夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析 II:环流场的主要特征及其大型垂直环流场

本文使用经过青藏高原气象科学实验测站观测资料订正过的欧洲中心FGGE-Ⅲb资料,对1979年7月月平均进行分析,计算了垂直速度、散度、垂直剖面函数和速度势函数等物理量以及上升气流轨迹,给出了夏季高原主体地区环流场的主要特征和详细的高原地区不同经纬度剖面垂直环流场的特征和分布. 配合夏季高原高层强大稳定的反气旋高压带,高原主体地区为整层上升气流区,但ω场有东西两个上升中心,它们是两个对流活动上升中心,两部的中心位于狮泉河和改则之间偏北的地区,东部的位于那曲一带. 本文给出了高原地区三个主要的经向环流圈(南北两侧下沉的小环流圈、跨赤道的季风环流圈)的经度位置和高原地区与西太平洋之间发生遥相关的主要纬度位置,发现在跨赤道的季风环流圈中,在赤道以南的下沉气流主要来自高原与15°N之间,从高原上升的气流仅在对流层上部(200hPa左右)跨过赤道.从高原西部上升的气流往往从非洲至印度尼西亚一带跨过赤道,而从高原东部及其东侧我国大陆上升的气流往往下沉在太平洋和北大西洋地区.     

中高纬度垂直环流的低频振荡与华北地区夏季干旱初探

用国家气象中心１９９２年６月１０日至７月２３日Ｔ４２中期数值预报模式格点资料，分析了中高纬度夏季垂直环流的低频振荡。发现中高纬度纬向垂直环流与热带纬向环流不同存在着２０－４０天的局地低频振荡，在热带季风中断时，３５－４５°Ｎ范围内中高纬度纬向垂直环流主要表现为１２０°Ｅ附近区域内下沉气流加强。初步探讨了中高纬度地区经圈环流的低频振荡，所选范围为１００－１２０°Ｅ平均低频经向环流，热带季风中断时，下沉气流在３０－４０°Ｎ区域内加强。通过对中高纬度地区垂直环而的低频振荡的分析，探讨了中高纬度地区垂直环流的低频振荡与华北地区夏季干旱的可能联系。由于热带季风中断时，主要降雨带位于我国江淮一带，此时垂直环流表现为在对流层低层２８°Ｎ左右范围内为上升运动区，在３５－４５°Ｎ区域附近内下沉气流加强，即我国华北地区上空盛行下沉气流，对应于该地区干旱、少雨。     

春季赤道印度洋纬向-垂直环流的变化特征及其与Walker环流的关系

利用1951~2010年20CR（20th Century Reanalysis Version 2）再分析资料和NOAA海表温度资料研究了赤道印度洋纬向-垂直环流的季节性差异、变化特征及其与Walker环流的关系。本文首先分析了四个季节赤道印度洋上空纬向-垂直环流的结构特征,发现春季和秋季存在严格东西方向上的赤道印度洋纬向-垂直环流。随后,针对春季赤道印度洋纬向-垂直环流变化特征作进一步的分析,研究结果表明,春季纬向-垂直环流的强度及其变率在1951~2010年间持续增强,而该垂直环流的中心位置则表现出明显的年代际变化特征:1981年之前垂直环流的中心位置表现为向西移动,而在1981年后则转为向东移。春季赤道印度洋纬向-垂直环流与Walker环流之间的相关关系同样存在年代际转折,1981年之前两者之间并不存在显著的相关,而在1981年之后,两者之间的关系显著增强。不同年代际时段内赤道印度洋纬向-垂直环流与海温的关系也发生了明显的改变,1981~2010年赤道印度洋纬向-垂直环流主要受到前期和同期太平洋上的ENSO型海温信号的影响,而在此之前该垂直环流主要受到前期和同期赤道东印度洋海温的影响。     

