天气可预报性的时空分布

为了能从非线件误差增长动力学的角度研究大气的可预报性问题,文章引入了可预报性研究的新方法--非线性局部Lyapunov指数.非线性局部Lyapunov指数及其相关统计量能够被用来定量地确定混沌系统可预报性的大小,真正地实现对可预报性的定量化研究.为了把非线性局部Lyapunov指数方法应用到实际的大气可预报性研究中,给出了一种利用大气的实际观测资料估计非线性局部Lyapunov指数的计算方法.存非线性局部Lyapunov指数方法的基础上,文中利用NCEP/NCAR再分析资料,对大气位势高度场、温度场、纬向风场、经向风场等要素场可预报性的时空分布进行了研究,结果表明:(1)在500 hPa高度层上,对于不同的要素场,其可预报期限的大小以及时空分布规律都不一样;全球大部分地区位势高度场可预报期限最大,温度场和纬向风场次之,而经向风场的可预报期限最小.(2)在500 hPa高度层七,位势高度场和温度场的纬向平均可预报期限基本上表现为一定的南北纬向带状分布,热带地区和南极地区的可预报期限最大,北极地区次之,南北半球中高纬度地区可预报期限相对较小.纬向风场可预报期限在热带地区最高,但是南北极地区可预报期限与邻近的中高纬度地区差别不大.经向风场可预报期限在南北两极地区最高,南北半球的中纬度和赤道附近地区可预报期限最小.(3)在垂直方向上,纬向平均高度场、温度场以及纬向风场可预报期限基本上都是随高度升高而增加,高层的可预报期限明显大于低层;经向风场可预报期限随高度的变化比较复杂,不同的纬度有所不同.(4)可预报性有明显的季节变化,不同要素场可预报期限高低值区的位置和强度随季节鄙有明显变化,对于全球大部分地区来说,冬季可预报性都大于夏季的.     

ECMWF业务预报模式地面气温预报的不一致性特征研究

为探讨ECMWF业务预报模式(以下简称ECMWF)的地面气温预报不一致性问题,本文利用2015年12月1日—2016年11月30日业务预报中常用的地面气温预报数据,研究ECMWF地面气温预报产品在不同季节里的不一致性指数分布及变化特征。结果表明:各个季节不一致性指数有不同的特点,冬季不一致性指数最大,大值区主要分布在除华南和青藏高原外的大部分区域;而夏季不一致性指数最小,在青藏高原地区不一致性指数相对较大;春、秋两季不一致性指数大小均处于冬、夏季之间。此外,研究还发现冬季地面气温预报不一致性指数单日变化较大,而夏季较小。夏季不同起报时间的地面气温预报比较稳定。     

基于风场季节变率的高原季风指数算法的改进及对比

关于青藏高原季风,现有研究分别从近地层的热低压、气旋式环流切变以及风场的涡度和散度等角度定义了高原季风指数,但现有指数均更多地关注高原空间场的对比,而没有考虑风场的冬、夏转换特征。因此,在之前的工作中,基于风场季节变率指数,从高原近地层冬、夏风场对比的角度定义了一种新的高原季风指数,这里对该指数进行改进和简化,以便于其的进一步推广。为了验证改进的效果,使用ERA-interim再分析数据计算高原季风指数,并比较了不同高原季风指数年变化和年际变化的差异及其与夏季降水相关的差异。结果表明:（1）改进后的高原季风指数物理含义清楚,弥补了原指数计算复杂的不足。（2）物理基础的差异使得新指数在8月达到峰值,不同于其他指数在6月达到峰值。整体而言,不同高原季风指数和高原降水的年变化特征均有较高的一致性。（3）新指数能够较好地表征高原季风与高原夏季降水东、西反相的相关系数分布特征,且不同于其他指数在高原一致的相关系数分布特征,对于高原地区降水,尤其是高原东南部人口相对密集地区的降水预测具有较好的指示意义。      

大气角动量季节内变化的纬度分布

大气角动量季节内变化的纬度分布田村一则后藤幸夫等Ｌｏｎｇｌｅｙ等（１９８１）指出：地球的自转速度存在着数十天的周期变化，由赤道地区的积云对流活动所激发，而且其能量向中纬度地区传播。这篇报告分析了１９８８—１９９０年的最新资料，总结了不同纬度带大气角动...     

