东亚夏季风降水年代际变异模态及其与太平洋年代际振荡的关系

利用全球陆地月平均降水资料、英国气象局哈德莱中心的月平均海表温度距平(SSTA)资料及NCEP/NCAR再分析大气环流资料,探讨东亚夏季风降水年代际变率及其与太平洋年代际振荡(PDO)的联系。研究指出:东亚夏季风降水年代际变异模态以及PDO均在1976年前后呈现显著的年代际转折,并且东亚夏季风降水与PDO在年代际尺度上具有较好的相关关系。PDO能够在对流层低层激发出与年代际东亚夏季风环流较为相似的大气环流异常特征,表明东亚夏季风环流的年代际变化可能受大气外强迫因子PDO在对流层低层的外源强迫作用影响,最终导致东亚夏季风降水发生年代际变化。     

东亚夏季风年代际变化——基于全球观测海表温度驱动NCAR Cam3的模拟分析

利用1950~1999年逐月全球观测海表温度驱动的NCAR Cam3全球大气环流模式50年模拟结果及1958~1999年ECMWF再分析资料,通过定义东亚夏季风指数,对比分析了东亚夏季风的年代际变化及其对应的大气环流特征,初步探讨了20世纪70年代末东亚夏季风年代际减弱的可能机制。结果表明:模拟的东亚夏季风具有很明显的年代际变化,并在20世纪70年代末发生了突变,由强夏季风转为弱夏季风,大气环流也相应发生了明显变化。在强夏季风时期,500 hPa距平高度场上,在亚太地区从低纬度到高纬度为负、正、负距平分布,呈现出一个西南—东北向的波列;850 hPa距平风场上,在孟加拉湾及南海附近为异常反气旋,在西北太平洋区域则为强大的异常气旋,日本北部有一异常反气旋存在。西北太平洋副热带高压加强、南压、西伸。在垂直经向环流上,东亚Hadley环流减弱,对流层低层出现异常南风,东亚夏季风加强。在弱夏季风时期,大气环流变化则基本相反。通过对模拟的东亚夏季风与观测海温关系的探讨,发现20世纪70年代末东亚夏季风年代际减弱可能与北印度洋和南海附近海温年代际增暖并导致孟加拉湾、南海及日本附近产生异常气旋有关。     

020106 西太平洋暖池区海表水温暖异常对东亚夏季风影响的研究

对夏季热带西太平洋暖池区海表水温暖异常年的东亚大气环流做了合成分析,然后用奇异值分解(SVD)方法做了进一步统计检验,揭示了东亚夏季风变异与暖池区海表水温异常的密切关系和它们间最佳耦合模态.结果发现当夏季暖池区暖异常时,在对流层低层西太平洋地区可产生一个强的反气旋偏差环流,使得副热带高压南侧东风气流大大加强,并向西伸展到中南半岛南部,从而影响了东南亚热带和副热带地区西南季风的变化(强/弱).中南半岛至中国东部大陆夏季风增强,赤道东印度洋、南海南部和中部、西太平洋热带地区夏季风减弱.SVD分析还发现经向风和纬向风与海表水温之间各存在两个最佳耦合模态,结果表明,不仅整个暖池海表水温暖/冷异常对东亚大气环流异常有重要影响,而且暖池区内海表水温有显著的暖和冷异常差异时,对东亚大气环流的影响也很明显(耦合总体平方协方差约占总体协方差的0.20),尤其是在南海至长江以南地区.     

云南冬季气温变化的主要模态及其影响的关键环流因子

为了揭示云南低纬高原地区冬季气温变化的主要特征及影响的关键环流因子,本文利用云南124站地面气象站月平均气温观测资料、 NCEP/NCAR大气环流再分析资料,以及CPC和NCC提供的部分大气遥相关型和环流特征指数,首先分析了云南冬季气温变化的主要特征,表明冬季气温年际变率东部大于西部,主要空间分布有全区一致、东西差异、经向三级差异、西北-东南差异四种型态,前四个模态占EOF总方差贡献的90%,其中前三个模态线性变化趋势明显,第四模态主要表现出显著的年代际波动特征。分析发现相应不同气温模态,中高纬度异常波列呈现出明显不同的形势和走向,与500 hPa中高纬度异常波列相关的四个关键区的高度异常,以及孟加拉湾地区的高低层环流异常对气温主要模态有十分重要的影响：第一模态与东亚中低纬度南（20°N-30°N, 90°E-120°E）北（45°N-60°N, 90°E-120°E）两个区域经向差异密切联系,北低南高（北高南低）形势有利于全区一致偏暖（冷）;第二模态与中高纬度纬向波列有关,当东亚-西北太平洋区域（25°N-45°N, 120°E-160°E）高度偏高（低）、 700 hPa孟加拉湾北...     

