低纬地区平流层准零风层时空分布特征分析

利用ERA-Interim逐日再分析资料,使用EOF（Empirical Orthogonal Function）等统计方法,分析了中国低纬地区平流层准零风层（Quasi-Zero Wind Layer,QZWL）的时空分布特征,旨在为平流层飞艇寻找合适的运行区域及时段。低纬地区QZWL主要受到热带平流层大气环流季节性变化和平流层准两年振荡（Quasi-BiennialOscillation,QBO）的影响。在二者共同作用下,低纬地区QZWL高概率带可分为南北两支:“北支”出现在10月至次年4月间,QBO东风位相时期,“北支”中心纬度基本维持在20°N附近,西风位相时期,“北支”中心纬度随高度降低南移明显;“南支”仅出现在QBO西风位相期间,5~11月在5°N附近,其余时段与“北支”合并,可以认为是“北支”向南延伸。通过对比海口站和南沙站Weibull概率密度函数与风速资料的拟合结果,表明Weibull分布可以很好拟合不同QBO位相下平流层逐月风速频率分布,根据Weibull分布计算特定的累积概率风速值,可以作为选取适宜平流层飞艇运行的低风速风场的判据。海口站30~50 hPa高度11月至次年4月、南沙站50~70 hPa高度QBO西风位相时期全年均较为适合平流层飞艇运行。     

北半球春季平流层环流季节转换研究的若干进展

简要总结了近年来北半球春季平流层环流季节转换研究的若干进展。涉及平流层环流季节转换的特征、某些影响因素、与对流层环流的关系及平流层环流季节转换的应用。由于平流层季节转换早于对流层，其深入研究可为短期气候预测提供线索。     

赤道低平流层纬向风垂直切变与对流层环流及东亚季风的关系

在以赤道低平流层纬向风垂直切变为依据划分平流层QBO位相的基础上，讨论了赤道低平流层纬向风QBO与对流层环流及东亚季风的关系。结果表明：强冬季风和弱夏季风对应着赤道低平流层纬向风的东风切变位相，强夏季风和弱冬季风对应着赤道低平流层西风切变位相，赤道低平流层纬向风QBO对对流层环流有一定影响，冬春季节平流层与对流层的相互作用比夏秋季节明显。     

青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡特征

利用1979—2019年ECMWF提供的ERA-Interim逐日再分析资料,采用Morlet小波分析、滤波及合成分析等方法,探究了青藏高原夏季对流层高层纬向风季节内振荡（IntraSeasonal Oscillation,ISO）的主要周期及其传播特征。结果表明：青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡的主要周期为10～30 d,其强度存在明显的年际差异。在纬向风ISO强年,振荡过程持续时间长、振幅强,ISO方差中心从对流层高层向下影响到对流层中层,表现为相当正压结构。其传播在纬向上主要表现为ISO中心从高原东部3次向东传,可达西太平洋地区;经向上分别有4次自中高纬向南传播的10～30 d ISO中心与来自低纬地区的ISO中心在高原南侧汇合,其强度在高原南侧有所加强,强振荡中心可向南传播到达低纬地区。ISO的位相演变主要表现为低频反气旋和低频气旋中心在高原东部交替出现,引起东部地区上空低频东风和低频西风的强度变化。在ISO极端活跃位相,高原东部低频西风达最强。     

赤道低平流层纬向风垂直切变与ENSO变率的关系

利用NCEP／NCAR 40a再分析资料研究了赤道低平流层纬向风垂直切变与ENSO变率间的关系。结果得出，赤道低平流层纬向风的垂直切变呈现明显的准两年振荡，SOI和Nino3区SSTA的准两年周期成分与赤道低平流层纬向风垂直切变分别呈现反位相和同位相关系。赤道低平流层西（东）风切变位相时，OLR、1000hPa高度，2000hPa高度和温度、850hPa温度等要素的距平分布与其在El Nino(La Nina)时段的分布相似。     

赤道低平流层纬向风垂直切变与对流层环流及东亚季风的关系

在以赤道低平流层纬向风垂直切变为依据划分平流层QBO位相的基础上,讨论了赤道低平流层纬向风QBO与对流层环流及东亚季风的关系.结果表明强冬季风和弱夏季风对应着赤道低平流层纬向风的东风切变位相,强夏季风和弱冬季风对应着赤道低平流层西风切变位相,赤道低平流层纬向风QBO对对流层环流有一定影响,冬春季节平流层与对流层的相互作用比夏秋季节明显.     

