平流层环状模的分类特征及其与对流层的关系

采用NCEP/NCAR逐日再分析资料,通过对北半球环状模指数的分析,将平流层异常分为两类:S型和D型,研究了两类平流层异常过程的差异及其与对流层的关系.结果表明,两种类型的异常特征在平流层类似,而主要的差别发生在对流层.在S型平流层异常期间,平流层纬向风异常有随时间向下传播的趋势,对流层表现为与平流层一致连续的纬向风异常;位势高度和温度距平场的分布中,最显著的特征是对流层与平流层呈相当正压结构,极区和中纬度异常表现为反位相的振荡,呈现典型的北极涛动特征.在D型平流层异常期间,平流层纬向风异常随时间向下传播的趋势不存在,另外平流层纬向风异常仅局限在平流层范围内,对流层表现为与平流层相反的纬向风异常;位势高度和温度距平场的分布中,平流层中低层与高层呈现反位相的距平分布,在对流层中低层,温度和位势高度的距平场呈现无规则的分布.     

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.     

冬季北半球平流层季节内振荡与对流层季节内振荡的关系

通过平流层大气ISO与对流层大气ISO的比较分析,发现在中高纬地区平流层大气ISO与对流层大气ISO有着许多相同点.北半球冬半年平流层大气环流主要低频模态也可认为是北极涛动(AO),其空间分布的主要特征为; 高纬度地区与中低纬度地区为反位相变化,北极地区附近具有最大的变化值; 其季节内振荡的正位相对应于AO增强,负位相对应于AO减弱.北半球冬半年平流层100 hPa 和70 hPa 位势高度场的低频遥相关分析表明,北极地区(概指北纬60°N以北)和北半球其他大部分地区呈负相关,北极涛动扮演了非常重要的角色.同时,北半球冬半年平流层的主要低频波列是从欧亚大陆中部到西北太平洋,并且由纬向型低频波列(欧亚大陆-西伯利亚-太平洋)和经向型低频波列(欧亚大陆-北极-太平洋)共同构成.平流层30 hPa 和对流层500 hPa 上经过带通滤波(15～90 d)位势高度场的EOF第一主分量的形势有十分类似的特征,它们对应的时间系数序列有显著的延迟相关关系.因此可以认为,北半球平流层大气ISO的变化要先于对流层大气,在滞后35 d 左右其相关系数达到最大.大气环流模式(SAMIL)的数值模拟试验结果也表明,平流层的低频扰动可以在14 d 之后便在对流层500 hPa上激发出低频响应,其谱峰在30 d 左右.这进一步表明,通过大气季节内振荡,平流层的异常可以影响到对流层.     

涡动在南北半球平流层极涡崩溃过程中作用的比较

比较了南北半球春季平流层极涡的崩溃过程以及涡动在此崩溃过程中的作用。极涡的崩溃时间以平流层极夜急流核区最后一次西风转换为东风的时间来确定。结果表明南北半球平流层极涡的崩溃过程有着共同的特点,涡动和非绝热加热过程都对极涡的崩溃起着重要的作用,在极涡崩溃前平流层行星尺度波动活动明显,极涡崩溃以后,这种波动活动便迅速减弱。其中从对流层上传的行星波决定着极涡的具体崩溃时间。两个半球的差别主要表现在南半球极涡崩溃过程一般始于平流层高层,然后逐渐下传,而北半球这种下传不是很明显。其次,北半球平流层极涡崩溃偏晚年,极涡的减弱有两次过程,第一次为快速变化过程,第二次变化比较缓慢,而南半球平流层极涡崩溃无论早晚年只有一次减弱过程。长期的变化趋势分析表明南北半球平流层极涡的崩溃时间逐渐推迟,特别是20世纪90年代中后期以来,这种推迟更加明显。进一步的研究还发现,伴随着平流层极涡的崩溃过程平流层和对流层存在强烈的动力耦合,南北半球极涡迅速减弱前,各自半球的环状模指数也由负指数增加为正指数,表明低层环流对于平流层极涡的崩溃起到重要的作用;同时极涡不同强度所对应的低层环状模指数也不同,这可能与不同强度平流层极涡对于上传的行星波的反射有关。     

梅雨发生前对流层顶及平流层异常信号的分析

利用NCEP和欧洲中心的ERA-Interim再分析资料结合中国国家气候中心的20a梅雨观测资料,分析了梅雨发生前江淮地区对流层顶和位涡的异常以及北半球环状模指数的变化。研究表明,江淮地区在梅雨开始前3—5天会出现对流层顶的下降,且高度的经向变化比纬向变化更为明显。对流层顶的降低与北方冷空气的南下入侵、东亚季风的爆发以及急流轴北跳引起的频繁的对流层顶折卷过程有关。对流层顶的下降伴随着来自平流层的高位涡冷空气的入侵。而梅雨发生前江淮地区上空对应正位涡异常,这一异常的建立和维持与贝加尔湖、西西伯利亚、鄂霍次克海附近的正位涡异常有关;而梅雨发生前江淮地区平流层温度达到极大值,梅雨爆发后开始下降,纬向风则处于西风到东风的转换期。梅雨期的总降水量与对流层上部平流层下部的北半球环状模指数存在一致的正相关关系,而在梅雨发生前15—30天,这种相关性尤为显著。这一结果说明,在对流层顶附近的北半球环状模指数对梅雨期降水量的预测有较好的指示意义。     

