冬季北太平洋与北大西洋上空风暴轴特征比较与分析

采用1948—2007年NCEP/NCAR再分析资料,选取850,700,600,500,250hPa层风场(u,v)、垂直运动场(ω)、位势高度场(H)和温度场(T),对北半球冬季(12、1、2月)太平洋和大西洋上空风暴轴的特征及影响因素进行了分析和比较。结果表明,北半球冬季风暴轴最强中心位于北大西洋上空,北太平洋高空急流的强度明显大于大西洋高空西风急流的强度。通过诊断分析北太平洋与北大西洋上空风暴轴的影响因素,发现北太平洋和北大西洋上空风暴轴强度的影响因素具有明显的差异:在北太平洋上空,涡度平流随高度的变化和厚度平流项对风暴轴的作用较大西洋而言更明显,而涡动能量的向上输送对北大西洋风暴中心的作用更大。对风暴轴年际变化的分析发现,两大洋风暴轴在1980年代之后均有明显的增强现象,而在空间分布的时间演化上,两大洋风暴轴有着相反的演化:太平洋风暴轴有向西南方向移动的趋势,而大西洋风暴中心则略微向东北方向移动。     

西太平洋暖池区海温异常对冬季环流影响的数值研究

应用全球气候模式就西太平洋暖池区冬季海温异常对冬季大气环流及东亚冬季风的影响问题进行了数值试验.结果表明;西太平洋暖池区海温异常可以引起太平洋中东部Walker环流加强并使其位置东移.同时,增温区附近两半球的Hadley环流也明显增强,增温区附近的上升运动及副热带地区的下沉运动均更加明显.在反常加热区附近有自热带向中高纬度传播的波列出现,从而把海温变化的影响传播到全球.西太平洋暖池区海温异常对副热带高压、西风急流、西风带槽脊强度及位置分布均有重大影响,并造成全球高度场、温度及风场的变化,它使增温区两侧的副热带高压加强并向极地一侧移动,促使西风急流加强并北移,使东亚大槽北缩,并增大高纬与热带之间的热力差异.暧池区海温的异常升高使东亚冬季风减弱,我国大部分地区增暖.     

东亚副热带西风急流及其年际变率的海气耦合模式模拟

分析了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)快速耦合气候系统模式FGOALS_gl模拟的东亚副热带西风急流,并讨论了ENSO对东亚夏季副热带西风急流位置的影响。FGOALS_gl能较好模拟东亚副热带西风急流的空间分布以及季节演变,但较之再分析资料,模式模拟的急流强度偏弱,中心偏南。这主要是由于模式模拟的对流层中上层平均温度一致偏冷,且急流轴南部的冷偏差总是强于北部,使得模拟的经向温度差偏弱造成的。FGOALS_gl能合理再现东亚夏季副热带急流位置南北移动的年际变化特征,只是模拟的急流年际变率偏强。分析表明,模式模拟的ENSO偏差是造成西风急流年际变率偏强的重要原因。观测和模拟的东亚夏季副热带西风急流位置的南移多发生在ENSO位相达到峰值之后的夏季,但由于模拟的ENSO强度偏强,峰值多出现在春、夏季,并能维持至翌年秋季,因此,ENSO在其衰减年的夏季,对热带对流层温度异常的加热作用依然很强,造成模式中热带地区的对流层温度异常强于观测,从而导致东亚副热带西风急流年际变率模拟偏强。     

1997～98年冬季大气环流变化及中国近海海区天气气候特征

1997－98年发生了近百年最强的厄尔尼诺现象,本文对1997－98年冬季（12－2月）500hPa环流特征、东亚温带气旋活动及天气特征进行了分析．同时也对多年厄尔尼诺过程、非厄尔尼诺过程相对应的大气环流及天气特征做了对比分析．研究表明,厄尔尼诺年北半球500hpa环流30°N以南低纬地区位势高度偏高：中纬度的槽脊分布与多年平均有较大不同,东亚大槽偏弱,同时北美大槽减弱,北太平洋高压也减弱,西风环流指数偏强,西太平洋副热带高压西伸明显,强度偏强．中国东部沿海气旋分布特征为北部偏少,南部明显偏多：降水为东部沿海地区偏多明显;气温为南部海区出现高温的机率较大。     

