关于西太平洋副热带高压的垂直环流结构和年际变动特征及其机制研究

采用１９９８年南海季风试验期间的高质量高分辨资料和ＮＣＥＰ提供的４０年再分析资料以及相关的海温和副高参数资料，研究了西太平洋副热带高压的垂直环流结构和年际变动特征及其与东亚副热带夏季风和外强迫的关系。发现在月平均图上，西太平洋副高中心（或脊线）附近看不到下沉气流，但在候平均图和日平均图上脊线附近的若干区域下沉气流明显。这表明西太平洋副高的准定常和瞬变部分的环流结构特征有显著不同。在副高北侧东亚副热带季风雨带上有暴雨发生时，其凝结海热激发的经圈环流对相应经度上的副高脊线附近的下沉气流有显著贡献。分析表明，脊线附近高（低）空的下沉气流分别来自副高北（南）侧，表明副高是中高纬和低纬度系统相互联结的纽带。相关统计指出，夏季西太平洋副高的三个参数（面积、强度和脊线纬度）与长江中下游降水存在很高的相关，降水偏多（少），副高面积偏大（小），强度偏强（弱），脊线偏南（北），这说明与降水相应的凝结潜热对副高的年际异常有重要影响。近海海温和东亚海陆热力差指数与夏季长江中下游降水和副高三参数均存在显著的相关，这表明东亚经向和纬向海陆热力差是影响副热带夏季降水和西太平洋副高年际变化的基本因子。数值试验结果指出，近海海温异常所形成的     

夏季季风降水凝结潜热释放效应对西太平洋副高形成和变异的 …

通过分析１９９８－０５～１９９８－０８再分析资料,得知夏季西太平洋副高的准定常结构和瞬变结构有着显著的不同。月平均西太平洋副高中心为上升气流,逐日资料则表现出下沉气流,下沉气流主要是由西太平洋副高北侧雨带中降水潜热释放效应所致的上升气流在高空下沉产生的。据此认为夏季中国华东、华南地区的季风降水凝结潜热释放所致的上升气流在西太平洋副高中心区的下沉运动是西太平洋副高维持和发展的重要原因。将逐日西太平洋     

夏季季风降水凝结潜热释放效应对西太平洋副高形成和变异的影响

通过分析 1 998- 0 5～ 1 998- 0 8再分析资料 ,得知夏季西太平洋副高的准定常结构和瞬变结构有着显著的不同。月平均西太平洋副高中心为上升气流 ,逐日资料则表现出下沉气流 ,下沉气流主要是由西太平洋副高北侧雨带中降水潜热释放效应所致的上升气流在高空下沉产生的。据此认为夏季中国华东、华南地区的季风降水凝结潜热释放所致的上升气流在西太平洋副高中心区的下沉运动是西太平洋副高维持和发展的重要原因。将逐日西太平洋副高面积、西伸指数与对流降水率资料进行了滞后相关分析 ,结果表明西太平洋副高的西伸与外围雨带之间存在着显著的相互影响。     

夏季长江中下游和华南两类雨型的环流特征及预测信号

利用中国南方66站降水观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用经验正交函数分解（EOF）、合成分析和相关分析等方法,对夏季长江中下游和华南两类雨型进行了划分,对比分析了两类雨型同期大气环流和前期海温及环流的差异,以探讨两类雨型的形成机制及前期预测信号。结果表明:20世纪80年代之前华南型出现的频次较高,之后长江中下游型出现频次增多;长江中下游型年西太平洋副热带高压（副高）偏强偏西偏南,东亚夏季风（EASM）偏弱,副热带西风急流位置偏南,乌拉尔山阻塞高压（乌阻）和鄂霍次克海阻塞高压（鄂阻）较强,欧亚中高纬以经向环流为主,冷暖空气在长江中下游辐合,导致长江中下游降水偏多;华南型年大气环流与长江中下游型年大体相反,登陆华南的台风偏多,冷暖空气在华南地区辐合,导致华南地区降水偏多;其中副高的脊线位置和中高纬阻塞强弱是长江中下游型和华南型形成的关键因素。两类雨型前期海温分析表明,长江中下游型年,前冬赤道中东太平洋和印度洋偏暖,为典型的东部型El Ni?o,副热带南印度洋偶极子（SIOD）呈负位相,春季El Ni?o衰减,SIOD负位相也减弱,但印度洋持续增暖;华南型年,前冬和春季的海洋演变与长江中下游型年大体相反;关键区域海温与长江中下游夏季降水（YRR）和华南夏季降水（SCR）的年际关系存在年代际变化,YRR和SCR与前冬Ni?o3.4指数、SIOD指数和春季热带印度洋全区一致海温模态（IOBW）指数的相关关系在80年代之后逐步减弱,这主要是由于这三个关键海温指数与EASM及副高脊线的相关关系在80年代之后逐步减弱;两类雨型前期大气环流差异分析表明,春季大气环流的差异性要比前冬显著,长江中下游型年,春季副高、南海副高、马斯克林高压（马高）、澳大利亚高压（澳高）均偏强,大西洋欧洲区极涡强度偏弱,北太平洋涛动（NPO）呈正位相;华南型年春季的关键环流系统异常不明显,仅大西洋欧洲区极涡强度偏强,NPO呈负位相。前期海温演变及春季大气环流关键系统的异常可以作为两类雨型年的一些预测信号。     

