海陆分布对海气相互作用的调控和副热带高压的形成

首先回顾了近年来关于副热带高压形成和变异研究的若干动力学进展,阐明夏季副热带“四叶型”LOS-ECOD加热分布型的内涵。在此基础上研究海陆分布对海气相互作用的调控,揭示了“四叶型”加热形成的物理基础,并进一步阐明“四叶型”加热拼图及其与副热带高压形成和变异的联系。 文章还回顾了关于副热带高压中短期变异的动力研究的最新进展。给出了影响中国江淮流域持续性降水的副热带高压三维结构的空间分布型;指出东西风带扰动的传播和高／低纬扰动的正压发展是影响副热带高压变异和中国夏季降水的一种可能机制,最后证明青藏高原夏季的强加热能激发纬向非对称不稳定发展,产生南亚高压的东／西部型双模态及准双周振荡。还证明初夏低纬的强对流降水／台风也能激发纬向非对称不稳定发展,影响西太平洋副热带高压异常和中国淮河流域的持续性降水。     

STUDY ON THE VARIATION IN THE CONFIGURATION OF SUBTROPICAL ANTICYCLONE AND ITS MECHANISM DURING SEASONAL TRANSITION-PART I:CLIMATOLOGICAL FEATURES OF SUBTROPICAL HIGH STRUCTURE*

Climatological characteristics of subtropical anticyclone structure during seasonal transition are investigated based on NCEP/NCAR reanalysis data.The ridge-surface of subtropical anticyclone is defined by the boundary surface between westerly to the north and easterly to the south (WEB in brief).In Afro-Asian monsoon area,the subtropical high in troposphere whose ridgelines are consecutive in wintertime takes on relatively symmetrical and zonal structure,the WEB tilts southward with increasing height.In summer,the subtropical high ridgelines are discontinuous at low levels and continuous at upper levels,the WEB tilts northward from the bottom up.Under the constraint of thermal wind relation,the WEB usually tilts toward warmer zone.May is the period when subtropical high modality most significantly varies.The structure and properties of subtropical high during seasonal transition are different from area to area.A new concept "seasonal transition axis" is proposed based on formation and variation of the vertical ridge axis of subtropical anticyclone.The subtropical high of summer pattern firstly occurs over eastern Bay of Bengal in the beginning of May.then stabilizes over eastern Bay of Bengal,Indo-China,and western South China Sea in the 3rd pentad of May,it exists over the South China Sea in the 4th-5th pentad of May and establishes over central India in the 1st-2nd pentad of June.The three consequential stages when summer modal subtropical high occurs correspond to that of Asian summer monsoon onset,respectively.To a great extent,the summer monsoon onset over the Bay of Bengal depends on the reversal of meridional temperature gradient in vicinity of the WEB in upper troposphere.The meridional temperature gradient at middle-upper levels in troposphere can be used as a good indicator for measuring the seasonal transition and Asian monsoon onset.     

孟加拉湾季风爆发对南海季风爆发的影响Ⅱ:数值试验

通过数值试验研究了孟加拉湾季风爆发期间该地区旺盛的对流凝结加热对南海季风爆发和副热带高压“撤出”南海的影响,结果证明在孟加拉湾地区引入模拟的对流凝结潜热使该地区出现了强烈的上升运动,引起了孟加拉湾季风的爆发。同时由于对凝结加热的非对称Rossby响应,在南海北部导致西风出现和增强及垂直上升运动。因低层水汽平流的共同作用下,在南海北部引起了对流的发展。而正是南海北部的凝结加热促使南海地区温度经向梯度逆转,使副热带高压脊面的倾斜从冬季型转为夏季型,即低层的副热带高压减弱南移。最后当对流在南海地区发展起来时,副热带高压移出南海地区。     

