冬季黑潮海域异常加热与北太平洋大气环流的耦合关系

利用NCEP/NCAR和OAFlux月平均资料,采用SVD方法分析冬季黑潮海域的热通量和北太平洋500 hPa位势高度场之间的关系。第1对奇异向量占总方差的86.24%,表现为黑潮北部海域异常多的放热和北太平洋中西部的500 hPa位势高度场异常低。将正负异常年的各气象要素的距平场进行合成分析后表明：当阿留申低压增强（减弱）时,黑潮海域上空的西北风增强（减弱）,导致近地面层大气温度降低（升高）,使得热通量异常释放增加（减少）,从而降低（升高）了海表面温度。在黑潮海域及其下游,温度场在纬向垂直方向是斜压结构,位势高度场是相当正压结构,反映的是冷低压（暖脊）结构。通过分析风场无旋分量和垂直速度的距平发现,在中纬度地区存在距平的纬向环流圈：大气在北太平洋中部的低层上升（下沉）,在对流层高层（低层）分别向西、向东运动,在黑潮海域和北美西部下沉（上升）,增强（减弱）了中纬度纬向环流圈（MZC）。     

冬季北太平洋风暴轴异常及其与东亚大气环流的关系

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,应用滤波方差、相关分析、合成分析等研究了1963年冬季至2011年冬季北太平洋风暴轴的时空演变特征,并探讨了风暴轴活动强弱与东亚—北太平洋大气环流的关系。结果表明：与1980s后期风暴轴活动显著增强相比,近10 a来风暴轴活动又进入较气候平均水平偏低的阶段,且风暴轴主体位置有着向东北、西南两侧的振荡现象。风暴轴活动强（弱）年,东亚地区近地面温度偏高（低）、对流层低层阿留申低压和西伯利亚高压偏弱（强）、中国东部及日本上空850 hPa北风减弱（加强）;对流层中层东亚大槽减弱北缩（加深南进）、对流层高层西风急流减弱（加强）。风暴轴活动与冬季影响中国的冷空气活动次数相关关系显著。     

ENSO与北半球冬季大气环流异常的年代际关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和CPC(气候预测中心)Nino3-4区海表温度序列,研究了1950/1951-2002/2003年冬季ENSO事件与北半球大气环流的相互关系及其年代际变化.结果表明:北半球大气环流对ENSO事件的响应在1978/1979年有一个明显的跃变.跃变后,低纬中高层大气环流对ENSO事件的响应明显减弱,其中东南亚的减弱最为明显,而低层大气环流对ENSO事件的响应则有所增强;东半球中高纬大气环流异常与ENSO事件关系明显减弱;西半球中高纬大气环流与ENSO事件的关系加强.     

中纬度北太平洋SST异常与大气环流的关系

在分析北太平洋（６０°Ｎ～２０°Ｓ）ＳＳＴ距平分布特征的基础上，确定出北太平洋海流区为中纬度北太平洋ＳＳＴ变化最活跃的海区。讨论了该海区ＳＳＴ异常与大气环流的相互关系，并与赤道中、东太平洋ＳＳＴ异常和大气环流的相互影响进行了对比分析，发现北太平洋海流区ＳＳＴ异常时，大气环流存在显著的ＰＮＡ型环流。本文还指出在中纬度北太平洋ＳＳＴ异常与北半球大气环流的相互作用中，大气环流是首先启动的方面。     

我国东部夏季降水型与北半球大气环流和北太平洋海温的关系

用历年北半球５００ｈＰａ月平均高度场及北太平洋海温资料,运用合成分析,奇异值分解等方法,分析了我国夏季降水型与同期,前期环流及海温场的关系,结果表明我国夏季降水型与大气环流及北太平海之间有密切的关系。     

ENSO与北半球冬季大气环流异常年代际关系的数值模拟

利用NCAR/CCM3大气环流模式,模拟不同海温背景场强迫下,北半球冬季大气环流对ENSO事件的响应。结果表明,模式能够模拟出不同海温背景场下,北半球冬季大气环流对ENSO事件的不同响应,模拟结果与诊断结果基本一致。在20世纪70年代末之后的平均海温背景场强迫下,El Nio对阿留申低压的加强作用比70年代末之前更明显,而ENSO暖位相对蒙古高压的作用则由70年代末之前的轻微减弱变为明显加强。虽然70年代末以后ENSO事件的强度比70年代末之前有所增大,但ENSO对东亚大槽和东亚冬季风的减弱作用反而不再那么明显;同时在高空风场中,由ENSO激发出的PNA型异常环流在70年代末以后明显加强。     

