应用极涡面积指数预报低温冷害的方法

1引言在以往的农业气象预报研究中,应用极涡这个大气环流特征量是用经纬度表示位置,用百帕表示强度.本文应用的极涡面积指数能较确切地、综合地表示极涡的强弱和位置.实践分析证明极涡面积指数与辽宁地区作物低温冷害有密切的相关性,采用极涡面积指数预报作物     

极涡特征量与哲盟夏季降水遥相关分析及预报

１前言极涡是西风带一个最强大的环流系统,它的活动规律对长期天气预报有重要意义。本文对前期极涡特征量与我盟夏季降水的关系进行了初步分析及预报,取得了较好的预报效果。２具体分析我们用前期１～２年北半球５００ｈＰａ各区的副高面积、副高西伸脊点及副高脊线位置...     

NCEP CFSv2对北半球平流层极涡边界年代际变化特征模拟的评估

利用欧洲中心ERA-I和NCEP CFSR再分析资料、NCEP CFSv2回报和预报资料,分析了20世纪80年代以来北半球平流层极涡边界的年代际变化特征,评估了CFSv2系统对北半球极涡边界的模拟能力。结果表明:1980-2017年,从整体趋势来讲,冬季北半球极涡在北美区域回缩北退,在欧亚区域扩张南进;秋季北半球极涡在北美地区呈扩张趋势,在欧洲地区呈回缩趋势,在亚洲地区从20世纪80年代到21世纪00年代是明显扩张的趋势,10年代又为明显回缩趋势。在冬季,北美区域极涡回缩主要在20世纪90年代,欧洲区域极涡的南扩主要在21世纪00年代,亚洲区域极涡的南扩主要在20世纪90年代。在秋季,北美地区极涡边界的南扩主要在20世纪90年代,欧亚区域极涡的回缩发生在21世纪10年代,西欧地区的回缩最明显。CFSv2模拟的冬季极涡边界和面积的20世纪80年代至21世纪10年代的总体变化趋势与ERA-I资料一致,CFSv2尤其对21世纪10年代北美和亚洲极涡都扩张的趋势模拟的很清楚,但模拟的北美区域极涡边界呈回缩趋势的范围偏东,在10年代明显偏南,模拟的欧洲区域极涡边界20世纪90年代偏北,21世纪1...     

1961～2005年新疆夏季低云量长期变化特征及影响因素分析

利用新疆51个观测站1961～2005年低云云量资料,采用趋势分析、小波分析等方法分析了新疆夏季低云量的长期变化特征,并对500hPa环流指数与新疆夏季低云量做奇异值分解,重点讨论了极涡对新疆夏季低云量的影响。结果表明:近45年新疆夏季低云量增加趋势显著,并在1987年发生突变;新疆夏季低云量存在2～3年、准6年和准11年的显著周期;环流分析表明新疆夏季低云量与副热带高压、极涡及青藏高原高度场指数关系密切,当极涡面积减小、强度减弱时,西亚高空急流偏弱,新疆上空高空急流偏强,而低层大气主要表现为南风增强,水汽输送辐合加强,因此新疆夏季低云量偏多,反之,低云量偏少。     

华北地区低云量的变化特征及其影响因子分析

利用1961—2005年华北地区42个测站月平均低云量资料,采用趋势分析、Morlet小波分析等方法分析了华北地区四季低云量的年际变化和周期特征,并利用奇异值分解方法研究了秋季华北地区低云量与500hPa环流指数的关系,重点分析了西太平洋副热带高压(下称西太副高)面积如何影响秋季华北地区低云量变化。结果表明,近45年华北地区四季低云量减弱趋势显著,以秋季减少最多;在年代际尺度上华北地区四季低云量均存在准16年周期,夏季低云量在年际尺度上有显著的准2～4年周期特征;秋季华北地区低云量主要受西太副高面积指数、强度指数、Ⅰ区极涡面积指数、Ⅱ区极涡强度指数和北半球极涡强度指数影响;当秋季西太副高面积偏大(小)时,华北地区上空500hPa高度场偏高(低),上升运动减弱(增强),850hPa南风减小(增大),低层经向水汽输送随之减弱(增强),并且可降水量减少(增大)不利于(有利于)低云的生成;极涡主要是通过影响低层经向风,进而影响华北地区低云量。     

