北半球位势高度场的遥相关及其数值试验

利用1971—1990年逐旬500hPa 位势高度场格点资料,按 Wallace 等(1981)给出的遥相关型指数公式,计算出北半球5种遥相关型的特征指数.对每一型制作了合成平均图和合成差值图,分析各种遥相关型的特征.然后,利用 OSU—AGCM 加进不同海区的 SST 距平值作为非绝热加热,通过数值试验探讨外源强迫对遥相关形成的作用.     

7月北半球500hPa高度场的遥相关结构及其特点

用斜交模态方案分析了７月北半球５００ｈＰａ高度场的遥相关结构，得到了一系列遥相关型，与同期１００ｈＰａ高度场，海平面气压场的遥相关结构分析结果上比较，其收敛速度慢，主要遥相关联系弱，且所在位置也有明显差异。     

北半球夏季500hPa候平均高度场的遥相关和环流特征

本文用10年(1980—1989)夏季北半球500hPa候平均高度场资料进行遥相关分析,得到东亚太平洋型(EAP)和西欧型(WE)两种遥相关型及西亚-太平洋-大西洋振荡,并对高度场进行主成分分析(PCA),讨论了环流的时空分布特征.     

夏季北半球500hPa月平均场遥相关型及其与我国季风降水异常的关系

用一点相关法计算了盛夏北半球５００ｈＰａ遥相关型，得到７月份北半球存在７个遥相关型，８月份有６个遥相关型。研究了它们的中心，计算了各遥相关型的历年强度指数（１９５１－１９９０），研究了它们的年际变化、月际变化。指出７月份的东亚太平洋型、北美东西遥相关型；８月份的ＥＡＰ型、欧亚型与我国盛夏季风降水关系密切。１９９１年夏季发生的弱ＥＡＰ型是江淮流域大涝的一个重要原因。     

北半球遥相关波链结构及其在内蒙古农区夏季旱涝长期预报中的应用——旱涝课题研究之六

从内蒙古地区实际出发，分析影响我区的北半球遥相关波链结构。为将遥相关成果应用于实际业务预报，提出遥相关常定波链的概念。以夏秋季旱涝等级为预报量，计算它与北半球５００ｈＰａ月平均高度的相关场。在分析相关场中相关区与常定波链的联系后，选择两者关系密切地域的资料序列作为重要因子，强迫引入方程，加强了方程的物理意义。在分析冬春夏３个季节的波链后，发现３个季节的波链之间存在某些联系。我们将这些有内在联系的波链称为影响我区的波系统，并推论了它与极涡冷空气、副高等的关系。     

南北半球环流系统的遥联分析

本文利用1972年5月—1990年2月南半球月平均海平面气压5°×5°网格点资料,对南半球绕极低压和副热带高压系统的时空变化特征进行了分析,发现上述环流系统的变化与盛夏西北太平洋副高面积和脊线位置的变化有着密切的联系,这种遥相关联系为盛夏7、8月西北太平洋副高脊线位置的预报提供了一条新的线索。     

北半球4月份500hPa月平均场遥相关型及其与我国降水异常的关系

用一点相关法计算了春季４月份北半球５００ｈＰａ遥相关型，得出４月存在５个遥相关型。它们的中心位置与冬季相比已有了较大的改变。计算了１９５１￣１９９０年各遥相关型的逐年强度指数。研究了它们的年际变化，指出４月的西太平洋型（ＷＰ）、欧亚型（ＥＵ）的强、弱是我国４月份大范围旱涝的主要原因。     

北半球大气遥相关型冬夏差异及其与温度场关系的探讨

利用55年的NCEP/NCAR再分析资料, 采用合成分析等方法探讨了冬、 夏季北半球大气遥相关型的差异及其与温度场的关系。主要结果有: 北半球冬、 夏季典型的大气遥相关型具有很大的差异, 且大气遥相关路径的偏折与温度场的变化有密切的关系。北半球冬季, 呈经向型分布特征的大气遥相关路径在温度纬向梯度正负号发生改变处发生偏折; 而在北半球夏季, 由于温度场分布呈现纬向特征, 遥相关路径不易产生南北向的偏折, 从而使得异常中心基本上沿纬圈分布, 呈明显的纬向特征。此外, 由于冬季等温线南北起伏明显的区域往往位于东西方向海陆交界处, 因此冬季大气遥相关路径往往在东西向海陆交界处发生偏折。     

