青藏高原夏季旱涝年降水准双周振荡及低频环流特征分析

为了研究青藏高原夏季降水的低频振荡特征,利用1978-2017年高原地区62个气象站日降水资料和ERA5高分辨率逐日再分析资料,采用集合经验模态分解（EEMD）、 Lanczos滤波以及合成分析方法,对青藏高原夏季旱涝年降水的低频振荡特征、气象要素场变化及环流特征进行了深入分析,揭示了高原地区旱涝年降水低频振荡周期特征、环流特征以及低频风场、涡度场等传播特点。结果表明：（1）高原夏季降水存在10～20天的振荡周期;旱涝年的周期频率不同,涝年振荡频率明显高于旱年;涝年显著的振荡为10～20天和30天以上的振荡,而旱年主要以10～20天的振荡为主。（2）涝年在低频降水强位相,高空低频气旋控制高原主体,高空辐散,低空辐合,来自孟加拉湾偏南风的水汽供应充足,低频扰动强,利于降水发生,自西向东存在低频反气旋-低频气旋-低频反气旋的异常环流分布;反之在低频降水弱位相,高空低频反气旋控制高原主体,高空辐合,低空辐散,暖湿的偏南气流较弱,低频扰动偏弱,不利于降水发生。旱年配置有相似的特征,但低频反气旋-低频气旋-低频反气旋的环流形势不明显,整体上振荡强度较涝年偏弱,低频要素场强度也偏弱。（3）低频波动...     

江西汛期典型旱涝年大气低频振荡特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料以及江西省83个台站逐日降水资料,应用小波分析、Butterworth带通滤波器分析了江西汛期典型旱涝年降水和大气的低频振荡特征。结果表明:1)江西汛期降水涝年、旱年都存在30—60 d的主要周期,涝年低频振荡的强度较旱年更强。2)涝年、旱年低频周期的峰值位相环流存在显著差异:涝年,对流层低层西太平洋副热带地区存在的低频反气旋使西南气流有利于水汽向北输送,在对流层高层中纬度地区存在低频气旋和低频反气旋对,南亚高压脊线位置偏南,对应在江西地区的整个对流层垂直方向上有低频的上升运动;旱年滤波场上形势与涝年有明显的差异。3)典型涝年、旱年低频振荡的传播特征存在差异:旱年最明显振荡中心位置较涝年偏北,且振幅较涝年偏小;涝年、旱年低频涡度都存在西传特征,但旱年西传区域仅局限于115°E以东区域,而涝年则可以西传至100°E附近区域。4)涝年汛期有明显的水汽低频波列活动过程,而旱年未出现明显的水汽低频振荡传播。     

大气热源30～60天振荡与华南6月旱涝的关系

利用1958—2000年NCEP/NCAR再分析资料和华南测站降水资料,分析了大气热源30～60 d振荡对华南6月旱涝的影响。结果表明,在涝(旱)年对流层低层,南海至日本东南面的西北太平洋(WNP)是一个异常的低频反气旋(气旋),伴随有异常的低频热汇(热源)区,华南至日本南部存在一个异常气旋(反气旋),对应于异常的低频热源(热汇)区,华南地区低层异常辐合(辐散);平均而言,旱年华南5—6月30～60 d振荡的位相演变要比涝年的偏晚约7～11天;涝年,低频热源和气旋从南海南部北传和从西太平洋暖池区西北传,以及从140°E附近WNP的西传都十分明显,它们对华南6月降水偏多有非常重要的影响。而旱年南海及邻近区域的低频热源和气旋北传较涝年偏晚,WNP上低频热源的西伸不明显。前期南海低频热源推进的迟早以及热带WNP上的低频热源是否西传对华南6月的降水有显著影响。     

