台风登陆前华南地区降水日变化特征分析

文章采用1998—2017年间日本气象厅(Japan Meteorological Agency, JMA)台风最佳路径、热带测雨卫星(tropical rainfall measuring mission, TRMM)逐3小时降水及日本55年再分析(Japanese 55-year reanalysis, JRA-55)逐6小时数据, 针对起源于西北太平洋、移动路径位于台湾岛以南且台风最外围第一波螺旋雨带经过华南地区的台风, 将符合上述条件的台风筛选出来后, 由卫星云图和TRMM降水资料判断出台风第一波螺旋雨带到达华南地区的日期, 并分析雨带到达之前台风对该地区日降水的影响, 以此探索台风登陆前外围环境场对华南地区降水日变化的影响规律及机理。结果表明, 在台风临近华南地区期间, 一方面台风外围气流会向该地区输送水汽促进该地区降水, 另一方面华南地区在台风外围辐散场下沉气流的影响下降水受到抑制。当前者作用大于后者时, 华南地区降水增强, 此情形下华南地区大气不稳定极值时间多发生于午后, 午后降水明显, 对应的台风多发生于7、8月份, 西太平洋副热带高压偏东, 有利于台风北移, 台风第一波雨带到达华南地区时台风中心距华南沿海较近; 反之, 华南地区降水减小, 大气层结较稳定, 夜间至清晨出现因辐射冷却导致的层云降水峰值, 对应的台风多出现于9、10月份, 西太平洋副热带高压西伸, 不利于台风向北发展, 台风第一波雨带到达华南地区时台风中心距华南沿海较远。文章结果有望提高对台风登陆前的外围环流场影响沿海地区云和降水过程的规律性认知。     

中国江南地区降水异常的年际变化与北极海冰密集度异常的相关分析及其机理研究

本文选取最近二十年(1998—2017年)中国江南地区降水和北极海冰为研究对象,分析了年际时间尺度上中国江南地区降水异常与北极海冰异常的关系,并进一步通过研究关键区附近罗斯贝长波(Rossby长波)的波射线路径和中国中纬度地区波作用通量的传播异常,揭示了北极海冰通过Rossby波大气桥的调制作用影响江南地区降水的可能机制。结果表明:夏、秋季东西伯利亚海与巴芬湾的海冰密集度异常与次年中国江南地区降水异常存在显著的正相关关系。其影响机制是:关键海区海冰异常和北极放大能够激发Rossby波列型遥相关从北极关键区向中国中纬度地区传播,而关键区附近的Rossby波扰动能量在夏、秋季比冬、春季更容易传播至中国中纬度地区,并最终通过上下游遥相关效应引发中纬度副热带西风急流异常和急流入口区右侧江南地区的环流和降水异常,当海冰偏多时西风急流加强,江南地区对流不稳定发展,降水偏多。     

时间平均基本气流中的定常Rossby波频散及能量西传特征

本文利用正压无辐散模式讨论时间平均基本气流中的行星波活动特性。结果表明,当经向基本气流v≠0时,Rossby波在东风带(u<0)和西风带(u>0)里均存在振荡解。此外,在一定条件下,定常Rossby波能量可以向西传播。本文给出了定常Rossby波能量西传的充分必要条件,并且求得了波包能量传播路径的近似方程。所得结论可以解释埃尔尼诺与大气和海洋环流之间的某些遥相关现象,从而加深了对海、气环流异常物理机制的认识。     

2021年5月江南持续强降水的准双周振荡及可能成因

2021年5月江南地区降水量是近40年最多的,达到常年的2倍,严重影响了人民的生产和生活。基于逐日的降水和NCEP再分析资料,本文对2021年5月江南地区的异常降水事件进行分析,并重点分析了降水的准双周振荡特征及可能机制。结果表明,乌拉尔山阻塞和异常偏西、偏北的西北太平洋副热带高压(简称为副高)为持续性强降水提供了稳定的大气环流形势。来自北大西洋的Rossby波的能量向欧亚大陆频散,维持欧亚遥相关(Eurasian teleconnection, EU)稳定的正位相,使冷空气不断南下影响江南地区。异常偏西、偏北的副高有利于来自孟加拉湾、南海和西北太平洋的暖湿空气输送至江南地区。来自热带的暖湿气流与高纬度南下的冷空气在长江流域及其以南地区形成锋面,产生降水。副高脊线和西伸脊点的准双周振荡引起江南地区降水的南北摆动,造成降水量和降水落区的准双周振荡。此外,海洋大陆(Maritime continent, MC)附近对流活动也具有显著的准双周振荡特征,可能通过激发东亚遥相关波列影响副高位置和强度的准双周振荡,进而造成江南降水的准双周振荡。     

