东半球跨赤道气流季节变化及其在EL NINO年的异常

利用1979年1月到1987年12月美国国家气象中心六个层次的月平均风场资料,分析了东半球跨赤道气流的季节变化及其年际异常。得到冬、夏跨赤道气流的输送集中在对流层下部,冬季向南,夏季向北;春、秋跨赤道气流的输送集中在对流层上部,春季向北,秋季向南。低层跨赤道气流位置稳定,南北风方向转换时间为3月和11月;高层跨赤道气流位置变化较大,南北风转换时间为6月和1月。在El Nino年,跨赤道气流出现明显的异常,但表现形式不尽相同。ElNino年,夏季下层跨赤道气流稳定建立的时间比正常年推迟2—3候,且季内变化大,稳定维持时间短。     

东半球跨赤道气流季节变化的研究

跨赤道气流作为季风环流系统的组成部分,一直被气象工作者所重视。Findlater(1969)第一次证实了夏半年索马里急流的存在,陈于湘得出夏季季风区有105°E和150°E两支跨赤道气流,冯颖竹等人确定出索马里急流、印度尼西亚气流、青藏高原所在经度上的中低空向南气流以及印度尼西亚高空向南气流的存在,李曾中也得到了类似的结果。由以上研究可以看出,他们的许多结论是一致的,但是,这些研究大多数是局限于夏半年以及某些层次上,而对季风系统全年的季节变化以及     

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析——Ⅱ:环流场的主要特征及其大型垂直环流场

本文使用经过青藏高原气象科学实验测站观测资料订正过的欧洲中心FGGE-Ⅲb资料,对1979年7月月平均进行分析,计算了垂直速度、散度、垂直剖面函数和速度势函数等物理量以及上升气流轨迹,给出了夏季高原主体地区环流场的主要特征和详细的高原地区不同经纬度剖面垂直环流场的特征和分布. 配合夏季高原高层强大稳定的反气旋高压带,高原主体地区为整层上升气流区,但ω场有东西两个上升中心,它们是两个对流活动上升中心,两部的中心位于狮泉河和改则之间偏北的地区,东部的位于那曲一带. 本文给出了高原地区三个主要的经向环流圈(南北两侧下沉的小环流圈、跨赤道的季风环流圈)的经度位置和高原地区与西太平洋之间发生遥相关的主要纬度位置,发现在跨赤道的季风环流圈中,在赤道以南的下沉气流主要来自高原与15°N之间,从高原上升的气流仅在对流层上部(200hPa左右)跨过赤道.从高原西部上升的气流往往从非洲至印度尼西亚一带跨过赤道,而从高原东部及其东侧我国大陆上升的气流往往下沉在太平洋和北大西洋地区.     

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析 II:环流场的主要特征及其大型垂直环流场

本文使用经过青藏高原气象科学实验测站观测资料订正过的欧洲中心FGGE-Ⅲb资料,对1979年7月月平均进行分析,计算了垂直速度、散度、垂直剖面函数和速度势函数等物理量以及上升气流轨迹,给出了夏季高原主体地区环流场的主要特征和详细的高原地区不同经纬度剖面垂直环流场的特征和分布. 配合夏季高原高层强大稳定的反气旋高压带,高原主体地区为整层上升气流区,但ω场有东西两个上升中心,它们是两个对流活动上升中心,两部的中心位于狮泉河和改则之间偏北的地区,东部的位于那曲一带. 本文给出了高原地区三个主要的经向环流圈(南北两侧下沉的小环流圈、跨赤道的季风环流圈)的经度位置和高原地区与西太平洋之间发生遥相关的主要纬度位置,发现在跨赤道的季风环流圈中,在赤道以南的下沉气流主要来自高原与15°N之间,从高原上升的气流仅在对流层上部(200hPa左右)跨过赤道.从高原西部上升的气流往往从非洲至印度尼西亚一带跨过赤道,而从高原东部及其东侧我国大陆上升的气流往往下沉在太平洋和北大西洋地区.     

