北半球极涡新特征及其对中国冬季气温的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料,统计了近50年500,300,200和100 hPa等压面上北半球及4个分区冬季极涡面积和强度指数,并讨论了各层等压面上不同区域极涡面积比例变化特点和500 hPa极涡中心位置变化特征,揭示了冬季各层极涡之间同期和滞后关系,分析了冬季极涡面积与中国平均温度和极端气温的关系。结果表明:(1)北半球极涡面积、强度均经历了先扩张后收缩的变化,20世纪80年代中后期气候变暖以后4层等压面上发生了极涡面积缩小,90年代中期发生强度减弱的年代际突变,只是较面积变化而言,强度年代际变化较弱,极涡面积和强度在年代际上相关显著。(2)位于平流层低层(100 hPa)的极涡年平均面积、强度最大,并且随季节变化幅度也是最大,尤以Ⅰ区(亚洲大陆区)、Ⅳ区(大西洋欧洲大陆区)更为显著。就年内变化而言,100 hPa极涡面积极大值的出现落后于其他层,极小值的出现又早于其他层,并且冬季前期100 hPa极涡面积对其后期500,300和200 hPa的变化有一定影响。(3)4层极涡面积都偏离Ⅳ区,500 hPa极涡基本偏向Ⅱ区(太平洋区)、Ⅲ区(北美大陆区),300,200和100 hPa偏向Ⅰ、Ⅱ区,500 hPa极涡中心多位于Ⅱ区或Ⅲ区。(4)在全球变暖背景下,近50年中国冬季平均气温、暖日(夜)呈现明显的增加趋势,冷日(夜)呈明显的减少趋势,并且突变都发生在20世纪80年代中期。(5)中国冬季平均气温、极端气温指数与极涡面积相关关系以500hPa最为显著。分区来看与500 hPaⅠ区相关最为明显,300 hPaⅠ区、200 hPaⅠ区和100 hPaⅣ区次之。极涡从平流层低层(100 hPa)到对流层中层(500 hPa)是从IV区到I区逐渐影响中国冬季气温。(6)500 hPaⅠ区极涡面积的扩大有利于除东北以外中国大部分地区冷日/夜(暖日/夜)次数的增加(减少),而100 hPaⅢ、Ⅳ区、500 hPaⅣ区面积的扩大有利于中国北方大部分地区冷日/夜(暖日/夜)次数增加(减少),且极涡面积与冷(暖)夜的相关系数要高于与冷(暖)日的,与冷日(夜)的相关系数要好于与暖日(夜)的。     

北太平洋海表温度与500hPa西太平洋副高和极涡相互作用的统计分析

本文采用斜交PROMAX因子分析方法分析了1954—1986年北太平洋逐月海表温度与500hPa西太平洋副高和极涡环流指数(7个因子)的相互关系,指出(1)500hPa西太平洋副高和极涡指数与北太平洋海温的相关值存在明显的年变化,以赤道太平洋区最敏感,(2)赤道东太平洋海表温度的变化与10个月前的极涡中心强度、同期和1—3个月前西太平洋副高面积、强度、位置变化有联系,(3)500hPa西太平洋副高面积和强度的变化受到前3—5个月赤道东太平洋和3个月前赤道中太平洋海表温度的影响,500hPa西太平洋副高位置与前3—5个月赤道东太平洋海表温度有联系.     

北半球冬季极涡异常变化的时空特征

利用NCEP/NCAR再分析月平均高度场资料,计算了1948/1949-2009/2010年北半球冬季500～10 hPa的极涡环流指数,包括面积指数S、强度指数P和中心位置指数(λc,φc).分析了北半球冬季极涡在垂直高度上(共12层)的季、月气候态和异常态变化规律.结果表明:极涡面积和强度在不同高度上的大小变化不同,最大值出现的时间也存在差异,二者相关性不好,为两个相对独立的指数.极涡面积和强度的年代际变化趋势在上下层上也不一样,异常变化规律复杂;极涡中心位置上下层变化规律相同,主要在东半球80°N以北范围变化,在极点附近经度变化大,纬度变化小,纬度指数年代际变化明显,近10 a极涡明显偏南.从整体上看,极涡中心位置从500 hPa到10hPa形态上为逆时针、半径越向上越大的旋转变化.     