理想城市建筑群风场的大涡模拟

为了解城市建筑群对周围风场结构的影响,本文利用大涡模拟方法对不同建筑群分布类型下的风场状况进行了模拟,并利用通风指数对风场进行定量评估。模拟结果表明:PALM(Parallelized LES model)能够反映出建筑物影响下风场的结构特征。建筑群风场受到建筑高度、高度方差、分布、初始入流的影响。风场衰减主要体现在水平分量上,尤其是平均高度较高、高度方差大、交错不规整分布使得水平方向风场衰减、通风效果变差,而同时又会使得垂直风速分量w增大,增大垂直方向的空气交换速率。初始入流不会影响风场风廓线形态,在低层风场中平均风速大小以及总体空气交换速率基本与入流成正比关系。     

东亚季风指数的定义及其与中国气候的关系

利用NCEP/NCAR 850 hPa月平均风场再分析资料,在客观地选定定义地区范围的基础上;定义了一组新的东亚季风指数:西南季风面积和强度指数,东南季风面积和强度指数,偏北季风面积和强度指数.研究了各季风指数的相互关系、季节变化和年际变异.这6个东亚季风指数突出反映了东亚西南季风、东南季风及偏北季风3支季风气流强度和范围变化的特征.分析表明,它们相互之间既有一定联系,又有独立性.各季风指数存在明显的季节变化和年际变化.另外,分析了各季风指数与中国夏季降水和冬季气温的联系,以考察其解释我国气候异常分布的能力.结果表明,这些指数与我国夏季降水和冬季气温有很好的关系,并各自对应有一定的降水和气温分布.特别是西南季风与东南季风影响我国夏季降水的地区有很大差异.因此,我们指出,研究东亚夏季风时,区别西南季风与东南季风是很有必要的,用单一指数不足以表征它们不同的变化.     

北大西洋风浪特征研究

本文利用国际气象船舶报资料对北大西洋海区的风场特征和海浪的分布规律及季节变化进行了分析研究,得到了该地区风场特征与海浪季节变化的规律。     

孟加拉湾冬季风及其与亚洲夏季气候的关系

利用东亚和孟湾近海1000hPa低层风场,定义了一个东亚和孟湾的冬季风指数,通过对比分析发现,孟湾冬季风指数温度场和风场具有显著的气候意义.同时可以看到孟湾和东亚冬季风都具有年际和年代际变化,但其变化特征有较大的不同,东亚冬季风有较明显的15～20年的年代际变化,而孟湾冬季风在最近50年则表现为一致增强的趋势.在此基础上,进一步利用相关分析和合成分析方法分析了孟湾冬季风活动的跨季节影响,研究发现,孟湾冬季风对春、夏季气候有较强的跨季节影响,孟湾冬季风指数与次年夏季中国的降水有较好的对应关系.     

高原季节转换时期大气环流变化特征

利用1961～ 2007年NCEP/NCAR的再分析逐日资料,分析高原主体上空大气环流的季节变化和受到高原影响的东亚大型环流系统的季节变化,以此证明本文得到的“高原普适性划分方法”的合理性.得到的初步结论概括如下：高原主体上空的位势高度、风场、高空温度、降水的季节变化和高原普适性季节划分方法划分的高原四季变化一致,高原南亚高压、副热带高压、副热带西风急流的三个特征指数季节变化和高原普适性季节划分方法划分的高原四季变化一致,这些结论都说明高原普适性季节划分方法划分的高原四季是合理的;风场季节率（500hPa、100hPa）显著区随高度升高向赤道靠近,风场季节率的变化主要和东亚季风的变化有关,大气环流系统季节率的显著说明了大气环流的季节变化,同时也证明了高原普适性季节划分方法的合理性.     