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析——Ⅲ:环流场稳定维持的物理机制

本文使用经过青藏高原气象科学实验测站观测资料订正过的欧洲中心FGGE-Ⅲb资料,对1979年夏季青藏高原地区进行了涡度方程诊断分析,研究了它们的月际变化、逐日变化和日变化,与高原上积云对流活动的强弱变化进行了比较,讨论了夏季高原稳定的环流场维持的物理机制;同时还对同时期热带赤道地区强对流活动区域进行了涡度方程诊断分析,将其涡旋环流场的维持机制与夏季高原地区进行了比较. 通过分析,发现夏季青藏高原月平均涡度方程平衡关系主要是次网格尺度项和散度项的平衡,水平平流项的耗散作用在高空较强,但不如次网格尺度项强,涡度方程其余各项均很小.从月际变化、逐日变化和日变化的比较,发现当积云对流活动发生强弱变化时,ω、D和涡度方程中的散度项、次网格尺度项均伴随很强的相应变化,对应关系很好,说明涡度方程中的次网格尺度项R(余差项)的主要部分来源于积云对流系统的活动,反映了夏季高原上存在的强盛频繁的积云对流活动对高原平均环流场的形成和维持具有重要的作用. 使夏季青藏高原高低层环流场加强的物理机制足高低层气流强大的辐散辐合,耗散机制是积云对流系统对高低层涡度的上下搅拌垂直输送作用和网格尺度水平平流项的非线性耗散作用,其中前者起主要的作用. 从涡旋能量维持的角度看,夏季青藏     

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析III:环流场稳定维持的物理机制

本文使用经过青藏高原气象科学实验测站观测资料订正过的欧洲中心FGGE-Ⅲb资料,对1979年夏季青藏高原地区进行了涡度方程诊断分析,研究了它们的月际变化、逐日变化和日变化,与高原上积云对流活动的强弱变化进行了比较,讨论了夏季高原稳定的环流场维持的物理机制;同时还对同时期热带赤道地区强对流活动区域进行了涡度方程诊断分析,将其涡旋环流场的维持机制与夏季高原地区进行了比较. 通过分析,发现夏季青藏高原月平均涡度方程平衡关系主要是次网格尺度项和散度项的平衡,水平平流项的耗散作用在高空较强,但不如次网格尺度项强,涡度方程其余各项均很小.从月际变化、逐日变化和日变化的比较,发现当积云对流活动发生强弱变化时,ω、D和涡度方程中的散度项、次网格尺度项均伴随很强的相应变化,对应关系很好,说明涡度方程中的次网格尺度项R(余差项)的主要部分来源于积云对流系统的活动,反映了夏季高原上存在的强盛频繁的积云对流活动对高原平均环流场的形成和维持具有重要的作用. 使夏季青藏高原高低层环流场加强的物理机制足高低层气流强大的辐散辐合,耗散机制是积云对流系统对高低层涡度的上下搅拌垂直输送作用和网格尺度水平平流项的非线性耗散作用,其中前者起主要的作用. 从涡旋能量维持的角度看,夏季青藏高原高低层环流场的维持大致是高原尺度环流系统的涡旋能量通过非线性过程,分别向高原区域以外更大尺度的系统和次网格尺度的对流系统输送,输送的损失由强大的高低层辐散辐合气流产生的涡旋能量补充,从而维持了高原地区环流场的稳定.赤道附近热带强对流活动区域环流场的维持机制与夏季高原地区的不同点,主要表现在其高层和低层的区域尺度环流场通过非线性作用都从更大尺度环流场得到涡旋能量,并把涡旋能量转送给次网格尺度积云对流系统,使自身维持稳定.     

青藏高原北侧地区干湿年夏季垂直环流差异的对比分析及青藏高原的热力影响

为了分析西北干旱的形成原因，本文首先利用高原北侧地区５站历年夏季的降水量资料等，制定了该区的干湿标准，划分了历年夏季的干湿等级。接着又利用ＥＣＭＷＦ的格点资料等对比分析了该区干湿年夏季间垂直环流的差异，也探讨了青藏高原地面热状况与高原北侧干湿状况的联系。其主要结论是：１）文中制定的以降水标准差为判据的干湿标准适合西北干旱区；２）高原北侧干湿年夏季间在高原北侧和高原上的垂直环流存在明显差异；３）青藏高原地面热状况与上列差异有关，也即青藏高原的热力作用是西北干旱的重要成因之一。     

