从海平面气压场的波谱分析比较南、北半球大气环流的变化

本文应用沿纬圈的谐波分析,对1951—1960年各年逐月南、北半球海平面气压进行分解,对比两个半球的副热带(30°N,30°S)及中纬度(50°N,50°S)的超长波活动发现:(1)南、北两个半球月平均大气环流都存在有性质不同的两类变化,即季节性变化与非季节性变化。在海陆对比明显的北半球,不论西风带还是副热带季节性变化都比较清楚。而南半球仅副热带季节性变化明显,西风带则是非季节性变化占优势。(2)南、北两个半球大气环流的季节变化,都有明显的年际差异。通常,北半球夏季建立(南半球是夏季结束)的年际差异大,北半球夏季结束(南半球是夏季建立)的年际差别较小。(3)超长波位置的年际变化与海陆分布有密切关系。陆地面积大的地区,占优势的超长波位置比较稳定,在几乎全为海洋的50°S,则超长波无论占优势与否,波槽位置的年际变化都较大。     

南半球热带外准半年振荡及IAP 9L AGCM模拟检验

基于1979—2000年的NCEP/NCAR海平面气压和位势高度场资料分析了南半球大气环流的准半年振荡 (半年波) 现象。结果表明:这一现象主要出现在南半球对流层低层的中高纬度和中高层的热带地区。对南半球热带外大气而言, 40°S和65°S是低层大气环流准半年振荡最为显著的两个纬度带, 半年波的贡献都超过了70%, 低层南半球中高纬度海平面气压场季节变化的反位相也主要体现为各自半年波分量变化的反位相。在此基础上, 检验了IAP 9L AGCM (大气物理研究所9层大气环流模式) 对这一现象模拟的能力, 模拟结果显示, 模式成功模拟了65°S处海平面气压场的准半年振荡现象, 其振幅略低于观测结果, 但模式对40°S处气压场准半年振荡的模拟效果较差。     

东亚大陆冬季风的低频振荡特征

本文对东亚大陆冬季风期间的地面气温、气压的数年资料做了30～60天的低频波、准双周振荡等分析。结果表明，东亚大陆地区地面气温、气压的0～60天波和准双周波具有重要的作用，它们多年平均的低频波方差相对贡献分别为59.2%（气温）和49.8%（气压）左右。并且伴有显著的年际差异，如华北气温30～60天波强的年份其方差相对贡献可达50.2%，而最弱的年只占11.9%左右。另外这两种频率振荡强弱还有明显的地区性，30～60天波一般华北和长江流域(约28°N以北)比其南部地区强；冬季风期间，东亚大陆地区的30～60波的经向传播主要是由北向南传播的。大多数年份可以传播至东亚大陆的南端，历时约3～6天，但是这种传播在长江流域以北地区表现为更清楚，在长江以南地区，一方面受到了冬季风本身强弱的影响，另方面还受到来自热带地区以致南半球夏季风低频波北传等因素的影响使得经向传播往往变得比较复杂。     

春季中国大陆降水的特征及其与全球海温的关系

利用NOAA CMAP 1979—2010年逐月再分析降水资料、1978—2010年逐月ERSST资料和NCEP 850 h Pa再分析风场资料,研究了春季中国大陆的降水特征,及影响其降水的关键时段和关键海温区。结果表明,春季中国大陆降水偏多年和偏少年频次与强度都相当,年际变化明显。20世纪80年代前期降水偏多,80年代后期至90年代末降水偏少,2000年后至今降水偏多;降水主要有2个周期频段:8~10和3~4年。确定影响春季中国大陆降水的3个关键海温区:海区1:75°—180°E,30°S—30°N;海区2:150°—120°W,30°—60°N;海区3:180°E—130°W,20°S—20°N。不同海区海温在不同时期对中国大陆不同地区春季降水的影响有所不同。     

2010年7月下旬青海高温天气中期分析

从中期预报的角度,对2010年7月下旬青海省高温天气过程的环流演变特征、波谱特征以及大陆暖性高压活动等方面,进行了初步分析。分析结果表明:这次高温天气过程是在超长波3波由强减弱再加强减弱后趋于平稳阶段时,大陆暖性高压稳定维持造成的。     

