2003年夏季异常天气与西太副高和南亚高压演变特征的分析

通过入梅前后东亚环流与多年平均的对比,表明2003年夏季我国东部旱涝分明、长江以南高温少雨、淮河流域持续多雨、强降水过程频繁等特点是与西太平洋副热带高压(下称西太副高)活动特征有关。该年副高偏强、位置异常偏西,垂直结构呈现较强的动力性特征,即低层为辐散下沉运动、高层为辐合,脊线随高度向北倾斜。副高西北侧的梅雨锋区强,且风切变明显。动力和热力诊断结果表明,200 hPa南亚高压脊线以北东传的负涡度平流产生的辐合下沉运动,有利于对流层中下层副高的加强西伸。500 hPa副高西北侧的雨带位置与对流层上层副热带急流的位置和东伸的南亚高压对应。高层西风带和南亚高压的动力作用也会引发副高短期的东西振荡。降水区对流层高层产生的潜热释放,使副高西北侧加热率垂直方向的非均匀分布增加,导致了副高加强西进。热带天气系统的活动,对副高维持和加强也有不可忽视的作用。正是西风带、副热带和热带系统相互作用,动力和热力因素的综合影响,造成了该年副高及其所带来的天气异常。     

2013年夏季西太平洋副高异常特征及其对湖南高温干旱的影响

利用湖南96个测站的逐日降水、日最高气温和NCEP/NCAR再分析资料、海温资料,分析了2013年夏季西太平洋副热带高压异常活动特征、成因及其对湖南高温干旱的影响。结果表明,2013年夏季西太平洋副高异常偏西、偏强,使得湖南一直处在高压下沉气流控制下,形成持续高温干旱天气。造成副高变异的原因主要有:(1)2012年冬季至2013年春季,赤道东太平洋海表温度持续偏低,印度洋—赤道西太平洋海表温度持续偏高,使得Walker环流和Hadley环流的上升和下沉运动得到加强,西太平洋副高西伸、加强;(2)南亚高压一次次东伸,通过强烈高空负涡度平流的动力强迫,造成西太平洋副高区内的下沉运动,导致副高稳定维持,天气晴热高温;(3)西风急流较常年偏北,纬向环流偏强,导致副热带高压在偏北位置稳定维持,200 h Pa高空辐合增强,辐合中心位于30°N以北,造成500 h Pa副高下沉运动区位置偏北、偏强。     

2007年6—7月西太平洋副热带高压的异常特征及其成因分析

采用NCEP资料以及NOAA卫星观测的OLR场资料,分析了2007年6—7月淮河流域暴雨及江南、华南异常高温期间西太平洋副热带高压的异常特征,其表现为强度强且南北位置相对稳定,东西方向进退明显于南北方向的移动。通过分析经圈平面上的垂直环流及风矢量场的特征表明,副高南北两侧都存在一定强度的上升气流,北侧上升气流对西太平洋副高中心区700 hPa以上高度的下沉运动有激发作用,而南侧上升气流对西太平洋副高中心区的下沉运动作用不大。中高纬度阻塞高压双阻型的建立,有利于西太平洋副高的加强和发展。强劲而稳定少动的中纬度西风急流和热带地区异常活跃的对流均有利于西太平洋副高的相对稳定。     

桂北后汛期一次持续性暴雨天气过程分析

运用常规资料、区域自动站资料以及NECP再分析资料,对2017年8月9-15日发生在桂北地区的持续暴雨过程进行了深入分析。结果表明：此次持续暴雨过程发生在500hPa中高纬两槽一脊的形势下,副热带高压脊线稳定维持在15oN附近、西脊点稳定在110oE以西,副高的阻挡使西风槽前与副高西北侧的西南暖湿气流形势得以长时间维持,为桂北持续暴雨的发生提供了不稳定条件。季风涌增强北推,与南半球冷空气爆发造成的索马里越赤道气流增强,共同为此次持续暴雨提供了源源不断的水汽供应。南亚高压强大、稳定地维持在青藏高原上空,桂北地区位于南亚高压东部脊线上的强辐散区,低层位于低空西南风急流左侧强辐合区,形成很好的低层辐合上升、高层辐散下沉的垂直环流形势,与高低空急流耦合共同为此次持续暴雨提供了较好的动力机制。     

