中国东部夏季降水的准两年周期振荡及其成因

应用中国160测站降水资料和ERA-40再分析资料以及EOF和熵谱分析方法,分析了中国夏季(6～8月)降水和东亚水汽输送通量的年际变化,表明中国(特别是华南、长江流域和淮河流域以及华北等地区)夏季降水具有2～3 a周期变化特征,即准两年周期的振荡特征,并表明中国降水的这种周期振荡与东亚上空夏季风水汽输送通量的准两年周期振荡密切相关;并且,还利用NCEP/NCAR的海表温度和日本气象厅的沿137°E海温剖面观测资料,分析了热带西太平洋表层与次表层海温的年际变化,揭示了热带西太平洋热力状态的变化也有显著的准两年周期的变化特征.作者利用相关和集成分析来讨论热带西太平洋热状态的准两年周期振荡对中国夏季降水和东亚水汽输送的影响,表明了热带西太平洋海温的准两年周期振荡对东亚夏季风及其所驱动的水汽输送都有很大影响.此外,作者还利用东亚/太平洋型(EAP型)遥相关理论,简单地讨论了热带西太平洋热力状态的准两年周期振荡影响中国夏季风降水准两年周期变化的物理机制.     

中国东部夏季降水准两年周期振荡的长期演变?

采用中国气象局整编的中国160站月降水量资料 (1951年1月～2005年12月), 研究了中国东部地区夏季降水准两年周期振荡 (TBO) 的长期演变特征。最大熵谱分析和相对最大熵谱分析表明, 中国东部地区夏季降水TBO信号显著, 高值区基本呈带状分布, 方差最大值中心分布在江淮流域及南部沿海地区。根据中国东部夏季降水TBO分量的旋转经验正交函数展开 (REOF), 将东部地区划分为东北地区、 河套地区、 淮河流域、 长江流域、 华南西部、 华南中部及华南东部7个降水区。对各降水区的研究结果表明: (1) 东部夏季降水振幅变化TBO信号明显; (2) 各降水区夏季降水TBO有着不同的长期演变特征, 表现出不同的年代际变化。淮河流域、 长江流域和华南中部降水TBO特征较明显; 华南西部和东北地区降水TBO特征较弱; 河套地区在1990年代以前表现有较显著的TBO特征, 但1990年代后, TBO特征趋于不明显; 华南东部地区在1970年代中期以前TBO特征明显, 以后TBO特征减弱; (3) 淮河流域是中国东部地区由南向北的过渡带, 是夏季降水TBO的敏感地区。     

NO_x的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系 I.资料分析

利用 1 992～ 2 0 0 0年HALOE的观测资料 ,分析了平流层NOx (这里是指NO和NO2 )混合比的垂直经向分布结构、季节变化和年际变化 ,并与O3混合比的年际变化进行比较。结果表明 :( 1 )在各纬度平流层NOx混合比的垂直结构基本相似 ,从平流层下层向上随高度增加 ,分别在 1～ 2hPa (NO)和 5～ 1 0hPa (NO2 )达到极大值 ,再向上NOx混合比随高度减小。另外 ,NO混合比在 1 0× 1 0 - 5hPa高度附近还有一个极值区。在平流层下层 ,它们的极值区下方 ,NOx混合比基本从热带向两极增大。NO混合比在平流层位于 1～ 2hPa之间有一个高值区 ,在 1 0× 1 0 - 5hPa附近还有一个更大的极值。而NO2 只有一个浓度高值区 ,位置在 5～ 1 0hPa。 ( 2 )NOx混合比在中低纬的高度分布和经向分布上都存在准两年周期振荡(简称QBO)。NO2 的QBO较NO更明显 ,赤道上空的NOx的QBO最明显 ,北半球NOx 的QBO较南半球更明显 ,而 2 0～ 5hPa的NOx的QBO又较其他气层更明显。 ( 3)在热带 30km以上 ,NOx的QBO与O3混合比的QBO位相相反 ;而中纬地区及 30km以下的热带 ,它们有一个位相差 ,但不完全相反     