热带西太平洋海温距平与Rossby波传播对1993和1994年东亚夏季风异常影响的差异

利用NCEP/NCAR再分析资料、Hadley中心海温资料与降水资料,分析了1993和1994年东亚夏季风异常的天气气候特征以及大气环流的差异.分析结果表明: 1993年东亚夏季风弱,副热带西风急流和副热带高压位置偏南,来自于孟加拉湾和南海的水汽仅输送到35°N以南地区.东亚地区出现低温凉夏天气.1994年东亚夏季风强,副热带西风急流和副热带高压位置偏北,7～8月副高持续偏强并控制日本,水汽可以输送到45°N以北的较高纬度,东亚发生破纪录的热浪干旱.对1993和1994年东亚夏季风异常物理过程差异的研究发现,副热带西风急流中静止Rossby波的传播和热带西太平洋暖池海温距平激发出来的PJ型遥相关波列作用的叠加引起1994和1993年东亚夏季风异常差异.     

东亚夏季风的自然变率——NCARCam3模拟结果分析

利用季节循环的全球观测海表温度及海冰驱动NCARCam3全球大气环流模式的100a模拟结果,通过定义东亚夏季风指数,分析了模拟的大气内部变化中东亚夏季风的变化特征。结果表明：模拟的东亚夏季风自然变率主要表现为3—7a较显著的年际周期,并具有较明显的年代际变化特征。在弱夏季风年代,亚洲大陆海平面气压增强,日本附近及东亚沿海地区海平面气压降低;500hPa位势高度上,欧洲地区为负高度距平,里海附近地区为正高度距平,日本及其以东太平洋为负高度距平,易形成类似欧亚（EU）型的遥相关波列。在强夏季风年代,其环流异常分布基本与弱夏季风年代相反。模拟的东亚夏季风变化与夏季大气内部500hPa高度场上EU型遥相关波列的关系密切。     

东亚夏季风的自然变率——NCAR Cam3模拟结果分析

利用季节循环的全球观测海表温度及海冰驱动NCAR Cam3全球大气环流模式的100a模拟结果,通过定义东亚夏季风指数,分析了模拟的大气内部变化中东亚夏季风的变化特征。结果表明:模拟的东亚夏季风自然变率主要表现为3~7a较显著的年际周期,并具有较明显的年代际变化特征。在弱夏季风年代,亚洲大陆海平面气压增强,日本附近及东亚沿海地区海平面气压降低;500hPa位势高度上,欧洲地区为负高度距平,里海附近地区为正高度距平,日本及其以东太平洋为负高度距平,易形成类似欧亚(EU)型的遥相关波列。在强夏季风年代,其环流异常分布基本与弱夏季风年代相反。模拟的东亚夏季风变化与夏季大气内部500hPa高度场上EU型遥相关波列的关系密切。     

亚洲中高纬度环流对东亚夏季降水的影响

夏季印度季风和东亚季风环流的主要差异之一在于：东亚夏季风环流受中高纬度环流影响很大。文中探讨了中高纬度环流对东亚夏季风环流以及长江中下游地区夏季降水的影响。结果表明：东亚夏季降水环流型及长江中下游地区夏季降水的强弱受乌拉尔山和鄂霍次克海形势的影响,特别是东亚夏季梅雨期异常的降水与中高纬度阻塞型的建立密切相关。研究表明：当鄂霍次克海高压建立并稳定时,亚洲中高纬度及东亚东部地区的距平场易分别形成＋－＋的距平波列,东亚地区距平波列的这种分布形势及其相互作用常常造成东亚夏季特别是梅雨期降水偏多;反之,当鄂霍次克海为低值区时,亚洲中高纬度和东亚东部地区的距平场易形成－＋－的距平波列,东亚距平波列的这种分布形势不利于东亚夏季梅雨期的降水。因此,在考虑东亚夏季风环流的形势及其对同期降水的影响时,中高纬度的环流形势及其与低纬环流的相互作用是非常重要的因素。     

