北半球冬季欧亚遥相关型的变化特征及其对我国气候的影响?

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站地表面气温和降水的观测资料, 首先采用旋转经验正交函数 (REOF) 方法定义了冬季欧亚遥相关型 (EU), 并计算了冬季的欧亚遥相关型指数 (EU指数), 在此基础上分析了欧亚遥相关型的时间和空间变化特征, 并进一步研究了与欧亚遥相关型异常相联系的东亚冬季风系统变化以及我国冬季气温和降水的异常。针对欧亚遥相关型的分析结果表明, 在欧亚大陆上空, 大气内部存在与EU相联系的波列从北大西洋传播到乌拉尔山以东的欧亚大陆地区。在时间变化上, 冬季EU以为年际变率为主, 年代际变化的分量不明显, 其显著周期表现为2～4年。当冬季EU处于正位相时, 与之相关联的东亚大气环流异常表现为: 东亚地区高空的急流增强、 东亚大槽加深, 导致东亚冬季风偏强, 东亚地区温度偏低, 从而使得我国东部降温、 降水减少; 反之, 当冬季EU处于负位相时, 我国东部增温、 降水增加。     

初夏东亚—太平洋遥相关波列年际变化的一种物理机制

根据1978-2002年北半球500 hPa高度场、地表温度场以及中国夏季雨带类型资料,应用最小二乘法获得了能反映1978-2002年各年北半球大气环流演变大尺度特征的25组空间谱函数.采用改进的低截谱模式方法和多种统计假设检验方法获得了夏季东亚-太平洋遥相关波列年际变化的一个物理机制.结果表明,当大气环流的内部动力过程中大尺度波-波和波-流相互作用明显时,大气环流的演变表现出明显的非线性特征,导致初夏从低纬到高纬东亚-太平洋遥相关波列多为"-、+、-"分布,相应的-EAP指数多为正值,西太平洋副热带高压北跳明显,相应中国夏季多雨区主要位于淮河流域及其以北地区;反之,当大气环流的内部动力过程中大尺度波-波和波-流相互作用较弱时,大气环流的演变表现出较为明显的线性特征,初夏从低纬到高纬东亚-太平洋遥相关波列为"+、-、+"分布,EAP指数多为负值,夏季西太平洋副热带高压北进不明显,相应中国夏季多雨区主要位于淮河、长江流域及以南地区.     

北半球夏季位势高度场遥相关型的观测研究

本文利用点相关普查和经验正交函数展开分析了北半球夏季500hPa位势高度场的年际变化特征,指出在北半球夏季主要存在4种遥相关型,它们分别被称作亚洲/北美型、欧亚型、东北太平洋型和北美/西欧型.其中前两种遥相关型和东亚夏季大气环流年际异常有直接的联系.北半球夏季遥相关型的揭示对于研究东亚大气环流年际变异的机理及其预报有参考价值.     

东亚高空急流协同变化对冬季欧亚遥相关型气候效应的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国地面735站气温和降水资料,首先分析了欧亚遥相关型的时间演变和结构特征,在此基础上探讨了欧亚遥相关型不同位相时东亚大气环流的差异,并进一步研究了欧亚遥相关型影响我国冬季气温和降水过程中东亚高空急流的重要作用。从结构上看,欧亚遥相关型位势高度异常中心位于250 hPa高度,表现出准正压的结构。欧亚遥相关型位于正位相时,东亚温带急流强度偏弱且位置向北移动;副热带急流强度偏强,两支急流在45°N附近有明显分界;西伯利亚高压和阿留申低压强度增强;东亚大槽加深,槽线倾斜不明显。负位相时则相反。欧亚遥相关型与东亚高空急流的联系是其影响我国气温降水的重要原因。正欧亚遥相关型时,偏弱的温带急流区较强的北风分量有利于北方冷空气南下,从而造成我国气温偏低;偏强的副热带急流区增强的南风将副热带地区暖湿空气向北输送,两支急流协同变化,影响我国冬季降水异常的分布。去掉温带急流或副热带急流偏强的年份,欧亚遥相关型与我国温度、降水的相关性显著减弱,说明欧亚遥相关型是通过东亚高空急流协同变化的桥梁,对我国温度和降水异常产生影响。进一步研究发现,欧亚遥相关型与副热带急流的关系不如其与温带急流稳定,导致在欧亚遥相关型同一位相时东亚高空急流存在两种不同的配置,这种高空急流配置的不唯一性使得东亚高空急流能对欧亚遥相关型的气候效应起到调控作用。     