一次猛烈低压大风的诊断分析

对舟山海域一次猛烈的低压大风过程进行了诊断分析。结果表明:地面气旋的强烈发展是由于其与高空疏散槽前的正涡度平流中心、辐散中心和暖平流中心在垂直方向紧密耦合的结果,高空急流的活动和加强进一步促进了地面气旋的发展,地面气旋发生发展在青藏高原上空西北急流出口区的左侧和日本海上空西南急流入口区的右侧。地面气旋的发展和冷空气共同作用造成的强气压梯度是引起海上强风的主要原因;高空西南急流轴附近激发出的次级环流下沉支中往南的非地转风,加大了地面风速;对流层中下层垂直环流由上升运动转为一致的下沉运动,引起动量下传进一步加大了地面风速。     

西风急流对鲁西北一次暴雨过程的影响

利用WRF中尺度数值模式和FNL再分析资料,结合常规观测资料,对2015年08月03日发生在鲁西北地区的暴雨过程其进行了诊断计算、数值模拟和机制分析。研究表明,急流对上游强降水释放潜热向下游的输送和沿急流南侧传播的重力波共同影响是此次暴雨形成的重要因素:(1)上游地区降水过程的潜热释放通过西风急流输送到下游,使滨州地区对流层上层暖平流显著增强,引起强烈的上升运动;(2)高空急流南侧激发的中尺度重力波沿西风急流自西向东传播,波峰促使不稳定能量释放而触发强对流天气。     

1997~89年冬季大气环流变化及中国近海海区天气气候特征

1997～98年发生了近百年最强的厄尔尼诺现象,本文对1997～98年冬季(12～2月)500hpa环流特征、东亚温带气旋活动及天气特征进行了分析．同时也对多年厄尔尼诺过程、非厄尔尼诺过程相对应的大气环流及天气特征做了对比分析．研究表明,厄尔尼诺年北半球500hpa环流30°N以南低纬地区位势高度偏高中纬度的槽脊分布与多年平均有较大不同,东亚大相偏弱,同时北美大槽减弱,北太平洋高压也减弱,西风环流指数偏强,西太平洋副热带高压西伸明显,强度偏强。中国东部沿海气旋分布特征为北部偏少,南部明显偏多;降水为东部沿海地区偏多明显;气温为南部海区出现高温的机率较大。     

山东夏季极端降水时空分布及环流特征分析

本文利用2000—2018年山东省大气监测自动站的降水观测资料以及美国国家环境预报中心与美国国家大气研究中心(NCAR/NCEP)再分析的高空月平均资料、降水月平均资料以及逐日降水资料,分析了不同季节山东省极端降水的时空分布的基本特征,以及异常大气环流对极端降水的影响。结果表明,极端降水对山东降水的影响主要集中在夏季,山东省的东南沿海地区表现更为明显。在500hPa上,极端降水次数偏多季的环流形势表现为AO负位相,在50°N的中纬度西风上波动较为显著,降水概率随之增大。根据极端降水持续时间,将极端降水分为第一类和第二类极端降水,若200hPa上南亚高压偏东,500hPa上副高西伸,中纬度西风带的槽脊振幅明显偏大;同时,在850hPa上,高纬度波长较长,有利于冷空气直接南下和暖湿的水汽输送带交汇于山东省上空,则有利于产生第一类极端降水,反之,则易产生第二类极端降水。     

中国江南地区降水异常的年际变化与北极海冰密集度异常的相关分析及其机理研究

本文选取最近二十年(1998—2017年)中国江南地区降水和北极海冰为研究对象,分析了年际时间尺度上中国江南地区降水异常与北极海冰异常的关系,并进一步通过研究关键区附近罗斯贝长波(Rossby长波)的波射线路径和中国中纬度地区波作用通量的传播异常,揭示了北极海冰通过Rossby波大气桥的调制作用影响江南地区降水的可能机制。结果表明:夏、秋季东西伯利亚海与巴芬湾的海冰密集度异常与次年中国江南地区降水异常存在显著的正相关关系。其影响机制是:关键海区海冰异常和北极放大能够激发Rossby波列型遥相关从北极关键区向中国中纬度地区传播,而关键区附近的Rossby波扰动能量在夏、秋季比冬、春季更容易传播至中国中纬度地区,并最终通过上下游遥相关效应引发中纬度副热带西风急流异常和急流入口区右侧江南地区的环流和降水异常,当海冰偏多时西风急流加强,江南地区对流不稳定发展,降水偏多。     

东亚副热带西风急流及其年际变率的海气耦合模式模拟

分析了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)快速耦合气候系统模式FGOALS_gl模拟的东亚副热带西风急流,并讨论了ENSO对东亚夏季副热带西风急流位置的影响.FGOALS_gl能较好模拟东亚副热带西风急流的空间分布以及季节演变,但较之再分析资料,模式模拟的急流强度偏弱...     