NOx的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系Ⅰ.资料分析

利用1992～2000年HALOE的观测资料,分析了平流层NPx(这里是指NO和NO2)混合比的垂直经向分布结构、季节变化和年际变化,并与O3混合比的年际变化进行比较.结果表明:(1)在各纬度平流层NOx混合比的垂直结构基本相似,从平流层下层向上随高度增加,分别在1～2hPa(NO)和5～10 hPa(NO2)达到极大值,再向上NOx混合比随高度减小.另外,NO混合比在1.0×l0-5hPa高度附近还有一个极值区.在平流层下层,它们的极值区下方,NOx混合比基本从热带向两极增大.NO混合比在平流层位于1～2 hPa之间有一个高值区,在1.0×10-5hPa附近还有一个更大的极值.而NO2只有一个浓度高值区,位置在5～10 hPa.(2)NOx混合比在中低纬的高度分布和经向分布上都存在准两年周期振荡(简称QBO).NO2的QBO较NO更明显,赤道上空的NOx的QBO最明显,北半球NOx的QBO较南半球更明显,而20～5hPa的NOx的QBO又较其他气层更明显.(3)在热带30 km以上,NOx的QBO与O3混合比的QBO位相相反;而中纬地区及30 km以下的热带,它们有一个位相差,但不完全相反.     

江淮流域夏季降水的准两年振荡特征及其关联因子分析

利用1951—2010年我国江淮流域11个测站夏季(6—8月)降水资料和NCAR提供的北半球月平均海平面气压场资料以及相关的西太平洋副高指数资料,采用Morlet小波变换、交叉小波变换及相关分析等方法讨论了降水准两年振荡现象的年际变化规律及其与东亚夏季风、副高的关系。结果表明,准两年振荡分量在江淮地区夏季降水场的年际振荡中十分重要,且经历了由强到弱再到强的变化过程;同时降水与夏季风强度及副高脊线位置的准两年变化均存在较好的同期相关,彼此间的相互影响还体现在年际尺度上,并分别在4 a和1 a时间尺度上有明显的滞后、超前关系。     

NO_x的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系 II.模拟研究

利用NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的二维模式就纬向风的准两年周期振荡 (简称QBO)对平流层微量元素分布的影响进行数值模拟试验。模拟中 ,输入纬向风QBO的值 ,计算出NOx、臭氧浓度和各种气象要素的垂直经向分布 ,并与不考虑QBO强迫的数值模拟结果进行对比。在第I部分HALOE资料分析的基础上 ,进一步讨论了在纬向风QBO的影响下NOx浓度垂直分布的变化及其准两年周期振荡 ,并研究了NOx的QBO与臭氧QBO的关系。结果表明 :模拟六年平均的NOx混合比分布与观测结果基本一致 ,并且在纬向风场QBO强迫下 ,NOx混合比扰动有明显的准两年周期振荡 ;与臭氧的QBO比较 ,发现在2 8km以下 ,NOx的QBO与臭氧QBO同位相 ,而在 2 8km以上 ,它们则是反位相 ,与HALOE资料的观测结果基本吻合。文中对模拟得到的由于风场QBO引起的余差环流输送作用做了进一步的分析 ,并讨论了在不同高度的气层中余差环流的输送作用与NOx破坏作用在臭氧QBO形成中的相对重要性     

NOx的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系Ⅱ.模拟研究

利用NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的二维模式就纬向风的准两年周期振荡(简称QBO)对平流层微量元素分布的影响进行数值模拟试验.模拟中,输入纬向风QBO的值,计算出NOx、臭氧浓度和各种气象要素的垂直经向分布,并与不考虑QBO强迫的数值模拟结果进行对比.在第Ⅰ部分HALOE资料分析的基础上,进一步讨论了在纬向风QBO的影响下NOx浓度垂直分布的变化及其准两年周期振荡,并研究了NOx的QBO与臭氧QBO的关系.结果表明:模拟六年平均的NOx混合比分布与观测结果基本一致,并且在纬向风场QBO强迫下,NOx混合比扰动有明显的准两年周期振荡;与臭氧的QBO比较,发现在28 km以下,NOx的QBO与臭氧QBO同位相,而在28 km以上,它们则是反位相,与HALOE资料的观测结果基本吻合.文中对模拟得到的由于风场QBO引起的余差环流输送作用做了进一步的分析,并讨论了在不同高度的气层中余差环流的输送作用与NOx破坏作用在臭氧QBO形成中的相对重要性.     

