北太平洋冬半年位势高度季节内振荡及其诊断分析

利用NCEP/DOE再分析资料,分析了1979—2012年北太平洋对流层冬半年位势高度的季节内振荡特征。结果表明:北太平洋上空的位势高度表现为显著的10~40 d季节内振荡特征,50~80°N纬度带内振荡最强,主要由东向西传播;位势高度季节内振荡的演变过程伴随太平洋高压脊以及东亚大槽的显著变化;在垂直方向上具有准正压的结构,位势高度季节内振荡的时间演变与地转涡度平流和散度项的季节内振荡有关,其向西移动也是受地转涡度平流和散度项的引导。     

南海—热带西北太平洋地区季节内尺度海气变化关系

本文系统地回顾了作者近年来关于南海-热带西北太平洋地区大气和海洋季节内尺度变化关系方面的主要研究成果。文中对10~20天和30~60天两种季节内振荡海气变化关系的不同以及冬、夏季间的差异进行了系统地比较。相比较而言,大气中10~20天振荡所占比例大于30~60天振荡,海表温度30~60天的振荡在南海和西北太平洋副热带地区比10~20天振荡的贡献大,而在低纬度西太平洋地区10~20天振荡与30~60天振荡贡献相近或稍大。在北半球夏季,10~20天低频振荡的分布呈西南—东北走向,由赤道西太平洋地区向西北偏西方向传播,而30~60天低频振荡则以东西向分布为主,表现为由南向北的传播特征。在北半球冬季,10~20天和30~60天两种低频振荡的水平结构类似,均表现为西南—东北走向;同时,南海地区季节内变化信号表现出明显的向南传播的独特特征,并与东亚冬季风的季节内变化密切相关。北半球夏季,南海—菲律宾海地区10~20天低频振荡强度在厄尔尼诺发展年得到加强,而30~60天低频振荡强度则在拉尼娜衰减年得以加强。分析还指出,热带西北太平洋地区夏季热带辐合带附近的季节内变化,尤其是10~20天尺度变化,对季节平均海表温度异常有显著的反馈作用。     

冬季北半球平流层季节内振荡与对流层季节内振荡的关系

通过平流层大气ISO与对流层大气ISO的比较分析,发现在中高纬地区平流层大气ISO与对流层大气ISO有着许多相同点.北半球冬半年平流层大气环流主要低频模态也可认为是北极涛动(AO),其空间分布的主要特征为; 高纬度地区与中低纬度地区为反位相变化,北极地区附近具有最大的变化值; 其季节内振荡的正位相对应于AO增强,负位相对应于AO减弱.北半球冬半年平流层100 hPa 和70 hPa 位势高度场的低频遥相关分析表明,北极地区(概指北纬60°N以北)和北半球其他大部分地区呈负相关,北极涛动扮演了非常重要的角色.同时,北半球冬半年平流层的主要低频波列是从欧亚大陆中部到西北太平洋,并且由纬向型低频波列(欧亚大陆-西伯利亚-太平洋)和经向型低频波列(欧亚大陆-北极-太平洋)共同构成.平流层30 hPa 和对流层500 hPa 上经过带通滤波(15～90 d)位势高度场的EOF第一主分量的形势有十分类似的特征,它们对应的时间系数序列有显著的延迟相关关系.因此可以认为,北半球平流层大气ISO的变化要先于对流层大气,在滞后35 d 左右其相关系数达到最大.大气环流模式(SAMIL)的数值模拟试验结果也表明,平流层的低频扰动可以在14 d 之后便在对流层500 hPa上激发出低频响应,其谱峰在30 d 左右.这进一步表明,通过大气季节内振荡,平流层的异常可以影响到对流层.     

北半球冬季对流层高层季节内振荡的若干特征

本文对1981-1982年北半球冬季对流层高层季节内(30-60天)振荡的特征作了诊断分析.结果表明:冬季30-60天振荡在北太平洋和北大西洋最显著;冬季30-60天振荡经(纬)向传播在不同经度(纬度)有很大的差异,但在180°E和50°W附近的经向传播都可以从北半球中高纬度一直传到南半球副热带或中纬度;并且由相关分析得到3条明显的经向波列,冬季30-60天振荡经向传播主要是沿这种波列传播;最后对冬季季节内振荡的起因作了简要的讨论.     