引起我国夏季旱涝的东亚大气环流异常遥相关及其物理机制的研究

本文综述了引起我国夏季旱涝的东亚大范围、持续性大气环流异常遥相关方面的国内外研究状况。本文特别强调了关于夏季东亚大气环流异常遥相关物理机制的研究,其中不少研究是作者多年努力的成果。本文还指出在这方面应进一步研究的问题。     

南极海冰涛动对北半球夏季大气环流的影响

南极海冰首要模态呈现偶极子型异常,正负异常中心分别位于别林斯高晋海/阿蒙森海和威德尔海。过去研究表明冬春季节南极海冰涛动异常对后期南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）型大气环流有显著影响,而AAO可以通过经向遥相关等机制影响北半球大气环流和东亚气候。本文中我们利用观测分析发现南极海冰涛动从5～7月（May–July,MJJ）到8～10月（August–October, ASO）有很好的持续性,并进一步分析其对北半球夏季大气环流的可能影响及其物理过程。结果表明,MJJ南极海冰涛动首先通过冰气相互作用在南半球激发持续性的AAO型大气环流异常,使得南半球中纬度和极地及热带之间的气压梯度加大,在MJJ至JAS,纬向平均纬向风呈现显著的正负相间的从南极到北极的经向遥相关型分布。对流层中层位势高度场上,在澳大利亚北部到海洋性大陆区域,出现显著的负异常,在东亚沿岸从低纬到高纬呈现南北走向的“? + ?”太平洋—日本（Pacific–Japan,PJ）遥相关波列,其对应赤道中部太平洋及赤道印度洋存在显著的降水和海温负异常,西北太平洋至我国东部沿海地区存在显著降水正异常和温度负异常;低纬度北美洲到大西洋一带存在的负位势高度异常和北大西洋附近存在的正位势高度异常中心,构成一个类似于西大西洋型遥相关（Western Atlantic,WA）的结构,对应赤道南大西洋降水增加和南撒哈拉地区降水减少。从物理过程来看,南极海冰涛动首先通过局地效应影响Ferrel环流,进而通过经圈环流调整使得海洋性大陆区域和热带大西洋上方的Hadley环流上升支得到增强,海洋性大陆区域特别是菲律宾附近的热带对流活动偏强,激发类似于负位相的PJ波列,影响东亚北太平洋地区的大气环流,而热带大西洋对流增强和北传特征,则通过激发WA遥相关影响大西洋和欧洲地区的大气环流。以上两种通道将持续性MJJ至ASO南极海冰涛动强迫的大气环流信号从南半球中高纬度经热带地区传递到北半球中高纬地区,从而对热带和北半球夏季大气环流产生显著影响。     

北半球夏季遥相关型的年际变化及其数值模拟

本文利用美国NMC多年北半球夏季500hPa逐日高度场的经纬度网格点资料,计算了基点位于20°N,120°E的北半球夏季扰动高度场的点相关.计算结果表明,北半球夏季在南亚、东亚与北美地区存在着一个大气环流的遥相关型. 本文还计算了这个环流异常遥相关型的年际变化,计算结果表明这个遥相关型有很大的年际变化.1972/73年ENSO事件中,这个相关型尤其明显,而其它正常年份则不明显. 本文还利用IAP-GCM与1973年夏季实际的太平洋SST距平分布模拟了由于热带西太平洋海表温度升高而产生的北半球大气环流遥相关     

印度季风与东亚夏季环流的遥相关关系

通过NCAR/NCEP再分析资料诊断发现印度夏季降水与东亚 5 0 0hPa位势高度有显著的相关性 ,形成了印度—东亚遥相关型 (IEA型 )。结合太平洋日本型 (PJ型 )的特征 ,指出PJ型主要决定夏季西北太平洋副热带高压的南北位置 ;IEA型在一定程度上影响副高脊西伸的东西经度或夏季中国大陆上空的平均位势高度距平。气候模式数值试验揭示出印度—东亚遥相关型对东亚很重要并且与印度洋海温异常有关 ,借此提出ENSO影响东亚夏季风的两条途径 :一条是直接路径 ,另一条为选择性路径。     