南半球10 hPa极地涡旋的多尺度变化特征分析

利用NCEP/NCAR 10 hPa月平均高度场资料, 计算了1948\_2007年南半球10 hPa极地涡旋的强度指数P、 面积指数S和中心位置指数(λc, φc)。用它们分析了南半球10 hPa极地涡旋的季节变化、 年际异常及其可能成因, 分析了10 hPa极地涡旋强度与南极涛动的关系。结果表明： (1) 南半球10 hPa极区12月~1月受反气旋控制, 3~10月受气旋控制, 2月、 11月为环流转换季节。(2) 1(7)月反气旋(气旋)指数P\, S均在1970年代后期发生了显著的跃变; 跃变前反气旋(气旋)由极弱(极强)振荡地增强(减弱)至接近气候均值, 跃变后反气旋由极强振荡趋于气候均值, 气旋在偏弱的状态下振荡。(3) 1月反气旋中心位置存在显著的年代际变化, 而7月气旋中心位置的年际变化明显。(4) 臭氧异常可引起南半球10 hPa 1月极地反气旋年际异常(正相关), 但与7月极地气旋异常无关。(5) 1月、 7月极地涡旋强度指数P与南极涛动指数(AAOI)呈显著的负相关, 可由P来表征AAOI。     

长江中下游地区梅雨期降水与全球500hPa环流的关系

本文利用 ECMWF的全球500hPa高度月平均资料分析了长江中下游地区梅雨 期（6、7月）降水与全球同期和前期环流的关系。结果表明，长江中下游地区梅雨期降水不仅与北半球，尤其是欧亚地区的环流有关，而且与南半球同期和前期环流亦存在相当程度的联系，特别是发现了当2月份南印度洋中高纬度地区经向环流发展时，长江中下游地区梅雨期降水容易偏多。此外，南极极涡的强度变化也与长江中下游地区梅雨存在某种程度联系。     

南极对流层-平流层下部气候变化特征及其原因

利用南极16站30余年地面至30hPa10层月平均气温距平序列资料,采用最大熵功率谱方法,研究了南极对流层至平流层下部气候变化的长期趋势和周期性特征,并讨论了平流层(对流层)气候变化与南极臭氧总量(南半球500hPa环流)变化之间的联系。指出:南极气温具有明显的长期趋势和周期性变化;平流层下部显着变冷、对流层增暖,变化最大层高度在100、700hPa,最大降冷速率远大于增暖速率,气层稳定度趋于减弱;30、50hPa气温具有准两年周期,100hPa上下具有显着的年周期,对流层是以3.5年甚低频周期为主;对流层顶气温无显着趋势变化和周期性变化;南极最大臭氧层高度显着变冷与近15年来臭氧层损耗有关。南半球对流层中部极涡及绕极气流减弱是南极对流层气候变暖的直接原因。     

北极海冰和北半球500hPa极涡的相互关系

利用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°的500 hPa高度场月平均再分析资料和1°×1°的海冰资料分别计算了北半球500 hPa极涡面积、极涡强度指数和北极海冰面积指数,分析了它们的经向分布、周期变化以及长期变化趋势中的突变。结果表明,海冰和极涡在经向分布上有明显差异,就东西半球而言它们的相对位置也不一样。除了都具有4个月、准半年、准1 a、4~5 a和10 a的共同周期外,还呈现出各自的周期变化。北极海冰面积自20世纪80年代以来呈明显减小趋势,北半球极涡面积也呈减小趋势,但是它们发生突变的时间却完全不同。海冰与极涡面积有显著的正相关关系,但海冰和极涡强度、极涡面积和极涡强度之间的关系却纷繁复杂。     

冬季北极涛动与极涡的变化分析

利用NCEP／NCAR资料计算出冬季极涡面积（PVA）指数和极涡强度（PVI）指数，对冬季北极涛动（AO）和北半球500hPa极涡指数进行周期分析，讨论了冬季AO与极涡的年际、年代际变化。结果表明：冬季AO指数与PVA指数呈反相关关系，与PVI指数呈正相关关系，且AO指数呈上升趋势，PVA指数呈下降趋势。冬季AO指数、PVA指数以及PVI指数均具有多重周期。强（弱）AO指数年，极地500hPa高度场降低（升高），PVI指数偏大（偏小），PVA指数偏小（偏大）。500hPa高度场上亚洲大槽、北美大槽均减弱（加强）。AO可激发出类似EU遥相关型的异常，从而影响到东亚地区的气候。冬季AO指数在1982年发生突变，且突变后北太平洋地区的正中心位置更靠东，强度更大。此外，AO突变前后极涡变化不是很显著。     

