2006年夏季西太平洋热带气旋活动的初步研究

2006年夏季西太平洋热带气旋活动主要有如下特征:1）生成时间具有明显的阶段性,且强度强,登陆中国数偏多。2）登陆热带气旋有其各自特点。例如 “碧利斯”影响范围大、降水强度大、持续时间长;“桑美”风速大,登陆后迅速减弱。作者针对上述2个特点进行了初步分析。研究发现:1）2006年6月27日~8月31日,来自印度洋的热带西风增强并东推延伸及115~140°E的越赤道气流的加强都有利于热带气旋的生成,并在西太平洋副热带高压北移、季节内振荡（Madden Julian Oscillation,简称MJO）的湿位相、高低层纬向风切变弱和菲律宾以东地区热带辐合带（Intertropical Convengence Zone,简称ITCZ）对流活跃等背景条件配合下,使热带气旋在这一阶段频发。2）2006年夏季水汽含量与供给对登陆热带气旋的影响显著。“碧利斯”和“桑美”的水汽来源不同是造成这两个登陆热带气旋明显差异的重要原因。       

南半球环流异常对夏季西太平洋热带气旋生成的影响及其机理

利用中国气象局提供的热带气旋资料、NCEP/NCAR再分析资料和美国NOAA向外长波辐射(OLR)等资料, 研究了西太平洋(125°E～150°E)夏季热带气旋生成频数多寡的可能机理, 讨论了南北半球环流系统共同作用的物理过程及其对热带辐合带(Intertropical Convergence Zone, 简称ITCZ), 进而对热带气旋频数的影响, 并重点探论了从澳大利亚东侧位势高度异常到北半球西太平洋热带气旋频数响应的可能物理过程。研究发现: 澳大利亚东侧的环流异常和西太平洋热带气旋活动频数密切相关。南半球的澳大利亚东侧环流异常可能不完全是通过越赤道气流, 而主要是通过Rossby波的传播造成的南北半球遥相关作用, 影响北半球环流系统的, 进而影响菲律宾以东赤道辐合带对流活动的强弱, 导致西太平洋热带气旋生成频数的多寡差异。当澳大利亚东侧的位势高度为正距平时, 相应地在菲律宾以东地区也会出现正距平。即西太平洋副高偏强, 且偏南西伸, 抑制热带辐合带的对流活动发展, 使菲律宾以东的对流活动偏弱, 从而使热带气旋生成频数偏少。而当澳大利亚东侧的位势高度为负距平时, 相应地在菲律宾以东地区也会出现负距平。也即西太平洋副高偏弱, 且位置偏北。菲律宾以东地区对流活动偏强, 热带气旋生成频数偏多。另外, 西太平洋 (125°E～150°E) 以西的上游赤道西风也对热带气旋频数也有重要影响。具体表现为, 当90°E附近的越赤道气流强时, (5°N～15°N, 125°E～150°E)范围内的西风也随之加强, 从而使菲律宾以东对流活动加强, 西太平洋热带气旋频数增高。反之, 当该支越赤道气流弱时, 上游赤道西风随之偏弱, 从而造成菲律宾以东对流活动偏弱, 西太平洋热带气旋生成偏少。     

关于东亚冬季风指数的一个讨论——东亚中、低纬冬季风的差异

利用NCEP再分析资料和NOAA海表温度等资料,分析了东亚冬季风在不同纬度上的表现。根据我们定义的东亚中纬度冬季风(The mid latitudinal East Asian winter monsoon, 简称EAWM-M)和低纬度冬季风(The low latitudinal East Asian winter monsoon, 简称EAWM-L)指数,探讨了它们对应的影响系统,并重点分析了它们与海温异常之间联系的异同。研究主要发现:(1)EAWM-L和EAWM-M指数所反映的东亚冬季大气环流形势不尽相同。在对流层低层,EAWM-L与中国南海、菲律宾附近环流异常的关系密切,EAWM-M与贝加尔湖阻塞高压的关系更为密切;在对流层中层,EAWM-M同样与贝加尔湖阻塞高压异常的联系相对更为紧密,而EAWM-L指数则与东亚大槽的关系更为紧密。在对流层高层,副热带西风急流强度变化通过调制次级环流进而与EAWM-L联系起来,而EAWM-M强弱变化主要与副热带西风急流北界的位置有关。(2)EAWM-L与冬季赤道中东太平洋和热带印度洋海温异常的联系都很紧密,而EAWM-M变化与冬季热带印度洋海温异常的联系更为密切,与赤道中东太平洋海温异常的关系相对偏弱。EAWM-L与冬季赤道中东太平洋和热带印度洋海温异常的紧密联系在年际和年代际尺度上都是存在的,而EAWM-M与冬季热带印度洋海温异常的紧密联系主要体现在年代际尺度上。     

