主编语

<正>在不同季节,青藏高原相对于周围同高度自由大气的温差会出现显著、甚至是相反的变化,从而可以通过热力作用对周围及邻近地区的大气环流、天气气候产生影响。夏季,青藏高原为热源,在近地面层会形成热低压,在冬季则相反,为冷高压。与此气压系统相适应,在高原周围存在一冬夏盛行风向相反的季风层,构成青藏高原季风,可以用高原季风指数作为指标反映青藏高原季风的强弱。然而,目前高原季风指数定义尚无统一标     

青藏高原地区流场的一种诊断分析方法

本文采用一个有限区域七层原始方程诊断模式,利用己知的多年1月平均高度场,对方程进行迭代求解,得到水平和垂直运动场。通过对结果的分析,发现用此方法得到的诊断风场比地转风场更接近实际,特别是急流区。另外发现高原地区冬季的平均流场具有以下几个特征:1、从高原对气流的影响,可以把对流层分为三种不同情况,850mb以下为摩擦影响层;700—300mb为绕流影响层,400mb以上高原对气流除了绕流分支作用外,爬坡作用明显增加;可到了125mb这种机械障碍物作用己明显减少。2、高原地区的垂直运动与降水量有较好的对应关系,尤其是高原南坡的上升运动有一大降水带与之对应,最大值可达5×10~(-3)mb/秒。3、从经向垂直环流图的分析发现,紧贴高原南坡出现一个局地哈德莱环流,它与高原南部的哈德莱环流是分开的两支。它进一步证实了高原地区确实存在一个独立的季风系统。     

青藏高原地区季风特征及与我国气候异常的联系

利用1951~2000年NCEP/ NCAR 600 hPa逐日再分析资料, 计算候时间尺度能够代表青藏高原地区季风特征的高度场指数序列, 研究青藏高原高度场指数的基本特征及其年代际变化趋势。结果表明:青藏高原地区600 hPa夏季为低压, 冬季为高压, 夏季低压形成的时间呈提早的趋势, 夏季低压强度也呈增强趋势; 青藏高原高度场指数年变化与高原雨日的年变化基本相似。夏季青藏高原高度场指数与同期我国160站的降水和气温相关表明:与降水相关分布从华北到华南呈“-+-”东西向带状分布; 冬季高原高压强度指数与同期气温均为正相关, 青藏高原东侧边缘区和华南地区正相关最为显著。     

青藏高原冬春积雪和地表热源影响亚洲夏季风的研究进展

青藏高原冬春积雪和地表热源的气候效应是青藏高原气候动力学的两个重要内容。大量资料分析和数值试验研究均表明这两个因子对亚洲季风有一定的预测意义,本文对此做了比较系统的回顾和总结,并进一步比较了青藏高原积雪和地表热源影响东亚和南亚夏季降水的异同。结果表明,东亚夏季降水在年际和年代际尺度上均存在"三极型"和"南北反相"型的空间分布特征,高原春季地表热源在年代际和年际尺度上主要影响东亚夏季降水"三极型"模态;在年代际尺度上它是中国东部出现"南涝北旱"格局的重要原因,而高原冬季积雪的作用相反。另一方面,高原冬季积雪在年际和年代际尺度上对印度夏季风降水的预测效果均要优于高原地表热源。无论是空间分布还是时间演变特征,高原冬季积雪与春季地表热源整体上均无统计意义上的显著联系。不断完善高原地面观测网和改进模式在高原地区的模拟性能,将是进一步深入理解高原积雪和地表热源影响亚洲季风物理过程和机制的关键所在。     

