夏季东亚地区AOD与地面太阳辐射变化的联系及季风环流异常:季节趋势影响

利用2000—2013年MODIS-Terra卫星产品提供的气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)资料及NCEP/NCAR再分析资料集,使用奇异值分解(singular value decomposition,SVD)方法,分析了夏季东亚地区AOD与到达地面太阳辐射(downward solar radiation flux,DSRF)相联系的主要模态,并分析了其与夏季风变化的关系。夏季多年平均的AOD分布显示,在东亚地区存在两个AOD大值区(0.9),分别位于山东、河南、河北交界处附近以及苏中部分地区。而在福建、台湾及其附近洋面上,夏季AOD的值小于0.4。地面太阳辐射总体上呈现出由南往北递增的分布。比较发现,AOD与地面太阳辐射的气候分布较为相似。在保留季节趋势的情况下,运用SVD方法对两者进行分解,结果表明东亚地区AOD与地面太阳辐射表现出较好的正相关关系。由于相对于年际变化而言,季节趋势是更为主要的部分,因而这种同相关系可归因于季风活动的季节性进程。利用SVD1左场时间系数进行相关分析发现:6月(2013年除外),当中国东部气溶胶AOD大而地面太阳辐射亦大时,在中国东南部以及日本岛南部地区,由于气流辐合增强和存在较强的上升运动,降水偏多,而由于副高位置偏南,使得中国中东部偏北地区水汽供应偏弱,降水偏少。由于地面净太阳辐射增强,华北部分地区异常增暖。8月,大陆上空AOD为负(时间系数为负),地面太阳辐射减少,北方降水增多而南方降水减少,华北地区有一小范围的异常降温。上述结果表明北方气溶胶明显偏少时,云量增加,降水将增多,且辐射明显减弱;说明夏季风的季节进程对气溶胶、到达地面的太阳辐射变化等具有重要影响。     

东亚上空急流位置经向变化及其与东亚夏季气候异常的联系

利用1979—2010年逐月CMAP降水资料和NCEP/NCAR再分析资料集,通过定义夏季东亚急流位置指数,采用统计和动力诊断方法研究了东亚上空急流位置经向变化及其与东亚夏季气候的联系。所定义的东亚急流位置指数较好地反映了东亚上空急流位置的经向移动。结果表明:东亚上空急流经向位置的移动存在显著的年际变化,其主要周期为2~3 a和8 a。当夏季东亚急流位置偏北(南)时,从低纬到高纬,东亚地区降水异常主要呈现出偏多—偏少—偏多(偏少—偏多—偏少)的经向分布;相应地,气温则在副热带西太平洋地区偏低(高),我国华东、华北及日本地区气温偏高(低),西伯利亚东部较高纬地区气温偏低(高)。东亚上空急流经向位置异常年,异常环流随高度呈略有西倾的准正压结构。东亚上空急流经向位置的偏北(南)与由西太平洋—南海热带地区非绝热加热相关的经圈环流异常有关,亦与中纬度波扰能量东传有关,并由此可部分解释我国长江中下游至日本地区的气温异常偏高(低)。     

CLIMATOLOGICAL LOW-FREQUENCY OSCILLATION OF OLR OVER THE MARITIME CONTINENT WITH ITS POSSIBLE LINKAGE TO SUMMER PRECIPITATION IN CHINA