北半球平流层极涡崩溃早晚的环流特征及其对5月南亚降水的影响

本文采用1979—2014年NCEP/NCAR月平均再分析资料、CMAP和GPCP月平均降水资料,分析了北半球平流层极涡崩溃早晚的环流特征及其与南亚降水的关系。结果表明,北半球平流层极涡崩溃时间存在明显的年际变化特征。极涡崩溃偏早(偏晚)年,自3月开始异常信号从平流层向下传播,之后的4月,从平流层到对流层高层极区温度异常偏高(偏低),极涡异常偏弱(偏强),极夜急流异常偏弱(偏强)。结果还表明,5月南亚降水异常与平流层极涡崩溃时间的早晚存在显著相关,5月南亚降水异常与平流层极涡崩溃早晚年平流层异常信号的下传有关。当平流层极涡崩溃偏晚年,4月平流层极区表现为位势高度异常偏低,而中纬度则位势高度场异常偏高,并伴随位势高度异常场的向下传播,5月该位势高度异常场下传至阿拉伯海北部大陆上空对流层顶,形成有利于降水的环流场,导致南亚降水偏多。反之,则相反。     

平流层环状模的分类特征及其与对流层的关系

采用NCEP/NCAR逐日再分析资料,通过对北半球环状模指数的分析,将平流层异常分为两类:S型和D型,研究了两类平流层异常过程的差异及其与对流层的关系.结果表明,两种类型的异常特征在平流层类似,而主要的差别发生在对流层.在S型平流层异常期间,平流层纬向风异常有随时间向下传播的趋势,对流层表现为与平流层一致连续的纬向风异常;位势高度和温度距平场的分布中,最显著的特征是对流层与平流层呈相当正压结构,极区和中纬度异常表现为反位相的振荡,呈现典型的北极涛动特征.在D型平流层异常期间,平流层纬向风异常随时间向下传播的趋势不存在,另外平流层纬向风异常仅局限在平流层范围内,对流层表现为与平流层相反的纬向风异常;位势高度和温度距平场的分布中,平流层中低层与高层呈现反位相的距平分布,在对流层中低层,温度和位势高度的距平场呈现无规则的分布.     

1976年世界重大天气现象——第一部分

北半球概况 1976年1—8月,北半球平均环流特征是极地地区对流层高度偏低;中纬度特别是在太平洋,大西洋和西欧地区则偏高。低纬度在冬春季节,其高度略偏低,这使得西太平洋出现了异常而不合季节的台风活动。因此,北半球西部(90—180°W)的极地西风带,     

副热带北太平洋大气季节内振荡时空特征的诊断研究

用时空谱分析和小波变换方法,对1958—2002年NCEP/NCAR再分析资料经、纬向风速和位势高度的年时间序列进行了波谱分析,并重点研究了北太平洋副热带区域经向风30—60天振荡(ISO)的时空特征。研究结果表明,北半球经向风与纬向风和位势高度的30—60天振荡特征迥然不同,代表风场经向低频扰动的经向风ISO在副热带和中高纬度最为活跃,而在热带地区的活动十分微弱;北半球副热带850 hPa高度场和纬向风在10—90天内(季节内)振荡的主要能量集中在纬圈波数为1、周期为30—60天的波动上,而850 hPa经向风季节内振荡的主要能量集中在纬圈波数为4—6、周期为30—60天以及70—90天的波动上,上述3个物理量30—60天振荡向西传播的能量都强于向东传播的能量。一年当中,东亚到北太平洋的副热带地区,经向风ISO在东亚—西北太平洋与东北太平洋两个区域的活动最强,且在这两个区域存在明显的季节振荡,即东北太平洋的ISO在冬季最强在夏季最弱,而东亚—西北太平洋区域的ISO在夏季最强冬季最弱。850 hPa经向风ISO的年际和年代际变化分析表明,在东亚副热带区域其活动1958—1975年较强,1976—1990年明显减弱,而1991—2000年最强;其在ENSO发生期间有较为明显的异常活动,但其强弱变化没有显著的定势,然而2—7年的带通滤波分析表明西北太平洋ISO的年际活动含有较显著的ENSO信号,9年的低通滤波分析表明,年代际时间尺度上,西北太平洋ISO的活动与ENSO循环有较为显著的反相关特征,而东北太平洋区域ISO与ENSO循环有较为显著的正相关关系。     

