能量转化视角下一次引发冬季区域强对流的南支槽研究

2020年1月24—25日广西出现一次罕见区域性强对流,过程伴随近20年最大范围冰雹天气。南支槽异常发展东移是此次过程的扰动背景,提供了必要的热动力及水汽条件。基于波作用通量及多尺度能量诊断方法,利用常规观测资料、风云卫星资料、NCEP/NCAR以及ERA5再分析资料,从能量转化角度对此次引发区域强对流的南支槽过程进行研究。结果表明:整个过程中纬度和副热带西风急流均较历史同期偏强,有利于上游扰动向下游传播。欧亚大陆上空存在南北两支活跃Rossby波列。源自地中海一带的南支副热带西风急流Rossby波列对南支槽起到主要调控作用,Rossby波能量沿急流频散并在南支槽区辐合,促进了南支槽发展东移。源自北大西洋阻塞高压内部的北支Rossby波列则起到协同作用,促进了乌拉尔山冷槽发展及其与中东槽合并,从而增强了南支波列向下游的传播,进一步增强南支槽;天气尺度有效位能向天气尺度动能的转换以及由背景场向天气尺度的动能输送是南支槽天气尺度扰动发展的主要贡献项。动能的平流输送将获得的天气尺度动能在空间上再分配,维持南支槽稳定发展东移。在此背景下,天气尺度向对流尺度的降尺度动能串级是区域强对流最主要能量...     

冬半年南支西风中Rossby波传播及其与南支槽形成的关系

利用1948—2005年的10月—次年5月NCEP/NCAR再分析资料对西风急流中Rossby波的传播及其与冬半年副热带南支西风槽形成的关系进行研究, 结果表明:冬半年亚洲副热带西风急流下方存在3个南支波动, 分别位于阿拉伯海、孟加拉湾和我国华南地区, 其中孟加拉湾南支槽变率最小, 是半永久性低压槽; 从北非、阿拉伯海到孟加拉湾的“-+-”遥相关波列表明南支槽与北非槽呈正相关, 与阿拉伯海槽呈反相关。在西风波动从北非东传到孟加拉湾的过程中, 往往会在阿拉伯海有所停顿, 这种由西向东的传播过程约20 d一次, 具有明显的低频振荡特征; 源自北非的定常Rossby波能量沿着急流波导传播到孟加拉湾, 可能是南支槽明显增幅的一个主要机制; 另外, 从青藏高原东西两侧南下的冷空气活动也是南支槽加深发展的一个重要因素。     

Rossby波和热带对流活动对2010年6月梅雨发生前后我国东部两次强降水过程的影响

基于574台站的逐日降水资料及NCEP/NCAR逐日再分析资料,在比较2010年梅雨期前后(6月7—11日和18—22日)我国东部两次强降水过程的大尺度环流型差异的基础上,从Rossby波活动通量及热带对流活动探讨了这两次强降水过程的异同。结果表明,相同之处在于:两次强降水过程期间中高纬度地区都存在Rossby波向下游传播,中纬度地区呈现双阻型式,低纬度地区西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)强度偏强、西伸脊点位置偏西。不同之处在于:1)第一次降水过程中Rossby波的波源位于北欧地区附近,贝加尔湖地区为低槽,使得冷空气南下到36°N左右;同时孟加拉湾活跃的对流系统使西太副高加强西伸到95°E左右,冷暖空气交汇,导致强降水发生;2)第二次降水过程中Rossby波的波源位于北欧地区和中西伯利亚地区附近,东亚地区的低槽较第一次过程明显加深,有利于冷空气到达长江中下游地区(30°N左右),西太平洋暖池地区活跃的对流系统使得西太副高加强西伸到90°E左右,冷暖空气在长江中下游及其以南地区交汇,导致强降水发生。     

