东亚副热带西风急流位置异常对长江中下游夏季降水的影响

利用NCEP/NCAR 200 hPa月平均风场再分析资料,定义东亚大陆对流层上层不同经度上最大西风所在位置的平均纬度为东亚副热带西风急流轴线指数,该指数能准确反映东亚副热带西风急流位置的南北变化及其对长江中下游降水的影响,并能较好地体现东亚夏季风盛行期间对流层低层与高层的纬向风场变化特征。分析表明,该指数的时间变化具有与长江中下游夏季降水较一致的年代际变化及年际振荡特征。对东亚副热带西风急流位置异常年的大气环流差异分析表明,急流异常偏北时,南亚高压偏弱,位置偏北偏西,呈伊朗高压型;西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏弱、位置偏东偏北;气流的辐合上升区北移至华北一带,而长江流域低层风场为辐散异常,上升气流较常年偏弱,降水偏少。急流异常偏南时,南亚高压偏强,位置偏南偏东,呈青藏高压型;西太副高偏强、位置偏西偏南;长江流域地区上空低层有较强辐合上升气流,高层有较强的气流辐散,对流旺盛,雨带在此维持,容易引发洪涝。     

夏季东亚高空西风急流气候特征分析

利用NCEP/NCAR全球再分析风场资料定义了西风急流强度指数和位置指数,然后利用EOF方法对西风急流进行了进一步的分析,分析了高空西风急流的空间分布特征,从强度和位置两方面分析了西风急流与东亚环流及其与海温的关系。分析表明： EOF第一模态反映了东亚高空急流的位置指数,第二模态反映了高空急流的强度指数。东亚高空急流与对流层大气环流包括南亚高压,西太平洋副热带高压,东亚夏季风存在着密切关系,其气候变化与热带副热带东太平洋、印度洋海温密切相关。     

北半球冬季副热带高压带维持的涡度机制

本文利用涡度平衡方程讨论北半球冬季副热带高压的维持,计算发现,30°N副热带高压带地区,大型扰动所造成的涡度输送的辐散是维持这地区反气旋涡度的主要因子,这种辐散作用所造成的反气旋涡度主要发生在对流层上层,平均经圈环流对地转祸度的输送可以把它引导到对流层下层来。此外,我们还根据涡度输送的计算,讨论了西风急流的维持。向北的扰动涡度输送在45°N上空达极大值,因此它对中纬度西风和纬向平均急流的维持起着重要作用。但30°N上空,扰动的涡度输送为零,而平均经圈环流对地转涡度和相对涡度的输送都比较大,因此,可以认为副热带急流是在平均经圈环流作用下维持的。     

对流层上层副热带西风急流与东亚冬季风的关系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,研究冬季对流层上层西风急流的时空变化特征,提出表征急流强度和位置变化的指数,进而探讨西风急流与东亚冬季风的关系。结果表明:冬季西风急流强度指数体现了西太平洋与高纬大陆的热力对比,较好地反映了西伯利亚高压与阿留申低压的强度变化,可作为表征冬季风强弱变化的一个定量指标,急流增强(减弱)对应西伯利亚冷高压和阿留申低压加强(减弱),东亚冬季风偏强(弱)。急流强度指数与不同高度冬季风子系统的显著相关表明,东亚冬季风活动异常不只是对流层中低层的现象,而在整个对流层都有明显反映,低层的西伯利亚高压和阿留申低压、中层的欧亚脊、东亚大槽及西太平洋副热带高压与高层的西风急流是同相变化的。在此基础上还比较了急流强度指数和北极涛动指数(AO)与东亚冬季风的关系,急流强度变化体现了欧亚大陆与西太平洋的热力差异,而AO则主要反映极地与中纬度环状模的反相变化,所以急流强度变化与东亚冬季风的关系更为密切。     

