春季青藏高原地区大气热源的气候特征分析

利用1948-2009年NCEP/NCAR逐日再分析资料采用倒算法计算了青藏高原地区大气热量源汇的值,分析了春季青藏高原地区大气热源的水平和垂直气候分布特征及时空变化特征.结果表明:春季青藏高原上空,大气热量源汇的整层积分为正值,即高原上空大气为热源,但在高原上空大气高层存在局部为冷源的分布.与周边地区相比较,高原对其上空大气的加热作用在三月份最为显著.春季3、4、5月青藏高原区域大气的加热存在一个自西向东逐渐扩展的过程.春季青藏高原东部和西部为大气热源年变化较大的区域,且高原东部和西部大气热源表现出反位相分布的特征.     

夏季青藏高原东部大气热源变化及其对相邻区域气候的影响

基于NCEP/NCAR 1968～2009年逐月再分析资料,采用倒算法,对夏季青藏高原东部大气热源的长期变化进行了计算,结果发现:(1)夏季青藏高原东部大气热源存在10a左右的时间尺度变化周期;(2)夏季青藏高原东部大气热源偏强时,四川盆地东部及重庆地区多雨,气温偏低;当夏季青藏高原东部大气热源偏弱时,四川盆地东部及重庆地区容易发生高温干旱;(3)夏季青藏高原东部大气热源通过直接影响垂直上升运动场的异常,同时影响周围地区的大气环流形势,异常强迫500hPa副热带高压,进而影响到四川盆地东部及重庆地区的夏季气候。     

夏半年青藏高原东部大气热源时间变化特征

本文利用１９８３－１９９２年夏半年逐日控空资料，计算了青藏高原东部大气热源和水汽汇，讨论了高原东部热源平均值的日变化，季节内变化，季节变化和年际变化。结果表明，热源和水汽汇铅直廓线存在明显的日变化，夏半年平均热源日变化振幅为１－２℃／Ｄａｙ，水汽汇为１－１．５℃／Ｄａｙ，热源铅直积分显示准双周振动特征，各半夏半年热源滤波曲线表明，７，８月份准双周振动较弱，５，６和９月份较强。     

青藏高原OLR的气候特征及其对北半球大气环流的影响

利用１９７４－１９９０年青藏高原地区地－气系统月平均射出长波辐射资料，采用ＥＯＦ方法分析了前３个特征向量场，得到了青藏高原地区地－气系统射出长波辐射的几种异常形式，阐述了它们的天气气候特征，并对不同气候区的持续 及其与北半球大气环流的关系作了研究。     

青藏高原大气热源及其影响的研究进展

青藏高原及其热源效应对东亚以及全球的天气气候起着举足轻重的作用。青藏高原大气热源及其影响的相关研究有助于进一步加深对青藏高原大气热源及其影响的认识,提高高原地区天气系统发生发展的预报能力,提升高原地区降水的预报水平。本文较为系统地梳理了青藏高原大气热源的相关研究,涉及青藏高原大气热源的获取与特征,包括青藏高原大气热源的计算和青藏高原大气热源的时空分布及演变特征;青藏高原大气热源对季风、对降水的影响;青藏高原大气热源对天气系统的影响和作用,包括青藏高原大气热源对南亚高压、西太平洋副热带高压、高原低涡以及高原切变线的影响。在总结已有研究进展和成果的基础上,对今后青藏高原大气热源研究做出一定展望,提出值得进一步加强研究的方面。     

