青藏高原雪盖异常对我国环流和降水的影响

利用美国NOAA NESDIS提供的1975—1986年青藏高原地区卫星雪盖资料，作出了各月冬季青藏高原雪盖频率图。发现1—3月是高原雪盖面积最大的月份，在此期间高原雪盖面积有明显的持续性，并与欧亚雪盖面积有较高的一致性。根据3月高原雪盖异常与中国环流和降水的关系，发现高原雪盖异常的后延冷却效应较弱，大约不足一个月；3月高原多雪以后，5月东亚北风加大，南岭以北降水偏少，少雪年则相反。     

大气瞬变强迫对冬季西太平洋遥相关型影响

用NCEP/NCAR1948—2005年逐月和逐日资料,分别从天气尺度瞬变热力异常强迫和瞬变动力异常强迫两方面的作用着手,就大气瞬变异常强迫对冬季西太平洋遥相关(WP)型形成的影响进行了初步分析。通过分析表明,在对流层低层,天气尺度瞬变热力异常强迫对冬季WP型的形成主要起削弱作用,而瞬变动力异常强迫对WP型的形成没有明显的加强或削弱作用;在对流层中高层,瞬变热力和动力异常强迫都有助于WP型的形成和维持,而且瞬变动力异常强迫对WP型的形成和维持作用还存在南北非对称性的特点,即瞬变动力异常强迫对WP型的南北偶极子型中北区异常的形成和维持作用显著,而对WP型中的南区异常的形成作用不明显。研究还表明,天气尺度瞬变异常强迫对WP型形成的作用时间是次月尺度的。     

1960—1985年对流层和平流层低层全球温度的年、季变化

根据63站无线电探空网资料,应用线性回归方法对1960—85、1965—85、1970—85、1975—85年时段内两半球极地、温带、亚热带、赤道地区以及热带的地表面、对流层(1.5—9km)、对流层顶层(9—16km)和平流层低层(16—20km)的年、季温度变化进行了估计。在过去的25年中,几乎所有气候区的地表和对流层都增暖,而对流层顶层和平流层低层冷却,即递减率增大。低层增暖和高层冷却的现象南半球比北半球更明显。从半球范围看,增暖率和冷却率增加不明显。但就各个气候区而言是显著的。例如南极平流层低层冷却的增加,尤其是春季。也许,这与这个地区春季总的臭氧含量低(或减小)有关。在北半球,地表增暖冬季最明显;在南半球,增温最大的是在秋季和冬季。就全球而言,地表和对流层以9、10、11月增温最少。在两半球的对流层顶层9、10、11和12、1、2月冷却最大。 El chichon火山爆发对平流层低层降温的影响也进行了估计,并得到了平流层低层冷却有随高度增加的迹象。这种实测到的温度变化图象被认为是来自CO_2和一些痕量气体的增加。     

2018/2019年冬季浙江罕见持续阴雨天气的环流异常与海温强迫

利用NCEP/NCAR全球再分析资料、地面观测资料和自动站降水资料,分析了2018/2019年冬季浙江罕见连续阴雨寡照天气过程中冬季风环流和南支槽等环流异常,并从西风带波动、海温强迫等方面研究了局地环流异常的成因。结果表明:2018/2019年冬季连阴雨事件中雨日、日照破历史记录,雨量较常年同期明显偏多。主要的环流异常为西北太平洋异常反气旋（WNPAC）明显偏北,同时阿留申低压和西伯利亚高压亦偏北,东亚地区40°N以南有强的偏南风异常,冬季风偏弱;南支槽较常年偏强,保证了浙江上空有持续的水汽和扰动输送。对流层中层存在沿欧洲向东亚—西太平洋传播的波动能量,波能在东亚地区一直向南传播至20°N以南,可能导致WNPAC明显北抬和南支槽加强。ENSO是WNPAC的重要强迫源,ENSO暖位相使得海洋性大陆出现异常对流冷却,而浙江上空对流加强,ENSO对南支槽活动强度亦有明显的制约作用。中国近海海温偏高是WNPAC和阿留申低压明显偏北的重要影响因素。2018/2019年冬季局地环流异常可能由ENSO和中国近海海温协同强迫所致。     