2006年川渝地区夏季干旱的成因分析

利用NCEP/NCAR再分析月平均资料、全国160站降水资料、向外长波辐射OLR（outgoinglongwave radiation）资料和所计算的热源资料,分析了2006年夏季东亚大气环流的异常特征,并研究了热力异常与川渝地区夏季降水的关系。结果表明,2006年夏季由南向北的水汽输送较常年偏弱;西太洋副热带高压较常年异常偏强,脊线位置明显偏北,川渝地区受高压系统影响盛行下沉气流,中高纬环流场则表现为乌拉尔山地区和东北亚区域无明显阻塞高压形势,冷空气活动比常年弱;南亚高压比常年偏北偏强,持续控制川渝地区;2006年夏季青藏高原热源偏弱,热带西太平洋暖池区热源偏强,是引起西太平洋副热带高压偏北偏强的重要原因之一。川渝地区夏季降水与西太平洋副热带高压的异常变化有密切关系,川渝地区夏季干旱年,西太平洋副热带高压偏北,并且引起西太平洋副热带高压偏北的原因与2006年类似。     

南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系

利用1979—2016年NCEP再分析资料, 分析了南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系。结果表明:南海夏季风爆发时间在1993/1994年出现年代际转变, 1979—1993年爆发时间相对偏晚, 夏季华南降水偏少, 长江中下游至日本南部降水偏多; 1994—2016年爆发时间偏早, 夏季华南降水偏多, 长江中下游到日本南部降水偏少。南海季风爆发时间年代际转折与夏季东亚副热带降水关系可能受到菲律宾越赤道气流强度的调控, 季风爆发时间与菲律宾越赤道气流有显著正相关, 且均在1993/1994年间存在年代际转变。在1994—2016(1979—1993)年南海夏季风爆发偏早(晚), 菲律宾越赤道气流偏弱(强), 澳大利亚北部有偏北(南)风异常, 将暖池的热量往赤道输送, 使得赤道对流增强(减弱), 产生异常上升(下沉)运动汇入Hadley环流上升支, 增强(减弱)的Hadley环流导致下沉主体偏北(南), 促使副高脊线偏北(南), 从西北太平洋(孟加拉湾)往华南地区(江淮到日本南部)输送水汽增强, 所以华南(江淮到日本南部)夏季降水偏多。      

2013年夏季湖南严重高温干旱及其大气环流异常

利用湖南省97个台站降水、气温资料和NECP/NCAR再分析资料以及NOAA卫星观测的OLR场资料,系统分析了2013年6月30日至8月14日湖南持续高温干旱的时空分布及同期大气环流异常特征。结果表明：2013年夏季是湖南1951年以来降水最少、高温干旱程度最严重的一年。西太平洋副热带高压强度偏强、西伸脊点偏西,湖南处在副高控制下,盛行下沉气流是发生持续高温干旱的直接原因;西太平洋副高内增强的下沉气流,致使多数县市高温日数和极端高温突破历史同期最高记录。位于菲律宾附近的OLR低值带中心偏西,致使副热带地区下沉区偏西,进而造成西太平洋副高偏强偏西。此外,湖南地区上空为水汽输送异常辐散中心,这在一定程度上促使了干旱的发生发展。     

