南亚高压强度与邻近地区垂直速度的相互依赖关系

利用ERA-Interim 1979—2018年6—8月的再分析资料,通过相关分析、信息流、合成分析等方法研究了南亚高压强度与其邻近地区垂直速度的相互依赖关系.结果表明：南亚高压在上对流层-下平流层区域具有上冷下暖的热力结构,冷、暖中心分别在70 hPa和250 hPa,以这两层的温度异常建立的温差指数可以反映南亚高压的强度.在不同时间尺度上,南亚高压强度与其邻近地区垂直速度的相互依赖关系是不同的.在月时间尺度上,南亚高压强度通过动力作用影响邻近地区的垂直速度,南亚高压增强（减弱）时,其东部地区的上升运动和西部地区的下沉运动同步增强（减弱）;在日时间尺度上,南亚高压中部的垂直速度通过热力强迫影响南亚高压强度,南亚高压中部地区上升运动增强（减弱）时,南亚高压增强（减弱）且位置偏西（偏东）.     

南亚高压强度与邻近地区垂直速度的相互依赖关系

利用ERA-Interim 1979—2018年6—8月的再分析资料,通过相关分析、信息流、合成分析等方法研究了南亚高压强度与其邻近地区垂直速度的相互依赖关系.结果表明:南亚高压在上对流层-下平流层区域具有上冷下暖的热力结构,冷、暖中心分别在70 hPa和250 hPa,以这两层的温度异常建立的温差指数可以反映南亚高压的强度.在不同时间尺度上,南亚高压强度与其邻近地区垂直速度的相互依赖关系是不同的.在月时间尺度上,南亚高压强度通过动力作用影响邻近地区的垂直速度,南亚高压增强(减弱)时,其东部地区的上升运动和西部地区的下沉运动同步增强(减弱);在日时间尺度上,南亚高压中部的垂直速度通过热力强迫影响南亚高压强度,南亚高压中部地区上升运动增强(减弱)时,南亚高压增强(减弱)且位置偏西(偏东).     

南亚高压区Rossby波能量向上穿越对流层顶传播的特征与机制

夏季平流层盛行强东风,Rossby波能量难以从对流层向上传播至平流层,而冬季平流层盛行西风,Rossby波能量容易上传,因此以往对Rossby波能量向平流层传播的研究多考虑冬季的情况.而事实上,因为夏季高原上空南亚高压反气旋环流,并非只有强东风存在,所以Rossby波能量也可能在南亚高压区向上传播,从而影响平流层的温度、风场及大气成分等.因此,本文利用ERA-interim逐日再分析资料,分析了1979—2015年夏季南亚高压区Rossby波能量穿越对流层顶传播的特征与机制.结果表明:Rossby波能量可以从南亚高压西北部的窗口区上传至平流层,最高可到达平流层顶,而在南亚高压的其他部分,Rossby波能量均不能穿越对流层顶上传或穿越对流层顶后无法继续上传.南亚高压西北区Rossby波能量可以穿越对流层顶传播的原因是盛行西风,且西风急流出现的频率很小,同时涡动热量通量异常引起的垂直分量的第一项对其上传有很大贡献.南亚高压东北区也盛行西风,然而Rossby波能量不能向上穿越对流层顶的原因是强西风出现频率较高,且温度脊与高度脊位相相近,不利于上传.南亚高压南部均盛行东风,在平流层中下层均为稳定层结,因此Rossby波能量很难上传.南亚高压西南区在对流层位于青藏高原环流的伊朗高原下沉区附近,层结稳定,并且温度脊超前于高度脊,所以Rossby波能量很难上传.而南亚高压东南区在对流层位于南海-西太平洋热带幅合带,层结不稳定,存在Rossby波能量较弱的上传,达到对流层顶后无法继续上传,该区域温度脊落后于高度脊的温压场配置也为Rossby波能量在对流层内的传播提供了条件.     