东亚-太平洋遥相关型形成过程与ENSO盛期海温关系的研究

利用1961～2000年NCEP/NCAR再分析资料、扩展重建的海表温度资料(ERSST)和中国730个站旬降水资料,采用SVD和扩展SVD（ESVD）分析、合成分析、相关分析等方法,在分析中国梅雨期降水与同期大气环流和前期冬季海温之间关系的基础上,研究了ENSO盛期海温异常导致与长江流域梅雨期降水密切相关的东亚/太平洋（EAP）遥相关型形成的过程,及与ENSO相关的海温和大气环流异常的持续性问题。结果表明,梅雨期EAP遥相关型的出现与ENSO遥强迫作用有密切关系。联系冬季ENSO和梅雨期EAP遥相关型的关键过程主要有三个:（1）西北太平洋低纬地区异常反气旋环流的形成和维持, 它在冬季形成后一直可维持到夏季,使得夏季西北太平洋副热带高压偏南偏强;（2）东亚大槽持续偏弱,冷空气活动路径偏北偏东,使西北太平洋海温呈亲潮区偏冷、黑潮区偏暖的海温分布; （3）PNA遥相关型的持续发展,使北冰洋地区高度增高。后二者通过局地海气相互作用和大气内部调整过程对初夏鄂霍次克海阻塞形势的形成起重要作用。另外,持续性分析表明,ENSO年大气环流和海温距平型的持续性要比非ENSO年大得多。在ENSO年大气环流和海温之间存在很强的相互作用耦合关系,ENSO引起的大气环流异常可导致太平洋海温异常,而海温异常一旦形成反过来又可导致大气环流异常的稳定和维持,对后期初夏东亚季风和我国天气气候产生明显滞后效应。     

亚洲夏季风活动激发的北半球大气环流遥相关型

亚洲季风区是全球热力变化最为显著的区域，亚洲夏季风活动必定会对其它环流系统产生影响。本文通过夏季风指数与北半球环流的相关计算以及强、弱季风候北半球环流异常合成的分析发现，亚洲夏季风的活动会激发北半球夏季大气环流遥相关型，其主要相关中心均出现在季风区的下游地区，即从亚洲经太平洋至北美洲一带，除了表现出正负中心交替出现的波列状结构外，该遥相关型在太平洋地区还表现为一对南北向的偶极子异常型，我们将这一遥相关型称为亚洲太平洋北美（ＡＰＮ）型。     

青藏高原雪盖异常的环流特征及其与我国夏季降水的关系

在1955~1993年各种类型青藏高原冬季积雪资料进行综合再分析基础上, 通过典型年份合成对比与相关分析, 发现青藏高原冬季雪盖异常, 同期北半球中高纬500 hPa高度场存在3正2负遥相关结构及相似二维Rossby遥相关波列, 该遥相关型强度指数I_asp与夏季大气环流又存在一个明显的东亚—太平洋遥相关的关系, 与长江中下游汛期旱涝呈正相关, 最高相关区位于江南北部。遥相关强度指数I_asp的强弱在较大程度上间接反映高原积雪异常与否, 并为积雪因子在我国汛期旱涝预测的应用提供一定的物理基础。     

山东夏季暴雨对青藏高原东南部及邻近区域春季大气热源变化的响应

利用1979—2018年山东省120个国家气象站逐日降水观测数据、欧洲中期天气预报中心ERA-Interim逐月再分析资料以及美国国家环境预报中心和大气研究中心逐6 h再分析资料,分析春季青藏高原大气热源强度变化对山东夏季暴雨的影响。结果表明：近40 a山东大部地区暴雨日数呈增加趋势,鲁西南、鲁西北中东部增加趋势显著。春季、夏季高原均为东亚大气热源较强区域,春季高原大气热源强中心区的强度与山东夏季暴雨指数呈显著正相关。当春季高原大气热源增强时,夏季南亚高压加强、东扩,200 hPa南亚高压易呈中部型,500 hPa中国东北地区易有冷涡生成南下,日本东部西太平洋副热带高压加强北抬,山东处于冷暖气流交汇区,同时明显有自南向北的水汽输送至山东地区,低层辐合、高层辐散的环流配置促使该地区上升气流增强,有利于降水产生。春季高原大气热源强度与夏季南亚高压强度、丝绸之路遥相关分别呈显著正、负相关,大气热源增强下的环流形势有利于山东地区出现强降雨。     