副热带高压边缘连续两次强降水形成机制分析

利用常规观测资料、自动气象站加密观测资料、GPS/MET水汽监测资料、FY-2E卫星云图和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对副热带高压边缘山东南部连续两次强降水的形成机制进行分析。结果表明,两次强降水都是由副热带高压边缘500 h Pa弱西风槽过境影响产生的,副热带高压主体加强西移,850~700 h Pa有较强的西南急流。强降水产生在西南低空急流的前方、暖式切变线附近;西南低空急流加强北上强降水开始,急流减弱强降水结束。强降水区与CAPE的高值区、低层水汽通量高值舌、水汽辐合中心、暖平流中心有较好的对应关系。西南低空急流、GPS/MET水汽监测对强降水的短时预报有一定的指示性。对流云团TBB最低为-78~-62℃,各观测站对应最大小时雨量为40~90 mm。强降水期间,850 h Pa及以下有中尺度涡旋发展,涡旋尺度小,气压场上表现很弱,流场上表现明显,有明显的气旋性环流中心,在925 h Pa涡旋中心东南部的暖平流中心降水强度最大。第一次强降水的中尺度涡旋源地发展,稳定少动,在其东南部上升运动强且降水强度大;第二次强降水中,冷空气在低层从西北部侵入,形成气旋,向东北移动,强降水产生在冷锋前部的暖区中,对流不稳定能量高,降水强度大、范围大。     

太平洋SSTA同中国东部夏季极端降水事件变化关系的研究

基于中国东部1955—2004年233个台站逐日降水和NCEP/NCAR再分析高度场、风场、比湿、地面气压以及NOAA海表温度资料,运用SVD、合成分析等方法研究了太平洋SSTA同中国东部夏季极端降水事件之间的相互关系,结果表明:前期冬季太平洋SSTA同我国东部夏季极端降水事件的关系比较显著;前冬赤道中东太平洋是影响我国华北地区夏季极端降水事件的关键区,若前冬该海域海温发生异常,从冬到夏大气环流先后通过PNA(反PNA)和WP(反WP)遥相关型使得西太平洋副热带高压发生异常,进而使得华北夏季极端降水事件发生异常;前冬热带西太平洋是影响我国东北南部及江南地区夏季极端降水事件的关键区,若前冬该海域海温发生异常,从冬到夏105°~135°E的平均经向垂直环流圈发生异常,使得夏季东北南部与江南地区垂直运动发生异常,进而使得东北南部和江南夏季极端降水事件发生异常。     

郑州“7·20”极端暴雨过程中水汽和高低空急流作用机制的数值模拟

针对郑州“7·20”特大暴雨过程,使用CMA-MESO区域模式对此次极端强降水过程中水汽与高低空急流的影响进行了数值试验分析。结果表明,此次暴雨过程较为成功地被中尺度模式模拟再现;暴雨过程中水汽来源主要为台风“烟花”北侧的东南急流携带的来自西太平洋与印度洋的水汽以及台风“查帕卡”北侧东南气流携带的来自南海的水汽;降水及水汽输送对水汽含量十分敏感,水汽含量微小的变化便会使郑州上空气流辐合区强度减弱,水汽累积减少,降水范围向河南北部缩小,降水强度大幅度减弱;低空急流对应的气流辐合区是郑州上空出现强垂直上升运动中心的主要机制,低空急流减弱后,水汽辐合减弱,降水减少,降水中心位置偏西南,高空急流对降水的影响与低空急流相比较小。     

