大气自由模与中高纬准双周振荡

用数值方法研究了自由模对强迫耗散系统解的轨线的影响。首先,用变分法得到实际大气自由模,并设计一族解析自由模——理想大气自由模;其次,以两类自由模分别作强迫场,初始场取1993年7月1目的500hPa流函数场,然后应用强迫耗散正压涡度方程的全球谱模式积分300d,得到：(1)以1992年12月27—28日500hPα的实际大气自由模作强迫场时,①α=γ=k≥0．02,强迫、耗散系数相等且足够大时．随着时间演变,大气总是接近自由模态;②强迫系数α=0．1,耗散系数γ=0．02时．中高纬出现局地性准双周振荡。(2)以理想大气自由模作强迫场时,固定耗散系数γ=0．01,强迫系数0．0095≤α≤0．011时,振荡周期与强迫系数呈正相关关系。     

江淮梅雨期降水南北反位相分布与大气准双周振荡

利用1954—2005年中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析江淮梅雨期降水的南北反位相分布(Anti-Phase Distribution:APD)和大气准双周振荡(Qusi-Biweekly Oscillation:QBWO)之间的关系,诊断结果表明:(1)1954—2005年江淮梅雨APD共有16年较为显著。从1990年代开始,梅雨APD显著增强,并且表现出显著的2年和4～6年振荡周期。在降水较多的区域,降水的准双周振荡往往也较强。(2)梅雨期降水APD和中国东部地区降水的南北变动同属一个位相,中国东部地区的南涝北旱或者南旱北涝在很大程度上可以由江淮地区降水的分布类型来说明。(3)"南旱北涝"年,准双周滤波的整层水汽通量能够传播到30°N以北,同时存在强烈的水汽通量辐合从中高纬度向南传播到江淮流域。而在"南涝北旱"年,准双周的水汽输送所能到达的纬度明显偏南,来自中高纬度向南传播的水汽通量辐合也不显著。(4)"南旱北涝"年降水正位相,西北太平洋副热带高压(简称西太副高)脊线位于22°N以北,850 hPa低频反气旋的位置相对于"南涝北旱"年偏北,调节西太副高进入南海位置也偏北。南海和江淮上空的准双周垂直速度异常位置整体偏北,第3位相的上升运动和第7位相的下沉运动都位于30°N以北,南海的垂直速度异常也主要位于南海北部,而在"南涝北旱"年,准双周垂直速度异常的分布偏南。     

热带大气中的准双周（10—20天）振荡

基于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的资料（1981—1988），本文对全球热带大气中的10—20天（准双周）振荡进行了比较系统的研究，包括其动能的分布及演变。扰动的结构和传播特征等。资料分析充分表明，热带大气10—20天振荡是热带大气中另一重要低频系统，其动能比30—60天振荡还要大，而其结构和活动又同30—60天振荡很不一样。例如热带大气10—20天振荡主要表现为纬向波数2—4；垂直结构以正压特征更显著；主要表现为向西传播；其经向风分量与纬向风分量同等重要。因此，对热带大气10—20天振荡值得更多注     

提取准双周和准一月低频振荡的Lanczos滤波器及其应用

根据青藏高原大气热源季内振荡分析的实际需要,设计了适于提取准双周（10～20d）、准一月（20～40d）振荡的Lanczos滤波器（L.f.）。通过与Butterworth滤波器（B.f.）滤波效果的定量分析,确定了准双周、准一月L.f.窗宽参数l的临界值l0分别为24、46;当l≥l0时,L.f.滤波器性能全面优于B.f.。选用拉萨附近格点（90°E,30°N）的1950—2006年整层大气热源资料做了应用试验,结果表明,由l=121的L.f.得到的拉萨夏季准双周、准一月振荡分量质量可靠,可用于青藏高原大气热源季内振荡强度的年际差异和季内过程分析。     

