空间非均匀加热对副热带高压带形成和变异的影响Ⅰ:尺度分析

利用全型垂直涡度倾向方程,讨论了空间非均匀非绝热加热（Ｑ）对副热带高压形态变异的影响。通过简单的空间尺度分析指出,Ｑ的垂直非均匀分布比其水平非均匀分布对副热带高压带断裂成闭合中心的影响更大。在时间尺度较长时,低空的β效应和高层的涡度平流对副热带高压形态的形成有重要作用。在它们影响下,低空副热带高压出现在表面感热加热西侧、深对流凝结加热东侧;而高空副热带高压出现在表面感热加热的东侧、深对流凝结加热的西侧     

空间非均匀加热对副热带高压形成和变异的影响Ⅱ:陆面感热与东太平洋副高

在文献［４］尺度分析的基础上,通过对 Ｎ Ｃ Ｅ Ｐ／ Ｎ Ｃ Ａ Ｒ 月平均资料的分析,并利用 Ｉ Ａ Ｐ／ Ｌ Ａ Ｓ Ｇ Ｇ Ｏ Ａ Ｌ Ｓ全球气候模式进行模拟和试验,研究了东太平洋北美地区副热带高压主体的形成及变化规律。基于全型垂直涡度方程的诊断分析指出,北美陆地的表面感热通量是决定该地区副热带高压中心位置及其季节变化的关键因素。数值模拟和敏感性试验进一步表明,夏半年陆面感热加热是导致１０００ ｈ Ｐａ 太平洋副热带高压及５００ ｈ Ｐａ 北美副热带高压形成和变化的最重要原因。     

1998年夏季西太副高活动与凝结潜热加热的关系

利用1998年南海季风试验逐日再分析资料,分析了1998年夏季梅雨期内凝结潜热加热对西太平洋副热带高压(下称西太副高)中短期活动的影响。结果表明,不同位置的凝结潜热加热对西太副高的作用是不同的:当西太副高西侧的降水在它的边缘发生时,释放的凝结潜热加热可能迫使西太副高东退,离它较远处的降水则可能诱使西太副高西伸;西太副高北侧降水释放的凝结潜热加热将阻止它北进;南侧降水则有推动西太副高北进的作用。当南北两侧的凝结潜热加热等强度时,它原地不动,但强度增强,达到一定强度时西伸;若某一侧加热强度减弱,西太副高则有向该侧移动的趋势。     

南亚季风区加热影响副高的数值试验

就一次出梅时西太平洋副热带高压的北进过程,从加热场角度用数值试验的方法研究了南亚季风区对副高活动的影响,并利用统计方法进行了显著性检验。结果表明：南亚季风区正的加热增强将激发出一支自最大加热中心向东北方向传播的波列,至第3天将在日本到华北建立一强正区平中心,从而有利副高增强。此外,还比较了南亚季风区加热与副高南侧热带辐会带加热对副高影响的差异。结果认为：南亚季风区正加热更有利于副高北进,而副高南侧热带辐合带正加热更有利于副高西伸;从影响副高的时间来看,南亚季风区正加热在第3天便使副高增强,而副高南侧热带辐合带正加热的作用偏晚,在第5天影响才明显起来。     

夏季南亚高压与西太平洋副热带高压的相关性分析

利用1951—2010年NCEP/NCAR再分析月平均资料研究夏季南亚高压与西太平洋副热带高压(简称西太副高)的相关性。结果发现,夏季南亚高压与西太副高的联系密切,年际尺度上强度指数之间的显著正相关关系相对稳定,两者同时偏强(简称同强)与同时偏弱(简称同弱)的模态超过70%。当南亚高压与西太副高同强(同弱)时,西风急流偏强(偏弱),高纬度地区大气环流呈经向(纬向)型,太平洋EAP遥相关为正(负)位相。贯穿对流层中上层的中纬度纬向西风与高压强度异常有密切的联系,西风急流可作为中纬度地区连接两者作用的纽带。青藏高原与太平洋地区对流层的温度差异分布对当地的环流系统造成很大影响,高原热力异常和海温异常联系着高压系统的演变。南亚高压、西太副高的异常影响了整体东亚大气环流的配置,是了解不同纬度系统相互作用的又一着眼点。     