夏季南亚高压与西太平洋副热带高压的相关性分析

利用1951—2010年NCEP/NCAR再分析月平均资料研究夏季南亚高压与西太平洋副热带高压(简称西太副高)的相关性。结果发现,夏季南亚高压与西太副高的联系密切,年际尺度上强度指数之间的显著正相关关系相对稳定,两者同时偏强(简称同强)与同时偏弱(简称同弱)的模态超过70%。当南亚高压与西太副高同强(同弱)时,西风急流偏强(偏弱),高纬度地区大气环流呈经向(纬向)型,太平洋EAP遥相关为正(负)位相。贯穿对流层中上层的中纬度纬向西风与高压强度异常有密切的联系,西风急流可作为中纬度地区连接两者作用的纽带。青藏高原与太平洋地区对流层的温度差异分布对当地的环流系统造成很大影响,高原热力异常和海温异常联系着高压系统的演变。南亚高压、西太副高的异常影响了整体东亚大气环流的配置,是了解不同纬度系统相互作用的又一着眼点。     

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。     

夏季东亚副热带西风急流位置对川渝地区降水的影响

利用夏季川渝地区30个台站降水和NCEP/NCAR 2.5°×2.5°的高度场、风场等再分析资料,通过CCA、相关、回归等分析方法,分析了近50年夏季东亚副热带高空西风急流与川渝地区降水的关系。结果表明,东亚副热带西风急流南北位置异常对川渝降水有重要影响。当西风急流轴线偏北(南)时,造成四川盆地西部降水偏多(少),盆地东部和川西高原降水偏少(多),夏季平均急流轴线指数对降水的预报指示意义要好于夏季各月。当西风急流轴线偏北(南)时,对应南亚高压东伸脊点偏西(东)、面积偏小(大),西太平洋副热带高压脊线偏北(南)、西伸脊点偏东(西)、面积偏小(大),这种高低层环流的异常配置造成了川渝地区夏季降水的变化。同时,西风急流轴线南北位置的年代际变化,是导致1965-1982年和1983-2006年四川盆地东部、川西高原降水由少转多、盆地西部由多转少的主要原因之一。     

一个气候系统模式FGCM0对东亚副热带西风急流季节变化的模拟

对IAP/LASG气候系统模式试验版(FGCM0)模拟对流层上层东亚副热带西风急流季节变化的能力进行评估, 分析FGCM0模拟的东亚副热带西风急流季节变化与NCEP/NCAR再分析资料的差异及其与对流层大气南北温差的关系.结果表明, FGCM0模拟的冬季和夏季西风急流垂直结构、水平结构和季节变化与NCEP/NCAR再分析资料基本一致, 但FGCM0模拟的东亚副热带西风急流在高原附近地区冬季和夏季都偏强, 沿115°E中国大陆地区上空模拟的急流强度冬季偏弱, 夏季明显偏强.夏季FGCM0模拟的急流中心位于高原东北部的40°N附近地区, 强度偏强, 位置偏东, 而此时NCEP/NCAR再分析资料中的急流中心却位于高原北侧.此外, FGCM0模拟的急流在5月份的北移和8月份的最北位置上与NCEP/NCAR再分析资料差异较大.分析副热带西风急流与对流层南北温差的季节变化发现, 急流出现的位置总是对应着对流层南北温度差较大区域, 与再分析资料相比, FGCM0模拟的温度差在冬季基本一致, 夏季差异较大.与降水的模拟相联系发现, FGCM0模拟得到的与实际不一致的偏西偏北的强降水中心与200 hPa上的东亚副热带急流位置和强度不合理具有密切关系.相关分析表明, 冬季西风急流强度与日本南部海区的感热通量、夏季与青藏高原地区的地面感热通量有明显的正相关关系, 而FGCM0能够较好地模拟冬季西风急流强度与地面感热通量之间的相关关系, 但模拟夏季青藏高原地区感热通量和副热带西风急流之间相关关系的能力相对较差, 夏季西风急流强度与OLR之间却有一定的关系.由于与强降水区相联系的OLR低值区对应着较大的对流凝结加热, 再加上模式中位于青藏高原东南部较大的地面感热加热, 增强了对流层的南北向温度差, 进而影响东亚副热带急流强度和位置.因此, FGCM0模拟的夏季副热带急流位置和强度偏差与高原附近地区的地面感热加热、大气射出长波辐射等的模拟偏差具有密切的关系.     

