冬季对流层下半部温度场的遥相关及与下垫面加热异常的关系

本文利用1000—500hPa厚度资料分析研究了北半球中高纬地区对流层下半部冬季气温异常的水平结构及与下垫面加热异常的关系。研究表明,欧亚大陆腹地气温异常的强度和水平范围最大,该区域异常暖时,欧洲西北部和亚洲东部沿海异常冷,低纬太平洋中部、北美西岸和大西洋中部异常暖,反之亦然。20-110°W北极区海冰范围是影响这种分布形势的可能因素之一。     

冬季北半球平流层季节内振荡与对流层季节内振荡的关系

通过平流层大气ISO与对流层大气ISO的比较分析,发现在中高纬地区平流层大气ISO与对流层大气ISO有着许多相同点.北半球冬半年平流层大气环流主要低频模态也可认为是北极涛动(AO),其空间分布的主要特征为; 高纬度地区与中低纬度地区为反位相变化,北极地区附近具有最大的变化值; 其季节内振荡的正位相对应于AO增强,负位相对应于AO减弱.北半球冬半年平流层100 hPa 和70 hPa 位势高度场的低频遥相关分析表明,北极地区(概指北纬60°N以北)和北半球其他大部分地区呈负相关,北极涛动扮演了非常重要的角色.同时,北半球冬半年平流层的主要低频波列是从欧亚大陆中部到西北太平洋,并且由纬向型低频波列(欧亚大陆-西伯利亚-太平洋)和经向型低频波列(欧亚大陆-北极-太平洋)共同构成.平流层30 hPa 和对流层500 hPa 上经过带通滤波(15～90 d)位势高度场的EOF第一主分量的形势有十分类似的特征,它们对应的时间系数序列有显著的延迟相关关系.因此可以认为,北半球平流层大气ISO的变化要先于对流层大气,在滞后35 d 左右其相关系数达到最大.大气环流模式(SAMIL)的数值模拟试验结果也表明,平流层的低频扰动可以在14 d 之后便在对流层500 hPa上激发出低频响应,其谱峰在30 d 左右.这进一步表明,通过大气季节内振荡,平流层的异常可以影响到对流层.     

上对流层-下平流层交换过程研究的进展与展望

上对流层和下平流层(UTLS)区域的高度范围大致为5～20 km.UTLS区域大气成分的分布及变化对于认识气候长期变化也极为重要,因为该区域的臭氧是一种有效的温室气体,其中的水汽、卷云和气溶胶对太阳短波辐射和地球长波辐射有很强的调制作用,因而对于天气和气候变化产生不可忽略的辐射强迫作用; UTLS区域中,还有航空业的飞机排放,强对流云云中与云上闪电产生相当量的NOx,这些都对UTLS区域乃至更高及更低层大气的化学成分与分布产生重大影响.该文介绍上对流层和下平流层区域的交换过程研究的意义和手段,同时介绍有关研究的进展,重点回顾近年来国内一些学者开展的工作.另外,还列举一些研究问题和方向,最后重点展望青藏高原上空上对流层-下平流层区域的研究,因为该地区UTLS交换过程不仅具有显著区域特征,而且在全球平流层-对流层交换中可能有重要贡献.     

对流层顶气压与气温的年(代)际变率研究:冬季特征

利用NCEP／NCAR再分析月平均对流层顶气压、气温资料，研究了1979-2002年冬季全球对流层顶气压、气温的年际和年代际变率。选取了冬季对流层项变率最大的区域来定义气压指数、气温指数。通过分析得到：（1）全球对流层项气压、气温随纬度的增加而增高，但在整个热带地区和高纬度地区对流层顶气压、气温的分布较均匀。在分析时段内全球平均的对流层顶气压呈下降趋势，气温呈降低趋势。这些从全球资料得到的结果支持了已有的从部分探空资料所得到的结果。（2）对流层顶变率最大值出现在北半球的副热带地区，最小值出现在低纬度地区。气压指数和气温指数显示出准13a及准3～6a的周期。在1992年以前准3a的周期变化较强，1989年后准6a较强，显示出年际变化的年代际差异。对流层项气压与对流层顶气温在全球大部分地区都呈显著正相关，但在热带和副极地的部分地区相关较弱。对流层顶气压与对流层平均气温在全球大部分地区都呈显著负相关，但在极地地区有正相关关系，显示了对流层顶与对流层内部变化关系的复杂性。     