夏季东亚热带和副热带季风与中国东部汛期降水

利用欧洲中心１９８０～１９８９年逐日２００ｈＰａ、８５０ｈＰａ风场及日本气象研究所提供的ＧＭＳ观测的ＴＢＢ逐日资料,探讨了夏季东亚热带、副热带季风的强弱对中国东部夏季降水的影响．指出东亚夏季风系统中的两条辐合带热带辐合带（热带季风槽）和副热带辐合带（副热带梅雨锋）的强度的变化呈相反趋势,即热带季风槽偏弱时（弱季风）,副热带梅雨锋偏强;反之热带季风槽偏强时（强季风）,副热带梅雨锋偏弱．江淮流域的降水与热带季风槽、副热带梅雨锋的强度密切相关,即热带季风槽偏弱（弱季风）,梅雨锋偏强时,江淮流域的降水偏多;热带季风槽偏强（强季风）,梅雨锋偏弱时,江淮流域的降水偏少．研究表明：热带季风槽和副热带梅雨锋的强度与偏西气流的加强密切相关．当赤道东太平洋海温偏高,赤道西太平洋海温偏低,黑潮地区的海温偏高时,赤道东西太平洋上空的Ｗａｌｋｅｒ环流和西太平洋中纬度Ｈａｄｌｅｙ环流的下沉支气流减弱,东亚季风槽较弱（弱季风）,梅雨锋较强;当赤道东太平洋海温偏低、西太平洋海温偏高,黑潮地区的海温偏低时,赤道东西太平洋上空的Ｗａｌｋｅｒ环流和西太平洋中纬度Ｈａｄｌｅｙ环流的下沉支气流加强,东亚季风槽较强（强季风）,梅雨锋较弱．     

夏季东亚大气遥相关型变化特征及其与长江中下游旱涝的关系

用 ５００ ｈ Ｐａ 高度场资料及中国 １６０ 个站的月平均降水资料,采用 Ｅ Ｏ Ｆ、合成分析和奇异谱分析等方法,分析了长江中下游旱涝年夏季降水与同期东亚大气环流的关系,结果表明长江中下游旱涝与 ５００ ｈ Ｐａ 高度场东亚太平洋遥相关型（ Ｅ Ａ Ｐ）关系密切, Ｅ Ａ Ｐ指数能较好地反映夏季 ５００ ｈ Ｐａ 高度场的配置及长江中下游降水。文中重点讨论了 Ｅ Ａ Ｐ指数的振荡周期及高低指数年西太平洋副高的变化特征。 Ｅ Ａ Ｐ指数 ３～６ 年、准两年及年代际变化反映了长江中下游旱涝的年际变化及年代际变化趋势。 Ｅ Ａ Ｐ高指数年（对应涝年）,西太平洋副热带高压为纬向型,随季节南北移动较缓慢,副高位置偏南偏西,并且强度偏强;而 Ｅ Ａ Ｐ低指数年（对应旱年）,西太平洋副高呈经向型,随季节由西南向东北移动较迅速,副高偏东偏北,并且强度偏弱。     

黄河中游夏季降水异常的先兆特征和预测方法

本文利用黄河中游61站降水资料,分析了其变化规律和同期及前期环境场特征,并建立了夏季降水预测模型。研究发现：黄河中游夏季降水具有显著的年际变化特征,显著周期在3年左右;黄河中游夏季降水主要受到同期东亚高空急流、西太平洋副热带高压(以下简称副高)以及贝加尔湖附近低槽的影响,当急流和副高偏强（弱）偏北（南）、贝加尔湖附近高度场偏低（高）时,黄河中游降水偏多（少）。另外,前期秋季南方涛动指数、北非副热带高压（20°W~60°E）、南海副热带高压（100°~120°E）、北半球副高强度及北半球极涡强度发生异常时,对夏季环流产生影响,从而影响黄河中游夏季降水,据此,建立预测模型。评估发现该模型具有较强的预测能力,可用于黄河中游夏季降水的定量预测。     

东亚海陆热力差指数与中国夏季降水的关系

定义了东亚海陆热力差指数（ＩＬＳＴＤ）,讨论了它与东亚夏季风的强弱年际变化及夏季降水的关系。结果表明：该海陆热力差指数较好地反映了我国东部季风区夏季降水的异常变化、强海陆热力差指数年,华北地区降水偏多,长江、淮河流域明显干旱;弱海陆热力差指数年,长江,淮河流域降水又异常偏多。ＴＬＳＴＤ的异常变化对影响我国东部季风区降水的大气环流型具有较强的识别力,尤其是对夏季西太平洋副热带高压的位置与强度的识别。     