西南地区东部秋季降水特征及其异常年对应的海—气关系

该文利用观测降水资料,NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA第四版月平均海温资料,分析了西南地区东部秋季降水年际变化的主模态以及与其联系的大气环流和海温异常。结果表明,西南地区东部秋季降水主要表现为全区一致型(EOF1)和南北反相型(EOF2)。第一模态对应着副热带西风急流减弱,青藏热低压和副热带高压偏强、偏西,东亚大槽偏弱,印缅槽持续发展,来自孟加拉湾和南海的水汽不断向西南地区东部输送;这一模态与同期10月的赤道中部太平洋海温有着密切关系。与秋季降水第二模态相联系的环流场上,副热带西风急流增强,青藏热低压和副高偏弱,对流层中部的位势高度场以经向环流为主,南支槽活动较弱,不利于水汽向中、高纬地区输送;这一模态与同期3月南半球新喀里多尼亚岛附近海域的海温最为密切。     

西风角动量输送的气候特征及其与急流关系研究

利用1958～1997年NCEP/NCAR一日四次的风场再分析资料,系统地分析了季节平均西风角动量（即u角动量）经向、垂直输送通量及其三个分量（平均经圈环流、定常波、瞬变涡输送通量）的气候特征,特别是讨论了12～2月、6～8月它们与东、西风带、副热带西风急流、极夜急流之间的联系。结果表明:（1）包含纬度因子的角动量通量与动量通量在高纬地区存在显著差别,高纬对流层上部的强动量输送中心在角动量通量中不明显。而u角动量强经向输送主要在中低纬对流层顶附近和冬半球高纬平流层顶附近,副热带西风急流和极夜西风急流均位于u角动量强向极输送中心及其高纬一侧的辐合区中。（2）发现三个输送分量对急流维持的作用随纬度、季节不同。北半球冬季（夏季）的副热带西风急流主要由平均经圈环流（强度相当的定常波和瞬变涡）强经向输送及辐合维持;南半球西风急流全年均由平均经圈环流和瞬变涡旋输送及辐合维持;冬半球中平流层极夜急流主要由定常波、瞬变涡旋输送及其辐合共同维持。（3）热带东风区是牵连角动量（即Ω角动量）的高值区,它主要由平均经圈环流向对流层上部输送;冬半球副热带及中纬西风区存在u角动量垂直输送的切变区,它主要由平均经圈环流和瞬变涡旋完成;热带对流层顶附近有u角动量的定常波弱向下输送。     

ElNino事件当年和次年夏季低纬环流特征的初步分析

分析１９５０年以来中等强度以上的ＥｌＮｉｎｏ和ＬａＮｉｎａ当年和次年夏季低纬度风场和５００ｈＰａ高度距平场发现有不同特征。其中中－西太平洋近赤道地区８５０、２００ｈＰａ上风场异常变化十分明显,这种异常变化与南北半球大气相互作用有密切关系。     

关于中纬或低纬扰动对低纬或中纬度流场的作用

用付里叶方法求解正压无辐散涡度方程,把初始扰动分别加在中纬或低纬,求得这些扰动在低纬或中纬度产生的作用。结果表明:这种作用都是不能忽视的,而且中纬扰动对低纬度流场产生的影响比相同的低纬扰动对中纬度的影响要大。     

北半球冬季行星波的传播及其输运作用

利用变换欧拉平均方程讨论了行星波动力学。观测和模拟结果都表明,在北半球冬季准定常行星波的经向传播存在两支波导。一支为高纬度波导,另一支则为低纬度波导。这些结果与理论分析相当一致。通过对EP通量进一步的研究表明,平流层爆发性增温是沿高纬度波导传播的异常行星波与平均气流相互作用的结果。而热带风场的准两年周期振荡（QBO）是低纬度平流层下层大气纬向平均流的一个重要年际变化,它可以影响行星波沿低纬度波导的传播;此外,由一个行星波一平均流耦合模式模拟的结果表明,这个热带风场的变化还可以通过波流相互作用调制行星波沿高纬度波导的传播。 行星波对臭氧的输运作用在文中也进行了分析。行星波强迫出的剩余平均环流表明,耗散的行星波有强的输运作用;向北的涡动热量输送可以强迫出一个正的输运环流,其在低纬度上升并在高纬度下沉。同时研究还表明,热带风场的QBO对行星波传播的调制对输运环流也有重要影响,模式结果表明,在QBO的东风位相期间行星波引起的输运作用明显增强,其结果可用于解释平流层高纬度臭氧的年际变化。     