欧亚土壤湿度异常对北半球大气环流的显著影响

用44 a ERA40再分析资料的土壤湿度和大气环流变量场, 研究持续性的欧亚大陆土壤湿度异常对后期北半球大尺度大气环流的反馈作用。首先,运用经验正交函数分解去除ENSO遥相关及趋势影响后,分析了欧亚大陆中高纬度土壤湿度变率主要模态的季节变化特征,及相对应主分量时间序列显示的土壤湿度异常的衰减时间,结果表明土壤湿度异常的主要模态在全年都表现出很好的连续性。其次,对不同季节的连续3个月的月平均土壤湿度和500 hPa高度场进行滞后最大协方差分析,研究欧亚地区中高纬度土壤湿度异常与北半球大气环流异常之间的线性耦合。第一最大协方差模态的结果表明:全年的主导信号是大气强迫土壤湿度的变化,但在冬季和夏季,大气中类似于负位相北极涛动的环流型与之前月份(最长达4个月)土壤湿度的持续变化显著相关。最后,基于土壤湿度变率中心的回归分析也证实了秋季和春季欧亚土壤湿度,特别是北非副热带,欧亚内陆和西伯利亚地区的土壤湿度异常,分别与其后的冬季和夏季的大气环流显著相关。欧亚大陆土壤湿度异常超前大气环流的信号,将有助于改善冬季和夏季北半球季节气候预报能力。     

冬夏季环流隔季相关的数值试验

利用海气耦合和大气气候模式研究东亚冬季风异常对夏季环流的影响, 结果表明, 东亚冬季风异常对于后期环流及海洋状态异常都起了很大的作用.一般情况下, 强的冬季风与后期弱的东亚夏季风和较强的南海季风相对应.与强(弱)冬季风异常相关的风应力的改变可以使热带太平洋海温从冬季至夏季呈现La Nina (El Nio)型异常分布.试验得到的由冬季风异常所产生的海洋及夏季环流的变化与实况是相当接近的.在异常的冬季风偏北风分量强迫下, 西太平洋上形成的偏差气旋环流在夏季已不存在, 这时东亚夏季风反而增强.而冬季赤道西风分量所产生的影响, 则在西太平洋上形成显著的偏差气旋环流, 使东亚副热带夏季风减弱, 南海夏季风加强.对于东亚大气环流而言, 与强弱冬季风对应的热带海洋海温异常强迫下, 不仅是冬季, 后期春季和夏季环流的特征都能得到很好的模拟.但是从分区看, 西太平洋暖池区的海温异常比东太平洋更为重要.单纯的热带中东太平洋的海温异常对东亚大气环流的影响主要表现在冬季, 对后期的影响并不十分清楚.整个热带海洋的异常型分布(不论是El Nio还是La Nia)型, 对冬夏季风的影响是重要的, 而单纯的某个地区的海温异常都比它的整体影响要小.从试验结果看, 海温在大尺度冬夏季环流的隔季相关中起了十分重要的作用.     

冬季欧亚中高纬大气低频振荡的传播及其与欧亚遥相关型的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季欧亚中高纬大气低频振荡（LFO）的传播特征及其在年际尺度上与同期欧亚大气背景环流场之间的联系。结果表明,冬季欧亚中高纬LFO以10～30 d周期为主,且具有明显向东南方向传播的特征。其经、纬向平均移速分别约为3.4纬度/d和15经度/d。进一步分析发现,冬季欧亚中高纬LFO强度的年际变化与欧亚遥相关型（EU）密切相关。定义乌拉尔地区的脊和东亚、欧洲西北部的槽比常年弱（强）时,即EU指数小于（大于）零时,为EU负（正）位相。当对流层中上层EU处于负位相时,此时,对流层低层的西伯利亚高压强度减弱,这些因素均导致欧亚地区大尺度经向环流偏弱,环流较为平直,不利于LFO的传播;反之亦然。     

南北涛动与南极涛动及北极涛动的相互作用

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了南北涛动（Interhemispheric Oscillation,IHO）与北极涛动（Arctic Oscillation,AO）和南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）的联系。分析表明：1）北极涛动（AO）、南极涛动（AAO）与全年各自半球中高纬度地表气压变化密切联系。其中,AO冬季强度最强,且在春季、冬季的影响范围大。而AAO对南半球中高纬的地表气压变动影响更为明显,其在夏季影响范围最大。2）南极涛动（AAO）与南北涛动（IHO）有很好的同期相关性,南极涛动可部分解释南北涛动的形成。IHO与AO存在不显著的负相关,南北半球中高纬大气运动具有相对独立性。3）南北涛动（IHO）与全球较大范围内的地面气压变化有关,而去除AAO信号后,夏季在南极地区原显著相关区显著减少,夏季AAO与IHO存在密切联系。4）南北涛动（IHO）主要与春季、秋季和冬季亚洲、欧洲北部地面气温关系密切。秋季最强,春季次之,冬季最弱。夏季IHO与全球地面气温没有较好的联系。亚欧大陆北部的热力作用可能部分地解释了南北涛动的形成。     