北极涡年代际变化及其与我国春季降水的关系

基于NCEP/NCAR的500hPa再分析高度场资料计算出多年北半球及各分区的极涡面积和强度,利用线性倾向估计、小波分析及二项式滑动平均分析极涡及我国春季降水的年代际变化特征,并采用奇异值分解讨论同期及前期极涡对我国春季降水的影响。各季节极涡面积及强度均存在显著的年代际变化,在20世纪70年代中期之前有上升趋势,而后出现下降的趋势;但极涡面积总体上有显著的线性变小趋势。在60年代中前期极涡位置偏向亚欧大陆,在90年代中后期极涡位置有偏向太平洋和大西洋一带趋势。我国160站平均春季降水量经历较明显的3次上升过程和4次下降过程;华南、西南地区春季降水趋势与长江流域、黄河流域呈现两种相反的分布型;在20世纪60年代中前期、90年代初及末期,长江流域、黄河流域春季降水量偏多,而在80年代末期、90年代中期及本世纪初,华南、西南地区出现偏多。在春季,若II区(150°E～120°W)极涡面积异常大,I区(60～150°E)、III区(120～30°W)极涡强度异常弱,长江、黄河之间中游地区的降水出现负距平,广东、福建沿海降水出现正距平。前期冬季极涡比夏、秋季极涡对我国春季降水的影响更明显,特别是前冬北美区、大西洋欧洲区极涡面积的影响。     

300 hPa北极涡年际及年代际变化特征的研究

利用NCEP/NCAR 1949—2002年月平均再分析高度场资料,通过线性倾向估计、二项式系数加权平均、Morlet小波分析等诊断方法,系统地讨论了300 hPa北半球极涡面积、强度及中心位置的年际和年代际变化特征,结果表明:(1)年平均北极涡的面积在20世纪70年代中期之前在总的上升趋势中有几次较小的波动,之后在总体下降趋势中有几次较大的起伏;Ⅰ、Ⅱ区的线性变化趋势非常小,Ⅳ区最大,夏季的年际变化相对明显一些,秋季变化最弱,各季节均有线性收缩趋势,冬季幅度最大,秋季最小。(2)年平均极涡强度的年际、年代际变化特征与极涡面积有相似之处,但不同年份存在显著差异;各分区的强度变化与北半球类似(特别是Ⅰ区);夏季的年际变化幅度最大,春、夏季年代际变化的特征明显,秋季最弱。(3)北极涡中心位置通常并不在北极点,各分区极涡总面积所占的百分比有明显差异,且有月际变化,这些差异与海陆热力差异造成的环流的差异密切相关;极涡的主要位置有一定的年际、年代际变化特征;极涡中心位置主要偏向亚洲大陆及太平洋一侧。     

100hPa极涡、南亚高压的变化及大气环流分布特征

利用NCEP/NCAR高度场资料进行计算,对冬、夏极涡与南亚高压面积进行Morlet小波变换,并对100 hPa高度场进行EOF分解和长期趋势分析.结果表明:极涡、南亚高压具有相似的演变特征,这种相似特征在前期冬季极涡与南亚高压之间表现更为明显,体现了准5年尺度和准20年尺度的周期变化,在变化的位相上则相反.EOF分析表明,前期冬季高纬度地区与中低纬度地区的环流变化呈相反趋势,且第一模态的时间系数与前期冬季极涡的趋势一致,第一模态在一定程度上反映了前期冬季大气环流分布.夏季第一模态全场为负值,体现了夏季100 hPa整体异常性;第二模态反映了副热带中低纬度大气环流与高纬度大气环流变化相反.从其长期变化趋势来看,冬季高纬度地区的高度场呈负趋势变化,副热带地区呈正趋势变化,夏季除我国华北部分地区为负趋势变化外,均为正趋势变化.极涡、南亚高压的这种年代际变化与100 hPa高度场的长期线性趋势变化有关.     