北半球平流层低层大气季节内振荡特征

利用奇异谱分析方法（SSA）分析了1975年1月1日至12月31日北半球30hPa高度场变化特征，结果发现:平流层低层大气除了年变化及季节变化趋势外，还存在明显的季节内振荡，最显著的周期为20～60天；在持续性异常多发地区，30hPa高度场变化中20～40天周期振荡占优势，而在其它一些地区则盛行40～60天周期振荡；对流层持续性异常主要同对流层高度场的20～40天振荡有关，并可能通过这种周期振荡同平流层低层相同周期的振荡的相互作用影响平流层低层大气季节内变化。     

赤道平流层中下层纬向风准2 a振荡与行星运动

利用实况资料和小波分析方法研究了赤道平流层中下层纬向风准2 a振荡(简称QBO)周期变化与行星运动之间的联系, 结果表明, QBO周期以火星冲日(25.68月)周期为基准, 时而变长, 时而变短。当地球、土星、天王星3星一线时, 火星冲日月份30 hPa纬向风由东风向西风转换;而3星成直角时, 则从西风向东风的转换。QBO周期变化与木星冲日时的视赤纬存在明显的对应关系。当木星冲日视赤纬达到正极值时(此时为北半球的冬季), QBO周期达到最大;当木星冲日视赤纬达到负极值时(此时为北半球的夏季), QBO周期达到最小。QBO周期与木星冲日视赤纬之间的相关系数高达0.496, 并通过0.001显著性检验。QBO强度与周期、木星冲日时的视赤纬呈现反相变化, 即QBO强度的强(弱), 对应于QBO周期的短(长)。木星冲日负(正)视赤纬, 在过去60 a中, QBO的强度总体呈现增加的趋势, 与天王星的视赤纬减小存在一定的联系。     

东亚高空纬向风的季节内振荡对登陆中国大陆热带气旋活动的影响

使用1979—2015年欧洲长期天气预报中心所提供的ERA-Interim再分析资料和中国气象局上海台风研究所整编的西北太平洋热带气旋（TC）最佳路径资料,分析了7—8月东亚高空纬向风的季节内振荡（ISO）信号特征及其与登陆中国大陆热带气旋（TC）的关系。结果表明:（1）200 hPa纬向风在副热带、中纬度地区季节内振荡显著,尤其是在纬向西风带中,有两个南北分布的大值中心,方差贡献均超过50%。（2）基于东亚高空纬向风的ISO和EOF典型空间模定义的西风指数(EAWI),可以用来描述东亚高空纬向西风在ISO尺度上的经向移动。（3）在西风指数的ISO负位相期间,登陆中国东南沿岸22 °N以北的TC增多;反之减少。在西风急流出口南侧的副热带区域,200 hPa ISO纬向风向北移动,使纬向西风位置偏北,出现东风异常,从而使西风减弱;TC引导气流为向西的异常,有利于TC登陆中国大陆偏北沿岸;同时有异常的ISO纬向异常东风切变,有利于TC登陆过程的维持。（4）在西风指数的ISO负位相期间,在对流层高层西风急流出口区向南输送的天气尺度的E矢量,在TC登陆地区,出现异常扰动涡度通量的辐合,引起了该区域的西风减弱。      

平流层准零风层统计特征及准两年周期振荡对其影响分析

根据形成机制的不同将平流层准零风层（Quasi-Zero Wind Layer,QZWL）划分为由平流层准两年周期振荡（Quasi-Biennial Oscillation,QBO）各高度处于不同位相形成的第一类QZWL和由于平流层低层经向温度梯度逆转而形成的第二类QZWL;利用ERA-40再分析资料分析了两类QZWL在不同季节中空间结构的变化规律,讨论了平流层QBO对两类QZWL年际变化产生的影响。研究结果表明：第一类QZWL集中出现在冬季赤道附近地区,第二类QZWL在夏季热带外地区和冬季20°N～40°N太平洋地区上空;QZWL夏季高度比冬季低约3 km,夏季QZWL出现高度比冬季稳定,约在50～70 hPa之间;由于受到QBO的直接影响,第一类QZWL出现的高度和纬度范围存在明显的年际变化,第二类QZWL受到QBO的影响主要体现在QBO西风位相年和东风位相年相比,冬季20°N～40°N范围内存在第二类QZWL的概率较高。     

全球平流层下部降温及其对纬向风的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料,结合HALOE的臭氧和甲烷卫星观测资料,分析100~50 hPa的平流层下部温度变率及其与微量气体和平均纬向风的关系。结果表明,全球平流层下部大气温度自1948年至今总体呈下降趋势,而近十几年,全球平流层下部温度下降更加显著。热带和低纬甲烷的增长可能是其降温的一个重要原因。此外,由于平流层下部温度变率的经向不均匀性,同时还会引起该地区平均纬向风的变化。     

Dynamic Seasonal Transition from Winter to Summer in the Northern Hemisphere Stratosphere

This study applied the modified spatial simi- larity coefficient method to define the seasonal transition （ST） from winter to summer in the extratropical strato- sphere of the Northern Hemisphere. The features of the ST were examined using European Centre for Medium- Range Weather Forecasts （ECMWF） Interim reanalysis data; and the results showed that the time and duration of the ST, which is affected by the activity of planetary waves （PW） in the stratosphere, largely depended on the geophysical locations. This study also investigated the interannual variability of the ST and its relationship with stratospheric sudden warming （SSW） and the qua- si-biennial oscillation （QBO）. It was shown that the late-onset SSW events （after 22 January） are close to the start of the ST. An easterly （westerly） QBO hastens （de- lays） the onset of the ST in high and low latitudes, whereas it delays （hastens） the ST in midlatitudes. The duration of the ST is significantly affected by the QBO. The influence of SSW and the QBO have different sig- nificance in different latitudes, so they are both important and irreplaceable factors.     

