2007年淮河强降水时期低频环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料以及中国气象台站降水资料,研究了2007年夏季淮河流域强降水的低频振荡及其环流特征。结果表明,2007年夏季淮河流域强降水低频振荡的主要周期是10 25天。淮河流域降水强弱与对应低频周期存在联系,降水主要发生在低频周期的正位相时期,而在负位相时期结束或明显减弱。降水的低频变化一方面与副热带高压和南亚高压的低频变化有关,另一方面还受到中高纬度冷空气低频变化的影响。在低频周期的峰值位相,对流层高层出现的低频反气旋使南亚高压偏东,脊线偏北,并有利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的上升运动。中高纬地区出现大片正位势涡度,冷空气的低频活动显著偏强,南下侵入到中国淮河流域的冷空气较多,形成有利于淮河流域强降水的环流场。相反,在低频周期的谷值位相,对流层高层出现的低频气旋使南亚高压偏西,脊线偏南,不利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的下沉运动。高纬度冷空气的低频活动偏弱,南下侵入到中国淮河流域的冷空气也较少,最终形成不利于淮河流域强降水的环流场。     

第三讲 OLR对低频振荡及ENSO过程的分析应用

热带大气运动有明显的时空尺度特征,其中的低频范围(>20天)以40—50天振荡及ENSO(厄尔尼诺/南方涛动)最为显著。40—50天的低频振荡最早由Madden和Julian提出。他们根据坎顿岛的探空及地面气压场资料,用谱分析的方法发现热带大气的风场和气压场的变化有明显的40—50天周     

1991年江淮特大暴雨与东亚大气低频振荡

本文分析了１９９１年江淮特大暴雨期间东亚大气低频振荡活动。从低频振荡特征看，江淮雨量和东亚风场中低频振荡现象是普遍存在的，风场的振荡周期具有显著的地域和频域分布特征。从低频波的传播看，这一梅雨过程的两个异常阶段（５月下半月和７月上半月），东亚风场低频波的水平传播方向发生了显著的变化。分析指出，低纬地区低频波虽有不同传播方向，但都将暖湿空气以低频形式输送到江淮以南，它与北侧的低频冷空气在江淮地区相互作用，从而导致该地区以低频形式出现的３场特大暴雨。     

雷电过程中大气电场信号处理方法探究

基于天津市蓟州区大气电场探测数据和闪电定位数据，利用功率谱分析、小波降噪和快速傅里叶变换等信号处理方法，分析了雷电天气过程中地面大气电场变化特征。结果表明，雷电过程中大气电场能量主要集中在低频部分，利用sym5小波函数进行7层或8层分解，提取的低频信号能够反映大气电场的主要变化特征。在首次闪电发生前1小时，大气电场的频谱幅值起伏变化明显，且远高于非雷电天气电场频谱幅值。通过欧氏距离判别法，判断大气电场频谱特征更接近雷电天气还是非雷电天气，可为雷电预报预警提供参考。     

淮河流域汛期典型旱涝年的低频环流特征分析

利用小波分析、Butterworth滤波器分析了淮河流域汛期典型旱涝年降水和大气的低频特征,结果表明典型涝年、旱年降水的周期和方差贡献最明显的差异都位于30～60 d周期段。从30～60 d滤波降水峰值位相对应的低频环流来看,高层主要的差异位于东亚,在东西伯利亚地区涝年存在大片负异常区,而旱年则为正异常;涝年平均在东亚自北向南存在“－＋－＋”的异常配置,而旱年平均的位相近乎相反;低层风场上涝年副热带的低频反气旋比旱年更明显。此外,典型涝年的高低纬地区存在低频信号相向传播的特征,典型旱年则不明显;涝年存在低频信号自太平洋向东亚西传的特征,而旱年的西传仅局限于120 ?E以东地区。      

