夏季低空越赤道气流与ENSO的关系

利用NCEP/NCAR风场和海温等资料,分析了东半球夏季低空各支越赤道气流与ENSO循环的关系及其年代际变化,结果表明:东半球夏季低空越赤道气流强度的年际变化和ENSO循环密切相关,ElNino年夏季马斯克林高压减弱,导致索马里越赤道气流变弱,而澳大利亚高压加强, 105°E及其以东的越赤道气流明显加强,LaNina年则相反;夏季越赤道气流与ENSO的年际关系具有年代际变化特征,索马里越赤道气流与ENSO的关系在 20世纪 70年代末变弱,而 105°E及其以东的越赤道气流与ENSO的关系在 20世纪 60年代末增强。     

东半球夏季低空越赤道气流的年际变化

利用1948—2006年NECP/NCAR的风场、高度场、海平面气压场以及地表温度再分析资料,采用相关分析、合成分析及回归分析等方法,探讨了东半球夏季低空越赤道气流的年际变化特征以及越赤道气流强度与环流系统和前期海陆热力差异的关系。结果表明,越赤道气流强度的年际变化和同期南北半球低纬环流系统,特别是亚澳大陆气压差关系密切。此外,索马里急流和孟加拉湾越赤道气流受海陆热力差异的影响,而东亚越赤道气流则主要受海温影响。     

1950—2009年夏季菲律宾低空越赤道气流的变化特征

利用1950—2009年NECP/NCAR的月平均经向风再分析资料,根据夏季(6—8月)菲律宾低空越赤道气流的特征,定义了该支气流的强度指数IS和位置偏移指数IL,并根据这两个指数分析了菲律宾越赤道气流的时间变化特征及对应的环流特征,以及其与亚洲夏季降水的关系。结果表明,IS主要呈现弱、强、弱、强的年代际变化特征,IL主要呈现振荡、稳定、径直转向的年代际变化特征。IS与由低层澳大利亚高压北侧冷空气活跃和西太平洋副热带高压减弱所造成的经向气压梯度的变化有关,IL与澳大利亚地区和赤道低槽区高、低层的南北气压梯度有关。IS与印度尼西亚、孟加拉湾南部、热带西太平洋和澳大利亚东部的降水关系密切,IL与孟加拉湾和中国南海南部的降水关系密切。此外,IL与澳大利亚上空的垂直运动具有密切联系。     

夏季南海低空越赤道气流变化与亚澳季风区降水异常的联系

基于1979—2014年ERA-Interim逐月风场和水汽通量资料及GPCP逐月降水率资料,采用相关分析及合成分析等方法研究了夏季南海低空越赤道气流的变化特征及其与亚澳季风区降水异常的联系。结果表明:1)夏季南海低空越赤道气流强度的年际变化特征明显,具有3~4 a的周期。2)夏季南海低空越赤道气流强度变化与热带东印度洋和海洋性大陆区域降水异常具有显著的负相关关系、与热带西太平洋降水异常存在明显的正相关关系、与我国中部地区降水异常存在较好的负相关关系。3)当夏季南海低空越赤道气流强度偏强时,850 hPa上自阿拉伯海向东一直延伸到热带西太平洋为西风异常,这种环流形势有利于热带西太平洋出现水汽辐合,使得该区域降水出现明显偏多,同时热带东印度洋低层为东风异常,受其影响,热带东印度洋和海洋性大陆区域出现水汽辐散,使得该区域降水偏少;此外,在我国东南沿海为一个气旋式风场异常,不利于来自热带海洋的水汽输送到达我国中部地区,使得该地区降水偏少;反之亦然。4)当夏季南海低空越赤道气流偏强时,东亚地区局地Hadley环流表现为异常偏弱,低空偏南越赤道气流异常在20°N附近与来自北半球的冷空气交汇上升,赤道附近及30~40°N地区出现异常下沉运动,使得热带海洋性大陆区域和我国中部地区降水减少;反之亦然。     

