中高纬Rossby波活动对盛夏东亚/太平洋事件中期演变过程的影响

在中期时间尺度上探讨了Rossby波活动对盛夏东亚太平洋(EAP)事件的影响。正负EAP事件的形成过程不是简单的反位相过程, 但这一时期的气候平均流波导结构决定了两者在Rossby波能量频散特征上有许多相似之处。在对流层中上层, 源自上游东北大西洋或东欧平原的Rossby波能量经巴尔喀什湖附近向东北方向频散, 它对东北亚异常中心的形成和维持起重要作用。由于盛夏东亚急流位置偏北, 我国华北[CD*2]东北地区成为波导区, Rossby波能量从贝加尔湖附近向该波导区频散, 形成了EAP事件的东亚中纬度异常中心。在EAP事件的三个异常中心中, 东北亚异常中心最先形成, 西太平洋副热带异常中心则最后出现。在对流层上下层波导结构有明显差异, 它导致了Rossby波能量在东亚沿岸中高纬地区的反向经向传播特征。在负事件的对流层低层, 西太平洋副热带异常中心和中纬度两个异常中心间的经向Rossby波链接较为明显。在东亚地区, 盛夏月平均尺度上EAP型的Rossby能量频散特征与中期EAP事件基本一致。     

长江中下游地区2011年冬春连旱及2013年夏季高温干旱环流特征及其与Rossby波活动的联系对比分析

利用1981—2013年NCEP/NCAR逐日再分析资料及OISST海温月资料,对长江中下游地区2011年冬春连旱及2013年夏季高温、干旱事件的形成机制进行对比分析。结果发现两次干旱事件:（1）均受偏强东亚季风影响,导致冷暖气流无法交汇于长江流域;（2）赤道太平洋海温距平均呈现“西正东负”,加强Walker环流的同时引发局地Hadley环流异常,致使长江流域上空长期受异常下沉气流控制;（3）均与大西洋的Rossby波有关:2011年冬春,受NAULEA遥相关型影响,Rossby波能量向东频散至亚欧大陆东部及太平洋地区堆积,使东亚大槽长期维持在120 °E附近,加强东亚冬季风;2013年夏季,受同为负位相的“silk road”及EAP遥相关型共同作用,源自北大西洋的Rossby波能量能够影响到东亚-太平洋地区,致使西太副高异常西伸,加强东亚夏季风。      

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析Ⅱ:西太平洋副热带高压的特征

针对2008年初1月17～23日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。这次过程中：1）西太平洋副热带高压在其前期异常状态的基础上,在对流层低层演变为“内凹外凸”结构,并在我国长江中下游附近形成切变线,从而造成了这次雨雪过程;2）在对流层上层,源自北非的Rossby波能量在副热带和中纬度地区向下游频散,同从乌拉尔山地区向南频散出的Rossby波能量在帕米尔高原及中亚地区汇合,共同引起该地区气压槽的加深。它使对流层低层西太平洋副高在其西部向内凹陷。另一方面,在对流层中层,Rossby波能量沿副热带急流传播,最终引起西太平洋副高向西南方向伸展。西太平洋副热带高压的“内凹外凸”演变特征的主要原因是来自上游地区的Rossby波活动,并非热带西太平洋对流异常活动;3）亚洲北部冷高压沿高原东侧伸入我国东部地区是我国南方地区低温过程的主要原因。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析II：西太平洋副热带高压的特征

针对2008年初 1月17～23日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。这次过程中：1）西太平洋副热带高压在其前期异常状态的基础上,在对流层低层演变为 “内凹外凸”结构,并在我国长江中下游附近形成切变线,从而造成了这次雨雪过程;2）在对流层上层,源自北非的Rossby波能量在副热带和中纬度地区向下游频散,同从乌拉尔山地区向南频散出的Rossby波能量在帕米尔高原及中亚地区汇合,共同引起该地区气压槽的加深。它使对流层低层西太平洋副高在其西部向内凹陷。另一方面,在对流层中层,Rossby波能量沿副热带急流传播,最终引起西太平洋副高向西南方向伸展。西太平洋副热带高压的“内凹外凸”演变特征的主要原因是来自上游地区的Rossby波活动,并非热带西太平洋对流异常活动;3）亚洲北部冷高压沿高原东侧伸入我国东部地区是我国南方地区低温过程的主要原因。     