2015年夏季东亚和南亚降水异常与热带太平洋海温异常的联系及机理

2015年我国东部夏季降水呈现南北反位相的空间分布,河套地区降水异常偏少、长江中下游地区降水异常偏多,同期印度中部地区降水负异常,上述三个区域2015年夏季降水距平百分率绝对值极大值均超过55%。东亚和南亚地区2015年夏季降水异常的形成机理主要是由于该年夏季处于El Niňo事件的发展位相,菲律宾群岛及邻近区域反气旋环流异常,江淮地区至日本列岛气旋式环流异常,对流层低层位势高度异常场和整层水汽异常输送场亦存在相一致的空间分布,表现为负位相的EAP(East Asian-Pacific)/PJ(Pacific-Japan)型遥相关,有利于河套地区降水偏少和长江流域降水偏多。热带太平洋海温异常引起热带地区Walker环流负异常,热带西太平洋地区上空受异常下沉气流控制,热带印度洋区域对流层盛行东风异常,减弱了印度夏季风,并造成了印度中部地区夏季降水偏少。另一方面,印度上空对流层低层受异常反气旋控制,该异常反气旋北侧的西风异常沿着青藏高原南麓向东运动,增强了与EAP/PJ型遥相关相联系的异常水汽输送,有利于维持和增强河套地区降水负异常和长江中下游地区降水正异常。     

夏季东亚高空急流与太平洋-日本遥相关型的关系

利用NCEP/NCAR和NOAA月平均资料,采用奇异值分解方法分析了夏季东亚高空纬向风场和西北太平洋海表温度(SST)的耦合关系,并据此研究了东亚副热带高空急流和太平洋-日本(Pacific-Japan,PJ)遥相关型的可能联系。合成分析结果表明,东亚副热带高空急流正模态年,急流偏南偏强,对流层上层南亚高压增强东进,中层西太平洋副热带高压加强西伸,菲律宾周边海域SST升高,中纬度黑潮延伸体区SST降低,菲律宾海和热带西太平洋地区对流活动偏弱,日本海和黑潮延伸体海区对流活动增强,对应PJ遥相关型的负位相;而东亚副热带高空急流负模态年,急流偏北偏弱,对流层上层南亚高压减弱西退,中层西太平洋副热带高压减弱东撤,菲律宾周边SST降低,中纬度黑潮延伸体区SST升高,菲律宾海和热带西太平洋地区对流活动强盛,日本海和黑潮延伸体海区对流活动减弱,对应PJ遥相关型的正位相。由于夏季东亚副热带高空急流活动与PJ遥相关型存在关联,PJ遥相关型可能是东亚副热带高空急流响应太平洋海温异常的纽带。     

12月和2月热带太平洋海温与东亚水汽输送关系的年代际变化机制

利用1950～2019年NCEP/NCAR大气再分析资料、NOAA海表面温度资料以及ERA5垂直积分水汽通量资料，分析了12月和2月热带中东太平洋海温与东亚水汽输送关系的年代际变化。结果表明，12月东亚上空经向水汽输送与热带中东太平洋海温的相关性在1980年代中期之前较弱，1980年代中期之后二者呈显著正相关；2月二者关系在1950～1970年和1990～2010年呈显著正相关。12月二者关系年代际变化的主要原因是热带太平洋海温通过太平洋—东亚（PEA）遥相关型和环北半球遥相关型对东亚水汽输送的影响在1980年代中期之后增强；当热带中东太平洋海温偏暖（冷）时，影响PEA遥相关型和环北半球遥相关型，导致东亚自南向北的水汽输送异常增强（减弱）。与12月不同的是，2月二者关系在1950～1970和1990～2010年主要受PEA遥相关型影响。而在1971～1989期间，2月二者关系受环北半球遥相关型影响；当热带太平洋海温偏冷（暖）时，影响环北半球遥相关型，导致东亚经向水汽输送异常增强（减弱），该机制可以部分抵消PEA机制对东亚水汽输送的影响，导致二者关系在此期间不显著。此外1990年之后，热...     

Precursory atmospheric teleconnection patterns for strong Siberian High events

本文利用日本55年逐日再分析资料,发现在SH异常增强前,有三种不同的大气遥相关型前兆信号,即斯堪的纳维亚(SCA)型,西太平洋(WP)型,极地-欧亚(POL)型.据此,本文将异常增强的SH分为对应的三类事件.合成结果表明,三类事件在典型环流特征和对东亚气温的影响上存在着明显的不同.具体而言,SCA类事件主要表现为在欧亚中高纬度上自西向东的波列异常,WP类事件表现为环流异常自下游太平洋/俄罗斯远东地区向西发展的特征,POL型事件的显著信号则来源于自极区向南移动的反气旋式环流异常.在对东亚地表气温的影响上,SCA类与POL类事件类似,它们均可造成大范围的低温异常.而WP类仅在我国北方和东部地区造成强度较弱的地表气温异常,但该异常的持续性特征较明显.     

