半球月平均位势高度场的若干环流指数及其变化特征

给出了表征半球月平均位势高度场性质的若干环流指数：气候场强度Ic、气候异常场平均强度Ia、气候场不稳定度Ius。用NCEP／NCAR40a再分析月平均位势高度场资料作了计算和分析，结果表明，这些环流指数存在清晰的时空结构和北、南半球差异，它们概括地给出了地球大气位势高度场气候及其异常的基本特点。     

半球月平均位势高度场均匀和非均匀异常指数的时滞性分析

将半球月平均位势高度场异常分解为半球均匀和非均匀两部分，构造了均匀异常指数车和非均匀异常指数η。对ξ,η的时滞性分析表明：北(南)半球车的时滞性较强，1月(7月)可达1a(3a)以上。η的时滞性较弱，显著时滞通常不足1个月；较强时滞出现在北半球夏季平流层，最长可达4个月。     

盛夏7月500hPa月平均环流场的EOF分析

使用1951—1992年共42年资料,利用自然正交函数(EOF)展开方法,对7月亚欧地区500hPa 高度场进行了分析,根据前3个特征向量及时间系数将7月月平均环流共划分为5种环流型,并研究了亚欧地区7月环流场的时空变化特征及其与我国降水的相关关系     

大气月平均高度场球函数分析基本原理

采用球函数分析方法，对全球500hPa大气月平均位势高度场（1948－1999年）的气候及其异常的时空结构作了简要分析；给出利用球谐函数进行分析及研究的方法及步骤，给出南、北半球500hPa环流异常相对强度及500hPa月平均高度场的拟合率。     

集合样本数影响月平均500 hPa高度场预测技巧分析

气候系统模式输出结果是当前开展气候预测业务的重要参考依据之一,如何提高气候系统模式输出结果的可信度是改进气候业务预测能力的关键之一。利用1999—2010年NCEP CFSv2模式每日四次预测未来45天的回算数据,分析了集合样本数对模式预测能力的影响。分析结果表明,模式对月平均500 hPa位势高度的预测技巧在热带地区较高,而中高纬度地区较低;模式对500 hPa位势高度时间异常的预测能力优于空间异常。无论是空间异常还是时间异常,随着模式超前时间的增加,预测技巧均逐渐降低,但是在不同区域和不同月份,模式预测技巧随超前时间的变化存在差异。此外,模式预测技巧存在非常大的年际变率。增加集合样本数,对不同月份和不同起报时间预测技巧的稳定度和预测技巧值均有明显正效果,特别是对亚洲中纬度地区改善度较大。增加集合样本数也可以在一定程度上降低模式预测技巧年际变率。集合样本数增加对于500hPa位势高度空间异常的改进优于时间异常。     

500 hPa位势高度场极端天气事件的NCEP集合概率预报效果分析

基于百分位方法,首先通过构建气候等概率区间得到了位势高度场极端天气事件区分方法,并给出了相应的预报结果检验评价方案;以此为基础,对2003年夏季亚欧区域的500hPa位势高度场极端天气事件的NCEP集合概率预报效果进行了深入分析,得到如下结论：1）分析时段和区域内的极端事件的发生频率比气候平均状况略偏高。NCEP集合预报系统对异常偏低的极端事件的预报易偏高,但相对比较可靠;对相对异常偏高极端事件的预报频率随着预报时效的增大而减小,时效小于3d时预报频率偏高,时效大于5d时显著偏低,预报可靠性相对差一些。2）EV（economic value,经济价值）分析表明,NCEP集合预报系统对偏高（低）极端事件的概率预报效果明显高于正常天气事件。3）预报命中率分析表明,在高概率阈值下,预报命中率较低,这与预报系统在部分个例中的不发散有关。随着概率阈值的降低,预报命中率稳步提高,说明集合成员的发散使之可以覆盖实况可能出现的区间,从而得到更好的预报效果。     

全球大气气候位势高度场的时空结构分析

用半球气候高度场强度（ＩＣＦ）和改进了的球函数分析方案,分析了ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析项目的全球４０ａ月平均高度场资料。结果表明,全球ＩＣＦ存在明显季节、重直差异。而气候高度场球函数谱结构具有低阶、低维特征,其纬向均匀特征明显;通常这些特征冬强夏弱、随高度上升而增强,但在环流发生重大变化的季节（春、秋）及层次（５０～１００ｈＰａ）例外。气候高度场的半球际差异表现在南半球ＩＣＦ明显强于北半球,其气候     