北半球阻塞高压的维持Ⅰ:准地转和Ertel位涡分析

从北半球不同地区的４个阻塞高压个例，研究了阻塞高压维持机制及其地域性差异。对阻塞高压区域３００ｈＰａ时间平均准地转让涡低值区的维持机制的分析表明，该位涡低值区的维持机制存在显著的地域性差异。其中，在２个太平洋阻高个例中，时间平均流的位涡平流使低位涡向阻高西北部输送，从而有利于位涡低值区经向度的维持；时变扰动的位涡输送则有抵消平均流作用的倾向，从而对位涡低值区的维持起耗散作用。在大西洋和东亚阻高个例中，平均流的位涡平流使低位涡区向东移动，而时变扰动的位涡输送则有抵消平均流位涡平流的作用，从而有利于位涡低值区在原地稳定维持。以上主要是相对涡度输送的差异所致。等熵面Ｅｒｔｅｌ位涡分析表明，阻高区域３３０Ｋ时间平均等熵位涡低值区的维持机制与３００ｈＰａ时间平均准地转位涡低值区的维持机制十分相似，从而表明以上等压面准地转位涡分析可以近似用来代表等熵Ｅｒｔｅｌ位涡分析。     

1998年和2016年北大西洋海温异常对中国夏季降水影响的数值模拟研究

基于1979-2016年ERA-Interim再分析资料和CAM5.3模式,研究了2016年和1998年北大西洋海温异常对中国夏季降水以及大尺度环流的可能影响及其机制。结果表明,这两年前夏（6-7月）长江中下游及其以南地区降水均异常偏多,但1998年降水异常较2016年更为显著。后夏（8月）,2016年长江以南地区降水异常偏多,长江-黄河流域降水异常偏少,而1998年降水异常分布与之相反。2016年和1998年夏季中国东部降水异常的差异与西北太平洋对流层低层异常反气旋以及欧亚中高纬度环流变化的共同作用直接相关。敏感性数值试验的结果表明,北大西洋海温异常的显著差异是导致2016年和1998年夏季中国东部降水以及大尺度环流异常存在明显差异的重要原因之一。一方面,北大西洋海温异常可以通过改变欧亚中高纬度环流进而对中国夏季降水产生影响。1998年北大西洋海温异常自热带至副极地呈类似"+ - +"型分布,这种海温异常型能够在前夏欧亚中高纬度地区激发出双阻型的环流异常响应。2016年北大西洋海温异常自热带至副极地呈相对弱的"- + -"型分布,欧亚中高纬度环流异常响应总体偏弱。另一方面,北大西洋海温异常还可以通过影响热带纬向环流进而对西北太平洋对流层低层异常反气旋起调制作用。1998年北大西洋海温异常对夏季西北太平洋异常反气旋起增强作用,这与热带印度洋-太平洋海温的强迫作用相协调。然而,2016年北大西洋海温异常则有利于西北太平洋异常反气旋的减弱,这与热带印度洋-太平洋海温的强迫作用相反。因此,在这3个大洋的协同作用下,2016年和1998年前夏西北太平洋异常反气旋均偏强,但前者的振幅弱于后者。在后夏,1998年西北太平洋对流层低层仍受异常反气旋控制,2016年则为异常气旋控制。      

前期热带太平洋次表层海温异常与东亚夏季风的可能联系

利用1979—2012年日本气象厅次表层海温资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了前期冬季热带太平洋次表层海温与东亚夏季风的关系,并讨论了其可能机制。结果表明,前期冬季热带太平洋次表层海温与后期东亚夏季风强弱有显著的相关关系。冬季次表层海温呈现东正西负的类El Nio分布型时,夏季副热带高压偏强,西北太平洋地区受反气旋型环流控制,能将大量的水汽输送到长江和淮河流域,有利于水汽在该区域辐合,为夏季降水偏多创造了条件,此时东亚夏季风活动整体偏弱,反之亦然。但类El Nio分布型对东亚夏季气候变化的影响较类La Nia分布型更显著。此外,冬季热带太平洋次表层海温可能通过其自身能够持续性地影响东亚—太平洋地区的大气环流异常,次表层海温随季节变化有明显的发展和移动趋势:冬季西太平洋暖池次表层冷(暖)海温不断堆积,沿温跃层向东传播使得中东太平洋次表层海温逐渐变冷(暖),冷(暖)海温上翻加强使得海表温度异常,进一步影响到西太平洋副热带高压的位置和强度,并在东亚地区形成经向遥相关波列,通过西北太平洋地区异常反气旋(气旋)环流的作用,影响东亚地区大气环流以及气候变化。     