贵州省旱涝急转时空特征与大气环流异常的联系

本研究利用1961～2019年贵州省5～8月逐月降水资料和同期NCEP/NCAR的再分析资料,结合长周期旱涝急转指数,分析贵州省夏季旱涝急转事件的时空变化特征及其与大气环流异常的联系。结果表明:贵州省夏季旱涝急转存在连续性和阶段性变化的特征,年代际差异较大,但总体涝转旱次数少于旱转涝次数。贵州省旱涝急转事件更容易出现在南部及东部。分析环流特征发现:旱转涝年,旱期中高纬地区纬向型环流,西太平洋副热带高压(下称:副高)面积偏小,脊点偏东,贵州省位于其北侧,低层为下沉运动;涝期为经向型环流,副高脊线位置偏南,面积偏小,贵州省位于副高西侧边缘,低层为上升运动。涝转旱年,涝期环流经向度大,冷空气活跃,副高位置偏南偏东,冷暖空气交汇于长江流域,利于贵州省降水偏多;旱期副高偏北偏东,贵州省受高压脊控制,干旱少雨。      

近50年河南省连阴雨灾害气候特点

利用郑州、安阳等５０站１９５１～１９９８年降水资料,对全省连阴雨的时空分布及主要环流特征进行了分析。结果表明：连阴雨次数豫南最多,中部次之,北部最少,且山区多于同纬度平原地区;连阴雨季节分布特点是夏季最多,秋季次之,春季最少。在典型连阴雨过程中,中高纬度向环流较强,东亚大槽集团偏东且较深,有利于冷空气扩散南下;西太平洋副热带高压强而稳定,脊线位置偏东且来回摆动,副高西侧较强暖温气流与冷空气交汇于黄     

华南夏季降水两次年代际转折的水汽输送异常成因初探

本文利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2374站日降水资料,通过水汽收支方程分解方法分析了华南夏季降水在1993~2002年时段年代际增多以及2003~2013年时段年代际减少的水汽输送特征及其成因。结果表明:1993~2002年时段（2003~2013年时段）,局地环流导致异常下沉（上升）气流,南亚高压偏东（偏西）和西太平洋副热带高压（简称副高）偏西（偏东）,菲律宾及副高西南侧水汽输送加强（减弱）,华南地区低层出现强的水汽辐合（辐散）,导致降水偏多（偏少）。华南地区夏季降水两次年代际变化主要与风速变化引起的水汽输送动力散度项的异常有关,同时还受到与比湿变化引起的水汽输送热力散度项异常、及天气尺度的涡旋引起的水汽输送涡流散度项异常影响。此外,研究发现水汽输送的异常与环流和海温异常均密切相关。     

积云对流参数化方案对东亚夏季环流和降水模拟的影响

利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式对东亚夏季区域气候模拟中最常选用的两种积云对流参数化方案进行对比分析,研究积云对流参数化方案选用对大尺度环流模拟的影响。结果表明:Kain-Fritsch（KF）方案对西太平洋副热带高压（简称副高）及环流的模拟效果较好,虽然KF方案模拟降水偏多,但是时空分布与TRMM降水分布接近;Grell-Freitas（GF）方案对流加热率过大,从而模拟的南海—菲律宾区域对流异常增强,在南海—菲律宾洋面上的垂直输送异常增大,非绝热加热的范围偏大,导致副高南侧下沉区辐散减弱,抑制了副高北抬西伸,进而影响到水汽输送和季风环流,最终对东亚夏季降水的模拟产生不利影响。修改GF方案对流加热率和干燥率的敏感性试验表明,减小对流加热率和干燥率参数能有效抑制南海—菲律宾区域过强的对流,东亚大尺度环流的模拟得到明显改进。     

四川主汛期降水与西风环流指数的典型相关分析

在气候变化研究中，存在着大量两个变量场之间的相关问题。本文利用场相关理论分析了四川6—8月降水场与16个环流指数的相关关系得到一些有意义的结果1）1—5月的环流因子中，亚洲经向环流指数、西太平洋副高脊线、北半球极涡中心强度是影响四川汛期降水的最显著因子2）1—5月环流指数对四川夏季降水空间分布的影响主要是东西振荡分布3）四川主汛期降水变化的敏感点在康定、雅安和广元、内江4）4月西太平洋副热带高压脊线西伸明显，汛期川西北产生多雨，5月西太平洋副热带高压脊线偏北西伸，则汛期川南多雨6）亚洲经向环流对四川降水的影响主要是一致性分布，而且在相关性上主要是正相关7）前期（1—5月）环流指数与夏季降水场的相关关系中，4月和5月的典型变量时间序列存在11年的周期，其余都无周期。     

南半球环流变化对东亚夏季风的影响

南半球环流是影响东亚夏季风季节内、季节到年际变化的重要因子之一.作者系统综述了南半球环流各系统包括连接两半球的越赤道气流、马斯克林高压和澳大利亚高压、南极涛动和南极海冰等对东亚夏季风环流和中国夏季降水的影响.特别是,近年来的研究揭示了南极涛动是影响东亚夏季风年际变化的强信号.当南极涛动偏强时,马斯克林高压和澳大利亚高压和相关的越赤道气流也趋于偏强.同时,西太平洋副热带高压偏西偏南,强度增强,长江流域降水偏多,其两侧降水偏少.这对中国夏季降水的预测有重要的应用价值.最后提出了一些相关的科学问题以供进一步研究.       

