热带对流层波动性扰动的特性

1.东风波 (1)发生分布 在热带平流层的大尺度波动被发现以前,人们已经知道在热带对流层中存在着波长更短的波动性扰动。平均而言,低纬对流层盛行东风,在东风带中常常观测到自东向西传播的扰动,这种扰动称为东风波。以前,主要是在资料比较丰富的西太平洋和加勒比海分析这些东风波,从而知道东风波的周期为3～6日,波长2000～5000公里。其后,由于在热带地区运用谱分析等定量分析方法,在热带中部太平洋、非洲大陆西部、热带大西洋、印度洋孟加拉湾等地区也发现有同样的波动存在。     

热带对流层波动性扰动的特性(续)

2、5日周期的气压波 在热带地区的谱分析中,人们知道,地面 气压存在一种不同于由东风波引起的4～5 日周期的振荡。图5.23(图略)表示热带中 太平洋赤道附近坎顿岛上地面气压的时间变 化。由图可知,地面气压在30～40日变化的 长周期变动上,叠加有振幅约1mb的4～5 日周期振荡。这种气压的4～5日周期振荡, 不只限于热带太平洋,在其它热带地区亦存 在,估计是一种整个热带地区的振荡。图 5.24(图略)是将热带各地区7个测点地面 气压变动的谱求平均的结果。由图可知, 除了存在周期为20—50日的大的长周期变动 外,在4～5日周期上也存在功率谱峰。反     

热带海温异常影响华北夏季降水的机制研究

利用正压涡度方程模式对赤道东太平洋和赤道西太平洋暖池区海温异常影响华北夏季降水的机制进行了研究,结果表明:(1)赤道东太平洋海温升高,西太平洋副高会前期加强,位置异常偏北,后期位置偏东;华东25°N以南多低槽活动,华北上空低槽活动少;华北东部盛行南风,长江中下游盛行北风扰动,不利于水汽向华北输送。这些形势都不利于华北降水。(2)西太平洋暖池区海温降低,副高减弱,不利于华北降水;华北上空多低槽活动,是有利于降水的形势;渤海、朝鲜半岛盛行北风,而贝加尔湖及其东南方向为强南风,冷暖空气不易交汇,华北降水稀少。(3)西太平洋暖池海温降低对华北降水的影响不象赤道东太平洋海温异常那样显著。(4)极涡变化和热带海温异常之间的对应关系不确定。     

两类El Niño型对西北太平洋季风槽及热带气旋生成的可能影响

通过对1948~2015年不同El Ni?o事件下西北太平洋季风槽变化和热带气旋(tropical cyclone,TC)生成进行分析,初步探讨了不同El Ni?o型事件对季风槽及其对TC的可能影响。分析结果表明,较东太平洋增暖(eastern Pacific warming,EPW)年,中太平洋增暖(central Pacific warming,CPW)年季风槽偏弱,位置相对偏西、偏北。在CPW年,中(西和东)太平洋海温增暖(降低)引起了从中到西太平洋热带地区的西风异常和中太平洋地区上升运动及对流活动加强,使得季风槽加强东伸,同时西太平洋副高偏弱、偏北,季风槽向北推进;而在EPW年,赤道东(西)太平洋海温增暖(降低)使得赤道地区西风异常显著加强东扩,异常Walker环流的上升支东移至东太平洋,季风活动加强,副高偏强、偏南,这使得季风槽较CPW年相比更强、更偏东。利于TC生成的大尺度环境因子随季风槽强度和位置的变化而发生改变,在CPW年,低层气旋性涡度、高层辐散、高的中层相对湿度以及低垂直风切变区随着季风槽向北移动;而在EPW年,这些因子随季风槽向南、向东偏移。这些大尺度环境因子的变化使得西北太平洋TC生成的位置在CPW年比EPW年更加偏北、偏西。     

关于ENSO本质的进一步研究

基于ENSO是热带太平洋海气相互作用产物的科学观点,一系列的分析研究表明:赤道太平洋次表层海温异常(SOTA)有明显的年际变化(循环),并且与ENSO发生密切相关;ENSO的真正源区在赤道西太平洋暖池,赤道西太平洋暖池正(负)SOTA沿赤道温跃层东传到东太平洋,导致El Nino(La Nina)的爆发;在暖池正(负)SOTA沿赤道温跃层东传的同时,将有负(正)SOTA沿10°N和10°S两个纬度带向西传播,从而构成SOTA的循环;热带太平洋SOTA年际循环的驱动者主要是由异常东亚季风所引起的赤道西太平洋纬向风的异常.进而,可以提出关于ENSO本质的一种新理论,即ENSO实质上主要是由异常东亚季风引起的赤道西太平洋异常纬向风所驱动的热带太平洋次表层海温距平的年际循环.       