海洋性大陆区域OLR的气候低频振荡及其与中国降水的可能联系

利用1979—2009年NCEP/NCAR再分析资料和地面观测站降水资料,研究了海洋性大陆（Maritime Continent,MC）区域的低频振荡气候学特征及其与中国东部降水扰动的关系。结果表明:气候平均状况下MC区域存在显著的低频振荡（CLFO）,30～60 d季节内振荡在4—9月强度最大,且MC区域为低频OLR方差贡献率大值区。低频时间尺度上,MC区域OLR在4—9月有4次比较明显的活跃过程,在1～4（5～8）位相,对流相对较弱（活跃）。OLR的CLFO在热带地区显著东传,在南北方向亦存在位相的传播。从MC区域经南海、菲律宾群岛至中国长江流域存在类似于EAP波列（或P-J型遥相关）的扰动环流分布。不同位相上,低频环流及加热场的变化表明,中国降水的扰动在4—9月间受到MC区域CLFO的可能影响。低频热力场在南北方向上呈现EAP波列状或P-J型遥相关状分布。在OLR的CLFO的峰（谷）位相时,MC区域低层辐散（辐合）,高层辐合（辐散）,低频对流相对较弱（较强）,在MC区域至日本海激发EAP波列（或P-J型遥相关）;在对流层上层南亚高压因低频气旋（反气旋）而位置偏东（偏西）;中国的江南及河套地区降水偏少（偏多）,西南及青海、甘肃等地降水增加（减少）。在转换位相时,MC区域低频对流在部分地区更为活跃,在对流层低层激发低频的气旋-反气旋-气旋的波列,南亚高压偏南,长江中上游、吉林地区出现明显的辐合区,降水偏多,黄淮之间及云贵地区降水偏少。这些结果有助于人们深刻认识气候学意义上的低频振荡特征及LFO的季节锁相问题,有利于进一步认识中国不同地区降水扰动的成因。      

对谢义炳教授关于大气纬圈平均运动研究的评论

谢义炳教授从1980年到1982年,在《气象学报》上先后发表了“纬圈平均大气运动特征的振动”(以下简称H_1)和“斜压大气纬圈平均运动特征的振动”(以下简称H_2)。经过阅读,我认为这两篇论文存在着一些问题,不能不加以评论。     

东亚寒潮冷空气的传播和行星尺度作用

本文研究了1980—1984年冬季19次东亚寒潮爆发过程中低频扰动的传播特征和行星尺度作用。揭示出冷空气的向南传播主要是一种低频模态的10—20天周期的振荡。另一方面，与寒潮爆发有关的西伯利亚冷高压作为北半球冬季对流层的主要冷源会导致一系列行星尺度过程的响应。这主要表现为辐散环流的上升支迅速地从印尼—马来西亚地区东移到东太平洋，使正常的沃克环流反向。这种情况十分相似于由非厄尔尼诺年到厄尔尼诺年辐散环流的运动。从动力学上，这种辐散环流有利于东太平洋以及北美西岸的天气发展。     

长江中下游典型涝年准双周振荡特征及其影响分析

针对长江下游典型涝年（1999、2016和2020年）,通过全域功率谱分析和Lanczos滤波方法提取准双周振荡（QBWO）分量;并采用再分析资料进行同位相合成,揭示不同典型涝年共性特征及其各自的关键影响因子。结果表明：（1）1999、2016和2020年是长江下游地区最为典型的涝年,存在10—20 d显著的准双周振荡周期,且6—7月更为明显。（2）中、高纬度地区高层低频环流呈现扰动波列分布,有利于“两脊一槽”大尺度背景的维持和下游扰动增强,引起长江下游地区低频垂直运动变化,进而造成降水异常。低纬度地区准双周振荡是长江下游低频变化的另一来源,低层低频涡旋以10°N为轴对称分布,低频辐散风由中国南海指向长江下游地区,热带对流活动低频变化可通过低频大气环流影响长江下游降水。高、低纬度低频大气环流配合热源强迫存在相向运动,叠加低频水汽强烈辐合,为长江下游地区降水偏多提供有利条件。（3）3个长江下游典型涝年降水分布特征及其关键影响因子存在不同。1999年,西北太平洋上低频反气旋环流偏强、偏西,辐散风由中国南海指向长江下游地区,低频水汽来源为孟加拉湾和中国南海地区。2016年,对流层低层南、北低...     