青藏高原东北侧夏季异常高温的环流特征及诊断

利用青藏高原东北侧80个气象观测站(1960~2003年)逐日最高气温观测资料,NCEP/NCAR(1971~2000)再分析资料,探讨青藏高原东北侧(甘肃境内,下同)夏季高温天气的变化趋势;选取了异常高温天气的典型个例,进行了环流特征和动力诊断分析,以及同一次高温过程可能影响的最大范围分析。结果表明:西风指数由高指数调整为低指数,并且低指数维持时,高温天气出现并维持,由低指数调整为高指数时,高温天气结束;南亚高压与西太平洋副热带高压的上下叠加是引起高温天气最主要的环流特征;高空的正变温及上下一致的负涡度亦是高温维持的重要原因;兰州市的高温与其周边地区的高温具有较好的相关性,即当兰州出现高温时,青藏高原东北侧大部分地区也同时出现高温。     

青藏高原及周围地区的平均垂直环流特征

为得到青藏高原及周围地区平均垂直环流的图像,更好地理解该地区的降水气候,利用美国NCEP/NCAR1961～1990年30年平均的ω、u、v、z等再分析格点资料,计算分析了该地区的平均垂直运动场和经、纬圈环流图,分析了它们的年变化特征和可能的原因.结果表明,该地区冬、夏半年的平均垂直运动场和经、纬圈环流有很大的年变化;揭示了夏季在西北干旱区和华北半干旱区分别存在干旱和半干旱经圈环流,夏季在高原325°N以南还存在巨大的向西纬圈环流等事实;也指出高原大气热源强度的年变化与随后高原及周边地区平均垂直环流的年变化联系密切.高原及周围地区的平均垂直环流特征也能较好地解释各地的降水气候.     

ElNino事件当年和次年夏季低纬环流特征的初步分析

分析１９５０年以来中等强度以上的ＥｌＮｉｎｏ和ＬａＮｉｎａ当年和次年夏季低纬度风场和５００ｈＰａ高度距平场发现有不同特征。其中中－西太平洋近赤道地区８５０、２００ｈＰａ上风场异常变化十分明显,这种异常变化与南北半球大气相互作用有密切关系。     

赤道低平流层纬向风垂直切变与对流层环流及东亚季风的关系

在以赤道低平流层纬向风垂直切变为依据划分平流层QBO位相的基础上,讨论了赤道低平流层纬向风QBO与对流层环流及东亚季风的关系.结果表明强冬季风和弱夏季风对应着赤道低平流层纬向风的东风切变位相,强夏季风和弱冬季风对应着赤道低平流层西风切变位相,赤道低平流层纬向风QBO对对流层环流有一定影响,冬春季节平流层与对流层的相互作用比夏秋季节明显.     

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析 Ⅰ.盛夏高原西部地区的水汽状况

本文使用青藏高原气象科学实验测站观测资料、欧洲中心FGGE-Ⅲb资料、GMS1地球同步卫星云图资料、河流水文资料以及其他一些有关的资料,详细分析了1979年7月青藏高原地区,尤其是高原西部地区的水汽状况、水汽输入的通道,讨论了夏季青藏高原地区高湿状况的维持机制. 通过研究,发现在1979年盛夏青藏高原西部也是一个高水汽区域,有利于大量的湿对流系统活动,但西部比东南部的水汽含量要略低些;潜热加热是夏季高原西部重要的热源之一;除了过去已知的在高原东南和仲巴、定日一带的两条水汽通道外,水汽还可从高原西侧边界进入高原西部.在讨论夏季高原地区高湿状况的维持机制时发现,相对于高原东部,只需要较少的水汽输入就足以维持高原西部大气的高湿状态;高原西部的降水、蒸发和向土壤中渗透是接近于平衡的,水分循环主要是局地的内循环.     