ENSO循环的非对称性及其机制初步探讨

利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)资料,以Nino3.4区SSTA(sea surface temperature anomaly)指数为标准,选取典型El Nio和La Nia事件进行合成分析,观察ENSO的非对称性。通过分析ENSO事件发生过程中温跃层深度异常和斜压能量转化率的变化,研究其对ENSO循环非对称性的影响。由于与ENSO相关的海洋异常信号在南、北太平洋的传播主要是以Rossby波的形式,Rossby波可以通过不稳定机制获得能量成长和传播,斜压能量转化率越强,携带ENSO相关海洋异常信号的Rossby波就可能获得更多的能量成长,这种信号传播至赤道区域可以更快地导致ENSO事件的爆发。研究表明,在El Nio事件达到顶峰时,北太平洋ENSO相关的Rossby波传播区斜压不稳定能量很强(可使Rossby波增幅)、温跃层加深(可使Rossby波加速),有利于El Nio相关的暖信号传出,这很好地解释了El Nio事件总是比La Nia事件振幅大以及El Nio事件向La Nia事件转化比La Nia事件向El Nio事件转化快很多的现象。因...     

孟加拉湾局地动力过程的季节变化研究

利用观测资料和理论模型,研究了孟加拉湾海表面高度的季节循环.结果表明,局地风应力旋度驱动的斜压Rossby波是孟加拉湾海表高度季节循环的主要控制因子,而孟加拉湾海底地形分布也影响了海表面高度的季节循环.受风应力旋度驱动的斜压Rossby波在短时间内就可以穿越孟加拉湾海盆,使得海洋温跃层在短时间内完成了对Rossby波的响应,保证了上层海洋满足准静止的Sverdrup平衡.在夏季(冬季)西南(东北)季风驱动下,上层海洋分别在孟加拉湾北部和南部形成气旋(反气旋)式和反气旋(气旋)式环流.     

东亚夏季风对山东夏季降水的影响

对2种东亚夏季风指数进行了对比分析,选择1种能较好地表征山东夏季降水的夏季风指数。研究了山东旱涝年以及强弱季风年500hPa高度场、850hPa风场、热带洋区OLR场、西太平洋副热带高压等异常分布特征,并初步探讨了影响山东夏季降水的物理机制。结果表明,海陆热力差指数是1种较适合研究山东夏季降水的东亚夏季风指标。强（弱）指数年,南海．热带西太平洋地区对流活动较常年偏强（弱）,热带东太平洋地区对流活动偏弱（强）,walker环流偏强（弱）,北半球500hPa环流形势呈EAP（负EAP）遥相关型,副热带高压偏北偏强（偏南偏弱）,山东夏季以多雨（少雨）年份居多;春夏季南海．热带西太平洋地区对流活动与山东夏季降水之间存在着遥相关关系,两者遥相关的可能机制是热带强迫所激发的大尺度准定常Rossby波的传播。     