以风场和湿度的显著季节变化确定全球季风的分布

利用1958~2003年对流层相对湿度和风场(NCEP/NCAR再分析资料)的季节变化来定义盛行风的季节变化引起的天气气候明显变化的区域———季风区。通过分析表明,对流层低层的风场季节变率可以描述传统的季风区,但是在传统季风区以外,也有风场季节变率大的区域。利用中高层相对湿度的显著季节变化(热带地区季节变化大于20%,副热带地区大于10%,赤道地区以风向的季节变化大于90°)可以弥补风场季节变率的不足。由它们二者确定的季风区物理意义明确,有较大的合理性。     

大气再分析资料中潜在可预报性的特征及其差异

利用1957年9月—2002年8月ECMWF和NCEP/NCAR月平均再分析资料,分别讨论了冬季和夏季SLP(sea level pressure,海平面气压)、500hPa高度、200hPa纬向风和850hPa经向风年际变率的潜在可预报性特征。结果表明:热带地区的潜在可预报性较高,尤其是赤道中东太平洋地区,而中高纬地区的潜在可预报性则较低。比较两套资料潜在可预报性的异同后发现:南半球的差异均明显大于北半球,特别是南极地区;低层变量的差异均大于中高层变量;东亚大陆在冬、夏季均具有一定的潜在可预报性;冬季各变量均表现出东亚冬季风具有较高的年际变率潜在可预报性,且两套资料的差异较小;500hPa位势高度表现的东亚夏季风潜在可预报性在两套资料中较一致,而低层变量(SLP和850hPa经向风)表现的东亚夏季风年际变率潜在可预报性在两套资料中存在较大差异。     

东亚季风指数及其与大尺度热力环流年际变化关系

将东西向海平面气压差与低纬度高、低层纬向风切变相结合 ,定义了东亚季风指数 ,该季风指数较好地反映了东亚冬、夏季风变化。其中 ,夏季风指数年际异常对西太平洋副热带高压南北位置变化和长江中下游旱涝具有较强的反映能力。分析表明 :东亚夏季风年际变化与印度洋 -西太平洋上空反 Walker环流及夏季越赤道南北半球间的季风环流呈显著正相关关系。在强、弱异常东亚夏季风年份 ,异常的 Walker环流在西太平洋上的辐合 (辐散 )中心在垂直方向不重合 ,高层 ( 2 0 0 h Pa)速度势与东亚夏季风显著相关区域位于西北太平洋上 ,该异常环流的高层的辐合 (辐散 )通过改变低层空气质量而影响夏季 50 0 h Pa西北太平洋副热带高压。采用 SVD分析进一步发现 :与海温耦合的异常 Walker环流在西太平洋上空的上升支表现出南北半球关于赤道非对称结构 ,亚澳季风区受该异常 Walker环流控制。因而 ,东亚季风与热带海气相互作用可直接通过这种纬向非对称的 Walker环流发生联系。     

季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究Ⅱ:亚洲季风区季节转换指数

在“季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究Ⅰ :副热带高压结构气候学特征研究”的基础上 ,进一步讨论亚洲夏季风爆发与当地对流层中上层东西向暖脊的经向位置变化关系。亚洲夏季风相继在孟加拉湾、南海和南亚爆发期间 ,除了对流层高、低空风场及深对流活动在季风爆发前后具有反相的变化以外 ,副热带高压脊面附近大气经向温度梯度亦具有明显的反相特征。对流层中上层 (2 0 0～ 5 0 0hPa)脊面附近建立的北暖南冷的温度结构 ,能够反映亚洲各季风区夏季风爆发共同的本质特征 ,根据季节转换的热力学基础 ,指出对流层中上层经向温度梯度作为度量季风爆发的指标是合理可行的。文中提出了以副热带高压脊面附近对流层中上层大气经向温度梯度作为表征季节转换的指数 ,给出了确定季节转换开始日期的具体定义以及历年季节转换日期序列 ,同时给出由85 0hPa纬向风和OLR表征的季风爆发日期序列。相关分析表明 ,85 0hPa纬向风只是个区域性指标 ,而南北温度梯度具有一定的普适性     

北半球100 hPa等压面经向风与臭氧总量年变化

本文用多年平均的北半球100hPa经向风和臭氧总量资料分析了两者的关系,结果发现:臭氧总量的变化与100 hPa经向风密切相关,与100 hPa面上北风相对应的是臭氧高值区,与南风对应的是低值区,前者支配后者.充分说明了臭氧总量变化主要受低层平流层环流影响.     