1961—2001年青藏高原大气热源的气候特征

文中利用ECMWF逐日再分析资料,用"倒算法"计算了1961-2001年青藏高原上空热量源汇,并分析了高原上空大气热量分布的气候状况.结果表明:(1)3-9月,高原上空为热源,热源最强在6月;10-2月是热汇,热汇最强在12月.整个高原上空,全年大气热鼋状况主要表现为热源持续时间长,且热源强度较热汇要大得多.对整层热源贡献最大的因子是垂直输送项.(2)从大气加热的垂直廓线来看,热源最大值层出现的高度随季节基本没有变化,集中在600-500 hPa,但加热的强度和厚度却随季节是变化的;而热汇最大值层和强度随季节是变化的.(3)高原整层(Q1)的水平分布复杂,表现出强的区域性特征:高原热源西部变化比东部迅速,4-8月西部热源强度明显强于东部.春季,高原西部热源增强迅速,在5月出现200 W/m2中心,比东部提前1个月.7月整个高原热源开始向南减弱,西部热源至10月转为热汇,比东部又提前了1个月.(4)自1979年后,各季节高原热源变化均表现出1990年前后的气候转变信号.夏季,高原热源变率表现为南北反位相型,其他季节为高原的中部-东北部与高原东南部反位相型.     

青藏高原大气热源年际变率及其驱动因子

青藏高原（以下简称高原）大气热源对亚洲夏季风爆发、演变、推进,乃至全球气候系统都有重要影响,因此近年来高原大气热源变异机理也日益受到关注。本文在回顾已有关于不同季节高原热源变异原因的研究基础上,利用1980～2018年日本气象厅再分析数据JRA55(Japanese 55-year Reanalysis),对逐月高原大气总热源的年际变率进行分类,并进一步探究了影响不同类别高原大气总热源的异常大尺度环流系统及海温驱动因子。除了传统上受关注的“冬季型”和“夏季型”以外,本文还提出了“早春型”和“过渡型”两种高原大气热源变率模态。总体而言,高原大气总热源年际变率以降水引起的凝结潜热异常为主,其中“冬季型”及“早春型”高原大气热源异常中心位于高原西部,主要受到中高纬遥相关波列的影响。此外,“冬季型”还受到厄尔尼诺—南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO）及印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole, IOD）的影响。“夏季型”高原大气热源呈东西偶极型反相变化,最大异常中心位于高原东南部,主要受北大西洋涛动（North Atlantic Osci...     

亚洲季风区大气热源汇的气候特征

用1950-2005 a共56年NCEP/NCAR再分析资料和倒算法计算了全球的大气热源、热汇,分析了亚洲季风区的大气热源、热汇的基本气候特征和年变化气候特征,主要结论包括:(1)从气候平均看,亚洲季风区的南亚-热带印度洋-热带西太平洋地区是全球范围最大的大气热源区,西太平洋暖池区是最强的热源中心.(2)在亚洲季风区,大气热源、热汇的季节差异明显.从青藏高原南侧和孟加拉湾北部到中国东部和南海地区,冬季是较强的热汇区,夏季则是强的热源区;而在北太平洋中纬度和澳大利亚北部洋面上,冬季是强热源区,夏季是弱的热源或热汇.(3)亚洲季风区中,青藏高原、东亚大陆、西太平洋地区三个经度带内热源、热汇的年变化明显不同.     

2001及2003年夏季青藏高原及附近大气热源(汇)的变化特征

利用NCEP/NCAR再分析资料,计算了2001及2003年青藏高原及其附近地区的大气热源(汇),再用CEOF方法分析了它俩的异同。结果表明:(1)该两年冬夏季节转换前的4月份,热源(汇)分布相似,强度不同;季节转换后的6月份,热源(汇)分布明显不同,强度也有很大差异;(2)该两年分别在青藏高原南侧到孟加拉湾北部和阿拉伯海东部到印度半岛西侧各有一个高值中心,但强度明显不同:表现为2001年夏季孟加拉湾地区的热源强度明显比阿拉伯海地区强,2003年夏季则相反;(3)两年季节转换期间的5月到6月下旬期间,高原及其南侧的热源变化趋势也是不同的。2003年6月下旬达最强值;2001年则是5月中下旬到6月初已达到较强,到6月下旬又突然减弱;(4)该两年第一特征向量的空间位相上也是不同的。在2001年,印度半岛中部是晚位相中心,其四周的位相都相对较早,位相差近180°,因此印度半岛大部与其周围的大气热源(汇)有近似相反的变化趋势;而在2003年情况则有所不同,印度半岛与其两侧的阿拉伯海和孟加拉湾北部仅是一个相对高晚位相区,其西北部和南端是晚位相中心,高原南部和赤道附近的洋面上是早位相区。因此,在2003年的大气热源(汇)变化趋势与2001年有明显的不同。2001及2003年夏季青藏高原及其附近地区大气热源(汇)的这些差异可能正是影响我国江淮地区严重干旱/洪涝的原因之一。     