春季南亚高压在中南半岛上空建立与500hPa副高断裂的关系

利用NCEP／NCAR再分析资料及NOAA的OLR资料,研究了春季南亚高压在中南半岛上空建立与500hPa副高在孟加拉湾上空断裂的关系。结果表明,南亚高压建立之前,对流从“海洋大陆”向北推进,首先在中南半岛建立;而孟加拉湾地区由于青藏高原感热作用在对流层中低层形成一个反Hadley环流型的局地经圈环流,15°N附近500—700hPa有下沉运动中心,它抑制了孟加拉湾对流的建立,也不利于500hPa副高带断裂。南亚高压在中南半岛建立之后,位于高压中心西南侧的孟加拉湾上空出现一个强的辐散中心,孟加拉湾地区15°N附近的下沉运动消失,对流发展起来,降水量增加并释放大量潜热,非绝热加热中心位于500hPa,此时副高脊线断裂。因此,高层南亚高压建立所产生的辐散运动很可能对孟加拉湾上空500hPa副高带断裂及对流建立起到了触发作用。     

2013年7月辽宁省降水异常物理机制研究

利用MICAPS常规资料和NCEP再分析资料,对2013年7月辽宁省降水异常物理机制进行了研究。结果表明:2013年7月辽宁省降水偏多发生在异常环流背景下,乌拉尔山高压脊和贝加尔湖低压槽强度大于常年,冷空气偏强且路径偏南;东亚40°—50°N处在纬向强锋区中,有利于气旋生成发展;副热带高压脊线比常年偏北2个纬度,西北侧暖湿气流活跃。7月中高纬地区有3次明显冷空气向南侵入至40°N,与中低纬北上至40°N及以北的暖湿气流交绥形成暴雨,影响系统分别为华北气旋、蒙古气旋冷锋和副热带高压西侧辐合线,不同影响系统暴雨过程的物理机制存在差异。3次暴雨过程中,华北气旋暴雨水汽供应最充沛,水汽源地不仅有西太平洋、南海、东海和黄海,还有孟加拉湾;暴雨区水汽主要由副热带高压外围西南或偏南气流向北输送,东海北部和黄海是水汽汇合及输送量最大的区域。高空急流受贝加尔湖低槽强度影响,不同影响系统高空急流演变和强度不同,低空急流分布与强度及高空辐散区、低空辐合区相对高、低空急流轴分布的位置也不同;高、低空急流耦合发展及高空辐散区、低空辐合区叠置产生的强垂直上升运动造成了水汽强烈辐合,其中华北气旋暴雨水汽辐合最强,水汽辐合层顶达850hPa,蒙古气旋冷锋和副热带高压西侧辐合线暴雨水汽辐合顶在900hPa附近及以下。热力分析表明,3次暴雨过程环境大气中层均有干冷空气侵入,增加了降水对流的不稳定性。     

2007年7月川东北连续3场大暴雨过程的诊断分析

利用常规观测资料及NCEP 1°×1° 6h再分析资料,对2007年7月上旬四川东北部连续出现的3场大暴雨过程的环流形势及动力结构、水汽输送和热力不稳定条件进行了诊断分析。结果表明：（1）前2场区域性大暴雨出现在副热带高压和巴尔喀什湖冷涡两个长波系统稳定少动的阻塞环流形势下．第3场局地性大暴雨发生在环流调整过程中,副热带高压快速东撤导致对流云团在东移过程中迅速减弱消亡;（2）暴雨的水汽主要来自南海,低空偏南风急流的维持为连续暴雨提供了源源不断的水汽输送和持续的能量供应,3场暴雨的中心均出现在位于低空急流出口区左侧水汽辐合中心的巴中地区;（3）造成严重洪涝灾害的前2场区域性大暴雨过程期间,从地面到高层形成了“辐合-辐散-辐合-辐散”接力式上下大气运动的动力结构,大气层结处于高能和对流不稳定状态,且有冷空气触发,大暴雨发生在能量锋区偏向暖区一侧。     

一次西南低涡诱发四川盆地持续性暴雨的诊断分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°日4次再分析资料,针对2011年7月3—6日四川盆地持续性暴雨过程的影响系统和各物理量作了分析研究。结果表明:暴雨过程中不断有低压短波槽东移南下,西太平洋副高西伸至高原边缘,形成了有利的大尺度环流背景。对流层高层的强辐散与中层低涡的配合,低层强劲的南风暖湿急流与北风干冷气流在四川盆地内交汇,促使西南低涡发展和维持。高低层辐合辐散、对流运动强烈,持续强劲的水汽输送为暴雨维持起到了重要作用,暴雨持续期间产生不稳定能量释放从而又造成强烈的对流活动。螺旋度对暴雨落区及维持有较好的指示意义,暴雨落区与该地区上空中低层正、高层负局地垂直螺旋度中心有较好的对应关系。     