夏季云顶高于对流层顶事件对东亚天气型及上对流层-下平流层大气结构的影响

采用A-Train系列卫星的AURA/MLS水汽、温度资料,CALIPSO/CALIOP云物理资料,结合ECMWF气象再分析资料,分析了东亚地区云顶高于对流层顶事件(Cloud Top Above the Tropopause,CTAT)的区域分布,及其对上对流层-下平流层(Upper Troposphere and Lower Stratosphere,UTLS)水汽和温度结构的影响。结果表明:亚洲季风区的夏季CTAT发生率是30%~55%,为全球最强区域;东北亚的夏季CTAT发生率是15%~20%,为中纬度最强分布区。以CTAT为指标的合成结果表明:15~30°N的东亚-西太平洋UTLS,水汽呈"上干下湿"的异常分布,温度呈"上冷下暖"的异常分布,该结构与该区域热带气旋合成的结果一致,说明热带气旋是该区域CTAT形成的主要天气系统;35~50°N的东北亚UTLS,水汽呈"上干下湿"的异常分布,温度呈"上暖下冷"的异常分布,该结构与该区域温带气旋合成的结果一致,说明温带气旋是该区域CTAT形成的主要天气系统。     

北半球对流层上层遥相关型的涡度源,能源源与能量传播

基于ＥＣＭＷＦ１９８０～１９８８年的全球资料，研究了北半球对流层上层两个主要遥相关型（大西洋／欧亚型与太平洋／北美型）的涡度源，能量源及能量传播路径，结果表明，这两个遥相关型的涡度源和能量源分别主要位于北大西洋和北太平洋地区，遥相关型在北大西洋和北太平洋通过正压能量转换从气候平均流中吸收能量，然后从这两个地区将能量向外传播，以维持其水平遥相关结构。     

广西冬季极端气温与大气环流及海温场的遥相关

通过对广西1958-2006年88个代表站冬季（12月至次年2月）平均气温的EOF和REOF分析，探讨广西冬季气温异常冷暖年的时空分布结构特征。研究分析冬季气温前期和同期500hPa高度距平场和海温场的特征：异常偏冷年份的前期极涡较强，副高偏弱，亚洲西风带经向度较大，南亚高压较强；到冬季，亚洲中高纬经向环流继续加大，东亚大槽加深南移，南亚仍维持一浅脊。异常暖年的形势恰恰相反。拉尼娜年结束年易出现冬季气温异常偏冷年份，而厄尔尼诺年结束年易出现冬季气温异常偏暖年份。同时，黑潮区气温的变化对广西冬季气温异常有较好的指示作用。     

对流层与下平流层大气重力波的气候及差异特征研究——以太原为例

大气重力波对全球大气的动力、热力结构具有重要影响,研究重力波参数气候特征是研制全球大气模式中重力波参数化的一个重要环节,通过引入重力波的影响,有利于提高大气模式的预报能力。本文利用2014-2017年太原地区(112.55°E,37.78°N)高垂直分辨率探空资料,对其对流层(2～9 km)、下平流层(17～24 km)大气重力波参数的气候特征及其之间差异特征进行研究。结果表明:(1)在1-12月,相对于对流层,下平流层的平均重力波水平波长、周期、固有相速、能量上传百分比均偏大,垂直波长均偏小,但群速在2月、5-9月偏大,其他月份偏小;(2)对流层与下平流层之间的重力波参数偏差、绝对差较大,相关性弱;(3)对流层、下平流层的重力波参数及其之间的偏差,在不同区间范围内的占有率分布特征存在明显差异;通过研究太原地区上空对流层、下平流层大气重力波参数的气候及其之间差异特征,进一步补充了中国区域的大气重力波参数气候特征,有利于研制更适合中国区域数值预报模式的重力波参数化方案。     

广西冬季极端气温与大气环流及海温场的遥相关

通过对广西1958~2006年88个代表站冬季(12月至次年2月)平均气温的EOF和REOF分析,探讨广西冬季气温异常冷暖年的时空分布结构特征。研究分析冬季气温前期和同期500hPa高度距平场和海温场的特征:异常偏冷年份的前期极涡较强,副高偏弱,亚洲西风带经向度较大,南亚高压较强;到冬季,亚洲中高纬经向环流继续加大,东亚大槽加深南移,南亚仍维持一浅脊。异常暖年的形势恰恰相反。拉尼娜年结束年易出现冬季气温异常偏冷年份,而厄尔尼诺年结束年易出现冬季气温异常偏暖年份。同时,黑潮区气温的变化对广西冬季气温异常有较好的指示作用。     