THE IMPACT OF MID-LATITUDE CIRCULATION OVER THE TIBETAN PLATEAU ON THE TRACK OF TYPHOON OVER THE NORTHWEST PACIFIC*

There is a close relationship between variation of middle latitude synoptic system over the Tibetan Plateau and movement of typhoon over the Northwest Pacific.This paper tries to discuss the mechanism of it through the numerical simulation and dynamic diagnosis.25-year statistical results during the period from 1970 to 1995 indicate that the relationship between middle latitude circulation over the Plateau and the track of typhoon over the Northwest Pacific are as follows.When longwave trough in 500 hPa isobaric surface over the Plateau.it is favourable to typhoon's westward movement:on the contrary,large scale anticyclone over the Plateau is favourable to typhoon's recurvature.We simulated the typhoon under these two flow patterns with MM5 model.Numerical simulation results showed that:(a)Longwave trough on 500 hPa surface over the Plateau makes subtropical high extended westward so as to typhoon south to high moves westward in easterly steering flow.(b)Anticyclone over the Plateau will bring about the longwave trough developing along the east coast of Asia,it'will usually cause typhoon recurring in front of the developed trough.In addition,the results of dynamic diagnosis show the physical mechanism on impact of synoptic system over the Plateau on the downstream synoptic system,that is,the transport of disturbance kinetic energy over the upstream Plateau makes the downstream trough developed.And then it affects the steering flow of typhoon.Because of existence of the high ridge over the Plateau.the energy transport channel moves to north.On the contrary,the trough exists over the Plateau,the energy transport channel moves to south.The southerly in front of trough over the Plateau and the southerly in the east part of typhoon transport low potential vorticity of low latitude into subtropical high.That is beneficial to development of subtropical high and affects typhoon's movement.These results fully reflect the impact of interaction between mid-latitude and low latitude on synoptic system.     

THE IMPACT OF MID-LATITUDE CIRCULATION OVER THE TIBETAN PLATEAU ON THE TRACK OF TYPHOON OVER THE NORTHWEST PACIFIC

There is a close relationship between variation of middle latitude synoptic system over theTibetan Plateau and movement of typhoon over the Northwest Pacific.This paper tries to discussthe mechanism of it through the numerical simulation and dynamic diagnosis.25-year statistical results during the period from 1970 to 1995 indicate that the relationshipbetween middle latitude circulation over the Plateau and the track of typhoon over the NorthwestPacific are as follows.When longwave trough in 500 hPa isobaric surface over the Plateau.it isfavourable to typhoon's westward movement:on the contrary,large scale anticyclone over thePlateau is favourable to typhoon's recurvature.We simulated the typhoon under these two flowpatterns with MM5 model.Numerical simulation results showed that:(a)Longwave trough on500 hPa surface over the Plateau makes subtropical high extended westward so as to typhoon southto high moves westward in easterly steering flow.(b)Anticyclone over the Plateau will bringabout the longwave trough developing along the east coast of Asia,it'will usually cause typhoonrecurring in front of the developed trough.In addition,the results of dynamic diagnosis show the physical mechanism on impact ofsynoptic system over the Plateau on the downstream synoptic system,that is,the transport ofdisturbance kinetic energy over the upstream Plateau makes the downstream trough developed.And then it affects the steering flow of typhoon.Because of existence of the high ridge over thePlateau.the energy transport channel moves to north.On the contrary,the trough exists over thePlateau,the energy transport channel moves to south.The southerly in front of trough over thePlateau and the southerly in the east part of typhoon transport low potential vorticity of lowlatitude into subtropical high.That is beneficial to development of subtropical high and affectstyphoon's movement.These results fully reflect the impact of interaction between mid-latitude andlow latitude on synoptic system.     