An Interdecadal Change of Summer Atmospheric Circulation over Asian Mid-High Latitudes and Associated Effects

The atmospheric circulation over the mid-high latitudes in Asia has an important influence on regional climate, yet its long-term variation has not been fully explored. The main task of this study is to reveal the interdecadal variation features of summer atmospheric circulation over Asian mid-high latitudes in recent decades. The results show that the atmospheric circulation over mid-high latitudes of Asia has stronger interdecadal fluctuations than that over low latitudes and one significant change center appears near Lake Baikal. It is found that the atmospheric circulation near Lake Baikal has a significant interdecadal change around 1996 and a deep anomalous anticyclonic circulation has been controlling this region since then, which contributes to the significant increase in the surface temperature near Lake Baikal since 1997 and makes the region a remarkable warming center in Asia in recent 40 years. During 1997-2015, the pattern of less precipitation in the north and more precipitation in the south of east China is closely related to the anomalous anticyclonic circulation near Lake Baikal. Especially, this anomalous circulation near Lake Baikal has been found to contribute to the obvious interdecadal decrease of the precipitation in northeast China and north China near1997. The sea surface temperature(SST) of northwestern Atlantic is an important influence factor to the interdecadal change in the atmospheric circulation near Lake Baikal around 1996.     

An Interdecad l Change of Summer Atmospheric Circulation over Asian Mid-High Latitudes and Associated Effects

The atmospheric circulation over the mid-high latitudes in Asia has an important influence on regional climate, yet its long-term variation has not been fully explored. The main task of this study is to reveal the interdecadal variation features of summer atmospheric circulation over Asian mid-high latitudes in recent decades. The results show that the atmospheric circulation over mid-high latitudes of Asia has stronger interdecadal fluctuations than that over low latitudes and one significant change center appears near Lake Baikal. It is found that the atmospheric circulation near Lake Baikal has a significant interdecadal change around 1996 and a deep anomalous anticyclonic circulation has been controlling this region since then, which contributes to the significant increase in the surface temperature near Lake Baikal since 1997 and makes the region a remarkable warming center in Asia in recent 40 years. During 1997-2015, the pattern of less precipitation in the north and more precipitation in the south of east China is closely related to the anomalous anticyclonic circulation near Lake Baikal. Especially, this anomalous circulation near Lake Baikal has been found to contribute to the obvious interdecadal decrease of the precipitation in northeast China and north China near 1997. The sea surface temperature (SST) of northwestern Atlantic is an important influence factor to the interdecadal change in the atmospheric circulation near Lake Baikal around 1996.     

用自由模对1998年夏季阻塞形势的诊断分析

签于大气自由模和阻塞高压的重要性 ,首先简要介绍阻塞高压与中国夏季降水的关系及 1998年夏季 5 0 0hPa异常环流场 ;然后利用 2 1波菱形截断的谱方法求出无粘性、无强迫正压涡度方程的自由解 ,即和实际大气流场十分接近的大气自由模 ,并讨论其特征 ;最后利用大气自由模的特征诊断分析了实际大气的环流特征 ,并重点用其分析了 1998年夏季的大气环流异常形势。结果表明大气自由模能很好地反映大气环流大尺度特征 ,而略去了中、小尺度涡旋 ;大气自由模的流场和绝对涡度场之间的散点图反映了 (q ,Ψ )的函数关系是分段线性或非线性的 ,尽管实际流场与绝对涡度场之间的点阵图反映两者之间成不同斜率的线性函数关系 ,但点阵比较发散 ,不能突出某些重要系统 ;1998年夏季实际大气自由模态突出了大气环流的重要特征 ,例如 ,越赤道气流、西风急流、副热带高压、阻塞高压及两极的边界效应等 ;通过自由模态的特征可以识别出纬向流及阻塞高压的持续异常 ,利用自由模的稳定性判断阻塞高压的稳定性 ,不稳定模态可以维持一段较长的时间 ,且由于这些不稳定的模存在 ,才使 1998年 6月中旬到下旬的中高纬阻塞高压稳定维持。     

春季亚洲地面湿度异常对月、季气候影响的模拟研究

通过大气环流模式试验,研究了春季亚洲中纬带地面湿度异常对其后4个月月平均气候参数的影响.结果发现:正的地面湿度异常对其后气候参数的影响在第1个月最弱,第3个月最强;它导致欧亚中高纬带在第2～4个月对流层内的高度和温度都降低,低值系统发展,副热带高压亦发展,中纬度西风急流相应增强;同时北美东岸有明显的遥相关响应.     