夏季西太平洋副热带高压的不同类型与中国汛期大尺度旱涝的分布

利用历史数据,研究了西太平洋副热带高压指数的特征,证实脊线指数和西伸脊点指数可以较好地描述西太平洋副热带高压,同时也指出这两个指数的年际和年代际变化及其不同的配置,是造成中国夏季降水时空分布和旱涝异常的复杂性、多变性的主要原因之一。据此,将西太平洋副热带高压西伸脊点指数和脊线指数的距平投影到二维平面上,对西太平洋副热带高压进行了分类,并对其各种类型下中国夏季降水进行了合成分析,发现夏季西太平洋副热带高压西伸脊点和脊线不同配置下中国夏季降水的总体分布具有明显的规律性:在西太平洋副热带高压脊线偏北的情况下,夏季降水总体表现出南北两条雨带;在西太平洋副热带高压脊线正常的情况下,夏季降水总体表现为北多南少,长江以北降水偏多;在西太平洋副热带高压脊线偏南的情况下,夏季降水总体表现为南多北少,长江流域及其以南地区降水偏多;上述3种情况下西伸脊点越偏西,降水范围越大。此外,通过计算1951—2010年各年夏季降水实况与其西太平洋副热带高压所属年份夏季降水合成的距平相关系数,发现同一类型下各年夏季降水与其合成分布总体相似,说明了西太平洋副热带高压位置对中国降水具有明显的影响,同时也说明此种分类具有一定的合理性。最后,通过对9种西太平洋副热带高压类型下北半球夏季500hPa高度场和850hPa风场距平分别进行合成,对不同西太平洋副热带高压类型下中国夏季降水的大尺度环流背景和可能机理进行了分析。     

东亚副热带季风特征及其指数的建立

基于大气对流活动和非绝热加热的分析,给出东亚夏季风区域变化特征,客观地确定东亚副热带季风及热带季风对流强度,并由此建立其与大尺度季风环流的内在联系,提出分别用所对应区域经向风垂直切变来构造季风指数.对比分析显示,上述季风指数在反映夏季环流和降水等方面效果显著,能很好地刻划东亚夏季风强度.同时指出,东亚副热带季风指数与西太平洋副热带高压及长江中下游降水密切相关,在空间场上表现出东亚/太平洋型(EAP型)遥相关特征.高指数年副高偏南,长江中下游为涝;低指数年则相反.     

2006年夏季西南地区东部特大干旱及其大气环流异常

利用1959-2006年西南地区东部20个测站的逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及国家气候中心提供的环流特征量资料,分析了2006年夏季西南地区东部特大干旱的时空分布及其同期大气环流的异常特征.结果表明,2006年夏季西南地Ⅸ东部少雨时段从6月中旬初开始一直持续到9月上旬中后期,达80多天,其中7月下旬中期到9月上旬中期降水尤其稀少.西南地区东部区域6、7、8月及整个夏季(6-8月)降水都偏少,降水指数显示2006年是西南地区东部1959年以来夏季降水最少的年份.2006年夏季西南地区特大干旱与大气环流异常有很大的关系,中高纬度环流及西太平洋副热带高压、西风带环流、南亚岛压、低层流场、水汽输送以及垂直运动等都持续异常.西太平洋副高异常偏北且偏西和副高异常偏弱且偏东时,两南地区东部都日,能出现严重干旱,2006年夏季属于副高控制性高温伏旱.西太平洋副高偏强偏北偏西,同时伴随南亚高压偏强偏东,西南地区东部在副高控制下,盛行下沉气流,同时也抑制了向该地的水汽输送,再加上西风带环流以及中高纬环流配置不利于冷空气南下,因而2006夏季西南地区东部少雨干旱.青藏高原热源偏弱,菲律宾附近地区对流非常活跃,是引起2006年夏季西太平洋副商偏强偏北偏西的重要原因.