Using the 1979-2009 NCEP/NACR reanalysis data and precipitation records in East China, research is performed of the climatological features of low-frequency oscillation (LFO) in OLR over the Maritime Continent (MC) as well as their associations with precipitation disturbance in the eastern part of China. Results suggest that in the MC there is significant climatological low-frequency oscillation (CLFO) in outgoing long-wave radiation (OLR), with the intraseasonal oscillation (30-60 days) being the strongest for April-September, and the MC acting as a high-value region of percentage contributions of low-frequency OLR variance. On the low-frequency time scale there occur four events of more intense active OLR during this time interval. In the January-April (May-August) phase, MC convection is relatively weak (vigorous). The CLFO makes pronounced eastward displacement at tropics, with phase propagation seen longitudinally, too. There occur low-frequency disturbance circulations similar to the EAP wavetrain or P-J teleconnection, starting from the MC via the South China Sea and the Philippines to the Yangtze valley of China. At different phases, the variation in the low-frequency circulations and heating fields shows that the rainfall disturbance in eastern China is likely to be under possible effects of the CLFO from the MC in April-September, and the low-frequency heating variation exhibits a meridional pattern as an EAP wavetrain or P-J teleconnection. As the OLR CLFO is in a peak (valley) phase the low-level divergence or convergence with the reversal at high levels over the MC is related to relatively feeble (robust) low frequency convection, thereby exciting an EAP or P-J wavetrain from the MC to the Sea of Japan. At the higher levels, the South-Asian high is eastward (westward) of normal due to effects of low-frequency cyclones (anticyclones), resulting in less (more) rainfall in the Jiangnan (areas in the middle and lower reaches of Yangtze and to the south of the river) and Hetao (the Great Bend of Yellow River) areas, and increased (decreased) rainfall in SW China, Qinghai Plateau and Gansu. At the conversion phases, low-frequency convection becomes more active in parts of the MC, consequently exciting low-frequency wavetrain of cyclones-anticyclones-cyclones at low levels, making the South-Asian high southward of the mean, so that strong convergent zones emerge in the upper and middle Yangtze basins and Jilin of NE China, responsible for plentiful precipitation there in sharp contrast to the rainfall over the band between the Yellow and Huaihe Rivers and the Yunnan-Guizhou Plateau. These results help understand in depth the climatological LFO characteristics and the phase-locked feature, thereby further improving our understanding of the causes of rainfall disturbances in different parts of the country.     

热带风暴“Bilis”(0604)暴雨增幅前后的水汽输送轨迹路径模拟

采用水平分辨率1°×1°的NCEP 再分析资料、1°×1°的NCEP GDAS资料和2.5°×2.5°的NOAA大气环流资料, 结合NOAA HYSPLIT v4.8轨迹模式对0604号热带风暴“Bilis”整个生命史的水汽输送特征进行模拟分析, 并分析了“Bilis”暴雨增幅前和增幅后的水汽输送轨迹及不同来源的水汽贡献。结果表明, “Bilis”整个活动过程中主要有四支水汽输送通道, 分别是源自索马里、孟加拉湾、120°E 越赤道气流和东太平洋的水汽, 其中源自索马里和孟加拉湾的西南水汽输送(偏南水汽通道)占主导地位, 120°E 越赤道气流和东太平洋的水汽是西南水汽随着“Bilis”环流逆时针旋转, 自环流中心东北侧进入雨区(东北水汽通道), 是低压环流与偏南风相互作用的结果。其中, 偏南通道水汽大部分输送到850 hPa以下的低层, 自环流北侧输入的水汽则主要输送到暴雨区上空850 hPa以上。对比暴雨增幅前后各通道的水汽贡献率发现, 孟加拉湾西南气流输送的低纬水汽对此次暴雨增幅的形成、发展起重要作用。     

太平洋区域季内振荡的一种负反馈过程

利用1981—2002年美国国家气象中心（National Meteorological Center,NMC）逐日海表温度（sea surface temperature,SST）、10 m高处风场（V）及逐月混合层厚度（mixed layer depth,mld）资料,研究了太平洋区域海表温度季内振荡的气候及异常特征,重点探讨了北太平洋区域海表温度季内振荡的维持机制。研究发现,太平洋区域海表温度存在3个季内振荡强度气候高值区,即热带东太平洋（终年存在）、西北太平洋（北半球春、夏、秋存在）、西南太平洋（南半球夏季前后存在）,它们出现在气候混合层厚度最小的区域和季节。海表温度季内振荡强度年际异常与混合层厚度年际异常存在显著负相关,在物理上,这种关系比它与海表温度异常的关系更直接。北太平洋区域5—9月地面风场与海表温度季节内振荡的基本耦合模态揭示出以漂流和感热输送为动力的一个负反馈过程,它存在于薄混合层海区,这是该海区强海表温度季内振荡的维持机制。     

冬季台风“南玛都”结构性质的初步研究

利用1982～2001年NCEP/NCAR再分析的周平均SST场、逐日表面热通量场及近地层10米高度风场资料,分析了南海地区季风爆发前后几周南海多年平均SST随时间的变化和空间分布特征及其影响因子.结果表明,南海季风爆发前,SST急剧升高,季风爆发后,SST的变化呈现比较明显的空间差异,南海北部SST继续上升,而南部SST持续下降.南海季风爆发前,海面净得热,这是季风爆发前南海SST上升的主要原因.季风爆发后几周,海面净得热减少,此时的海表净热通量收支与SST无显著相关.而季风爆发期和爆发后几周,南海SST变化的不均匀性与西南气流具有很好的相关性,南海的降温区呈东北-西南走向,与低层西南气流的方向一致.因而,在季风爆发后的一段时间内,近地层风场导致的海洋表面及内部动力过程是影响南海SST变化的另一重要因子.     

