流出口区纬向风有正距平,急流增强东扩.而La Nina年冬季急流在急流出口区纬向风有负距平,急流减弱西移.El Nino年夏季急流增强,主要在急流区内的偏南部纬向风有正距平.La Nina年夏季急流减弱,主要在急流区内的偏南部纬向风有负距平;相关分析表明东亚副热带西风急流冬、夏季纬向风与热带中东太平洋冬、夏季海表温度有显著的相关.研究表明,ENSO年冬、夏季对流层中上层有较大的气温异常,并由此产生大的经向温度梯度的异常,这可能是ENSO事件影响东亚副热带西风急流的原因之一.     

北极涛动与东亚冬季气候在年际尺度上的联系:准定常行星波的作用

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站月平均气温资料,首先采用线性回归的方法分析了从1958至1998年40个冬季北极涛动(AO)与东亚气候异常的关系.结果表明,当AO处于正位相时,东亚地区200 hPa的急流明显北跳,东亚大槽显著减弱,而在中国的华北、东北到西伯利亚出现大范围的地表南风异常,使得低空从西伯利亚到我国的东北、华北以及韩国、日本有显著的暖异常; 而当AO处于负位相时,则往往出现相反的情形.进一步的相关和合成分析发现,准定常行星波活动可以在AO与东亚气候之间起到桥梁作用.AO可以通过影响中高纬平流层下层的西风强弱,进而影响到准定常行星波的垂直传播,使得对流层下层中高纬地区的行星波振幅发生变化,从而导致低层的西伯利亚高压和阿留申低压同时减弱或增强,最终导致东亚地区异常偏暖或偏冷; 其中低层中高纬地区纬向波数2的扰动对西伯利亚高压和阿留申低压的变化起了最主要的作用.作者提出的AO通过影响准定常行星波的活动而导致东亚气候异常的机理,不但强调了西伯利亚高压的贡献,而且特别从波动的意义上强调了阿留申低压的重要性.文中还讨论了值得进一步研究的有关问题.     

低平流层准两年变率研究

分析ＮＣＡＲ／ＮＣＥＰ４０年分析资料得出,赤道低平流层纬向风年际变率的平均周期约２８．２个月,最大振幅的２０ｈＰａ,西（东）风距平平垂直下传平均速度１．２１（１．０４）ｋｍ／月。用１０ｈＰａ和７０ｈＰａ月平均纬向风标准化距平之差反映整层准两年变率的相位。低平流层两半球中纬气温有与之配合的振荡,西（东）风切变时,中纬气温偏低（高）。赤道纬向风准两年变率引起的经圈环流异常是联系低续续向风与中纬气温准年     

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。     

低平流层准两年变率研究

分析NCAR/NCEP40年再分析资料得出,赤道低平流层纬向风年际变率的平均周期约28.2个月,最大振幅在20hPa,西(东)风距平垂直下传平均速度1.21(1.04)km/月。用10hPa和70hPa月平均纬向风标准化距平之差可反映整层准两年变率的相位,低平流层两半球中纬气温有与之配合的振荡,西(东)风切变时,中纬气温偏低(高)。赤道纬向风准两年变率引起的经圈环流异常是联系低纬纬向风与中纬气温准两年变率的纽带。     

北半球平流层极涡崩溃早晚的环流特征及其对5月南亚降水的影响

本文采用1979—2014年NCEP/NCAR月平均再分析资料、CMAP和GPCP月平均降水资料,分析了北半球平流层极涡崩溃早晚的环流特征及其与南亚降水的关系。结果表明,北半球平流层极涡崩溃时间存在明显的年际变化特征。极涡崩溃偏早(偏晚)年,自3月开始异常信号从平流层向下传播,之后的4月,从平流层到对流层高层极区温度异常偏高(偏低),极涡异常偏弱(偏强),极夜急流异常偏弱(偏强)。结果还表明,5月南亚降水异常与平流层极涡崩溃时间的早晚存在显著相关,5月南亚降水异常与平流层极涡崩溃早晚年平流层异常信号的下传有关。当平流层极涡崩溃偏晚年,4月平流层极区表现为位势高度异常偏低,而中纬度则位势高度场异常偏高,并伴随位势高度异常场的向下传播,5月该位势高度异常场下传至阿拉伯海北部大陆上空对流层顶,形成有利于降水的环流场,导致南亚降水偏多。反之,则相反。     

Overview of the Major 2012-2013 Northern Hemisphere Stratospheric Sudden Warming：Evolution and Its Association with Surface Weather