南亚高压对川渝地区盛夏极端旱涝的影响分析

利用NCEP/NCAR资料对川渝地区两个极端年1998年（涝年）和2006年（旱年）进行分析,结果表明,涝年南亚高压辐散强,脊线位置比多年平均偏南,西太平洋副热带高压（简称西太副高）主体西伸,脊线偏南;旱年南亚高压的辐散比涝年弱,脊线位置比多年平均偏北,西太副高脊线亦偏北。从动力特征来看,旱（涝）年,高层大气相对负（正）涡度平流的垂直分布有利于大气产生下沉（上升）运动,且南亚高压距平环流存在辐合（辐散）,与之对应的低层存在辐散（辐合）特征;热力分析亦表明,旱（涝）年的中低层多为暖（冷）平流,具有负（正）非绝热加热特征,且非绝热加热的垂直分布特征,有利于南亚高压距平环流局部辐合（辐散）加强,并对中低层系统的垂直运动产生影响。因此,一定程度上川渝地区两个极端旱涝年的出现与其上空的垂直运动变化密切相关,是由南亚高压与中低层系统的相互配置引起的。      

南亚高压和西太副高位置与中国盛夏降水异常

用全国160站降水资料及ECMWF逐月再分析资料,采用合成分析方法,讨论了年际变化尺度上南亚高压与西太副高纬向位置异常与盛夏降水的关系。结果表明,当南亚高压与西太副高纬向异常重叠(分离)时,长江中下游流域存在异常上升(下沉)运动,江南的广大地区存在异常下沉(上升)运动。且当两个高压纬向异常重叠时,来自北印度洋及西太平洋的水汽,在长江中下游流域异常辐合,降水偏多。此时,江南地区水汽通量异常辐散,降水偏少。当两个高压纬向异常分离时,水汽主要来自北印度洋的西南风输送,长江流域降水偏少,江南地区降水偏多。     

西北太平洋低空环流与海温异常关系的季节性差异

通过资料分析与数值模拟研究了西北太平洋低空环流特征及其与海面温度（SST）异常关系的季节性差异,得到如下结论：1）西北太平洋低空环流的空间尺度和位置在春季和夏季存在明显差异,从春季到夏季,异常环流范围缩小且中心位置向西北偏移;2）西北太平洋低空环流与西北太平洋局地海温的相互作用存在季节差异,春季西北太平洋冷海温与上空反气旋异常之间存在相互作用,而夏季则以大气影响海洋为主,异常的反气旋/气旋可以加热/冷却其下垫面的海温,大气超前3～4 d影响海洋;3）夏季异常反气旋环流（WNPAC）的维持主要来自非局地海温异常（北印度洋暖海温与中太平洋冷海温异常）的强迫,这两个海区对WNPAC的影响也存在季节性差异,北印度洋的影响主要体现在晚春至盛夏,而中太平洋则主要在晚夏发挥作用。     

东风带扰动热力特征及其对西太副高东退影响的个例分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2003年6月22—25日西太平洋副热带高压(下称西太副高)西伸东退时热带东风带扰动附近大气热源的分布和演变特征,以及对西太副高西伸东退的影响和机制。结果表明,高层东风带扰动附近的非绝热效应分布和强度的突变影响西太副高西伸东退,当扰动中心西侧非绝热加热加强,扰动中心东侧西太副高区域冷却加强时,西太副高东退;潜热释放造成的非绝热效应在高层变化最为明显,非绝热变化的主要影响因子是垂直运动。总结了西太副高东退过程与东风带扰动系统热力联系的可能概念模型:东风带扰动处大气热力结构变化引发经向风场异常,使东风带扰动西侧高层有北风发展和强烈的上升运动,扰动东侧有整层的南风发展,有助于西太副高异常东退。因此,西太副高的西伸东退与热带东风带扰动系统的热力作用密切关联。     

梅雨期西太平洋副热带高压异常东退与东风带扰动关系的合成诊断分析

利用NCEP/NCAR日平均再分析资料,对梅雨期热带对流层上空东风带扰动影响西太平洋副热带高压短期东退的过程进行了合成诊断分析.结果表明:梅雨期西太平洋副热带高压(简称西太副高)的短期东退与低纬热带地区上宅东风带扰动存在着密切的联系,本文给出了在西太副高异常东退前后东风带扰动的结构及其演变特征,揭示了东风带扰动所对应的...     