越赤道气流与西北地区东部夏季降水的联系

利用1951-2002年NCEP／NCAR再分析月平均气候资料和西北地区东部夏季降水资料，研究了越赤道气流的年际变化及其对西北地区东部夏季降水的影响。结果表明，自1951年以来，越赤道气流总量呈增强趋势，且持续性好；索马里急流是最主要的越赤道气流，且比较稳定，它是影响西北地区东部夏季降水的重要环流因素。     

夏季索马里越赤道气流垂直结构的年代际变化

基于1950—2010年美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析月平均资料、哈得来中心月平均海温资料,定义夏季索马里越赤道气流（简称SMJ）垂直结构指数VS₁和VS₂,分别表征索马里越赤道气流全区一致、上下反相两种分布型。接着利用合成分析、奇异值分解方法探讨夏季索马里越赤道气流垂直结构的年代际变化,寻找可能影响其变化的环流因子和海温信号,并进一步分析垂直结构与亚洲夏季风活动的年代际关系,主要结论如下：（1）两个指数在年代际尺度上的阶段性变化特征十分显著,VS₁在20世纪80年代中期发生由负转正的年代际变化;VS₂在70年代初和90年代中期分别发生由负转正、由正转负的年代际变化。（2）合成分析表明,VS₁和VS₂的年代际变化与同期大气环流联系紧密,南极涛动可能是影响VS₁年代际变化的一个重要因子。（3）印度洋海温变化可能对夏季索马里越赤道气流两类垂直结构的年代际变化起调控指示作用。VS₁的年代际变化与夏季全印度洋海温增暖的趋势是一致的,VS₂与夏季南印度洋偶极型振荡事件关系显著。（4）高VS₁年代里,印度半岛至中南半岛夏季风偏弱,纬向水汽供应减少,降水偏少,东亚夏季风亦偏弱,使得华北地区纬向和经向水汽输送均偏弱,同时水汽辐合减弱,华北地区偏旱,而在江南地区由于水汽辐合,降水偏多;反之亦然。高VS₂年代,东亚季风区内中国西南、华南地区夏季风减弱,使得经向和纬向水汽输送均偏弱,水汽供应减少,因此华南、西南地区偏旱,日本地区夏季风偏弱,西风水汽输送亦偏弱,降水亦偏少,反之亦然。     

索马里越赤道气流对越南降水变化的影响

基于1979-2002年CMAP全球降水资料和NCEP／NCAR再分析资料，研究了越南降水的季节和年际变化特征及其受索马里越赤道气流的影响。结果表明，越南南北方降水具有不同的季节和年际变化特征，南方降水主要集中在夏季和秋季，且夏、秋季降水的变化呈反位相关系，而北方降水则集中在夏季。夏季索马里气流与同期及后期越南南方降水有很好的相关性，同期为显著的正相关，后期为显著的负相关。相对而言，索马里越赤道气流和越南北方降水的关系不显著。另外，夏季赤道印度洋西风与越南夏秋季降水的相关与索马里气流类似，表明索马里越赤道气流可能是通过改变纬向水汽输送来影响越南南方降水。     

低空越赤道气流的研究进展

越赤道气流是南、北半球物质、能量交换的主要通道,其强弱对夏季风爆发、台风的发生及中国降水等有重要影响。简要回顾了低空越赤道气流强弱突变对亚洲夏季风爆发早晚、西太平洋副热带高压脊线北抬位置、西北太平洋地区台风生成多寡及中国夏季降水影响的研究进展,并简要讨论了越赤道气流研究中存在的问题及未来的研究前景。     

索马里越赤道气流与淮河流域夏季降水关系的年代际增强

基于1961~2016年淮河流域172个测站逐日降水资料,分析了淮河夏季降水的多时间尺度变率,发现其具有显著的准两年周期,1990年代以来亦呈现出明显的年代际变化。EOF分析结果显示,淮河夏季降水的异常主要表现为全流域一致偏多或偏少型（第一模态）,其方差贡献高达37%。相比于长江中下游地区,淮河夏季降水与东亚500 hPa位势高度场上的EAP遥相关型关系很弱,但和对流层低层西南水汽输送有更好的对应关系,表现为从索马里半岛至淮河流域的多个正负交替的相关波列。这一波列表明当索马里越赤道气流加强时,通过热带印度洋西风的纽带作用加强了进入淮河流域的西南暖湿气流,并在淮河上空低层形成水汽辐合,造成淮河多雨,反之当索马里越赤道气流强度弱时,淮河夏季降水偏少。索马里越赤道气流和中国台站降水的空间相关同样显示出最显著的相关区位于淮河流域。进一步的分析发现,研究时段内二者关系并非稳定维持,而是表现出显著的年代际变化,近二十年来索马里越赤道气流对淮河流域夏季降水的影响明显增强,且在季节预测上的指示意义也在增强。这一增强的可能原因是索马里越赤道气流与流域南侧的经向水汽输送和西侧的纬向水汽输送的关系均发生了年代际反转,并且这两条水汽输送带对流域夏季降水的影响发生了年代际增强。     

