北半球夏季位势高度场遥相关型的观测研究

本文利用点相关普查和经验正交函数展开分析了北半球夏季500hPa位势高度场的年际变化特征,指出在北半球夏季主要存在4种遥相关型,它们分别被称作亚洲/北美型、欧亚型、东北太平洋型和北美/西欧型.其中前两种遥相关型和东亚夏季大气环流年际异常有直接的联系.北半球夏季遥相关型的揭示对于研究东亚大气环流年际变异的机理及其预报有参考价值.     

江淮流域旱涝与大气遥相关经向波列路径特征的相关关系

本文研究了江淮流域旱涝的影响系统及其演变特征,揭示了江淮流域旱涝前期的环流异常及遥相关现象。本文提出了江淮流域旱涝与北半球遥相关经向波列路径、位相有内在联系,即江淮降水前期遥相关波主要表现为EU(欧亚型)、PNA(太平洋北美型)两种类型的交替增强现象。另外,江淮梅期各阶段(6～8月)关键影响系统相关程度的变化亦反映出EU与PNA型遥相关波列各自增强与衰弱的过程,且江淮流域降水与同期北半球500hPa高度场各阶段相关特征可较清晰地描述出梅雨期不同阶段关键环流系统相互配置的变化关系及其中高纬冷、暖空气的活动规律的图象。     

亚洲夏季风活动激发的北半球大气环流遥相关型

亚洲季风区是全球热力变化最为显著的区域，亚洲夏季风活动必定会对其它环流系统产生影响。本文通过夏季风指数与北半球环流的相关计算以及强、弱季风候北半球环流异常合成的分析发现，亚洲夏季风的活动会激发北半球夏季大气环流遥相关型，其主要相关中心均出现在季风区的下游地区，即从亚洲经太平洋至北美洲一带，除了表现出正负中心交替出现的波列状结构外，该遥相关型在太平洋地区还表现为一对南北向的偶极子异常型，我们将这一遥相关型称为亚洲太平洋北美（ＡＰＮ）型。     

长江中下游旱涝的环流型与赤道东太平洋海温遥相关波列特征

根据长江中下游地区夏季旱涝年前期冬、春季北太平洋海温分布特征进行分析研究 ,提出了影响区域性旱涝的海温“强信号”概念 ;探讨了北半球大气环流结构对赤道东太平洋海温异常响应问题 ,并研究了东太平洋海温与北半球夏、春季高度偏差场季尺度相关偏差场波列结构相关特征。研究结果表明 ,赤道东太平洋海温异常可能通过低纬walker环流引起赤道西太平洋区域性大气异常运动 ,从而产生遥响应环流型 ,形成类似PNA遥相关“大圆波列”。此类遥响应特征在西太平洋区域表现出与副热带高压、西风槽、阻塞高压等相关的系统的准定常经向波列。研究结果还表明此类经向波列结构描述了中高纬地区系统对低纬异常海温遥响应的动力学特征。应用 1997～ 1998年冬季实际海温资料 ,并在赤道中东太平洋地区引入实际海温异常的敏感性试验 ,较成功地模拟了 1998年夏季长江流域洪涝的降水分布特征。文中从统计、动力分析和数值模拟综合分析方法揭示出由前期东太平洋海温异常引起的大气环流变异 ,构成中国长江流域旱涝的物理图像及其动力学模型。     

中高纬度大气遥相关动力学及其对东亚冬季气候影响的研究进展

北半球热带外大气存在多种形态的大气遥相关。按其空间结构,可以分为两类：（1）异常中心为南北分布的偶极子型（例如北大西洋涛动、北太平洋涛动）;（2）异常中心呈波列型（例如北太平洋/北美型遥相关、欧亚型遥相关）。这些遥相关活动及其变异,不仅对遥相关控制的地区,而且对与遥相关相距很远的地区的天气和气候也产生影响。研究大气遥相关的形成机理及其天气气候影响,是进行短期气候预测的基础。近十多年来北半球中高纬度的大气遥相关动力学研究取得很大进展,在此对一些主要进展进行总结,特别关注影响中国天气、气候的大气遥相关及其影响机理方面的研究进展。     

初夏东亚—太平洋遥相关波列年际变化的一种物理机制

根据1978-2002年北半球500 hPa高度场、地表温度场以及中国夏季雨带类型资料,应用最小二乘法获得了能反映1978-2002年各年北半球大气环流演变大尺度特征的25组空间谱函数.采用改进的低截谱模式方法和多种统计假设检验方法获得了夏季东亚-太平洋遥相关波列年际变化的一个物理机制.结果表明,当大气环流的内部动力过程中大尺度波-波和波-流相互作用明显时,大气环流的演变表现出明显的非线性特征,导致初夏从低纬到高纬东亚-太平洋遥相关波列多为"-、+、-"分布,相应的-EAP指数多为正值,西太平洋副热带高压北跳明显,相应中国夏季多雨区主要位于淮河流域及其以北地区;反之,当大气环流的内部动力过程中大尺度波-波和波-流相互作用较弱时,大气环流的演变表现出较为明显的线性特征,初夏从低纬到高纬东亚-太平洋遥相关波列为"+、-、+"分布,EAP指数多为负值,夏季西太平洋副热带高压北进不明显,相应中国夏季多雨区主要位于淮河、长江流域及以南地区.     