Interaction Between Typhoon and Western Pacific Subtropical Anticyclone:Data Analyses and Numerical Experiments

Three kinds of typhoons with distinct tracks are sorted based on a set of typhoon data from 1958 to 1998. The results of composite analyses confirm that different typhoon tracks correspond to different patterns of the subtropical anticyclone over the western Pacific （SAWP）. When the tracks are westward, the SAWP is strong, with a zonal form, and stretches westward; when the tracks are recurving, the main body of the SAWP shifts eastward and breaks near 160~E; and when the tracks are northward, the SAWP is located far east of its normal position. Based on the above result, two different initial fields are configured, one has a zonal and strong SAWP, and the other has a meridional and weak SAWP. By using the GOALS R42L9 climate model, a temperature disturbance is added into these two different initial fields to force the formation of a typhoon. Westward and northward tracked typhoons are well simulated, thus verifying that different patterns of the SAWP have different effects on typhoon tracks. Results also show that typhoons can induce barotropic Rossby waves propagating to the mid and high latitudes. Under different background zonal flows, the wave trains triggered by the typhoons of westward and northward tracks are also different, and their effects on the mid and high latitude circulations and the SAWP are different. Compared to a n.orthward tracked typhoon, a westward tracked typhoon is able to induce positive geopotential height anomaly to its north and northwest, resulting in the SAWP strengthening and developing westward.     

Potential Vorticity Diagnostic Analysis on the Impact of the Easterlies Vortex on the Short-term Movement of the Subtropical Anticyclone over the Western Pacific in the Mei-yu Period

By employing NCEP-NCAR 1°×1° reanalysis datasets, the mechanism of the easterlies vortex(EV) affecting the short-term movement of the subtropical anticyclone over the western Pacific(WPSA) in the mei-yu period is examined using potential vorticity(PV) theory. The results show that when the EV and the westerlies vortex(WV) travel west/east to the same longitude of 120°E, the WPSA suddenly retreats. The EV and WV manifest as the downward transport of PV in the upper troposphere, and the variation of the corresponding high-value regions of PV significantly reflects the intensity changes of the EV and WV. The meridional propagation of PV causes the intensity change of the EV. The vertical movement on both sides of the EV is related to the position of the EV relative to the WPSA and the South Asian high(SAH). When the high PV in the easterlies and westerlies arrive at the same longitude in the meridional direction, the special circulation pattern will lower the position of PV isolines at the ridge line of the WPSA. Thus, the cyclonic circulation at the lower level will be strengthened, causing the abnormally eastward retreat of the WPSA. Analysis of the PV equation at the isentropic surface indicates that when the positive PV variation west of the EV intensifies, it connects with the positive PV variation east of the WV, forming a positive PV band and making the WPSA retreat abnormally. The horizontal advection of the PV has the greatest effect. The contribution of the vertical advection of PV and the vertical differential of heating is also positive, but the values are relatively small. The contribution of the residual was negative and it becomes smaller before and after the WPSA retreats.     

副热带高压研究进展及展望

介绍了国家自然科学基金委员会九五重点项目"副热带高压形成和变异的机理"的研究成果.该项目的研究纠正了对副热带高压成因的若干传统认识,揭示了副热带高压脊线年际变化的新事实,发展了脊线这一东西风交界面的动力模型,建立了"全型涡度方程"、"热力适应"理论及"两级热力适应"模式,并通过模拟和资料诊断研究了各副热带高压单体的形成机制及其季节和年际变化,在西太平洋副热带高压变化的规律和机制的研究中得到了新的认识.     

Large-scale Circulation Control of the Occurrence of Low-level Turbulence at Hong Kong International Airport

This study identifies the atmospheric circulation features that are favorable for the occurrence of low-level turbulence at Hong Kong International Airport [below 1600 feet(around 500 m)]. By using LIDAR data at the airport, turbulence and nonturbulence cases are selected. It is found that the occurrence of turbulence is significantly related to the strength of the southerly wind at 850 h Pa over the South China coast. On the other hand, the east–west wind at this height demonstrates a weak relation to the occurrence. This suggests that turbulence is generated by flow passing Lantau Island from the south. The southerly wind also transports moisture from the South China Sea to Hong Kong, reducing local stability. This is favorable for the development of strong turbulence. It is also noted that the strong southerly wind during the occurrence of low-level turbulence is contributed by an anomalous zonal gradient of geopotential in the lower troposphere over the South China Sea. This gradient is caused by the combination of variations at different timescales. These are the passage of synoptic extratropical cyclones and anticyclones and the intraseasonal variation in the western North Pacific subtropical high. The seasonal variation in geopotential east of the Tibetan Plateau leads to a seasonal change in meridional wind, by which the frequency of low-level turbulence is maximized in spring and minimized in autumn.     