华南前汛期盛期中国东部降水异常模态的环流特征及成因分析

根据1958~2011年中国东部(105°E以东)316站逐日降水观测资料及环流逐日再分析资料,利用统计分析、物理量诊断等方法,探讨华南前汛期盛期(5月21日至6月10日)中国东部降水异常模态及对应大气环流特征和可能成因。分析发现,华南前汛期盛期中国东部降水异常表现为两个相互独立的降水模态:第一模态为华南全区一致型,当其时间系数为正(负)时,整个华南降水偏多(少),黄河中游降水偏少(多);第二模态为华南沿海东部型,当其时间系数为正(负)时,华南沿海东部降水偏多(少),而长江中下游降水偏少(多)。研究发现,造成华南前汛期盛期两个降水型的环流特征有明显差异:全区一致型降水主要受东亚高空西风急流南北偏移、副热带高压脊东西偏移及低层南海北部异常风场影响;沿海东部型降水主要由东亚高空西风急流强弱及位置异常、副热带高压强弱变化、低层日本以南西太平洋异常风场导致。此外,两个降水型对应环流异常的成因也各不相同。第一模态中高层环流异常由丝绸之路遥相关型导致,低层风场异常在5月下旬由阿拉伯海向下游传播的风场异常波列引起,在6月上旬则由西太平洋西移的异常反气旋(气旋)造成。第二模态的中高层环流异常先后由极地—欧亚遥相关型、环球遥相关型引起,低层风场异常由高层环流异常的动力作用造成。两降水型均存在整层深厚的垂直运动,但第一模态的垂直运动在高层闭合且对应显著的辐合辐散异常,第二模态则不具有上述特征。     

东亚太平洋与欧亚遥相关型的相互配置及其气候影响

利用近60 a中国160站夏季降水资料和NCEP/NCAR月平均位势高度场、风场等再分析资料,采用相关分析和合成分析等方法对东亚太平洋遥相关型(EAP)和欧亚遥相关型(EU)的不同配置特征及其对中国夏季降水的影响进行了研究.研究结果表明:EAP与EU两种遥相关型是相互独立的,相关系数为-0.03.两者存在以下四种配置:EAP和EU均活跃且位相相同(第Ⅰ类配置)、EAP和EU均活跃且位相相反(第Ⅱ类配置)、仅EU活跃(第Ⅲ类配置)和仅EAP活跃(第ⅣV类配置).EAP与EU呈现不同配置类型时,中国夏季的降水分布相应的存在差异.当二者之间是第Ⅰ类配置时,降水异常分布呈北方型;当二者配置为第Ⅱ类时,降水异常分布呈现出中间型,雨带集中在长江流域;第Ⅲ类配置时,降水大值区主要集中在长江中上游黄河以南地区;而第Ⅳ类配置时,降水集中在长江中下游地区,雨带呈东北—西南走向.     

海温分布型对长江中下游旱涝的影响

采用经验正交函数 (EOF) 分解、奇异值分解 (SVD) 及相关、合成分析等方法, 分析了太平洋海温异常分布与东亚大气环流及长江中下游降水的关系.结果表明:涝、旱年太平洋海温差值场从前一年秋季至当年夏季一直维持由西北向东南“+ - + -”分布特征, 这种太平洋海温分布型与东亚-太平洋遥相关型 (EAP) 密切相关.旱涝年前期太平洋海温异常分布使得低纬度对流活动有明显差异, 而对流活动的异常分布又导致西太平洋副高及东亚大气环流的异常, 从而影响长江中下游降水.数值试验进一步表明:长江中下游旱涝不仅与热带, 同时也与中高纬太平洋的海温异常有关.     

东亚夏季风异常大气环流遥相关及其对我国降水的影响

根据夏季东亚季风区内季风环流异常所反映行星尺度扰动的强弱,来定义东亚大气遥相关指数IEA.分析表明,它能较清楚地反映夏季西太平洋副高脊线和西伸脊点位置与东亚季风系统各支季风气流的变化.并揭示当IEA偏强(弱)时,东亚季风系统内的热带季风环流出现异常加强(减弱),副热带季风环流出现异常减弱(加强),而中高纬度季风环流又出现异常加强(减弱),三者之间的关系.分析还表明,IEA异常前期,具有明显ENSO循环位相特征,冬季热带太平洋SST、OLR异常,以及对流层高层风异常,可以作为前期征兆信号.该指数变化与我国夏季降水异常分布密切相关,并清楚地反映出东亚季风系统内热带季风环流与副热带季风环流及其各支季风气流异常对我国夏季降水的影响,为该指数在气候监测与预测中的应用提供一定的物理依据.