南极海冰与南半球大气环流关系的初步探讨

本文利用１９７３—１９８２年南极海冰北界资料，分析了南极海冰平均北界（海冰范围）的变化及其与南半球大气环流变化间的联系。１９７６年前，南极海冰平均北界偏北（海冰范围扩大），而１９７７年－１９８０年，南极海冰平均北界偏南（海冰范围缩小）。与此相对应，这两个时期的南半球大气环流具有明显不同的特点。在南极海冰平均北界偏北、海冰范围扩大时期，南极高压和绕极低压带偏弱，南半球中高纬度地区槽脊位置偏西，南印度洋和南大晒洋副热带高压偏弱，南太平洋副热带西凤减弱、中纬度西风加强，而南太平洋副热带高压和印度尼西亚低压带发展，南方涛动处于正位相阶段；在南极海冰平均北界偏南、海冰范围缩小时期，则相反。分析表明，南方涛动与南极海冰之间存在相互联系，并以南极海冰超前南方涛动约２个月时的关系最好，其次是南极海冰落后南方涛动４个月。     

不同年代际背景下南半球环流变化对中国夏季降水的影响

利用1951～2008年NCEP再分析资料和中国夏季降水观测资料,分析了南半球环流的年代际变化特征以及在不同年代际背景下南极涛动(AAO)对中国东部夏季降水的影响.结果表明,20世纪70年代末,南半球环流发生了年代际变化,东南太平洋和南大西洋副高减弱,而马斯克林高压(南印度洋副高)增强,绕南极低压带加深.在此背景下,AAO由负位相转变为正位相,对中国夏季降水的影响也随之发生改变.在春季AAO偏强的情况下,1976年之前,长江以南地区和华北地区降水偏多,江淮流域降水偏少;而在1976年之后,从华南沿海一直到江淮流域降水都偏多,华北到东北地区降水偏少.这说明AAO对中国夏季降水的影响与年代际背景有关,1976年之后,AAO对中国夏季降水的影响增强,影响范围更加偏北.在当前海温预报因子作用减弱的情况下,AAO有可能成为中国夏季降水预测的一个重要预报因子.     

有关南半球大气环流与东亚气候的关系研究的若干新进展

南半球大气环流是全球大气环流的重要组成部分,也是影响气候变化和亚洲季风系统的一个重要因素.中国气象学家很早就注意到南半球大气环流对东亚夏季风降水的影响.近年来,有关南半球气候变率的研究目前正受到世界气象学家越来越多的关注.南半球中高纬大气资料的丰富及南极涛动的确定,使得认识南半球高中纬环流的年际变动规律及其与东亚气候关系成为可能.本文主要介绍近年来有关南极涛动的年际变化与沙尘天气发生频次及东亚冬春季气候的关系,古气候资料揭示的南极涛动与华北降水的关系,以及南半球大气环流与长江中下游夏季降水的关系和南极涛动变率的可预测性等方面的研究进展.并对未来研究方向作了初步的展望.     