In this study, we analyzed the dynamical evolution of the ma jor 2012-2013 Northern Hemisphere （NH） stratospheric sudden warming （SSW） on the basis of ERA-Interim reanalysis data provided by the ECMWF. The intermittent upward-propagating planetary wave activities beginning in late November 2012 led to a prominent wavenumber-2 disturbance of the polar vortex in early December 2012. However, no major SSW occurred. In mid December 2012, when the polar vortex had not fully recovered, a mixture of persistent wavenumber-1 and -2 planetary waves led to gradual weakening of the polar vortex before the vortex split on 7 January 2013. Evolution of the geopotential height and Eliassen-Palm flux between 500 and 5 hPa indicates that the frequent occurrence of tropospheric ridges over North Pacific and the west coast of North America contributed to the pronounced upward planetary wave activities throughout the troposphere and stratosphere. After mid January 2013, the wavenumber-2 planetary waves became enhanced again within the troposphere, with a deepened trough over East Asia and North America and two ridges between the troughs. The enhanced tropospheric planetary waves may contribute to the long-lasting splitting of the polar vortex in the lower stratosphere. The 2012-2013 SSW shows combined features of both vortex displacement and vortex splitting. Therefore, the anomalies of tropospheric circulation and surface temperature after the 2012-2013 SSW resemble neither vortex-displaced nor vortex-split SSWs, but the combination of all SSWs. The remarkable tropospheric ridge extending from the Bering Sea into the Arctic Ocean together with the resulting deepened East Asian trough may play important roles in bringing cold air from the high Arctic to central North America and northern Eurasia at the surface.     

夏季长江淮河流域异常降水事件环流差异及机理研究

长江、淮河同处东亚中纬度,天气过程的大尺度环流背景相似,大量相关研究基本是把江淮流域天气气候事件作为一个整体研究,然而对长江、淮河流域夏季降水的时空变化进行分析发现,长江、淮河流域夏季异常降水事件有各自不同的年际、年代际变化特征,但环流差异及成因并不十分清楚。本文根据中国台站降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,利用物理量诊断和现代统计学等方法,重点分析长江、淮河流域梅雨期降水异常事件发生时南北半球大气环流内部动力过程的差异及成因。研究指出:长江（淮河）流域梅雨期降水异常偏多年500 hPa位势高度场亚洲中高纬度环流呈现为南北向（东西向）的波列与东亚中高纬鄂霍茨克海阻塞频次增多（减少）以及200 hPa高度场上东亚副热带高空西风急流强度加强（减弱）、稳定（移动）有关;长江（淮河）流域梅雨期降水异常偏多年主要水汽来源与南半球澳大利亚高压、马斯克林高压位置偏东（西）造成西太平洋150°E～180°（阿拉伯海50°E～60°E）地区越赤道气流加强有关。长江（淮河）流域梅雨期异常降水事件大气环流内部动力过程最显著的差异表现为:东亚副热带高空西风急流加强（减弱）以及南半球澳大利亚高压、马斯克林高压位置偏东（西）。     

北太平洋增暖对我国西北秋雨的影响

利用1979-2012年我国160站逐月降水资料、NOAA全球海洋表面温度资料和NCEP-DOE大气环流再分析资料,采用统计分析方法研究了北太平洋海表增暖对我国西北秋雨年代际变化的影响。结果表明:西北秋雨在2000年前后经历了年代际跃变,1986-1999年为少雨期,2000-2012年为多雨期。进一步分析表明:西北秋雨的年代际变化与北太平洋海表增暖关系密切,北太平洋海温偏暖时,东亚一北太平洋地区的大气温度升高,引起东亚地区的南北温差减弱,使东亚西风急流减弱,急流中心偏北,东亚中纬度地区气压升高,导致异常东风水汽输送带偏强,造成西北秋雨异常偏多。     

拉萨和南京大气层下部的气候变化及其与环境因子的联系

利用１９５８－１９９５年拉萨,南京地区地面至３０ｈＰａ标准等压面上月平均气温资料,研究了青藏高原主体东部的拉萨地区上空若干气候特征以及月,季,年平均气候变率随高度分布特点,并与同纬带长江三角洲的南京地区作了比较。     

A synoptic and dynamical characterization of wave-train and blocking cold surge over East Asia

Through an agglomerative hierarchical clustering method, cold surges over East Asia are classified into two distinct types based on the spatial pattern of the geopotential height anomalies at 300 hPa. One is the wave-train type that is associated with developing large-scale waves across the Eurasian continent. The other is the blocking type whose occurrence accompanies subarctic blocking. During the wave-train cold surge, growing baroclinic waves induce a southeastward expansion of the Siberian High and strong northerly winds over East Asia. Blocking cold surge, on the other hand, is associated with a southward expansion of the Siberian High and northeasterly winds inherent to a height dipole consisting of the subarctic blocking and the East Asian coastal trough. The blocking cold surge tends to be more intense and last longer compared to the wave-train type. The wave-train cold surge is associated with the formation of a negative upper tropospheric height anomaly southeast of Greenland approximately 12 days before the surge occurrence. Further analysis of isentropic potential vorticity reveals that this height anomaly could originate from the lower stratosphere over the North Atlantic. Cold surge of the blocking type occurs with an amplifying positive geopotential and a negative potential vorticity anomaly over the Arctic and the northern Eurasia in stratosphere. These anomalies resemble the stratospheric signature of a negative phase of the Arctic Oscillation. This stratospheric feature is further demonstrated by the observation that the blocking type cold surge occurs more often when the Arctic Oscillation is in its negative phase.