一个反映中国大陆冬季气温变化的东亚冬季风指数的统计预测方法

利用中国160个站逐月温度、NCEP再分析和NOAA-CIRES20世纪再分析等资料, 采用统计分析方法, 就反映中国 东部大陆冬季一致性气温变化模态的能力方面, 对多种东亚冬季风指数进行了评估, 探讨了影响东亚冬季风强弱的主要前期因子及其相应的影响过程, 并据此建立了一个预测冬季风指数的预测模型。研究结果表明:1981 年前、后两个阶段, 朱艳峰 2008年定义的东亚冬季风指数都可以很好地反映中国东部大部分地区的冬季气温异常;北美大陆西侧北太平洋中纬度地区 (35°-50°N,145°-130°W)的前期秋季(9-10月)海温、北极喀拉海地区(75°-82°N,65°-85°E)的前秋海冰密集度和东亚中 纬度地区(30°-50°N,80°-140°E)的前秋高空(300-200hPa)温度异常都具有较强的持续性, 异常信号可从前秋一直持续到 冬季, 进而影响东亚冬季风的强度;根据上述3个前期因子建立了东亚冬季风统计预测模型, 评估发现该模型具有较强的预测 能力, 可用于冬季风强度以及相应的中国东部大陆冬季气温的定性预测。     

2650年东亚-北印度洋热力差异与东亚夏季风变化

利用观测资料研究发现,东亚-北印度洋对流层热力差异指数（East Asian-North Indian Ocean index,IEANI）与东亚夏季风及相应的中国东部季风降水都具有密切的关系.当IEANI偏高（低）时,东亚中纬度夏季风偏强（弱）,华北地区降水偏多（少）,江南地区降水偏少（多）.为了研究东亚夏季风的长期变化特征,我们利用北京和澳大利亚塔斯曼尼亚地区的重建气温回归了BC665～AD1985年的IEANI.研究发现,在过去2000多年里,重建的IEANI总体上能够指示世纪尺度上的东亚夏季风变化和中国东部降水异常.重建的IEANI与中国东部降水的关系与现代气候所表现出来的关系非常相似,表明这种相关特征也出现在过去2000多年来的世纪尺度上.对于IEANI在更长时间尺度（数百至千年）上的变化特征及其与降水的关系,尚需利用更多类型的代用资料进一步验证.     

中国东部冬季温度异常偶极型模态的一个前兆信号

利用中国160站逐月温度、NCEP再分析、NOAA-CIRES 20世纪再分析以及NOAA海表温度等资料,分析了中国东部（100°E以东地区）冬季温度年际变化的主要模态,并重点研究了其中第2模态（即偶极型模态）的成因机理和前期信号。同时,也以2012～2013年冬季为例,探讨了这一温度异常模态的预测方法。研究主要发现:除中国东部大范围一致偏冷或偏暖模态以外,110°E以东的北方地区偏冷（暖）还经常对应着华南和110°E以西地区的偏暖（冷）,构成温度异常反向变化的偶极型模态。这种偶极型模态也是冬季气候变化的一个主要模态,2012～2013年冬季温度异常即属于这一模态。中国东部冬季温度一致型模态主要与前期秋季中东太平洋海温异常、亚洲大陆北部积雪,及其邻近的北冰洋地区海冰密集度异常联系紧密。而对于偶极型模态,海温的影响并不明显,前期秋季的东亚中纬度地区积雪、北冰洋斯瓦尔巴群岛、法兰士约瑟夫地群岛附近海域的海冰密集度异常,以及它们引起的表面温度异常分布可能具有重要贡献,其中北冰洋海冰密集度异常导致的该地区表面温度异常的影响可能更为重要。综合了海冰和积雪信号的前期秋季北冰洋—东亚温度差异（Arctic Ocean-East Asian temperature contrast,简称AE）指数与中国东部冬季温度异常偶极型模态具有显著联系,可以作为一个重要的预测因子。2012年秋季赤道中东太平洋海温的正常状态以及北冰洋暖异常和东亚中纬度地区冷异常的表面温度分布特征,都不利于中国东部冬季温度南北一致型异常的发生,而是有利于偶极型异常分布。利用AE指数可以有效地预测2012～2013年中国东部冬季温度异常特征。     