中国东部夏季降水准两年振荡空间分布及背景场特征

本文采用经验正交函数展开(EOF)及相关分析等方法,使用中国气象局整编的160站1951~2005年月平均降水资料和NCEP/NCAR再分析资料研究了中国东部夏季降水准两年周期振荡的空间模态及其大气环流背景场.结果表明:(1)中国地区降水季节性差异明显,夏季是主要的降水期并具有明显的准两年周期振荡(TBO)特征,中国东部地区是降水TBO方差变化最大的区域.(2)中国东部夏季降水TBO存在两个主要的空间模态,第1模态以27°N为界南北成反位相的变化关系,降水振幅较大;第2模态降水振幅相对较小,大值中心位于河套-华北地区.(3)形成中国东部夏季降水TBO的两个主要空间模态环流背景场明显不同.第1模态与西太平洋海温成正相关,与东太平洋海温成负相关.第2模态则主要与日本海附近的海温成正相关.当夏季降水TBO以江淮偏多时(第1模态),西太平洋海温偏高,东太平洋海温偏低,中国东部及沿海上空850 hPa有异常反气旋,500 hPa高度相关场东亚上空呈"正负正"波列特征,200 hPa南亚高压加强,西风急流位置偏南.当夏季降水TBO降水位置偏北时(第2模态),中国东部及沿海上空有异常气旋,200 hPa南亚高压偏弱,西风急流位置偏北.     

南太平洋和北太平洋年代际振荡与华北盛夏降水的关系及可能物理机制

利用降水、大气环流和海表温度等多种再分析资料和偏相关方法,研究了1951—2007年南太平洋年代际振荡（SPDO）和北太平洋年代际振荡（即PDO,本文称为NPDO）分别与华北盛夏（7—8月）降水在年代际时间尺度上的关系及其可能物理机制.结果表明：在去除SPDO和NPDO的相关性之前,它们与华北盛夏降水的关系均偏弱;但在去除两者相关性之后,SPDO（NPDO）与华北盛夏降水存在显著正（负）相关关系.去除两者相关性之后,当SPDO处于正位相时,热带西北太平洋海温异常显著偏暖,这将在对流层中下层从热带西太平洋—东亚沿岸激发出"气旋-反气旋-气旋"的负位相东亚—太平洋型遥相关（EAP）波列,该波列导致东亚夏季风异常增强,有利于低纬地区水汽输送至华北地区,从而使得华北盛夏降水异常偏多,反之,当SPDO处于负位相时,华北盛夏降水异常将偏少;对NPDO来说,当其处于正位相时,不仅热带西北太平洋异常显著偏冷,而且印度洋大部分海温异常显著偏暖,在两者共同作用下,对流层中下层从热带西太平洋—东亚沿岸出现"反气旋-气旋-反气旋"的正位相EAP波列,这将引起东亚夏季风异常减弱,不利于低纬地区水汽输送至华北地区,华北盛夏降水异常因此减少,反之,当NPDO处于负位相时,华北盛夏降水异常将偏多.     

近30年北半球冬季臭氧总量分布特征及其与平流层温度的关系

臭氧的时空分布特征对气候和环境变化具有显著影响,随着臭氧资料数量的增加和质量的提高,有必要对臭氧时空分布特征及其与气候变化的关系进行详细研究.本文利用欧洲中期天气预报中心提供的1979—2013年的全球月平均臭氧总量资料、平流层温度场资料,采用旋转经验正交函数分解(REOF)、Morlet小波分析、合成分析等方法研究了20°N以北的北半球冬季(12—2月)臭氧总量异常的主要空间分布结构与时间演变特征,并进一步分析了主要模态与平流层上层(2hPa)、中层(30hPa)以及下层(100hPa)温度异常的关系.结果表明:近30年北半球冬季臭氧总量异常变化最显著的区域主要有5个,分别位于极地地区(75°N—90°N,0°—360°)、北半球副热带地区(20°N—40°N,0°—360°)、阿拉斯加地区(60°N—75°N,180°—260°E)、北大西洋地区(45°N—60°N,310°E—360°E)及西伯利亚地区(50°N—65°N,80°E—130°E).5个区域的冬季臭氧总量异常具有明显的年际和年代际变化特征.1980年代后期是各个区域的臭氧总量异常由年代际偏多转为偏少的转换时段.此外,各区域存在显著的年际变化周期,而且各个区域的年际周期存在明显的差异.臭氧总量异常变化与平流层温度异常变化的关系表明,臭氧总量异常的增加(减少)能够导致平流层上层温度异常偏冷(暖)和平流层中、下层温度异常偏暖(冷),其中平流层中层温度异常的偏暖(冷)程度要比下层更加明显.     