夏季青藏高原北部对流层臭氧垂直分布的观测研究

对流层臭氧垂直分布变化对气候环境有重要的影响,然而观测数据一直较为稀缺。利用2016年7月下旬—8月青海省格尔木市对流层臭氧探空观测资料开展夏季青藏高原北部对流层臭氧垂直分布变化特征及其形成机制的大气背景研究。结果表明,在大气背景的转换下对流层臭氧垂直分布整体上呈现高（低）臭氧与低（高）水汽和高（低）位势涡度的对应。除7月25—27日高空低压槽过境导致的平流层向下输送使对流层臭氧浓度升高明显外,阻塞暖高压反气旋和源自青藏高原主体地区的强对流天气过境也对对流层臭氧分布有影响:阻塞暖高压在观测点东北部形成后导致7月31日至8月8日格尔木对流层连续出现罕见东风,但对流层臭氧浓度仅在8月2日因东北—西南方向反气旋切变而出现较高值,其中6 km高度以下则因为东风输送而出现高臭氧、高比湿的污染性气团;强对流天气过境影响使得8月12—14日10 km高度以上出现臭氧最低值和比湿最高值。与西宁历史夏季（1996年7—8月初）臭氧探空测值比较,格尔木对流层臭氧浓度8月偏低,该特征与季风影响青藏高原纬度最高地区所在月份一致。与林芝（2014年7月）、那曲（2011年7月末—8月中旬）和拉萨（1998年8月）历史夏季臭氧探空测值比较发现,纬度效应对青藏高原地区对流层臭氧浓度有影响。      

青藏高原上对流层水汽“典型异常年”成因分析

青藏高原(下称高原)上对流层水汽变化在对流层—平流层水汽交换中起着重要作用,利用AIRS卫星数据、NOAA全球海温数据、NCEP/NCAR再分析资料和国家气候中心NCC提供的74项环流特征量资料,从海气耦合角度对2003-2011年高原上对流层水汽典型异常偏多年的成因进行了分析。结果表明,ENSO事件对于高原上对流层水汽的多少具有一定的指示作用:在厄尔尼诺(拉尼娜)事件开始的次年夏季,高原上对流层水汽偏多(偏少);受海温异常强迫的大气环流异常是造成2010年高原上对流层水汽异常偏多的直接原因。2010年夏季高原上对流层位势高度偏高、东亚地区阻塞形势发展、西太平洋副热带高压加强西伸的异常环流型有利于西太平洋和南海水汽持续向高原地区输送,而高原上空异常反气旋环流的存在以及冷暖气流的交汇使水汽垂直向上输送加强,共同导致了2010年高原上对流层水汽异常偏多。     

欧亚北部冬季增雪“影响”我国夏季气候异常的机理研究——陆面季节演变异常的“纽带”作用

本文主要利用美国冰雪资料中心 (The National Snow and Ice Data Center) 提供的卫星反演积雪资料和ERA40土壤温度再分析资料, 采用相关分析, 对欧亚北部冬季新增雪盖面积 (冬季TFSE) 与我国夏季气候异常关系的可能物理途径进行了初步研究。结果表明, 春夏季陆面季节演变异常是上述“隔季相关” 的重要纽带: 当冬季TFSE偏大时, 欧亚北部大范围积雪—冻土自西向东、 由南向北的融化进程明显减慢, 受其影响, 至夏季, 东亚中高纬区积雪和地表冻土的融化异常强烈, 土壤温度明显偏低, 这种夏季陆面异常可能通过自身的冷却作用, 通过加强东亚中高纬异常北风对东亚中纬区夏季变冷产生直接影响, 进而与西太平洋副热带高压, 乃至与我国江南夏季降水异常产生关联; 冬季TFSE偏小时相反。分析表明, 冬季TFSE信号在东亚中高纬局地的春季积雪—冻土融化过程中被加强, 并在夏季达到显著。     