硫酸盐气溶胶直接辐射效应对东亚副热带季风进程的影响

本文利用全球气候—大气化学模式CAM5 并结合NCEP/NCAR（National Centers for EnvironmentalPrediction/National Center for Atmospheric Research）1950～2009 年再分析资料,讨论硫酸盐气溶胶直接辐射效应对东亚副热带季风爆发、发展和结束进程的影响。模拟结果表明:硫酸盐气溶胶通过直接辐射效应引起东亚大陆大部分地区近地面降温,进而降低了中纬度东亚大陆与西太平洋之间的纬向热力对比,延迟春初、提早夏末海陆纬向热力差异逆转时间,由此引发东亚副热带季风爆发时间延后了4 候左右,结束时间提前了3 候左右;减小的海陆热力差异导致东亚大陆偏南风减弱、东亚季风减弱以及季风降水的区域调整。我们通过NCEP/NCAR 再分析资料分析亦发现,1980 年以后中纬度东亚大陆与西太平洋之间的纬向热力差异逆转时间比1980 年以前在春初延迟、夏末提前,导致了副热带季风爆发时间比1980 年之前延后,结束时间提前,东亚大陆偏南风减弱,副热带夏季风系统性减弱,硫酸盐直接辐射效应可能是造成这一结果的原因之一。以往的观测和模拟都表明,由于人为活动的增加,导致1980 年后东亚大陆硫酸盐气溶胶负荷较之前大幅增加,而东亚夏季风减弱,本文的研究进一步确认了两者间关系。     

热带印度洋与全球大气相互作用的信息传输特征分析

基于气象场信息源汇概念和定义方法, 使用海表温度(SST)和位势高度场(GH)资料计算热带印度洋和全球大气相互作用过程中的信息传递, 给出了热带印度洋(20°S～20°N, 50°E～100°E)与热带地区、北半球和南半球大气之间的信息传递的区域分布特征, 并分析热带印度洋与大气相互作用中信息传递特征的季节差异和年代际变化。研究结果表明, 热带印度洋信息源主要分布在(10°S～10°N, 60°E～90°E)的区域内, 北半球和南半球大气信息汇均呈现显著的带状分布, 且主要分布在中纬度地区, 而热带地区的大气信息汇则主要分布于热带中东太平洋上空。热带印度洋对处在冬半年的半球的影响更强, 不同季节下热带印度洋与大气相互作用中的信息源汇证实了这一可能性。同时, 热带印度洋与大气之间的信息传递特征在20世纪70年代末期的年代际气候转型前后南北半球的变化不太一致:北半球大气对热带印度洋的响应存在不同程度的减弱, 南半球则存在不同程度的增强。     

热带海面温度和地面风图集简介

美国国家海洋大气局天气局于1989年6月出版了《Atlas of Tropical Sea Surface Temperature and Surface Winds》(NOAA ATLAS No.8).该图集是根据"综合海洋大气资料集(COADS)"编制的全球热带(30°N-30°S)海面温度(SST)和地面风的详图.它与其它同类图集不同,它的主要特点是反映上述要素的年周期和变异的演变情况.内容包括1950～1979年的海面温度,纬向风、     

澳洲大陆热力强迫对南北半球环流异常的影响效应

本文采用OSU-AGCM动力框架加入牛顿加热项构成的简化大气环流模式,研究澳洲大陆热力强迫与南北半球环流异常的相关关系。本文对不同平衡温度模拟结果的差异(偏差场)进行了分析,探讨某局地热力强迫对全球其它区域环流异常的影响效应.数值试验结果表明,南北半球海陆热力结构有利于两半球行星尺度经向环流的加强及其低纬跨赤道气流的形成:南半球澳洲大陆热力强迫可以通过东、西风带侧向藕合效应,显著地影响北半球中纬西风带急流状况;二维Rossby波能量频散径向传播可能足澳洲热力强迫与北半球常定环流系统的异常变化相关现象的重要成因,且澳洲大陆强迫产生的径向波列路经与PNA、EU型相似.     