青藏高原5月大气热源与黑龙江省盛夏降水的关系

利用1961—2017年黑龙江省夏季降水资料和NCEP再分析资料,采用奇异值分解、相关分析、回归分析等方法,研究了青藏高原大气热源与黑龙江省盛夏降水的关系及可能的影响机制。结果表明:5月青藏高原热源与黑龙江省7月降水关系最密切,当5月高原东部热源偏强时,7月黑龙江省中部降水显著偏少。5月热源偏强年,在副热带西风急流的作用下,7月中纬度环流呈现类似“丝绸之路”型遥相关波列,同时东亚沿岸环流呈现类似“东亚—太平洋”型遥相关波列,在二者共同作用下黑龙江省受反气旋式环流影响,7月降水偏少。     

Uncertainties in Quantitatively Estimating the Atmospheric Heat Source over the Tibetan Plateau

As a huge,intense,and elevated atmospheric heat source(AHS) approaching the mid-troposphere in spring and summer,the Tibetan Plateau(TP) thermal forcing is perceived as an important factor contributing to the formation and variation of the Asian summer monsoon.Despite numerous studies devoted to determine the strength and change of the thermal forcing of the TP on the basis of various data sources and methods,uncertainties remain in quantitative estimation of the AHS and will persist for the following reasons:(1) Routine meteorological stations cover only limited regions and show remarkable spatial inhomogeneity with most distributed in the central and eastern plateau.Moreover,all of these stations are situated at an altitude below 5000 m.Thus,the large area above that elevation is not included in the data.(2) Direct observations on heat fluxes do not exist at most stations,and the sensible heat flux(SHF) is calculated by the bulk formula,in which the drag coefficient for heat is often treated as an empirical constant without considering atmospheric stability and thermal roughness length.(3) Radiation flux derived by satellite remote sensing shows a large discrepancy in the algorithm in data inversion and complex terrain.(4) In reanalysis data,besides the rare observational records employed for data assimilation,model bias in physical processes induces visible errors in producing the diabatic heating fields.     

Formation and Variation of the Atmospheric Heat Source over the Tibetan Plateau and Its Climate Effects

To cherish the memory of the late Professor Duzheng YE on what would have been his 100 th birthday, and to celebrate his great accomplishment in opening a new era of Tibetan Plateau(TP) meteorology, this review paper provides an assessment of the atmospheric heat source(AHS) over the TP from different data resources, including observations from local meteorological stations, satellite remote sensing data, and various reanalysis datasets. The uncertainty and applicability of these heat source data are evaluated. Analysis regarding the formation of the AHS over the TP demonstrates that it is not only the cause of the atmospheric circulation, but is also a result of that circulation. Based on numerical experiments, the review further demonstrates that land–sea thermal contrast is only one part of the monsoon story. The thermal forcing of the Tibetan–Iranian Plateau plays a significant role in generating the Asian summer monsoon(ASM), i.e., in addition to pumping water vapor from sea to land and from the lower to the upper troposphere, it also generates a subtropical monsoon–type meridional circulation subject to the angular momentum conservation, providing an ascending-air large-scale background for the development of the ASM.     

青藏高原大气热量的简单计算方法及其应用

利用1961-1995年青藏高原及其邻近地区198个地面站月平均常规观测资料与青藏高原大气热量(〈Q1〉)资料,建立了一种计算青藏高原大气热量的简便方法.利用计算出的大气热量分析了各个季节青藏高原各地区〈Q1〉的气候特征,以及冬季高原〈Q1〉与春季大气环流场的关系.结果发现,各个季节高原东北部地区大气热量值都小于南部地区;高原各区大气热量在20世纪70年代到80年代初都表现出了显著的上升趋势.高原冬季热源与春季高原周围地区的位势高度场存在着明显的负相关,气候模拟证实了冬季高原地区热源变化对春季东亚大气环流的这种影响.     