春季北大西洋三极型海温模态与中国东部极端低温事件频次年际变化关系的年代际增强

本文研究了春季北大西洋海温异常与中国东部极端低温事件频次年际变化之间的关系。结果表明，北大西洋三极型海温异常模态（NATSST）在20世纪80年代末后可以显著影响中国东部极端低温事件频次第一主导模态的变化，但在80年代末之前却不能。进一步的机制分析表明，这两者关系之所以发生年代际变化，可能与NATSST激发的遥相关波列在20世纪80年代末前后期不同有关。在1960～1987年，NATSST激发的遥相关波列从北大西洋向中亚南部地区传播，路径偏南，对东亚地区大气环流的影响较弱，从而不能显著影响中国东部地区极端低温事件的变化。但在1992～2019年，NATSST能够激发南、北两支遥相关波列到达东亚。其中，北支波列与北大西洋涛动（NAO）有关，该波列从北大西洋出发沿欧亚中高纬向东传播，可以在蒙古地区造成异常气旋/反气旋性环流；南支波列从北大西洋出发沿欧亚中低纬向东传播，可以在中国中南部造成异常气旋/反气旋性环流。上述气旋/反气旋性环流有利/不利于中高纬冷空气南下，同时改变中国东部地区地表热通量，从而造成有利/不利于极端低温事件发生的气候背景条件，使得中国东部地区极端低温事件频次增加/减少。通...     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析I：亚非副热带急流低频波

在中期时间尺度上分析了2008年1月10~16日我国南方雨雪过程特征及其可能机理,得到了以下结果：1）3个环流系统的演变过程相互匹配,共同造成了此次雨雪过程,它们分别为南支槽在我国南方地区的形成和加深、西太平洋副热带高压的北扩以及叶尼塞地区高压脊的东扩南侵;2）源自东北大西洋和西欧的Rossby波能量沿亚非副热带急流向下游传播,导致南支槽在我国南方地区形成和加深;3）与西太平洋副热带高压北扩所对应的异常环流中心,其实质为副热带急流扰动,来自上游南支槽区的Rossby波能量频散是其形成维持的主要原因,它也受来自贝加尔湖地区及热带西太平洋对流区的Rossby波能量的影响;4）亚非副热带纬向基本流制约着其一系列异常环流中心的纬向联系,里海冷堆及异常中心的形成恰好对应着南支槽在我国南方地区的加深和西太平洋副热带高压的北扩。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析Ⅰ:亚非副热带急流低频波

在中期时间尺度上分析了2008年1月10～16日我国南方雨雪过程特征及其可能机理,得到了以下结果：1）3个环流系统的演变过程相互匹配,共同造成了此次雨雪过程,它们分别为南支槽在我国南方地区的形成和加深、西太平洋副热带高压的北扩以及叶尼塞地区高压脊的东扩南侵;2）源自东北大西洋和西欧的Rossby波能量沿亚非副热带急流向下游传播,导致南支槽在我国南方地区形成和加深;3）与西太平洋副热带高压北扩所对应的异常环流中心,其实质为副热带急流扰动,来自上游南支槽区的Rossby波能量频散是其形成维持的主要原因,它也受来自贝加尔湖地区及热带西太平洋对流区的Rossby波能量的影响;4）亚非副热带纬向基本流制约着其一系列异常环流中心的纬向联系,里海冷堆及异常中心的形成恰好对应着南支槽在我国南方地区的加深和西太平洋副热带高压的北扩。     

夏季亚洲副热带西风急流气候特征

利用1958～2003年NCEP/NCAR月平均再分析资料以及中国160站月降水资料,较全面、细致地分析了夏季亚洲西风急流气候特征.结果表明,亚洲急流存在其南北位置、强度和沿急流Rossby波活动的变化,定义的西风急流扰动指数能较好地综合反映急流的这3种变化.沿西亚急流和东亚急流的Rossby波活动具有不同的年际和年代际变化,并受不同波列活动的影响.西亚急流Rossby波活动(WAJRA)受北大西洋涛动影响,而东亚急流Rossby波活动(EAJRA)与南极涛动有联系.西亚急流Rossby波活动影响新疆夏季降水,东亚急流Rossby波活动影响100°E以东地区降水.     