华北春季沙尘暴频次与环流年际变率的相关分析

分析了近40年来华北春季沙尘暴频次与前秋、前冬和当年春季大尺度大气环流因子的关系,重点是检查年际尺度上的相关。结果表明,年际尺度上与沙尘暴频次有密切关系的环流因子包括:春季太平洋/北美遥相关型(PNA)、春季北太平洋指数(NP)、冬季亚洲区极涡面积。前者为正相关,后二者为负相关。这与用包含低频变率的原始序列进行分析的结果有很大的不同。原始序列分析的结果表明,与华北沙尘暴频次有关的环流因子主要是春季太平洋准10年振荡(PDO,为负相关),春季北半球极涡面积和亚洲区极涡面积(正相关)、前冬西大西洋型(WA,为正相关),以及前秋亚洲区极涡面积(正相关)。说明在不同时间尺度上,大气环流因子有不同的作用。此外,除了PNA、NP和亚洲区极涡面积外,年际尺度上ENSO及WA也可能对沙尘暴频次存在适度的影响。年际尺度上春季12个环流因子对春季沙尘暴频次的方差贡献率为65.3%。     

澳大利亚东侧环流及海温异常与长江中下游夏季旱涝的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、NOAA的SST资料和1951～2005年中国160站月降水总量资料,研究了南极涛动,特别是澳大利亚东侧的环流及局地海温异常与长江中下游夏季旱涝的关系。研究发现,澳大利亚东侧位势高度异常与长江中下游夏季降水存在显著正相关,并由此定义了一个澳大利亚东侧位势高度指数（GHIEA）。当GHIEA指数偏大（小） 时,也即澳大利亚东侧位势高度偏高（偏低）,这种气压异常扰动可能通过Rossby波传播到北半球副热带地区,形成南北半球高度场的遥相关,使我国南海至菲律宾北部副热带地区位势高度增加（减小）,也即副高较强（弱）且偏南西伸（偏北偏东）,从而造成长江中下游地区降水偏多（少）。夏季南极涛动与长江中下游夏季降水的显著相关的原因主要是澳大利亚东侧局地位势高度异常造成的。澳大利亚东侧位势高度偏高（低）,南极涛动指数（IAO） 也随之偏大（小）,澳大利亚东侧位势高度异常通过南北半球高度场遥相关影响到北半球副热带地区的大气环流, 进而使长江中游夏季降水偏多（少）。另外,从局地海温异常角度也能部分解释澳大利亚东侧位势高度异常与长江中下游夏季降水存在显著正相关的可能成因:当澳大利亚东侧局地海域SST偏高（低）时,对应GHIEA指数偏高（低）,也即澳大利亚东侧位势高度偏高（低）。同时,当澳大利亚东侧局地海域SST偏高（低）时,南海地区SST也易于偏高（低）,使西太平洋副高较强并偏南西伸（较弱并偏北偏东）,从而造成长江中下游降水偏多（少）。     

“丝绸之路”模态与东亚夏季环流的关系分析

基于1979—2015年ERA-Interim再分析资料,分析了夏季"丝绸之路"(the Silk Road,即SR)模态与东亚地区大气环流之间的联系,结果表明:在SR模态正异常年,200 hPa亚洲急流在东亚地区比较弯曲,在中国新疆和环渤海地区500 hPa上分别有一个高度脊和一个高度槽,在蒙古国、中国内蒙古以及日本以东500 hPa上有显著的位势高度正异常,风场异常与高度场配合较好。在对流层中低层的中国北方,有明显的下沉气流,在中国内蒙古、蒙古国以及日本以东,出现位涡负异常,而在朝鲜半岛附近,则有位涡正异常出现。中国环渤海地区降水偏少,而日本大部分地区降水偏多。在SR模态负异常年,200 hPa急流相对平直且更强,500 hPa的波列特征比正异常年更加显著,在中国内蒙古和蒙古国、朝鲜半岛、日本以东分别有"-、+、-"分布的位势高度场异常。与正异常年相比,位于东亚135°E附近的正异常中心变得显著,在该异常中心的西侧和东侧分别有上升和下沉异常气流,对应在朝鲜半岛和中国东北附近有较大的位涡负异常。在环渤海、朝鲜半岛南部和日本、日本以东洋面上,降水分别出现偏多、偏少和偏多现象。     

华北盛夏降水年代际变化与南半球环流异常的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国160个台站降水资料,分析了华北盛夏降水与南半球马斯克林高压、澳大利亚高压的年际关系。结果表明,华北盛夏降水和马高、澳高在年际变化尺度上都有着显著的负相关关系,且这种关系存在年代际变化,并重点分析了与华北盛夏降水年代际变化相对应的南半球环流异常型的特征。     