中国南部沿海暴雨东风波特征及SST影响机制研究

分析1999—2013年影响我国南部沿海的东风波,可分为3类:偏南东风波、西行东风波以及近海东风波。太平洋副热带高压是影响3类东风波特征的关键系统,其西伸与北进直接引导东风波路径及活动位置。东风波的分类合成结构特征显示:强涡度中心指示东风波槽中心,强涡度中心通常位于850 h Pa及以下。东风波低层为强辐合场,槽后有整层的垂直上升区。偏南东风波波槽轴线随高度向西倾斜,西行东风波和近海东风波波槽轴线近乎垂直。合成诊断还显示,东风波的海上移动有向SST(Sea Surface Temperature,海表温度)大值趋暖的趋势。数值模拟证实,增强东风波槽前SST暖中心的强度,将引起槽区低层和槽后中层出现负变高中心,同时SST的增温将通过感热与潜热促使东风波槽强度加强,将进一步地增强东风波暴雨强度和雨带的北移。并增强中低层流场的气旋式气流成分,增强低层辐合场,维持深厚垂直上升运动层。典型西行东风波个例分析显示,螺旋度与东风波强度成正比,东风波纬向位温偏差显示东风波在热力场上具有"上暖下冷"的不稳定垂直结构。东风波涡度增强时,扰动动能向分层扰动位能转化。东风波强度减弱时,分层扰动位能向扰动动能转化。     

一次典型东风波极端暴雨的中尺度特征及地形影响分析

利用湖南省常规气象观测资料、区域自动站资料、NCEP再分析资料、常德多普勒雷达资料,分析2016年8月8—15日在多个东风波倒槽接力影响下,湘北地区反复出现的极端暴雨天气的中尺度特征,并利用WRF-ARW中尺度数值模式,对8月10—11日湘北地区极端暴雨过程进行数值模拟和地形敏感性试验。结果表明：(1)1604号台风在广东深圳登陆后沿西北路径移动和1605号台风在西北太平洋向北移动后,副热带高压快速西伸控制华东及沿海地区,其底部的东风波扰动为极端暴雨提供了环流背景;(2)近地面不均匀加热为东风波槽附近强对流提供了充足的热力不稳定条件,地面中尺度辐合线为对流的触发和加强起到重要作用;(3)东风波槽带来的边界层暖湿气流在武陵山东侧激发深厚中尺度涡旋,是极端暴雨形成的主要原因;(4)地形敏感性试验进一步验证了东风波暖湿气流在武陵山脉地形抬升和阻挡作用下,在迎风坡上游地区形成气旋性辐合导致暴雨增幅。     

东风波对江西强对流天气环境条件的影响分析

基于1999—2011年7—9月影响江西的14次东风波过程,统计了东风波的类型及结构特征,利用探空和NCEP再分析资料分析了三种类型东风波对垂直运动、温湿场和稳定度的影响。结果表明:深厚东风波槽前带来弱的上升运动,高层东风波的上升运动位于500 h Pa以上,槽前强对流均在午后发展;大范围强对流对应200 h Pa上鞍型场中的辐散区。中低层东风波和深厚东风波的槽后带来大尺度上升运动,低层东南气流辐合触发对流;大范围强对流对应200 h Pa上南亚高压东侧的辐散区。东风波提供了对流发展的有利环境条件,盛夏大气低层常高温高湿,随着东风波的西移,带来中高层冷扰动以及中低层水汽含量增加,增强了对流不稳定。深厚东风波和高层东风波的槽前、中低层东风波的槽后中层冷扰动区对应低层暖湿区是有利雷暴与强对流发展的区域。高层东风波的冷扰动最明显,其850 h Pa与500 h Pa温度差多在26℃以上,出现8级以上雷雨大风的概率较高;中低层东风波的冷扰动一般较弱,强对流以短时强降雨为主。     