ENSO对IOD与中国夏季降水关系的影响

利用1950～1999年Hadley中心海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和中国160站降水资料,通过讨论印度洋偶极子(IOD)独立发生时及IOD与ENSO联合发生时中国夏季降水的差异,研究了ENSO对IOD与中国夏季降水关系的影响.IOD独立发生时,其正位相年以湖南为中心的华南地区夏季降水偏多;IOD与ENSO联合发生时,正位相年河套、华北地区夏季降水偏少,东南沿海地区降水偏多.ENSO对IOD与中国夏季降水关系的影响主要表现为:在华南西部、江淮流域、河套及华北地区起抵消作用,而在东南沿海地区起协同作用.还从环流场角度分析了ENSO对IOD与中国夏季降水关系影响的初步成因.     

气候平均场中的西太平洋副热带高压双脊线特征及其与季风槽准10天振荡的关系

副热带高压双脊线过程几乎历年均存在,其“季节锁相”与地域性使得在气候平均场上西太平洋副热带地区也存在明显的双脊线过程。作者利用43年NCEP/NCAR再分析资料对5～10月气候平均场中的西太平洋副热带高压双脊线过程进行了分析。气候平均场上5～10月西太平洋副热带高压共出现6次双脊线过程,集中发生在7月下旬至9月下旬,表明每年这个时段最易发生双脊线事件。每次双脊线过程均表现为副高南侧新生一脊线,发展几天后就减弱消失,北侧脊线（原脊线）继续维持。初步的诊断分析表明,6次双脊线过程中南侧脊线的生成与季风槽8～10天周期的“间歇性增强东伸”密切相关,这一准10天振荡在7月下旬至9月下旬的突然增强造就了双脊线的“季节锁相”。进一步分析发现,季风槽8～10天的“间歇性增强东伸”与两支分别来自西太平洋的西传准10天振荡和来自赤道的北传准10天振荡有关,这两支振荡同位相,其有利于位相同时传入南海季风区（10°N～15°N,110°E～120°E）,共同作用,引起季风槽的“间歇性增强东伸”。     

对流层上层斜压波包活动与2003年江淮流域梅雨的关系

利用NCEP/NCAR再分析和中国740站逐日降水资料, 研究了2003年淮河流域梅雨期间对流层上层斜压波动的传播情况。结果发现, 斜压波组织成波包向下游传播且具有明显的下游频散效应。波动起源于巴尔喀什湖西北侧, 沿着西北－东南向的路径向东南传播, 传至江淮流域大约需要3天。斜压波包所带来的扰动能量为江淮流域暴雨的发生发展提供了必要的能量积聚。通过与1998和1997年这两个梅雨年份的比较, 发现1998年异常强梅雨年的斜压波包的活动特征与2003年的相似, 但在梅雨降水非常偏少的1997年, 未发现有明显的斜压波包向下游的传播。     

热带对流和环流季内振荡强度与海表温度关系对比研究

利用外逸长波辐射(OLR）、风场和海表温度(SST)资料, 研究了热带大气季节内振荡(ISO)强度的季节变化特征, 发现热带印度洋和热带西太平洋区域是OLR和风场季内振荡最主要的共同活跃区。对比分析了OLR和风场季内振荡强度与海表温度异常之间的年际异常关系, 发现OLR季内振荡强度异常与海表温度异常之间存在显著局地正相关关系, 即在热带中东太平洋区域、热带西北太平洋区域和热带西南太平洋区域, 当海表温度正(负)异常时, OLR季内振荡增强(减弱),特别在冬春季节这一关系更清楚。除个别区域外, 风场季内振荡强度异常与海表温度异常不存在类似OLR的局地关系。OLR和风场季内振荡强度异常与海表温度异常之间局地和非局地关系的差异, 体现了两种要素特性的本质差异。但两种要素季内振荡强度在El Niño事件发展过程中的变化基本一致, 即在气候场中季内振荡活跃的区域, 事件发生之前季内振荡会增强, 并逐渐向东传播, 事件发生之后这些区域振荡减弱。