杭州地面和高空850 hPa气温变化特征

根据杭州探空站近34a（1979-2012年）850hPa等压面以及地面的月平气温资料,分别讨论了杭州站两个层次上各季平均气温的演变特征。结果表明：1）杭州站各季节的地面和850hPa气温变化存在基本相同的年际变化和基本一致的线性变化趋势,其中春季增温最强,夏季、秋季次之,冬季最差。2）近34a杭州站四季平均气温升高趋势表明,地面气温上升趋势明显大于高空850hPa。3）近34a中的各个季节气温普遍存在变暖的的趋势。地面和高空850hPa气温的突变普遍始于上世纪80年代末和90年代。     

平流层突发性增温及其前后期平均环流特征

从1995至56－1987至88年的33个冬季的14个空发性增温过程（简称SSW）中，选出5个最强的加以平均，分析了增温期及其前后期的平均环流行征。结果表明：（1）30hPa极点温度与30年平均温度距平值，增温期为17．1℃，前、后期分别为－4．7℃和－8．91℃。（2）在500hPa和50hPa高度场上，增温期比其前、后期波数都少，经向度较大。经向度发展和极涡分裂为二的现象首先出现在对流层。（3）5次SSW均属北太平洋增温，其盯应的年份都是平流层由冬转夏，即季变“迟”的年份。     

平流层爆发性增温及其影响研究进展

平流层爆发性增温(stratospheric sudden warming,SSW)是冬季平流层大气环流结构的一种突变现象,在短时间内平流层中高纬度的温度、风和极涡都会发生剧烈变化。因此,SSW也就成为平流层大气环流及其变化研究的重要方面之一。在强SSW期间,高纬地区温度急剧升高,西风被东风取代,极涡几乎全部崩溃。SSW极大地影响着北半球对流层大气,甚至整个中高层大气,包括对平流层乃至中层大气微量气体分布的重要影响。随着临近空间飞行平台的研究应用,以及由此而提出的临近空间环境条件的保障问题,作为临近空间重要组成部分的平流层环流变化将更加引起人们的关注。本文就SSW的特征、发生机制、对上下层相互作用的重要影响,以及SSW与准两年振荡、ENSO等的密切关系和SSW的数值模拟等方面的研究工作,进行了回顾和总结。     

平流层赤道准两年振荡对爆发性增温的影响

该文对一个平流层和中间层的全球原始方程模式进行积分,考虑100百帕高度上的行星波强迫作用,平均纬向气流的特征分别取在赤道准两年振荡(QBO)的西风位相和东风位相。在100百帕60°N处取1波最大振幅从100米到400米的各种不同强迫作用下进行积分,对比QBO东西风位相的响应情况。在振幅为100米的弱波情形,QBO的位相对结果影响很小,无增暖产生,但在振幅为400米的强波情形,对结果影响虽也很小,但却可产生强的爆发性增温;在中等振幅(特别是约为250米)的强迫情形,模拟的西风和东风QBO两种情况都可产生大振幅波动和平流层增温。然而在东风位相时,增暖发生较早,并且波的变率大。这些结果与观测定性分析是一致的。     

平流层30 hPa月平均高度场的气候特征

采用经验正交函数分解(EOF)方法对NCEP／NCAR全球再分析资料中1958—1997年共40年,30hPa月平均高度和月平均风场进行了分析,讨论了40年平流层的主要特征向量和相应时间系数的变化特征,发现高度场的EOF第一模态具有很好的空间整体性和明显的季节变化。在平流层中,北半球冬季为一较大的环极冷低压,夏季为一以整个半球为规模的环极暖高压。并以1月和7月代表冬、夏季,选取1月和7月的40年资料作为时间序列,用EOF分析了冬、夏季不同的空问振荡型的特征,运用小波分析方法考察了其年际及年代际变化周期。并据此定义了不同的振荡型指数,为以后分析平流层要素场与气候变化的关系奠定了基础。     