北半球1月和7月纬偏场遥相关结构分析

本文利用1951－1986共36年资料对北半球500hPa1月和7月纬偏场的遥相关结构进行了分析结果表明：冬季纬偏场的遥相关结构与位势高度场的遥相关结构一致，都存在5种呈经向分布的遥相关型。但在夏季，位势高度场中的遥相关现象不明显，纬偏场中却存在4种呈纬向分布的遥相关型。对比纬偏场1月和7月的遥相关结构,发现两者存在明显差异。     

北半球环状模和东北冷涡与我国东北夏季降水关系分析

利用国家气象信息中心提供的1951～2004年全国160个测站月平均降水资料和欧洲中心提供的ERA-40再分析资料,对近50多年东北地区夏季降水、东北冷涡与前期北半球环状模和海温的关系进行了统计分析,定义了一个夏季(6～8月)东北冷涡强度指数(NECVI)。结果表明:NECVI能够较好表征东北低涡的气候效应;夏季东北冷涡强度与降水存在显著的正相关,东北冷涡强年,降水偏多,前期2月北半球环状模(NAM)偏弱;东北冷涡偏弱年,降水偏少,前期2月NAM偏强。此外,夏季东北冷涡与前期的中国近海海温存在显著的负相关,前期NAM和中国近海海温的异常可以作为夏季东北冷涡异常的一个前兆信号,进而为东北地区夏季降水异常的预测提供参考依据。     

A preliminary study on the relationship between Arctic Oscillation and daily SLP variance in the Northern Hemisphere during wintertime

In the present study, the authors investigated the relationship between the Arctic Oscillation (AO) and the high-frequency variability of daily sea level pressures in the Northern Hemisphere in winter (November through March), using NCEP/NCAR reanalysis datasets for the time period of 1948/49-2000/01.High-frequency signals are defined as those with timescales shorter than three weeks and measured in terms of variance, for each winter for each grid. The correlations between monthly mean AO index and high-frequency variance are conducted. A predominant feature is that several regional centers with high correlation show up in the middle to high latitudes. Significant areas include mid- to high-latitude Asia centered at Siberia, northern Europe and the middle-latitude North Atlantic east of northern Africa. Theirs trong correlations can also be confirmed by the singular value decomposition analysis of covariance between mean SLP and high-frequency variance. This indicates that the relationship of AO with daily Sea Level Pressure (SLP) is confined to some specific regions in association with the inherent atmospheric dynamics. In middle-latitude Asia, there is a significant (at the 95% level) trend of variance of-2.26% (10yr)^-1. Another region that displays a strong trend is the northwestern Pacific with a significant rate of change of 0.80% (10 yr)^-1. If the winter of 1948/49, an apparent outlier, is excluded, a steady linear trend of 1.51% (10 yr)^-1 shows up in northern Europe. The variance probability density functions (PDFs) are found to change in association with different AO phases. The changes corresponding to high and low AO phases, however, are asymmetric in these regions. Some regions such as northern Europe display much stronger changes in high AO years, whereas some other regions such as Siberia show a stronger connection to low AO conditions. These features are supported by ECMWF reanalysis data. However, the dynamical mechanisms involved in the AO-high frequency SLP variance connection have not been well understood,and this needs further study.     

一次北半球中高纬度地区冬季气象灾害分析

利用NOAA和NCDC原始资料,诊断分析了2007—2008年一次冬季大规模冰冻雨雪灾害天气,重点讨论了各地的阻塞高压(下称阻高)与这次灾害性天气产生原因之间的联系,并通过Rossby波的传播和发展对阻高的影响,分析了阻高产生的原因及在这次天气过程中的作用。结果表明,乌拉尔山阻高和鄂霍次克海阻高的共同作用,阻挡了来自极地冷气流的大股南下,使得来自北方的小股冷空气被阻高分离,南支气流南下与来自副热带高压的暖湿气流交汇,造成降温和持续性降雪,而随着冷平流的输入使阻高原地崩溃,东欧暖平流使阻高西侧新生高压脊发展成新的阻高。北美阻高随着地形作用也导致2007年底美国大部分地区和加拿大东部地区遭受暴风雪的袭击。Rossby波的传播与演变促使了阻高的形成,极涡南移过程中也造成这些地区的大雪和暴雪,阻高的调整(崩溃和重建)导致强冷空气的爆发。     

