青藏高原气温的年际变率与大气环状波动模

基于1961年3月至2002年2月间青藏高原地区64个台站的地面气温观测资料和ERA40再分析数据集,研究了青藏高原上空气温的年际变率及其与大尺度环流的关系。结果表明除夏季外,高原地面气温与整个北半球副热带、极地对流层的温度和位势高度有显著的同位相变化关系,而与中高纬度对流层有显著的反位相变化关系。其中北半球副热带还有5个分别位于青藏高原、西太平洋、北美西部、大西洋中部、北非到阿拉伯半岛的活动中心。这3条环状活动带和5个副热带活动中心共同组成了一种北半球大气环状波动模,其纬向特征为异常偏强的中纬度西风气流以及热带和高纬度东风气流,并伴有中纬度大气长波槽脊的减弱;经向基本特征为异常偏强的Hadley和Ferrel环流以及副热带下沉气流和中纬度上升气流,垂直方向呈相当正压结构。当这种环状波动模处于正位相时,异常增强的绝热下沉增温效应和减弱的冷空气活动共同使得高原上空对流层中、低层气温异常偏暖。     

青藏高原大气热源及其影响的研究进展

青藏高原及其热源效应对东亚以及全球的天气气候起着举足轻重的作用。青藏高原大气热源及其影响的相关研究有助于进一步加深对青藏高原大气热源及其影响的认识,提高高原地区天气系统发生发展的预报能力,提升高原地区降水的预报水平。本文较为系统地梳理了青藏高原大气热源的相关研究,涉及青藏高原大气热源的获取与特征,包括青藏高原大气热源的计算和青藏高原大气热源的时空分布及演变特征;青藏高原大气热源对季风、对降水的影响;青藏高原大气热源对天气系统的影响和作用,包括青藏高原大气热源对南亚高压、西太平洋副热带高压、高原低涡以及高原切变线的影响。在总结已有研究进展和成果的基础上,对今后青藏高原大气热源研究做出一定展望,提出值得进一步加强研究的方面。     

夏半年青藏高原东部大气热源时间变化特征

本文利用１９８３－１９９２年夏半年逐日控空资料，计算了青藏高原东部大气热源和水汽汇，讨论了高原东部热源平均值的日变化，季节内变化，季节变化和年际变化。结果表明，热源和水汽汇铅直廓线存在明显的日变化，夏半年平均热源日变化振幅为１－２℃／Ｄａｙ，水汽汇为１－１．５℃／Ｄａｙ，热源铅直积分显示准双周振动特征，各半夏半年热源滤波曲线表明，７，８月份准双周振动较弱，５，６和９月份较强。     

青藏高原夏季大气视热源与中国东部降水的关系的年代际变化

基于1979～2017年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的ERA-Interim逐日再分析资料和热力学方程,本研究估算了大气视热源,分析研究了青藏高原夏季大气视热源的异常与中国东部降水关系的年代际变化,以及青藏高原大气视热源影响我国东部夏季降水的物理机制。结果表明:（1）高原热源东、西部反相变化模态的重要性发生了年代际转变,表现为由1994年之前方差贡献相对小的第二变异模态变为1994之后方差贡献明显增大而成为第一主导变异模态。（2）青藏高原夏季大气视热源的东、西反相变化模态与中国东部降水的关系存在年代际变化。1993年之前和2008年之后,高原大气视热源的异常分别仅与长江下游降水和长江中游降水异常存在密切的联系;而在1994～2007年,其对长江流域及附近区域和华南地区的夏季降水的影响显著,具体表现为,当高原夏季大气视热源异常表现为东强西弱（东弱西强）时,长江中上游、江淮地区的降水偏多（少）,华南地区降水偏少（多）。（3）高原大气视热源显著影响我国东部夏季降水主要是通过经高原上空发展加强的天气系统东移过程影响长江流域及附近地区的降水,以及通过垂直环流影响华南地区的降水。     