2011年夏季广东季风槽暴雨与准双周振荡

采用小波分析、Lanczos时间滤波器、合成分析等方法分析了2011年夏季广东季风槽暴雨与大气低频振荡的关系。结果表明,2011年夏季降水主要存在准20 d的周期振荡,季风槽暴雨过程对应强的准双周振荡。选取与夏季降水显著相关的区域（102.5~117.5 °E,20~27.5 °N）平均的500 hPa高度场作为影响广东夏季降水的“500 hPa关键区”指数,同样选取区域（110~120 °E,15~22.5 °N）平均的850 hPa风场作为“850 hPa关键区”指数;2011年夏季500 hPa关键区与850 hPa关键区分别存在显著的准23 d、准22 d周期振荡,季风槽暴雨发生在500 hPa关键区准双周振荡的波谷、850 hPa关键区准双周振荡的波峰附近。从南海南部开始的3次低频纬向风、OLR、湿度的北传与从菲律宾以东的西太平洋向西传播的低频中心相遇,导致3次季风槽暴雨过程。利用典型个例的合成分析,对2011年6—8月广东3次季风槽暴雨的准双周振荡不同位相的大气环流场的共同演变特征进行分析,它们反映了季风槽暴雨从间歇-开始-旺盛-减弱-结束期的大气环流场演变特征,为广东季风槽暴雨的中期预报提供参考依据。      

2016年和1998年长江中下游梅雨季风环流异同点及物理机制对比分析

利用海温和多种大气环流再分析资料以及中国逐日降水站点观测数据,通过滤波、合成等方法对2016和2020年江淮流域梅雨期降水的准双周振荡特征进行了对比分析。结果表明,这两年江淮流域准双周振荡降水均异常偏多,但2016年的降水准双周振荡强度及低频异常降水较2020年更为显著。中国南海和西太平洋对流层低层向西北方向移动的低频反气旋以及中高纬度对流层中高层随西风急流向东南方向传播的低频气旋是引起2016年江淮流域降水准双周振荡的主要原因。2020年江淮流域降水的准双周振荡受到日本南部向西南方向移动的低频气旋、菲律宾海向西北方向移动的低频反气旋以及中高纬度地区随极涡西向旋转而西移的低频气旋的共同影响。中国南海和热带西太平洋以及热带印度洋的持续海温正异常通过海-气相互作用激发并维持了2016年中国南海与西太平洋上空异常对流活动以及大气环流系统的准双周振荡。2020年黑潮及其延伸区和西北太平洋海温正异常通过海-气相互作用激发了该区域异常低频气旋反气旋交替生成和移出,调控西北太平洋副热带高压的进退,进而影响江淮流域降水的准双周振荡。在2016和2020年,对流层低层异常反气旋有利于海温的升高,海温正异常进一步激发大气低层异常气旋性环流,而异常气旋性环流会导致洋面变冷出现海温负异常,海温负异常又会促进异常反气旋环流的发展,通过这种准双周尺度上的海-气相互作用,对流层低层的大气准双周振荡信号可持续地向江淮地区传播,从而影响江淮流域梅雨期降水的准双周振荡。     

2007/2008年冬季中国南方低温雨雪天气期间大气准双周振荡作用分析

利用NCEP/NCAR逐日格点资料和中国气象局气象信息中心提供的727站逐日降水资料,从低频振荡角度对2007/2008年冬季中国南方低温雨雪期间的环流背景和气象要素场做了分析。分析结果表明,准双周振荡是2007/2008年冬季中国南方低温雨雪期间大气变化的重要模态。通过对低频振荡的传播分析得到：10～20 d低频波由...     

大气准双周振荡的研究进展

大气准双周振荡(Quasi-Biweekly Oscillation,QBWO)主要是指时间尺度为10~20 d的振荡,它是大气中重要的低频系统之一,是在研究季风天气及其相联系的季风系统时被发现的。QBWO对大范围的长期天气变化及异常有着重要影响,且具有全球性和多季性。本文较系统总结了近年来QBWO的研究成果,主要对其结构、活动特征,以及它对天气气候的影响及其激发维持机制等进行了综述。在此基础上,对今后的一些研究重点进行了展望。     

江南北部地区梅雨期降水与海温的SVD分析

对江南北部地区梅雨期降水和海温的SVD分析结果表明，与江南北部地区梅雨期降水异常相关的海温分布型是西正东负型，关键区恰好处于相关最显著的部位。前一年10—12月为海温的关键影响时段，且与梅雨期降水有很好的正相关关系。在该海温异常型的影响之下，江南北部地区次年梅雨期降水异常表现为同位相变化特征，而长江以南的下游地区为受其影响最显著的区域。     

Modulation of tropical cyclogenesis in the western North Pacific by the quasi-biweekly oscillation