1998年夏季青藏高原东南部降水30~60 d低频振荡特征

根据地面观测站的逐日降水资料及NCEP/NCAR逐日再分析资料,分析了1998年夏季青藏高原东南部地区的低频降水特征,并重点讨论了30～60 d低频降水正、负位相期间相关要素场低频分量的异常分布及传播特征。结果表明:(1)1998年高原东南部降水存在10～20、20～30以及30～60 d周期的低频振荡,其中30～60 d振荡的正(负)位相基本对应着降水的盛(间歇)期。(2)在降水正(负)位相期间,高原南侧存在一个低频气旋(反气旋),而日本海上空维持着一个异常低频反气旋(气旋),受高原南侧低频气旋(反气旋)东北侧的偏南(北)气流以及日本海上空低频反气旋(气旋)西南侧的偏南(北)气流的共同影响,高原东南部为明显的低频水汽辐合(散)区。(3)在低频降水正位相期间,高原地区经孟加拉湾至中南半岛到南海均为低频热源区;负位相,热源、汇低频分量的分布与正位相基本相反。(4)1998年夏季存在从西太平洋经长江中下游西传至高原地区的30～60 d整层积分水汽通量辐合(散)和100 hPa低频辐散(合),且西传至高原东南部时基本与高原东南部30～60 d低频降水的正(负)位相对应。     

淮河流域6—7月涝年降水的10~30d低频振荡特征

利用1981—2010年全国753站逐日降水资料,NCEP/NCAR逐日再分析资料和NOAA向外长波辐射资料,通过小波分析和Lanczos滤波的方法,得到淮河流域6—7月涝年降水的10~30 d低频振荡特征并进行了分析。结果表明:(1)淮河流域6—7月涝年降水具有明显的10~30 d周期变化。(2)位于高、低空的低频(10~30 d)反气旋和气旋分别影响南亚高压和西太平洋副热带高压的东西进退,从而影响淮河流域的低频降水强度。(3)在850 h Pa上,南海上空的低频反气旋(气旋)和日本海地区的低频气旋(反气旋)使得淮河流域有(无)冷暖气流交汇,并随着低频反气旋和气旋向东北方向移动,造成淮河地区低频降水发展为活跃(中断)期。(4)在低频降水过程中,低频OLR负(正)值区域发展加强对应淮河流域降水过程加强(减弱),当负(正)值区到达淮河流域时,淮河流域降水到达极端活跃(中断)期。随后低频OLR负(正)值区向东移动,淮河流域低频降水过程向过渡期转变。     

夏季青藏高原大气热源低频振荡与南亚高压东西振荡的关系

利用1983～2012年NCEP/NCAR逐日再分析资料对夏季青藏高原大气热源和南亚高压东西振荡的低频特征以及两者的关系进行了讨论,发现夏季青藏高原东部大气热源与南亚高压纬向运动的主要低频周期都是10～20 d。在高原东部大气热源10～20 d振荡峰值位相,青藏高原上空被低频气旋控制,高原西部被低频反气旋控制,导致南亚高压主要高压中心向西移动呈伊朗高压模态;在大气热源10～20 d振荡谷值位相,低频环流形势完全相反,青藏高原上空被低频反气旋控制,高原西部被低频气旋控制,致使南亚高压主要高压中心向东移动呈青藏高压模态。高原热力场异常导致其上空暖中心变化从而引起的高层风场变化可以解释南亚高压的东西振荡。     

长江中下游旱涝急转年多尺度低频振荡特征及其对旱涝急转的影响

利用国家气候中心提供的753站逐日降水及TRMM 3b42卫星降水资料,NOAA向外长波辐射(OLR)资料及NCEP/NCAR再分析数据集,对长江中下游地区春夏出现的旱涝急转现象进行详细分析,探讨了长江中下游旱涝急转年多尺度低频振荡特征及其对旱涝急转的影响。(1) 2011年作为长江中下游夏季旱涝急转的典型年,转折前后大气环流场存在显著差异,副高短期活动、孟加拉湾低槽及中高纬度槽脊对旱涝急转具有重要影响。(2) 2011年长江中下游夏季降水具有多时间尺度周期特征,10～20 d 及30～60 d 低频分量是夏季降水的重要组成部分,不同低频分量具有不同的作用关键区域,相应的低频系统也有差别。前者在南海-西太平洋地区最活跃,具体表现为低频反气旋的发生发展;后者则主要活跃在阿拉伯海-孟加拉湾地区,低频对流加强是该地区最主要的特征。(3) 副高的短期活动是造成2011年长江中下游旱涝急转的关键,它的西伸和加强在低频场上表现为南海-西太平洋附近10～20 d 低频反气旋的发展加强,后者与孟加拉湾地区30～60 d低频对流的影响相互叠加,在旱涝急转期作用达到最强;孟加拉湾地区30～60 d低频对流旺盛发展,OLR极值转变要早于南海-西太平洋地区副高极值的变化约5 d的时间,可能是影响副高西伸的一个重要因素。      

