呼和浩特市夏季降水异常的大气环流特征分析

利用呼和浩特市7个气象观测站1961—2017年夏季降水资料序列和美国NCEP/NCAR的1961—2017年夏季北半球月平均500hPa高度场、700hPa经向风场和200hPa矢量风场再分析资料及南亚夏季风强度指数序列,分析了呼和浩特市夏季降水气候特征及其典型年环流场特征,并对南亚季风与呼和浩特市夏季降水相关性做了分析。结果表明:(1)呼和浩特市夏季降水存在显著的年代际和年际变化;(2)夏季典型多雨年和典型少雨年具有明显不同的环流特征;(3)南亚夏季风与呼和浩特市夏季降水关系密切。     

北太平洋夏季大气环流的持续性异常及其对中国天气的影响

对太平洋北部持续性异常的研究表明，正、负异常的形热从发生、发展到消亡的演变过程十分相似，它们都始于东亚及西太平洋区域距平形势的变化，并在北太平洋及东亚地区出现一规则排列的距平异常区域，东亚及整个北半球的大气环流也相应地发生变化。太平洋北部环流的持续性异常对东亚特别是中国夏季的天气异常有重要影响。诊断分析和数值试验表明，夏季太平洋北部大气环流发生持续性异常与太平洋中低纬的海温异常关系密切。     

七月大气环流对南极海冰异常的响应

本文用一个全球大气九层谱模式，模拟了七月份南极两个不同海区海冰区异常对大气环流的影响。主要讨论了大气环流对南极海冰异常存在的局地性的及全球性的响应。细致分析了二个区域极冰异常导致的南北半球低频波列分布的差异，以及它们对热带区域及亚洲季风区降水、越赤道气流的不同影响。最后则依据我们的模拟结果，讨论了南极海冰异常影响全球大气环流的动力学机制。     

两种强迫热源对夏季北半球大气低频环流影响的数值试验

利用ＩＡＰ２－ＬＡＧＣＭ模式，做了热带西北太平洋对流层中上层两种强迫热源，对北半球夏季大气低频环流影响的数值试验，结果表明，不同热源可激发出明显不同的遥相关型，与之相联系的低频系统也不同。     

夏季东北冷涡持续性活动及其大气环流异常特征的分析

本文首先分析了夏季东北冷涡持续性活动特征及其对东北地区天气气候的影响,然后利用NCEP/NCAR 1958～1997年月平均再分析资料,探讨了东北冷涡持续性活动与大气环流异常之间的联系.结果表明,东北冷涡持续性活动是导致东北地区夏季低温的一个十分关键的因子,同时对降水也有重要影响.冷涡活跃年夏季,500 hPa高度场会出现以东北地区为中心的南北向和东西向分布的正-负-正距平波列,即与东亚阻高势力偏强而西太平洋副高位置偏南等大尺度环流背景相联系.在对流层中上层,高空西风急流有明显的分支现象,特别是亚洲中纬西风急流位置偏南.而在对流层中下层,东北地区和华北大部以及朝鲜半岛和日本北部等地由明显的气旋式距平环流所控制,并且源自东北及其以西地区的北风距平可一直推进至长江流域并转变为西北风距平,并与那里的西南风距平汇合而形成有利于该地区梅雨偏多时的环流形势,与此同时,长江中下游地区和四川盆地等容易出现垂直速度负距平、涡度正距平和散度负距平分布,而华北和华南大部上述物理量一般为相反的距平分布,从而对应少雨形势,并且中国北方地区(长江以北)对应负温度距平.当夏季东北冷涡活动偏弱时,一般会出现与上述相反的结果.即东北冷涡持续性活动不但对东北地区,而且与中国其它某些地区的天气气候可能也存在着一定的对应关系.     

“三江源”夏季降水异常与大气环流异常的关系

利用三江源地区14个站1961-2005年逐月降水资料,对全区近45年夏季降水异常的时空特征及与大气环流异常的关系进行了分析.结果表明,近45年来,三江源地区的夏季降水量具有良好的空间一致性,总体呈微弱的减少趋势,减少幅度为9mm/45a;三江源地区经历了5个干、湿交替的阶段,存在较明显的准2年、准4～6年的振荡周期,自1980年代中期后12～14年左右的周期信号较强;1968、1979及1986年是3个明显的气候突变点,小波分析结果与降水序列大-小-大-小-大的变化趋势及突变检验存在良好的对应关系.环流分析表明,三江源地区夏季旱、涝年份的大气环流配置形势在高度距平场、风场和温度场均呈反向变化,可作为强信号,对三江源夏季降水的异常预测起指示作用.     