北半球春季大气臭氧年际变化特征及其对大气温度和环流场的影响

北半球春季中高纬地区大气臭氧总量具有明显的年际变化，正（负）异常时，与其相应对的流层平均温度、位势高度场均为负（正）异常，平流层异常情况相反，北大西洋地区大气臭氧年际异常与其他地区正好相反，这是区别大气臭氧与其他温室气体影响的重要标志。     

夏季长江中下游和华南两类雨型的环流特征及预测信号

利用中国南方66站降水观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用经验正交函数分解（EOF）、合成分析和相关分析等方法,对夏季长江中下游和华南两类雨型进行了划分,对比分析了两类雨型同期大气环流和前期海温及环流的差异,以探讨两类雨型的形成机制及前期预测信号。结果表明:20世纪80年代之前华南型出现的频次较高,之后长江中下游型出现频次增多;长江中下游型年西太平洋副热带高压（副高）偏强偏西偏南,东亚夏季风（EASM）偏弱,副热带西风急流位置偏南,乌拉尔山阻塞高压（乌阻）和鄂霍次克海阻塞高压（鄂阻）较强,欧亚中高纬以经向环流为主,冷暖空气在长江中下游辐合,导致长江中下游降水偏多;华南型年大气环流与长江中下游型年大体相反,登陆华南的台风偏多,冷暖空气在华南地区辐合,导致华南地区降水偏多;其中副高的脊线位置和中高纬阻塞强弱是长江中下游型和华南型形成的关键因素。两类雨型前期海温分析表明,长江中下游型年,前冬赤道中东太平洋和印度洋偏暖,为典型的东部型El Ni?o,副热带南印度洋偶极子（SIOD）呈负位相,春季El Ni?o衰减,SIOD负位相也减弱,但印度洋持续增暖;华南型年,前冬和春季的海洋演变与长江中下游型年大体相反;关键区域海温与长江中下游夏季降水（YRR）和华南夏季降水（SCR）的年际关系存在年代际变化,YRR和SCR与前冬Ni?o3.4指数、SIOD指数和春季热带印度洋全区一致海温模态（IOBW）指数的相关关系在80年代之后逐步减弱,这主要是由于这三个关键海温指数与EASM及副高脊线的相关关系在80年代之后逐步减弱;两类雨型前期大气环流差异分析表明,春季大气环流的差异性要比前冬显著,长江中下游型年,春季副高、南海副高、马斯克林高压（马高）、澳大利亚高压（澳高）均偏强,大西洋欧洲区极涡强度偏弱,北太平洋涛动（NPO）呈正位相;华南型年春季的关键环流系统异常不明显,仅大西洋欧洲区极涡强度偏强,NPO呈负位相。前期海温演变及春季大气环流关键系统的异常可以作为两类雨型年的一些预测信号。     

观测分析非洲南部地区土壤湿度异常对南半球大气环流的显著影响

本文基于44年ERA40再分析月平均土壤湿度资料和大气环流变量场资料,去除ENSO遥相关以及趋势影响后,利用滞后最大协方差方法分析非洲南部地区土壤湿度分布与南半球大气环流异常之间的线性耦合。第一最大协方差模态的结果表明:在南半球冬季（Jun-Jul-Aug,6～8月）和夏季（Jan-Feb-Mar,1～3月）,大气中类似南极涛动（Antarctic Oscillation,简称AAO）正位相的环流型与超前月份（最长时间达到5个月）的非洲南部地区土壤湿度的异常分布显著相关。基于土壤湿度变率中心的线性回归分析方法证实非洲南部地区其北部土壤湿度正异常、中南部土壤湿度负异常的空间分布对后期夏季和冬季的大气有显著的反馈作用。诊断结果显示由于夏秋季节和春季初夏非洲南部地区土壤湿度异常均有显著的持续性,同时对后期AAO产生持续增强作用,所以滞后最大协方差方法可以检测出它们对后期AAO的显著影响。以上非洲南部地区土壤湿度异常超前于南极涛动的信号,将有助于加强对土壤湿度反馈机制及其对南半球大尺度环流变率影响的认识。