2009/2010年北半球冬季异常低温分析

分析了2009/2010年冬季(2009年12月1日至2010年2月28日,简称09/10年冬季)北半球地面气温异常特征及同期的水平与垂直环流场的异常结构。结果表明地面气温的异常呈现出带状的分布,表现为在低纬度为正异常、中纬度负异常及高纬度正异常的"正负正"的分布特征,最大的降温区在欧亚大陆和美国东部,其中局部的降温超过了-4℃。09/10年冬季北半球中纬度的地面气温相比过去15年冬季的平均值下降了近1℃,而在欧亚大陆的局部地区降温超过了-8℃。水平环流场的异常特征为:海平面气压和位势高度均表现为高纬度正异常而中纬度负异常的"北高南低"的分布特征,与此同时,中纬度出现气旋式的异常环流而高纬出现反气旋式的异常环流,这种分布形势在高低层表现得较为一致。经圈环流异常特征为:费雷尔环流减弱,中纬度出现异常的上升运动而高纬度出现异常的下沉运动,与此同时,中纬度对流层气温降低,而低纬度和高纬度的对流层气温升高,副热带急流增强,而极地急流减弱。09/10年冬季北半球环流的异常特征与北半球环状模(NAM)负位相时的极为相似。对多年冬季北半球地面气温和NAM指数进行合成和相关分析,结果表明当NAM处于正(负)位相时,北半球中纬度地面气温出现正(负)异常带,并且在欧亚大陆和美国东部最为显著,局部升温(降温)的幅度达到2℃。在热带外地区,经向温度平流是控制温度局地变化的关键因子。NAM影响北半球地面气温的物理机制分析表明,NAM主要是通过影响经向温度平流来影响北半球中纬度气温的。当NAM为正位相时,北半球费雷尔环流加强,中纬度带和高纬度带发生大气质量的交换,海平面气压场表现为中纬度异常高压而高纬度异常低压的"南高北低"的分布特征,中纬度地表出现异常的南风,进而经向暖平流加强,最终导致中纬度地面气温升高,NAM负位相年时与之相反。这个结果揭示了NAM作为自然变率对中纬度地面气温的调控作用。     

Linkage Between the Northeast Mongolian Precipitation and the Northern Hemisphere Zonal Circulation

The long-term relationship between the tree-ring-reconstructed annual precipitation in northeastern Mongolia (PRM) and the Northern Hemisphere Zonal Circulation (NHZC)§defined as the normalized zonal mean sea-level pressure at 60N in May-June-July, is examined in this study. A significant correlation coefficient (0.31) was found between the NHZC indices and PRM based on the dataset for the period of 1872–1995. The mechanisms responsible for the relationship are discussed through analyses of the atmospheric general circulation variability associated with NHZC. It follows that NHZC-related atmospheric circulation variability provides an anomalous southeast flow from the ocean to Northeast Mongolia (northwest flow from Northeast Mongolia to the ocean) in the middle and low troposphere in positive (negative) phase of NHZC, resulting in more (less) water vapor transport to the target region and more (less) precipitation in Northeast Mongolia.     

1988～1998年北半球积雪时空变化特征分析

利用NOAA提供的北半球近10年(1988～1998)逐周雪盖观测资料，通过引入年或季节累积雪盖周数作为对雪量累积情况的定量衡量，对北半球雪盖变化时空特征进行了分析。结果表明:近10年来，北半球积雪年际变化的关键区位于青藏高原、蒙古高原、欧洲阿尔卑斯山脉及北美中西部，其中青藏高原是北半球积雪异常变化最强烈的区域。青藏高原和欧亚大陆其他地区积雪变化的关联表现为两种不同的时空变化型，第一种型表现为青藏高原地区和其他地区(如欧洲、俄罗斯远东地区)积雪的同位相趋势性增多；第二种型表现为青藏高原地区和中亚地区积雪变化同位相，而和蒙古高原－我国东北地区积雪变化反位相的年际振荡。     