大气环流持续异常的研究进展

对大气环流持续异常观测事实及其形成理论研究进行了比较系统的总结,并重要总结了自８０年代以来这一领域所取得的进展,最后简要地分析了尚存在的问题及不足。     

东亚夏季风强弱年大气环流和热源异常对比分析

根据黄刚等定义的东亚夏季风指数, 对强、弱东亚夏季风年大气环流、大气热源和外强迫源SST的差异进行分析, 结果表明:强 (弱) 东亚夏季风年前期冬季到夏季, 太平洋SSTA为La Ni?a (El Ni?o) 型分布, 西太平洋暖池SST暖 (冷), 使得暖池附近对流活动较强 (较弱)。与此同时, 南亚大陆从印度半岛、青藏高原南部、中南半岛至华南大气异常加热 (变冷), 并且海陆热力对比加强 (减弱), 有利于出现强 (弱) 的东亚夏季风。此外, 由于暖池附近对流活动强 (弱), 该地区上升气流较强 (弱), Walker环流增强 (减弱), 当强 (弱) 的东亚夏季风向北推进时, 副热带西风急流北撤位置偏北 (南), 副热带高压位置也偏北 (南), 7月至8月华北 (江淮流域) 位于副热带西风急流南侧, 降水偏多, 江淮流域 (华北) 降水偏少。并给出与东亚夏季风年际变异有关的大气环流和SST异常的物理图像。     

华北夏季降水减少与北半球大气环流异常的关系

利用华北地区20站夏季降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用趋势分析、合成分析等方法,对华北夏季降水减少与北半球大气环流异常进行对比分析。结果表明,华北夏季降水量1951—2008年呈显著减少趋势,平均每10 a减少13.4 mm,1965年发生了气候突变,之后降水量减少更加明显。北半球大气环流在1965年前后有明显不同：1）1951—1965年夏季500 hPa高度场欧洲大槽、贝加尔湖槽较深,乌拉尔山高压脊较强,经向环流表现突出;而1966—2008年夏季欧洲大槽、贝加尔湖槽较浅,乌拉尔山高压脊较弱,纬向环流表现突出。2）1951—1965年夏季500 hPa蒙古冷槽位置偏北偏西,冷空气活动经常影响华北地区;而1966—2008年夏季蒙古冷槽位置东移南压到河套附近,冷空气经常影响华北以南以东地区。3）1951—1965年夏季海平面气压场蒙古低压异常强大,而1966—2008年蒙古低压明显减弱。4）1951—1965年夏季850 hPa东亚夏季风一直伸展到华北、东北地区,蒙古地区存在明显的气旋性环流,在河套附近产生风向辐合;而1966—2008年东亚夏季风在到达30°N附近风速显著减小,很少越过长江到达华北地区,在长江流域形成了风速辐合,同时蒙古地区的气旋性环流消失,河套附近的风向辐合变的很弱。1951—1965年华北多雨是由于东亚夏季风水汽的有效输送和河套附近的风向辐合造成的,而1966—2008年长江流域多雨是由于东亚夏季风在这里产生了风速辐合造成的。华北夏季降水减少与北半球大气环流异常有很好的联系。     

利用大气环流模式模拟北大西洋海温异常强迫响应

北大西洋地区的海温异常能够在多大程度上对大气产生影响,一直是一个有争议的问题。作者利用伴随北大西洋涛动出现的海温异常对大气环流模式CAM2.0.1进行强迫,考察了模式在冬季（12月、1月和2月）对三核型海温异常的响应。通过与欧洲中期天气预报中心提供的再分析资料的对比,发现该模式可以通过海温强迫在一定程度上再现具有北大西洋涛动特征的温度场和环流场。在北大西洋及其沿岸地区,模式模拟出了三核型的准正压响应,与经典的北大西洋涛动型大气异常是一致的。模式结果与北大西洋地区大气内部主导模态的差别主要体现在两个方面:一是异常中心位置多偏向于大洋上空,在陆地上的异常响应强度很弱;二是高纬地区对海温异常的响应不显著,没有强迫出与实际的大气模态相对应的异常中心,表明该地区海洋的反馈作用较弱。     

大气对外强迫低频遥响应的数值模拟 II:对欧亚中高纬“寒潮”异常的响应

本文通过用IAP GCM所作的数值模拟研究了欧亚大陆中高纬度地区的外强迫在全球大气中激发的响应.结果清楚表明,同赤道地区的热源强迫一样,中高纬度地区的外强迫也可以在全球大气中产生低频遥响应;通过低频波列EAP,欧亚大陆中高纬度地区的寒潮异常可以对赤道中西太平洋地区的大气运动及全球大气环流有重要影响.对30—60天振荡的强迫激发来讲,地球大气的气候基本态是极为重要的,热带大气对于全球大气的低频振荡活动具有尤为突出的作用.     