CFSv2模式对春季逐月南极涛动预测效能及成因分析

系统评估了美国第二代气候预测系统（CFSv2）对1983～2019年北半球春季逐月南极涛动（AAO）的预测效能及可能成因。结果表明,CFSv2模式对3月、4月和5月AAO空间模态预测效能较好,但是耦合模式仅对3月的AAO年际变化具有较好的预测能力,对4月和5月AAO年际变化的预测能力较差。热带中东太平洋和澳大利亚以东太平洋海温异常有可能是3月AAO年际变化的可预测性来源。一方面,3月厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）与AAO之间关系显著,而4、5月两者之间关系减弱。 3月ENSO激发PSA（Pacific–South American）波列传播到南太平洋上,通过影响南太平洋海温异常以及低层气旋性环流异常影响3月AAO的年际变化。另一方面,3月澳大利亚以东太平洋海温异常在副热带急流核心区域激发活跃的Rossby波列,该波列由澳大利亚东部向东南频散到南太平洋中高纬地区,造成该地区位势高度异常,使得副热带地区30°S西风减弱,南半球高纬60°S西风加强,进而影响AAO的变化。CFSv2对3月AAO的预测效能高于4月和5月的主要原因是CFSv2模式能够很好再现3月AAO与ENSO、澳大利亚以东海温之间的关系及其影响机制。     

臭氧和平流层动力学的相互作用

讨论了给定的南极春季臭氧洞(取自1979—1985年臭氧减少的观测结果)对二维平流层—对流层模式中温度和环流的影响。11月份,南极上空约17km处,温度最多可降低6℃。这种温度变化引起的平均经向环流对臭氧洞起填塞作用,不过,这种影响很小,每年仅产生14DU的变化。观测事实表明,近年来10月份,南半球波活动减弱。为此,我们作了南半球波作用全年都减少一半,并考虑了臭氧洞的数值试验。结果表明,臭氧柱在11月份76°S减少了44DU,在赤道却增加了12DU。     

1979年5月东南亚夏季风的建立和青藏高原的作用

东南亚夏季风开始于5月,它是大气环流向夏季环流过渡的一个重要阶段。本文用FGGE-IIIb全球网格点资料,分析1979年4月26日到5月25日,大范围（40°S～50°N,30～160°E）温度、湿度和风场变化特征,计算了垂直速度、辐散风场、热源和水汽汇收支,研究了东南亚夏季风的性质和来源,其中着重分析了青藏高原的热力和动力作用与东南亚夏季风建立的关系。东南亚夏季风建立的主要因素是中纬度的环流形势,来自热带海洋的西南气流和青藏高原的作用。东南亚夏季风开始时,高空大气环流发生调整,青藏高原上空为波脊,两侧为波槽。低空东南亚夏季风区的辐合气流有四个来源:1）同经度范围的偏南辐散风,2）高原南侧的偏西辐散风,3）高原东侧的偏北辐散风,4）西太平洋上的偏东辐散风。分析表明,东南亚夏季风降水受高原西南侧的中纬度西风带波动影响。低空西南气流来源于80～120°E的南半球热带地区,西南气流输送水汽并且加强低空辐合。主要的热源位于东南亚,主要是潜热释放形成的,它是驱动东南亚夏季风环流的主要机制。整个分析期,青藏高原是一热源,抬升的感热加热和动力作用形成和维持了高原上空的高压脊和两侧的波槽,从而有助于东南亚夏季风的建立。     

亚洲季风区经度范围内低纬地区环流变化的一些关联现象

研究不同地区环流之间的相互关联是一个重要课题。本文利用[1—4]等资料对东半球低纬度地区做了一些天气气候分析。对气压资料的分析表明,东南亚、澳大利亚、印度、南太平洋西部、印度洋及非洲东部一些台站的7月地面气压逐年变化有较好的相关。制作并分析了1975年4—9月亚洲夏季风建立和发展过程中各月和候的合成云图。发现在印度季风爆发的同时,东半球的主要环流系统都有一次相应的突变。此外,对比研究了亚洲季风区内M_1区(65°—75°E,30°S—30°N)、M_2区(105°—115°E,30°S—30°N)及太平洋T区(145°—155°E,30°S—30°N)的旬平均云量变化,发现在M_1、M_2区南、北半球的云量变化趋势有较好的相关,而在远离大陆的T区,南、北半球云量变化趋势相关差。对其它资料的分析也表明,南、北半球低纬度大尺度环流变化在亚洲季风区范围比在非季风区有更好的相关。     