冬季亚洲—太平洋涛动年际变率与东亚气候异常

利用1948—2011年NCEP/NCAR月平均再分析资料和1951—2010年我国160站降水量资料,研究了冬季亚洲—太平洋区域的大气遥相关及其与东亚冬季风和降水的关系。结果表明:冬季在亚洲—西太平洋与中、东太平洋中低纬度对流层上层扰动温度之间存在类似于夏季的亚洲—太平洋涛动 (APO) 现象,即当东亚中低纬度对流层中、上层偏暖时,中东太平洋中低纬度对流层中上层温度偏冷,反之亦然。冬季APO可以反映冬季亚洲—太平洋东西向热力差异强度变化,与夏季相比,冬季APO遥相关在亚洲的中心位置略偏南、偏东,且冬季APO与大气环流关系与夏季也有所不同;当冬季APO指数偏高时,对流层上层东亚大槽位置偏西,而东亚热带地区的高压向北伸展,导致我国南方对流层为深厚的异常反气旋系统所控制,此时南方地区对流层低层盛行异常的偏东北气流,并伴随水汽辐散和异常下沉运动,南方降水偏少;冬季APO指数与ENSO有紧密联系。     

ITCZ的季节内振荡及其与热带气旋发生阶段性的关系

利用中国气象局提供的热带气旋资料和NCEP/NCAR再分析等资料, 研究了热带辐合带(Intertropical Convergence Zone, 简称ITCZ)上对流强度的季节内振荡特征及其与热带气旋生成频数阶段性变化的关系, 并进一步研究了它与越赤道气流、 赤道西风和ITCZ北侧偏东风季节内振荡的关系。研究发现: (1) ITCZ对流强度的变化有明显的30～60 d振荡, 西太平洋 (5°N～20°N, 120°E～150°E) 范围内的热带气旋约有2/3发生在30～60 d振荡的活跃位相。(2) ITCZ季节内振荡在热带地区表现为向东传播的特征, 而在副热带地区 (25°N～35°N) 表现出清晰的西传特征。在ITCZ季节内振荡较强年, 振荡在由赤道传播至15°N左右时, 与北面向南传播的振荡在该纬度附近汇合, 对流强度增强, 使热带气旋在此期间频繁发生。而在弱年, 振荡由赤道一直向北传播至30°N附近, 15°N附近的ITCZ对流较弱, 热带气旋生成偏少。(3) 赤道西风、105°E～110°E越赤道气流和ITCZ北侧的偏东风气流本身也存在30～60 d振荡。这三支气流的30～60 d振荡与ITCZ的季节内强弱变化密切相关。然而, 相比之下偏东风气流的30～60 d振荡和ITCZ对流强弱的30～60 d振荡对应关系略差。     

6月长江中下游旱涝的一个前兆信号——亚洲太平洋涛动

利用中国160个站降水、NCEP再分析等资料和CCSM3模式,从对流层温度的角度,分析了影响6月长江中下游降水的因子和前兆信号.研究发现,反映对流层中高层纬向海-陆热力差异的亚洲-太平洋涛动异常可能是导致长江中下游地区降水异常的一个重要原因.观测统计和模式结果都表明,前期5月亚洲-太平洋涛动指数与其后6月长江中下游地区降水具有显著负相关关系,这一关系比前冬厄尔尼诺(拉尼娜)与6月降水的关系更为紧密,稳定性也相对更高.进一步分析发现,亚洲-太平洋涛动异常从5月至6月具有很好的持续性,5月亚洲-太平洋涛动可以通过影响后期6月西太平洋副热带高压的强度和位置、中国东南沿海的西南风以及中国东部中纬度地区的偏北风异常,进而影响长江中下游地区6月降水的多寡.此外,5月亚洲-太平洋涛动异常偏弱也是2011年6月长江流域出现降水异常偏多的一个重要原因.这些结果说明,对于6月长江流域降水,除了海温强迫作用外,对流层中高层异常也是一个重要的前期信号,因此,利用前期亚洲-太平洋涛动预测降水可能是一条值得尝试的途径.     

2013年我国南方持续性高温天气及副热带高压异常维持的成因分析

本文利用NCEP再分析资料和逐日台站观测资料研究了2013年夏季我国南方地区持续高温天气时期内西太平洋副热带高压（以下简称西太副高）的异常特征,指出西太副高西伸、北抬并异常维持是导致南方地区罕见高温天气发生的直接原因,探究了影响其异常的中高纬环流及热带系统的活动,特别是对该年夏季热带环流,包括越赤道气流、赤道辐合带（Intertropical Convergence Zone,简称ITCZ）的异常,以及登陆台风异常集中等情况作了进一步分析,为深入研究持续高温的成因提供了一定的基础。