山东夏季降水与西太平洋暖池区海洋热状态及夏季风异常

山东省东接太平洋，西连欧亚大陆，受海洋和大陆的影响，季风气候特点相当显著，常导致严重旱、涝灾害。山东全年降水主要集中在夏季，6~8月降水占全年降水的60%以上。其原因主要是受西太平洋副热带高压和夏季风活动的影响。副热带高压的增强和北伸与梅雨锋的位置和强度变化对山东夏季降水有直接作用，其夏季降水的年际变率较大，是旱、涝频发的省份。 我国旱涝变化与太平洋海洋热状况有着极为密切关系(翁学传等，1994)。El Nino现象对气候的影响更加引起了海洋气象学家对海洋变化的高度重视。他们分析了El Nino现象和太平洋海表温度(SST)与山东夏季降水的关系(如:奚秀芬，1988；卢金墀，1982；张苏平等1999)，但对比降水分布发现无论是 El Nino发生的当年还是次年，降水距平百分率的零线均从山东中部通过。我国夏季降水主要受三种类型雨带控制。由于山东处于一类雨带(华北多雨)和二类雨带(江淮多雨)的转换地带，近40年的降水资料分析表明，三种类型雨带在山东夏季降水正、负距平年出现率几乎均等。因此，山东夏季降水的变化有其特殊性，需要从多方面进行研究。 西太平洋暖池是全球海温最高的海域，也是全球海气能量交换总量最大的区域。它的存在和变化对北半球夏季气候异常有着重要作用。西太平洋副热带高压的变化与西太平洋暖池面积大小有密切关系(李万彪等，1998)，20世纪70年代末以来的西太平洋副高增强也与这一时期暖池的跃变有关(赵永平等，2002)，暖池及其上空的对流活动的异常影响着西太平洋副高的变化和我国雨带的位置(黄荣辉等，1992，1994)，由此所激发的大气遥相关波列可波及西欧和北美。最近的研究也表明，冬、春季暖池区热含量的变化对南海夏季风爆发早、晚有重要影响(Chen et al.，2001)。当西太平洋暖池区海洋热含量高时，南海夏季风爆发早，反之则爆发晚。这对我国夏季季风雨的变化研究有重要意义，而且也必将对山东夏季旱涝产生重要影响。 本文作者通过对山东夏季降水资料的分析，对山东夏季降水时空变化及其与西太平洋暖池区域海洋热状态及副热带环流和夏季风变化的关系和影响的可能过程进行了探讨。     

长江中下游夏季降水与西北太平洋海温的耦合模态分析

利用NOAA_ERSST海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和中国160站降水资料,借用多种统计方法研究了夏季长江中下游地区降水与西北太平洋的耦合关系.奇异值分解(SVD)和相关分析显示出长江中下游夏季降水与西北太平洋夏季海表温度(以下简称"海温")密切相关,而与其他海区没有明显的关系,并且这种关系主要反映年代际变化;夏季多变量经验正交函数展开(MV-EOF)分析结果证明夏季长江中下游降水、东亚-太平洋地区上空850hPa风场、西北太平洋海温之间存在显著的耦合模态,这种耦合模态反映出长江中下游夏季降水异常偏多时,东亚-太平洋上空自南向北有异常的反气旋、气旋、反气旋波列(即东亚-太平洋型遥相关或P-J波列),东亚夏季风偏弱、北界位置偏南.依赖季节的多变量经验正交函数展开(SRMV-EOF)分析结果表明,长江中下游夏季降水与西北太平洋的耦合模态与前期ENSO密切相关:前一年秋季,赤道东太平洋开始出现ENSO信号,冬季发展成熟,同时在菲律宾以东的西北太平洋上空有一个反气旋形成;春季,ENSO开始减弱,西北太平洋出现暖海温异常,反气旋发展;夏季,ENSO信号消失,西北太平洋异常暖海温范围扩大,反气旋发展很强,同时在东亚-太平洋上空出现P-J波列,华南上空的西南风与来自北方的偏北风在长江中下游地区辐合,造成长江中下游夏季降水偏多.     

Rossby波临界周期与海面高度异常能谱临界周期在南海的空间分布特征

本文利用WOA01(the Word Ocean Atlas 2001)海水各层气候态温盐数据计算南海Rossby波临界周期,并与其在同纬度西北太平洋中的分布对比.结果显示,在南海中Rossby波临界周期随纬度增加而逐渐增加,并且由于南海的特殊地形,海盆中Rossby波临界周期呈北东-南西向分布,与其在大洋中呈纬向带状分布不同.通过分析南海各网格点上海面高度异常(SSHA,the sea surface height anomaly)的能谱,我们发现在海盆中部其临界周期与当地Rossby波临界周期基本相同,其值也随纬度增加而逐渐增加,因而从观测上验证了模式结果,即在海面风应力旋度能谱临界周期小于等于当地Rossby波临界周期的条件下,海洋响应能谱临界周期等于当地Rossby波临界周期.     