Seasonal Variation of the Meridional Wind in the Temperate Jet Stream and Its Relationship to the Asian Monsoon

The features of the temperate jet stream including its location, intensity, structure, seasonal evolution and the relationship with the Asian monsoon are examined by using NCEP/NCAR reanalysis data. It is indicated that the temperate jet stream is prominent and active at 300 hPa in winter over the region from 45°-60°N and west of 120°E. The temperate jet stream is represented by a ridge area of high wind speed and dense stream lines in the monthly or seasonal mean wind field, but it .corresponds to an area frequented by a large number of jet cores in the daily wind field and exhibits a distinct boundary that separates itself with the subtropical jet. A comparison of the meridional wind component of the temperate jet stream with that of the subtropical jet shows that the northerly wind in the temperate jet stream is stronger than the southerly component of the subtropical jet, which plays an important role in the temperate jet stream formation and seasonal evolution, and thus the intensity change of the meridional wind component can be used to represent the temperate jet stream＇s seasonal variation. Analysis of the temperature gradient in the upper troposphere indicates that the temperate jet stream is accompanied by a maximum zonal temperature gradient and a large meridional temperature gradient, leading to a unique jet stream structure and particular seasonal evolution features, which are different from the subtropical jet. The zonal temperature gradient related to the land-sea thermal contrast along the East China coastal lines is responsible for the seasonal evolution of the temperate jet. In addition, there exists a coordinated synchronous change between the movement of the temperate jet and that of the subtropical jet. The seasonal evolution of the meridional wind intensity is closely related to the seasonal shift of the atmospheric circulation in East Asia, the onset of the Asian summer monsoon and the start of Meiyu in the Yangtze and Huaihe River Valleys, and it correlates well with summer and wint     

ON WESTERLY WIND BURSTS IN EQUATORIAL WESTERN PACIFIC BEFORE AND DURING THE ONSET AND INITIAL DEVELOPMENT PHASES OF ENSO*

By means of NCEP/NCAR reanalysis dataset,the origins of westerly wind anomalies at low level over equatorial western Pacific Ocean before and during the onset and initial development phase of ENSO are explored.Evidences show that westerly anomalies in the equatorial western Pacific(140-180°E) are characterized by two remarkable enhancements in the spring and summer of the year when El Nine emerges.The enhancements are not only.to some extem.due to the eastward propagation of low-level westerlies in equatorial Indian Ocean.but also predominantly resulting from Ihe intense convergence of the meridional wind from both hemispheres.The latitudinal convergence leads to the local intensification of zonal pressure gradient so as to cause the reinforcement and bursts of westerly wind over warm pool.Besides,by virtue of the effect of earth rotation,the northeasterlies(southeasterlies) from the Northern(Southern) Hemisphere turn into northwesterlies(southwesterlies) progressively in the near-equatorial zone.which directly strengthens the westerly velocity.Comparing the contributions of the meridional wind from both hemispheres to westerly wind bursts,is seems that southeasterlies from the Southern Hemisphere are much stronger and more stable than northwesterlies of Northern Hemisphere.It is evident that the southeasterlies to the east of Australia originate from the southern mid-and high latitudes and are in close association with the Southern Oscillation.     