北半球绕极涡的变异及其与我国气候异常的关系

本文利用近50 a大气再分析资料和中国站点观测资料,通过定义绕极涡的总体面积指数,分析了北半球绕极涡的变异特征及其与我国气候异常的关系,通过考虑绕极涡的局地变异和利用SVD分析方法揭示了绕极涡的局地变异与我国气候变异的关系。结果表明:北半球绕极涡的总体面积变异表现为一致性的扩张或收缩变化特征,近50 a来其总体面积具有收缩的趋势,这与全球增暖尤其是极区增暖有密切关系;叠加在这种趋势之上的既有年际变化又有年代际变化,主要周期大约是3~5 a和8~12 a。因此,研究绕极涡与我国气候的相关时分时间尺度来考虑更合理。北半球绕极涡的总体面积变异与我国气候异常的关系主要体现在年代际时间尺度上,当北半球绕极涡总体一致性收缩时,冬季我国大部分地区的气温都会随之变高,而降水偏多;夏季东北、华北、西南和华南地区气温偏高,降水偏少,而江淮流域气温偏低,降水偏多。反之亦然。北半球绕极涡的局地变异主要体现在西风带长波振幅的变异上,而其与我国气候异常的联系主要表现在年际时间尺度上,当东亚大槽减弱时,冬季我国中、东部大部分地区气温偏高,降水偏多;夏季江淮流域和四川盆地气温偏低,其它地区气温偏高,降水变化不明显。反之亦然。     

北极涛动、极涡活动异常对北半球欧亚大陆冬季气温的影响

利用1951-2012年NCEP/NCAR全球月平均500 hPa高度场、气温场等再分析资料,北极涛动（AO）指数,北半球及其4个分区的极涡指数等资料,分析极涡和AO对北半球特别是欧亚大陆冬季气温异常分布的影响。北半球极涡面积指数与北半球气温相关场呈由北向南的“+、-”分布,显著正相关中心位于极区,显著负相关中心位于欧亚大陆中高纬度地区;AO指数与气温的相关场分布与此反位相。极涡各分区面积指数体现与各大洲气温显著相关的地域特征,尤其是亚洲极涡面积指数比AO的相关区域更偏向亚洲和中国东部及沿海地区,能表征亚洲大陆冬季风向中低纬度爆发的某些特征。2006年以来AO指数呈较明显的下降趋势,北半球、亚洲区极涡面积指数呈显著的上升趋势,这是有利于欧亚大陆近几年连续冬季气温异常偏低的年代际背景;2009-2011年北半球欧亚大陆冬季大范围低温事件,不仅与冬季AO负位相明显变强有关（2011年除外）,与北半球以及亚洲区极涡面积指数偏大联系更为密切,亦表明该区域冬季变冷的自然变率明显增强。     

北极海冰和北半球500hPa极涡的相互关系

利用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°的500 hPa高度场月平均再分析资料和1°×1°的海冰资料分别计算了北半球500 hPa极涡面积、极涡强度指数和北极海冰面积指数,分析了它们的经向分布、周期变化以及长期变化趋势中的突变。结果表明,海冰和极涡在经向分布上有明显差异,就东西半球而言它们的相对位置也不一样。除了都具有4个月、准半年、准1 a、4~5 a和10 a的共同周期外,还呈现出各自的周期变化。北极海冰面积自20世纪80年代以来呈明显减小趋势,北半球极涡面积也呈减小趋势,但是它们发生突变的时间却完全不同。海冰与极涡面积有显著的正相关关系,但海冰和极涡强度、极涡面积和极涡强度之间的关系却纷繁复杂。     

冬季极涡对欧亚大范围天气气候的影响及长期预报

本文应用统计学方法,首先分析了各种极涡指数对欧亚大范围天气气候的影响,结果表明:Ⅰ区极涡面积指数与我国及苏联乌拉尔山南部地区和西西伯利亚地区气温关系密切。而着重分析了Ⅰ区极涡面积与同期亚洲中纬地区西风环流、副热带环流及前期整个北半球大气环流的联系,得到如下主要结果:Ⅰ区极涡面积指数与亚洲中纬地区纬向环流指数及印度洋副高、西太平洋副高存在着十分密切的负相关关系。前期3月北大西洋西风环流与5月北美大槽强度对冬季Ⅰ区极涡强弱变化具有很好的指示性。用前期大气环流和北太平洋海温作为因子做冬季Ⅰ区极涡预报取得较好效果。     