冬季与北大西洋涛动相关Rossby波列传播特征及对下游气候的影响

利用再分析数据,以在北半球冬季与北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)相关的向下游传播的准定常波列在欧洲地区是否发生反射为标准,将1957/1958年至2001/2002年这45个冬季分为高纬型和低纬型两类冬季,分别简称为在H型和L型冬季。在H(L)型冬季,和NAO相联系的向下游传播的Rossby波列主要沿高纬度(低纬度)路径传播。对比了在两种类型冬季NAO与同期大气环流、近地面温度(Surface Air Temperature,SAT)、海表面温度(Sea Surface Tempertaure,SST)和降水的关系。结果表明:大气环流方面,在H型冬季,300 hPa位势高度异常在西-西伯利亚和中-西伯利亚西部与NAO呈现正相关,而在L型冬季300 hPa位势高度异常在亚洲东海岸(约40°N)和北太平洋呈现正相关,在H型冬季与NAO相关的经向风异常在中纬度形成波列,而在L型冬季与NAO相关的经向风异常在副热带形成波列;SAT方面,在H型冬季SAT异常在欧亚大陆腹地高纬度地区与NAO呈现正相关,而在L型冬季与NAO相关的SAT异常在欧亚大陆腹地的高纬度地区相对较弱,但NAO造成的SAT异常可以扩展到亚洲东北部;降水方面,H型冬季与L型冬季主要区别在中国南方,在H型冬季降水异常与NAO的关系相对较弱,而在L型冬季降水异常与NAO呈现正相关关系;SST方面,同期SST异常在北大西洋中纬度海域与NAO呈现正相关,而在L型冬季与NAO相关的SST异常在北大西洋中纬度地区相对较弱,在北大西洋北部和南部较强。总体而言,在H型和L型冬季,NAO具有不同下游影响。     

The Rossby wave train patterns forced by shallower and deeper Tibetan Plateau atmospheric heat-source in summer in a linear baroclinic model

观测结果表明,在夏季青藏高原高层大气热源(TPUHS)的发展和衰减阶段(高原热源由浅向深发展),北半球的环流异常表现出不同的Rossby波列型。本研究利用线性斜压模式LBM来探究深浅TPUHS的波列效应。模拟结果表明,深浅TPUHS能强迫出不同的Rossby波列型,而且波列型与观测结果相似。对应浅的TPUHS,Rossby波列型从青藏高原延伸至美国西海岸;而对应深的TPUHS,Rossby波列型从青藏高原延伸至阿拉斯加。     

强厄尔尼诺事件下2016年1月中国南方超级寒潮的动力学机制:瞬变波对大气长波异常的调制

本文采用Plumb三维波活动通量和局地Eliassen-Palm通量诊断方法,利用欧洲中期天气预报中心的逐日再分析资料ERA-Interim,分析了超强厄尔尼诺背景下2016年1月下旬中国南方超级寒潮的动力学机制：瞬变波对大气长波异常的调制。前期2015年12月的北大西洋海表热通量正异常,有助于后期大西洋阻塞形势的维持。大气长波能量沿大圆路径从大西洋阻高经乌拉尔地区向东亚中低纬度传播并在此辐合,导致了乌拉尔阻高和华北横槽的经向结构,更多强冷空气聚集在异常偏南的纬向槽线附近。寒潮爆发前夕,2支瞬变波列活跃在亚欧大陆。北支瞬变波列调制了北方的大气长波,使横槽转竖;南支瞬变波列协同调控了南方的大气长波,使南支印缅槽减弱;两者共同作用,促使冷平流大举南下,直达华南沿海,南方寒潮发生。