淮河流域汛期典型旱涝年的低频环流特征分析

利用小波分析、Butterworth滤波器分析了淮河流域汛期典型旱涝年降水和大气的低频特征,结果表明典型涝年、旱年降水的周期和方差贡献最明显的差异都位于30～60 d周期段。从30～60 d滤波降水峰值位相对应的低频环流来看,高层主要的差异位于东亚,在东西伯利亚地区涝年存在大片负异常区,而旱年则为正异常;涝年平均在东亚自北向南存在“－＋－＋”的异常配置,而旱年平均的位相近乎相反;低层风场上涝年副热带的低频反气旋比旱年更明显。此外,典型涝年的高低纬地区存在低频信号相向传播的特征,典型旱年则不明显;涝年存在低频信号自太平洋向东亚西传的特征,而旱年的西传仅局限于120 ?E以东地区。      

淮河流域典型旱涝年夏季大气低频振荡特征

分析了淮河流域典型旱涝年夏季逐日降水的主要周期,涝年30 d以上低频振荡的方差贡献大于旱年。500 hPa高度场30～60 d低频振荡方差贡献大值区与持续正高度异常对应,涝年欧亚中高纬度的低频振荡方差贡献大于旱年,而副热带、热带地区方差贡献小于旱年。旱年夏季,南半球澳大利亚高压较涝年弱,北半球低纬度地区850 hPa低频西风和印尼附近低频越赤道气明显强于涝年。涝年中国大陆沿海的低频反气旋位置较旱年偏南,江南、华南为低频西南气流控制。涝年ITCZ位于菲律宾附近,位置也比旱年偏南。旱、涝年夏季,200 hPa伊朗高原均为低频反气旋,南亚高压呈伊朗高压模态。旱年夏季,欧亚中纬度的低频反气旋导致南亚高压活动偏北,而涝年夏季南亚高压活动偏南。     

大气低频振荡与陕西夏季10~20天天气趋势变化规律分析

对陕西夏季的多雨时段和少雨时段做了初步划分 ,分析了大气低频振荡与陕西夏季 1 0～2 0 d天气趋势变化规律 ,指出 :大气低频振荡在河套地区形成低频气旋流场 ,或河套附近有低频振荡所形成的低频气旋环流移经河套地区并能够持续较长时间 ,则陕西未来 1 0～ 2 0 d为多雨时段 ,如果大气低频振荡在河套附近生成低频反气旋流场或河套附近有低频振荡形成的低频反气旋环流移经河套地区 ,并且能够持续较长时间 ,则陕西未来 1 0～ 2 0 d为少雨天气。     

江淮流域梅雨期降水与10—30d低频振荡的联系

利用1961--2010年中国756站逐日降水资料和NCEP／NCAR逐日再分析资料,分析了江淮流域梅雨期降水与10～30d低频振荡的关系。结果表明,梅雨偏多年降水具有明显的10～30d的周期变化,低频振荡经向上的北传和纬向上的西传与江淮流域梅雨期降水的活跃及中断关系密切。在梅雨偏多年,低层10～30d振荡主要通过南海低频反气旋和日本海低频气旋对江淮流域降水产生影响,并调控着西太平洋副热带高压的西进、东退,进而影响输送到江淮流域的水汽强度及冷暖空气在江淮流域的汇合;而高层,亚洲大陆中纬度地区东西向的低频气旋和反气旋影响着南亚高压的位置,从而形成江淮流域低频降水的强弱变化。     

华南汛期持续性降水特征及其与30~90 d大气低频振荡的联系北大核心

利用全国756站逐日降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了1961—2011年我国东部汛期持续性降水30~90 d低频变化特征及其与大气低频振荡的联系。结果表明,华南地区降水偏多型是汛期持续性降水低频变化的主导模态。对流层低层位势高度负异常和气旋型环流异常,以及高层略向北偏移的环流异常为华南汛期持续性降水低频变化提供了大尺度形势场。当西太平洋副热带高压脊线维持在22°N附近时,来自孟加拉湾和南海的水汽输送维持了华南地区汛期持续性降水活跃位相,向东北传播的副热带大气低频振荡系统对华南汛期持续性降水具有调制作用。此外,华南汛期降水低频变化还具有南北迁移的经向演变特征。     

