WAVE-FLOW INTERACTIONS IN THE ATMOSPHERIC LOW-FREQUENCY VARIATION OF BLOCKING PATTERN*

Through a simple review of low-frequency variation of blocking pattern and diagnoses of observational data and combining some experience in forecast practice,we put forward some thought about the mechanism of formation and maintenance of the blocking flow pattern from the synoptic/climatological point of view,It is emphasized that eastward moving and deepening of troughs in the upstream of the blocking high,the SST anomalies and topography effect are the main factors of impelling the variation of the blocking high.During the maintenance of Ural blocking high wave-flow interactions are studied through disposition of baroclinic trough(transient wave)and the blocking flow.This study will offer a primary basis for the further theoretical study on the formation mechanism of the blocking high.     

大气低频变异中的波流相互作用(阻塞形势)

文章通过对低频变异研究的历史回顾以及观测事实的诊断分析,结合预报实践中的经验,从天气、气候学的角度提出了对阻塞高压（以下简称阻高）流型形成及维持的分析和看法。文中强调了阻高上游的低槽加深东移、海温变化以及地形作用是促使阻高异常的重要因素。并从斜压（瞬变波）同阻塞流的配置关系的角度出发,研究了乌拉尔山阻高维持过程中的波与流相互作用,为从理论上进一步探讨阻高形成的机理初步奠定了基础。     

2003年淮河大水期间亚洲北部阻塞高压的形成特征

利用观测资料和NCEP再分析资料分析2003年淮河大水期间亚洲北部阻塞高压的形成维持机制, 结果表明, 2003年淮河梅汛期亚洲中高纬地区阻塞高压的异常活动中, 波流作用十分显著。6月上旬, 阻高建立前期和维持过程中, 上游地区天气尺度波动活跃, 欧洲斜压区不断有瞬变动能生成, 并在阻塞区向阻高平均流转化。从瞬变涡动的作用来看, 上游传播而来的瞬变波不断将较低纬度的低位涡空气向阻塞区输送, 有利于阻塞高压的建立维持; 平均流则使位涡呈相反形势发展, 引导阻塞高压向东频散, 削弱了扰动位涡输送的作用, 对阻高的维持起到耗散作用。阻高建立前, 瞬变涡位涡输送作用强于平均流位涡平流, 造成阻塞区位涡降低, 有利于阻高生成; 阻高维持期间, 瞬变涡位涡输送与平均流位涡平流输送量相当; 6月25～30日, 阻塞高压明显西退, 该阶段瞬变涡动明显强于平均耗散作用, 引导低位涡场向西移动。研究表明, 大气内部的波波作用对阻高的建立维持也十分重要。1波与5波在一定范围内的共同作用可能是阻高建立维持的决定因素, 而天气尺度波动扰动则对阻塞高压的建立、 维持和崩溃起到重要的作用。波波作用表明, 2003年6月份阻塞高压建立、 维持时, 尺度较长的波一般从平均动能得到扰动动能的转化, 尤其5波, 斜压能的转换不但是其能量的来源, 同时非线性作用也使得尺度更小或更长的波向其提供能量; 阻高衰退时, 5波则通过非线性作用向其他波动输送能量, 同时也存在斜压耗散, 能量逐渐失去。     

12月乌拉尔山阻塞形势的建立与亚洲地区大气环流及蒙古高压强度变化的关系

本文主要通过相关统计分析,研究了12月乌拉尔山(以下称乌山)阻塞形势的建立与其下游亚洲地区大气环流及蒙古高压强度变化的关系.并对极地热状况(用北极海冰作为代替指标)的异常变化对乌山阻塞形势的可能影响进行讨论,最后分析了乌山阻塞形势的建立对欧亚大部地区气温变化的影响问题.得到如下主要结果:乌山阻塞形势建立时,其下游蒙古地区500hPa高度场明显下降,东亚大槽位置较常年偏西,强度变弱.同时,地面蒙古高压显著偏强.前期夏季(6—8月)北极Ⅰ、Ⅲ区海冰冰情变化对乌山阻塞形势的建立具有一定的指示性,尤以7月指示性较好.表现为,Ⅰ、Ⅲ区冰情越重,后期12月乌山地区越易出现阻塞彤势.乌山阻塞形势对欧亚地区气温变化的影响,主要表现为,乌山地区及其西部的欧洲地区分别在高压脊或脊后西南暖湿气流的控制之下,气温较常年偏高:而亚洲大部地区,尤其是我国在脊前西北干冷气流的控制之下,气温较常年明显偏低.     