年际时间尺度上全球植被与大气相互作用的诊断分析

利用NOAA AVHRR得到的19年（1982～2000）全球月平均的叶面积指数（LAI）与ERA40近地面气温和CMAP降水进行时滞相关分析,并研究了LAI的年际变化对后期温度、降水的反馈作用。结果表明,大部分地区LAI与同期气温的相关性更好,30°N以北（以南）基本上为正（负）相关。LAI滞后一个月时,北半球中低纬度和20°S以南大部地区LAI与降水的正相关更强;而在北半球中纬度大陆东部和南半球热带地区,LAI与前一个月温度的关系更密切。LAI与温度的相关性在春、秋季最明显,LAI与降水的关系在雨季最密切。LAI对气温比较显著的正反馈主要分布在北半球中高纬度地区;20°S以南大部地区为比较显著的负反馈。LAI对降水比较显著的正反馈分散在北美大陆西北部、东欧平原南部、欧亚大陆东北部和热带沿海地区。中高纬度（尤其是北半球）大部分地区LAI 对气温、降水反馈部分的解释方差达到总方差的20%以上。     

冬季欧亚中高纬陆面热力异常与同期大气环流的联系

利用欧洲中心ERA-40月平均再分析资料,分析了1958-2001年冬季欧亚中高纬陆面热力状况的变化特征,重点讨论了冬季陆面热力异常与中高纬大气环流的联系及其可能影响机制。结果表明:由于全球变暖的区域非均匀性,近年来冬季欧亚中高纬陆面增温趋势显著且增温幅度较大,中低纬陆面增温幅度相对偏小,陆面热力变化的经向非均匀性造成欧亚大陆中纬度区域(40°N-50°N附近)的陆面经向温度梯度在20世纪80年代初发生了显著的年代际减弱。由于陆面对大气的加热作用,导致蒙古高原至中国东北地区对流层低层大气经向温度梯度减小,从而使得对流层大气斜压性减弱,根据热成风原理,纬向风垂直切变减小,最终导致欧亚中高纬高空西风环流异常偏弱。     

春夏季转换期东亚地表热通量对温度月际变化的影响

利用1948—2003年的NCEP/NCAR再分析资料,分析了东亚地区春夏季节转换期间地面气温变化趋势以及地面热通量对温度季节变化的影响。结果表明,东亚地区4~7月地面气温月际变化存在明显的与纬度有关的南北向差异、与海陆分布有关的东西向差异以及大陆上中低纬地区以90°E为分界线的东西向差异,大陆上温度月际变化比海洋上显著。通过对月际变温指数的研究发现,中南半岛以及高原东侧在4~5月月际变温明显,印度半岛及高原西侧6~7月月际变温明显,表明月际最大变温有从90°E以东地区向90°E以西地区推进的过程。研究月际变温与地面热通量关系发现,高纬地区大陆上月际温度变化主要与太阳辐射以及潜热变化关系较大,而中低纬地区大陆上月际变温与感热、潜热以及辐射关系都比较密切,且90°E以东的中南半岛及邻近地区的4~5月的月际变温与地面热通量的相关关系最为显著,90°E以西的印度半岛及邻近地区6~7月的月际变温与热通量相关关系最为明显,此时青藏高原西侧辐射以及感热加热作用显著。对于热通量与地面月际变温显著相关区域的进一步分析表明,地面热通量对于温度场的直接影响主要表现在近地层,在高层,两者之间相关关系复杂。     