近30年青藏高原大气热源气候特征研究

利用NCEP CFSR再分析资料,用＂倒算法＂计算了1981~2010年青藏高原大气热源汇,并分析了其气候特征。结果表明：（1）青藏高原大气热源汇具有明显的季节差异。高原大部分地区在春季和夏季为热源,冬季和秋季为冷源。2~4月热源从高原西北部、东北部及西南边坡开始逐渐向中部扩展,强度不断增强。5~7月高原东南端热源显著增强并向西向北扩展,使7月高原热源达到最强,并在高原南部喜马拉雅山脉沿线及其以南邻近地区形成一个强大的热源带。8月开始,高原热源迅速减弱,高原中部至四周边坡大部分地区大气先后变为冷源。到11月和12月整个高原大气几乎为冷源。（2）高原各区逐年平均大气热源强度有明显不同的变化特征。高原全区有显著的2~3年和6~8年周期,而高原东部仅存在6~8年周期,高原西部仅有2~3年周期。（3）近30年高原全区和东部大气热源具有明显增强趋势,而高原西部却为减弱趋势。     

BCC大气环流模式对亚澳季风年际变率主导模态的模拟

利用观测海温驱动下的北京气候中心大气环流模式(BCC-AGCM)1979-2000年的模拟数据,从亚澳季风(A-AM)年际变率的角度,对该模式的性能进行了分析.通过季节依赖的EOF分析方法(SEOF)得到观测第1模态,与ENSO从暖位相向冷位相的转变相联系,并伴随东南印度洋和西北太平洋的降水异常随季节变化.该模态具有准2a和4-6a周期的谱峰.分析结果显示,BCC模式可以很好地模拟出第1模态的时间变化特征,及其与ENSO位相的同步关系.但是,模式模拟的降水空间型与观测存在偏差,这主要是由于模式对环流场模拟的偏差造成的,具体表现在西北太平洋(WNP)反气旋和南印度洋(SIO)反气旋的季节锁相模拟偏差.前者与模式模拟的环流场整体偏东有关,后者是由于SIO反气旋的发展和衰亡过程受印度洋局地海气相瓦作用影响,而单独大气模式则无法合理地反映这一过程.另外,模式模拟的第一模态降水空间型在夏季效果较差,原因在于模式模拟的夏季平均降水量存在偏差,尤其是东南印度洋的降水量模拟偏少.进一步分析表明,这可能与对流参数化方案的选择有关.     

青藏高原邻近地区大气热源对华北汛期降水年代际变化的影响

利用1957—2006年中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,采用相关分析和合成分析等方法,分析了青藏高原及其邻近地区大气热源影响华北汛期降水的年代际变化的原因。结果表明：华北汛期降水量与青藏高原及其邻近地区的大气热源显著正相关,与江淮流域的视水汽汇显著反相关。以1978年为界,高原上空大气热源由之前的异常偏强改为之后的异常偏弱,直接导致了高原东部邻近地区包括华北在内的纬向垂直环流的年代际变化,即由之前的异常上升改变为之后的异常下沉,华北汛期降水也因此发生了由偏多变为偏少的年代际变化。华北上空视水汽汇的年代际减少,也是华北汛期降水年代际减少的重要的热力因素之一。     

年际气候变率的数值模拟

本文利用IAP GCM 20年的模式输出结果，计算了海平面气压、表面气温和降水的年际气候变率，并与观测资料作了对比分析，以考察模式模拟年际变率的能力。结果表明，模式成功地再现了观测变率地理分布的基本特征，这说明大气内部动力-物理相互作用过程对年际变率有重要影响，而模拟值的偏低则显示了模式中未包括的某些外界强迫因子如海温和海冰年际变化的潜在作用。     

青藏高原大气热源及其估算的不确定性因素

基于1980—2016年的4套再分析资料(NCEP/DOE资料、MERRA2资料、ERA-Interim资料和JRA-55资料),采用计算大气热源的正算法和倒算法,研究青藏高原大气热源及其计算的不确定性因素,得到以下结论：(1)计算方法和资料均会导致结果的不确定性,正算法只能得到整层热源,而倒算法可得到热源垂直结构,但其结果准确性依赖于再分析资料精度;(2)对比4套再分析资料计算结果发现,正算法结果较倒算法结果普遍偏高,采用ERA-Interim资料,基于两种方法计算的大气热源年代际变化趋势一致。基于4套资料,采用倒算法计算的热源在1980—2016年呈现明显的年代际变化特征;(3)夏半年(3—8月)强热源区主要分布在青藏高原中东部,热源自下而上呈源-汇-源分布;(4)基于正算法和ERA-Interim资料估算的夏半年的降水潜热在喜马拉雅山南坡显著偏小,高原西部地区和南部冈底斯山一带则明显偏大。     