夏季东亚阻塞高压形成维持的波数域动能分析

用波数域动能方程分析了1986年夏季东亚阻塞高压的形成、维持和衰退过程。发现该夏季代表阻塞高压的波动是5波（长波）,而不是2波（超长波）。在阻高形成和维持阶段,波与波非线性相互作用向5波输送动能,使5波动能增大;而波与平均流的相互作用则使5波动能减小。在阻高维持阶段,有效位能向5波转换动能,维持阻高。波与平均流的相互作用却使5波维持。在阻高衰退阶段则完全相反,波与波相互作用项以及有效位能与动能转换项均为负值,使5波动能变小,阻高衰退。而波与平均流相互作用,却使高纬西风减小,有利阻高维持。     

阻塞高压建立的非线性机理探讨

文中建立了一个考虑斜压大气的超长波、长波与纬向气流相互作用的动力系统 ,其中把热力强迫和摩擦耗散作为外参数 ,采用相轨线图、流函数图和Poincar啨图综合分析的方法 ,绘制了外参数平面上的系统状态和环流型式的分布图。结果表明 :用Galerkin方法时 ,在一定范围内截谱阶数的增加对系统状态分布和环流型分布的影响不大 ,但在一定程度上增加了复杂性 ;加热分布的改变对系统影响很大 ;阻塞高压与环流振荡、经向度强烈发展有密切的联系 ,而天气波的发展有利于激发振荡。     

东亚夏季两类阻塞高压维持的诊断分析

文章对两类东亚阻塞高压维持进行了诊断分析,结果表明:两类阻高的准地转位涡的平均流输送和瞬变扰动气流输送的分布是不同的,阻高维持机制也可能不同;两类阻高的瞬变扰动在分流区呈现南北向拉长,产生形变,对阻高维持有一致的作用;天气尺度扰动在东移过程中尺度缩小,当能量转化服从双向转化原则时,有大量扰动动能向平均场转化,使阻高维持。     

北半球阻塞高压的维持Ⅰ:准地转和Ertel位涡分析

从北半球不同地区的４个阻塞高压个例，研究了阻塞高压维持机制及其地域性差异。对阻塞高压区域３００ｈＰａ时间平均准地转让涡低值区的维持机制的分析表明，该位涡低值区的维持机制存在显著的地域性差异。其中，在２个太平洋阻高个例中，时间平均流的位涡平流使低位涡向阻高西北部输送，从而有利于位涡低值区经向度的维持；时变扰动的位涡输送则有抵消平均流作用的倾向，从而对位涡低值区的维持起耗散作用。在大西洋和东亚阻高个例中，平均流的位涡平流使低位涡区向东移动，而时变扰动的位涡输送则有抵消平均流位涡平流的作用，从而有利于位涡低值区在原地稳定维持。以上主要是相对涡度输送的差异所致。等熵面Ｅｒｔｅｌ位涡分析表明，阻高区域３３０Ｋ时间平均等熵位涡低值区的维持机制与３００ｈＰａ时间平均准地转位涡低值区的维持机制十分相似，从而表明以上等压面准地转位涡分析可以近似用来代表等熵Ｅｒｔｅｌ位涡分析。     

Effect of nonlinear dynamic process on formation and breakdown of blocking

With the L-P approximate method (variation of parameter method), a barotropic channel model in β-plane is used to study the effect of nonlinear interaction between two waves with different scales on the formation of blocking. The approximate analytical solution, which can describe the process of the blocking formation, maintenance and breakdown, has been obtained by using the method of approximate expansion. The importance of nonlinear interaction between two waves with different scales is stressed in the solution. The result suggests that the nonlinear interaction is the main dynamic process of the blocking formation. Some required conditions of blocking formation are also discussed.     

1980年夏季华北干旱时期东亚阻塞形势的位涡分析

本文用准地转位涡对1980年夏季（7月1日—9月10日）华北干旱时期东亚阻塞形势的平均特征及其维持机制进行了诊断分析。发现东亚阻塞高压是一个具有异常低位涡的深厚暖性反气旋系统。它的维持一方面与上游乌拉尔长波槽的涡旋强迫输送有关，另一方面，更为重要的与来自青藏高原上空的低位涡空气输送有关。准地转位涡的收支计算表明，涡动强迫作用与平均气流的平流作用基本上相平衡，因而涡动对位涡的输送是使阻塞区维持异常低的平均位涡，阻止阻塞高压向下游平流的重要机制。     