青藏高原冬季风强弱年中国气候对比分析

本文选取1984~2013年NCEP/NCARII月平均再分析资料和,及全国160个台站月平均气温和降水量资料,使用由散度定义的青藏高原季风指数,以1月为冬季代表月,确定高原冬季风强弱代表年。通过相关分析和合成分析,详细分析了青藏高原冬季风强弱年份,东亚大气环流和我国气候的差异。结果表明:(1)高原冬季风强弱伴随东亚大气环流的异常,当高原冬季风偏强时,高原上空的冷低压加强,辐散下沉运动加大,中高纬地区的槽脊加深,而低纬地区有一气旋性环流生成;(2)高原冬季风强弱年我国同期气候差异明显,高原冬季风偏强年的冬季,新疆北部、华北中部等地降水偏多,四川盆地、长江中下游等地降水偏少,冬季气温大部份地区偏高,云南、黑龙江等地略偏低。(3)高原冬季风的影响具有滞后效应,高原冬季风强弱年的夏季,大气环流和我国气候明显不同,强年高原热低压和高纬地区的槽脊减弱,西太平洋副高偏北偏强,长江中下游、华南等地降水明显偏多,长江中上游、内蒙等地降水明显偏少。     

青藏高原积雪变化及其对中国水资源系统影响研究进展

回顾了青藏高原(下称高原)积雪变化及其对中国水资源系统影响研究进展,探讨了开展高原积雪异常对中国水资源系统影响研究存在的不足和未来趋势。高原积雪分布极不均匀,呈四周山区多、腹地少,两侧多、中间少的空间分布特征。高原东部积雪变化最显著且主导了整个高原积雪的年际变化,因此该地区积雪异常更值得关注。自20世纪60年代以来高原积雪总体呈缓慢增加趋势,21世纪初期春季和冬季积雪略有减少。目前,关于高原积雪变化对我国水资源系统影响的研究主要集中在高原积雪异常对降水和旱涝影响及其预测指示性研究两方面。高原积雪主要通过季风影响我国的降水时空分布,进而影响水资源系统。高原积雪异常对我国降水影响大,且范围广,可作为降水预测的一个重要信号,同时其对我国旱涝分布具有重要影响,并且对旱涝预测具有指示意义。     

青藏高原夏季大气边界层高度与地表能量输送变化特征分析

利用NCEP-FNL大气边界层高度资料和NCEP/DOE(NECP2)的地面感热、潜热通量再分析格点资料,分析了2000-2016年夏季青藏高原(下称高原)地区的大气边界层高度及感热、潜热的基本气候特征、年际变化及空间分布,地表能量输送对大气边界层高度的影响机理,并分析了影响大气边界层高度与地表能量输送的主要影响因子。结果表明:夏季高原整体呈大气边界层高度显著下降,潜热通量显著上升,感热通量先增后降的变化趋势。2009年是高原大气边界层高度的气候突变时间点,其他物理量的变化趋势也在2009年发生了转折变化。大气边界层高度和地表能量输送的线性变化趋势分布具有明显的区域差异,以91°E为界将高原分为东、西两部分,东部与西部地区的变化特征明显不同;东部、西部地区的变化特征2009年前后也有很大差异。影响西部地区大气边界层高度和地表热通量的主要因子是0～10 cm土壤含水率和10 m风速;影响东部地区大气边界层高度和地表热通量的主要因子则是云量。在2009年气候突变时间前、后,各影响因子的影响程度有很大变化。夏季高原低层热低压辐合、高层南亚高压辐散的环流形式,为地表能量输送影响高原大气边界层发展提供了动力条件,有利于上升运动。上升运动的气流能将水汽相变中释放的凝结潜热输送至对流层上层,有利于形成潜热通量和南亚高压的正反馈。     

亚洲和南半球大气冷(热)源对亚洲冬季风影响的数值试验

利用NCAR CAM3.1模式及NCEP/NCAR(version 1)再分析资料计算了几种现实大气热源分布情况,讨论了亚洲各地区和南半球上空冬季1月大气冷(热)源对东亚冬季风环流系统和印度冬季风环流系统形成的影响.结果表明:(1)冬季1月东亚地区和澳大利亚上空大气冷(热)源与东亚冬季风环流关系密切,南半球澳大利亚附近的非绝热加热可以激发出澳大利亚北部的热低压系统,东亚大陆东部的大气冷源可以使东亚大陆低空出现冷高压,基本上模拟出东亚季风系统冬季主要环流成员;(2)亚洲地区西部及其对应的南半球印度洋非绝热加热与印度冬季风环流关系密切,同样对东亚冬季风也有一定的影响,特别是亚洲大陆西部副热带地区的非绝热加热可以加强冬季南海的越赤道气流并能调整阿留申低压的位置.     

