1998年7月南亚高压影响西太平洋副热带高压短期变异的过程和机制

利用逐日NCEP/NCAR再分析资料,对1998年7月二度梅期间南亚高压影响西太平洋副热带高压短期变异的过程和作用机制进行了诊断。结果发现,梅雨间歇期副高单体异常向西、向北发展期间,高层南亚高压曾离开高原上空东移(伸)至120°E以东;南亚高压返回高原上空时,中层副热带高压减弱南落,两者有相向然后相背移动的趋势。进一步研究这两个高压系统密切关联的原因又发现,南亚高压通过两种作用机制影响中层副高的短期变异:南亚高压在东移过程中,高空负涡度平流动力强迫的下沉运动在中层副高区域产生辐散,从动力上影响副高内的负涡度发展;另一方面,强烈下沉运动伴随的绝热加热效应又有利于纬向温度梯度维持,有利于南北风发展,从热力上间接影响西太副高的发展。最后,利用R42L9/LASG大气环流模式进行敏感性数值试验,通过改变高空南亚高压东移产生的负涡度效应,发现中层副热带高压区确有强迫产生的动力辐散和绝热加热出现,并对应副高的异常加强,成功地验证了诊断所揭示的1998年夏季副高短期变异过程的两种机制。     

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.     

2003年7月西太平洋副热带高压变异及中国南方高温形成机理研究

运用全型垂直涡度倾向方程理论, 研究了空间非绝热加热在垂直方向的变化对2003年7月副高强度和位置变异的影响.结果表明: 副热带地区的非绝热加热对副高的强度和位置的变化有极其重要的影响.与气候平均状况相比较, 2003年7月副高北侧、西侧非绝热加热的垂直变化异常偏强, 而南侧、东侧较常年异常偏弱.这种异常的非绝热加热状况导致我国江南到副热带西太平洋地区呈现带状的异常反气旋性涡度制造, 使得7月副高偏强偏西.     

华南大范围暴雨副热带高压的演变特征及可能机制

利用多时间度NCEP／NCAR再分析资料、TBB资料，通过合成分析、动力诊断、理论探讨和数值模拟等方法，对华南暴雨发生时副热带高压的短期变异进行了探讨。结果表明，华南暴雨发生前副热带高压有一西伸一东撤的过程，而华南暴雨发生在副高东撤到接近最东时。利用L9R15谱模式模拟了孟加拉异常热源对副热带高压西伸的影响，数值模拟结果表明孟加拉湾异常热源可能是副热带高压西伸的可能机制，而正的涡度的局地变化可能是副高东撤的因素。     

华南大范围暴雨副热带高压的演变特征及可能机制

利用多时间尺度ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析资料、ＴＢＢ资料，通过合成分析、动力诊断、理论探讨和数值模拟等方法，对华南暴雨发生时副热带高压的短期变异进行了探讨。结果表明，华南暴雨发生前副热带高压有一西伸一东撤的过程，而华南暴雨发生在副高东撤到接近最东时。利用Ｌ９Ｒ１５谱模式模拟了孟加拉湾异常热源对副热带高压西仲的影响，数值模拟结果表明孟加拉湾异常热源可能是副热带高压西伸的可能机制。而正的涡度的局地变化可能是副高东撤的因素。     

南边界强迫的非线性临界层与副高的形成、维持和振荡

用非线性准地转正压涡度方程模式，在南边界取定常强迫波，采用４种方案模拟了非线性临界层及其上激发的Ｋｅｌｖｉｎ猫眼，以确定热带的定常强迫对副高的形成、维持和振荡的影响。结果表明，南边界定常强迫仍在非线性临界层内激发行星尺度的准定常反气旋的Ｋｅｌｖｉｎ猫眼流场，猫眼的移动、强度和形状变化与夏季副高比较相似．而北边界定常强迫所得结果与夏季副高差异较大。因此，南边界所激发的非线性临界层上的Ｋｅｌｖｉｎ猫眼可能是夏季副高形成、维持和振荡的一种更为重要的新物理机制。文中还提出准定常行星波穿越副热带的非线性临界层的物理机制。     

2009年夏季西太平洋副热带高压北抬原因初探

利用数值模式再分析数据和常规观测资料,分析研究2009年6-8月西太平洋副热带高压(以下简称副高)连续5次北抬至偏北位置,且异常稳定维持,造成江淮流域干旱少雨(空梅)之缘由.通过合成、相关等分析方法探讨西风带、副热带、热带主要大气环流系统之间的相互影响和作用,并利用全型涡度方程探讨副高北抬和强度维持的主要机制.结果表明:(1)西风带波动的传播与副高变化关系密切,西太平洋副高的北抬过程起始于中段副高(140°～160°E)强度加强;(2)副高北抬之前孟加拉湾东部有明显的对流活动,对于副高的北抬和加强有一定的指示意义,而副高南侧的对流活动与副高北抬之间是一种伴随关系;(3)涡度场变化分析可知,副高北抬的关键因素是中高纬度槽脊变化引起的东亚沿海负涡度的增加.     