1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次年际尺度偶极子模态特征

基于观测和再分析资料,本文研究了近几十年来1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次年际变异主导模态特征及与其相联的大气背景场。结果表明,1980—2019年冬季(12月—次年2月)该地区阻塞高压频次年际变异的主导模态存在明显月际差异:12月表现为北大西洋东部-欧洲西部地区阻塞高压频次的显著同位相变化,1月为北大西洋东部-欧洲西部与乌拉尔山地区阻塞高压频次的具有显著的反位相变化即偶极子模态,2月则为北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次的显著同位相变化。进一步研究表明:1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次偶极子模态与同期局地纬向西风、纬向风垂直切变、经向位涡梯度等大气背景场异常偶极型变化相联系。当乌拉尔山地区关键大气背景场为负异常,而北大西洋东部-欧洲西部为正异常时,两个地区阻塞高压频次分别增加和减少,呈现偶极子模态;反之亦然。阻塞高压频次偶极子模态及相关的背景环流异常可通过调节水平温度平流、垂直运动和水汽输送等来影响1月欧亚北部气温和降水,以及它们的极端事件频次。当阻塞高压频次偶极子模态处于正位相时,乌拉尔山北部(南部)和欧洲南部增温(降温),极端暖、冷事件频次分别增加(减少)和减少(增加...     

西风带阻塞高压形成及崩溃动力机制的Euler-Lagrange理论解释

本文主要采用Euler-Lagrange理论,讨论正压剪切流的切变参数对阻塞高压形成的影响。研究表明:存在一个临界参数,当切变参数的绝对值超过这个临界参数,正压剪切流将分歧出阻塞流型,这意味着阻塞高压的形成;反之,当切变参数的绝对值小于这个临界参数,阻塞流型将恢复到剪切流,这意味着阻塞高压的崩溃。该研究一定程度回答了阻塞流型"怎么形成"和"怎么崩溃"这一基本而关键的问题。     

两种微物理方案对夏季东北亚阻塞过程影响的数值模拟结果分析

选用NCEP/NCAR FNL再分析资料,利用中尺度模式WRF对2011年7月25日—8月3日的一次东北亚阻塞高压过程进行数值模拟试验。通过数值对比试验,讨论有冰相物理过程和无冰相物理过程的两种微物理方案对此次阻塞高压过程的强度和维持时间模拟的差异,并简要阐述原因。结果表明:WRF对阻塞高压过程有较好的模拟效果,有冰相物理过程的微物理方案模拟的阻高强度及维持时间较接近实况,整体阻塞闭合环流形势、高压中心值、中心位置以及中心上下游的低压槽强度均与实况接近;无冰相物理过程的微物理方案模拟阻塞高压在500 及200 hPa平均位势高度场上没有闭合的高值中心出现,500 hPa阻塞高压强度弱,持续时间短,200 hPa则相反。进一步研究发现,这两种差异主要由阻塞高压活动区域内的非绝热加热不同引起的,它对阻塞高压形成的强度和维持时间具有很好的指示意义。另外,阻塞高压附近区域的微物理潜热释放对阻塞过程的强度和维持时间也有一定影响。      

西风带系统的异常活动对2003年淮河暴雨的作用机制研究

利用NCEP/NCAR再分析资料, 分析了2003年6—7月亚洲中高纬地区阻塞形势对淮河暴雨的作用。结果表明:亚洲北部阻塞高压的建立和维持, 使得500 hPa高度上西风锋区南压, 引导冷空气南下, 造成中纬度地区冷暖空气和能量交换频繁。尤其在2003年6月20日后, 阻塞高压活动加强, 淮河流域北部维持为大气能量锋区, 低层850 hPa副热带锋区也长期停滞在35°N附近。阻塞高压的异常活动通过对大气动量和热量的一次次向南频散, 造成淮河流域连续发生暴雨天气过程。阻塞高压的强度及位置变化与前部低涡的活动密切相关, 并通过西风带基本气流及长波系统的螺旋结构的变化, 激发Rossby波的经向传播来影响副热带高压的南北进退, 从而决定了雨带的位置。     

东亚地区夏季阻塞过程的研究进展

阻塞过程是一种大尺度的大气环流持续性异常现象 ,它一旦出现会造成大范围的天气和气候异常。对阻塞过程的定义多种多样 ,有根据阻塞的气候特征进行定义的 ,也有根据阻塞的天气特征进行定义的 ,研究时根据不同的情况应选择不同的定义。人们用平衡态理论、外源强迫下的共振理论、非线性孤立波理论、斜压性及波流相互作用等理论对阻塞过程进行了研究 ,得到了许多有意义的研究结果。东亚夏季的阻塞过程对中国的天气气候有重要影响 ,东北地区的夏季低温、华北地区的干旱、长江中下游和江淮地区的梅雨和洪涝灾害等都与东亚阻塞过程有关。人们对东亚夏季的阻塞过程形成原因的研究很多 ,发现乌拉尔山阻塞高压崩溃后 ,Rossby波的传播、青藏高原及其附近地区暖湿空气的传输和赤道西太平洋海温异常激发的遥相关波列等对东亚夏季阻塞过程的形成有重要影响     