北半球大气遥相关型冬夏差异及其与温度场关系的探讨

利用55年的NCEP/NCAR再分析资料, 采用合成分析等方法探讨了冬、 夏季北半球大气遥相关型的差异及其与温度场的关系。主要结果有: 北半球冬、 夏季典型的大气遥相关型具有很大的差异, 且大气遥相关路径的偏折与温度场的变化有密切的关系。北半球冬季, 呈经向型分布特征的大气遥相关路径在温度纬向梯度正负号发生改变处发生偏折; 而在北半球夏季, 由于温度场分布呈现纬向特征, 遥相关路径不易产生南北向的偏折, 从而使得异常中心基本上沿纬圈分布, 呈明显的纬向特征。此外, 由于冬季等温线南北起伏明显的区域往往位于东西方向海陆交界处, 因此冬季大气遥相关路径往往在东西向海陆交界处发生偏折。     

冬季西太平洋遥相关型的环流结构特征及其与我国冬季气温和降水的关系

用近55 a资料研究了冬季西太平洋遥相关型(WP)异常环流特征及其与我国冬季天气气候的关系。结果表明:冬季西太平洋遥相关型与我国冬季天气气候关系密切。高指数年500 hPa高度场亚洲大陆上空中高纬为负高度异常,中纬度西风偏强,环流呈纬向型,对应海平面气压场上西伯利亚高压偏弱,东亚冬季风偏弱;低指数年情况相反。冬季西太平洋遥相关指数与我国冬季气温和降水存在显著的大范围正相关,与气温的高相关区为我国东部、南部沿海及西南地区所形成的U型区域,而与降水的高相关区则主要分布在我国东部地区。     

夏季南亚高压与邻近上对流层下平流层区水汽变化的联系

利用1979-2015年ERA-interim月平均再分析资料,分析了夏季南亚高压（SAH）与邻近上对流层下平流层（UTLS）区水汽空间分布特征,讨论了二者的相关关系和因果联系。结果表明:（1）在对流层上层,水汽大值区位于南亚高压的东南侧,并随高度升高向西北倾斜到100 hPa,水汽大值中心基本位于南亚高压中心附近。（2）南亚高压偏强（弱）时,南亚高压东部UTLS区水汽显著偏多（少）,而南亚高压西北部水汽异常不显著。（3）南亚高压偏强（弱）时南亚高压中部UTLS区水汽偏多（少）可能与南亚高压对水汽的抽吸和对水汽输送屏障有关。（4）而南亚高压东南侧UTLS区水汽偏多（少）时南亚高压偏强（弱）可能与深对流输送的水汽潜热释放有关。      

北半球冬季大气环流遥相关的长期变化及其与我国气候变化的关系

研究北半球冬季大气环流遥相关型的长期变化发现：ＷＡ，ＰＮＡ型有明显趋势变化及年代际变化。ＷＡ型有明显负趋势，ＰＮＡ型有正趋势，它们的强度突变分别发生于１９８０年代初（ＷＡ型１９８３年由强转弱）及１９７０年代中（ＰＮＡ型１９７６年由弱转强）。与此同时，亚洲地区、亚欧地区的经向环流强度于１９８３年突然减弱。大气环流及遥相关型强度的这种年代际变化是中国冬季气候变化的一个重要原因。     

江苏冬夏极端气温与大气环流及海温场的遥相关

以江苏夏季最高气温和冬季最低气温场为例，研究海气耦合作用对区域气温场异常型态的影响，结果表明，江苏夏季最高气温受到同期海气耦合作用的影响较明显，冬季最低气温受同期海气耦合作用的影响较少；从一定意义上说，夏季最高气温的降低是由于东太平洋遥相关型强度的变化及同期北太平洋海温距平分布型的强度加强所致，而冬季最低气温的升高则是由于WA型及欧亚大陆上空环流型强度的变化及同期北太平洋海温距平分布型的强度减弱所致。     

冬季亚欧500hPa高度与下表面温度异常的大尺度相关型

使用NCEP／NCAR再分析资料，分析了冬季欧亚地区500hPa高度距平场与下表面温度距平场间的大尺度相关空间型，结果表明，两个场整体相关程度远高于随机水平，得到4对显著的耦合空间型，解释两场间协方差平方和的86％和各自方差的58％和38％，反映500hPa环流两种不同纬带的纬向环流异常和两种不同形态的经向环流异常，两个场距平之间的配合是受静力平衡关系支配的，秋季的表面温度异常能给出中低续500hPa高度距平符号的信息。