青藏高原冬季雪盖异常与冬夏季风变异 及其相互联系的物理诊断研究

利用1955～1993年各种类型青藏高原冬季异常积雪资料的综合再分析结果,首次分析、阐明并讨论了青藏高原雪盖异常与中纬度大气环流的关系及其对低纬热带大气和海洋的影响。结果表明,高原冬季雪盖异常影响东亚冬季风的异常,进而通过东亚Hadley环流引起南海南部积云对流活动的异常,结果造成赤道太平洋纬向风出现变异并引发SSTA位相和副高活动及夏季风强度的显著不同,由此对我国夏季风雨带分布产生影响。最后给出青藏高原冬季雪盖异常可能对我国夏季风影响的一个初步模型。这对于进一步认识和揭示雪盖-环流-SST-雨带的相互联系及其可能的“隔季相关”机制具有重要意义     

青海省高空异常气候研究

根据青海省7个探空站1970—2001年的探测资料,主要对高空对流层中上部、平流层底部的高度和温度进行异常、突变等研究。30多年来,对流层高度、温度的正异常站次多于负异常站次,1970—1986年负异常比例较大,1987—2001年正异常比例较大;20世纪80年代中后期温度、高度均发生由低向高的突变;对流层年平均高度和温度的年代际变化趋势不尽相同,但总体上对流层增暖,高度抬升;秋冬季500hPa高空温度分型情况一致,区域特征比较明显。平流层温度负异常站次多于正异常站次,高度负异常站次少于正异常站次,高度变化呈上升趋势,温度呈降温趋势。     

梅雨雨带北跳过程研究

利用1979～2007年逐日再分析资料和高分辨率逐日降水资料,通过定义确定了每年梅雨雨带北跳的日期,对梅雨雨带的北跳过程及其可能的物理机制进行了研究。分析结果表明:梅雨雨带北跳日期存在明显的年际变化,本文合成得到的雨带北跳过程与前人的工作相一致。水汽输送的变化和对流层中层的垂直运动是影响梅雨雨带位置分布的关键因素。Omega方程诊断结果表明,在梅雨雨带北跳前期,对流层高层的环流异常导致江淮流域出现异常下沉运动,不利于梅雨雨带的北跳;而涡度方程的诊断结果表明,江淮流域的异常下沉运动导致的非绝热冷却在中国东部的对流层低层引起异常反气旋涡度倾向,有利于副热带高压西伸,从而有利于梅雨雨带的北跳。因此,当对流层高层环流发生变化（主要受纬向涡度平流影响）,使得江淮流域的异常下沉运动转变为异常上升运动时,高低层相互配合,造成了梅雨雨带的突然北跳。     

澳大利亚冷空气活动与西北太平洋台风频次的关系分析

利用中国气象局《台风年鉴》资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析1968—2006年北半球夏季（6—9月）澳大利亚冷空气活动与西北太平洋夏季台风频次（WNPSTYF）的关系,并研究其影响的可能机制。结果表明,夏季澳大利亚东部对流层经向风年际增量变化与WNPSTYF年际增量变化呈显著正相关;西太平洋近赤道区对流层上层纬向风年际增量与同期WNPSTYF年际增量呈显著负相关。澳大利亚冷空气活动影响WNPSTYF的可能机理是:当澳大利亚东部从对流层低层至上层的经向风年际增量有南风异常时（此时澳大利亚西侧对流层上层有年际增量的北风异常）,冷空气在向低纬移动过程中受热上升,同时因柯氏力向左偏转,并在对流层上层向中纬度辐散,导致110～160 °E区间的南半球近赤道附近对流层上层纬向风年际增量的偏北东风异常;由于赤道上空大气运动的无旋转特性及连续性,北半球也会出现同向的纬向风年际增量异常。赤道附近对流层上层纬向风年际增量的东风异常产生纬向风的经向切变,使对流层上层出现涡度年际增量的负异常;对流层上层涡度年际增量负异常的抽吸作用导致对流层低层出现涡度年际增量的正异常,利于台风生成,导致台风年际增量偏多。反之亦反。      