2015/2016年超强El Nio局地海气特征及其特殊性

利用NOAA海表温度和NCEP/NCAR大气环流等全球再分析资料,讨论了2015/2016年超强El Nio事件局地海气过程的演变特征,并与1982/1983和1997/1998年两次强El Nio事件做了对比分析。结果表明,2015/2016年El Nio在峰值强度、持续时间、累计海温距平等指标上都略强于前两次El Nio,可视为有完整气象观测纪录以来的最强事件;与前两次事件相比,2015/2016年El Nio海温异常中心位置明显偏西,热带东太平洋海温相对较冷而中太平洋更暖,由于热带对流对海温的非线性响应,赤道东太平洋降水相对较弱,中太平洋则显著偏多,这在El Nio当年12月至次年4月尤为明显;此外,在前两次El Nio的成熟期至衰减期,中太平洋大气响应都存在明显的南移特征,西风异常和对流中心都从赤道南移到了5°S以南。而2015/2016年中太平洋大气响应一直位于赤道附近,南移特征相对较弱,ENSO和年循环相互作用的组合模态相比前两次较弱,西北太平洋反气旋的强度也弱于前两次。这主要是由于2015年冬季至2016年春季,热带太平洋暖海温异常位置偏西,中太平洋海温异常明显强于前两次,叠加气候平均态海温之后,赤道南北两侧海温都高于对流阈值,对流旺盛,这大大削弱了大气响应的经向移动和ENSO组合模态的强度。     

夏季影响105°E越赤道气流变化的环流系统

105°E越赤道气流的发展变化与南北半球的大气环流系统发展变化有关,但这些环流系统并非同时起同样重要的作用。作者利用候平均Outgoing Longwave Radiation (简称OLR)资料与850hPa风场资料(1979～1986年)对热带东印度洋—西太平洋海域与(夏季)越赤道气流有关的环流系统做相关分析和越赤道气流偏强类合成分析。结果表明,夏季海洋大陆赤道缓冲区的对流上升运动(90°E～120°E,5°N～5°S)、澳州大陆冷性高压(10°S～30°S,120°E～155°E)的发展,都影响2～3候以后105°E夏季越赤道气流;澳洲大陆北部的冷性高压,西太平洋副热带高压西端位置西伸或东缩造成的东中国海季风区上升运动的变化,又是南北半球环流同时影响CEF变化的具体表现。南半球澳洲冷性高压北部(10°S～25°S,120°E～170°E)的辐散下沉气流对CEF加强起决定作用。     

印度洋海温异常对西太平洋副热带高压的影响——大气中的两级热力适应

利用热力适应理论讨论了印度洋海温异常影响中国天气和西太平洋副热带高压异常的物理机制。结果表明 :通过第一级热力适应 ,印度洋上的海温异常形成低层气旋式环流 ,并在其东侧的偏南气流中产生对流性降水 ;然后通过第二级热力适应 ,在 50 0 h Pa上导致西太平洋副热带高压加强西伸、2 0 0 h Pa上南亚高压异常增强。从而证明两级热力适应是导致印度洋海温异常影响中国天气气候异常的重要物理机制。     

STRUCTURAL AND EVOLUTION CHARACTERISTICS OF THE EASTERLY VORTEX OVER THE TROPICAL REGION

By employing the NCEP/NCAR reanalysis data sets (1000-10hPa, 2.5°×2.5°), the characteristics have been analyzed of the structure and evolution of an easterly vortex over the tropical upper troposphere relating to the east-west direction shift of the subtropical anticyclone over the Western Pacific Ocean. It is shown that there exists a westward shift simultaneously between the anticyclone and the vortex locating south of it. The anticyclone retreats eastward abnormally while the easterly encounters with the westerly around the same longitudes as they move from the opposite directions. The former is an upper weather system, extending from mid-troposphere to the height of 50 hPa with the center locating on 200 hPa.The vertical thermal distribution illustrates the characteristics of being "warm in the upper layer but cold in the lower layer". The divergence effect and the vertical motion change largely within the east and west sides of the easterly vortex and ascending branch transforms to descending branch near its center.