El Nio和La Nia冬季增强型和减弱型及其对中国夏季旱涝的影响

根据 El Nino和 La Nina发生以后冬季赤道东太平洋海温距平的月际差定义了 El Nino和 La Nina冬季增强型和冬季减弱型 ,讨论了 El Nino和 La Nina冬季增强型和减弱型冬、春、夏季大气环流、东亚季风及我国夏季降水和旱涝分布的特征 .我国夏季降水和旱涝有明显差异的四种不同分布型可能与冬季所处 ENSO循环的不同阶段以及大气环流和东亚季风对它的不同响应有关 .提出了从 El Nino和 La Nina冬季不同型→大气环流和东亚季风→我国夏季降水和旱涝分布型的物理统计概念模型 .     

El Ni?o和La Ni?a冬季增强型和减弱型及其对中国夏季旱涝的影响

根据El Ni?o和La Ni?a发生以后冬季赤道东太平洋海温距平的月际差定义了El Ni?o和La Ni?a冬季增强型和冬季减弱型, 讨论了El Ni?o和La Ni?a冬季增强型和减弱型冬、春、夏季大气环流、东亚季风及我国夏季降水和旱涝分布的特征.我国夏季降水和旱涝有明显差异的四种不同分布型可能与冬季所处ENSO循环的不同阶段以及大气环流和东亚季风对它的不同响应有关.提出了从El Ni?o和La Ni?a冬季不同型→大气环流和东亚季风→我国夏季降水和旱涝分布型的物理统计概念模型.     

基于风场季节变率的高原季风指数的定义及应用

采用1979-2012年ERA-interim再分析资料和地面降水同化资料,利用青藏高原(下称高原)地区风场的变化特征,定义了一个新的基于风场标准化季节变率的高原季风指数IPMzhang,并与现有的季风指数IPMtang、IPMqi和IPMxun进行了比较分析。结果表明:各个指数都能够反映高原地区的季风活动特征及其与高原及周边地区夏季降水的相关关系,IPMqi和IPMzhang指数在高分辨率数据下的表现优于IPMtang和IPMxun指数,显著相关区域覆盖了高原大部分地区。相较于IPMqi,IPMzhang指数的相关系数略低,但其在高原东南部地区更为显著,表明IPMzhang能够更好地反映高原东南部地区的夏季降水。受高原热低压强度变化的影响,在季风偏强年IPMtang和IPMxun的异常水汽辐合主要在高原中部,IPMqi则存在于高原各个地区,只有IPMzhang在高原东南部,有利于高原东南部的降水偏多。表明IPMzhang指数能够较好地表征高原季风与高原及周边地区夏季降水的相关关系,对于高原地区降水,尤其是高原东南部人口相对密集地区的降水预测具有较好的指示意义。     

热带环流指数与夏季长江中下游旱涝的年际变化

比较利用海—陆气压差和南亚季风环流定义的夏季风指数对夏季长江中下游旱涝年际变化的表征能力,根据影响东亚季风的主要热带环流定义了一个环流指数,该指数与长江中下游旱涝的年际变化存在很好的对应关系。利用１９８２年～１９９４年夏季平均可降水量距平、北半球５００ｈＰａ位势高度场距平,通过高、低指数合成和高度场与同期的热带海表温度异常的ＳＶＤ分析,结果表明,热带环流指数的高、低差异和年际变化对影响东亚夏季降水的大气环流型具有较强的分辨能力。     

黄河流域夏季旱涝变化及气候物理因素的影响

利用1951-2008年NCAR/NCEP再分析资料及中国气象局整编的160站降水资料,探讨了黄河流域夏季降水气候分布范围,在此基础上研究了黄河流域夏季降水旱涝的年代际变化特点。结果表明：20世纪90年代以前,黄河流域夏季旱涝变化为9-11 a和2-3 a周期,20世纪90年代后周期变化不明显。对导致黄河流域夏季旱涝的气候物理因素分析表明,东亚高度场负距平异常直接造成中国黄河流域的夏季偏旱,而亚洲高度距平场东高西低的配置造成黄河流域偏涝;夏季南亚季风、东亚季风在黄河流域的辐合是流域降水偏多的关键。在同期OLR距平场,涝年黄河流域处在大的负距平中,对流强盛有利于水汽的辐合。影响大气的主要下垫面要素海温场,赤道东太平洋海温指数与夏季黄河流域降水同期呈负相关关系。流域旱年赤道东太平洋海温多为正位相,对应流域涝年赤道东太平洋海温多为负位相。本研究提出了一个寻找旱涝成因方法并为预测旱涝提供了科学参考。     