热带辐合区中多台风同时发展的初步研究

最近的研究表明,西太平洋台风和南海台风大多数是在热带辐合区生成和发展的。热带辐合区中台风生成和发展过程与东风波发展成台风的模式差异甚大。关于东风波发展成台风的问题过去已有不少研验,但对热带辐合区中台风发展特点的研究并不多。谢义炳和陈受钧曾指出,绝大多数西太平洋台风可看作赤道西风与信风间交界面的涡旋。但他们对这些扰动发展的条件和实际过程并没有作更多的分析。     

夏季东亚热带和副热带季风与中国东部汛期降水

利用欧洲中心１９８０～１９８９年逐日２００ｈＰａ、８５０ｈＰａ风场及日本气象研究所提供的ＧＭＳ观测的ＴＢＢ逐日资料,探讨了夏季东亚热带、副热带季风的强弱对中国东部夏季降水的影响．指出东亚夏季风系统中的两条辐合带热带辐合带（热带季风槽）和副热带辐合带（副热带梅雨锋）的强度的变化呈相反趋势,即热带季风槽偏弱时（弱季风）,副热带梅雨锋偏强;反之热带季风槽偏强时（强季风）,副热带梅雨锋偏弱．江淮流域的降水与热带季风槽、副热带梅雨锋的强度密切相关,即热带季风槽偏弱（弱季风）,梅雨锋偏强时,江淮流域的降水偏多;热带季风槽偏强（强季风）,梅雨锋偏弱时,江淮流域的降水偏少．研究表明：热带季风槽和副热带梅雨锋的强度与偏西气流的加强密切相关．当赤道东太平洋海温偏高,赤道西太平洋海温偏低,黑潮地区的海温偏高时,赤道东西太平洋上空的Ｗａｌｋｅｒ环流和西太平洋中纬度Ｈａｄｌｅｙ环流的下沉支气流减弱,东亚季风槽较弱（弱季风）,梅雨锋较强;当赤道东太平洋海温偏低、西太平洋海温偏高,黑潮地区的海温偏低时,赤道东西太平洋上空的Ｗａｌｋｅｒ环流和西太平洋中纬度Ｈａｄｌｅｙ环流的下沉支气流加强,东亚季风槽较强（强季风）,梅雨锋较弱．     

2010年和1998年西北太平洋热带气旋频数异常与东亚夏季风系统的关联性分析

利用西北太平洋编号台风资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA向外长波辐射(outgoing longwave radiation,OLR)资料等,选取西北太平洋热带气旋频数异常偏少的2010年和1998年,诊断分析ENSO事件及其东亚夏季风环流异常与热带气旋频数异常的关系,给出东亚夏季风系统部分成员影响热带气旋频数的天气学图像:由春入夏,赤道东太平洋海温异常偏暖,赤道哈得来环流偏强,沃克环流偏弱;西太平洋副热带高压异常强大,位置偏西;季风槽位置偏南,东西向不发展;南海、西太平洋越赤道气流偏弱;异常热源和水汽汇偏南,南海和菲律宾以东地区对流活动受到抑制,热带对流活跃区位于赤道以南;热带气旋生成个数明显偏少,位置偏西。     

西北太平洋上层槽及其与台风强度变化的关系

本文利用1976—1985年200hPa热带天气图和台风资料,分析了西北太平洋地区热带对流层上层槽的建立和破坏过程及其与台风强度变化的关系。指出了西北太平洋热带地区上层槽的建立主要与西风槽切断冷涡并入和中太平洋上层槽中的气旋西移有关,而上层槽的破坏主要与赤道高压同副高打通和副热带西风气流向南扩张或热带东风气流向北扩张有关;当台风上空位于上层槽南侧3个纬距以南时,有利于台风加强,而当台风上空位于上层槽南侧3个纬距以北时,有利于台风减弱。     