平流层极涡变化与我国冬季气温、降水的关系

利用国家气候中心提供的1951-2010年逐月环流指数资料,分析了北半球极涡强度指数、面积指数和中心强度指数的相关关系,并通过极涡强度指数的变化讨论了冬季北半球极涡强度的时间变化特征。结果表明,冬季极涡强度指数与面积指数和中心强度指数有较好的相关性,能够更好地反映冬季极涡强度的变化特征;冬季极涡存在准13年的年代际振荡周期,准5年的年际振荡周期在20世纪90年代后期较为明显。结合气温、降水观测资料和NCEP/NCAR月平均再分析资料,探讨了极涡强、弱不同年份我国冬季气温、降水和大气环流形势的变化。相对极涡弱值年而言,极涡强值年我国北方地区、东部地区特别是东北地区的气温偏高,西南大部分地区的气温偏低,长江流域和华南地区的气温变化不明显;我国南方地区降水偏多,长江中下游和华南地区的降水偏多最为明显,北方地区的降水略有减少;500hPa高度场上高纬度地区的位势高度降低,中高纬度的位势高度升高,冷空气向极地聚集,东亚大槽减弱,我国东北和东部地区的气温偏高;同时东亚冬季风减弱,湿空气向我国内陆输送,长江流域和我国南方地区的降水偏多。     

广西寒露风气候趋势预测概念模型

统计分析了广西寒露风天气的气候概况、寒露风偏早(迟)年份的主要环流特征及其前期环流特征量的变化,发现在偏早年前期北半球副热带高压偏弱,印缅槽偏强,极涡和东亚槽偏西,各主要特征区副热带高压持续出现负距平.对影响广西寒露风的多种因子普查、分析、挑选后组建了逐步回归方程.建立了广西寒露风气候趋势预测概念模型.     

河西走廊东部寒潮时空变化特征及典型个例分析

利用1986—2015年河西走廊东部5个气象站逐日气温、大气环流特征量和2016年5月常规天气图和物理量场，分析了河西走廊东部寒潮时空分布及其与大气环流特征量的关系和2016年5月3次寒潮天气过程天气成因。研究表明：河西走廊东部寒潮频次由北向南减少，中部最少；寒潮频次年际差异较大，总体呈下降趋势；寒潮主要出现在1—5月和10—12月，频次站次4月最多，6月最少，春季寒潮频次最多；寒潮最早出现在9月1日（永昌）、最晚出现在6月7日（乌鞘岭）。月寒潮频次与月亚洲、北半球的极涡面积和强度、北极涛动、亚洲经向环流和冷空气指数呈显著正相关，与北半球极涡中心纬向位置和强度、东亚大槽强度、西藏高原1和2指数呈负显著相关，前一月亚洲、北半球极涡面积和强度、北半球极涡中心强度、北极涛动指数对月寒潮预报预测具有良好的指示意义。使用多元回归建立寒潮月频次预报方程，通过了=0.1显著性水平检验。2016年5月3次寒潮天气均与极涡中心偏强有关，前期升温明显、高空强盛冷平流强盛、地面冷高压强烈是造成三次寒潮天气的主要原因，500 hPa横槽转向南压造成的降温幅度比小槽东移更大、影响范围更广。     

长江中下游丰枯梅雨环流配置及其前期演变特征

本文着重讨论了长江中下游地面(3月)气温与长江中下游丰枯梅雨环流系统的关系,以及丰枯梅雨的前期环流演变特征问题.分析发现:3月份是长江中下游地区季节转换的关键时期,长江中下游3月近地面气温(T_3)的变化,对6月环流特征、季节转换、梅雨丰枯等反映最敏感,是个较好的预报特征量.在前期环流演变中发现极涡、东亚槽、副高等对梅雨的丰枯亦有较好的预兆反映.     

极涡研究进展

极涡是北极地区的一个深厚系统,它以极地为活动中心,最能体现高纬大气活动特征,属大气环流最主要的系统之一,通常与副热带高压、阻塞高压、季风等环流系统相互配合,在全球天气气候变化中起着至关重要的作用。本文就极涡的气候特征、对天气气候的影响、变化机理及数值模拟等几方面的研究进展进行综述。在行星波破碎、平流层爆发性增温、平流层对流层的动力耦合等过程中,极涡也扮演着重要角色;极涡对HNO3、臭氧等大气化学成分渗吸和输送过程的影响显著,而这些化学成分的再分布对极涡有较强的反馈作用;极涡还受到海温、冰雪、植被甚至太阳活动等的影响。前人已经关于极涡做了不少研究,但在气候动力学方面,还存在一些问题,有待进一步加强研究。     