黄河流域夏季旱涝变化及气候物理因素的影响

利用1951—2008年NCAR/NCEP再分析资料及中国气象局整编的160站降水资料,探讨了黄河流域夏季降水气候分布范围,在此基础上研究了黄河流域夏季降水旱涝的年代际变化特点。结果表明：20世纪90年代以前,黄河流域夏季旱涝变化为9—11 a和2—3 a周期,20世纪90年代后周期变化不明显。对导致黄河流域夏季旱涝的气候物理因素分析表明,东亚高度场负距平异常直接造成中国黄河流域的夏季偏旱,而亚洲高度距平场东高西低的配置造成中国黄河流域偏涝;夏季南亚季风、东亚季风在中国黄河流域的辐合是流域降水偏多的关键。在同期OLR距平场,涝年黄河流域处在大的负距平中,对流强盛有利于水汽的辐合。影响大气的主要下垫面要素海温场,赤道东太平洋海温指数与夏季中国黄河流域降水同期呈负相关关系。中国黄河流域旱年赤道东太平洋海温多为正位相,对应中国黄河流域涝年赤道东太平洋海温多为负位相。提出了一个寻找旱涝成因方法并为预测旱涝变化提供参考。     

El Ni(~n)o和La Ni(~n)a冬季增强型和减弱型及其对中国夏季旱涝的影响

根据El Ni(~n)o和 La Ni(~n)a发生以后冬季赤道东太平洋海温距平的月际差定义了El Ni(~n)o和La Ni(~n)a冬季增强型和冬季减弱型,讨论了El Nio和La Nia冬季增强型和减弱型冬、春、夏季大气环流、东亚季风及我国夏季降水和旱涝分布的特征.我国夏季降水和旱涝有明显差异的四种不同分布型可能与冬季所处ENSO循环的不同阶段以及大气环流和东亚季风对它的不同响应有关.提出了从El Ni(~n)o和La Ni(~n)a冬季不同型→大气环流和东亚季风→我国夏季降水和旱涝分布型的物理统计概念模型.     

青藏高原冬季风异常与塔里木盆地冬季气温的关系

利用1961—2018年新疆103站逐月气温及NECP/NCAR逐月平均再分析资料,基于汤懋苍等定义的青藏高原季风指数,分析了青藏高原冬季风异常强、弱年及其变化特征,揭示了高原冬季风异常影响新疆塔里木盆地冬季气温的可能机制。结果表明:近57 a来,青藏高原冬季风略增强,高原冬季风指数与新疆冬季气温呈显著负相关,高原冬季风偏强有利于新疆冬季气温偏高,反之亦然。高原冬季风指数与新疆冬季气温之间的相关性存在明显区域差异,其中南疆高于北疆,西部高于东部,平原高于山区。南疆塔里木盆地冬季气温变化受高原冬季风影响最显著,而年际变化受高原冬季风异常的影响更强。青藏高原冬季风异常偏强年,850 hPa上中亚区域以及蒙古高原都有弱距平暖平流影响新疆;500 hPa上新疆位于位势高度正距平区,乌拉尔山北部为负距平区,欧亚50°N以北区域盛行西风气流,不利于北方冷空气南下影响塔里木盆地。高原冬季风异常偏弱年,850 h Pa上新疆受距平冷平流影响;500 hPa上乌拉尔山脊发展,引导冷空气南下入侵塔里木盆地。     