The quasi-biweekly oscillation(QBWO) is the second most dominant intraseasonal mode over the western North Pacific(WNP) during boreal summer. In this study, the modulation of WNP tropical cyclogenesis(TCG) by the QBWO and its association with large-scale patterns are investigated. A strong modulation of WNP TCG events by the QBWO is found.More TCG events occur during the QBWO's convectively active phase. Based on the genesis potential index(GPI), we further evaluate the role of environmental factors in affecting WNP TCG. The positive GPI anomalies associated with the QBWO correspond well with TCG counts and locations. A large positive GPI anomaly is spatially correlated with WNP TCG events during a life cycle of the QBWO. The low-level relative vorticity and mid-level relative humidity appear to be two dominant contributors to the QBWO-composited GPI anomalies during the QBWO's active phase, followed by the nonlinear and potential intensity terms. These positive contributions to the GPI anomalies are partly offset by the negative contribution from the vertical wind shear. During the QBWO's inactive phase, the mid-level relative humidity appears to be the largest contributor, while weak contributions are also made by the nonlinear and low-level relative vorticity terms.Meanwhile, these positive contributions are partly cancelled out by the negative contribution from the potential intensity.The contributions of these environmental factors to the GPI anomalies associated with the QBWO are similar in all five flow patterns—the monsoon shear line, monsoon confluence region, monsoon gyre, easterly wave, and Rossby wave energy dispersion associated with a preexisting TC. Further analyses show that the QBWO strongly modulates the synoptic-scale wave trains(SSWs) over the WNP, with larger amplitude SSWs during the QBWO's active phase. This implies a possible enhanced(weakened) relationship between TCG and SSWs during the active(inactive) phase. This study improves our understanding of the modulation of WNP TCG by the QBWO and thus helps with efforts to improve the intraseasonal prediction of WNP TCG.     

中国夏季淮河和江南梅雨期降水异常年际变化的气候背景及其比较

基于中国160站57年(1951-2007年)的月降水量、NCEP/NCAR再分析资料和哈得来中心的海表温度(SST)资料,将江淮梅雨分成淮河梅雨和江南梅雨,分别对这两部分的夏季梅雨期(6-7月)降水量进行了分析,并加以比较.结果表明:淮河和江南梅雨期的降水量存在明显的年际变化,但都没有显著的长期线性趋势;然而,从20世纪90年代末开始,淮河梅雨有显著增加的趋势,而江南梅雨则显著减少.在年际变化的时间尺度上,对应于淮河梅雨的多雨年,大气环流的异常表现为中高纬度的乌拉尔山东部和鄂霍次克海东部地区明显的双阻塞高压型(双阻型)分布,而西太平洋副热带高压(副高)的变化并不显著;副热带东亚地区高空的西风急流轴略有南移,在淮河流域上空形成了显著的西风异常,这使得急流入口区次级环流的异常上升支恰好位于淮河附近,同时北方的冷空气南下与副高西侧的西南气流交汇于淮河流域,这些都有利于降水集中在淮河区域.对应江南梅雨的多雨年,大气环流异常也表现出中高纬度的双阻型分布,但该双阻型的位置较淮河梅雨双阻型的位置明显偏西,特别是鄂霍次克海附近的阻塞高压;同时,西太平洋副高显著加强西伸,加之副热带东亚西风急流轴显著加强南移,从而在黄海到长江以南的大范围地区形成了显著的西风异常,由此引发的急流入口区次级环流的异常上升支主要位于长江以南地区,并且菲律宾附近的反气旋异常增强,使得北方的冷空气与副高西侧的西南气流交汇于江南流域,因此有利于降水集中在江南地区.进一步针对海温的分析表明,北太平洋白令海附近的海温是影响淮河梅雨的关键区,从前冬开始这一区域的正海温异常往往导致中国夏季淮河梅雨的增加;而对应江南梅雨的正异常,菲律宾附近的海温在同期夏季有显著的正异常,研究还发现该海温异常可能与前冬到前春赤道东印度洋附近的正海温异常有关.     