ENSO 年冬季北半球平流层大气环流异常特征分析

利用1957-2002年欧洲中心的再分析资料和Hadley气候预测和研究中心的全球海表温度资料,对ENSO年冬季的平流层环流进行了合成分析,分别从暖事件和冷事件年的温度场、高度场和风场,分析研究了平流层大气环流的异常特征.分析结果表明,对应El Ni(n)o年冬季,在赤道东太平洋的温度场、高度场和纬向风场都有由大气低层的正距平转变为平流层负距平的特征;与之相反,在El Ni(n)a年冬季,赤道东太平洋大气低层的负距平到了高层变为正距平.同时,在纬向平均垂直剖面图中, El Ni(n)o年冬季北半球高纬地区从对流层顶到平流层温度场和高度场为正距平,而La Ni(n)na年出现相反的情况.在热带平流层,El Ni(n)o年冬季高空纬向风场在50 hPa到15 hPa左右为负距平,从15 hPa到1 hPa为正距平;而El Ni(n)a年则相反.在El Ni(n)o年冬季100 hPa以上的北半球高纬度地区存在一个类偶极子结构的异常高度场和风场,El Ni(n)o年在极区主要为正距平,El Ni(n)a年在极区主要为负距平.     

欧亚土壤湿度异常对北半球大气环流的显著影响

用44 a ERA40再分析资料的土壤湿度和大气环流变量场, 研究持续性的欧亚大陆土壤湿度异常对后期北半球大尺度大气环流的反馈作用。首先,运用经验正交函数分解去除ENSO遥相关及趋势影响后,分析了欧亚大陆中高纬度土壤湿度变率主要模态的季节变化特征,及相对应主分量时间序列显示的土壤湿度异常的衰减时间,结果表明土壤湿度异常的主要模态在全年都表现出很好的连续性。其次,对不同季节的连续3个月的月平均土壤湿度和500 hPa高度场进行滞后最大协方差分析,研究欧亚地区中高纬度土壤湿度异常与北半球大气环流异常之间的线性耦合。第一最大协方差模态的结果表明:全年的主导信号是大气强迫土壤湿度的变化,但在冬季和夏季,大气中类似于负位相北极涛动的环流型与之前月份(最长达4个月)土壤湿度的持续变化显著相关。最后,基于土壤湿度变率中心的回归分析也证实了秋季和春季欧亚土壤湿度,特别是北非副热带,欧亚内陆和西伯利亚地区的土壤湿度异常,分别与其后的冬季和夏季的大气环流显著相关。欧亚大陆土壤湿度异常超前大气环流的信号,将有助于改善冬季和夏季北半球季节气候预报能力。     

前期春季北太平洋海温异常与冬季北半球极涡的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和NOAA海温资料,用EOF、相关分析等方法,分析了1960—2010年500 hPa和100 hPa等压面上北半球后冬(2月)极涡面积和前春(4月)北太平洋(20~60 °N,120 °E~120 °W)海表温度(SST)的变化特征,揭示了二者的时空联系。结果表明:近50 a来,(1)冬季北半球500 hPa和100 hPa极涡面积整体经历了先扩张后收缩的变化。春季北太平洋SST经历了先降低后升高的变化。其突变时间与500 hPa极涡面积的突变时间相近,均出现在1987年,且与后冬500 hPa大西洋欧洲大陆区(Ⅳ区)极涡面积相关更好。(2)春季北太平洋SST的EOF第一模态空间型表现为PDO,第二模态表现为三极子型,突变分别出现在1980s初期和中期。(3)北太平洋SST与500 hPa Ⅳ区极涡面积相关的空间分布表现为:当前期春季北太平洋中部海温异常偏高(低),南部和北部海温异常偏低(高),使得下一个冬季500 hPa Ⅳ区极涡面积的扩大(缩小),这种空间遥相关型对应着海温的第二模态。北太平洋海温异常以第一模态空间型居多,但是对后冬北半球极涡面积影响大的却是第二模态。(4)当前春北太平洋SST呈第二模态时,对应次年冬季中高纬度对流层温度"上冷下暖",极地东风和绕极西风环流加强,极涡面积偏大。     

北半球冬季大气环流低频异常变化特征的研究

本文使用观测的北半球冬季逐年月平均500hPa高度场资料序列,对5种低规变化模态对应的正指数和负指数环流异常的持续性和稳定性特征进行了统计分析和动力学诊断,发现对不同指数的低频变化模态其持续性和稳定性的特征不同,它们之间有内在的动力学关系。最后讨论了这些结果对长期天气预报的意义。     

冬季低纬度热源异常在北半球对流层大气环流异常中的作用

本文首先从理论上讨论了北半球冬季低纬度强迫源与中纬度强迫源强迫所产生的准定常行星波在实际基本气流中传播路径及其振幅分布的差异,指出冬季低纬度热源异常将对北半球中、高纬度对流层大气环流的异常起很大影响,而中纬度热源异常将对平流层环流异常起很大作用.本文应用一个包括Rayleigh摩擦、Newton冷却及水平涡旋热力扩散准地转34层球坐标模式分别计算了冬季低纬度热源异常与中纬度热源异常所造成北半球扰动系统的异常情况,计算结果表明了冬季低纬度热源异常将对中、高纬度对流层大气环流异常起很大作用,热带太平洋上空热源异常将产生PNA型环流异常.     

