关于大气环流遥相关与低频振荡的研究进展与问题

遥相关与低频振荡是大气环流研究中两个重要的问题。本文主要集中阐述近年来关于大气环流遥相关与30—50天振荡的观测事实及其物理机制的研究进展,同时也指出了有待于进一步研究的问题。     

1982年夏半年30—50天大气低频振荡与东亚大气环流变化的关系

分析了1982年5～9月中高纬度地区对流层中上层30～50天厚度低频振荡与东亚大气环流变化的关系。发现鄂霍茨克海以北大陆上空是30～50天厚度低频振荡的活跃区和显著区,这种厚度低频振荡与东亚大气环流指数循环和大气环流系统有密切的联系。指出中高纬度大气存在30～50天低频振荡,而且在大气环流的变化中占有重要地位。     

大气低频振荡及其与气候异常的关系研究现状

1大气低频振荡的一般概念一些气象因子具有10～90天的准周期变化规律，这种振荡常在30～60天具有较大的振幅，通常将大气中一些气象因子具有的10～20天和30～60天准周期性变化称为大气低频振荡。现在发现具有低频振荡特性的气象因子主要有：纬向风速。气压。云量、降水、南亚季风槽位置、地气系统的射出（外逸）长波辐射等。2大气低频振荡的研究动态七十年代初Madden－J；11tan发现热带岛屿上的风场和地面气压场存在40～50天的准周期性变化，最早提出热带大气低频振荡的现象。此后由于EINino现象和海一气相互作用的深入研究，大气低频振荡…     

1998年青藏高原大气低频振荡的结构特征分析

使用ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析的逐日资料,研究了１９９８年夏季青藏高原大气低频振荡的结构特征。结果表明：不同低频频率的遥相关水平结构既有相似的波列结构,也存在相异的特征。高原主体的低频振荡为相当正压结构,低频降水一般位于低频气旋性环流及低频气流辐合带内,利用高原低频降水可提前预测江南及高原南部的低频降水活动,高原和长江中下游及东北地区的低频水存在同时加强和同时减弱的关系。     

我国东部夏季降水季节内振荡与低频大气环流演变特征分析

利用1979—2017年夏季逐日气象数据,使用经验正交函数（Empirical Orthogonal Function,EOF）分解和超前滞后回归方法分析了我国东部地区夏季降水季节内振荡（Intra-seasonal Oscillation,ISO）的时空特征及其与低纬和北太平洋中高纬度低频大气环流的联系。结果表明：EOF分解的第一模态表现为我国东南部地区ISO降水显著偏多,而我国北方地区偏少的空间型,相应的低频向外长波辐射（Outgoing Long wave Radiation,OLR）场表现为我国东南部地区低频对流异常活跃,而北方地区异常不活跃的南北偶极子型分布。位于南海至副热带西太平洋上空的低频对流异常活跃区与低频上升气流和低频水汽辐合带协同北传和西北传,在我国东南部地区ISO降水异常偏多位相峰值之前一周抵达华南上空,我国东部地区ISO降水开始呈现出南北偶极子空间型;与此同时,200 hPa低频经向风在北太平洋中高纬度表现为一个纬向低频波列形式,并向西传播,当低频波列中的低频南风异常西传到东亚—日本岛上空时,与低纬北传的高层异常北风形成经向对比,造成我国东南部地区上空出现强的低频散度异常。以上低纬度低频信号西北传与北太平洋中高纬度低频波列西传的协同作用,使得异常活跃的对流活动、水汽异常辐合区、异常上升运动和高层异常辐散区均锚定在我国东南部上空,形成该地区ISO降水异常偏多位相。     

东亚冬季风异常与全球大气环流变化 I. 强弱冬季风影响的对比研究

利用ECMWF资料挑选出一个强冬季风年（1986年）和一个弱冬季风年（1980年）,通过个例分析对各种气象要素场及中高纬度大尺度环流在强弱冬季风年的差异特征进行比较。分析结果表明：东亚冬季风是全球大气环流的一个重要组成部分,冬季风异常关联着全球环流的异常;这种异常不仅在中高纬度环流中表现出来,而且在热带地区大尺度流场上也尤为显著。强弱冬季风所对应的长波槽脊分布、低纬对流特征、三维流场结构都是截然不同的。冬季风异常不但造成了同期环流形势的差异,而且对后期环流和天气状况也有影响。     