南半球对流层大气对热带太平洋-印度洋海温异常综合模的响应及其机制解释

利用NOAA SST及NCEP/NCAR再分析资料, 研究了热带太平洋—印度洋海温异常综合模和南半球对流层大气之间的遥相关模态并对其进行了机制解释。首先通过相关和合成分析, 给出了遥相关的空间模态, 结果表明: 北半球秋、冬季, 在南半球对流层大气存在和热带太平洋—印度洋海温异常综合模密切联系的遥相关作用中心, 该中心的分布构成一列明显的从赤道中太平洋出发, 最终到达非洲中南部及赤道印度洋的Rossby波列, 将赤道太平洋、印度洋与南半球中高纬度大气连接起来, 起到了类似“大气桥” 的作用。而单纯IOD和单纯ENSO均难以在南半球对流层激发出遥相关波列, 进一步证实了两者共同作用的影响。其次, 利用行星波能量传播理论对两者之间的遥相关进行了机制分析, 发现纬向波数为1～3的大气行星波的能量传播是热带太平洋—印度洋海温异常综合模与南半球对流层大气之间遥相关的一种可能的联系方式。     

2020年7月黑龙江极端少雨成因初探

利用黑龙江省62个气象站月降水量观测资料和美国国家环境预报中心再分析资料、中国气象局国家气候中心环流指数资料等,对2020年7月黑龙江极端少雨成因进行初步诊断分析。结果表明：（1）2020年7月黑龙江降水异常偏少,全省平均降水量仅75.0 mm,为1961年以来历史同期第2少。（2）黑龙江7月异常少雨年,同期500 hPa东亚沿岸自低纬至高纬呈东亚-太平洋遥相关型（East Asia-Pacific teleconnection,EAP）负位相分布,东亚副热带西风急流（East Asia subtropical westerly jet,EASWJ）明显偏南,低层中国东北地区至黄海附近呈现异常的反气旋-气旋式环流,黑龙江上空整层水汽辐散。2020年7月环流特征与少雨年同期相似,但急流中心及其北侧负异常区较少雨年同期明显偏强,且中心略有东移,东亚沿岸对流层整层风场的经向波列更为清晰。EASWJ异常偏南是2020年7月黑龙江降水异常偏少的关键环流因子。（3）2020年5月南海附近异常偏弱的大气热源和7月负位相分布的北大西洋涛动,分别通过东亚沿岸经向EAP遥相关波列和欧亚中高纬地区纬向波列促...     

2018年夏季辽宁异常高温干旱的环流特征及成因

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和辽宁省53站逐日降水量及日平均气温资料,采用诊断分析方法,研究了2018年夏季辽宁异常高温干旱的环流特征及成因。结果表明：2018年夏季辽宁发生了1962年以来最严重的高温干旱事件。辽宁地区上空受相当正压结构的异常反气旋性环流控制,是异常高温干旱发生的局地环流成因;异常反气旋性环流南侧存在一个异常气旋性环流,阻挡了孟加拉湾和南海地区西南暖湿气流向辽宁地区输送,不利于辽宁地区产生降水。南亚高压和西太副高相向运动并在辽宁地区上空重叠,是异常高温干旱发生的大尺度环流成因。EAP/PJ型和EU型遥相关是西太副高异常发展的直接原因。准定常Rossby波能量频散是导致EAP/PJ型和EU型遥相关形成与维持的根本原因之一。源自北大西洋地区的Rossby波能量,沿西风急流波导区向下游频散,使得包括辽宁在内的我国北方广大地区位势高度异常增强;同时我国东北至朝鲜半岛和日本一带存在Rossby波能量的准经向频散,同样有利于EAP/PJ型遥相关的维持与发展,使得辽宁及其附近地区上空受位势高度正距平控制。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析Ⅰ:亚非副热带急流低频波