北半球中高纬度低频振荡对2012/2013年冬季中国东北极端低温事件的影响

利用NCEP/DOE的逐日再分析资料和国家气象信息中心的常规观测站温度资料,首先分析了2012/2013年冬季中国东北区域极端低温事件过程中区域平均温度的低频振荡变化特征,然后分析了北半球中高纬度对流低层和中层低频环流系统配置的变化及其与东北地区强冷空气活动过程的联系,最后进一步研究了中高纬度低频环流系统的传播特征及其对温度变化的影响。主要结果有:（1）2012/2013年冬季东北区域平均温度存在很强的30～60 d的周期振荡特征,同时伴随较强的10～30 d低频振荡,后者与实际降温过程对应关系更好;（2）对10～30 d的低频振荡而言,在东北地区低频温度变化降低最大的位相7（位相3升高最大）,500 hPa上,我国东部地区正好处于贝加尔湖地区的低频高压（低压）环流和日本海的低频低压（高压）环流型之间的低频偏北（偏南）的较强引导气流中;同时在850 hPa上,我国东部从东北到南海都是较强的偏北（偏南）低频风控制,这使得东亚冬季风环流系统加强（被抑制）,东北区域则经历一次大幅度的低频温度降低（升高）过程,这些高低空低频环流系统的配置和演变导致了2012/2013年冬季一次次强（或较强）的冷空气沿偏东偏北的路径影响我国东北地区,并导致极端低温事件的出现;（3）沿着乌拉尔山-贝加尔湖-我国东北地区-西北太平洋传播的500 hPa低频波列,是驱动2012/2013年冬季东亚冬季风低频振荡和我国东北地区极端低温事件的环流系统。     

2010年华南前汛期持续性降水异常与准双周振荡

利用中国台站逐日降水资料以及NCEP-DOE逐日再分析资料,分析了2010年华南汛期降水异常的低频特征及大气环流的影响。结果表明,2010年华南汛期降水异常呈显著的低频振荡特征,其中前汛期以10~20天振荡（准双周振荡）为主,后汛期以20~50天振荡（季节内振荡）为主。重点讨论了准双周尺度上前汛期持续性降水异常与中高纬和热带地区大气低频振荡的关系。中高纬地区的低频环流可通过Rossby波能量沿着低频遥相关波列的频散影响华南低频环流的变化。波活动通量分析显示,西西伯利亚作为Rossby波源,其波能量沿着横跨欧亚大陆的低频遥相关波列向我国东部地区频散,引起该地扰动加强,从而引起华南低频环流及垂直运动的变化进而造成华南降水的异常。热带东印度洋的准双周振荡是影响华南前汛期降水的另一低频来源。当赤道东印度洋对流旺盛（抑制）,其上空为强上升（下沉）气流,低层辐合（辐散）高层辐散（辐合）,而华南上空盛行下沉（上升）运动,不利于（有利于）华南降水。来自中高纬和低纬的低频信号的叠加并配合低频水汽输送共同影响了华南环流异常的低频变化,从而引起华南的低频降水异常,有利于华南持续性降水异常的发生。      