海陆纬向非均匀热力结构与跨赤道气流和温带西风急流分布的关系

用数值模拟方法,研究海陆热力结构季节变化对经圈环流、南北半球西风轴以及急流中心的影响。数值试验得到如下结果:(1)海陆纬向非均匀加热结构不仅有利于跨赤道气流的加强,而且形成跨赤道气流高、低层反向特征;(2)海陆纬向非均匀结构使模拟到的北半球西风急流更接近实况。说明南北半球海陆热力强迫不仅是全球跨赤道气流通道形成的重要原因,而且影响北半球西风急流的强度和分布。      

对流层中低空急流影响下辐合带扰动的发展——7504号台风的形成

7504号台风是由赤道辐合带的云团扰动发展形成的。扰动的发展出现在辐合带南北侧两支对流层中低空急流加强和接近的时候。这两支急流之间的强烈气旋性切变和径向气流的明显辐合以及伴随着的云团旋转合并和低云向低压流入,构成了扰动迅速发展为台风的有利条件。 联系Bates关于辐合带扰动发展的理论,对于本文分析的结果作了一些推测性质的讨论。     

2020/2021年冬季大范围低温寒潮过程中一种典型的平流层—对流层耦合演变模态

平流层爆发性增温（SSW）超前于对流层环流异常,是延长冬季寒潮低温预报时效的重要途径之一。然而强SSW事件前后地面温度响应的区域和时间存在不确定性,其中涉及的平流层—对流层耦合过程和机理也不十分清楚。本文采用1979～2021年ERA5再分析数据集,研究了2020/2021年冬季“偏心型”强SSW事件前后中高纬度地区地面温度异常的演变特征,并分析了其与等熵大气经向质量环流平流层—对流层分支的耦合演变模态的动力联系。结果表明,伴随此次强SSW事件,亚洲和北美中纬度地区的寒潮低温事件分别在绕极西风反转为东风之前和再次恢复为西风之后发生。SSW前后大气经向质量环流的平流层向极地暖支与对流层高层向极暖支、低层向赤道冷支之间呈现出三个阶段的耦合演变模态: 同位相“加强—加强”、反位相“加强—减弱”以及反位相“减弱—加强”。加强的质量环流对流层向赤道冷支是SSW前后寒潮低温事件的主要原因,而加强的向极地平流层暖支是SSW发生及其伴随的北极涛动负位相持续加强的主要原因。大气经向质量环流不同的垂直耦合模态取决于行星波槽脊在对流层顶和对流层中低层两个关键等熵面上的西倾角异常。西倾角异常表征大气波动的斜压性,主要通过影响关键等熵面以上向极地的净质量输送和其下向赤道的净质量输送进行调控。尤其在SSW发生后的极涡恢复期,对流层顶处异常偏弱的斜压性会加强对流层向极地暖支,进而加强向赤道冷支,有利于寒潮低温的发生。本次SSW事件前后大气经向质量环流三支的耦合演变模态,与历年平流层北半球环状模（NAM）负事件中极区平流层温度异常信号下传滞后的平流层—对流层耦合演变类型相一致,其在波动尺度方面也存在共同特征,即SSW事件或NAM负事件前期对流层一波加强且上传,后期对流层二波加强但较难上传。     

北半球冬季风时期越赤道气流的初步分析

利用1980—1986年格点风资料，分析了各年北半球冬季风期间（12—2月）东半球对流层低层及高空的越赤道气流通道。在该地区冬季低空具有气候意义的通道是105°E、125°E、45°E、80°E及150°E 5条，其中以100°—130°E为主要通道。高空则主要集中在80°–120°E区间。在1983—1984、1984—1985年两个冬季，45°E处出现较强的低空北风越赤道气流，这与高纬度大西洋东部上空持续的强阻塞形势有关。这支强越赤道气流与南印度洋及南太平洋多热带风暴也有联系。由平均经圈环流分析指出，     