北半球夏季急流遥相关：进展与展望

急流遥相关是沿急流波导传播的准静止行星尺度波列,在大气环流的维持和演变中有重要作用,其异常活动常伴随极端天气气候事件的发生。研究急流遥相关在不同时间尺度的变异特征和机理不仅可以加深对大气环流变化规律的理解,还可以为相应时间尺度上的天气预报、气候预测乃至气候预估提供科学依据。根据波导的性质,北半球夏季的急流波导可以分为以正压效应为主要维持机制的副热带急流波导和以斜压效应为维持机制的极锋急流波导。本文聚焦夏季急流遥相关活动最为活跃的欧亚大陆地区,在回顾急流遥相关理论的基础上,简要总结了近年来关于夏季副热带急流遥相关和极锋急流遥相关的形成条件、动力机制、气候影响和未来变化的研究进展,并展望了一些未来值得继续深入研究的问题。     

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.     

初夏北半球500hPa遥相关型的强度和年际变化及其与我国季风降水的关系

用一点相关法计算了初夏北半球500hPa遥相关型,得到西大西洋型(WA)、欧亚型(EU)、孟加拉湾北太平洋型(BNP)、西太平洋型(WP)、东大西洋型(EA)、东亚太平洋型(EAP)、黄河东亚型(HEA).确定了它们的中心和历年(1951—1990)的强度指数。研究了它们的年际变化和我国季风雨的关系.指出,EU、HEA和EAP型波列与我国旱涝关系密切。对我国东部降水影响很大的是HEA型和EAP型.我国1991年初夏的大涝与强HEA型、弱EAP型有关.      

冬、夏季青藏高原地面加热场激发的500hPa遥相关型

本文用青藏高原地面加热场强度来表征高原的加热状况，并用统计的方法，分析了冬季（２月）和夏季（７月）青藏高原地面加热场强度与同期５００ｈＰａ位势高度的遥相关关系，得到如下结论：冬季高原地面加热场可激发北半球５００ｈＰａ产生遥相关型，这种遥相关型可看成是二维Ｒｏｓｓｂｙ波列由低纬向东北方向传播；夏季高原地面加热场可激发北半球５００ｈＰａ产生类似于ＥＵ型的遥相关，这种遥相关型可看成二维Ｒｏｓｓｂｙ波列由     

基流水平结构变化在定常Rossby波列传播及正压能量转换中的作用

本文利用球面正压大气的准地转方程组讨论了基本气流水平结构及其变化对于定常Ross(?)y波列传播的影响,发现定常Rossby波列的两维传播与基本气流的水平切变有关,急流的存在阻挡了波长较短的波列的径向传播,使其在强迫源附近被“trapped”,但长波可以通过很强的急流区并具有准径向传播的特征。另外本文还分析了基本气流水平结构的变化对正压不稳定能量转换的影响,定性地解释了急流附近定常Rossby波列强度的变化。     

青藏高原雪盖异常的环流特征及其与我国夏季降水的关系

在1955~1993年各种类型青藏高原冬季积雪资料进行综合再分析基础上, 通过典型年份合成对比与相关分析, 发现青藏高原冬季雪盖异常, 同期北半球中高纬500 hPa高度场存在3正2负遥相关结构及相似二维Rossby遥相关波列, 该遥相关型强度指数I_asp与夏季大气环流又存在一个明显的东亚—太平洋遥相关的关系, 与长江中下游汛期旱涝呈正相关, 最高相关区位于江南北部。遥相关强度指数I_asp的强弱在较大程度上间接反映高原积雪异常与否, 并为积雪因子在我国汛期旱涝预测的应用提供一定的物理基础。     

北半球对流层上层遥相关型的涡度源、能量源与能量传播

基于ＥＣＭＷＦ１９８０～１９８８年的全球资料，研究了北半球对流层上层两个主要遥相关型（大西洋／欧亚型与太平洋／北美型）的涡度源、能量源及能量传播路径．结果表明，这两个遥相关型的涡度源和能量源分别主要位于北大西洋和北太平洋地区．遥相关型在北大西洋和北太平洋通过正压能量转换从气候平均流中吸收能量，然后从这两个地区将能量向外传播，以维持其水平遥相关结构．     