Case Study on the Impact of the Vortex in the Easterlies in the Tropical Upper Troposphere on the Western Pacific Subtropical Anticyclone

By employing the NCEP/NCAR reanalysis data （1000-10 hPa, 2.5°×2.5°）, the impact of the vortex in the easterlies （EV） over the tropical upper troposphere on the zonal movement of the western Pacific subtropical anticyclone （WPSA） during 19-25 June 2003 is analyzed in this paper. It is shown that the EV can extend from middle troposphere to the height of 50 hPa, reaching a maximum at 200 hPa. The vertical thermal distribution appears to be ＂warmer in the upper layer and colder in the lower layer＂. The WPSA retreats eastward abnormally when the EV and the vortex in the westerlies （WV） encounter around the same longitude while they move toward each other. It is also shown that the vorticity variation extends from the troposphere to the height of 50 hPa, with the most prominent change occurring at 200 hPa by the diagnostic analyses of the vertical vorticity equation. The WPSA appears to retreat abnormally eastward while the negative/positive vorticity change becomes stronger near the east/west side of the EV, and the areas with positive vorticity tendency both in the EV and WV join together into one belt along 130°E during the process of the EV and the WV moving toward each other. In the vorticity equation, the positive contribution caused by the horizontal advection term is the maximum, and the minimum is caused by theβ effect. It is also found that enhanced horizontal vorticity advection andβ effect, as well as the ＂barotropic development＂ resulted from the in-phase superposition of the southerly and the northerly winds in the easterlies and westerlies near 130~E, are in agreement with the WPSA eastward retreat.     

四川盆地持续性暴雨发生的一类环流特征研究

利用NCEP1°×1°的资料研究了四川盆地一类持续性暴雨特征,结果表明：（1）在伴有西太平洋副热带高压西伸和其南侧有热带低压系统扰动的大气环流背景下,其水汽供应环流形势体现为东南气流输送,这主要与副高和热带低压系统相互扰动有关,而与大部分造成四川盆地暴雨的西南气流输送有差异。（2）局地涡度的变化对大尺度环流背景场的分布起到重要的作用,在副高西伸稳定的边缘,局地涡度变化为负,在槽区和热带低压扰动区域内,局地涡度变化为正,而局地涡度的正负变化,取决于涡度方程各项的变化大小,在850hPa上,雨区局地正涡度的增加可能与热带低压的局地正涡度输送有关,而这一过程可能主要山正涡度平流来完成。（3）局地正涡度变化范围和中心较好程度上对应着雨区的范围和中心,可以作为一个判断降水落区的预报要素来参考。     

热带太平洋、印度洋海温异常在菲律宾海异常反气旋建立过程中的作用

利用NCEP/NCAR的1948—2000年逐月再分析资料、NOAA气候诊断中心的1948年1月—2000年1月的海表温度扩展重建资料、美国NOAA2-CIRES气候诊断中心提供的1974年6月—2008年1月向外长波辐射资料,采用诊断分析方法主要探讨了热带太平洋、印度洋海温异常事件在热带低层异常反气旋东移发展最后到达菲律宾海成为菲律宾反气旋过程中的作用。结果表明:(1)初秋南亚印度洋上发展起来的低层异常反气旋在东部干冷西部湿热的水平不对称分布和热带西太平洋海洋性大陆上存在的大尺度辐散异常条件下都会向东移动发展,而上述条件与热带海表温度异常及其演变特征有着密切联系。(2)单纯厄尔尼诺事件,单纯印度洋正偶极子事件下的海温异常分布特征有利于形成东部干冷西部湿热的水平不对称分布和热带海洋大陆上的大尺度辐散异常。相对于厄尔尼诺事件,印度洋正偶极子事件是一个较弱且短暂的海洋事件,因此单纯印度洋正偶极子事件下到达菲律宾海地区的低层异常反气旋(即菲律宾异常反气旋)相对较弱,持续时间短。(3)在有印度洋正偶极子发生的厄尔尼诺事件中,两大洋的海温异常分布和显著的大尺度辐散异常更加有利于低层异常反气旋东移发展,在两大洋共同作用下使到达菲律宾海的低层异常反气旋(即菲律宾异常反气旋)相对于在单纯的某种海温异常事件作用的菲律宾异常反气旋强度更大,持续时间更长。