RELATIONSHIP BETWEEN THE 30 TO 60 DAY OSCILLATION OF ATMOSPHERIC HEAT SOURCE AND THE DROUGHT AND FLOOD EVENTS IN JUNE IN THE SOUTH OF CHINA

Based on the NCEP/NCAR reanalysis data and the observed precipitation data in the south of China from 1958 to 2000,the impact of 30 to 60 day oscillation of atmospheric heat sources on the drought and flood events in June in the south of China is discussed.During the flood(drought) events,there exists an anomalous low-frequency anticyclone(cyclone) at the low level of the troposphere over the South China Sea and the northwestern Pacific,accompanied with anomalous low-frequency heat sinks(heat sources),while there exists an anomalous low-frequency cyclone(anticyclone) with anomalous heat sources(sinks) over the area from the south of China to the south of Japan.On average,the phase evolution of the low-frequency in drought events is 7 to 11 days ahead of that in flood events in May to June in the south of China.In flood events,low-frequency heat sources and cyclones are propagated northward from the southern South China Sea,northwestward from the warm pool of the western Pacific and westward from the northwestern Pacific around 140°E,which have very important impact on the abundant rainfall in June in the south of China.However,in drought events,the northward propagations of the low-frequency heat sources and cyclones from the South China Sea and its vicinity are rather late compared with those in flood events,and there is no obvious westward propagation of the heat sources from the northwestern Pacific.The timing of the low-frequency heat source propagation has remarkable impact on the June rainfall in the south of China.     

湖南省汛期强降水的30~60d低频振荡特征及延伸期预报指数研究

基于1986—2015年湖南逐日降水资料、同期美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)再分析资料,通过分析强低频振荡年的汛期强降水特征和低频环流场演变对强降水的影响,建立了湖南省汛期延伸期强降水过程预报指数。结果表明:(1)汛期33%的强降水过程均发生在具有显著30~60 d低频振荡的年份中,且大多位于低频降水峰值阶段。(2)通过对强低频振荡年进行合成发现,在活跃位相,南亚高压偏强偏东,副热带高压偏西偏强,这种环流配置导致中国南方大部分地区的高层环流为辐散,底层环流为辐合,有利于降水的产生。在中断位相,南亚高压呈东西带状分布且其位置偏西、强度偏弱,副热带高压偏东偏弱,使得向湖南地区输送水汽的西南气流减弱,进入降水中断期。(3)基于低频散度场不同位相的变化特征,选取了与低频降水相关的两个关键区,从而建立延伸期预报指数,该指数对低频降水显著年的强降水回报准确率能够达到73%。(4)前期4月黑潮的海温异常(SSTA)可作为湖南省强低频振荡年的预测指标。     

The intraseasonal oscillations of precipitation and circulations from January to March in 2010 in East Asia

The rainfall from January to March in 2010 in East Asia is positive anomaly and the temporal evolution characteristics present the cycle of 20–40 days. In the present paper, the low-frequency circulations and its formation mechanism are analyzed. The results show that during the peak rainfall phase, the upstream of the rainfall regions is controlled by low-frequency cyclone, and the downstream is controlled by low-frequency anticyclone in the middle and low troposphere. In the upper troposphere, the westerly jet presents the oscillation characteristics between the north and the south. Both the integrated (from the surface to 100 hPa) diabatic heating and the horizontal vorticity advection contribute to the vertical velocity. In addition, the vorticity vertical advection has effects on the vertical speed, which is a self-feedback process. The latent heating in the precipitation has influences on the westerly jet in the upper troposphere. The interactions between the precipitation and the westerly jet are mainly manifested as the intraseasonal oscillations.     