2010年华南前汛期持续性降水异常与准双周振荡

利用中国台站逐日降水资料以及NCEP-DOE逐日再分析资料,分析了2010年华南汛期降水异常的低频特征及大气环流的影响。结果表明,2010年华南汛期降水异常呈显著的低频振荡特征,其中前汛期以10~20天振荡(准双周振荡)为主,后汛期以20~50天振荡(季节内振荡)为主。重点讨论了准双周尺度上前汛期持续性降水异常与中高纬和热带地区大气低频振荡的关系。中高纬地区的低频环流可通过Rossby波能量沿着低频遥相关波列的频散影响华南低频环流的变化。波活动通量分析显示,西西伯利亚作为Rossby波源,其波能量沿着横跨欧亚大陆的低频遥相关波列向我国东部地区频散,引起该地扰动加强,从而引起华南低频环流及垂直运动的变化进而造成华南降水的异常。热带东印度洋的准双周振荡是影响华南前汛期降水的另一低频来源。当赤道东印度洋对流旺盛(抑制),其上空为强上升(下沉)气流,低层辐合(辐散)高层辐散(辐合),而华南上空盛行下沉(上升)运动,不利于(有利于)华南降水。来自中高纬和低纬的低频信号的叠加并配合低频水汽输送共同影响了华南环流异常的低频变化,从而引起华南的低频降水异常,有利于华南持续性降水异常的发生。     

大气低频振荡的数值模拟

本文利用IAP_GCM积分结果中10年候平均资料，研究了模式大气中的低频振荡现象。结果表明，该模式能相当逼真地模拟出低频振荡的地理分布、垂直结构和传播过程的主要特征，因而低频振荡是大气本身所固有的一种现象。而流场与大气加热场之间在低频域内的相关分析则证实了大气加热对低频振荡的产生起重要的作用，其中最重要的因子是水汽潜热的释放。     

北半球冬季中高纬30～60天振荡动能源、汇的特征

利用ECMWF/WMO资料,计算了1985年11月～1986年3月的大气低频动能、低频动能通量散度,详细讨论其冬季平均的水平分布特征,并揭示大气低频动能源和汇的水平传播特征。结果表明:大气低频动能的大值中心正好对应于持续性异常的活动中心,且主要位于大气环流遥相关型PNA和EU波列路径附近,大气低频动能的强源(汇)主要位于西风急流的出口(入口)区;在中高纬地区,大气低频动能源和汇主要呈现向西的纬向传播特征和向北的经向传播特征。     

北半球冬季大气低频变化主模态的产生机制

最近的一系列研究工作指出,大气环流基本气流纬向非对称结构是产生大气低频变化的重要因子之一[1-4]。在低频时间尺度上,大气运动必然要受到外强迫因子的影响。但外因必须通过大气环流运动中的内因才能产生低频环流变化。      

江淮流域梅雨期持续性强降水及其10～30d低频环流特征

利用1961—2010年中国556站的逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,采用合成分析等方法探讨了江淮流域梅雨期持续性强降水的低频振荡特征及其发生前后低频大气环流场的演变特征。结果表明,江淮梅雨持续性强降水存在显著的10~30 d低频振荡特征。持续性强降水发生时,江淮流域对流层高层受东海低频反气旋西北部的偏西气流控制,使得南亚高压位置偏东,加强了高层的辐散型流场;对流层中层,中高纬度地区存在"+、-、+"的低频位势高度中心,蒙古低频低压使得极地冷空气易于南侵;对流层低层,江淮流域受低频P-J波列西段的台湾岛低频反气旋影响,并伴随强烈的对流活动,此反气旋使得西太平洋副热带高压向更西的位置伸展;因此低层辐合、高层辐散使得江淮流域表现为强烈的低频上升运动,同时低频水汽从孟加拉湾-南海一带输送到江淮流域,为持续性强降水的发生提供了有利的低频环流条件。另外,在持续性强降水发生前后,低层低频正涡度向北、向西传播,高层低频负涡度向南、向东传播,高低层斜压结构明显,共同作用于江淮流域,维持持续性强降水过程。     