赤道不稳定波海气相互作用的数值模拟分析

赤道不稳定波(tropical instability waves)存在于热带东太平洋赤道附近, 通常于每年的春末夏初出现, 以约0.6 m/s速度向西传播, 波周期为20～40天左右, 波长约为1000～2000 km。本文利用一个全球高分辨率海气耦合模式对赤道不稳定波在赤道附近的热量输送进行分析, 表明赤道不稳定波产生指向赤道的热通量, 从而部分抵消了热带东太平洋地区由Ekman辐散和温度平流导致的强冷却效应, 维持热带地区的热量平衡。其对赤道冷舌区的增暖作用可以消除和减弱气候模式中热带东太平洋地区的系统性冷偏差, 能使冷舌的强度和分布得到合理的改善, 对气候模式的改进和发展具有潜在贡献。赤道不稳定波还可以改变赤道海洋上空低层大气层结稳定度, 导致近地层强的风场辐合辐散, 并进一步影响大气混合层的温度、 风场等气象要素。模拟分析结果还表明, 赤道不稳定波对大气强迫产生二次响应, 改变赤道上空逆温层的垂直位移和逆温强度。研究赤道不稳定波对热带海洋气候及其海气相互作用机理的理解具有重要意义。     

西南涡发展成南海台风的个例分析

众所周知,台风起源于三类胚胎:一是热带辐合带中的低压扰动,约占80—85％;二是东风带扰动(包括东风波),约占10—15％;三是斜压性扰动,包括高空冷涡和槽、低层冷低压和锋面波动,约占5％。 在斜压性扰动类中,有一种很少见的西南涡发展成台风的情况。通常,西南涡在我     

影响华南的一次东风波天气过程

通过分析一个影响华南地区的高层东风波个例,得出了这次高层东风波的系统特征:波动系统不够深厚,甚至在低层等压面上分析不出倒槽来;在东风波影响华南前期,高层200～300hPa倒槽气旋性弯曲比较明显,而低层却几乎反映不出;中高层槽线及槽前有正涡度平流,这与云系和雨区分布一致;并指出,分析200～500hPa高空形势、并结合卫星云图,是提前预报这种高层东风波的关键.     

亚洲-西太平洋夏半年ISO传播特征及其与热带天气尺度波动联系的观测事实研究

利用1979—2007年夏半年(5—10月)逐日平均向外长波辐射资料和NCEP/NCAR再分析资料,应用有限区域波数-频率谱和滞后线性回归方法,研究亚洲-西太平洋(AWP)区域夏半年对流季节内振荡(ISO)的传播特征以及热带天气尺度波动与ISO的联系。结果表明:(1)夏半年AWP区域的对流ISO存在东西传播特征,具有区域性和季节性。在整个AWP区域,以沿赤道东传且周期约30～60 d的扰动为主,而在西太平洋地区则以在10～20°N西传且周期约20～40 d的扰动为主;在初夏ISO以沿赤道东传为主,晚夏ISO向西传播加强,主要活动区域也向北转移,西传波在晚夏西北太平洋区域活动最强;(2)ISO强对流伴随低层西风异常和气旋性环流异常首先生成在印度洋区域,之后沿赤道东传到西太平洋日界线附近,当对流传播到西太平洋时具有西北传播的特征;(3)ISO与热带天气尺度波动关系密切。两种不同时间尺度的对流在西北太平洋同时加强,ISO促进了热带气旋(TC)的群发,而TC群发对流也成为ISO对流在西太平洋西北向传播中的一部分。     

西北太平洋热带气旋强度的年际变化特征及其大气环流背景场分析

利用上海台风研究所整理的1949—2007年CMA-STI热带气旋最佳路径资料,对1949—1975年、1976—1987年、1988—2007年这三个时段7—10月强度达到热带风暴及以上的热带气旋(简称为TC)强度的年际变化特征进行了分析比较,对TC活动强、弱年的大气环流背景场做了合成分析,并对各年TC强度与对应的西北太平洋副热带高压(简称为西太副高)、东亚副热带西风急流、热带东风急流、季风槽各特征指数做了相关分析,揭示了西北太平洋TC强度年际变化的机理。结果表明:(1) 这三个时段TC强度都有明显的年际变化特征;(2) 当TC强度偏大时,西太副高减弱东退,东亚副热带西风急流位置偏南,热带东风急流强度偏大,位置偏东,南半球冷空气活动偏强,越赤道气流偏强,季风槽较活跃、位置偏东,倾斜指数偏小;反之亦然;(3) 当越赤道气流偏强,季风槽较活跃时,有利于TC生成源区热带低压扰动的发生发展;而西太副高减弱东退,热带东风急流位置偏东时,TC生成源区850 hPa低空为正相对涡度异常,200 hPa高空为正散度异常。这样,低层水平辐合强、高层水平辐散强的配置使得该地区辐合上升运动、高层气流的辐散流出得以维持,且TC生成源区垂直风切变偏小,从而有利于TC的发生发展,TC强度偏大;反之亦然。      