夏季乌拉尔地区大气环流持续异常的形成与维持

从天气尺度瞬变涡旋与时间平均基本气流双向相互作用建立异常型的角度，研究了夏季乌拉尔地区大气环流持续异常的形成与维持，首先基于合成分析，研究了持续异常期间的天气尺度瞬变波活动情况，结果表明：正异常时，在上游地区，从北大西洋中部到西欧沿岸，瞬变活动明显增强。负异常过程时相反，该地区瞬变活动减弱。利用线性正压原始方程模式，研究了在合成正异常基本流及7月气候基本流等两种基本流下，正异常时上游异常瞬变活动对异常建立的贡献。结果表明：正异常时，上游增强的瞬变波活动有利于正异常的建立与维持。利用基于线性正压原始方程模式设计的风暴轴模式，研究了时间平均基本流在组织与调控瞬变活动中所起的作用。结果表明：当乌拉尔地区高压脊发展时，有利于瞬变在上游的北大西洋中部到西欧沿岸地区组织起来。脊发展越强，越有利。结合上述两方面的结果，提出了瞬变与行星波双向相互作用的乌拉尔持续正异常形成和自维持机制。     

亚洲夏季风活动激发北半球大气遥相关的物理机制探讨 II.最优强迫模及其响应

利用最近发展的完备正规强迫模的动力学方法,对亚洲夏季风活动激发北半球大气遥相关的外部物理机制进行了探讨。结果表明,北半球夏季亚洲季风区是外强迫最敏感区域之一,最优强迫模与亚洲季风区季内时间尺度对流活动的结构特征相似,而且北半球大气对最优强迫模的响应与滞后于强季风候的环流异常型结构一致,由此可以认为,亚洲夏季风活动造成的热状况变化也是导致北半球大气遥相关的重要物理原因。     

2006年川渝伏旱同期环流场和水汽场异常特征分析

2006年盛夏川渝地区发生了严重的伏旱灾害,通过对同期大气环流异常的诊断分析表明,2006年盛夏期间,我国川渝地区上空存在由东北向西南的异常水汽输送,从中南半岛到西南地区持续存在经向水汽输送的负异常中心,导致川渝地区上空维持着一个水汽输送辐散异常的中心,这种水汽输送形势有利于伏旱灾害的发展.西太平洋副高较常年持续异常偏北、偏西,强度偏强,它与东伸的伊朗高压及异常的青藏高压一起构成一条高压带,这也在很大程度上促进了川渝地区持续伏旱灾害的发展.     

Interannual Variability of Snow Depth over the Tibetan Plateau and Its Associated Atmospheric Circulation Anomalies

The interannual variability of wintertime snow depth over the Tibetan Plateau(TP) and related atmospheric circulation anomalies were investigated based on observed snow depth measurements and NCEP/NCAR reanalysis data.Empirical orthogonal function(EOF) analysis was applied to identify the spatio-temporal variability of wintertime TP snow depth.Snow depth anomalies were dominated by a monopole pattern over the TP and a dipole structure with opposite anomalies over the southeastern and northwestern TP.The atmospheric circulation conditions responsible for the interannual variability of TP snow depth were examined via regression analyses against the principal component of the most dominant EOF mode.In the upper troposphere,negative zonal wind anomalies over the TP with extensively positive anomalies to the south indicated that the southwestward shift of the westerly jet may favor the development of surface cyclones over the TP.An anomalous cyclone centered over the southeastern TP was associated with the anomalous westerly jet,which is conducive to heavier snowfall and results in positive snow depth anomalies.An anomalous cyclone was observed at 500 hPa over the TP,with an anomalous anticyclone immediately to the north,suggesting that the TP is frequently affected by surface cyclones.Regression analyses revealed that significant negative thickness anomalies exist around the TP from March to May,with a meridional dipole anomaly in March.The persistent negative anomalies due to more winter TP snow are not conducive to earlier reversal of the meridional temperature gradient,leading to a possible delay in the onset of the Asian summer monsoon.     