北半球冬季风暴轴与ENSO循环的关系及其能量平衡特征

利用欧洲中期天气预报中心的再分析资料,分析了北半球冬季对流层上层300 hPa面上风暴轴与ENSO循环的关系以及风暴轴的能量平衡特征.研究表明,由于El Nino年北太平洋的哈德莱环流增强,导致北太平洋西风急流向赤道和向东伸展,进而引起了北太平洋风暴轴的增强并向赤道和向东伸展;而La Nina年事件期间情形正好相反.在北大西洋,El Nino年其西风急流中心最大值有所减小,但整个西风急流区域有所扩大并向西和向赤道伸展,相应北大西洋风暴轴强度在El Nino年也有所减弱并向西和向赤道方向伸展;La Nina事件的情形正好相反.能量分析表明,斜压转换的正值中心位于风暴轴及其上游区域.在El Nino年,北太平洋斜压转换的正值中心向赤道和向下游伸展,而北大西洋斜压转换的正值中心向赤道和向西伸展,这与北太平洋风暴轴和北大西洋风暴的变化趋势是一致的.行星尺度扰动对斜压转换的贡献比天气尺度扰动的贡献要小,而行星尺度-天气尺度扰动的相互作用项对斜压转换的贡献更小.研究还表明,能量正压转换的正中心化于风暴轴的上游,负中心位于风暴轴区域.相对于La Nina年,El Nino年北太平洋东部的正压转换负值中心偏北,北美的正值中心位置偏南,而北大西洋的负值中心强度减弱范围变小.这些变化与从La Nina年剑El Nino年北太平洋和北大西洋风暴轴的变化是一致的.在能量的正压转换过程中,天气尺度扰动的贡献要大于行星尺度扰动,而行星尺度-天气尺度扰动的相互作用项的贡献更小.     

A modeling study of the influence of initial soil moisture on summer precipitation during the East Asian summer monsoon

The state-of-the-art WRF model is used to investigate the impact of the antecedent soil moisture on subsequent summer precipitation during the East Asian summer monsoon (EASM) period. The control experiment with realistic soil moisture condition can well reproduce the seasonal pattern from low- to high- atmosphere, as well as the spatial distribution of precipitation belt in East China. Compared with the control experiment, the sensitivity experiment in which the initial soil moisture is reduced generates more precipitation along the East China Sea, and less rainfall over both Central and South China. This suggests that the effect of initial soil moisture on monsoonal precipitation in East China is regionally dependent. The influence on precipitation is mostly attributed to the change in precipitation from mid July to late August. The initial soil moisture condition plays a role in changing the seasonal pattern and atmospheric circulation due to the weak heating and geopotential gradient, leading to a reduction in southeasterly flow and moisture flux from South China Sea. The changes between DRY and CTL runs result in reduced southerly wind over the ocean (south of ˜25 °N) and enhanced northerly wind over the land (north of ∼25 °N). The temperature and associated circulation changes due to drier initial soil moisture anomaly result in reduced southerly winds over East China, and therefore a weakened EASM system. The averaged moisture flux decreases significantly over Central China but increases along the East China Sea. In addition, the drier soil moisture perturbation exerts an effect on suppressing (enhancing) vertical velocity over Central China (along the East China Sea), thus leading to more (less) cloud water and rain water. Therefore, the influence of soil moisture exerts an opposite impact on surface precipitation between these two regions, with more and less accumulation rainfall in Central China and along the East China Sea, respectively.     

2000年北半球平流层、对流层质量交换的季节变化

用2000年NCEP资料,P坐标下Wei公式诊断北半球平流层、对流层交换的季节变化.主要结论:(1)热带西太平洋是物质由对流层向平流层输送的主要通道,并有明显的季节性东西移动.由于2000年赤道辐合带偏弱,因此秋季通量最大.(2)中高纬度地区同时存在向上、向下的通量,大尺度槽区伴随着平流层向下的输送.一年中冬春季向下的输送强,夏秋季较弱,其季节变化与大尺度环流的季节性变化一致.(3)东亚地区存在很强的平流层向下输送,且中心位置移动不大.只占北半球5.6%面积的东亚其年净交换量竟占北半球的29%,这说明东亚地区的平流层与对流层之间的质量交换对北半球平流层、对流层交换研究的重要性.