华北地区低云量的变化特征及其影响因子分析

利用1961—2005年华北地区42个测站月平均低云量资料,采用趋势分析、Morlet小波分析等方法分析了华北地区四季低云量的年际变化和周期特征,并利用奇异值分解方法研究了秋季华北地区低云量与500hPa环流指数的关系,重点分析了西太平洋副热带高压(下称西太副高)面积如何影响秋季华北地区低云量变化。结果表明,近45年华北地区四季低云量减弱趋势显著,以秋季减少最多;在年代际尺度上华北地区四季低云量均存在准16年周期,夏季低云量在年际尺度上有显著的准2～4年周期特征;秋季华北地区低云量主要受西太副高面积指数、强度指数、Ⅰ区极涡面积指数、Ⅱ区极涡强度指数和北半球极涡强度指数影响;当秋季西太副高面积偏大(小)时,华北地区上空500hPa高度场偏高(低),上升运动减弱(增强),850hPa南风减小(增大),低层经向水汽输送随之减弱(增强),并且可降水量减少(增大)不利于(有利于)低云的生成;极涡主要是通过影响低层经向风,进而影响华北地区低云量。     

北极涡活动对我国同期及后期气温的影响

利用NCEP／NCAR1950-2002年500hPa月平均再分析高度场资料计算出北半球及各分区的月平均极涡面积、强度，讨论了它们与我国气温的相关。结果表明：北半球500hPa年平均和4季的极涡面积大小与我国多数站点同期气温呈负相关，尤其在年平均及冬季状况下最显著，1-12月极涡面积与气温的负相关呈由减弱到增强的变化趋势；而极涡强度与我国同期气温的相关性相对较弱，在秋冬季不少地区出现正相关，1-12月极涡强度与气温负相关性的变化趋势是由增强到减弱。利用奇异值分解研究极涡对后期我国气温的影响后发现，极涡指数与后期我国气温呈负相关，但不同季节差异较大。当冬季Ⅳ区极涡面积显著缩小、北半球极涡总强度明显增强时，长江中下游以北及东北地区下一年春季气温通常上升；春季Ⅰ区极涡面积、强度异常偏大，则夏季华南沿海、西南及河套地区气温比常年偏低；若春季北半球极涡强度减弱、夏季亚洲区极涡面积收缩，则其后的秋季华北气温相对较高。     

1961—2017年中国华东区域高空温度变化特征

利用中国华东六省一市13个探空站1961—2017年高空温度数据,对850 hPa、500 hPa、200 hPa高空温度的时间变化特征和空间变化特征进行分析,结果表明:1961—2017年中国华东区域对流层中下层增温趋势明显,向上增温趋势减弱,对流层顶增温趋势有所增强.850 hPa、500 hPa温度的年代际变化均...     

多要素表征的东亚季风区准双周振荡特征

为评估不同要素对东亚季风区准双周振荡的表征能力,对大气向外长波辐射（OLR）、500 hPa位势涡度、850 hPa相对涡度、850 hPa风场和750 hPa比湿等要素的准双周振荡特征进行对比,发现各要素均能很好反映东亚季风区明显的准双周振荡时空特征。OLR及500 hPa位势涡度、850 hPa相对涡度、850 hPa纬向风表征的准双周振荡呈明显的西北向传播特征,500 hPa位势涡度、850 hPa相对涡度、850 hPa纬向风北传更强,北传速度更快。850 hPa经向风的准双周振荡呈明显西移特征,北传弱,北传速度最慢。而750 hPa比湿准双周振荡呈东南向传播。不同要素准双周振荡的强度略有差异,其中750 hPa比湿与其他要素的差异大。总体而言,750 hPa比湿不能较好地表现出东亚季风区准双周振荡活动特征,而其余要素能很好地表征东亚季风区大气准双周振荡,其中500 hPa位势涡度和850 hPa相对涡度准双周振荡特征一致性高。     

青藏高原大气热力异常对西风急流的影响

本文基于NCEP/NCAR月平均再分析资料,分析了对流层上层200 hPa纬向西风的时空变化特征,并通过EOF分解得到一个表征西风急流位置的指数(Westerly Jet Position Index,WJPI);同时基于对流层中上层(500～200 hPa)温度纬向偏差,构建了一个描述青藏高原(简称高原)大气热力特征的指标(Plateau Atmosphere Heating Index,PAHI),定量分析了该指数与西风急流位置的关系。结果表明:由冬到夏西风急流轴不断北抬西伸,风速逐渐减小;各季西风急流轴均处于西风变率的小值区,表明各季急流均轴的位置较稳定。各季PAHI与200 hPa纬向风的显著正相关区均分布在高原北侧,即高原PAHI增强时,其北侧西风增强,南侧西风减弱,对流层上层西风急流北移;各季WJPI与PAHI之间均存在显著相关,表明PAHI异常对西风急流位置的变化有重要作用。     