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析 I.盛夏高原西部地区的水汽状况

本文使用青藏高原气象科学实验测站观测资料、欧洲中心FGGE-Ⅲb资料、GMS1地球同步卫星云图资料、河流水文资料以及其他一些有关的资料,详细分析了1979年7月青藏高原地区,尤其是高原西部地区的水汽状况、水汽输入的通道,讨论了夏季青藏高原地区高湿状况的维持机制. 通过研究,发现在1979年盛夏青藏高原西部也是一个高水汽区域,有利于大量的湿对流系统活动,但西部比东南部的水汽含量要略低些;潜热加热是夏季高原西部重要的热源之一;除了过去已知的在高原东南和仲巴、定日一带的两条水汽通道外,水汽还可从高原西侧边界进入     

青藏高原对流时空变化与东亚环流的关系

根据1980～1998年逐日TBB和NCEP/NCAR再分析资料,探讨青藏高原对流(TBB)时空分布与东亚环流及天气气候的关系.研究指出,青藏高原主体地区(28°N～34°N,80°E～102°E)的对流冬弱、夏强,存在显著的6月和10月突变现象.夏季亚洲地区最强的对流出现在青藏高原上空,呈现为高原西部(28°N～34°N,82°E～94°E)和东部(27°N～34°N,104°E～110°E)型.夏季青藏高原上空对流弱,850 hPa风场上高原南、北侧的东亚地区分别呈现西风距平,夏季中国易出现南北二条雨带; 夏季高原上空对流强,850 hPa风场上的西风距平出现在东亚30°N附近,夏季易出现江淮流域雨带.夏季江淮流域洪涝年(如1980、1993、1996、1998年)与青藏高原东、西部对流同时加强有关; 夏季江淮流域干旱年(如1992、1994、1997年)与青藏高原东、西部对流同时减弱有关.20世纪90年代,江淮流域洪涝与干旱事件频繁发生可能与青藏高原东、西部对流强度变化出现同位相的年代际变化趋势有关.     

青藏高原低涡及其大尺度环流影响研究的回顾

青藏高原低涡对高原及其周边地区的强降水过程有重要的影响。本文系统的回顾了不同时期高原低涡活动特点及大尺度环流对其影响的研究,讨论了制约高原低涡研究的主要因素,认为深入开展关于大尺度环流影响高原低涡活动的研究是必要而可行的。     

5月青藏高原上空环流与北疆夏季降水的关系

基于1961—2016年5—8月西藏高原环流指数、NCEP再分析资料和新疆96个气象观测站点的降水资料,通过相关分析和合成分析,研究了5月青藏高原上空环流与北疆夏季降水的关系,以及两者之间可能影响的物理机制。结果表明:(1)5月西藏高原环流指数Ⅰ与北疆夏季降水有较好的相关性,相关系数为0.38;(2)5月西藏高原环流指数Ⅰ的强弱变化会影响500hPa的夏季环流特征、夏季地表至300 hPa的水汽通量输送,当指数偏强时,夏季环流形势的配置和水汽输送均有利于北疆夏季降水,反之,则不利于北疆夏季降水;(3)夏季西藏高原环流指数Ⅰ和北疆夏季降水、5月西藏高原环流指数Ⅰ的关系密切,并且5月西藏高原环流指数Ⅰ和青藏高原5月、夏季的感热通量有明显的负相关,通过高原的热力持续性作用,5月西藏高原环流指数Ⅰ的强弱可以影响北疆夏季降水的多少。     

青藏高原地面拖曳效应对春季大气环流影响的数值研究

用一个在NCAR的气候模式CCM1（R15L12）基础上改进和发展起来的CCM1（R15L7）-LNWP长期数值预报模式,以国家气象中心1992年4月1日客观分析资料和NCAR的固定个例（1975年1月16日）为初始场,进行长期数值预报试验,研究了青藏高原地面拖曳效应对春季大气环流的影响。结果表明,当月平均的青藏高原地面拖曳系数与全球其它陆面月平均拖曳系数之差由0.0008增大至0.004时,预报效果得到了明显改进。青藏高原至巴尔喀什湖之间的（300 hPa和500 hPa）温度差可增大3℃,从孟加拉湾一带至青藏高原的温度差可减小1.5℃,使得在青藏高原及其北侧高空西风增强（增强中心在40°N的250 hPa层）。在青藏高原南侧的25°N的250 hPa出现西风的减弱中心,有利于晚春季节东亚南支西风急流的北移。青藏高原的地面拖曳效应有利于在春季加大其迎风坡和背风坡效应,加强北半球经向三圈环流及全球经向环流。     