一个诊断极区平流层温度变化的近似方程的检验及应用

根据一个诊断极区平流层温度变化的近似方程及其滑动累加计算方案,采用1980—2000年的MERRA-2再分析日资料计算了北半球极区低平流层100 hPa逐月的温度增量项、动力加热项和非绝热加热项,以及各项的线性趋势。结果表明,各月温度增量项与累积的动力和非绝热加热之和在气候平均的年循环意义上接近平衡,而且它们的趋势也近似平衡。进一步通过多元回归,得到了动力和非绝热加热作用对当前月温度趋势的分别贡献,动力作用是北极低平流层冬季温度趋势的主导因素并且在冬季内不一致,而非绝热作用在其他季节是主导因素。     

平流层爆发性增温过程中臭氧的垂直分布特征

利用ECMWF资料分析了平流层爆发性增温 (SSW) 过程中臭氧体积混合比的垂直分布的变化, 结果表明: 平流层爆发性增温过程中臭氧体积混合比增大, 而其极大值大多数形成在增温盛期。同时臭氧体积混合比的高值区在爆发性增温过程中随高度发生一定的变化, 据此对其变化分为两类: (1) 下传型: 在增温初期臭氧体积混合的高值区随高度下传至一定高度, 在增温盛期形成极大值然后随高度抬升到大致增温前的高度。 (2) 增厚型: 在增温过程中臭氧体积混合比的高值区厚度增加, 同时附近区域的臭氧体积混合比也增大, 而且在增温前臭氧体积混合比高值区在高度上没有多大变化, 增温开始后有所抬升。平流层爆发性增温过程中臭氧高值区随高度变化的这两种类型, 是由于平流层爆发性增温期间剩余环流对臭氧输送的结果。臭氧变化的下传型是由于在爆发性增温前剩余环流存在着中纬度向极地的明显输送, 并且伴随着极地强烈的下沉运动, 这就使得中纬度输送来的臭氧向下输送, 因此出现了臭氧高值区的下传; 而臭氧变化的增厚型是由于在爆发性增温期间剩余环流不但有中纬度向极地的输送, 而且在极地附近5 hPa高度处出现了上下两支输送气流, 向上的输送气流使中纬度输送来的臭氧向上输送, 而向下的输送气流使中纬度输送来的臭氧向下输送, 进而使增温期间极地附近的臭氧的高值区增厚。同时分析还表明: 平流层爆发性增温过程中中纬度臭氧体积混合比减少。     

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.     

夏季中高纬500 hPa高度和海表温度异常特征及其相关分析

用旋转主分量（ＲＰＣ）方法,对１９４９～１９８８年４０个夏季的中高纬５００ｈＰａ高度场以及北太平洋和北大西洋海表温度异常（ＳＳＴＡ）的主要时空分布特征作分析,然后通过交叉相关讨论夏季海气相互作用的特征。结果表明,夏季中高纬５００ｈＰａ高度场最明显的异常型为副热带型（ＳＴ）,极地北美型（ＰＡ）,４波型（ＦＷ）,以及３波型（ＴＷ）。夏季北太平洋ＳＳＴ的主要异常型为赤道东太平洋型（ＥＥＰ）,阿拉斯加湾型（ＢＡＬ）,热带中太平洋（ＣＴＰ）,以及北部北太平洋型（ＮＮＰ）。而夏季北大西洋ＳＳＴ的主要异常型为赤道大西洋型（ＥＡＬ）,加勒比海型（ＣＡＲ）,东部北大西洋型（ＥＮＡ）和中部北大西洋型（ＣＮＡ）。夏季中高纬海气之间的最强相关出现在海气异常对应的空间位置上。这种区域性或邻域性的海气相关呈正相关的特征。但海气之间的相关耦合不及冬季紧密,赤道ＳＳＴＡ与中高纬５００ｈＰａ高度异常的相关不显著。太平洋ＳＳＴＡ所对应的５００ｈＰａ高度场的相关中心多为局地性,而大西洋ＳＳＴＡ所对应的５００ｈＰａ高度场的相关中心呈现更有组织性的,甚至是波状的形态。     

对流层和平流层温度中ENSO信号的多种资料比较

本文利用1980～1999年卫星资料Microwave Sounding Unit (MSU)和5种再分析资料(ERA40、JRA25、NCEP1、NCEP2、MERRA),分析了北半球冬季全球对流层中层和平流层低层温度变化中的ENSO信号,讨论了ENSO暖冷位相时温度异常的对称性和非对称性,并以MSU卫星资料为标准,...     