两类El Ni?o发展机制的差异

基于海洋与大气再分析数据,对1950—2010年间的El Ni?o事件进行了分类与合成分析;对比分析了两类El Ni?o事件的发展过程。结果发现,两类El Ni?o事件暖信号的发展经历了不同的过程:中部型El Ni?o暖信号的起源主要受到北太平洋低层大气环流的影响,而东部型El Ni?o暖信号来源于热带太平洋海洋温跃层。在中部型El Ni?o前期冬、春季,北太平洋涛动型大气环流使副热带北太平洋信风减弱,SST增暖。在"风-蒸发-SST"机制的作用下,SST正异常传播到热带太平洋中部,热带太平洋中西部产生西风异常,大气对流发展,热带太平洋东部受东风异常的控制。当中部型El Ni?o发展成熟时,大气对流中心与海温异常中心位于热带太平洋中部;在东部型El Ni?o前期冬、春季,西北副热带太平洋的西风异常使热带太平洋产生暖开尔文波,并向东传播到热带太平洋东部,使其表层海温增暖。在Bjerkness正反馈机制的作用下,表层暖信号发展并向西传播。东部型El Ni?o发展成熟时,大气对流中心与海温异常中心位于热带太平洋东部。     

登陆北上山东台风暴雨非对称分布的成因对比分析

应用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,选取登陆北上山东地点相近但暴雨落区分别位于台风中心西北侧和东北侧的两个台风,分析暴雨落区相对台风中心非对称分布的成因。结果表明:台风进入中纬度以后,0421号台风"海马"位于高空深槽前,与西风槽相互作用,西风槽携带的冷空气从西北侧侵入台风环流,产生湿斜压锋区强迫抬升、冷暖空气交绥、水汽辐合等因素造成暴雨,暴雨趋于出现在台风中心的西北侧,为高比湿舌前方、较强水汽辐合区与相当位温密集区叠加的区域;而0509号台风"麦莎"与副热带高压相互作用,引起涡度及涡度平流的非对称改变,暴雨区与500 hPa正涡度区或正涡度平流相对应,暴雨趋于出现在台风中心的东北侧,为强正涡度平流区与水汽辐合叠加的区域。     

台风"桃芝"北上加强原因浅析

2001年8号台风“桃芝”,登陆填塞后又重新发展加强,并在北移中给山东半岛带来特大暴雨。本文通过分析认为,低值系统同位相叠加和冷空气侵入是台风重新发展加强的主要成因;而冷槽“逆转”和副热带高压从日本向朝鲜半岛发展,导致我国东部径向环流加强,南风急流加大,则是台风北移的主要原因。     

登陆青岛的热带气旋及其降水特征分析

利用中国台风年鉴资料、地面及探空观测资料、NCEP/NCAR再分析数据以及NERA-GOOS海温数据,首先分析了1949—2019年在青岛登陆的四个热带气旋特征,然后对1909号台风“利奇马”对山东半岛造成的降水强度差异进行对比研究。分析表明:1)1949年以来有4个台风于8月以登陆北上和登陆转向路径在青岛登陆,其在中高纬均是纬向环流占优的大尺度环流形势,副热带高压主体维持在我国东部沿海上空,中心强度较常年偏强,西伸脊线在30°~36°N之间摆动,青岛沿海海域表现为27℃以上的暖洋面特征。2)来自中高纬的冷空气和热带系统在青岛相互作用的差异,副热带高压强度和中心位置的不同是影响登陆台风降水差异的主要原因。3)1909号台风“利奇马”对潍坊降水的影响主要发生在台风与西风槽相互作用过程中,对青岛则表现为台风低压环流前部东南气流的影响。4)台风过程中潍坊和青岛均具有较好的水汽条件和对流不稳定层结,但动力抬升条件差异明显:潍坊位于东北风和东南风辐合区以及水汽通量辐合大值区内,具有较强的水平风垂直切变和上升运动;青岛没有冷空气侵入,但低空和超低空强盛的东南风急流为青岛暴雨提供了充沛的水汽供应和大气层结不稳定条件。     