青藏高原地面感热及其异常的诊断分析

利用青藏高原主体60个地面气象观测站1961～2000年历年各月本站气压、地面气温、风速、地表温度等资料,计算了高原地面拖曳系数CD和地面感热通量.通过主成分分析、主值函数和功率谱分析等方法,对各季代表月CD系数和地面感热通量的基本气候特征,以及地面感热通量异常变化的空间结构和时间演变趋势作了较系统的诊断研究.结果表明:利用40年资料计算的拖曳系数与地面感热通量可以较好的反应青藏高原下垫面感热的基本气候特征,即高原CD系数东南部大,西北部小;冬季大,夏季小.多年平均高原地面感热通量仅在冬季小范围出现弱的负值,其余季节感热均为正值.感热通量大的地方其年际变化也大,其年际异常的主要空间型,第一是南北差异,第二东西差异,第三为高原主体及东部地区与外围的差异.其在年际变化中存在明显的10年际以上变化趋势,具体表现在1961～2000年期间,冬季高原北部和西部地区地面感热有减弱趋势,而高原中部和东南部呈明显的上升趋势.夏季高原主体及东部地区感热通量不断加强,而高原西部地区则相反.春、夏、秋三季均以13年以上的长周期振荡为主,冬季第一主分量表现为准3年的短周期变化.       

近期青藏高原对亚洲气候影响的动力学研究进展

总结回顾了近年青藏高原影响的气候动力学研究。青藏高原在不同季节对气候的影响具有的不同特性:(1) 冬季高原为弱冷源的特征;(2) 春季高原与环流的相互作用使中国南方盛行西南气流进而形成江南春雨,在从冬到夏的季节推进过程中,青藏高原还调控南亚-印度洋海陆气相互作用,激发孟加拉湾季风爆发性涡旋,促使孟加拉湾季风在高原东部爆发;(3) 夏季斜坡上的感热加热形成高原感热气泵,与海陆热力对比共同作用,控制南亚季风和东亚季风;(4) 在年际和年代际时间尺度上,冬季热源异常是北半球大气环流变化的结果,同时对中国南方持续性异常雨雪事件产生影响;在春夏季节,高原热力强迫的变化强烈地影响环流和亚洲气候。其中青藏高原表面感热通量和其上空大气热源在春季和夏季呈减弱趋势在近30年逐渐减弱,影响到中国近几十年夏季季风和雨带分布。最后提出青藏高原影响研究的气候动力学面临的科学问题。      

中国西部冬季降水年际与年代际变化的水汽输送差异

中国西部地区是著名的气候脆弱区,降水的多寡对其影响十分巨大。尤其是在全球变暖的背景下,西部地区的增暖、增湿异常显著,随之而来的西部地区气候变化也越来越受到关注。本研究主要分析了中国西部地区冬季降水的时空变化特征,结果表明:该地区冬季降水的最主要模态具有全区一致变化的特点,并且在20世纪80年代中期出现了一次显著的年代际突变,突变之后中国西部地区冬季降水明显增多。大气环流和水汽输送的分析结果显示,引起西部地区冬季降水年际和年代际变化的因子有着明显的差异。其中西风带水汽输送是影响西部地区冬季降水年代际变化的主要原因;而影响西部地区冬季降水年际变化的水汽则主要来自于阿拉伯海西南向的水汽输送;而且在不同年代际背景下,影响中国西部地区冬季降水的主要水汽输送通道是一致的。这些说明西部降水的预测必须要分不同时间尺度进行研究,短期气候预测需要综合考虑年际变化、年代际变化以及气候长期变化背景才会更为合理和可行。另外,西部降水年际变化因子在不同年代际背景下的稳定性,为建立该地区持续稳定的年际预测模型奠定了科学基础。     

夏季高原季风中断过程长短的一些热力学判据

夏季高原天气可分为两大型,一型是高原季风活跃,这时低层500mb以下的季风低压和切变线活动频繁,为高原的多雨期;另一型是高原季风中断型,这时500mb上常表现为伊朗高压东移或太平洋高压西伸控制高原,高原天气晴朗少雨。这两大天气型的维持时间长短差别很大,如季风中断型(500mb上为高压控制)最长可维持20天以上、短者仅1—2天。为了预报它,人们进行了很多研究工作,但到目前为止,多着眼于大型环流的调整等方面,从天气动力学的角度来提练预报指标。而现在比较一致的看法是:中期天气过程是动力和热力作用同等重要。因此从热力学的角度也是值得研究的。