多要素表征的东亚季风区准双周振荡特征

为评估不同要素对东亚季风区准双周振荡的表征能力,对大气向外长波辐射（OLR）、500 hPa位势涡度、850 hPa相对涡度、850 hPa风场和750 hPa比湿等要素的准双周振荡特征进行对比,发现各要素均能很好反映东亚季风区明显的准双周振荡时空特征。OLR及500 hPa位势涡度、850 hPa相对涡度、850 hPa纬向风表征的准双周振荡呈明显的西北向传播特征,500 hPa位势涡度、850 hPa相对涡度、850 hPa纬向风北传更强,北传速度更快。850 hPa经向风的准双周振荡呈明显西移特征,北传弱,北传速度最慢。而750 hPa比湿准双周振荡呈东南向传播。不同要素准双周振荡的强度略有差异,其中750 hPa比湿与其他要素的差异大。总体而言,750 hPa比湿不能较好地表现出东亚季风区准双周振荡活动特征,而其余要素能很好地表征东亚季风区大气准双周振荡,其中500 hPa位势涡度和850 hPa相对涡度准双周振荡特征一致性高。     

北半球平流层中低层纬向风季节转换及转换层特征的分析研究

使用1979～2005年NCEP/NCAR 再分析数据,分析了北半球平流层中低层（300 hPa至10 hPa）纬向风的季节转换规律,并采用二维空间场相似性方法确定了平流层的季节过渡日期。分析表明,平流层大气环流基本为冬夏二元状态,冬夏转换具有突变性;其季节过渡在纬向是接近同步进行的,而在经向则有时间差异,无论是冬夏转换还是夏冬转换高纬都要早于低纬。在平流层中部（10～70 hPa）季节过渡是自上而向下进行的;而在平流层下部（100～200 hPa）季节过渡的上下传递关系则比较复杂,在不同的纬度带有不同的表现。在北半球热带外地区,平流层中部东风期的起止日期与相似性方法计算得到的平流层季节过渡日期之间具有较好的对应关系,在东风期之前和之后往往各存在持续10天左右的零风—弱风期。     

Reappraisal of Asian Summer Monsoon Indices and the Long-Term Variation of Monsoon

The Webster and Yang monsoon index (WYI)-the zonal wind shear between 850 and 200 hPa was calculated and modified on the basis of NCEP/NCAR reanalysis data. After analyzing the circulation and divergence fields of 150-100 and 200 hPa, however, we found that the 200-hPa level could not reflect the real change of the upper-tropospheric circulation of Asian summer monsoon, especially the characteristics and variation of the tropical easterly jet which is the most important feature of the upper-tropospheric circulation. The zonal wind shear U850-U(150 100) is much larger than U850-U200, and thus it can reflect the strength of monsoon more appropriately. In addition, divergence is the largest at 150 hPa rather than 200 hPa, so 150 hPa in the upper-troposphere can reflect the coupling of the monsoon system. Therefore, WYI is redefined as DHI, i.e., IDH=U850* - U(150 100)*, which is able to characterize the variability of not only the intensity of the center of zonal wind shear in Asia, but also the monsoon system in the upper and lower troposphere. DHI is superior to WYI in featuring the long-term variation of Asian summer monsoon as it indicates there is obvious interdecadal variation in the Asian summer monsoon and the climate abrupt change occurred in 1980. The Asian summer monsoon was stronger before 1980 and it weakened after then due to the weakening of the easterly in the layer of 150-100 hPa, while easterly at 200 hPa did not weaken significantly. After the climate jump year in general, easterly in the upper troposphere weakened in Asia, indicating the weakening of summer monsoon; the land-sea pressure difference and thermal difference reduced, resulting in the weakening of monsoon; the corresponding upper divergence as well as the water vapor transport decreased in Indian Peninsula, central Indo-China Peninsula, North China, and Northeast China, indicating the weakening of summer monsoon as well. The difference between NCEP/NCAR and ERA-40 reanalysis data in studying the intensity and long-term variation of Asian summer monsoon is also compared in the end for reference.     

低平流层准两年变率研究

分析NCAR/NCEP40年再分析资料得出,赤道低平流层纬向风年际变率的平均周期约28.2个月,最大振幅在20hPa,西(东)风距平垂直下传平均速度1.21(1.04)km/月。用10hPa和70hPa月平均纬向风标准化距平之差可反映整层准两年变率的相位,低平流层两半球中纬气温有与之配合的振荡,西(东)风切变时,中纬气温偏低(高)。赤道纬向风准两年变率引起的经圈环流异常是联系低纬纬向风与中纬气温准两年变率的纽带。