一次切断低压诱发的暖区深对流与异常副热带锋及其平流层-对流层交换

采用Cloudsat/CPR云雷达,FY2C/TBB亮温,Aura/MLS大气成分等卫星遥感资料,结合ECMWF气象分析资料和HYSPLIT4轨迹模式,研究了2009年6月一次东亚切断低压的暖区深对流和异常副热带锋面的结构和演变.分析表明,由于低压切断前的旧槽背景,在低涡的近成熟期,内部冷、暖锋降水偏弱,边沿的高空副热带锋面异常发展到对流层底部,低空西南暖湿水汽在副热带锋前聚集,形成千公里长的暖区深对流降水带.随着该锋面的快速东移,副热带锋区进入原暖区雨带,锋区热力间接次级环流的强上升支,加强了锋下冷侧（原暖湿区）的深对流,但该锋面阻挡了来自暖侧的水汽补充,降水结束.该异常副热带锋区还发生了强烈的平流层-对流层相互交换,在高空急流出口区的下方,平流层1.5PVU等位涡线向下入侵可达5.5 km（约500 hPa）处,锋下向上的深对流注入可达10 km,在入侵-注入混合区,臭氧和水汽的散点图上出现了二者浓度双高和双低的特殊气团.     

一次切断低压诱发的暖区深对流与异常副热带锋及其平流层-对流层交换

采用Cloudsat/CPR云雷达,FY2C/TBB亮温,Aura/MLS大气成分等卫星遥感资料,结合ECMWF气象分析资料和HYSPLIT4轨迹模式,研究了2009年6月一次东亚切断低压的暖区深对流和异常副热带锋面的结构和演变.分析表明,由于低压切断前的旧槽背景,在低涡的近成熟期,内部冷、暖锋降水偏弱,边沿的高空副热带锋面异常发展到对流层底部,低空西南暖湿水汽在副热带锋前聚集,形成千公里长的暖区深对流降水带.随着该锋面的快速东移,副热带锋区进入原暖区雨带,锋区热力间接次级环流的强上升支,加强了锋下冷侧(原暖湿区)的深对流,但该锋面阻挡了来自暖侧的水汽补充,降水结束.该异常副热带锋区还发生了强烈的平流层-对流层相互交换,在高空急流出口区的下方,平流层1.5PVU等位涡线向下入侵可达5.5km(约500hPa)处,锋下向上的深对流注入可达10km,在入侵-注入混合区,臭氧和水汽的散点图上出现了二者浓度双高和双低的特殊气团.     

南印度洋海温偶极子型振荡及其气候影响

印度洋海表温度（Sea Surface Temperature，简称SST）的方差分析和相关分析表明南印度洋也存在一个海温偶极子型振荡，并定义了一个南印度洋海表温度异常偶极子指数.夏、秋季（南半球冬、春）的南印度洋偶极子指数与后期热带500hPa和100hPa高度场异常有显著而持续的相关，在冬、春达到最大，并可以持续到次年夏、秋.前期夏、秋季节的南印度洋偶极模对次年我国大陆东部夏季降水异常有显著的影响，对应偶极子正位相，次年夏季印度洋、南海（东亚）夏季风偏弱；副高加强且南撤、西伸，南亚高压偏强且位置偏东，易形成我国长江流域降水偏多，华南降水偏少；负位相年反之.后期冬季西太平洋暖池是联系南印度洋偶极子与次年我国夏季降水异常关系的一条重要途径.南印度洋偶极子表现出了明显的独立于ENSO（El Nio Southern Oscillation，简称ENSO）的特征.     

近60年全球大气环流经向模态的气候变化

本文根据1948～2004年NCEP/NCAR 1000 hPa、500 hPa、100 hPa高度场逐月再分析资料,分析了近60年全球大气环流经向模态的气候变化. 结果表明：近60年来第一模态从低层到高层都表现出高纬与低纬地区之间明显的反向变化关系,且随时间有明显的增强趋势. 第一模态位相发生了相反的改变,低纬地区由负距平演变为正距平,高纬地区由正距平演变为负距平. 1000 hPa和500 hPa高度场上的南半球比北半球变化激烈,而100 hPa高度场上的北半球比南半球变化激烈. 第二模态在1000 hPa高度场上,主要表现为南极涛动（AAO）和北极涛动(AO),且两涛动在年际、年代际尺度上表现出明显的负相关关系;在100 hPa高度场上,主要表现为南北半球高纬度地区之间的反向变化;500 hPa高度场是1000 hPa和100 hPa的一个过渡层次,主要表现出明显的南极涛动(AAO). 第二模态可能是南北半球中高纬环流相互作用的桥梁.     