对流层顶折叠检测新方法及其在中纬度 灾害性天气预报中的应用

对流层顶折叠是中纬度地区对流层上层—平流层下层区域(简称UT/LS)内的一个重要的大气现象,它与气旋生、暴雨强对流触发以及降水增幅密切相关。由于这些天气条件下的大气状况异常复杂,因此目前国际上普遍采用的基于干大气条件的对流层顶折叠检测方法存在很大局限性。本文在借鉴已有的卫星资料和数值预报相结合的模式识别法的基础上,通过统计分析的方法建立了高层大气水汽与广义湿位涡、臭氧浓度的关系以及对流层顶折叠与高空急流的位置关系,同时考虑了动力对流层顶高度在判识过程中的辅助作用,建立了一套基于FY-2E静止气象卫星遥感数据的,适用于与暴雨强对流有关的对流层顶折叠动态监测新方法。在利用FY-3A和FY-3B反演的臭氧总量、臭氧垂直廓线以及ECMWF Interim资料计算的位涡等资料对算法进行精度验证的基础上,将该方法在2012年7月21日北京特大暴雨天气过程以及2013年5月14~17日华南大暴雨天气过程的监测和分析上进行了应用,并取得了较好的效果。从应用效果看,本文提出的这种对流层顶折叠识别方法是合理可行的,并具有一定的应用价值,可为中纬度地区暴雨强对流天气的监测和预警提供参考指标。     

江西大雪天气的时空变化及其影响系统分析

利用NCEP2.5°×2.5°再分析资料和常规观测资料,对1980—2008年江西省50次区域性大雪过程的时空变化及其影响系统进行归纳分析,得出:江西省大雪发生频次具有5年左右振荡周期,20世纪90年代以前发生大雪次数较多,变化幅度大,20世纪90年代以后年际变化减小。空间分布上,自西北向东南出现大雪的频次逐渐减少。大雪期间,阻塞高压、中低纬锋区异常强盛;80%的大雪天气存在阻塞高压,以贝加尔湖阻塞高压最多;70%受南支槽影响;700 hPa切变线是对流层中低层的主要影响系统,其南侧西南急流最大风速达16 m·s~(-1)以上,雪区位于冷式切变线以南1～3个纬距内,或暧式切变附近;当850 hPa和700 hPa同时存在切变线时,降雪天气更加明显;对流层中低层有98%的大雪天气存在逆温:1000 hPa温度1 C,925～850 hPa温度≤-2℃,700 hPa温度≤0℃;地面冷空气多为中路,蒙古冷高压异常强大。     

近50年中国华南雨涝变化特征分析

对流层大气环流和气象气候要素具有明显的准两年周期振荡,被称为Tropospheric (Quasi-)Biennial Oscillation(TBO)。综述了各种TBO现象及其机理研究。目前发现对流层中温度、气压、风场、降水以及季风、副高等系统都存在TBO变化;其机理研究表明,热带海洋(主要是印度洋和太平洋)和平流层QBO在TBO的形成中起着重要的作用。此外,欧亚雪盖和太阳活动的11年周期可能也会影响TBO。     

前冬北半球环状模对春季中国东部北方地区极端低温的影响

对1959—2008年前冬(12—3月)北半球环状模与春季(3—5月)中国东部北方地区极端低温事件的关系进行诊断分析,发现前冬北半球环状模与春季中国东部北方地区极端低温事件存在显著负相关。当前冬北半球环状模偏强时,春季中国东部北方地区上空对流层高、低层分别出现位势高度的负、正异常,对应异常的下沉增温,东北冷涡偏弱,极端低温事件发生频次偏少,强度偏弱;反之,当前冬北半球环状模偏弱时,春季该地区极端低温事件发生的频次偏多,强度偏强。进一步研究表明,欧亚雪盖在前冬北半球环状模对春季中国东部北方地区极端低温的影响中起到潜在的桥梁作用,当前冬北半球环状模偏强(偏弱)时,同期欧亚大陆中高纬度地区偏暖(偏冷),欧亚雪盖面积较小(较大)。另外,欧亚雪盖面积异常具有较强的持续性,可以从前冬持续到春季。因此,当前冬欧亚雪盖面积较小时,春季欧亚雪盖面积也偏小,且对应春季东北冷涡强度偏弱,中国东部北方地区地表气温偏高,极端低温事件发生的频次偏少,强度偏弱;反之亦然。前冬北半球环状模与春季中国东部北方地区极端低温事件的负相关关系为预测中国东部北方地区春季极端低温事件的变化提供了一个潜在的前期信号。     