冬季赤道中东太平洋海温异常对北半球两大洋风暴轴协同变化的可能影响

利用NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)和NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)提供的再分析资料和CPC(National Climate Prediction Center)提供的Nino3.4指数,研究了与赤道中东太平洋海温异常相对应的ENSO(El Nio-Southern Oscillation)不同位相对同期北半球海气耦合关系及两大洋风暴轴协同关系的影响,具体结论如下:1)赤道中东太平洋海温异常与冬季北半球两大洋风暴轴协同变化关系密切,具体表现为海温正异常时对应北太平洋风暴轴和北大西洋风暴轴同时增强,且大西洋风暴轴整体和太平洋风暴轴东部位置南压,海温负异常时则相反。2)海温正异常(El Nio)年时,对流层中层极涡向北太平洋地区伸展,西北太平洋副热带高压增强西移,东亚大槽减弱,高度场异常对应WP(Western Pacific pattern)、EA(Eastern Atlantic pattern)型遥相关的负位相和PNA(Pacific-North American pattern)型遥相关正位相,对流层低层加拿大高压增强,阿留申低压强度增强并向东南方向移动,东亚急流增强东伸,北美急流强度增强,欧亚大陆50°N附近西风增强,经向环流减弱,北半球的斜压异常分布有利于北太平洋东部风暴轴南侧以及中西部风暴轴的有效位能向扰动动能转换,使得风暴轴增强东部南压,北大西洋风暴轴南部斜压增强,使得风暴轴整体偏南,中、西部强度增强。海温负异常(La Nia)年时,海温和环流异常在两大洋基本与El Nio年相反,对应两大洋风暴轴强度同时减弱,同时北大西洋风暴轴整体和北太平洋风暴轴东部北抬。3)海温正异常(El Nio)年时,北美大陆为北暖南冷的异常分布,60°N以南的东亚地区除我国西南外基本为温度异常升高。海温负异常(La Nia)年时,由于高度场和风场异常在欧亚大陆和北美大陆上的异常分布与El Nio年时并不是完全相反,使得温度场异常主要表现在北美南部和东亚北部异常升高。     

1949—2019 年影响山东的热带气旋时空分布及极端降水和大气环流异常

使用中国气象局热带气旋资料中心的热带气旋最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析资料提供的月平均数据,对北上影响山东的热带气旋（tropical cyclone,TC）及其造成的极端降水进行统计分析,并揭示了有利于 TC北移影响山东的大气环流特征。结果表明：影响山东的 TC主要出现 于 6—9 月,其中盛夏时节（7、8 月）TC对山东影响最大;TC影响山东时,强度主要为台风及以下等 级,或已发生变性;TC会引发山东极端降水事件,TC极端降水多出现在夏秋季（7—9 月）,其中8月的占比最大,9月次之,TC降水在极端降水事件中的占比约为 10%,但年际变化大,有些年份占比达60%以上,特别是1990 年以来 TC对极端降水的贡献显著增强;影响山东的 TC主要生成于西 北太平洋,多为转向型路径;当500 hPa位势高度异常场呈太平洋一日本遥相关型的正位相时,TC更易北上影响山东,此时西北太平洋副热带高压位置偏北,其外围气流会引导TC北上转向,对华东地区造成影响;850 hPa上,南海至西北太平洋存在异常气旋式环流,对流活跃,夏季风环流和季风槽加强,有利于TC的生成和发展,同时,华东、华南上空有异常上升运动,涡度增大,垂直风切变减小,水汽充沛,TC登陆后强度能得到较好的维持。     

北太平洋副热带模态水形成区混合层热动力过程诊断分析

利用NCEP海洋数据和COADS海气通量资料,通过诊断分析,揭示了海表热力强迫、垂直夹卷、埃克曼平流和地转平流效应在北太平洋副热带模态水形成过程中的贡献。研究表明,在北太平洋副热带3个模态水形成海域冬季混合层降温过程中,海表热力强迫和垂直夹卷效应是主导因素,二者的相对贡献分别约为67%和19%(西部模态水)、53%和21%(中部模态水)、65%和30%(东部模态水);并且在东部模态水形成海域,埃克曼平流和地转平流皆是暖平流效应,而在西部和中部模态水形成海域,仅有地转平流是暖平流效应。进一步的分析表明,海洋平流(地转平流、埃克曼平流)对北太平洋副热带模态水形成海域秋、冬季混合层温度的年际、年代际异常有显著影响,在西部模态水形成海域,海表热力强迫(62%)和地转平流(32%)是导致混合层温度年际、年代际变化的主要因子;在中部模态水形成海域,混合层温度的年际、年代际变化是埃克曼平流(32%)、地转平流(30%)和海表热力强迫(25%)共同作用的结果;相对而言,东部模态水形成海域混合层温度的年际、年代际异常主要受海表热力强迫(67%)控制。