冬季大范围持续性极端低温事件与欧亚大陆大型斜脊斜槽系统研究进展

本文总结了近年来关于我国冬季大范围持续性极端低温事件（EPECE）及其对应的欧亚大陆大型斜脊斜槽系统的研究成果。EPECE和普通寒潮是冬季影响我国的两类不同时间尺度大型冷空气活动,对它们的异同点进行梳理和深入理解是非常必要的。最新研究进展可概括为如下:（1）基于极端低温站点的范围和极端低温过程的持续性特点,客观界定了我国冬季EPECE。近年来的研究表明,欧亚大陆大型斜脊斜槽系统是冬季EPECE形成和维持的主要关键环流系统。同时,鉴于大型斜脊斜槽系统的重要应用意义,建立了客观识别方法。（2）从前兆信号、环流演变、阻塞高压和反气旋式波破碎活动的角度,揭示了EPECE和普通寒潮事件之间的关键区别。全国类EPECE的发生具有一周之前的前兆信号,而普通寒潮并不存在这么早的前兆信号。EPECE以从乌拉尔山到东北亚的广阔区域的阻塞高压活动为关键特征,而普通寒潮则主要以区域性阻塞高压为其主要特征。这两类事件对应的阻塞高压活动的差异可由天气尺度波破碎活动的差异加以解释。（3）最新的研究解释了大型斜脊斜槽系统形成和维持的动力学机理。基本流场对位涡扰动的正压作用是大型斜脊斜槽系统的形成和维持最重要的动力学机制。基本流场通过变形场作功和线性平流使大型扰动维持和向下游发展。与阻塞高压不同,非线性作用并非大型斜脊斜槽系统维持的主要原因。     

江苏地区一次罕见持续性强浓雾过程的成因分析

2013年11月30日—12月9日,江苏出现持续10 d的强浓雾天气。利用秒级探空资料、能见度资料、江苏省高速公路沿线高时空密度的交通气象观测站资料以及NCEP/NCAR的1°×1°的分析资料,结合天气形势、气象要素、物理量场,对这次持续性强浓雾的特点和形成、维持机制进行分析。结果表明,(1)此次雾过程持续时间长、范围广、强度大、污染重。(2)在大陆高压控制下,江苏长时间处于高压带的均压区内是这次连续性强浓雾过程的重要天气条件。(3)地面辐射冷却、低空下沉气流以及东南暖湿气流是强浓雾形成的重要原因。(4)双层逆温和深厚的逆温层是出现强浓雾的重要热力条件。(5)弱冷空气入侵,是雾体爆发增强的促发因子。      

EFFECT OF LOCAL BASIC FLOW STRUCTURE PATTERN IN FORMATION OF BLOCKING HIGHS*

The effect of local basic flow structure pattern (BFSP) on a blocking high formation is investigated within the framework of forced dissipation KDV dynamics.The zonal and meridional positions of the high's center excited by a heat source depend on the BFSP selected.     

1979年2月平流层持续性暖平流与阻塞形势的相互联系

本文利用1979年2月的FGGE资料,诊断分析了北半球冬季平流层内持续性暖平流与对流层阻塞形势的相互联系。分析指出:北大西洋平流层持续性暖平流提供了对流层阻塞形势形成、维持的可能机制和引起对流层内持续的暖平流强度随高度减小的形势,通过斜压机制造成北大西洋阻塞高压在对流层内形成和维持。 垂直运动场的分析表明:平流层持续性暖平流作为一种强的引导,从对流层到平流层产生强烈上升运动,在对流层上层和平流层下层高压脊后产生强的辐散,反气旋性涡度使得下游高压脊发展。文中还指出:平流层内暖平流与对流层阻塞高压同时具有持续性、区域性及准静止性的特点。     

关于阻塞形势演变过程中波数域能量的诊断分析

本文对北半球冬季维持时间较长的三次阻塞形势形成前的纬向平均西风变化以及阻塞过程中波数域动能及其转换进行了诊断分析。分析结果表明：在阻塞形势形成前，由于波流相互作用，使得平均流减弱，并且波流相互作用在太平洋地区和大西洋地区有不同的特点；分析结果还表明：阻塞形势维持期间，由于波波相互作用，行星波异常增幅；而在崩溃期间，也主要通过波波相互作用使得行星波动能减少。