CMIP5模式对东亚冬季风指数变化及其与冬季大气环流和气温关系的模拟评估

本文评估了44个CMIP5模式对东亚冬季风环流系统,特别是东亚冬季风指数及其对应的环流和气温特征的模拟能力.结果表明:CMIP5模式对地表气温和500 hPa位势高度场模拟效果最好,对200 hPa纬向风的模拟次之,而对海平面气压和850 hPa经向风的模拟相对较差.与单个模式相比,多模式集合(MME)的模拟能力要更优,其能够很好地再现西伯利亚高压、阿留申低压、东亚低层偏北风、中层东亚大槽、高层东亚西风急流以及地表气温的空间分布.不过,模拟的环流系统偏强,造成东亚地表气温总体偏低.对于东亚冬季风指数,分别选取基于300 hPa纬向风(I_(Jhun))、850 hPa风场(I_(Wang))、500 hPa位势高度(I_(Cui))、以及海平面气压(I_(Guo))定义的四个指数表征东亚冬季风强度.MME能很好地模拟I_(Cui)和I_(Wang)指数的长期变化,还能合理再现四个指数所指示的东亚冬季风环流和气温的变化特征:对应冬季风偏强年份,西伯利亚高压、阿留申低压、东亚沿岸低层北风、东亚大槽和高空西风急流加强,东亚大陆地表气温和极端低温降低,但变化的幅度比观测结果偏弱.     

夏季东北亚阻塞高压年际变化的一个物理机制

根据实际观测资料反演获得描述大气环流演变的空间谱函数后,从改进的高截断谱模式途径出发研究了夏季东北亚阻塞高压年际变化的物理机制.结果表明,前期外部热源强迫的空间分布大致为El Nio型分布时,外部热力强迫导致大气环流演变中波波相互作用主要表现为纬向2波的相互作用;波流相互作用主要表现为经向2波和3波与反映基本流中的经向1波的相互作用.这样使得500 hPa高度场上东北亚地区为一相对正异常区,为夏季东北亚阻塞的频繁发生提供了有利的大气环流背景.而前期外部热源强迫大致为La Nia型分布时,外部热力强迫则导致大气环流演变中波波相互作用主要表现为纬向1波的相互作用;波流相互作用主要表现为经向2波和4波与反映基本流中的经向2波的相互作用.从而使得500 hPa高度场上帆北亚地区出现相对负异常,抑制了夏季东北亚阻塞的发生.     

Tibetan anticyclone and tropical easterly jet

Summary During the summer monsoon the upper tropospheric subtropical anticyclone of Asia is centred over SE Tibet (when it is called the Tibetan anticyclone). Further, the equatorward outflow from this anticyclone gains easterly angular momentum and therefore it appears as an easterly jet stream over SE Asia south of 20N between 150 mb and 100 mb. On finding these current concepts questionable, this study offers an alternative explanation for the migration of the upper tropospheric anticyclone to the Tibetan Plateau and also for the development of the tropical easterly jet. In summer the Bay of Bengal is cold compared to its adjoining continental plains in the north. Therefore in the beginning of summer the lower levels of the anticyclone migrate from their winter position in the Bay of Bengal to the warm plains in the north. As they reach the plains by about June, the upper levels of the anticyclone above 150 mb extend north over the Tibetan Plateau irrespective of whether the Plateau is a warm source or cold source because the upper levels of the subtropical anticyclone have a characteristic poleward slope in all seasons. By about July, when the lower levels of the anticyclone migrate from the plains to still warmer areas in the north over the Plateau, the upper levels which are already over the Plateau continue to remain there throughout the season. The zonal component of the equatorward outflow from the Tibetan anticyclone computed from the law of conservation of angular momentum does not bear any comparison with the observed winds in the upper troposphere over India. On the other hand the winds computed from a thermal gradient show a reasonable agreement with the observed winds indicating thereby that the upper tropospheric high winds are thermally generated. These high winds have been found as a unique phenomenon distinct from a jet stream and therefore it is considered appropriate to call them Tropical Strong Easterlies (TSE) rather than as a tropical easterly jet stream. Some of the characteristic features of the TSE are discussed and they are ascribed to the peculiar temperature distribution in the atmosphere between 200 mb and 60 mb mainly brought about by the vertical motion associated with the summer monsoon.     