30—60天大气振荡的全球特征

利用ECMWF格点资料,分析研究了大气季节内(30—60天)振荡的全球特征。30—60天振荡动能的分布表明高纬度地区要比赤道地区大得多。说明那里有较突出的30—60天振荡。中高纬度地区的30—60天振荡与热带有明显不同,垂直结构为正压模态,以纬向2—4波为主,多为向酉传播。30—60天振荡存在明显的低频遥相关,北半球主要为欧亚—太平洋(EAP)型和PNA型,南半球主要有澳洲—南非(ASA)型和环南美(RSA)型,并且在全球范围构成南北半球相互衔接的低频波列,即EAP-ASA波列和PNA-RSA波列。南北半球30—60天大气振荡有明显的相互影响,本文研究了南北半球30—60天振荡相互影响的3种主要过程。     

热带太平洋低层环流主模态与东亚大气环流的可能联系

利用1958—2001年NCEP/NCAR再分析资料,探讨了热带太平洋(100°E~60°W,10°S~10°N)10 m风场的时空变化特征及其与东亚大气环流的可能联系。结果表明:1)热带太平洋风场异常存在两种主模态,第一模态对应中西太平洋一致的西(东)风异常,关于赤道呈准对称分布,与ENSO(El Nio-Southern Oscillation)暖(冷)位相时风场的分布对应;第二模态则关于赤道呈反对称分布,西北太平洋存在显著的反气旋(气旋)式环流,中太平洋异常西风不再位于赤道上,而是南移到了10°S左右,对应ENSO暖(冷)位相向相反位相转换时的风场分布特征。2)两模态时间系数的主振荡周期不同,与ENSO循环的位相关系也不同。研究发现,当两模态呈正(负)位相分布时,贝加尔湖南侧(South to Lake Baikal,SLB)容易发生持续的高压(低压)异常环流。3)两模态与SLB异常环流的联系途径不同。第一模态正位相对应热带中东太平洋大范围暖海温引起的二极型Walker环流异常,SLB异常高压不仅能通过东亚沿岸北风和南海低槽的作用促进第一模态的前期发展,还对其后期维持起重要作用。负位相时,情况相反。该环流系统既与热带中东太平洋大范围垂直运动有关,还与邻近的中国东南沿海低层异常辐合有关;第二模态则对应热带西太平洋及东印度洋为主、大西洋为辅的暖海温引起的热带四极型Walker环流异常。此时热带西太平洋到东印度洋局地偏强的经圈Hadley环流可能是SLB异常环流维持的主要原因。     

Asymmetric association of rainfall and atmospheric circulation over East Asia with anomalous rainfall in the tropical western North Pacific in summer

热带西北太平洋夏季降水异常能显著影响东亚夏季降水和环流异常,但前人对两者关系的研究大多建立在线性的基础上。通过对西北太平洋夏季降水异常强年和异常弱年的合成分析,本文研究发现,两种情况下东亚-西北太平洋异常的相互关系存在强的不对称性,即,西北太平洋夏季降水异常强年,东亚降水及环流异常比较显著;而在西北太平洋降水异常弱年,这些热带外异常则相对较弱。     

Seasonal Variation of the East Asian Subtropical Westerly Jet and Its Association with the Heating Field over East Asia

The structure and seasonal variation of the East Asian Subtropical Westerly Jet （EAWJ） and associations with heating fields over East Asia are examined by using NCEP/NCAR reanalysis data. Obvious differences exist in the westerly jet intensity and location in different regions and seasons due to the ocean-land distribution and seasonal thermal contrast, as well as the dynamic and thermodynamic impacts of the Tibetan Plateau. In winter, the EAWJ center is situated over the western Pacific Ocean and the intensity is reduced gradually from east to west over the East Asian region. In summer, the EAWJ center is located over the north of the Tibetan Plateau and the jet intensity is reduced evidently compared with that in winter. The EAWJ seasonal evolution is characterized by the obvious longitudinal inconsistency of the northward migration and in-phase southward retreat of the EAWJ axis. A good correspondence between the seasonal variations of EAWJ and the meridional differences of air temperature （MDT） in the mid-upper troposphere demonstrates that the MDT is the basic reason for the seasonal variation of EAWJ. Correlation analyses indicate that the Kuroshio Current region to the south of Japan and the Tibetan Plateau are the key areas for the variations of the EAWJ intensities in winter and in summer, respectively. The strong sensible and latent heating in the Kuroshio Current region is closely related to the intensification of EAWJ in winter. In summer, strong sensible heating in the Tibetan Plateau corresponds to the EAWJ strengthening and southward shift, while the weak sensible heating in the Tibetan Plateau is consistent with the EAWJ weakening and northward migration.     

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。     

东亚夏季风年际变率及其与中、高纬度大气环流以及外强迫异常的联系

利用欧洲中心35年(1968-2002年)月平均再分析资料(ERA-40),通过矢量经验正交分析方法,研究了东亚夏季风年际变率的第2、3优势模态及其与中、高纬度大气环流和外强迫异常之间的联系.这两个优势模态均与北半球中、高纬度大气环流异常有密切的关系,累计解释协方差超过了东亚夏季风的第1模态.东亚夏季风变率的第2模态解...     