南海周边越赤道气流的多时间尺度变化特征及其与环流和降水的联系

利用NCAR/NCEP-1再分析资料、NOAA的OLR资料以及GPCP降水资料等,通过功率谱分析、超前滞后回归等方法,对夏季南海周边105 °E、125 °E以及150 °E三支越赤道气流进行了多尺度特征分析,重点探讨三支越赤道气流季节内振荡与热带大气环流异常及南海周边降水的联系。结果表明,在季节内时间尺度上,105 °E与125 °E越赤道气流均具有10~20 d以及30~60 d低频振荡显著周期,而150 °E越赤道气流则以10~20 d周期为主。在年际尺度上,105 °E、125 °E、150 °E越赤道气流分别具有2~4年、2~3年、2~6年振荡周期。无论是季内还是年际变化,皆以105 °E与125 °E这两支越赤道气流之间关系较密切。南亚-南海-西太平洋地区对流层低层10~20 d振荡的气旋(对流加强)和反气旋(对流减弱)的环流活动变化,决定着105 °E及125 °E越赤道气流的10~20 d振荡的演变。这两支越赤道气流之30~60 d振荡所伴随的异常变化与热带夏季季节内振荡(BSISO)的演变过程非常相似,而150 °E越赤道气流之30~60 d振荡所伴随的异常低频环流则与南半球热带辐合带关系密切。105 °E及125 °E越赤道气流的季节内振荡及年际异常均与南海周边降水异常密切相关。      

越赤道气流的时空特征分析

利用1948—2010年NCEP/NCAR逐日再分析场(2.5°×2.5°)的经向风资料,初步分析了全球越赤道气流的时空分布特征。结果表明,全球越赤道气流通道分布存在明显的空间不对称性,即垂直不对称性和沿经向不对称,低层通道窄而多,高层通道宽而少;东半球低层通道数远较西半球多,且强度更强。在时间分布上,夏季越赤道气流总和无论高低层都强于冬季。这些反映了南北半球空气质量交换的时空分布的不对称性,即空气质量的交换主要集中在夏季和东半球。此外,夏季在140°E~150°E向北的越赤道气流强度逐年增强,在冬季位于120°E~130°E处向南的越赤道气流在逐年减弱,且在1958年前后向南的越赤道气流出现突然增强期。     

河南特强暴雨β中尺度流场发展机理的数值模拟研究

采用宇如聪等研制开发的η坐标有限区域中尺度暴雨数值预报模式AREM,对2004年7月16—17日发生在河南的一次特大暴雨过程进行了数值模拟。模拟结果表明:凝结潜热促使对流层中层大气在β中尺度水平范围的气柱内得到加热,中高层大气的等压面抬高并形成β中尺度高压,中低层大气的等压面降低并形成β中尺度低压,上下层的共同作用促进了垂直运动的迅速发展。当上升运动强烈发展时,在其四周有明显的补偿下沉气流出现:在强上升运动南侧,对流层高层辐散气流向南回流导致对流层高层出现中尺度垂直环流圈,它的下沉支融入上升运动区南侧的补偿下沉气流中,并将高空的水平动量带到对流层低层形成一支新的β中尺度急流;在强上升运动北侧,对流层低层发展出了一支中尺度垂直环流圈,其下沉支向南的辐散气流与低层西南暖湿气流汇合,形成β中尺度辐合线,加强了暴雨区上空低层的辐合;在强上升运动东侧,对流层低层也有一支中尺度垂直环流发展,其下沉支中向西的辐散气流使该区域原来较为一致的西南气流出现向东的偏转,从而在西南气流中形成气旋性弯曲,更进一步加强了β中尺度辐合线上的辐合。对流层低层非地转涡度的强烈发展是β中尺度气旋形成的重要原因。最后给出了强暴雨β中尺度流场发展机理的三维空间示意图。     