江淮流域梅雨期降水的空间非均匀分布与前期海温的关系

利用中国气象局提供的1978-2007年全国753站逐日降水资料、NECP/NCAR提供的逐日再分析资料和NOAA提供的第2套扩展重建海温资料,从区域整体角度确定了近30 a（1978-2007年）江淮流域梅雨期.采用EOF（empirical orthogonal function,经验正交函数）分析,讨论了江淮流域梅雨期降水空间非均匀分布特征,着重研究了影响江淮梅雨空间非均匀分布的前期海温关键区及关键时段.结果表明：全区一致梅雨旱涝与前期冬季北太平洋鄂霍次克海附近的海温异常有密切的联系.当前期冬季该海域海温偏高时,冬季风偏弱,对应后期梅雨一致偏涝,反之则偏旱.5月南海至台湾和菲律宾以东附近海温偏低,江淮流域梅雨量偏多,反之则偏少.梅雨的南北反相分布与前期秋冬季中印度洋的海温有非常密切的关系,当前一年10月至当年1月中印度洋海温偏高时,梅雨期850 hPa江淮之间易形成切变线,有利于梅雨区“南旱北涝”,反之则“南涝北旱”.梅雨的东西反相分布与前期秋、冬季热带中东太平洋的海温关系密切,ENSO事件有可能通过影响西太平洋副热带高压的东西位置,从而引起东亚大气环流异常,导致梅雨东西分布反相.前期秋季和冬季热带中东太平洋海温偏高年（对应ENSO暖事件）,西太副高位置偏西,有利于梅雨区“东旱西涝”,反之则“东涝西旱”.     

越赤道气流准双周振荡对西北太平洋台风路径的调制作用

利用美国联合台风预警中心（Joint Typhoon Warning Center,JTWC）热带气旋（tropicalcy—clone,TC）数据、NCEP／NCAR再分析风场资料,研究了越赤道气流准双周振荡对西北太平洋台风路径的调制作用。将西北太平洋台风路径划分为：西行路径、西北行路径、转向登陆中国路径、转向中日之间路径、转向登陆日本路径、转向日本以东路径和140°E以东路径。利用超前滞后回归方法,合成分析了6—10月不同路径台风对应的越赤道气流准双周振荡的低频环流演变过程。结果表明,925hPa越赤道气流及与其相联系的经向风存在明显10～20d准双周振荡现象,且对西北太平洋台风路径预报具有一定的指示作用。在西太平洋赤道地区,低频越赤道气流强度、演变特征影响着西北太平洋低频气旋的位置和移动方向,调节风场强辐合带与季风槽的位置与强度,继而对台风生成位置、移动路径产生重要的影响。初步认为,强向北低频越赤道气流分量有利于北侧低频气旋加强和向北传播,继而使得强辐合带、季风槽位置偏北,台风易于在此区域生成且沿着强辐合带位置移动。而弱向北低频分量或向南低频分量则不利于台风转向移动。     

长江梅雨的长期变率与海洋的关系及其可预报性研究

采用最新发布的梅雨国家标准资料,以长江区域梅雨为代表,在分析区域梅雨的多时间尺度变化特征的基础上,从海洋外强迫影响因子角度探讨了梅雨的可预报性来源,进一步综合海洋背景变率和预测模型回报试验讨论梅雨异常的可预报性。结果表明:（1）长江梅雨呈现周期为3-4、6-8、12-16、32、64 a的多时间尺度变化分量和长期减少趋势。其中,3-4 a准周期变化是梅雨异常变化的主要分量。梅雨的干湿位相转变受12-16 a的准周期变化调制,极端涝年易出现在12-16 a准周期变化湿位相和3-4 a变化分量峰值位相叠加的情况。（2）长江梅雨的各准周期变化分量有不同的海洋外强迫背景,是梅雨可预报性的重要来源。与时间尺度较短的年际变化分量相关联的海温关键区主要分布于热带,而与时间尺度较长的年代际或多年代际变化分量相联系的海温关键区则来自中高纬度。3-4 a准周期变化分量的海洋外强迫强信号随季节变化由前冬的ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）转为春末夏初的印度洋偶极子（IOD）。6-8和12-16 a年准周期变化分量的海洋强迫关键区主要位于太平洋。准32和准64 a周期振荡则受北太平洋多年代际变化（PDO）和北大西洋多年代际变化（AMO）的共同影响。梅雨的长期变化趋势则与全球变暖背景及以PDO为代表的年代际海洋外强迫因子相联系。（3）尽管梅雨异常与ENSO的正相关关系呈现减弱趋势,但20世纪70年代以后的梅雨异常年际变化分量的可预报性有所增大。（4）将梅雨各变化分量作为预测对象分别建模,进一步构建梅雨异常预测统计模型。采用该模型对近5年梅雨预测进行独立样本检验,有较好的回报效果,验证了梅雨异常年际分量可预报性的稳定性以及基于多时间尺度分离建立梅雨预测模型的优越性。      