夏季高原大气热源的气候特征以及与高原低涡生成的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和基于此再分析资料的高原低涡统计数据集,采用线性趋势、Morlet小波、EOF分解、合成分析等方法,分析了1981～2010年夏季高原大气热源气候特征以及与高原低涡生成的联系。结果表明:夏季高原大气热源平均强度为105 W m-2,随时间有减弱趋势,具有明显的年代际变化,存在显著的准3年周期振荡。高原低涡高发年,高原大气热源强度明显高于气候态,主要表现为高原大气热源的水平分布差异。在低涡高发年,涡度平流的空间分布和大气经向垂直环流结构显示:高原沿东南向西北存在500 hPa正涡度平流带,为高原低涡生成提供了有利的涡度场。同时,高原大气热源异常的水平分布促使高原上空产生上升气流,有助于高原上形成低层辐合、气旋式环流,整层上升运动,高层辐散、反气旋式环流的三维流场,促进高原低涡在低层生成,此时高原主体低空为正涡度区。并且,大气热源在垂直方向的变化也影响低涡的生成。最后,根据本文结果和我们前期的相关研究,从热成风原理和高原大气热力适应理论两方面对高原大气热源与高原低涡生成频数的统计结果给出了机理解释。     

Varying Rossby Wave Trains from the Developing to Decaying Period of the Upper Atmospheric Heat Source over the Tibetan Plateau in Boreal Summer

This study demonstrates the two different Rossby wave train(RWT) patterns related to the developing/decaying upper atmospheric heat source over the Tibetan Plateau(TPUHS) in boreal summer. The results show that the summer TPUHS is dominated by quasi-biweekly variability, particularly from late July to mid-August when the subtropical jet steadily stays to the north of the TP. During the developing period of TPUHS events, the intensifying TPUHS corresponds to an anomalous upper-tropospheric high over the TP, which acts as the main source of a RWT that extends northeastward, via North China, the central Pacific and Alaska, to the northeastern Pacific region. This RWT breaks up while the anomalous high is temporarily replaced by an anomalous low due to the further deepened convective heating around the TPUHS peak. However, this anomalous low, though existing for only three to four days due to the counteracting dynamical effects of the persisting upper/lower divergence/convergence over the TP, acts as a new wave source to connect to an anomalous dynamical high over the Baikal region. Whilst the anomalous low is diminishing rapidly, this Baikal high becomes the main source of a new RWT, which develops eastward over the North Pacific region till around eight days after the TPUHS peak. Nevertheless, the anomaly centers along this decaying-TPUHS-related RWT mostly appear much weaker than those along the previous RWT.Therefore, their impacts on circulation and weather differ considerably from the developing to the decaying period of TPUHS events.     

多源资料在青藏高原大气热源计算中的适用性分析

大气热源是高原气象学的理论要点,研究其计算方法及其适用性,对加深高原气象学的认识,开拓"高原气象学"课程学生的视野,都具有重要意义。然而,精确计算大气热源仍是个挑战。本文详细介绍了大气热源两种计算方法,即正算法和倒算法,并基于站点观测、卫星辐射资料(ISCCP和SRB)及4套再分析资料(NCEP/NCAR、NCEP/DOE、ERA-Interim和JRA55),比较了不同资料计算所得夏季高原热源多尺度变率的差异。结果显示利用正算法时,辐射资料的选择需慎重;而在利用倒算法时,再分析资料的选择则需根据热源的研究尺度而定,不同再分析资料差异颇大。就长期趋势变化而言,再分析结果Q_1-JRA55最接近观测;而在年际尺度上,Q_1-ERAI与Q_1-JRA55两套结果能近似重复观测计算所得热源变率;在季节内尺度上,多套再分析资料差异性缩小,均可细致刻画高原夏季热源变化周期,在高原地区均有较好的适用性。     

夏季青藏高原大气热源与西南地区东部旱涝的关系

利用1959～2006年西南地区东部20个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR再分析月平均资料,分析了夏季青藏高原大气热源特征,指出了影响西南地区东部夏季旱涝的热源关键区域,并就关键区大气热源对该区域夏季旱涝的影响进行了诊断,得出了以下主要结论:西南地区东部夏季降水与高原主体东南部的热源变化关系密切,当该区域(该区域...     