西北太平洋上层槽及其与台风强度变化的关系

本文利用1976—1985年200hPa热带天气图和台风资料,分析了西北太平洋地区热带对流层上层槽的建立和破坏过程及其与台风强度变化的关系。指出了西北太平洋热带地区上层槽的建立主要与西风槽切断冷涡并入和中太平洋上层槽中的气旋西移有关,而上层槽的破坏主要与赤道高压同副高打通和副热带西风气流向南扩张或热带东风气流向北扩张有关;当台风上空位于上层槽南侧3个纬距以南时,有利于台风加强,而当台风上空位于上层槽南侧3个纬距以北时,有利于台风减弱。     

索马里跨赤道气流对南海夏季风爆发的重要作用

通过分析NCEP/NCAR多年再分析资料,清楚地揭露了南海夏季风爆发与索马里跨赤道南风气流建立之间的重要关系.对应南海夏季风爆发,总是已先期在赤道印度洋地区有西风加强和索马里跨赤道南风气流的建立;而且,若南海夏季风爆发偏早(晚),赤道印度洋地区西风的加强和索马里跨赤道南风气流的建立也偏早(晚).可以认为,索马里跨赤道南风气流的稳定建立是南海夏季风爆发的重要物理机制之一,它的建立导致赤道印度洋地区西风的持续加强和向东扩展,并最终在南海地区形成西南气流.     

赤道西太平洋-印度洋海温异常对亚洲夏季风的影响

本文采用了p-σ五层原始方程模式模拟并研究了赤道西太平洋-印度洋海温距平场对亚洲夏季风的影响,计算了四种不同的海温距平试验方案。试验结果表明赤道西太平洋海温正距平使对流层下层的印度低压明显加强,副高北挺,季风槽加深,同时加强了对流层上层的反气旋环流。赤道西印度洋暖海温的模拟结果与赤道西太平洋暖海温对上述系统的影响相反,而赤道西印度洋冷海温对季风环流的影响与赤道西太平洋暧海温的影响一致。试验进一步表明赤道西太平洋-印度洋海温距平的纬向梯度方向对亚洲夏季风的影响是主要的,这一结论与实际观测结果一致。本文进一步讨论了赤道海温距平对越赤道气流、印度洋赤道东-西纬向环流和非绝热加热场的影响,结果都表明赤道西太平洋海温正距平和赤道西印度洋海温负距平的模拟特征与反El Nino年亚洲夏季环流特征类似,而赤道西印度洋海员正距平的模拟特征与El Nino年亚洲夏季坏流特征类似。     

一次暴雨过程的数值模拟分析

2005年7月9~10日湖北西部—河南南部出现了一次强降水过程。从天气形势的发展变化,推断出天气系统演变过程的两种可能方式,然后用中尺度数值模式AREM对这次强降水过程进行了数值模拟,在模拟结果的基础上分析了暴雨发展的中尺度过程和特征。这次过程是由辐合线加强和气旋发展两个阶段组成的,在辐合线加强过程中,随着辐合线北侧干空气的南侵以及暖湿空气由南至北倾斜向上发展,上升运动发展到对流层高层后向南北两侧辐散,并在对流层中层构成一对经向偶极子环流圈,它们的下沉支补偿融入上升运动区中,加强和维持了低层的辐合;而在气旋发展过程中,切变线南侧的湿空气明显向北发展,并在切变线上跨越湿度锋区新生发展出一个β中尺度气旋,气旋南半部的湿空气具有强辐合性并伴有强上升运动发展,紧邻其南侧是湿补偿下沉气流,而上升运动北侧的干下沉气流一直向下伸展到边界层顶附近,受低层湿空气向北发展穿越湿度锋区的作用没有向南融入上升运动区中。文中最后给出了辐合线加强和气旋发展的三维空间结构示意图。     