新疆地区夏季平流层低层风场特征分析及数值模拟

利用2017年6—8月的FNL再分析资料分析了新疆地区夏季平流层低层风场的时空演变特征，开展了平流层低层风场的高分辨率数值模拟和检验。结果表明：新疆地区夏季平流层纬向风随时间的变化存在经向差异，同时准零风层开始和结束的时间也存在经向差异，准零风层开始时间南部地区早于北部地区，而准零风层结束时间则相反。整个夏季新疆地区上空的准零风层处于70～40 hPa之间，其高度随时间呈先降低而后升高的变化趋势。准零风层数值模拟结果表明，模拟的准零风层参数与探空资料分析结果相比二者存在一致的变化趋势，准零风层起始高度的平均绝对误差为467 m，该高度对应的风速均方根误差为1.75 m/s。     

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.     

北京地区对流层顶变化及其对上对流层/下平流层区域臭氧变化的影响

根据2001～2003年期间获得的大气臭氧探空资料,揭示了北京地区上空对流层顶高度的某些变化特征及其对上对流层(UT)和下平流层(LS)区域内大气臭氧含量变化的影响.结果显示:北京地区上空对流层顶高度的平均值约11.1 km,其变化范围为7.7～14.4 km,臭氧层顶始终处在对流层顶下方约0.9 km高度处.对流层顶高度变化与臭氧总量变化之间的关系相对较弱.通常情况下,LS中的臭氧积分量明显高于UT中的相应值,并且二者呈相反的季节变化特征.北京地区上空仲夏和初秋季节第一对流层顶出现的频数明显减少,在第一对流层顶消失的情况下,LS中的臭氧积分量明显减少,而UT中的臭氧积分量明显增加,臭氧量减少最多发生在200～100 hPa层次中,而臭氧量增幅最大的层次是400～250 hPa.     

Distribution and Variation of Carbon Monoxide in the Tropical Troposphere and Lower Stratosphere

The authors examine the distribution and varia- tion of carbon monoxide （CO） in the tropics from the sur- face to the lower stratosphere. By analyzing space-borne microwave limb sounder （MLS） measurements, measure- ments of pollution in the troposphere （MOPITT） and mod- em-era retrospective analysis for research and applications （MERRA） meteorological products, and atmospheric chemistry and climate model intercomparison project （ACCMIP） surface emission inventories, the influences of atmospheric dynamics and surface emissions are investi- gated. The results show that there are four centers of highly concentrated CO mixing ratio over tropical areas in differ- ent seasons： two in the Northern Hemisphere and another two in the Southern Hemisphere. All of these centers cor- respond to local deep convective systems and mon- soons/anticyclones. The authors suggest that both deep convections and anticyclones affect CO in the tropical tro- posphere and lower stratosphere--the former helping to transport CO from the lower to the middle troposphere （or even higher）, and the dynamical uplift and isolation effects of the latter helping to build up highly concentrated CO in the upper troposphere and lower stratosphere （UTLS）. Similarly, there are two annual surface emission peaks in- duced by biomass burning emissions： one from the North- ern Hemisphere and the other from the Southern Hemi- sphere. Both contribute to the highly concentrated CO mixing ratio and control the seasonal variabilities of CO in the UTLS, combining the effects of deep convections and monsoons. Results also show a relatively steady emission rate from anthropogenic sources, with a small increase mainly coming from Southeast Asia and lndia. These emis- sions can be transported to the UTLS over Tibet by the joint effort of surface horizontal winds, deep convections, and the Asian summer monsoon system.     

科尔沁草原高空风场垂直特征及变化分析

利用2008-2014年CFL20G风廓线雷达数据对科尔沁草原高空风场垂直特征及变化进行研究。主要对高空三维风场季节变化的统计学特征、典型高度层上的变化规律及垂直高度上的日变化规律进行分析。分析发现：四季中高空20-40m/s风速出现的频率最大,3000米至18000米科尔沁草原高空以偏西风为主。垂直高度上水平风速呈一波一谷型变化,随着高度的增加,高层水平风速开始增大的时间有所推后。12600米及以下各层平均风速最小的季节为夏季,最大的季节为冬春两季;19000米平均风速最小的月份为12月份,风速最大月份为8月份。垂直速度在5500米以下有明显日变化,1500米和3000米有较为明显的年变化,最大值出现在春夏交接的4-6月份,最小值出现在12月份,5000米以上垂直速度没有明显的年变化。