在中期时间尺度上分析了2008年1月10～16日我国南方雨雪过程特征及其可能机理,得到了以下结果：1）3个环流系统的演变过程相互匹配,共同造成了此次雨雪过程,它们分别为南支槽在我国南方地区的形成和加深、西太平洋副热带高压的北扩以及叶尼塞地区高压脊的东扩南侵;2）源自东北大西洋和西欧的Rossby波能量沿亚非副热带急流向下游传播,导致南支槽在我国南方地区形成和加深;3）与西太平洋副热带高压北扩所对应的异常环流中心,其实质为副热带急流扰动,来自上游南支槽区的Rossby波能量频散是其形成维持的主要原因,它也受来自贝加尔湖地区及热带西太平洋对流区的Rossby波能量的影响;4）亚非副热带纬向基本流制约着其一系列异常环流中心的纬向联系,里海冷堆及异常中心的形成恰好对应着南支槽在我国南方地区的加深和西太平洋副热带高压的北扩。     

夏季欧亚中高纬环流持续异常事件的Rossby波传播特征

利用西风波导结构以及波作用通量, 探讨了夏季欧亚一类中高纬持续异常环流所对应的Rossby波的能量频散特征。中高纬度对流层上层存在结构较为复杂的弱波导, Rossby波能量频散过程基本上与该弱波导结构一致。Rossby波传播特征在不同时期以及两种环流型 （E型和C型) 之间存在显著差异: (1) 在梅雨前期, 与E型环流对应, Rossby波从南欧气旋式异常环流中心传播到乌拉尔山正高度异常中心, 并且波作用通量在乌拉尔山西侧辐合, 形成该地区正高度异常环流。乌拉尔山持续异常中心东侧重新激发出Rossby波, 并传播至贝加尔湖和鄂霍次克海地区, 维持对应的异常环流。与C型异常环流对应, Rossby波活动非常活跃。该型三个活动中心呈现高纬－中纬－高纬的分布特征, 这与波导结构密切相关。 (2) 在梅雨期, Rossby波的传播对两类持续异常环流的作用更加明显, 其传播路径基本上在处于极区和偏向中纬度一侧的两个“波障碍区”之间的带状西风波导区中。Rossby波从乌拉尔山活动中心向东传播, 最终形成贝加尔湖和鄂霍次克海地区的持续异常环流。在C型维持过程中则还存在另一种强迫因子。在C型中, Rossby波从乌拉尔山活动中心向中纬度传播, 并在亚洲急流中向东传播至东亚地区。 (3) 在后汛期, 在欧亚大陆上纬向“波障碍区”的增加使得Rossby波活动减弱。E型异常环流型的鄂霍次克海活动中心向东扩展到北太平洋, 但来自上游的Rossby波传播只作用于该活动中心的西北侧部分。C型中Rossby波的传播在乌拉尔山活动中心地区变弱。在夏季各个时期, E和C型持续异常环流对应着不同位相的EAP (或PJ) 型, 但并没有Rossby波从中纬度向北传播至鄂霍次克海地区的现象。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析I：亚非副热带急流低频波

在中期时间尺度上分析了2008年1月10~16日我国南方雨雪过程特征及其可能机理,得到了以下结果：1）3个环流系统的演变过程相互匹配,共同造成了此次雨雪过程,它们分别为南支槽在我国南方地区的形成和加深、西太平洋副热带高压的北扩以及叶尼塞地区高压脊的东扩南侵;2）源自东北大西洋和西欧的Rossby波能量沿亚非副热带急流向下游传播,导致南支槽在我国南方地区形成和加深;3）与西太平洋副热带高压北扩所对应的异常环流中心,其实质为副热带急流扰动,来自上游南支槽区的Rossby波能量频散是其形成维持的主要原因,它也受来自贝加尔湖地区及热带西太平洋对流区的Rossby波能量的影响;4）亚非副热带纬向基本流制约着其一系列异常环流中心的纬向联系,里海冷堆及异常中心的形成恰好对应着南支槽在我国南方地区的加深和西太平洋副热带高压的北扩。     

The Impact of Mid- and High-Latitude Rossby Wave Activities on the Medium-Range Evolution of the EAP Pattern During the Pre-Rainy Period of South China