1522号强台风“彩虹”环流中的龙卷风过程分析

利用常规地面和高空观测资料、地面加密资料、FNL 1°×1°实时分析资料以及广州多普勒雷达资料,对2015年10月4日17:00左右发生在广州市番禺区的龙卷过程进行了分析,结果表明:该龙卷出现在台风登陆后迅速减弱阶段,在台风中心移动方向右前侧大约390 km处。龙卷发生前,地面有辐合线存在且有弱冷空气低层侵入,低层到中层为强盛东南风与偏南风辐合区。低空较强的垂直风切变、极不稳定的大气层结和深厚的正涡度区,为龙卷的发生发展提供了热力和动力条件。雷达产品特征表明,该次龙卷过程反射率因子呈弓形特征,回波中心强度在53~58 d Bz之间,但未出现超级单体通常具有的钩状回波和悬垂结构;从速度图上可看到有中气旋存在,从生成到消亡,大概经历了5个体扫时间,其演变方式为从低层开始加强,然后向上扩展。     

中国东部夏季气候20世纪80年代后期的年代际转型及其可能成因

指出了中国东部夏季气候在20世纪80年代末出现了一次明显的年代际气候转型.伴随着这次年代际转型,80年代末以后中国东部南方地区降水明显增多,500 hPa西太平洋副热带高压西伸且南北范围变大,西北太平洋上空850 hPa反气旋增强.中国东部夏季80年代后期出现南方多雨的年代际转型与欧亚大陆春季积雪、西北太平洋夏季海面温度的年代际变化存在密切联系,它们也都在80年代末出现年代际转型.从80年代末以后,伴随着欧亚大陆春季积雪明显减少和西北太平洋夏季海面温度明显增高,中国夏季南方降水明显增加.文中分析了欧亚大陆春季积雪和西北太平洋夏季海面温度影响中国降水的物理过程,指出欧亚大陆春季积雪能够在500 hPa激发出大气中的遥相关波列,所激发出的波列可以从春季一直持续到夏季,造成中国北方为高压控制,南方为微弱低压控制,使得降水出现在中国南方.西北太平洋夏季海面温度的升高能够减小海陆热力差异,使得夏季风减弱,导致中国南方地区降水增多.     

夏季长江淮河流域异常降水事件环流差异及机理研究

长江、淮河同处东亚中纬度,天气过程的大尺度环流背景相似,大量相关研究基本是把江淮流域天气气候事件作为一个整体研究,然而对长江、淮河流域夏季降水的时空变化进行分析发现,长江、淮河流域夏季异常降水事件有各自不同的年际、年代际变化特征,但环流差异及成因并不十分清楚。本文根据中国台站降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,利用物理量诊断和现代统计学等方法,重点分析长江、淮河流域梅雨期降水异常事件发生时南北半球大气环流内部动力过程的差异及成因。研究指出:长江（淮河）流域梅雨期降水异常偏多年500 hPa位势高度场亚洲中高纬度环流呈现为南北向（东西向）的波列与东亚中高纬鄂霍茨克海阻塞频次增多（减少）以及200 hPa高度场上东亚副热带高空西风急流强度加强（减弱）、稳定（移动）有关;长江（淮河）流域梅雨期降水异常偏多年主要水汽来源与南半球澳大利亚高压、马斯克林高压位置偏东（西）造成西太平洋150°E～180°（阿拉伯海50°E～60°E）地区越赤道气流加强有关。长江（淮河）流域梅雨期异常降水事件大气环流内部动力过程最显著的差异表现为:东亚副热带高空西风急流加强（减弱）以及南半球澳大利亚高压、马斯克林高压位置偏东（西）。     

季风系统的振荡

这项研究分两部分,本文为第一部分,给出了季风系统某些有趣的振荡的观测证据;而在第二部分中将提出一些关于准两周振荡的可能机理。大尺度季风系统本文定义为下述9个参数(图1): 1.季风槽。 2.马斯克林高压:这是地面图上的南半球一高压区,它的名字来源于马达加斯加东边的马斯克林群岛。高压中心位于30°S,50°E附近。 3.穿越赤道的低空急流:这是一支著名的北半球夏季低空急流,这支急流的最大风速在1.5公