CAM3模式模拟厄尔尼诺事件对大气环流异常的影响

采用CAM3（Community Atmosphere Model Version3）模式中海气湍流通量参数化原方案和改进方案,利用观测海温驱动CAM3模式进行气候模拟,以分析模式对厄尔尼诺事件影响气候变化的模拟能力。结果表明,采用CAM3模式海气湍流通量参数化改进方案,模式能够更好地模拟出由厄尔尼诺事件引起的北太平洋和北美地区大气环流的变化,尤其是对厄尔尼诺年冬季阿留申低压强度和与PNA遥相关型有关的500hPa位势高度异常的模拟。     

2002年夏季中高纬大气准双周振荡对华南降水的影响

利用JRA55大气再分析资料和TRMM卫星降水资料,分析了2002年夏季（5~8月）华南地区降水的低频振荡特征,重点揭示了对其影响显著的中高纬大气季节内振荡的环流结构及演变。小波和功率谱分析表明,2002年夏季华南降水表现为主周期为10~30 d的准双周低频振荡。典型低频降水事件及合成分析指出,准双周降水的强（弱）变化除了受低空西北太平洋副热带高压西伸进入（东移退出）南海的影响以外,还显著地依赖于中高纬地区高空大气环流的季节内振荡。在对流层高层,中高纬度地区存在一支自大西洋经欧亚大陆的气旋—反气旋相间排列的低频波列。该波列在欧亚大陆地区向东南传播,当异常反气旋和气旋分别位于青藏高原和华北上空时,这种偶极型环流之间的高空辐散场有利于华南地区上升运动的发展,因而华南降水偏强;反之,华南降水偏弱。研究还表明,低频波列南移造成了对流层异常温度平流和副热带高层异常绝对涡度的变化,使得华南地区上升与下沉运动交替出现以及相应的经向环流圈反转,从而导致华南准双周振荡干湿位相的转换。局地异常感热加热对干湿位相转换也起一定作用。时滞相关分析发现,当青藏高原地区500 hPa位势高度异常场超前于华南异常降水4 d（即位相差为1/4周期）时,二者出现显著正相关,表明青藏高原地区500 hPa位势高度异常对预测华南地区季节内降水变化有潜在的应用价值。     

Summer Persistence Barrier of Sea Surface Temperature Anomalies in the Central Western North Pacific

The persistence barrier of sea surface temperature anomalies(SSTAs) in the North Pacific was investigated and compared with the ENSO spring persistence barrier.The results show that SSTAs in the central western North Pacific(CWNP) have a persistence barrier in summer:the persistence of SSTAs in the CWNP shows a significant decline in summer regardless of the starting month.Mechanisms of the summer persistence barrier in the CWNP are different from those of the spring persistence barrier of SSTAs in the central and eastern equatorial Pacific.The phase locking of SSTAs to the annual cycle does not explain the CWNP summer persistence barrier.Remote ENSO forcing has little linear influence on the CWNP summer persistence barrier,compared with local upper-ocean process and atmospheric forcing in the North Pacific.Starting in wintertime,SSTAs extend down to the deep winter mixed layer then become sequestered beneath the shallow summer mixed layer,which is decoupled from the surface layer.Thus,wintertime SSTAs do not persist through the following summer.Starting in summertime,persistence of summer SSTAs until autumn can be explained by the atmospheric forcing through a positive SSTAs-cloud/radiation feedback mechanism because the shallow summertime mixed layer is decoupled from the temperature anomalies at depth,then the following autumn-winter-spring,SSTAs persist.Thus,summer SSTAs in the CWNP have a long persistence,showing a significant decline in the following summer.In this way,SSTAs in the CWNP show a persistence barrier in summer regardless of the starting month.     

中国西北大气沙尘的辐射强迫

利用CCM3的辐射模式CRM研究大气沙尘的辐射强迫特性。大气沙尘减小地面净辐射冷却地面同时增暖沙尘层大气，最大加热率出现在沙尘层的上部和贴近地面处。地表反照率对地面冷却和大气加热的大小有影响，地面净辐射的减幅和大气加热率在高地表反照率的沙漠大于低地表反照率的绿洲。大气沙尘对地一气系统的辐射强迫同样受地表反照率的影响，存在着一个“临界地表反照率”，其值在0．25～0．3之间。当地表反照率高于“临界地表反照率”(如沙漠)，大气沙尘减小行星反照率增暖地一气系统，反之(如在绿洲)，大气沙尘增大行星反照率冷却地一气系统。