北半球平流层低层大气季节内振荡特征

利用奇异谱分析方法（SSA）分析了1975年1月1日至12月31日北半球30hPa高度场变化特征，结果发现:平流层低层大气除了年变化及季节变化趋势外，还存在明显的季节内振荡，最显著的周期为20～60天；在持续性异常多发地区，30hPa高度场变化中20～40天周期振荡占优势，而在其它一些地区则盛行40～60天周期振荡；对流层持续性异常主要同对流层高度场的20～40天振荡有关，并可能通过这种周期振荡同平流层低层相同周期的振荡的相互作用影响平流层低层大气季节内变化。     

北半球冬季平流层环流的持续异常

本文利用1975—1976到1985—1986年共11个冬季的50hPa位势高度场(10°×10°) 资料,揭示了北半球冬季平流层环流持续异常的观测研究结果。 　分析结果表明:北半球冬季平流层内存在显著的环流持续异常,主要出现在三个地区: 北美地区、亚洲大陆北部区、西欧北部巴伦支海及新地岛地区,其中以北美地区最为显著; 北美地区异常持续的位势高度场距平与亚洲大陆北部距平还具有明显的See—Saw现象,遥相 关特征十分清晰。文中还进一步指出北半球冬季平流层环流具有比对流层环流更显著、强烈 的持续异常。     

中高纬大气ISO对夏季鄂海阻高形成和维持的调节作用

运用1979—2015年的逐日NCEP-DOE再分析资料,探讨了夏季鄂霍次克海阻塞高压(简称“鄂海阻高”)与中高纬大气季节内振荡(简称“ISO”)之间的可能联系。研究发现,ISO扰动与夏季鄂海阻高在关键区(130°~160°E,60°~75°N)有最好的耦合关系,且关键区位势高度表现出显著的10~30 d的振荡周期。超前滞后合成分析表明,与鄂海阻高相联系的ISO扰动具有明显的向西传播的特征。波活动通量分析结果显示,波能量在中高纬140°W附近累积,因此西传的ISO扰动可能源自中高纬140°W附近。对位势倾向方程的诊断结果显示,动力作用对关键区位势高度的时间变化起主要作用。进一步运用尺度分析表明,在夏季鄂海阻高发生和维持的过程中,ISO经向风引导的平均涡度平流对位势高度的时间变化起主导作用。     

大气季节内振荡及其重要作用

大气季节内振荡(ISO)是上世纪80年代以来大气科学的重要前沿研究课题.作者系统地回顾和总结了十多年来在大气季节内振荡(ISO)及其对其他气候系统的重要作用方面的主要研究工作和成果,尤其是新近的研究成果.主要包括热带大气ISO的基本特征和主要活动规律;中高纬度大气ISO的基本特征和活动规律,以及与热带大气ISO的主要差别;全球大气低频(30～60天)遥相关特征;大气季节内振荡的动力学机制;大气季节内振荡对南海(亚洲)夏季风爆发,以及对南海(东亚)夏季风异常的重要作用;热带大气季节内振荡与El Nino(L     