长江中上游地区汛期降水的准两年振荡

利用１９５１￣１９８７年５￣８月长江中上游地区３４站的降水量资料，采用移动样本序列的极大熵谱法对长江中上游汛期降水的周期特征进行了客观、细致研究。结果表明，长江中上游地区存在显著的准两年周期振荡，并给出了其地理分布特征，其他周期振荡则不十分明显，且不稳定。     

南海地区对流层大气准两年振荡的垂直结构特征

利用NCEP(the National Centers for Environmental Prediction)月平均再分析资料,并结合欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)月平均再分析资料,研究了中国南海地区(Sout...     

华北地区降水的准周期信号及其阶段性变化特征

应用奇异谱（SSA）方法分析了华北地区降水的准周期信号及其阶段性变化特征，结果表明，华北地区月降水序列的年际振荡信号较强，占总方差的44．7％，显著振荡周期分别有17个月（准1～2a）、30个月（准2～3a）、60个月（准5a）和11个月（准1a），不同分区降水的准周期振荡信号各有差异。各种准周期振荡随时间的长期演变亦很明显且各不相同。奇异交叉谱（SCSA）诊断表明，华北地区降水的年际振荡与Nino区海温的准周期信号存在着显著的耦合关系，且这种耦合关系随时间是变化的，表现出耦合振荡强度的阶段性变化和耦合位相随时间的改变。各分区降水与不同Nino区海温的显著耦合周期信号及其随时间的长期演变各具特色，体现了华北地区降水对Nino区海温异常响应的复杂性。     

中国降水准2年主振荡模态与全球500 hPa环流联系的年代际变化

用近51年(1951～2001年)观测资料,研究太平洋年代际振荡(PDO)冷暖位相中国降水量准2年主振荡型传播特征的差异,并讨论对应的全球500 hPa环流低频波列传播途径的变化及可能原因.同时提出年际振荡强度不稳定指数,讨论了中国降水和全球500 hPa高度准2年周期振荡(QBO)强度时间不稳定的空间分布.通过主振荡型分析(POP)发现,在PDO冷位相(1951～1976年),准2年时间尺度的中国降水POP1的主要活动区域在长江中游地区,对应的500 hPa低频场是大西洋欧亚波列(AEU)和西大西洋遥相关型(WA)以及南太平洋副热带波列(SSP);在PDO暖位相(1977～2001年),POP1的活动区域迅速北移并扩大到整个长江和淮河流域,对应的500 hPa低频场变为欧亚太平洋-南印度洋-南北大西洋波列(EUP-SI-SNA).因此,PDO冷暖位相中影响中国降水准2年主振荡模态的低频波列的传播途径和强度存在显著差异,PDO对中国降水量准2年主振荡型主要模态(POP1)及其伴随的全球500 hPa环流低频波列活动区域的时间变化有重要调制作用,与两个半球中纬度西风气流强度的年代际变化密切相关.由振荡强度时间变化指数分析表明,中国降水QBO强度不稳定区域位于长江中游、长江下游、浙江东部、广东东部、华北地区和青藏高原东北侧附近地区,这些地区降水QBO的强度随PDO位相转变而发生显著的年代际突变.对于全球500 hPa高度,其QBO强度不稳定区域在南太平洋中高纬度、副热带南北大西洋地区和亚洲、北太平洋、北美大陆中高纬度地区、北半球副热带西太平洋地区以及南北半球热带和副热带东太平洋地区,表现为对于赤道的非对称空间分布,特别是南北太平洋热带和副热带地区500hPa环流QBO强度在年代际时间尺度上呈现正负反向变化的空间结构,而且南北极附近地区的QBO强度在PDO暖位相显著增强,反映了全球大气环流QBO强度与PDO相互作用的空间特征.     

北半球平流层下部气温的准两年周期振荡

由分析1966—1985年北半球30hPa 月平均气温资料得出,中纬地区气温准两年周期振荡比低纬地区更清楚,平均周期26.3月,振幅约2.8℃,振荡的峰和谷值都出现在冬季.中纬气温和赤道上空纬向风的准两年振荡之间位相配合密切,中纬气温准两年振荡的峰与赤道上空10hPa 为东风,70hPa 为西风的位相一致,谷则有相反的位相.它们的这种准两年周期振荡是通过平均经圈环流相联系的.强烈的火山喷发能影响气温的准两年周期振荡.     