Frequency Distribution of Tropospheric Triad Energy Interactions During Summer Monsoon 1988

—In order to understand the physical mechanism for maintenance of low frequency waves, computations of nonlinear kinetic energy (KE) exchanges into individual triad interactions in frequency domain by use of cross-spectral technique over global tropics (20°S–30°N) at 850 hPa and 200 hPa for June, July and August of 1988 are carried out. The KE exchanges among different frequencies and the interactions between the transient eddies and the time mean flow are found to be an order of magnitude smaller in the lower troposphere than those in the upper troposphere. The results show two distinct spectral peaks of periods 45 and 25 days in nonlinear energy transfer in the lower troposphere. The former is more pronounced than the latter. The role of time mean flow on the low frequency transients is found to be secondary compared to the effect of the leading term due to nonlinear interactions in the lower troposphere. Low frequency waves suffer a net loss of energy in the upper troposphere. In the lower troposphere, north of 20°N low frequency waves lose energy through nonlinear triad interactions, unlike the upper troposphere where gain of energy is noticed. Longitude-frequency distributions suggest that wave-CISK process and strong gradient of SST are the possible mechanisms for the strong energy interactions associated with low frequency waves in the lower troposphere over the west Pacific and east coast of Africa, respectively. The study may aid investigation of the rapid loss of predictability of low frequency modes over the tropics.     

中国热浪事件的大气扰动结构及其稳定性分析

利用对流层至平流层大气变量的物理分解,本文发现400 hPa上的天气尺度温度扰动正值和250 hPa上的天气尺度高度扰动正值能够指示地面上的高温和热浪事件.理论和观测分析发现,当扰动静止波中心出现在40°N-45°N时,准静止波波长较长,影响范围大,持续时间久,容易在中国形成区域持续性热浪事件.在江南-华南、长江沿江及河套-华北的区域,干热浪事件静止波的稳定时间在6.5天以上.对流层大气天气尺度扰动波动在垂直方向具有倾斜特征,250 hPa高度上,静止波稳定位置比地面热浪区域中心普遍偏北6~12个纬距.在低纬度(副热带高压带南侧),大气中向西北方向移动的天气尺度扰动,只有到达副高脊线以北的西风带后,才能形成静止波.     

夏季北极平流层大气基本结构特征

北极地区(60°N～90°N)平流层纬向风和气压场有明显的季节变化,不同高度层季节变化的时间有差异.北极平流层从冬至夏,季节转换从上向下推进,从夏至冬,季节转换从下向上推进.以20 hPa为例,平均而言,4月上旬以前,北极被极涡控制;4月中旬北极地区高压的势力开始超过低压,5月上旬,北极高压正式建立;7月份达到最强,8...     

Evolution of extratropical cyclones during disturbed geomagnetic conditions

An analysis of temperature changes in warm and cold air masses of extratropical cyclones in both hemispheres with their movement during geomagnetic disturbances at the minimum of solar activity was performed. The location and movement of air masses of cyclones was determined by thermobaric maps at the 500 hPa level. In the conditions of a classical cyclogenesis, a warm air mass cools from day to day, while the cold air mass warms up. During geomagnetic disturbances, favorable conditions for increasing intensity and cyclone lifetime are formed, i.e., in a warm air mass, the temperature increases at heights lower than 300 hPa, while a cold air mass warms up more slowly. The distributions of the temperature of air masses of extratropical cyclones were shown to change due to the changes in geomagnetic activity.     

大气季节内振荡的活动与江淮流域夏季旱涝

观测资料的分析极为清楚地表明,江淮流域的夏季降水有着极为明显的低频变化,周期为30-60d和近20d的振荡是其最基本的特征,尤其是在多雨的年份.对应江淮夏季多雨(涝)年和少雨(旱)年,大气环流的分析表明其大气季节内振荡(IS0)的形势有着显著的差异.例如在多雨(少雨)年,在长江以南的850hPa上为一个低频(IS0)反气旋(气旋)性环流控制,而中国北部和日本一带为气旋(反气旋)性环流,从而在江淮流域形成较强的低频辐合(辐散)气流;在200hPa的青藏高原上却为一个低频气旋(反气旋)性环流所控制.分析还表明,对应多雨年,在江淮流域有明显的由中高讳度向南传播和由低玮度向北传播的大气低频振荡的汇合情况;而对应于少雨年,由中高纬度向南传播的低频系统较不明显,在江淮流域低频系统的汇合也较为不清楚.     

Two Approaches for Determining Extreme Years of Global Atmospheric Temperature

Two different groups of indices have been defined to analyze the evolution of global temperature between 1958 and 1998. All the indices were evaluated at three different levels (850, 500 and 200 hPa), and averaged indices were calculated using the whole globe, continental areas and oceanic areas. The first group of indices analyzes the area of the world covered with higher and lower than normal temperatures, detecting a slight cooling in the 200 hPa level. The second group of indices studies the annual frequency of extreme events, and again, it is at 200 hPa where the most intense variation is detected. Finally, an analysis is performed to determine the regions most sensible to variations in the occurrence of extreme events. Tropical areas are mostly responsible of the variations detected in the second group of indices.