副热带高压和对流潜热加热与南海台风的耗散及维持

利用自适应网格模式对９５０５号及９６１８号南海台风进行了数值模拟及试验,试验结果表明：南海台风的耗散主要与副热带高压加强有关,地形的影响较小。副高的活动对台风的加强与减弱十分敏感,当副高减弱时台风加强,副高加强时台风减弱。潜热释放是台风维持的主要因子。副高强度与潜热加热的大小成反比。分析发现,台风登陆后若与西风槽接近,则有利于台风维持。     

2003年夏季异常天气与西太副高和南亚高压演变特征的分析

通过入梅前后东亚环流与多年平均的对比,表明2003年夏季我国东部旱涝分明、长江以南高温少雨、淮河流域持续多雨、强降水过程频繁等特点是与西太平洋副热带高压(下称西太副高)活动特征有关。该年副高偏强、位置异常偏西,垂直结构呈现较强的动力性特征,即低层为辐散下沉运动、高层为辐合,脊线随高度向北倾斜。副高西北侧的梅雨锋区强,且风切变明显。动力和热力诊断结果表明,200 hPa南亚高压脊线以北东传的负涡度平流产生的辐合下沉运动,有利于对流层中下层副高的加强西伸。500 hPa副高西北侧的雨带位置与对流层上层副热带急流的位置和东伸的南亚高压对应。高层西风带和南亚高压的动力作用也会引发副高短期的东西振荡。降水区对流层高层产生的潜热释放,使副高西北侧加热率垂直方向的非均匀分布增加,导致了副高加强西进。热带天气系统的活动,对副高维持和加强也有不可忽视的作用。正是西风带、副热带和热带系统相互作用,动力和热力因素的综合影响,造成了该年副高及其所带来的天气异常。     

南亚高压与西太平洋副热带高压经纬向位置配置对中国东部夏季降水的影响

利用1951—2016年逐月中国160站降水资料、NCEP/NCAR全球大气再分析资料和NOAA_ERSST_V4海表温度资料,分析了南亚高压与西太平洋副热带高压(西太平洋副高)经、纬向位置的关系及其位置配置对中国东部夏季降水的影响,结果表明:(1)南亚高压与西太平洋副高在纬向上的东西进退存在明显的反相关系,在经向上主要存在一致变化的特征,并依此定义了纬向、经向位置指数。纬向位置指数大(小)表示南亚高压与西太平洋副高纬向上距离远(近),经向位置指数大(小)表示两高压经向位置均趋于偏北(南);(2)纬向位置指数与我国华北、华南沿海地区降水呈显著正相关,而与长江中下游、东北北部地区降水呈显著负相关;经向位置指数与我国华北、东北南部地区降水呈显著正相关,而与我国江南、华南地区降水呈显著负相关;(3)南亚高压与西太平洋副高的经向、纬向位置指数与关键海区的前期春季、同期夏季海表温度均有显著的相关,热带太平洋-印度洋、北印度洋、中东太平洋前期春季、同期夏季海表温度与南亚高压东脊点呈显著正相关,与南亚高压脊线及西太平洋副高西脊点均呈显著负相关,而北太平洋海表温度主要与西太平洋副高脊线呈显著正相关。      

夏季南亚高压及西太平洋副热带高压强度变化与前期海温异常的关系

本文利用1951—2010年NCEP/NCAR再分析月平均资料研究了热带海表面温度对南亚高压与西太平洋副热带高压发展变化的影响,得到以下主要结论：在两高压强年与暖海温年(两高压弱年与冷海温年)里,冬、春两季赤道印度洋、太平洋海温距平呈现显著的正?负?正(负?正?负)的厄尔尼诺(拉尼娜)现象,中南半岛附近的对流层高层产生异常西风(东风)气流,有利于(不利于)南侧异常反气旋环流的产生,从而促进（阻碍）南亚高压发展;菲律宾海域的对流层产生异常下沉(上升)气流,有利于(不利于)西北侧异常反气旋环流的产生,从而促进(阻碍)低层西太副高的发展。夏季,热带印度洋的暖海温（冷海温）有效地增加（降低）了当地的对流效应,使大气对流层温度增暖（减低),影响南亚高压与西太平洋副热带高压的发展。     