空间非均匀加热对副热带高压带形成和变异的影响Ⅰ:尺度分析

利用全型垂直涡度倾向方程,讨论了空间非均匀非绝热加热（Ｑ）对副热带高压形态变异的影响。通过简单的空间尺度分析指出,Ｑ的垂直非均匀分布比其水平非均匀分布对副热带高压带断裂成闭合中心的影响更大。在时间尺度较长时,低空的β效应和高层的涡度平流对副热带高压形态的形成有重要作用。在它们影响下,低空副热带高压出现在表面感热加热西侧、深对流凝结加热东侧;而高空副热带高压出现在表面感热加热的东侧、深对流凝结加热的西侧     

副热带高压季节性跳动的若干因子

本文采用特殊选择的基函数展开强迫耗散涡度方程,讨论了它的五分量低阶模式的平衡态,联系实际副高的季节变化,得到副高的两次季节性北跳分别对应于平衡态的两次突变,并且非绝热加热的纬向不均匀性是副高北跳的重要机制,而环流的多次缓变——突变组成了副高的季节变化。     

高原低涡移出高原后持续活动的典型个例分析

利用1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,选取500 hPa分别为西风槽、切变线和切变流场影响背景下、移出高原后维持48 h以上的3次典型高原低涡个例,分析了低涡维持期间500 hPa环境场、主要影响系统、涡度与温度平流、200 hPa形势场及垂直动力结构,并利用涡度方程对总涡源和各强迫项进行了诊断分析,结果表明:(1)西风槽影响时高原低涡移动路径受槽前西南气流引导,切变线影响时低涡沿切变线自西向东移动,切变流场影响时低涡移动主要受西太平洋副热带高压(下称西太副高)进退的影响,当西太副高出现明显西伸时,可导致低涡折向西退,3次个例均持续有正涡度平流和冷平流向涡区输送;(2)西风槽和切变线影响时南亚高压为东西带状分布,切变流场影响时南亚高压为北拱形;(3)高原低涡东移发展达到最强时,3次个例在200hPa均有低槽或低压叠加,从而形成深厚的正涡度柱;(4)500 hPa存在正涡度变率中心,低涡沿正涡度变率中心方向移动,高空槽和切变流场影响时正涡度变率主要来自水平输送项,切变线影响时主要来自辐合辐散项。     

1994年8月亚洲季风区水汽的源汇分布和输送

用正压原始方程模式,对热带气旋穿越副热带高压的异常路径进行了数值试验,揭示出热带气旋自身特征及其与副高中心的经向距离、副高的位置和强度变化是直接影响热带气旋移动路径的敏感因子。也反映出热带气旋与其邻近的天气尺度的副热带高压以及β效应三者之间非线性相互作用的复杂机制。     

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。     

西太平洋副热带高压影响下北京区域性暴雨的个例分析

北京地区大降水(≥25 mm/d)天气有72%出现在7~8月份,其中直接受西太平洋副热带高压(副高)影响的大降水占46%,它们主要产生在西风槽与副高相互作用的天气形势下。通过对该类暴雨的典型个例分析表明,由于受副高的影响,对流层低层副高南面的偏东气流将海上充沛的水汽输送到大陆,并折向北与偏北气流相遇,汇集在北京附近。同时,副高西北边缘与西风槽之间形成较强的能量锋区,该锋区南面的高温高湿气团蕴藏了较深厚的湿有效位能,在湿位涡的斜压项作用下转化为动能,倾斜垂直涡度发展激发了强烈的上升运动。在斜压扰动作用下,对流层中层差动涡度平流和副高西侧的暖平流破坏了北京及邻近区域的准地转平衡,动力强迫和热力强迫共同作用激发了次级环流,该处的上升运动得到加强。暴雨就是产生在强的能量锋附近低层气旋性涡度发展、高层辐散显著的地方。此外,副高西侧低层的暖湿气流北上,较强的差动假相当位温平流促使大气层结向对流不稳定发展,这对于暴雨局地的再增强是不可忽视的因素。由此,形成对该类暴雨天气预报的着眼点。     

1998年夏季副热带高压的短期结构特征及形成机制

通过对 1998年 7月副热带高压短期结构及其演变的诊断 ,指出 5 0 0hPa西太平洋副热带高压内并非均一的下沉运动 ,而是多处、多时存在上升运动 ,这是由西太平洋副热带高压的复杂的动力和热力性所决定。诊断还发现 ,在西太平洋副热带高压脊区下方的近地面层 ,多存在一个辐散下沉层 ,这是副热带高压内天气一般多晴空或少云的主要原因。利用动力学理论 ,研究副热带高压的复杂结构的成因 ,指出在 5 0 0hPa副热带高压的西部 ,高低空风场的分布决定了该区域必然多上升运动 ;高空强负涡度平流的存在是副热带高压内出现下沉运动的主要强迫机制     

副热带高压气候动力学研究回顾

基于早期副热带高压气候动力学的研究,本文重点介绍了近10 a在南亚高压和西太平洋副热带高压形成和变异机理方面的动力学研究,包括南亚高压的建立和维持机理、副热带高压的季节变化、年际—年代际变化和未来预估,最后讨论了需要进一步深入研究的方面。     