华北平原夏季降水准双周振荡与低频环流演变特征

利用华北地区夏季日降水资料和NCEP/NCAR再分析环流资料,采用功率谱分析、Butterworth带通滤波等方法,对华北地区夏季降水低频特征与大气低频环流演变进行了综合分析。结果表明:(1)华北地区夏季降水存在低频特征,主要以准双周振荡为主。(2)500 h Pa高度场大气低频环流表现为闭合的高、低压系统;850 h Pa低频流场演变要复杂一些,但它们伴随高层低频系统移动会发生有规律的变化。500 h Pa高度场上,在35°N以北,低频系统向东移动,有时也从鄂霍次克海附近向西的扩展;在35°N以南,低频系统表现为由西北太平洋向西北移动,然后再向西移动。华北夏季降水主要是直接受中高纬度低频系统影响,低纬度低频系统很难直接影响华北地区,但它们可以通过偏南偏北气流的变化影响向华北地区的水汽输送或冷空气活动,进而加强或减弱华北地区的降水强度。(3)当500h Pa 40°N-60°N范围内有低频低压从西向东移近华北地区,并诱发850 h Pa气旋或切变线生成,从而在华北地区出现明显的降水过程;当500 h Pa低频低压向东移出而后部低频高压移来时,华北地区低层850 h Pa流场就会转为辐散气流或为一致的偏北气流,降水过程结束。(4)华北地区降水发生时,高、低空低频环流有较好的配合。     

2021年京津冀秋季降水10～20 d低频振荡特征

研究京津冀地区的降水异常特征对提高秋季延伸期降水的认识和预测能力具有重要作用。近年来京津冀地区“夏雨秋下”现象频繁发生,表现出秋季降水强度增强、极端降水增多特征。2021年京津冀地区秋季降水为1981年以来最多的一年,10月降水量多站突破历史极值。利用京津冀地区秋季逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用Morlet小波分析和Lanczos滤波等方法,对京津冀地区2021年秋季降水的低频振荡周期与大气低频环流特征演变进行分析以探究其异常特征。结果表明,2021年京津冀地区秋季降水的主要低频振荡周期为10～20 d,低频振荡方差达44%。低频降水活跃期500 hPa大气低频环流表现为低压异常前存在辐合运动,有利于低层异常气旋发展加强和上升运动加强;低频降水活跃期850 hPa有异常气旋自南向北移动至京津冀上空,有利于南方暖湿气流向京津冀地区输送。水汽输送强度会影响降水过程的强度,水汽输送强度越强,降水强度越大。     

2011年秋季河南持续降水的低频环流特征

利用河南119站的降水观测资料以及NCEP/NCAR各层高度场、风场和垂直速度场的再分析资料,研究2011年9月在河南发生的一次持续的区域性连阴雨过程。对降水进行的墨西哥帽小波分析发现,降水存在着低频特征。通过对造成低频降水的高度场和风场资料滤波计算,分析了造成降水的低频环流特征,结果表明：2011年9月河南秋季持续性降水低频振荡最主要的周期是32 d左右;低频降水的周期分为4个位相,降水从低频谷值和峰值之间的过渡位相开始,在峰值位相达到最大。低频环流场的配置在低频降水的谷值位相和峰值位相有着显著的差异,环流场的高低层配置从不利于对流发展转为有利于对流发展;同时低层水汽输送在过渡位相开始逐渐加强。降水的发生在850 hPa上主要是与低频正涡度的分布相一致,低频正涡度有着明显的波列变化及北跳;500 hPa、200 hPa上的低频负涡度变化和降水变化相一致。降水的峰值(谷值)位相散度场的高低空配置主要为低层辐合(辐散)、中高层辐散(辐合),有利于(不利于)对流的发展。     

雷州半岛海风环流的数值研究

利用1984年N1月—1985年2月和1985年5—8月的欧洲中期预报中心格点资料,计算了北半球低频(40—50)天扰动动能和正压动能的分布以及时间平均气流与低频扰动的相互作用.发现高空低频扰动动能的高值区与西风急流的纬向非对称性和经向切变关系密切。在西风急流的出口区,特别是东亚西风急流的出口区,时间平均气流向低频扰动输送动能,这些地区的低频正压性也最强.亚洲季风区低频正压动能较小。提出可以用低频正压动能与低频动能的比值作为低频扰动的“结构参数”,“结构参数”为0.5的等值线可作为区分热带地区低频振荡与中高纬地区低频振荡的特征线.