Variability Modes of the Winter Upper-Level Wind Field over Asian MidHigh Latitude Region

In this study,the NCEP/NCAR reanalysis dataset was used to analyze the variability modes of the winter upper-level wind field over Asian mid-high latitude region.As shown by the results,the dominant variability modes of the winter upper-level wind field over Asian mid-high latitude region are characterized by the out-of-phase variation in the intensity of the subtropical and temperate jets over East Asia and the meridional shift of the subtropical jet axis,on interannual and multiannual scales,respectively.The first leading variability mode can be used as a good measure to represent the integral variation of atmospheric general circulation in Asian mid-latitude region.Composite analyses suggest that the first leading variability mode of the winter upper-level wind field is intimately related to the atmospheric circulation and temperature anomalies in the northern hemispheric mid-latitude region.     

低频扰动增量法在华南冬季低温延伸期预报中的应用研究

通过扰动物理量分解方法和增量预报方法,提出低频扰动增量的定义,分析冬季大气低频扰动信号与华南低温事件的可能联系,构建基于低频扰动增量的华南冬季低温延伸期预报模型,为低温延伸期预报提供科学参考依据。分析表明:(1)东半球500 hPa高度场低频扰动变化显著区域主要位于中高纬度45°×80°N地区,尤其在乌拉尔山脉附近及其以西的东欧地区和贝加尔湖以北的中西伯利亚地区;(2)500 hPa中高纬高度场和风场低频扰动增量的前两个EOF模态反映了周期为20 d左右低频振荡的传播型模态,EOF1反映的是导致中高纬度两槽一脊型的环流形势得以维持的低频扰动特征,EOF2反映的是中高纬度高空槽东移后出现的低频扰动特征,研究揭示了华南最低气温低频扰动增量与该低频传播模态的关系十分密切;(3)基于低频扰动增量的延伸期预报准确率明显优于直接应用原始场的延伸期预报,重点抓住大尺度环流的低频扰动增量及由其引起的预报量的扰动增量,可以提高延伸期预报的准确率。     

全球变暖减缓背景下欧亚秋冬温度变化特征和原因

采用气候序列变化趋势诊断和一元线性回归等分析法,研究和讨论了2000-2012年和1976-1999年两种年代际背景下全球陆地不同区域的年平均地表温度的变化特征。发现欧亚大陆中高纬度地区是对全球变暖减缓贡献最大的区域。且该地区在2000年以来秋季年代际增温,而冬季年代际降温。从同期大气环流的配置来看,在对流层低层,秋季西伯利亚高气压年代际减弱,而冬季西伯利亚高气压年代际增强。在对流层中高层,秋季从西欧至东北亚为"高-低-高"的高度场异常分布,纬向环流加强,经向环流减弱,而冬季极地与贝加尔湖地区的高度场呈偶极型分布,东亚大槽加深,经向环流加强。进一步研究发现,超前一个季节的喀拉海附近的海冰与欧亚中高纬度秋冬两季温度的年代际变率有着密切的联系。一方面,夏季(秋季)海冰减少影响秋季(冬季)中高纬度大气环流;另一方面,夏季(秋季)海冰减少,使得秋季(冬季)从北极至中高纬度大陆的对流层低层水汽含量增加(减少),大气逆辐射增强(减弱)导致秋季(冬季)增温(降温)。     

2012年春节期间广东罕见低温阴雨天气特点及成因

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR分析资料,以及国家气候中心的海温监测资料等,初步分析了2012年春节前后广东极端低温阴雨天气过程的特点和成因。结果表明,此次过程具有极端温度低、低温范围广、阴雨时间长的特征;此次罕见天气过程是在＂北极涛动＂负位相活动和显著＂拉尼娜＂事件背景下发生,与欧亚地区持续大气环流异常密切相关。乌拉尔山阻塞高压建立后,中高纬稳定的＂两脊一槽＂形势下,有利于短波槽东南移影响华南;同时,高原南侧的南支西风槽加深增强了低纬水汽往华南地区输送,冷暖空气在华南长时间交绥,造成了持续的低温阴雨过程。过程期间,粤北近地层极端气温低,但中层暖层无论从强度、厚度及持续时间均未有2008年明显,因此过程主要以＂低温＂和＂阴雨＂为主,并未发生类似2008年初的粤北持续大范围＂低温雨雪冰冻＂天气。