长江流域梅雨的多尺度特征及其与全球海温的关系

利用EOF和小波变换方法讨论了长江流域梅雨期降水的多时空尺度特征.长江流域梅雨期降水空间分布主要存在3种类型:(1)江南北部多雨、黄淮少雨型;(2)长江中下游多雨、江南南部少雨型;(3)江淮流域、华南东南部多雨及江南北部、华北地区少雨型.时间尺度主要周期为:准2年、3～5年、准10年振荡和线性增加趋势.长江流域梅雨期降水的各主要周期与前期(秋、冬和春季)全球海温相关分析表明,前期各季海温相关以冬季相关最好.年际、准2年及3～5年振荡周期对应的海温关键区,主要在热带和副热带地区;年代际及准10年振荡周期对应的海温关键区,主要在温带海洋;线性增加趋势的海温关键区,则遍布全球海洋.选取显著性水平达到0.05的相关区域海温距平的平均值作预报因子,利用逐步回归方法对梅雨期降水距平进行回报和预报试验的结果表明,综合考虑不同时间尺度的海温因子共同作用后建立的预测模型,对预测我国梅雨期降水距平的分布,有一定的预报能力.     

江淮梅雨对东亚副热带夏季风进程及海温异常的响应

利用1960—2020年江淮地区75个气象站逐日降水量、气温、相对湿度资料以及NCEP/NCAR再分析资料和Hadley中心海表温度资料，研究了东亚副热带夏季风进程变异对江淮梅雨的影响，揭示了不同类型梅雨期太平洋海温及大气环流异常特征。结果表明：8种江淮梅雨类型中，多雨型占45.9%，少雨型占54.1%，其中多雨型在前30 a占36.7%，后31 a占63.3%。江淮典型梅雨年（高温高湿多雨）的主要特征为安徽南部、江苏中部及湖北东部地区降水偏多，安徽南部、江西东北部及浙江西北部气温偏高，淮河流域湿度大；而在非典型梅雨年（低温低湿少雨）大部分地区雨量偏少，气温呈"东高西低"分布，低温中心区位于淮河中游，湿度呈"西大东小"分布。欧亚大陆中高纬度阻塞高压增强，脊前向南输送的西北气流加强且路径偏东，中国东北冷涡强度较强且位置偏西南，东亚大槽加深，槽后冷空气向南输送，有利于典型梅雨形成。当前期冬春季赤道东太平洋海温异常偏高，西太平洋海温异常偏低时，西太平洋副热带高压强度偏强、面积偏大、脊线位置偏南、西伸脊点偏西，东亚副热带夏季风推进到江淮地区的时间偏早，出梅偏晚，梅雨期降水量偏多。     

江淮梅雨长期变化对太阳活动因子的响应分析

利用美国国家海洋大气局(NOAA)地球物理数据中心(NGDC)1954-2005年太阳黑子数资料,把太阳活动作为地球气候的外强迫因子,采用小波分析和交叉小波分析方法,研究了太阳黑子数与江淮梅雨特征量及西太平洋副热带高压指数的关系。结果表明:太阳活动与江淮梅雨的相关性存在南北差异,北部呈现正相关而南部呈现负相关,且正负相关性在时间序列上保持不变;江淮南部梅雨量与太阳黑子数有稳定的11年共振周期及0.5~1年的相位滞后;西太平洋副热带高压指数与太阳黑子数也有较好的相关关系,说明太阳活动影响地球气候可能存在太阳活动—西太平洋副热带高压—江淮梅雨这样一条过程链。     

江淮流域梅雨期降水与10—30d低频振荡的联系

利用1961--2010年中国756站逐日降水资料和NCEP／NCAR逐日再分析资料,分析了江淮流域梅雨期降水与10～30d低频振荡的关系。结果表明,梅雨偏多年降水具有明显的10～30d的周期变化,低频振荡经向上的北传和纬向上的西传与江淮流域梅雨期降水的活跃及中断关系密切。在梅雨偏多年,低层10～30d振荡主要通过南海低频反气旋和日本海低频气旋对江淮流域降水产生影响,并调控着西太平洋副热带高压的西进、东退,进而影响输送到江淮流域的水汽强度及冷暖空气在江淮流域的汇合;而高层,亚洲大陆中纬度地区东西向的低频气旋和反气旋影响着南亚高压的位置,从而形成江淮流域低频降水的强弱变化。