平流层极涡变化与我国冬季气温、降水的关系

利用国家气候中心提供的1951-2010年逐月环流指数资料,分析了北半球极涡强度指数、面积指数和中心强度指数的相关关系,并通过极涡强度指数的变化讨论了冬季北半球极涡强度的时间变化特征。结果表明,冬季极涡强度指数与面积指数和中心强度指数有较好的相关性,能够更好地反映冬季极涡强度的变化特征;冬季极涡存在准13年的年代际振荡周期,准5年的年际振荡周期在20世纪90年代后期较为明显。结合气温、降水观测资料和NCEP/NCAR月平均再分析资料,探讨了极涡强、弱不同年份我国冬季气温、降水和大气环流形势的变化。相对极涡弱值年而言,极涡强值年我国北方地区、东部地区特别是东北地区的气温偏高,西南大部分地区的气温偏低,长江流域和华南地区的气温变化不明显;我国南方地区降水偏多,长江中下游和华南地区的降水偏多最为明显,北方地区的降水略有减少;500hPa高度场上高纬度地区的位势高度降低,中高纬度的位势高度升高,冷空气向极地聚集,东亚大槽减弱,我国东北和东部地区的气温偏高;同时东亚冬季风减弱,湿空气向我国内陆输送,长江流域和我国南方地区的降水偏多。     

气候变暖背景下西太平洋副热带高压体形态变异及热力原因

采用美国NCEP/NCAR再分析资料,利用相关、合成分析、大气热源的计算等方法,研究了气候变暖背景下西太平洋副热带高压（副高）空间形态的变异及热力原因。结果表明,气候变暖前、后各层副高形态特征有很大的差异,副高体的空间形态从850—700 hPa开始显著西伸南扩,到500 hPa最为明显。各层副高在冷、暖期的形态差异与其周围大气热源和涡度的变化相对应。随着气候变暖,副高西侧和南侧的大气热源在850—700 hPa上开始有明显的加强,500 hPa热源加强最明显,且副高体南侧热源中心有所南移;同时,其西侧和南侧从对流层低层至中高层有反气旋涡度的增大,西侧的反气旋涡度在850—700 hPa增大最明显,南侧的反气旋涡度在500 hPa增大最明显,且反气旋中心整体南移。表明气候变暖后,副高体西侧和南侧大气热源的加强,导致相应区域反气旋涡度增大,副高体向反气旋涡度增大的方向发展,从而使副高西脊点西伸,南边界南扩,整体南移。      

位涡诊断在黄土高原强对流风暴预报中的应用

利用位涡理论,对2004年6月15~16日宁夏、内蒙、陕西、山西和河南出现大范围的强对流风暴和局地冰雹天气过程作了诊断分析。个例分析发现,干位涡空间结构表现为:从风暴区下游到风暴区形成随高度向西倾斜的大值正位涡柱,风暴区形成对流层高层大值正位涡中心和对流层中低层伴有位涡梯度增强的位涡等值线密集区的叠置。对流层低层干位涡场特征表现为,风暴区形成干位涡等值线密集区和风场切变的耦合。对流层低层湿位涡场特征表现为,风暴区形成湿位涡正压项小于0对流不稳定舌和湿斜压中心以及湿位涡斜压项等值线密集区的耦合。风暴发生前,对流层中层500hPa河套生成经向位涡等值线密集区,500hPa蒙古地区强偏北气流中同时出现正位涡扰动和指向河套的正位涡平流,对黄土高原大范围强对流风暴的发生有指示意义。     

1991年7月初江淮地区特大暴雨中不同尺度天气系统分析

利用水平平滑滤波方法对不同等压面上大尺度场的分析结果表明：在1991年7月1日—5日的暴雨过程中，从高层到低层青藏高原北部有一急流中心，急流中心位于40°N附近。和这次暴雨过程直接对应的急流中心位于29°N附近。1－5日这两个急流中心均稳定少动且中心风速比常年大。大范围降水区中的强暴雨中心和中低层的流场、风场辐合区以及扰动低压中心吻合较好。低层等压面上大中尺度系统相互作用项的区域平均值对700hPa中尺度系统发展的贡献最大。高层200hPa和中层500hPa贡献数值接近，高中低层大尺度系统相互作用项对700hPa中尺度系统发展的贡献具有同步性。