夏季青藏高原热源低频振荡对我国东部降水的影响

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料及长江中下游降水资料, 诊断和分析了长江中下游地区旱年1978年、涝年1999年青藏高原东部大气热源与降水季节内振荡的关系, 并着重讨论了青藏高原低频热力过程的经、纬向传播, 结果表明:1978年夏季青藏高原东部大气热源存在10~20 d周期为主的振荡, 交叉谱分析表明:青藏高原东部热源与长江中下游降水在10~20 d频段存在显著相关, 且青藏高原激发的周期为10~20 d的低频振荡热源在纬向上呈现出驻波形式; 1999年夏季青藏高原东部热源存在30~60 d周期为主的振荡, 热源与长江中下游降水在30~60 d频段存在显著相关。     

夏季青藏高原大气热源低频振荡与南亚高压东西振荡的关系

利用1983～2012年NCEP/NCAR逐日再分析资料对夏季青藏高原大气热源和南亚高压东西振荡的低频特征以及两者的关系进行了讨论,发现夏季青藏高原东部大气热源与南亚高压纬向运动的主要低频周期都是10～20 d。在高原东部大气热源10～20 d振荡峰值位相,青藏高原上空被低频气旋控制,高原西部被低频反气旋控制,导致南亚高压主要高压中心向西移动呈伊朗高压模态;在大气热源10～20 d振荡谷值位相,低频环流形势完全相反,青藏高原上空被低频反气旋控制,高原西部被低频气旋控制,致使南亚高压主要高压中心向东移动呈青藏高压模态。高原热力场异常导致其上空暖中心变化从而引起的高层风场变化可以解释南亚高压的东西振荡。     

Decadal Relationship Between Atmospheric Heat Source and Winter-Spring Snow Cover over the Tibetan Plateau and Rainfall in East China

By using a reverse computation method and the NCEP/NCAR daily reanalysis data from 1960 to 2004, the atmospheric heat source （AHS） was calculated and analyzed. The results show that AHS over the Tibetan Plateau （TP） and its neighboring areas takes on a persistent downtrend in spring and summer during the foregone 50 years, especially the latest 20 years. Snow depth at 50 stations over the TP in winter and spring presents an increase, especially the spring snow depth exhibits a sharp increase in the late 1970s. A close negative correlation exists between snow cover and AHS over the TP and its neighboring areas, as revealed by an SVD analysis, namely if there is more snow over the TP in winter and spring, then the weaker AHS would appear over the TP in spring and summer. The SVD analysis between AHS over the TP in spring and summer and rainfall at 160 stations indicates that the former has a negative correlation with summer precipitation in the middle and lower reaches of the Yangtze River, and a positive correlation with that in South China and North China. The SVD analysis of both snow cover over the TP in winter and spring and rainfall at the same 160 stations indicates that the former has a marked positive correlation with precipitation in the middle and lower reaches of the Yangtze River, and a reversed correlation in South China and North China. On the decadal scale, the AHS and winter and spring snow cover over the TP have a close correlation with the decadal precipitation pattern shift （southern flood and northern drought） in East China. The mechanism on how the AHS over the TP influences rainfall in East China is discussed. The weakening of AHS over the TP in spring and summer reduces the thermodynamic difference between ocean and continent, leading to a weaker East Asian summer monsoon, which brings more water vapor to the Yangtze River Valley and less water vapor to North China. Meanwhile, the weakening of AHS over the TP renders the position of the subtropical high further westward and the r