北半球冬季大气环流遥相关型的非线性特征

利用NCEP/NCAR再分析500 hPa高度场资料,采用EOF和非线性主成分分析(NLPCA,Nonlinear Principal Component Analysis),研究了北半球冬季大气环流遥相关型的非线性特征,并将两种分析的结果与实际观测相比较,结果表明:NLPCA在提取资料场序列的低维非线性相关结构方面比传统EOF有明显的优越性.北半球冬季大气环流的遥相关型有明显的非线性结构特征,特别是EU型和PNA型,当非线性主成分NLPC取正负极值时,EU和PNA型并不是呈现完全的反位相结构.NLPC取负极值时,EU型的活动中心位置比NLPC取正极值时位置偏西,特别是欧亚大陆中部的距平中心,负中心比正中心偏西,强度更强;PNA型的4个距平中心在NLPC取正极值时比负极值时更集中,副热带太平洋的正中心、北太平洋的负中心比NLPC取负极值时的反符号中心偏东,强度更强.     

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。     

北半球冬季平流层环流的持续异常

本文利用1975—1976到1985—1986年共11个冬季的50hPa位势高度场(10°×10°) 资料,揭示了北半球冬季平流层环流持续异常的观测研究结果。 　分析结果表明:北半球冬季平流层内存在显著的环流持续异常,主要出现在三个地区: 北美地区、亚洲大陆北部区、西欧北部巴伦支海及新地岛地区,其中以北美地区最为显著; 北美地区异常持续的位势高度场距平与亚洲大陆北部距平还具有明显的See—Saw现象,遥相 关特征十分清晰。文中还进一步指出北半球冬季平流层环流具有比对流层环流更显著、强烈 的持续异常。     

东亚-北太平洋区域冬季大气环流趋势分析

利用1948-2005年2．5°×2．5°的NCEP／NCAR再分析月平均高度场资料、温度场资料和高空风场资料,对冬季东亚-北太平洋区域环流进行了分析。结果表明,阿留申低压加深,西伯利亚高压减弱。500hPa高度场上,我国除了东北之外的其他地区位势高度存在明显的升高趋势;东亚温带西风急流和西太平洋西风急流增强,西太平洋西风急流存在向东延伸的趋势,东亚冬季风强度减弱;58年来冬季东亚-北太平洋区域内大陆上空大气变暖,海洋上空大气变冷,两者的温度差值增大。我国青藏高原和黄土高原变暖趋势明显。     

冬季北太平洋风暴轴的年际型态及其与大气环流的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,运用31点带通数字滤波、线性相关和合成分析方法,研究了1961/1962—2010/2011年冬季北太平洋风暴轴西部、东部区域强度指数的年际演变特征,划分了风暴轴的典型型态,并进一步探讨了与同期北半球500 hPa位势高度场和SLP的关系。结果表明:风暴轴气候态的极大值区域位于中纬度北太平洋中西部,最大值点的频数集中区域和均方差分布的异常中心都有两个。风暴轴西部和东部区域强度指数(WI和EI)的年际演变具有独立性,典型型态可分为单、双中心型两类。WI(EI)指数与北半球500 hPa位势高度场的相关分布类似于WP(PNA)遥相关型;单中心型风暴轴偏强时,极涡南扩,平均槽加深;呈双中心型时,极涡明显偏西。WI(EI)指数与SLP的相关分布类似于NPO(NAO)遥相关型;单中心型风暴轴偏强(弱)时,SLP距平场呈AO遥相关型的正(负)异常位相。     

北半球冬季环流异常的垂直结构特征

本文对北半球100,500,700和1000hPa四层高度距平资料,应用相关分析,EOF分解和谐波分析方法,分析了北半球冬季环流异常过程中的垂直结构特征。结果表明:第一特征向量在对流层中具有明显的相当正压性结构,并且在环流异常中占有最大权重,它和半球性的天气异常有明显关系。谐波分析表明大气环流异常的正压性主要和超长波的活动有关。     

北半球冬季大气环流遥相关型特征与我国区域气候

计算了1951／1952～2002／2003年北半球冬季大气环流遥相关型的强度指数，研究了它们的长期变化和近期特征，指出近10年来WA型的负趋势，PNA型的正趋势还在持续并有所加强。它们的强度突变分别发生于20世纪80年代初(WA型1984年由强转弱)及70年代中(PNA型1976年由弱转强)。还指出，近10年来，亚洲(亚欧)地区的纬向环流强度继续在加强，经向环流强度继续在减弱，大气环流及遥相关型强度的这种变化是中国冬季气候变化的一个重要原因。