北半球极涡新特征及其对中国冬季气温的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料,统计了近50年500,300,200和100 hPa等压面上北半球及4个分区冬季极涡面积和强度指数,并讨论了各层等压面上不同区域极涡面积比例变化特点和500 hPa极涡中心位置变化特征,揭示了冬季各层极涡之间同期和滞后关系,分析了冬季极涡面积与中国平均温度和极端气温的关系。结果表明:(1)北半球极涡面积、强度均经历了先扩张后收缩的变化,20世纪80年代中后期气候变暖以后4层等压面上发生了极涡面积缩小,90年代中期发生强度减弱的年代际突变,只是较面积变化而言,强度年代际变化较弱,极涡面积和强度在年代际上相关显著。(2)位于平流层低层(100 hPa)的极涡年平均面积、强度最大,并且随季节变化幅度也是最大,尤以Ⅰ区(亚洲大陆区)、Ⅳ区(大西洋欧洲大陆区)更为显著。就年内变化而言,100 hPa极涡面积极大值的出现落后于其他层,极小值的出现又早于其他层,并且冬季前期100 hPa极涡面积对其后期500,300和200 hPa的变化有一定影响。(3)4层极涡面积都偏离Ⅳ区,500 hPa极涡基本偏向Ⅱ区(太平洋区)、Ⅲ区(北美大陆区),300,200和100 hPa偏向Ⅰ、Ⅱ区,500 hPa极涡中心多位于Ⅱ区或Ⅲ区。(4)在全球变暖背景下,近50年中国冬季平均气温、暖日(夜)呈现明显的增加趋势,冷日(夜)呈明显的减少趋势,并且突变都发生在20世纪80年代中期。(5)中国冬季平均气温、极端气温指数与极涡面积相关关系以500hPa最为显著。分区来看与500 hPaⅠ区相关最为明显,300 hPaⅠ区、200 hPaⅠ区和100 hPaⅣ区次之。极涡从平流层低层(100 hPa)到对流层中层(500 hPa)是从IV区到I区逐渐影响中国冬季气温。(6)500 hPaⅠ区极涡面积的扩大有利于除东北以外中国大部分地区冷日/夜(暖日/夜)次数的增加(减少),而100 hPaⅢ、Ⅳ区、500 hPaⅣ区面积的扩大有利于中国北方大部分地区冷日/夜(暖日/夜)次数增加(减少),且极涡面积与冷(暖)夜的相关系数要高于与冷(暖)日的,与冷日(夜)的相关系数要好于与暖日(夜)的。     

1980年6月500毫巴环流指数、环流特征量资料

亚欧地区亚洲地区月平均环 流 指 数 候 平 均西太平洋副热带高压东亚槽 极 涡 中心位置 强 经度纬度 度1980年6月500毫巴环流指数、环流特征量资料$中央气象台     

2003—2004年冬季北半球平流层极涡在等熵位涡坐标下的动力分析

利用欧洲中尺度天气预报中心(ECMWF)逐日的60层模式资料构建了半拉格朗日的二维θ-PVLAT坐标,在新坐标中对2003-2004年冬季北半球平流层极涡的活动过程进行诊断分析.通过对位涡距平场在新坐标下的EOF分析得到极涡扰动指数,由该指数出发对风场、温度场进行超前/滞后回归分析.得到极涡活动过程中平、对流层大气的环流输送特征.结果表明:(1)θ-PVLAT坐标有很好的物质性,它能够较好地反映出空气物质的输送特征,尤其在北半球冬季的高纬度地区它能更加真实的表达出大气环流风场、温度场的变化;(2)在极涡活动过程中平流层里存在着一对向极、向下的传播模态,不同符号的纬向风和温度异常的信号沿着这两个模态传播,而对流层中也有一向赤道的传播模态;(3)平流层中向极、向下的传播模态和对流层中向赤道的传播模态在时间上存在着一定的联系,当纬向风异常在高层传播到达极区时,低层开始向赤道传播;(4)整个极涡活动过程可以用一个非绝热加热作用和斜压波动作用共同驱动的经圈质量环流解释,这一环流造成了中低纬度地区的暖空气和极地区域的冷空气在平流层一对流层之间交换,对整层大气的热力、动力结构进行了重新组合.