华东高温期的大气环流特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和地面气象站点资料,对1951—2005年华东高温日数较多（少）月和高温过程各阶段的500 hPa位势高度、850 hPa温度和相对湿度及700 hPa垂直速度的环流特征进行对比分析。结果表明：在高温日数较多月,副高西伸,850 hPa温度较高而相对湿度较低,华东中南部下沉气流明显,华东多为位势高度、温度和垂直速度正距平及相对湿度负距平;而在高温日数较少月,副高东退,850 hPa温度较低而相对湿度较高,整个华东为上升气流,并为位势高度、温度和垂直速度负距平及相对湿度正距平。与高温前期和衰退期相比,高温盛期副高北抬西进,华东850 hPa温度较高而相对湿度较低,华东南部下沉气流强盛,各要素距平值增加,多数要素距平中心移向华东或其周边。高温间断期则比盛期各要素距平减弱。大气环流要素场及其距平场的变动可以作为预报华东7—8月高温日数多寡和高温进程的参考依据。     

1月中国地温异常与北半球500hpa高度场异常关系的合成分析

在对中国区域１月份０．８ｍ月平均地温距平场进行ＥＯＦ分析的基础上，研究了中国地温异常与北半球５００ｈＰａ高度异常的关系。结果表明：地温异常与大气环流有一定的关系；与地温异常同月和前一月的大气环流距平分布相似，而与后一月的大气环流不同。进一步分析表明，前一月的大气环流异常至少部分地激发了１月份的地温异常，反过来地温又影响大气环流。     

西江流域汛期暴雨与500 hPa关键区准双周振荡的关系

采用小波分析、相关分析、功率谱分析、Lanczos滤波等方法探讨了近48年西江流域汛期(4—9月)暴雨的变化特征及其与影响西江流域汛期降水的500 hPa关键区准双周振荡的关系。结果表明,西江流域4—9月暴雨日数呈单峰分布,5月开始显著增加,6月暴雨日数达到最高;西江流域4—9月暴雨总日数具有准4年与准22年左右的周期振荡。1960年代后期—1980年代初期及1990年代中期—2000年初期暴雨日数以偏多为主,1960年代前期、1980年代中期—1990年代初期及2005—2008年则以偏少为主。定义西江流域4—9月逐日降水与500 hPa高度场上显著的负相关区(22.5~27.5°N,102.5~112.5°E)为影响西江流域汛期降水的500hPa关键区。西江流域汛期降水与500 hPa关键区均以准单周、10—30天的准双周振荡为主,而30~60天的季节内振荡不显著,二者在准双周振荡尺度上关系最密切。统计近48年4—9月、6—8月500 hPa关键区准双周振荡波谷附近前后3天(个别4天)西江流域暴雨出现的平均几率分别为72.5%、76.4%,因此500 hPa关键区准双周振荡的低频波谷对西江流域暴雨的中期预报有较好的参考作用。     

重庆极端高温指标的对比及其与区域性增暖的关系

对重庆市极端高温指标进行了系统分类,即极值、绝对阈值和相对阈值指标,研究了1961—2008年各种极端高温指标自身变化规律及其与区域性增暖的关系,并对比分析了不同指标间的差异。结果表明,由于极端高温指标的定义不同在反映高温上存在一定差异。利用绝对阈值和极值指标能直观地看出极端高温事件的影响强弱,所以利用年极端最高气温、35 ℃以上高温日数等指标来判别高温影响强弱一直是业务上最常用的方法。相对阈值指标HWDI和WSDI,在定义上受到连续6天的限制,所以在某些高温年份与绝对阈值指标的高温指数差异明显。相对阈值指标(HWDI、WSDI和TX90p)在年内几乎所有季节都可能出现,所以作为年内指标而言,此类指标与年平均气温/最高气温变化的步调更加一致,尤其是TX90p,没有连续定义的限制,它与区域性增暖的关系更为密切。重庆是高温频发区,通过对不同高温指标的对比分析研究,能更好地为业务和科研人员提供参考,同时对极端高温的监测、检测及影响评估具有相当重要的意义。     