中低纬太平洋夏季次表层海温异常年代际变化的时空特征比较

对1955—1998年的夏季次表层(0~400 m)海温进行了EOF分解,对比分析了中低纬太平洋夏季次表层海温的年代际变化特征。结果表明:中纬太平洋夏季次表层海温有2种年代际分布模态:0~160 m表现为PDO型,200~400 m表现为全区一致型;低纬太平洋夏季次表层海温有3种年代际分布模态:0~60 m和300~400 m为全区一致型,80~240 m为东西反向型。太平洋夏季次表层海温异常的年代际变化在中低纬都存在从上而下的时间滞后;而同一层中低纬太平洋夏季次表层海温年代际突变的时间也不一致。     

Symmetry properties of barotropic bottom-dissipated single-gyre systems in the inertial regime

Symmetry properties of steady solutions of the barotropic quasigeostrophic vorticity equation are explored using mirror reflections with respect to mid-basin longitude and latitude. The analysis is conducted by perturbing the fully inertial solution, the zeroth-order solution or the Fofonoff mode, by introducing forcing and dissipation as a first order correction. In the context of a classical square-basin and single-gyre circulation subject to bottom friction, it is shown numerically and analytically that the full solution can be approximated by the superposition of three components each having definite symmetry properties under longitude and latitude reflections: the north–south symmetric and antisymmetric components of the zeroth-order solution and the east–west antisymmetric component of the first-order correction. The flow patterns of the individual components are discussed.     

冬季500hPa候平均高度场的遥相关

早在本世纪初,人们就已发现大气环流存在遥相关现象。Wallace等从北半球冬季500hPa月平均高度场总结出5种遥相关型。理论研究和数值模拟表明遥相关型是正压不稳定及Rossby波在球面上频散的反映。由于Rossby波频散是定性估计大型环流中期变化趋势的基本思路及500hPa候平均图是中期预报的基本工具,因此,分析500kPa候平均高度场的遥相关是有意义的。     

全球海温异常作用下的低层大气环流和降水异常的数值模拟

通过在ＩＡＰＡＧＣＭ中加进太平洋和印度洋海温异常的数值模拟，证实了实况月平均８５０ｈＰａ上的异常环流特征：ＥｌＮｉｎｏ海温位相时低纬太平洋低层大气出现异常的西风气流以及在东南亚沿海出现向赤道的异常气流；而在ＬａＮｉｎａ位相时，低纬太平洋低层大气出现异常的东风气流和在东南亚沿海出现离赤道的异常气流。若在模式中仅引入太平洋的海温异常或在模式中去掉地形以后，模拟的低纬低层异常气流与上述结果有所不同。用该模式还模拟出了与观测相符的低纬地区降水的异常     

冬夏季节热带副热带OLR场的遥相关分析

本文利用NOAA13年月平均格点资料分析了冬夏热带副热带射出长波辐射(OLR)的气候特征及其遥相关结构。结果表明,OLR场的高低值带有明显的季节变动,低值带中心从冬至夏由赤道西太平洋地区向西北移至孟加拉湾,高值带从冬至夏北移约10—15个纬度,但东南太平洋高值区的位置无明显季节变动。 遥相关结构分析表明,冬夏季节OLR场分别有8个遥相关关键区,它们之间存在着较强的同时性遥相关联系。冬季遥相关型主要由位于赤道低纬度“印度洋—西太平洋—东太平洋—大西洋”的纬向2波式遥相关和在太平洋中部、东亚地区,南北半球副热带与赤道地区的经向负遥相关型组成。夏季OLR遥相关关键区主要分布在孟加拉湾至赤道西太平洋、东太平洋与低纬度大西洋和中纬度东亚沿海与北美大陆,构成低纬度和中纬度两类纬向正遥相关型。进一步分析发现,冬夏OLR遥相关型的年际变化较好地揭示了OLR场异常与ENSO、低纬度Walker、Hadley环流等海—气系统异常的整体联系。