高云与高层垂直速度关系的个例研究I·观测事实

利用ISCCP D1、D2和ECMWF再分析资料,选取1998年1月和7月进行个例分析,得到以下结论:1)高云和垂直速度的关系密切。从月平均来看,南北半球的冬夏变化呈现出明显的不对称。热带1月份的云区和上升区集中在赤道以南,呈带状分布,其中南非及相邻的西印度洋、120°E~120°W的赤道太平洋、赤道与30°S之间的南美大陆为3个主要区域;7月份云区和上升区移至赤道以北,以块状分布为主,尤其是印度洋、西太平洋的热带地区、亚洲季风区和副热带高压中心的西部形成一个大范围的闭合块状区域。2)不同类型的高云在热带和热带外地区的云顶高度是不一样的:在热带地区,深对流云、卷层云和卷云的云顶高度在180 hPa和310 hPa之间;在副热带和中高纬度的绝大部分地区,卷云的云顶高度在180 hPa和310 hPa之间,而卷层云、深对流云的则在310 hPa到440 hPa之间。3)不同类型的高云与相应的垂直速度的逐日变化既十分密切又各有不同,其中深对流云和垂直速度、卷层云和深对流云的同步性较好,并且卷层云和卷云可以独立于深对流云而在局地产生,这与热带高云产生于深对流云的经典观点不同;此外,在热带地区呈现低频变化的特征,这表明在大气环流模式中改进高云的模拟能力可能会提高对大气低频振荡的模拟能力。     

赤道不稳定波对海气相互作用影响的数值模拟分析

赤道不稳定波 (tropical instability waves) 存在于热带东太平洋赤道附近, 通常于每年的春末夏初出现, 以约0.6 m/s速度向西传播, 波周期为20～40天左右, 波长约为1000～2000 km.本文利用一个全球高分辨率海气耦合模式对赤道不稳定波在赤道附近的热量输送进行分析, 表明赤道不稳定波产生指向赤道的热通量, 从而部分抵消了热带东太平洋地区由Ekman辐散和温度平流导致的强冷却效应, 维持热带地区的热量平衡.其对赤道冷舌区的增暖作用可以消除和减弱气候模式中热带东太平洋地区的系统性冷偏差, 能使冷舌的强度和分布得到合理的改善, 对气候模式的改进和发展具有潜在贡献.赤道不稳定波还可以改变赤道海洋上空低层大气层结稳定度, 导致近地层强的风场辐合辐散, 并进一步影响大气混合层的温度、 风场等气象要素.模拟分析结果还表明, 赤道不稳定波对大气强迫产生二次响应, 改变赤道上空逆温层的垂直位移和逆温强度.研究赤道不稳定波对热带海洋气候及其海气相互作用机理的理解具有重要意义.     

大气能量传播及不同纬度间大气相互作用的研究进展北大核心CSCD

早期的理论分析认为大气中临界纬度的存在使得热带-热带外的大气活动互不影响。然而,大量的观测事实表明中低纬度大气运动存在着明显的动力联系。为了帮助人们更好地理解大气中的遥相关现象,在大量文献的基础上,综述了几种波能量传播理论:(1)大圆理论指出了罗斯贝波在球形大气中的传播特征;(2)西风通道理论发现了中纬度瞬变扰动越赤道传播的"走廊";(3)能量堆积-波列发射理论揭示了热带扰动影响到更高纬度大气活动的可能过程;(4)赤道波侧向膨胀理论则利用转折纬度的概念更进一步解释了这种中低纬度大气相互作用的物理机制;(5)经向基本流理论则认为在一定的条件下定常波可以穿过热带东风带传播到另一半球。此外,文中还回顾了在波-流相互作用诊断方面的研究进展,尤其是关于罗斯贝波、惯性重力波和赤道开尔文波。大气能量的经向传播具有显著的年变化和年际变化,这与ENSO、西风急流、大洋中部槽等的变化密切相关。