Based on the NCEP DOE AMIP II daily reanalysis data (1979–2005), the evolution of the East Asia/Pacific (EAP) teleconnection pattern during the pre-rainy period of South China is studied on the medium-range time scale. It is found that positive and negative EAP patterns share a similar generation process. In the middle and upper troposphere, Rossby wave packets emanating from the northeast Atlantic or Europe prop-agate toward East Asia along the Eurasian continent waveguide and finally give rise to the three anomaly centers of the EAP pattern over East Asia. Among the three anomaly centers, the western Pacific subtropical center appears the latest. Rossby wave packets propagate from the high latitude anomaly center toward the mid-latitude and the subtropical ones. The enhancement and maintenance of the subtropical anomaly center is closely associated with the subtropical jet waveguide and the incoming Rossby wave packets from the upstream. In the lower troposphere, Rossby wave packets emanate from the subtropical Asia toward East Asia. Positive and negative EAP patterns could not be regarded as "mirrors" to each other with simply reversed phase. For the positive pattern, the positive height anomaly center around the Scandinavia Peninsula keeps its strength and position during the mature period, and the Rossby wave packets thus propagate persistently toward East Asia, facilitating a longer mature time of the positive pattern. As for the formation of the negative EAP pattern, however, the incoming Rossby wave energy from the upstream contributes to both the enhancement and southeastward movement of the negative anomaly belt from the Yenisei River to the Bering Strait and the positive anomaly center around Mongolia. At the peak time, the two anomlous circulations are evolved into the Northeast Asia and the mid-latitude anomaly centers of the negative pat- tern, respectively. The energy dispersion of Rossby wave packets is relatively fast due to the predominant zonal circulation in the extratropics, causing a shorter mature period of the negative pattern. During the pre-rainy period of South China, the prevalence of the EAP pattern significantly affects the rainfall over the region south of the Yangtze River. The positive (negative) EAP pattern tends to cause positive (negative) precipitation anomalies in that region. This is different from the earlier research findings based on monthly mean data.     

东亚-太平洋型季节内演变和维持机理研究

利用850hPa的纬向风异常建立一个逐候东亚-太平洋(East Asian Pacific,EAP)型指数,研究其季节内演变特征,发现东亚-太平洋型经向波列是东亚夏季风季节内变化的主要模态.其演变过程为:扰动首先出现在北太平洋中部,并通过正压不稳定过程从基本气流中获得能量而发展,在高层罗斯贝波能量向南频散,激发热带对流异常和赤道罗斯贝波,并相互锁相,因赤道罗斯贝波受β效应影响而共同向西移动.热带对流和环流异常在菲律宾附近达到最强,此时在东亚沿岸出现经向三极型波列,此后中低纬度异常继续向西北方向移动,使降水异常在长江流域能维持较长时间.东亚-太平洋型在东亚发展和维持有以下原因:首先,菲律宾暖水上空的对流和低层环流之间存在正反馈;其次,由于海陆热力差异导致暖大陆和冷海洋之间存在特殊的纬向温度梯度和北风垂直切变,东亚-太平洋型在经向上有向北倾斜的斜压结构,能通过斜压能量转换从平均有效位能中获得能量,同时,也能从经向温度梯度的平均有效位能中获得能量.     

盛夏两类东亚高空西风急流北跳的动力过程

在气候态上,7月底东亚高空西风急流中心突然从40°N北跳到45°N以北.逐年统计分析显示此次急流北跳存在两类典型方式:急流北侧西风强度增强引起的北跳(第一类)和急流中心西风强度的减弱引起的北跳(第二类).本文基于1958年到2002年的NCEP/NCAR再分析资料,采用波活动通量诊断这两类典型北跳相应的动力过程,进一步...     

华南6月降水异常及其与东亚—太平洋遥相关的关系

利用1959～2010年共52年的大气环流和降水资料,我们分析了华南前汛期季风降水 (6月降水) 的变化特征,发现6月华南降水与同期EAP (East Asia-Pacific,东亚—太平洋) 遥相关型有显著的相关关系,两者之间的相关系数为0.35.EAP指数为正时,长江中下游以南的地区降水偏多,而长江以北和黄河之间的地区降水偏少.将华南6月降水分为与EAP相关的降水序列和与EAP独立的降水序列,比较了二者所对应环流异常的异同点.结果表明,与EAP相关的降水异常对应着EAP相关型的环流异常分布特征,降水为正异常时,850hPa风场从低纬度到高纬度呈现“反气旋、气旋、反气旋”的异常分布,湿的偏南风和干的偏北风在华南上空交汇,降水增多;而整个淮河流域上空为偏北风异常,导致南风带来的水汽输送减少,降水偏少,因此降水异常呈现偶极子分布.相比之下,与EAP独立的降水正异常对应的环流异常表现为热带西北太平洋上空的反气旋性环流异常,华南地区上空为显著的西南风异常,输送到华南地区的水汽增多,导致降水偏多.     