夏季大气超长波活动的正压能量学分析及其与降水的关系

一、引言 对流层上部大气超长波的演变,超长波系统南亚高压的活动等大尺度环境场的稳定持续或突变转折,对中期降水天气过程的预报具有十分重要的意义。虽然大尺度环境场不是中期降水天气过程的直接影响系统,但也不能忽视稳定持续或突变转折的大尺度环流形势对降水天气系统的影响作用。 根据中央气象台1982—1984年6—8月每日20时100hPa等压面高度资料,我们用傅氏谐波分析     

南半球对流层大气对热带太平洋-印度洋海温异常综合模的响应及其机制解释

利用NOAA SST及NCEP/NCAR再分析资料, 研究了热带太平洋—印度洋海温异常综合模和南半球对流层大气之间的遥相关模态并对其进行了机制解释。首先通过相关和合成分析, 给出了遥相关的空间模态, 结果表明: 北半球秋、冬季, 在南半球对流层大气存在和热带太平洋—印度洋海温异常综合模密切联系的遥相关作用中心, 该中心的分布构成一列明显的从赤道中太平洋出发, 最终到达非洲中南部及赤道印度洋的Rossby波列, 将赤道太平洋、印度洋与南半球中高纬度大气连接起来, 起到了类似“大气桥” 的作用。而单纯IOD和单纯ENSO均难以在南半球对流层激发出遥相关波列, 进一步证实了两者共同作用的影响。其次, 利用行星波能量传播理论对两者之间的遥相关进行了机制分析, 发现纬向波数为1～3的大气行星波的能量传播是热带太平洋—印度洋海温异常综合模与南半球对流层大气之间遥相关的一种可能的联系方式。     

冬季欧亚积雪异常对北太平洋风暴轴的影响

通过对23个冬季,欧亚积雪与北太平洋风暴轴区域500 hPa天气尺度滤波位势高度方差进行奇异值分解(SVD)、相关分析和合成分析,研究了冬季欧亚积雪异常对北太平洋风暴轴的影响.结果表明,冬季欧亚积雪面积正异常时,北太平洋风暴轴主体位置南压,并且中心强度减弱;积雪面积负异常时,结果相反.进一步的分析显示,欧亚雪盖面积异常所导致的冷却效应异常通过改变欧亚大陆及其下游北太平洋上空的高度场,进而改变东亚急流和斜压性,从而对北太平洋风暴轴产生影响.     

冬半年欧亚雪盖变化对东亚环流的影响

对１９７３～１９９４年期间欧亚雪盖和东亚５００ｈＰａ高度距平资料进行旋转扩展主成分分析,研究了冬半年欧亚雪盖异常与后期夏半年东亚环流分布连续演变的关系及其可能机制。结果表明前期秋冬春季欧洲、中亚和东亚中高纬雪盖异常不同的动态变化激发出具有不同持续性的东亚低频流型,而夏半年东亚副热带环流纬向扩展型演变与前期冬半年欧亚雪盖异常无关。     

2017年秋季四川阴雨寡照特征及成因分析

利用四川省气象台站逐日降水、日照时数资料,NCEP/NCAR逐日及逐月再分析资料和NOAA提供的月平均海表温度资料,通过现代学统计方法研究了2017年秋季四川阴雨寡照的主要特征及其成因。结果表明：2017年9—10月四川秋绵雨天气特征明显,呈现出雨日偏多、日照偏少、阴雨寡照持续时间长等特点。9月对流层中层贝加尔湖至巴尔喀什湖地区上空为宽广倾斜的低压槽,有利于冷空气东移南下影响四川,同时西太平洋副热带高压偏强西伸,冷暖空气交汇于四川上空,形成持续性降水。10月对流层中层西太平洋副热带高压偏北偏西偏强和印缅槽加深共同作用,有利于来自孟加拉湾和西太平洋的水汽向四川输送,为四川带来持续性降水。进一步分析发现,9月Rossby波能量频散特征有利欧亚中高纬环流的持续和维持,能量频散是巴尔喀什湖至贝加尔湖地区上空低压槽稳定维持的重要原因。此外,9—10月赤道中东太平洋海温明显偏低,且不断加强发展,是西太平洋副热带高压偏强偏西偏北和印缅槽偏深的重要外强迫源。因此,由海温外强迫和Rossby波能量频散造成的大气环流异常,导致了9—10月四川秋雨期阴雨寡照天气的持续。