青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡特征

利用1979—2019年ECMWF提供的ERA-Interim逐日再分析资料,采用Morlet小波分析、滤波及合成分析等方法,探究了青藏高原夏季对流层高层纬向风季节内振荡（IntraSeasonal Oscillation,ISO）的主要周期及其传播特征。结果表明：青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡的主要周期为10～30 d,其强度存在明显的年际差异。在纬向风ISO强年,振荡过程持续时间长、振幅强,ISO方差中心从对流层高层向下影响到对流层中层,表现为相当正压结构。其传播在纬向上主要表现为ISO中心从高原东部3次向东传,可达西太平洋地区;经向上分别有4次自中高纬向南传播的10～30 d ISO中心与来自低纬地区的ISO中心在高原南侧汇合,其强度在高原南侧有所加强,强振荡中心可向南传播到达低纬地区。ISO的位相演变主要表现为低频反气旋和低频气旋中心在高原东部交替出现,引起东部地区上空低频东风和低频西风的强度变化。在ISO极端活跃位相,高原东部低频西风达最强。     

2002年夏季中高纬大气准双周振荡对华南降水的影响

利用JRA55大气再分析资料和TRMM卫星降水资料,分析了2002年夏季（5~8月）华南地区降水的低频振荡特征,重点揭示了对其影响显著的中高纬大气季节内振荡的环流结构及演变。小波和功率谱分析表明,2002年夏季华南降水表现为主周期为10~30 d的准双周低频振荡。典型低频降水事件及合成分析指出,准双周降水的强（弱）变化除了受低空西北太平洋副热带高压西伸进入（东移退出）南海的影响以外,还显著地依赖于中高纬地区高空大气环流的季节内振荡。在对流层高层,中高纬度地区存在一支自大西洋经欧亚大陆的气旋—反气旋相间排列的低频波列。该波列在欧亚大陆地区向东南传播,当异常反气旋和气旋分别位于青藏高原和华北上空时,这种偶极型环流之间的高空辐散场有利于华南地区上升运动的发展,因而华南降水偏强;反之,华南降水偏弱。研究还表明,低频波列南移造成了对流层异常温度平流和副热带高层异常绝对涡度的变化,使得华南地区上升与下沉运动交替出现以及相应的经向环流圈反转,从而导致华南准双周振荡干湿位相的转换。局地异常感热加热对干湿位相转换也起一定作用。时滞相关分析发现,当青藏高原地区500 hPa位势高度异常场超前于华南异常降水4 d（即位相差为1/4周期）时,二者出现显著正相关,表明青藏高原地区500 hPa位势高度异常对预测华南地区季节内降水变化有潜在的应用价值。     

中高纬大气30—60天低频振荡的一种动力学机制

本文着重考虑非均匀基本流的正压局地不稳定性，研究中高纬低频振荡产生的动力机制。基本流是取1980年冬、夏300 hPa的位势场。结果表明正压局地不稳定性能较好地解释中高纬大气30—60 d天振荡。这似乎表明，低频振荡是大尺度大气运动和扰动相互作用的一种固有特征，而不是外源强迫的结果。本文还讨论了适于激发季节内低频振荡的基本流场。初值问题的研究发现中高纬大气30—60 d振荡呈纬向三波模态发展，与初始扰动和基本气流的冬、夏差别无关。     

An analysis of extreme intraseasonal rainfall events during January–March 2010 over eastern China

The precipitation over eastern China during January–March 2010 exhibited a marked intraseasonal oscillation (ISO) and a dominant period of 10-60 days. There were two active intraseasonal rainfall periods. The physical mechanisms responsible for the onset of the two rainfall events were investigated using ERA-interim data. In the first ISO event, anomalous ascending motion was triggered by vertically integrated (1000–300 hPa) warm temperature advection. In addition to southerly anomalies on the intraseasonal (10–60-day) timescale, synoptic-scale southeasterly winds helped advect warm air from the South China Sea and western Pacific into the rainfall region. In the second ISO event, anomalous convection was triggered by a convectively unstable stratification, which was caused primarily by anomalous moisture advection in the lower troposphere (1000–850 hPa) from the Bay of Bengal and the Indo-China Peninsula. Both the intraseasonal and the synoptic winds contributed to the anomalous moisture advection. Therefore, the winter intraseasonal rainfall events over East Asia in winter could be affected not only by intraseasonal activities but also by higher frequency disturbances.     