中国东部夏季降水与东亚垂直环流结构及其预测试验

本文在分析中国东部夏季降水的时空分布特征基础上, 从东亚高、中、低层大尺度环流异常着手, 选取对中国东部夏季降水异常有显著影响的大气环流预报因子, 分别应用逐步回归和最优子集回归法两种统计降尺度方法, 以动力气候模式CAM3.1预报输出的大气环流预报因子为基础, 以中国东部夏季降水的典型空间分布型为预报对象, 建立动力与统计相结合的中国东部夏季降水预测模型, 并对1981～2000年的中国东部夏季降水进行回报试验。结果表明: 中国东部夏季降水具有4类典型的空间分布型式, 且具有显著的准2年和年代际尺度振荡周期; 东亚高、中、低层大气环流异常的特定配置, 对东部夏季降水的空间分布型有显著影响; 使用两种降尺度方案建立的动力与统计相结合的预测模型对中国东部夏季降水异常具有一定的预报技巧, 可以在一定程度上提高动力模式对中国东部夏季降水的预报效果。     

ENSO事件对东亚副热带西风急流影响的诊断分析

本文利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,用合成分析和相关分析方法就ENSO事件对东亚副热带西风急流的影响进行诊断分析.主要结论为:El Nino年冬季200 hPa东亚副热带西风急流主要在急流出口区纬向风有正距平,急流增强东扩.而La Nina年冬季急流在急流出口区纬向风有负距平,急流减弱西移.El Nino年夏季急流增强,主要在急流区内的偏南部纬向风有正距平.La Nina年夏季急流减弱,主要在急流区内的偏南部纬向风有负距平;相关分析表明东亚副热带西风急流冬、夏季纬向风与热带中东太平洋冬、夏季海表温度有显著的相关.研究表明,ENSO年冬、夏季对流层中上层有较大的气温异常,并由此产生大的经向温度梯度的异常,这可能是ENSO事件影响东亚副热带西风急流的原因之一.     

THE DYNAMIC EFFECT OF THE TIBETAN PLATEAU ON THE FORMATION OF ZONAL TYPE CIRCULATION OVER EAST ASIA

From a statistical study of the atmospheric circulation types over the Northern Hemisphere it is found that the zonal type circulation predominates in East Asia. From a three-layer primitive equation model in σ-coordinate, the orographic effect on a westerly current over the Northern Hemisphere is studied. A distinguished deepening trough is observed in the lee-side slope of the Rocky Mountains. But a pronounced trough is over the East Asia coast far from the Tibetan Plateau. In a case of 48 h numerical forecast, it is found that the effect of the Tibetan Plateau tends to build up a rather zonal type circulation, which is con-sistent with the observations. These may be partly explained by the topographic effect of the north slope of the Tibetan Plateau in a simple geostrophic theory.     

青藏高原上空环流变化与其东侧 旱涝异常分析

应用奇异值分解（SVD）技术研究了青藏高原上空100 hPa高度场与高原东侧地区夏季降水场的时空结构及相互关系。结果表明: 第一模态代表了两场间的主要耦合特征,具有高度的时空相关;前期10～12月、1～4月青藏高原上空100 hPa高度场与高原东侧地区6～8月降水场具有显著的联系,前期高度场变化引起后期南亚高压状况异常,导致高原东侧地区旱涝灾害;高原东侧地区严重干旱（洪涝）年,其上空100 hPa高度场为负（正）距平控制; 高度场与降水场的这种非同步联系,时空相关显著,时间间隔长,物理意义明确,是高原东侧地区夏季旱涝异常的一种预测信号。