全球大气位势高度场气候变率的球函数分析

为了研究全球大气位势高度场的气候变率, 利用NCEP/NCAR再分析资料, 按照距平高度场平均强度指数 (Ia) 分析发现, 半球距平高度场强度呈年单周振荡, 冬大夏小, 冬季随高度单调增大, 夏季有弱高、低值中心出现, 而北、南半球的差异明显表现在季节变化上; 进一步根据半球大气位势高度距平场球函数谱低维、低阶的基本特征, 将半球环流异常分为半球均匀异常 ( H ′00)、纬向均匀异常 ( H ′0)、超长波尺度异常 ( H ′ul) 和长波尺度异常 ( H ′l) 4种类型, 用波数域0≤m, k≤6上的球函数系数资料求得它们的方差贡献, 给出了4类异常的方差贡献随高度、季节变化的规律以及它们的半球际差异。由此得到异常环流球函数谱结构的总体特征为:对流、平流层之间存在明显变化。从对流层进入平流层, 一般由超长波异常为主转为纬向均匀异常为主 (冬半球) 或半球均匀为主 (夏半球); 半球均匀异常在对流层中不重要, 长波尺度异常在平流层中不重要, 它们拟合异常方差一般均小于10%; 北、南半球最大差异表现在冬季平流层R′00和冬、夏季对流层R′0南半球大于北半球, 冬、夏季对流层R′l北半球大于南半球。     

500hPa月平均高度场球函数谱异常与陕西旱涝的关系

使用NCEP/NCAR再分析资料中的 50 0hPa月平均高度场资料及其主要球函数系数和陕西测站月降水量资料 ,结合陕西分区春、夏季旱涝长期预报的实际问题 ,探讨半球月平均 50 0hPa月平均高度场的球函数系数资料在长期天气预报中的应用的途径。发现基于区域降水指数 (IR)定义的陕西区域春、夏季旱涝指数I与历史实况相符 ,而球函数系数的年际异常具有低维、低阶特性 ,可以利用它们作为预报量、预报因子的参数 ;对春、夏季旱涝指数与同期和前期环流异常的相关分析表明 ,北半球环流异常与陕西各区春、夏旱涝的出现相关联系显著 ,南半球环流异常与陕西春、夏旱涝出现的相关联系总体上不显著。     

500 hPa气候高度场强度及谱结构的季节变化与半球际差异

用半球气候场强度指数(Ic)及球函数分析改进方案，分析了北、南半球500hPa气候高度场的环流特征，得到如下主要结论：1)半球500hPa气候高度场强度冬强于夏，南半球强于北半球；半球环流向夏季的转换速度北南半球相当，而向冬季的转换北半球较南半球快。2)半球500hPa气候高度场具有简单的球函数谱结构，它们主要由超长波波段的球函数(0≤m、κ≤3，m、κ不全为0)、特别是其中的带状球函数(m=0)构成，因而具有低阶、低维的特征。3)对北半球用约20个重要球函数分量(按-↑rm,κ^*≥0．05％标准)即可相当精确地拟合其500hPa气候高度场，而对南半球仅用10个重要球函数分量即可相当精确地拟合其500hPa气候高度场；因此，北半球气候高度场球函数谱结构较南半球复杂。4)北半球500hPa气候高度场的季节变化较南半球明显。     

中国西北地区雨季降水与500 hPa高度场的SVD分析

利用西北地区131个测站(1961~2000年)的逐旬降水量和国家气候中心整编的(1960~2000年)逐月北半球500 hPa 5×10高度场网格资料,分析了西北地区平均雨季起讫时段,并用SVD方法分析雨季降水与500 hPa高度场的关系。结果表明,西北地区多雨期在5~9月,但雨季起讫时间的分布较为复杂,7月上旬至9月上旬可代表主要降水区的雨季。西北地区雨季降水除与同期500hPa环流有关外,还与前期3~5月、12~2月的500 hPa环流有关,但不同时期的影响关键区有很大的不同。     

1948—2005年7月500hPa高度场EOF分析

利用1948—2005年逐年7月份的NCEP/NCAR格点资料,对北半球的亚洲和太平洋区域500hPa高度场进行经验正交函数(EOF)分解,分析了前3个特征向量(模态)的空间分布特征和时间系数的变化,结果表明:7月份的500hPa高度场的分布特征比较复杂,但第一模态有一定的代表性,反映出西太平洋副热带地区高度场与亚洲大陆的反相关关系,而这种关系在20世纪80年代以后出现了反位相的变化。     