东亚季风区冬季经向风的季节内变化及其可能机理

利用1979—2013年ERA-interim再分析资料,通过均方差分析、功率谱分析、带通滤波及合成分析等统计方法系统地分析了东亚季风区冬季经向风的季节内变化及其可能机理。结果表明,东亚季风区冬季经向风异常在我国华南一带变化显著,振荡周期为10~20 d(准双周振荡)。在准双周尺度上,水平方向上,850 h Pa异常北风主要呈现从高纬向低纬传播的特点,60°N附近异常经向风向东南方向传播,副热带30°N附近弱的异常经向风向东传播,二者在华南汇合,随后分为两支中心,分别向南和向东继续传播,我国华南一带存在基本气流向准双周尺度波动的能量转换,因此异常经向风在华南会显著增强;垂直方向上,对流层上层、中层、下层的经向风呈现强—弱—强的异常中心特征,对流层下层850 h Pa和上层200~300 h Pa均存在经向风大值中心;我国东部上空300 h Pa上,副热带地区波动比850 h Pa更明显,60°N附近波动向东南方向移动,同样在我国东部地区合并,波动辐合导致波动能量增强。     

南亚高压季节内变化与热带季节内振荡之间的关系

采用观测分析和数值试验等方法,分析夏季南亚高压与热带季节内振荡(ISO)之间的关系,并对两者之间的相互作用进行量化诊断,探讨其物理过程.主要结果表明:南亚高压ISO与热带ISO活动关系密切,当热带ISO处于印度洋位相(第1、2、3位相),则南亚高压东脊点位置偏西,当ISO处于太平洋位相(第5、6、7位相),则南亚高压东...     

热带低层大气30～60天低频动能的年际变化与ENSO循环

利用NCEP再分析资料,通过统计相关及合成分析研究了热带大气季节内振荡(ISO)的年际变化与ENSO循环之间的关系.结果表明,热带大气季节内振荡(也称30～60天低频振荡)的年际变化在热带中西太平洋地区最强.在ElNino成熟之前的春夏季,热带西太平洋的30～60天振荡异常活跃,其动能明显增加且逐渐东移;在E1Nino成熟以后,热带西太平洋大气30～60天低频振荡迅速减弱.与这种加强的30～60天振荡相伴随,在赤道北侧为异常的气旋式环流,赤道地区出现偏西风异常.相反,在LaNina成熟之前的春夏季,热带西太平洋大气30～60天振荡偏弱.进一步的分析还发现,东亚冬季风的年际变化是引起热带大气30～60天振荡的年际变化的主要机制:强东亚冬季风导致热带西太平洋积云对流加强,从而引起热带西太平洋大气30～60天振荡加强;相反,对应于弱的东亚冬季风,热带西太平洋地区积云对流偏弱,大气30～60天振荡偏弱.作者的资料分析还证实,热带大气30～60天低频振荡的年际变化,作为一种外强迫,对ElNino的形成起着十分重要的作用.     

长江中游和下游夏季降水季节内振荡的差异

利用1979~2013年中国站点逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,对长江中下游夏季降水的季节内振荡最显著周期进行了分析研究。结果表明长江中游最显著周期为10~30天,长江下游最显著周期为30~60天。为了揭示这种差异产生的物理原因,进一步利用位相合成的方法对这两个区域不同周期的季节内振荡降水、高低空风场和高度场以及垂直结构和水汽等循环过程的演变特征进行分析。在200 hPa环流场上,长江中游的降水主要受到高纬度自西向东传播的波列影响,而长江下游的降水与鄂霍次克海的高度场的变化相关。在风场的垂直涡度和散度的位相结构演变过程中,10~30天的垂直涡度和散度有自北向南的移动,30~60天的垂直涡度和散度在长江以南地区有自南向北的传播。水汽输送的位相发展过程表明,长江中游的水汽分别来自于南海的向北输送和长江以北地区向南的水汽输送;长江下游地区的水汽则主要来自于热带东印度洋经孟加拉湾的向东输送并在南海的北向输送,以及西太平洋水汽向西输送到南海再向长江下游的输送。从高层大尺度环流场和整层积分的水汽通量输送上解释了长江中游10~30天降水的自北向南移动,和长江下游30~60天降水自南向北传播的原因。