对流层顶气压与气温的年(代)际变率研究:冬季特征

利用NCEP／NCAR再分析月平均对流层顶气压、气温资料，研究了1979-2002年冬季全球对流层顶气压、气温的年际和年代际变率。选取了冬季对流层项变率最大的区域来定义气压指数、气温指数。通过分析得到：（1）全球对流层项气压、气温随纬度的增加而增高，但在整个热带地区和高纬度地区对流层顶气压、气温的分布较均匀。在分析时段内全球平均的对流层顶气压呈下降趋势，气温呈降低趋势。这些从全球资料得到的结果支持了已有的从部分探空资料所得到的结果。（2）对流层顶变率最大值出现在北半球的副热带地区，最小值出现在低纬度地区。气压指数和气温指数显示出准13a及准3～6a的周期。在1992年以前准3a的周期变化较强，1989年后准6a较强，显示出年际变化的年代际差异。对流层项气压与对流层顶气温在全球大部分地区都呈显著正相关，但在热带和副极地的部分地区相关较弱。对流层顶气压与对流层平均气温在全球大部分地区都呈显著负相关，但在极地地区有正相关关系，显示了对流层顶与对流层内部变化关系的复杂性。     

我国中原至华北平原冬季雾-霾与北半球大气环流异常

采用2000—2017年1月地面和高空观测基本气象要素(气压、温度、湿度、风、能见度和雾-霾天气现象等)观测信息、1980—2016年1月NCEP再分析资料等,基于气候平均态的环流异常特征分析,发展对平均气候态出现异常变化的综合诊断分析方法,研究华北地区冬季典型雾-霾多寡年大气环流的三维结构及其遥相关异常特征。结果表明:2000—2017年冬季1月,华北平原、中原等黄河中下游地区冬季雾-霾的发生日数呈增加趋势,雾-霾发生日数线性增加拟合趋势相关确认系数为R2=0.36,超过0.001的显著性水平。基于气候平均态环流异常特征分析表明,华北平原、中原等黄河中下游地区雾-霾污染出现多、寡年的对流层大气大尺度环流分布差异显著。气候平均态的环流异常特征分析表明,多雾-霾年,在冬季1月影响中国的冷空气主要路径上,自极地区泰米尔半岛,经中西伯利亚、贝加尔湖地区到中国东部区域,对流层中层与高层位势高度距平呈现"高—低—高"的分布,在低层则出现"东高西低"的气候平均态异常分布;少雾-霾年,该分布型不复存在,并出现反位相特征。多雾-霾年的这种异常环流分布型可为中原至华北平原冬季雾-霾的频发提供有利的气候背景,是该区域冬季雾-霾多发的重要原因。     

青藏高原北侧民丰站2011年7月对流层和低平流层大气观测研究

利用2011年7月1-31日在青藏高原北侧民丰站进行加密探空观测获取的高空气象资料,分析了民丰夏季大气结构和塔里木盆地南缘上空的水汽特征。结果表明:(1)受青藏高原地形热力影响,民丰夏季对流层高度可达到16 000m以上,其绝对高度与珠峰地区对流层绝对高度相近;0℃层高度约为3 450m,略低于珠峰地区。(2)夏季副热带西风急流在青藏高原北侧表现强劲,呈东西向分布,厚度约为12 000m,最大风速中心带位于10 700～11 400m高度,最大风速达到45m.s-1以上。(3)受副热带西风急流底部西风和西西南风影响,夏季青藏高原西北部上空的水汽被输送到塔里木盆地南缘,若羌、民丰及和田站上空3 000～7 500m高度存在湿度大值层,平均相对湿度在60%～70%之间,最大湿度可达到85%以上。(4)民丰夏季白天对流边界层可达到3 200m高度,夜间稳定边界层高度约为1 200m,远远高于珠峰地区的观测结果,但低于敦煌地区的边界层高度。     

Interannual variability of the winter stratospheric polar vortex in the Northern Hemisphere and their relations to QBO and ENSO

We investigated the interannual variations of the winter stratospheric polar vortex in this paper. EOF analysis shows that two modes of variability dominate the stratospheric polar vortex on interannual timescales. The leading mode (EOF1) reflects the intensity variation of the polar vortex and is characterized by a geopotential height seesaw between the polar region and the mid-latitudes. The second one (EOF2) exhibits variation in the zonal asymmetric part of the polar vortex, which mainly describes the stationary planetary wave activity. As the strongest interannual variation signal in the atmosphere, the QBO has been shown to influence mainly the strength of the polar vortex. On the other hand, the ENSO cycle, as the strongest interannual variation signal in the ocean, has been shown to be mainly associated with the variation of stationary planetary wave activity in the stratosphere. Possible influences of the stratospheric polar vortex on the tropospheric circulation are also discussed in this paper.     

平流层对于天气之影响

二十世纪开始时,在气象学中向不知有所谓平流层也者。其後自法人Teisserenc de Bort及德人Assmann几在同时发现,在雏地面十公里以上,为一与下层构造不同之气层,名之谓为平流层。此名成立虽已多年,然世人知者绝鲜,终不出气象学界之范围。自前数年各