Tropical Cyclones over the Western North Pacific Strengthen the East Asia–Pacific Pattern during Summer

The contribution of tropical cyclones(TCs)to the East Asia–Pacific(EAP)teleconnection pattern during summer was investigated using the best track data of the Joint Typhoon Warning Center and NCEP-2 reanalysis datasets from 1979 to2018.The results showed that the TCs over the western North Pacific(WNP)correspond to a strengthened EAP pattern:During the summers of strong convection over the tropical WNP,TC days correspond to a stronger cyclonic circulation anomaly over the WNP in the lower troposphere,an enhanced seesaw pattern of negative and positive geopotential height anomalies over the subtropical WNP and midlatitude East Asia in the middle troposphere,and a more northward shift of the East Asian westerly jet in the upper troposphere.Further analyses indicated that two types of TCs with distinctly different tracks,i.e.,westward-moving TCs and northward-moving TCs,both favor the EAP pattern.The present results imply that TCs over the WNP,as extreme weather,can contribute significantly to summer-mean climate anomalies over the WNP and East Asia.     

高频瞬变涡动反馈强迫对东亚/太平洋事件演变过程的作用

本文通过位势倾向方程研究了高频瞬变涡动反馈强迫(TEFF)对东亚/太平洋型在低频时间尺度上(8天以上)的演变过程(EAP事件)的影响。一个重要的发现是,无论正位相还是负位相的EAP事件,在对流层中低层上,TEFF对其中、高纬度两个异常中心的演变均起着重要的作用。尤其是高纬度中心,在对流层中层,TEFF异常在盛期前可解释其增强部分的50%左右;盛期之后则起着减缓其减弱的作用。TEFF异常可分解为由高频涡动热量通量的辐合辐散引起的TEFF_heat异常和高频涡动涡度通量引起的TEFF_vor异常。两者在对流层上层相互抵消、下层相互叠加,导致TEFF异常在对流层上层(低层)的作用要弱(强)于对流层中层。就TEFF_heat和TEFF_vor的相对贡献而言,正位相的EAP事件中,TEFF_vor的贡献较大;但在负位相EAP事件中,TEFF_heat的贡献则增大至与TEFF_vor相当的程度。这种TEFF_heat作用在负事件中的增强可能是与贝加尔湖以东地区对流层低层上斜压性的加强有关。     

Influence of Major Stratospheric Sudden Warming on the Unprecedented Cold Wave in East Asia in January 2021

An unprecedented cold wave intruded into East Asia in early January 2021 and led to record-breaking or historical extreme low temperatures over vast regions.This study shows that a major stratospheric sudden warming(SSW)event at the beginning of January 2021 exerted an important influence on this cold wave.The major SSW event occurred on 2 January 2021 and subsequently led to the displacement of the stratospheric polar vortex to the East Asian side.Moreover,the SSW event induced the stratospheric warming signal to propagate downward to the mid-to-lower troposphere,which not only enhanced the blocking in the Urals-Siberia region and the negative phase of the Arctic Oscillation,but also shifted the tropospheric polar vortex off the pole.The displaced tropospheric polar vortex,Ural blocking,and another downstream blocking ridge over western North America formed a distinct inverted omega-shaped circulation pattern(IOCP)in the East Asia-North Pacific sector.This IOCP was the most direct and impactful atmospheric pattern causing the cold wave in East Asia.The IOCP triggered a meridional cell with an upward branch in East Asia and a downward branch in Siberia.The meridional cell intensified the Siberian high and low-level northerly winds,which also favored the invasion of the cold wave into East Asia.Hence,the SSW event and tropospheric circulations such as the IOCP,negative phase of Arctic Oscillation,Ural blocking,enhanced Siberian high,and eastward propagation of Rossby wave eventually induced the outbreak of an unprecedented cold wave in East Asia in early January 2021.