平流层准零风层统计特征及准两年周期振荡对其影响分析

根据形成机制的不同将平流层准零风层（Quasi-Zero Wind Layer,QZWL）划分为由平流层准两年周期振荡（Quasi-Biennial Oscillation,QBO）各高度处于不同位相形成的第一类QZWL和由于平流层低层经向温度梯度逆转而形成的第二类QZWL;利用ERA-40再分析资料分析了两类QZWL在不同季节中空间结构的变化规律,讨论了平流层QBO对两类QZWL年际变化产生的影响。研究结果表明：第一类QZWL集中出现在冬季赤道附近地区,第二类QZWL在夏季热带外地区和冬季20°N～40°N太平洋地区上空;QZWL夏季高度比冬季低约3 km,夏季QZWL出现高度比冬季稳定,约在50～70 hPa之间;由于受到QBO的直接影响,第一类QZWL出现的高度和纬度范围存在明显的年际变化,第二类QZWL受到QBO的影响主要体现在QBO西风位相年和东风位相年相比,冬季20°N～40°N范围内存在第二类QZWL的概率较高。     

太阳活动11年周期对气候系统中准两年振荡的影响

用一个有外强迫的、简单的动力系统研究气候系统中的准两年振荡(平均周期长度比两年稍长或稍短的准周期振荡)。结果显示，准两年周期性源于该系统对于受H年周期调制的季节强迫的非线性响应。当系统的非线性固定时，准两年震荡的周期长度和振幅随季节变化的强度和太阳活动11年周期变化的强度而变化。这可能是造成气候中准两年震荡的性质有的空变化的原因之一。     

对流层准两年振荡最新研究进展

为了更好地了解对流层准两年振荡(Tropospheric Biennial Oscillation,TBO)的最新研究概况及目前存在的问题,基于国家自然科学基金项目关于TBO的专门研究和近年来国内外的TBO研究工作,对TBO研究的最新进展作了综述。最新研究指出,热带暖海区的海-气耦合过程可以维持TBO循环而无需热带东太平洋的参与,表明了TBO确实是独立于ENSO而存在的海-气耦合系统,但是对于TBO的本质问题还需要多方面的深入研究。     

平流层准两年周期振荡对CH4双峰的影响

分析了1992～2001年1月HALOE(卤素掩星试验装置)的CH4资料,研究了CH4的多年平均分布,结果表明:CH4混合比在平流层下层较大,向上迅速减小.同时,中纬度与热带CH4混合比的等压面梯度也随着高度逐渐减小,甚至在平流层顶附近和平流层上层形成双峰,这在北半球的春夏季特别明显.作者用NCAR的SOCRTAES二维模式的模拟结果来分析CH4混合比在平流层顶和平流层上层形成双峰的机理.模式作了以下两个模拟,其一为没有热带纬向风场QBO(准两年振荡)的状况,其二为加入QBO强迫后的模拟.结果发现QBO引起的余差环流对CH4混合比在热带和副热带平流层顶和平流层上层的输送是影响CH4双峰的一个主要原因.     

热带平流层臭氧准两年周期振荡的特征及数值模拟

利用HALOE的观测资料、对热带地区平流层臭氧垂直分布的年际变化及其准两年周期振荡（QBO）进行研究，并同赤道上空平均的纬向风场的准两年周期振荡进行了模拟研究。资料分析结果表明，平流层臭氧浓度高值区的位置在南北方向上和垂直方向上的有明显的准两年周期，臭氧浓度高值中心的南北移动和上下移动又引起局地臭氧总量的周期性变化和准两年周期振荡南北半球不对称。而臭氧浓度中心位置的准两年周期变化与赤道上空平均纬向风的准两年周期振荡密切相关。资料分析还表明，赤道上空平流层中臭氧浓度QBO的位相随高度变化多次。模拟试验表明，纬向风QBO引起垂直经圈环流的变化，在平流层有三对余差环流圈。它们对O3在不同纬度和高度的输送是引起O3准两年周期振荡的重要动力原因。其中，余差环流在平流层中层（25－35km)的环流圈起着重要的作用。