1979年季风试验期间东亚地区夏季风爆发时期的观测研究

本文分析1979年季风试验期间5—7月从春到夏的季节转变过程。在亚洲南部和西北太平洋地区大范围夏季风爆发前1—2候,南半球40°—160°E之间中纬度地区高空西风急流有一次增强过程。南半球对流层中部的经向环流发展,对流层低层的越赤道偏南气流加强,这时亚洲南部和西北太平洋热带地区低空西南风风速增大,并且范围向北扩展,南亚地区对流层上部热带东风加大,季风环流圈加强,我国东部雨带出现季节性北移。看来南半球大气环流的变化对东亚地区夏季风的建立及其向北推进起着触发作用。     

湖北省夏季不同阶段强降水及其大气低频特征

利用1961-2014年湖北省68站逐日降水资料和美国国家海洋和大气管理局环流资料,对比分析了湖北省夏季梅雨期和盛夏期低频强降水事件的基本特征、大气环流形势和低频信号传播特征。结果表明:(1)湖北省夏季降水存在显著的准双周低频周期。(2)相较于盛夏期,梅雨期低频强降水事件次数多,强度强。(3)梅雨期和盛夏期低频强降水事件发生期间的环流形势有着显著的差异。梅雨期,对流层中层东亚沿岸为南北向的波列分布,低层受强索马里越赤道气流和副热带高压外围西南气流共同影响,水汽条件好,东亚存在鞍型场,流场变形,利于形成中尺度气旋系统;盛夏期,对流层中层为欧亚波列分布,低层索马里越赤道气流弱,主要受副热带高压外围水汽输送的影响,日本海以西地区有一异常气旋,其西侧的偏北气流与暖湿气流在30°N附近交汇维持。(4)在强降水事件发生前后,对流层低层的低频正涡度传播特征有较大差异,在梅雨期表现为驻波特征,盛夏期传播更为明显,表现为向西、向南向北传播。     

台风珍珠和鲇鱼北折路径对比分析

“珍珠”（0601,Chanchu）和“鲇鱼”（1013,Megi）都是发生北折路径的台风,通过分析发现导致台风珍珠和鲇鱼路径北折的天气形势变化有一些相同点：都发生在环境场的调整中,有西风槽影响华南的副热带高压,使之减弱东退、台风移速减慢,然后副热带高压加强并从台风南部向西南伸展、与赤道高压打通,其西侧的偏南气流与越赤道气流会合引导台风向北移动;同时有弱冷空气南侵。上述环境场的突然变化导致引导气流方向发生突然变化,是这两个台风西行北折的重要原因。引导气流分析还发现,秋台风鲇鱼最佳引导气流所在高度低于初夏台风珍珠。另外,不同的路径预报方法、不同的模式和超级集合预报提供了各种台风路径预报信息,在应用这些信息时要密切结合实况天气形势的变化,进行路径预报订正。     

赤道平流层QBO与我国7月雨型的关联

根据1953～1991年赤道平流层纬向风资料分析,得出我国东部地区7月份主要雨带位置与赤道平流层30～50 hPa平均纬向风准两年振荡（以下简称赤道平流层QBO）有较好的关联。在西风位相条件下,我国7月主要雨带位置较偏北;在东风位相条件下,我国7月主要雨带位置易偏南。它们之间的关系主要是通过对对流层环流的影响相联系的。利用赤道平流层纬向风的变化规律并结合冬季北太平洋对流层环流特征,对我国7月主要雨带类型的预报,有一定实用意义。     

西南低涡的初步研究

本文通过对一些个例的研究,分析了西南低涡的维持和发展条件,发现低涡的维持和发展主要靠中高层的辐散量要大于低层的辐合量,同时中高层凝结潜热的释放也起着相当重要的作用。分析指出,在低涡上空,对流层上层有两支气流,(上升气流和下沉气流),在对流层中下层也有两支气流,共同构成低涡的三维流场。其中对流层中下层的两支气流对天气变化有重要影响。西南低涡的东部和南部是主要的降水区,而降水的强弱和低涡东侧的上升气流强弱及大气层结、水汽辐合量有关。