A STUDY ON RESPONSE OF PRECIPITATION IN CHINA TO MONSOON INTRASEASONAL OSCILLATION

Temporal and spatial evolution characteristics of the 30-60 day oscillation (intraseasonal oscillation, ISO) of summer rainfall in China and the effects of East Asian monsoon on the rainfall ISO are analyzed in this paper. Results show that the annual and decadal variations of the oscillation exist between 1960 and 2008, and the intensity is weakest in the late 1970s and early 1980s. In the typical strong years of the rainfall ISO obtained from empirical orthogonal functions (EOF mode 1), an anticyclone is in northwestern Pacific and a cyclone is in the east of China. In the typical weak years, the wind ISO is much weaker. The low-frequency zonal wind and water vapor transport from the low latitudes to mid-latitudes in the typical strong years, and the oscillation strength of diabatic heating is much stronger than that in the weak years of the rainfall ISO. The anomaly characteristics of the rainfall ISO show anti-phases between the Yangtze River basin and south of China. As for the typical strong years of the rainfall ISO in the Yangtze River basin (EOF mode 2), the main oscillation center of water vapor is in the east of China (20-30°N, 110-130°E). In the peak (break) phase of the rainfall oscillation, a low-frequency cyclone (anticyclone) is in the Yangtze River basin and an anticyclone (cyclone) is near Taiwan Island. In addition, the peak rainfall corresponds to the heat source in the Yangtze River basin and the heat sink in the Qinghai-Tibet Plateau. As for the typical strong years of the rainfall ISO in the south of China, the main oscillation center of water vapor is south of 20°N. In the peak (break) phase of the rainfall ISO, a low-frequency cyclone (anticyclone) is in the south of China and an anticyclone (cyclone) is in the Philippines. The peak rainfall corresponds to the heat source in the south of China and the South China Sea, and the heat sink in the west of Indochina.     

南海周边越赤道气流的多时间尺度变化特征及其与环流和降水的联系

利用NCAR/NCEP-1再分析资料、NOAA的OLR资料以及GPCP降水资料等,通过功率谱分析、超前滞后回归等方法,对夏季南海周边105 °E、125 °E以及150 °E三支越赤道气流进行了多尺度特征分析,重点探讨三支越赤道气流季节内振荡与热带大气环流异常及南海周边降水的联系。结果表明,在季节内时间尺度上,105 °E与125 °E越赤道气流均具有10~20 d以及30~60 d低频振荡显著周期,而150 °E越赤道气流则以10~20 d周期为主。在年际尺度上,105 °E、125 °E、150 °E越赤道气流分别具有2~4年、2~3年、2~6年振荡周期。无论是季内还是年际变化,皆以105 °E与125 °E这两支越赤道气流之间关系较密切。南亚-南海-西太平洋地区对流层低层10~20 d振荡的气旋(对流加强)和反气旋(对流减弱)的环流活动变化,决定着105 °E及125 °E越赤道气流的10~20 d振荡的演变。这两支越赤道气流之30~60 d振荡所伴随的异常变化与热带夏季季节内振荡(BSISO)的演变过程非常相似,而150 °E越赤道气流之30~60 d振荡所伴随的异常低频环流则与南半球热带辐合带关系密切。105 °E及125 °E越赤道气流的季节内振荡及年际异常均与南海周边降水异常密切相关。      

大气低频振荡对川西持续性强降水的影响

利用1981—2016年川西台站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过合成分析、Butterworth滤波等方法,分析了大气低频振荡对川西持续性强降水的影响,以期为该地强降水预报工作提供理论参考.结果表明:川西降水主要表现为15—30 d低频振荡特征.降水期间,低层低频东北风波列和西南风波列在川西相遇,辐合上升....     

2007年淮河强降水时期低频环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料以及中国气象台站降水资料,研究了2007年夏季淮河流域强降水的低频振荡及其环流特征。结果表明,2007年夏季淮河流域强降水低频振荡的主要周期是10 25天。淮河流域降水强弱与对应低频周期存在联系,降水主要发生在低频周期的正位相时期,而在负位相时期结束或明显减弱。降水的低频变化一方面与副热带高压和南亚高压的低频变化有关,另一方面还受到中高纬度冷空气低频变化的影响。在低频周期的峰值位相,对流层高层出现的低频反气旋使南亚高压偏东,脊线偏北,并有利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的上升运动。中高纬地区出现大片正位势涡度,冷空气的低频活动显著偏强,南下侵入到中国淮河流域的冷空气较多,形成有利于淮河流域强降水的环流场。相反,在低频周期的谷值位相,对流层高层出现的低频气旋使南亚高压偏西,脊线偏南,不利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的下沉运动。高纬度冷空气的低频活动偏弱,南下侵入到中国淮河流域的冷空气也较少,最终形成不利于淮河流域强降水的环流场。     

集合预报及其在中期天气预报中的应用

作者概述了集合预报的基本概念，集合预报中期天气预报中的意义与作用，现有的主要集合预报产品以及集合预报在美国美国国家气象中心和欧洲中期天气预报的业务运行。简要介绍了我国国家气象中心在动力延伸预报和集合预报方面的试验研究情况。