南亚高压与西太平洋副热带高压对我国西南地区夏季降水异常的影响

利用1961～2010年全国台站观测资料中逐日平均降水资料,及同期NCEP／NCAR再分析资料,通过统计方法,研究分析了南亚高压东脊点和西太平洋副热带高压西脊点对我国西南地区夏季区域降水的影响。分析得到：对于1961～2010年我国西南地区夏季降水异常,南亚高压与西太平洋副热带高压其东西脊点之间的经距,在31候、36～37候以及45～46候,体现出明显异常特征。特别是涝年和旱年对比中,在这3个时段上存在明显差异。并且发现,31候时南亚高压东脊点与西太平洋副热带高压西脊点之间经距,与前一年的差距越大,我国西南地区该年夏季降水偏多,特别是中部与东部,效果更为显著。     

空间非均匀加热对副热带高压带形成和变异的影响Ⅰ:尺度分析

利用常规观测资料、地面自动站资料、多普勒天气雷达资料和FY-2D、FY-2E卫星云图资料等,对江苏2010年8月18日和23日两次发生在副热带高压脊线附近强对流天气进行对比分析。结果表明：(1)在副热带高压控制下,当有足够强的抬升机制时,500 hPa副热带高压脊线附近也会触发强对流天气,强对流天气发生在925 hPa切变线和地面辐合线附近。(2)两次强对流天气发生前大气层结不稳定,呈上干下湿状态分布;这两个个例显示雷暴大风强对应于中高层大气干,而短时强降水强对应于低层湿层厚。(3) 18日近地层强动力抬升作用,触发了对流风暴;23日抬升凝结高度、自由对流高度及对流温度较低,且没有对流抑制能量,边界层动力抬升和地面热力抬升共同作用触发了对流风暴。(4)多普勒天气雷达径向速度图上出现低空辐合,早于对流风暴新生时间,且低空辐合随时间持续或增强,有利于局地对流风暴的新生和发展,这对临近预报预警有一定的参考意义。

     

夏季季风降水凝结潜热释放效应对西太平洋副高形成和变异的影响

通过分析 1 998- 0 5～ 1 998- 0 8再分析资料 ,得知夏季西太平洋副高的准定常结构和瞬变结构有着显著的不同。月平均西太平洋副高中心为上升气流 ,逐日资料则表现出下沉气流 ,下沉气流主要是由西太平洋副高北侧雨带中降水潜热释放效应所致的上升气流在高空下沉产生的。据此认为夏季中国华东、华南地区的季风降水凝结潜热释放所致的上升气流在西太平洋副高中心区的下沉运动是西太平洋副高维持和发展的重要原因。将逐日西太平洋副高面积、西伸指数与对流降水率资料进行了滞后相关分析 ,结果表明西太平洋副高的西伸与外围雨带之间存在着显著的相互影响。     

2003年7月西太平洋副热带高压变异及中国南方高温形成机理研究

运用全型垂直涡度倾向方程理论, 研究了空间非绝热加热在垂直方向的变化对2003年7月副高强度和位置变异的影响.结果表明: 副热带地区的非绝热加热对副高的强度和位置的变化有极其重要的影响.与气候平均状况相比较, 2003年7月副高北侧、西侧非绝热加热的垂直变化异常偏强, 而南侧、东侧较常年异常偏弱.这种异常的非绝热加热状况导致我国江南到副热带西太平洋地区呈现带状的异常反气旋性涡度制造, 使得7月副高偏强偏西.     

太平洋副热带高压及南亚高压在NCEP/NCAR和ECMWF再分析资料中的对比研究

利用NCEP/NCAR和ECMWF 1961～2000年北半球逐月平均的500 hPa和100 hPa高度场再分析资料对影响我国天气、气候的重要系统--北半球西太平洋副热带高压以及南亚高压做了对比研究,发现两者在不同的再分析资料中虽然具有一定的相似性,但也存在着明显的区别.在1980年以前两者存在较大差异.NCEP/NCAR再分析资料分析出的副高明显偏弱,而其所反映的副高的变化在幅度和强度上均大于ECMWF再分析资料的结果.进一步分析发现,NCEP/NCAR再分析资料所得出的副高的年代际变化可能是不真实的.在1969年、1979～1991年间,NCEP/NCAR再分析资料中的南亚高压中心强度明显比ECMWF的强,特别是1992～1995年间,NCEP/NCAR再分析资料中的南亚高压中心强度更强且中心范围更大.此外,NCEP/NCAR再分析资料所反映的南亚高压的变化在幅度和强度上也都大于ECMWF再分析资料的结果.     