“05. 6”华南强降水期间副热带高压活动与加热场的关系

采用NCEP/NCAR再分析逐日资料,根据全型垂直涡度倾向方程,研究2005年6月华南强降水期间西太平洋副热带高压(副高)位置变动特征及其与加热场的关系.结果表明,西太平洋副高位置变化和副热带地区的非绝热加热有密切关系.与气候平均状况相比,2005年6月副高北侧的加热区很强,而南侧赤道辐合带(ITCZ)没有相当强度的对流;伴随着副高北抬,其南侧均有明显的对流潜热加热向北伸展.副高西侧的加热基本上都大于副高纬带内的加热,副高的每一次西伸都伴随着西侧加热的显著增强,并且加热增强先于副高西伸.对流层中层,副高北侧非绝热加热率的垂直变化基本上都大于气候平均值,不利于副高北进;而南侧加热率的垂直变化均小于多年平均,有利于副高南侧反气旋性涡度异常增长,从而有利于副高南退.2005年6月下旬副高西伸之前,副高西侧非绝热加热率的垂直变化基本上都高于气候平均状况,有利于副高两侧反气旋涡度增加,从而诱使副高随后西伸;而东侧加热率的垂直变化大多数时间都低于气候平均状况,使得副高东侧气旋性涡度增加,有利于副高西伸,对流层低层也具有类似特点.因此在南北两侧加热和东西两侧加热的共同作用下,2005年6月副高位置较常年偏南偏西,从而有利于雨带在华南地区维持.     

西太副高影响下北京区域性暴雨的个例分析

北京地区大降水（≥25 mm/d）天气有72%出现在7～8月份，其中直接受西太平洋副热带高压（副高）影响的大降水占46%，它们主要产生在西风槽与副高相互作用的天气形势下。通过对该类暴雨的典型个例分析表明，由于受副高的影响，对流层低层副高南面的偏东气流将海上充沛的水汽输送到大陆，并折向北与偏北气流相遇，汇集在北京附近。同时，副高西北边缘与西风槽之间形成较强的能量锋区，该锋区南面的高温高湿气团蕴藏了较深厚的湿有效位能，在湿位涡的斜压项作用下转化为动能，倾斜垂直涡度发展激发了强烈的上升运动。在斜压扰动作用下，对流层中层差动涡度平流和副高西侧的暖平流破坏了北京及邻近区域的准地转平衡，动力强迫和热力强迫共同作用激发了次级环流，该处的上升运动得到加强。暴雨就是产生在强的能量锋附近低层气旋性涡度发展、高层辐散显著的地方。此外，副高西侧低层的暖湿气流北上，较强的差动假相当位温平流促使大气层结向对流不稳定发展，这对于暴雨局地的再增强是不可忽视的因素。由此，形成对该类暴雨天气预报的着眼点。     

空间非均匀加热对副热带高压形成和变异的影响──Ⅲ:凝结潜热加热与南亚高压及西太平洋副高

通过理论分析和数值模拟,研究了降水所致凝结潜热影响副热带高压带断裂的物理机制。基于全型垂直涡度方程的尺度分析指出,强的对流凝结加热的垂直梯度的变化,导致副热带地区对流层高层和中低层的高低压分布呈现出反位相。数值试验证实凝结潜热是决定东半球夏季副热带高压位置和强度的关键因素：东亚季风降雨所致凝结潜热加热使高层南亚高压位于加热中心西侧,中层西太平洋副热带高压位于加热中心东侧。通过定常波的传播,副热带地区的凝结潜热加热对中高纬天气的形成和维持有一定影响。     

中高纬环流对1998年7月西太平洋副热带高压短期变化的影响机制

针对1998年7月长江中下游地区二度梅期间副热带高压的短期演变特征,利用NCEP逐日资料,首先揭示了此期间西太平洋副热带高压发生东西断裂、副高单体发展的短期异常特征,进而指出了中高纬环流调整与副高短期变异的对应关系.在发现与中高纬环流调整相伴随的强冷空气是副高发生变异的关键因素的基础上,利用大气热力学基本原理,研究副高短期变异的动力机制,发现在副高边缘的冷暖空气活动通过与南北风发展直接关联,而影响副高的短期变异,是副高短期变异的重要机制之一.最后,利用R42L9/LASG IAP大气环流模式,通过敏感性数值试验证实了上述冷暖空气活动影响副高发生变异的动力机制.     

西太平洋副高位置变动与大气热源的关系

采用NCEP／NCAR再分析逐日资料和SCSMEX等资料，根据全型垂直涡度倾向方程，研究了1998年6月西太平洋副高位置变动与大气热源的关系。结果表明，副热带地区的非绝热加热对副高位置变化有很重要的作用。与气候平均状况相比，1998年6月副高北侧的非绝热加热垂直变化较常年偏强，而南侧较常年偏弱。这种异常的非均匀加热状况导致我国华南、江南、长江中下游地区呈现异常气旋性涡度制造，而中南半岛大部和南海地区为异常反气旋性涡度制造，使得1998年6月副高位置异常偏南。