夏季青藏高原东部大气热源变化及其对相邻区域气候的影响

基于NCEP/NCAR 1968～2009年逐月再分析资料,采用倒算法,对夏季青藏高原东部大气热源的长期变化进行了计算,结果发现:(1)夏季青藏高原东部大气热源存在10a左右的时间尺度变化周期;(2)夏季青藏高原东部大气热源偏强时,四川盆地东部及重庆地区多雨,气温偏低;当夏季青藏高原东部大气热源偏弱时,四川盆地东部及重庆地区容易发生高温干旱;(3)夏季青藏高原东部大气热源通过直接影响垂直上升运动场的异常,同时影响周围地区的大气环流形势,异常强迫500hPa副热带高压,进而影响到四川盆地东部及重庆地区的夏季气候。     

青藏高原大气热量源汇年际变化及其与大气环流的关系(英文)

本文使用１９６１～１９９５年逐月青藏高原地区大气机热量源汇＜Ｑ１＞资料、１９６１～１９９０年青藏高原地区积雪日数和积雪深度资料、美国ＮＣＥＰ／ ＮＣＡＲ的再分析资料以及１９７５～１９９４年全球ＯＬＲ资料，讨论了高原大气热状况年际变化及其与大气环流的关系，发现：高原地区大气热源年际变化明显，其中春季和秋季高原地区＜Ｑ１＞的变率最大，并且水平分布很不均匀；当冬季高原冷源弱（或强）时，东亚大槽位置偏东（或西），对应着东亚强（或弱）的冬季风；夏季高原热源强（或弱）的年份，在高原及其邻近地区的对流层中、低层为偏差气旋环流（或反气旋环流），在中国长江流域低层为异常的西南风（或东北风），对应着东亚强（或弱）的夏季风，夏季高原热源强度还与南亚高压的强度和位置有关；春季４月的积雪状况与夏季高原大气热源强度有明显关系；夏季高原热源与同期青藏高原东南部、孟加拉湾、中南半岛、东南亚、中国西南部、长江流域和从黄海到到日本海一带对流有明显正相关。     

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.     

青藏高原西侧地区冬季降水的年际变率及其影响因子

基于全球降水气候中心（GPCC）和全球降水气候计划（GPCP）的降水数据及ERA-interim再分析资料,分析了1979~2012年冬季青藏高原（简称高原）西侧地区降水的基本特征及影响其年际变率的潜在因子。结果表明高原冬季降水主要发生在其西侧地区且为全区变化一致型,降水所需的水汽主要来自上游地区,从该区域的西边界输入。然而,高原西侧地区冬季降水的年际变率主要由水汽输送的动力过程所决定,表现为高原西侧的西南风异常。此外,高原西侧冬季降水的年际变率与其上游典型的大气内部变率北大西洋涛动和北极涛动相关性不强,而与赤道西印度洋和热带中东太平洋的海温显著相关。热带中东太平洋海温异常通过影响大气环流变化,在印度洋北部激发一个反气旋式的环流异常,使得高原西侧地区出现异常西南风,从而加强了水汽通量输送的动力作用。同时在赤道异常东风的作用下,暖水也向印度洋西部输送堆积。赤道中东太平洋海温的异常可进一步导致西风急流发生南北移动,从而也在一定程度上影响了高原西侧冬季水汽输送以及降水的年际变率。     

Formation and Variation of the Atmospheric Heat Source over the Tibetan Plateau and Its Climate Effects

To cherish the memory of the late Professor Duzheng YE on what would have been his 100 th birthday, and to celebrate his great accomplishment in opening a new era of Tibetan Plateau(TP) meteorology, this review paper provides an assessment of the atmospheric heat source(AHS) over the TP from different data resources, including observations from local meteorological stations, satellite remote sensing data, and various reanalysis datasets. The uncertainty and applicability of these heat source data are evaluated. Analysis regarding the formation of the AHS over the TP demonstrates that it is not only the cause of the atmospheric circulation, but is also a result of that circulation. Based on numerical experiments, the review further demonstrates that land–sea thermal contrast is only one part of the monsoon story. The thermal forcing of the Tibetan–Iranian Plateau plays a significant role in generating the Asian summer monsoon(ASM), i.e., in addition to pumping water vapor from sea to land and from the lower to the upper troposphere, it also generates a subtropical monsoon–type meridional circulation subject to the angular momentum conservation, providing an ascending-air large-scale background for the development of the ASM.     