江西地区冬季气温异常与北半球500hPa高度场的关系

利用1960—2011年江西省81个台站月平均气温观测资料和NCEP/NCAR北半球逐月500 hPa高度场再分析资料,分析了江西地区冬季(当年12月至次年2月)气温异常的时空特征、冷暖典型年500 hPa高度距平场特征以及气温异常与北半球500 hPa高度场的相关性,并运用奇异值分解(SVD)方法探讨了北半球500 hPa高度场异常与江西地区冬季气温异常之间的耦合关系。结果表明:(1)江西地区省冬季气温以全区一致的变化为主;(2)影响江西地区冬季气温异常的500 hPa高度场关键区为北大西洋(20.0°—42.5°N,10°—70°W)和欧亚地区(25.0°—72.5°N,40°—150°E),影响时段分别为当年7月(前期)和当年冬季(同期);(3)前期7月北大西洋关键区500 hPa高度场与江西地区冬季气温呈显著的正相关关系,其中最显著的区域为赣北地区;冬季欧亚大陆关键区500 hPa高度场与江西地区冬季气温也呈显著的相关关系,其中最显著的区域为赣北、赣中地区。     

我国冬半年局地气温对北半球增暖响应的特征分析

采用主分量分析与回归分析相结合的方法，研究北半球气候变化与我国区域气候变化的一些统计学关系。根据北半球平均增暖的条件，推求我国各地气温变化的统计估计模型，借助某些一般大气环流模式数值试验结果，计算并分析了在ＣＯ２浓度倍增时，我国各地增温幅度及其置信区间。结果表明：我各区域与北半球平均增暖趋势基本同步、但幅度不一；我国增暖敏感区主要在西北，华北和东北，南方部分地区的增温趋势有较大的不确定性。     

中国东北夏季极端高温变化特征及其与环流异常的联系

利用东北地区1960—2010年夏季逐日气温资料,研究了中国东北地区夏季极端高温的时空变化特征和区域性特征,并对东北地区夏季极端高温事件与大气环流异常的可能联系进行分析。结果表明,东北地区夏季极端高温频数有明显的升高趋势,升高幅度由南向北逐渐增大;东北地区南部、东北部和西北部夏季极端高温频数的年际及年代际变化存在明显差异。东北地区夏季极端高温高发年500 hPa位势高度上盛行纬向环流,东北地区上空位势高度的垂直分布接近于正压结构,且一直延伸至对流层顶,海平面气压场上亚洲大陆低压明显偏弱,南北气压梯度减小,冷空气不易南下;低发年,则反之。     

北太平洋区域浅层海温与海平面气压场年代际异常关系的分析

用奇异值分解(SVD)方法，研究了北太平洋区域1、7月浅层海温(ST)异常与同期海平面气压(SLP)异常场的关系。结果表明：(1)统计显著的主要是第一模态，且1月的0—80m层、7月的20—120m的上层ST与SLP′，第一模态层际差异很小；(2)年代际变化是该区域海气相互作用的主要时域特征，“突变”发生在1970年代后半期，1月的年代际变化早于7月的1—2年；(3)合成分析表明，年代际变化的环流实质是北太平洋中部前期(1970年代中叶以前)ST持续偏高，相应1(7)月阿留申低压(北太平洋副高)偏弱、位置偏西(变化不明显)，而东亚冬(夏)季风偏弱，反之亦然。     

冬季西太平洋遥相关型的环流结构特征及其与我国冬季气温和降水的关系

用近55 a资料研究了冬季西太平洋遥相关型(WP)异常环流特征及其与我国冬季天气气候的关系。结果表明:冬季西太平洋遥相关型与我国冬季天气气候关系密切。高指数年500 hPa高度场亚洲大陆上空中高纬为负高度异常,中纬度西风偏强,环流呈纬向型,对应海平面气压场上西伯利亚高压偏弱,东亚冬季风偏弱;低指数年情况相反。冬季西太平洋遥相关指数与我国冬季气温和降水存在显著的大范围正相关,与气温的高相关区为我国东部、南部沿海及西南地区所形成的U型区域,而与降水的高相关区则主要分布在我国东部地区。