西太平洋副热带高压耦合模态对台风生成的影响

西太平洋副热带高压(西太副高)是影响东亚夏季气候的主要环流系统。利用再分析资料和美国联合台风预警中心的热带气旋最佳路径资料,研究了西太副高耦合模态对西北太平洋7—9月的台风生成的影响。结果表明:西太副高耦合模态与西太平洋地区的台风生成有显著抑制作用,且主要发生在西北太平洋北部;当西太副高偏强(弱)时,西北太平洋地区的台风生成频数偏少(多)。进一步研究表明西太副高耦合模态可以通过调节影响台风生成的850hPa涡度、垂直速度、600hPa相对湿度、垂直风切变等关键大尺度环境参数进而影响台风活动。     

热力适应、过流、频散和副高II.水平非均匀加热与能量频散

利用位涡方程和热力适应原理，讨论了因非绝热加热的空间不均匀性导致的大气 动力特征的变化，进一步阐明了副热带地区的深对流凝结潜热加热的垂直非均匀性使副热带高压在中低空出现在热源区以东，在高空出现在热源区以西。在此基础上，深入研究了水平非均匀加热对大气环流的影响。结果表明加热区以北，虽然非绝热加热消失，但存在加热的水平梯度在西风环流的背景下在高低层造成深厚的负涡度强迫。因而高层热源北部边界附近的西风向南偏转进入加热区，造成加热区北部边界及其以北发生次级辐散；低层热源区的南风发生反气旋偏转，汇入加热区外的西风气流中，造成低层加热区北部边界及其以北发生次级辐合。结果该区域产生了垂直上升运动及负的涡度强迫源，对应着异常强烈的反气旋环流。该负涡度强迫源还通过能量频散，在西风带中以Rossby波的形式向中高纬传播，影响中高纬地区的异常环流型。     

夏季季风降水凝结潜热释放效应对西太平洋副高形成和变异的 …

通过分析１９９８－０５～１９９８－０８再分析资料,得知夏季西太平洋副高的准定常结构和瞬变结构有着显著的不同。月平均西太平洋副高中心为上升气流,逐日资料则表现出下沉气流,下沉气流主要是由西太平洋副高北侧雨带中降水潜热释放效应所致的上升气流在高空下沉产生的。据此认为夏季中国华东、华南地区的季风降水凝结潜热释放所致的上升气流在西太平洋副高中心区的下沉运动是西太平洋副高维持和发展的重要原因。将逐日西太平洋     

西太平洋副热带高压位置对华北盛夏降水的影响

应用1958～2002年NCEP/NCAR 500 hPa冉分析资料,分析夏季逐日西太平洋副热带高压在110°～130°E、20°～50°N区域脊线活动情况.发现盛夏(7～8月)副高在588 dagpm以上、脊线在30°N以北的日数与华北降水有大范围正相关区,中心相关系数0.561(显著性水平为0.001).分析发现西太平副热带高压越过30°N的初日(连续3天副高脊线越过30°N的首口)早晚与华北盛夏降水量显著相关,初口与华北盛夏的平均降水量相关系数为-0.385,即副高北上早华北盛夏降水多,反之副高北上晚华北盛夏降水少.110°～130°E区域副高脊线越过30°N的日数和初日能更好地描述西太平洋副高与华北乃至我国东部盛夏降水的关系,对实际业务工作具有重要意义.     

1998年7月南亚高压影响西太平洋副热带高压短期变异的过程和机制

利用逐日NCEP/NCAR再分析资料,对1998年7月二度梅期间南亚高压影响西太平洋副热带高压短期变异的过程和作用机制进行了诊断.结果发现,梅雨间歇期副高单体异常向西、向北发展期间,高层南亚高压曾离开高原上空东移(伸)至120°E以东;南亚高压返回高原上空时,中层副热带高压减弱南落,两者有相向然后相背移动的趋势.进一步研究这两个高压系统密切关联的原因又发现,南亚高压通过两种作用机制影响中层副高的短期变异南亚高压在东移过程中,高空负涡度平流动力强迫的下沉运动在中层副高区域产生辐散,从动力上影响副高内的负涡度发展;另一方面,强烈下沉运动伴随的绝热加热效应又有利于纬向温度梯度维持,有利于南北风发展,从热力上间接影响西太副高的发展.最后,利用R42L9/LASG大气环流模式进行敏感性数值试验,通过改变高空南亚高压东移产生的负涡度效应,发现中层副热带高压区确有强迫产生的动力辐散和绝热加热出现,并对应副高的异常加强,成功地验证了诊断所揭示的1998年夏季副高短期变异过程的两种机制.