Uncertainties in Quantitatively Estimating the Atmospheric Heat Source over the Tibetan Plateau简

As a huge,intense,and elevated atmospheric heat source（AHS） approaching the mid-troposphere in spring and summer,the Tibetan Plateau（TP） thermal forcing is perceived as an important factor contributing to the formation and variation of the Asian summer monsoon.Despite numerous studies devoted to determine the strength and change of the thermal forcing of the TP on the basis of various data sources and methods,uncertainties remain in quantitative estimation of the AHS and will persist for the following reasons：（1） Routine meteorological stations cover only limited regions and show remarkable spatial inhomogeneity with most distributed in the central and eastern plateau.Moreover,all of these stations are situated at an altitude below 5000 m.Thus,the large area above that elevation is not included in the data.（2） Direct observations on heat fluxes do not exist at most stations,and the sensible heat flux（SHF） is calculated by the bulk formula,in which the drag coefficient for heat is often treated as an empirical constant without considering atmospheric stability and thermal roughness length.（3） Radiation flux derived by satellite remote sensing shows a large discrepancy in the algorithm in data inversion and complex terrain.（4） In reanalysis data,besides the rare observational records employed for data assimilation,model bias in physical processes induces visible errors in producing the diabatic heating fields.     

Uncertainties in Quantitatively Estimating the Atmospheric Heat Source over the Tibetan Plateau

As a huge,intense,and elevated atmospheric heat source(AHS) approaching the mid-troposphere in spring and summer,the Tibetan Plateau(TP) thermal forcing is perceived as an important factor contributing to the formation and variation of the Asian summer monsoon.Despite numerous studies devoted to determine the strength and change of the thermal forcing of the TP on the basis of various data sources and methods,uncertainties remain in quantitative estimation of the AHS and will persist for the following reasons:(1) Routine meteorological stations cover only limited regions and show remarkable spatial inhomogeneity with most distributed in the central and eastern plateau.Moreover,all of these stations are situated at an altitude below 5000 m.Thus,the large area above that elevation is not included in the data.(2) Direct observations on heat fluxes do not exist at most stations,and the sensible heat flux(SHF) is calculated by the bulk formula,in which the drag coefficient for heat is often treated as an empirical constant without considering atmospheric stability and thermal roughness length.(3) Radiation flux derived by satellite remote sensing shows a large discrepancy in the algorithm in data inversion and complex terrain.(4) In reanalysis data,besides the rare observational records employed for data assimilation,model bias in physical processes induces visible errors in producing the diabatic heating fields.     

夏季高原大气热源的气候特征以及与高原低涡生成的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和基于此再分析资料的高原低涡统计数据集,采用线性趋势、Morlet小波、EOF分解、合成分析等方法,分析了1981～2010年夏季高原大气热源气候特征以及与高原低涡生成的联系。结果表明:夏季高原大气热源平均强度为105 W m-2,随时间有减弱趋势,具有明显的年代际变化,存在显著的准3年周期振荡。高原低涡高发年,高原大气热源强度明显高于气候态,主要表现为高原大气热源的水平分布差异。在低涡高发年,涡度平流的空间分布和大气经向垂直环流结构显示:高原沿东南向西北存在500 hPa正涡度平流带,为高原低涡生成提供了有利的涡度场。同时,高原大气热源异常的水平分布促使高原上空产生上升气流,有助于高原上形成低层辐合、气旋式环流,整层上升运动,高层辐散、反气旋式环流的三维流场,促进高原低涡在低层生成,此时高原主体低空为正涡度区。并且,大气热源在垂直方向的变化也影响低涡的生成。最后,根据本文结果和我们前期的相关研究,从热成风原理和高原大气热力适应理论两方面对高原大气热源与高原低涡生成频数的统计结果给出了机理解释。     

青藏高原大气热量的简单计算方法及其应用

利用1961-1995年青藏高原及其邻近地区198个地面站月平均常规观测资料与青藏高原大气热量(〈Q1〉)资料,建立了一种计算青藏高原大气热量的简便方法.利用计算出的大气热量分析了各个季节青藏高原各地区〈Q1〉的气候特征,以及冬季高原〈Q1〉与春季大气环流场的关系.结果发现,各个季节高原东北部地区大气热量值都小于南部地区;高原各区大气热量在20世纪70年代到80年代初都表现出了显著的上升趋势.高原冬季热源与春季高原周围地区的位势高度场存在着明显的负相关,气候模拟证实了冬季高原地区热源变化对春季东亚大气环流的这种影响.