基于热含量探究PDO的三维结构及信号传播特征

基于1815—2013年SODA(Simple Ocean Data Assimilation)数据不同深度的温度数据资料,进行了热含量的计算,并通过EOF分解、功率谱分析等统计方法探究太平洋年代际振荡(Pacific decadal oscillation,PDO)的三维结构和周期性特征。结果表明,太平洋的年代际变化不仅仅存在于海洋表层,海洋300 m以浅均存在年代际变化特征,其中次表层(70 m左右)的年代际变化特征最为显著。功率谱分析的结果显示,北太平洋的年代际变化周期约为18 a。利用SODA数据的温度和盐度资料对北太平洋的Rossby(罗斯贝)波波速进行了计算,计算结果显示,Rossby波向西传播,其波速随着纬度的增大而减小。对300 m以浅水体的热含量时间序列与PDO指数做了超前滞后相关,在热含量序列滞后9 a时相关系数分布与同期相关反相。对不同层次的热含量与PDO指数进行了超前滞后相关,分析PDO的演变特征,结果表明,PDO在低纬度通过Rossby波向西传播,在传播过程中深度逐渐加深。     

1822号台风"山竹"的涡旋Rossby波特征分析

采用WRF中尺度模式对2018年22号台风"山竹"进行高分辨率的数值模拟,在此基础上,分析台风的精细动力结构和雨带特征。分析结果发现,台风"山竹"的眼墙处具有低层辐合流入、高层辐散流出的动力配置;台风眼墙附近存在切向风速的高值区和明显的垂直上升区,并且随着高度逐渐向外侧倾斜,同时该处的雷达回波也较强,对流系统较为深厚。然后利用尺度分离方法得到涡旋罗斯贝(Rossby)波的扰动场,进一步分析了台风"山竹"内部的涡旋Rossby波特征。研究发现:1) 1波和2波会同时沿着切向和径向方向传播,2波的振幅明显小于1波; 1波和2波的正涡度扰动大值区基本覆盖强的雷达回波区域,同时伴有较强的对流活动。2)垂直方向上,降水区的涡度扰动呈现出上层为正、下层为负的动力配置时,同时散度扰动的垂直方向也有类似配置时,则会加强对流系统的发展,有利于降水的增强。由此可见,1波和2波扰动的上层辐散下层辐合的动力配置会促使对流系统的加强,同时也会对台风降水的强度和分布有一定的作用。     

印度洋海面温度对黄淮地区夏季降水影响的年代际变化研究

利用1961—2016年我国400个气象台站夏季降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA的海面温度资料,分析了黄淮地区夏季降水与同期大气环流及前期海面温度关系的年代际变化特征。结果显示,20世纪80年代之前（后）,前期冬季太平洋海面温度发生厄尔尼诺时,黄淮地区夏季降水偏少（多）,20世纪80年代中期之前,前期冬季印度洋海面温度全区一致型模态与黄淮地区夏季降水关系较弱,但是从20世纪80年代中期开始,正相关关系明显增强。进一步研究发现,前期印度洋海面温度一致偏高时,夏季500 hPa高度场上,副热带高压明显增强,这种相关关系20世纪80年代中期之后明显强于20世纪80年代之前,海平面气压场上,高相关区在20世纪80年代之后呈现明显的南方涛动模态,印度洋海面温度通过影响决定黄淮地区夏季降水异常的大气环流关键区域,使得其与黄淮地区夏季降水的关系随着年代际变化增强。     

热带西太平洋海温异常对大气影响的数值模拟

用IAP-GCM二层楼式,模拟1月份西太平洋暖池区海温增暖对1-8月份大气环流的影响,初步探讨暖池区海温异常对我国夏季降水的影响过程。指出北半球500hPa环流场对暖地区1月份海温增暖的响应存在着PNA和EAP波列,在冬季较为明显。其能量传播特征表示为南北半球的中纬度地区基本上是向东传播,在热带低纬度地区存在着准2个月的低频振荡。     

江淮流域伏后延伸期降水异常的环流特征

本文利用1990—2021年高分辨率的CPC和ERA5再分析资料,分析伏后(8—9月)11～25 d和29～59 d江淮流域的大气低频特征,用奇异值分解(SVD)研究影响江淮伏后降水的大气低频信号,并选取2017和2021年两次降水个例进行机理解释。研究结果表明：11～25 d低频位势高度占原始场的方差贡献百分比大于29～59 d尺度,对流层中高层的方差贡献大于对流层低层。SVD结果指出,环球遥相关模(CGT)导致江淮流域的局地辐合上升,有利于11～25 d的低频降水;11～25 d的低频降水与日降水的峰值匹配,意味着该时间尺度的系统对江淮伏后降水具有重要贡献。欧洲至中国的大气Rossby波列使江淮流域的对流层高层辐散,产生垂直上升运动,伏后西北太平洋对流层低层反气旋环流将暖湿水汽传输至江淮流域,动力和水汽条件均有利于降水。本文的研究结果有助于理解江淮流域伏后降水的延伸期预报机制,可为延伸期预报业务提供有价值的分析路线。     