淮河流域夏季降水与中高纬波列结构的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过合成分析、诊断分析等方法研究了淮河流域夏季降水异常年份的大尺度环流场,并且分析了造成这种环流背景的可能原因。结果表明:西风急流在多雨年和少雨年作为波导的作用没有变化,但多雨年西风急流的位置比少雨年偏东。在中高纬地区,多雨和少雨年200 h Pa沿西风急流的定常Rossby波列结构有明显的不同。在多雨年,有一条明显的沿西风急流传播的Rossby波列结构,波源位于西欧和中亚,波汇位于里海和我国淮河流域地区,日本以东的西北太平洋也是明显的波源区;在少雨年,西欧和中亚的波源地区的波活动明显减弱,原来位于淮河流域的波汇区南压到长江以南,西北太平洋上的波活动也明显减弱。这种波列结构的不同可能是造成淮河流域夏季降水异常的一个重要原因。     

北半球对流层上层遥相关型的涡度源,能源源与能量传播

基于ＥＣＭＷＦ１９８０～１９８８年的全球资料，研究了北半球对流层上层两个主要遥相关型（大西洋／欧亚型与太平洋／北美型）的涡度源，能量源及能量传播路径，结果表明，这两个遥相关型的涡度源和能量源分别主要位于北大西洋和北太平洋地区，遥相关型在北大西洋和北太平洋通过正压能量转换从气候平均流中吸收能量，然后从这两个地区将能量向外传播，以维持其水平遥相关结构。     

南半球对流层大气对热带太平洋-印度洋海温异常综合模的响应及其机制解释

利用NOAA SST及NCEP/NCAR再分析资料, 研究了热带太平洋—印度洋海温异常综合模和南半球对流层大气之间的遥相关模态并对其进行了机制解释。首先通过相关和合成分析, 给出了遥相关的空间模态, 结果表明: 北半球秋、冬季, 在南半球对流层大气存在和热带太平洋—印度洋海温异常综合模密切联系的遥相关作用中心, 该中心的分布构成一列明显的从赤道中太平洋出发, 最终到达非洲中南部及赤道印度洋的Rossby波列, 将赤道太平洋、印度洋与南半球中高纬度大气连接起来, 起到了类似“大气桥” 的作用。而单纯IOD和单纯ENSO均难以在南半球对流层激发出遥相关波列, 进一步证实了两者共同作用的影响。其次, 利用行星波能量传播理论对两者之间的遥相关进行了机制分析, 发现纬向波数为1～3的大气行星波的能量传播是热带太平洋—印度洋海温异常综合模与南半球对流层大气之间遥相关的一种可能的联系方式。     

北半球500hPa 3—5年周期的初步研究

本文用带通时间滤波器，对北半球500hPa高度距平（从1951年1月—1986年12月共432个连续月）的每个格点的时间序列进行滤波计算，初步结果如下:1．北半球500 hPa普遍存在3—5年周期，该周期的相对方差都在30%以上。35°N以南相对方差可达50%以上，在太平洋、大西洋、欧亚低纬地区最大相对方差高于70%。2．3—5年周期的水平结构要比Wallace的遥相关型更具有波列结构，通过波列的射线路径可以把能量从低纬度频散到高纬度。3．从分析1982/1983 El Nino年个例可以看到，赤道东太平洋海水异常增暖对大气的影响，除了一般公认的通过PNA型影响北美外，可能还存在另一条路径。     

北方涛动同北半球温带大气环流的遥相关(二)——季节变化

在以前工作的基础上,本文进一步分析了各个季节北方涛动和与其相联系的北太平洋海温同北半球温带大气环流遥相关的特征,并与南方涛动和赤道太平洋海温的结果进行了比较,发现它们同北半球温带大气环流的遥相关,不仅具有很强的地区性,而且具有明显的季节变化。 冬季,北方涛动和北太平洋海温与PNA型相关非常明显,且比南方涛动和赤道太平洋海温的更密切。除PNA型外,北方涛动还同500hPa高度的亚洲-北美(ANA)流型有联系。 夏季,PNA遥相关型的表现仍然非常清楚,但位置较冬季偏酉和偏北,并在北美西海岸具有特殊的分叉现象。     

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。     

长江下游夏季降水、气温和北半球500hPa高度场的遥相关分析

本文用1971—1990年长江下游夏季(6—8月)降水量、水温资料和北半球500hPa的逐日高度场资料,分析了长江下游夏季降水、气温与北半球大气环流的遥相关特征,结果表明长江下游夏季降水、气温与前期、同期和后期大气环流有显著的波列状的遥相关结构,同时时滞分析也表明在120°E环流圈上,长江下游夏季气温与北半球500hPa高度场的相关系数可以有规则地向极地传播。