前期高度场和海温场变化对我国汛期降水的影响

利用1952～2001年我国160个测站汛期降水和前期500 hPa高度场和太平洋海温场资料以及三因子最佳子集回归求最大复相关系数的方法,把前期不同时间步长、不同时段的高度场和海温场同时作为预报因子与汛期降水求相关.结果发现:前期两个场共同作为预报因子比把其中某场单独作为预报因子的相关要好.并且存在着较好的"隔多季度相关"现象.预报因子具有实际预报意义的最佳时段为上一年的6～9月.影响我国汛期降水的最佳预报因子主要集中于高度场和海温场具有重要天气气候意义的关键区域.汛期降水可预报性在北方和长江以南均较好.     

500hPa气候异常高度场强度及谱结构的季节变化与半球际差异

用半球气候异常场强度及球函数分析改进方案，分析了北、南半球500hPa气候异常高度场的环流特征，得到如下主要结论：1)半球异常冬强于夏,北半球强于南半球。2)500hPa气候异常位势高度场具有低阶、低维的特征，它们主要由超长波及长波波段(0≤m、k≤6)的球函数构成。3)北半球500hPa气候异常位势高度场集的球函数谱结构较南半球复杂．夏季较冬季复杂。仅用超长波及长波波段的球函数拟合半球500hPa异常位势高度场，就可保证其有足够的精确度。     

Analysis of Stationary-Wave Nonstationarity in the Northern Hemisphere 500-hPa Height Field

In this paper, the concept of stationary-wave nonstationarity is presented and elucidated in the framework of the Lorenz circulation decomposition. This concept indicates the relative magnitude of the zonal nonuniform abnormity to the intensity of stationary waves on the monthly mean scale. Based on the Lorenz circulation decomposition, the nonstationarity degree Ius(Ilus) of the global (local) stationary waves is defined, and then used to analyze the stationary-wave nonstationarity at 30° 60°N, where the intensity of stationary waves at 500 hPa in the Northern Hemisphere, as is well known, is very high. The following findings are obtained: (1) There exist seasonal southward and northward movements in the position of the nonstationarity zones of the global stationary waves. The steady stationary waves occur in midlatitudes (35°-55°N) in winter and in the subtropical region (south of 35°N) in summer, associated with the major troughs over East Asia and North America and the weak European trough in winter, and with the relatively steady subtropical high system in summer. A high value center of Ius is at 35°N in spring and 50°N in summer, which might be caused by the seasonal variation of stationary-wave intensity, particularly in association with the interannual variability of trough ridge positions of stationary waves on the monthly mean maps. (2) There exists obvious asymmetry in Ilus, with the steady zones always located in the areas controlled by strong troughs/ridges and the unsteady ones in the areas where the stationary-wave intensity is low. The Ilus in the subtropics (south of 35°N) is larger in winter than in summer, and vice versa in the midlatitude region (north of 35°N). The summertime distribution of Ilus on the whole shows a rather complicated structure. However, North Europe is the most unsteady area for local stationary waves, as represented by high values of Ilus in both summer and winter, while over the North American continent (about 120°E-60°W), the °Ilus is slightly less than 1 in summer, indicating that the stationary waves in this region are more steady than those over other mid and high latitude regions. (3) From North China to Northwest Pacific, there is a high value zone of Ilus in summer, with its center (45°N, 130°E) located in the east of Heilongjiang Province. This influences the summer climate of northern China, including Northeast, North, and Northwest China. It is obvious that the nonstationarity is an intrinsic attribute of stationary waves, and can be regarded as being of the same importance as the intensity and energy-spectrum structure of stationary waves in the studies of the general circulation system.     

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。     

近20年全球冬、夏季海平面气压场和500 hPa高度场年代际变化特征分析

利用1958－1997年全球海平面气压场和500hPa高度场的月平均资料分析了70年代中后期年代际突变前后16a平均的冬、夏海平面气压场和500hPa高度场的变化特征。结果表明，发生在70年代中后期的年代际气候突变是全球性的；突变后与突变前相比，冬季海平面气压场上的阿留申低压增强并发生了东移，与之对应的冬季500hPa高度场上的东亚大槽减弱，同时也发生了明显的系统性东移；冬季，蒙古高压北部减弱，南部稍有增强；夏季，印度低压和东亚的季风低压均减弱；而副热带高压系统普遍增强。