Rossby波模型对西北太平洋海表面高度年际变异的可预测性研究

根据海洋Rossby波的西传特性, 使用一阶斜压Rossby波模型对北太平洋海表面高度的年际变异进行了回报和预测研究。回报结果表明, Rossby 波模型能够较好地模拟北太平洋海表面高度的年际变异。尤其是黑潮延伸区的下游, 模拟结果与卫星观测的相关系数达到0.8以上。预测结果表明, Rossby 波模型在两个纬向分布的海域有显著的预报能力, 分别位于高纬度中部和副热带环流西部。前者可提前5—6年, 后者可提前2—4年。此外, 重点开展了Rossby波模型在西北太平洋的预报能力研究。结果表明, Rossby波模型对中国的边缘海有着很好的预测能力, 包括南海北部、台湾以东和东海黑潮海域, 分别在提前32、40和52个月时能取得最佳的预测效果。     

ElNio夏季太平洋上空垂直环流特征及我国汛期降水

本文利用NCAR(美国国家大气研究中心)1976年太平洋各层风场资料,计算了0°—50°N,105°E—110°W范围内,7月850hPa,700hPa,500hPa,300hPa,250hPa和200hPa各层上的垂直运动,并与叶笃正等所作的太平洋上空夏季平均环流特征作比较得出:(1)常年Walker环流明显,而E1 Ni(?)o发生年热带西太平洋上升运动减弱,东太平洋空气下沉区变成了强上升区,Walker环流下沉区东移至110°W以东;(2)常年热带西太平洋Hadley环流不明显,沿160°E以东Hadley环流越来越清楚,呈向东递增的趋势,而E1 Ni(?)o年Hadley环流东西变化甚为复杂,Hadley环流的上升支并不在赤道附近,而移至10°N左右,明显较常年偏北,Hadley环流也变成自热带向副热带倾斜的环流圈;(3)E1 Ni(?)o发生年,夏季以淮河为中心的空气上升区变成下沉区,而37°N以北的华北地区仍是上升区,华北多雨,所以出现Ⅰ型降水。     

Rossby波对菲律宾以东太平洋海平面年际变化的影响研究

采用能够反映斜压大洋对大尺度海表面风应力旋度响应的一层半约化重力模式研究菲律宾以东太平洋海区Rossby波与海平面年际变化的关系.模式分别利用海区东侧验潮站和卫星高度计海表面数据作初始东边界,对Rossby波西传路径上的风应力旋度进行积分,得到西侧海平面信号.结果发现,模拟的海平面信号跟验潮站和卫星高度计资料相关性很高,并能模拟出海平面年际变化特征和低(高)异常信号由东侧产生并向西传播的过程,反映了一阶斜压Rossby波对菲律宾以东太平洋海区年际海平面变化的动力机制.     

北太平洋副热带海洋环流气候变化研究

北太平洋副热带环流的变化在全球气候变化和热量的经向输送中占重要地位。本文对近10年有关北太平洋副热带海洋环流气候变化的研究进行了综述。主要研究成果有：用卫星高度计首次观测到全球海洋Rossby波的传播特征；确定了气候意义下北太平洋副热带逆流为2支．揭示了其中一支与北太平洋模态水的存在有关，另一支是夏威夷群岛附近海洋．大气-陆地相互作用的结果；首次发现了台湾以东黑潮流量有显著的准100天振荡等。本文还提出了在北太平洋副热带环流研究中目前存在的新科学问题。     

2010年智利和2011年日本海啸在华南沿岸的实测海啸波形和特征

文章根据三亚湾和台山广海湾实测水位数据,分析了2010年智利和2011年日本海啸在中国近岸传播的海啸波形。通过与2个深海海啸观测浮标(DART)观测到的海啸波形对照,采用功率谱分析和小波分析技术,研究远场海啸在中国华南沿岸的海啸波特征和传播规律。在2次事件中,海啸波通过巴士海峡进入中国南海后,大约3~4h到达华南沿岸。地形效应是决定海啸波能量的重要因素,特定周期的海啸波得到选择性增强。海啸波在近岸海湾持续时间长达2~3d,海啸波周期越长,持续时间越久。2次海啸事件均未对我国沿海造成灾害性影响,但是通过海啸波形的对比分析,能够更好地了解南海北部地形对海啸波的响应特征,为防范海啸提供借鉴。