黄河中下游地区夏季逐候降水量的低频振荡特征

本文使用主分量分析黄河中下游地区(河南省)68站1982—1987年夏季(6—8月)逐侯降水量的主要时空特征,并用非整波技术分析所提取的第一主要分量频谱分布的低频振荡特点.分析结果表明该地区降水主要低频振荡周期为6—12候(30—60天)月际振荡及季问振荡15—24候(75—120天).它们年际变化有准两年振荡,其中月际低频振荡与赤道地区的纬向风准两年周期振荡有同相关系.     

中国东部地区夏季降水和环流的年代际转型及其与PDO的联系

利用1951—2013年全国160个测站逐月降水资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料和NOAA全球月平均海表温度等资料,分析了中国东部地区夏季降水的年代际转型及相关大气环流变化。研究结果表明,1970s中后期和1990s PDO两次位相转换给中国东部地区夏季降水带来显著的年代际变化,前者使得东亚夏季风进一步减弱,夏季雨带南退至长江中下游地区,后者使得东亚夏季风恢复增强,雨带北移至淮河流域。进一步研究发现,1990s PDO年代际突变导致东亚夏季大气环流场发生显著变化,贝加尔湖地区增暖导致向北的经向温度梯度增大以及副热带高压的东退北抬是导致1990s东部地区夏季降水年代际变化的可能原因。     

中国东南部5—8月持续性强降水和环流异常的准双周振荡

利用1979—2009年夏季(5—8月)中国站点逐日降水资料、NCEP/NCAR大气再分析资料以及向外长波辐射(OLR)资料,分析了中国东南部夏季持续性强降水的低频特征及其伴随的低频大气环流形势,利用超前滞后合成的方法对该低频信号的来源和传播特征进行了研究。结果表明:中国东南部夏季降水存在明显的准双周低频振荡,低频降水事件(持续性强降水)在6月10日前后和7月1日前后发生的次数较多,持续5d的低频降水事件降水量占总低频降水事件的比例最大。在低频降水事件发生时期,中国东南部在低层是很强的低频气旋式环流,而在中国南海至西太平洋一带则是强大的低频反气旋,同时低频的水汽从孟加拉湾北部以及中国南海、菲律宾海一带输送到长江以南地区强烈辐合上升;此时在高层一个低频反气旋控制中国东北部地区,该低频反气旋与其西侧的低频反气旋以及位于中国东南沿海的低频气旋相互配合,使得长江以南地区高层强烈地辐散,加强了低层的上升运动。在超前低频降水7d左右时,大气低层在150°E洋面附近开始出现低频反气旋,逐渐加强并向西移动到达中国东南沿海,而在中国南海一带的低频气旋则向西北移动到长江以南地区,与此同时,副热带高压有一个明显的西伸过程,高低层相互配合最终导致低频降水的发生。     

三类厄尔尼诺事件对东亚大气环流及中国东部次年夏季降水的影响

利用全球海表温度(SST)资料、ONI(Oceanic Nino Index)序列以及中国160站逐月降水资料,研究了不同类型El Nino事件的主要特征及其对东亚大气环流及中国东部次年夏季逐月及季节降水的影响。结果表明:1)据El Nino事件期间SST最大正异常所在区域,将El Nino事件分为Nino3、Nino4和Nino3.4型。2)El Nino事件次年6月,Nino3型时降水显著正异常区主要位于鄱阳湖和洞庭湖流域,Nino4型时位于鄱阳湖流域、桂粤湘三省交界及广西西部,Nino3.4型时位于洞庭湖流域。7月Nino3型降水显著正异常区北移至长江流域,8月则呈西多东少反相分布。从次年6月至8月,Nino4型降水显著正异常区逐渐北移,Nino3.4型降水显著正异常区则从南到北再移向东北。3)在整个次年夏季,Nino3、Nino4和Nino3.4型降水显著正异常区在中国东部呈自南向北分布。无论逐月或季节降水,均是Nino4型降水正异常最强、Nino3.4型最弱。4)不同类型事件次年夏季和各月环流特征存在一定差异,总体而言,对于南亚高压,Nino3型、Nino4型事件后呈偏强、东伸和北抬的特点,且后者较前者时更强;Nino3.4型事件后主要呈减弱、西退特征。对于西太平洋副热带高压,Nino3型、Nino4型事件后主要呈偏强、西伸、北抬特征,后者较前者更强,西伸、北抬也更明显;Nino3.4型后,副高以东撤、北抬特征为主。