2003年7月西太平洋副热带高压变异及中国南方高温形成机理研究

运用全型垂直涡度倾向方程理论, 研究了空间非绝热加热在垂直方向的变化对2003年7月副高强度和位置变异的影响.结果表明: 副热带地区的非绝热加热对副高的强度和位置的变化有极其重要的影响.与气候平均状况相比较, 2003年7月副高北侧、西侧非绝热加热的垂直变化异常偏强, 而南侧、东侧较常年异常偏弱.这种异常的非绝热加热状况导致我国江南到副热带西太平洋地区呈现带状的异常反气旋性涡度制造, 使得7月副高偏强偏西.     

2003年云南夏季罕见高温干旱的诊断研究

2003年夏季云南出现了历史上罕见的大范围异常高温干旱天气,是自1961年以来云南最严重的夏季高温干旱天气之一,影响范围、持续时间及危害程度仅次于1983年。是20世纪80年代中期云南进入气温偏暖期后的一次夏季极端气候事件,打破多项历史纪录。利用高度、OLR、TBB等资料对此次气候灾害过程进行了诊断分析。发现西太平洋副热带高压持续稳定且偏强偏西,季风低压偏弱偏西,云南TBB值偏高,降水云系较少,OLR值偏高,对流活动抑制,云南正好处于东、西两个垂直环流圈的下沉气流控制区是形成高温干旱的主要原因。     

1999年北京持续高温天气过程的诊断分析

利用北京观象台观测资料和NCEP/NCAR再分析数据,对1999年6月24日至7月2日北京一次持续性高温天气的演变和发展过程及非绝热加热作用对系统的影响进行诊断分析,结果表明：在此次高温天气发生前,欧亚大陆中高纬度环流经向度很大,欧洲北部和贝加尔湖以南为高压脊控制,中亚和我国东北地区则处于低压槽内。贝加尔湖南部的高压脊纬向延伸范围较广,在东移过程中长时间影响北京。随着贝加尔湖以南的高压脊逐渐东移,北京上空下沉增温与非绝热加热作用有所增强,北京逐渐受到高温天气影响。在高温天气发生的后半阶段,我国东北的低压槽入海后在120130°E附近维持并发展,槽前非绝热加热率很大。从垂直方向来看,加热率在500 hPa以下随高度迅速增加,根据全型涡度方程,强烈的非绝热加热率垂直分布不均作为一个明显的涡度源区,对入海低压槽的稳定维持有显著的作用。而入海低压槽的稳定维持,又阻碍了华北高压脊的东移,使其在北京地区长时间稳定少动,为北京带来多日的持续性高温天气。     

Comparative Analysis of Extreme High Temperature Weather in the Summers of 2013 and 2003

The characteristics of regional high temperature（HT） weather in 2013 and 2003 and their causes were studied using daily maximum temperature data, National Center for Environmental Prediction（NCEP） reanalysis data, and outgoing longwave radiation（OLR） data. For these two years of HT weather, there were many similar characteristics, such as their long duration, wide range, high intensity, and severe influence. However, there were also three obvious differences： firstly, in 2013, the major area where HT weather occurred was farther north than in 2003; secondly, the HT weather in South China and the southeast area of Jiangnan in 2013 lasted fewer days than in 2003, but in other areas it lasted for more days than in 2003; thirdly, the intensity of the HT weather in 2013 was also stronger in the north and weaker in the south, similar to that of the duration. A strong and stable western Pacific subtropical high（WPSH）, a continental warm high, and the distribution of the warm center in the lower troposphere played important roles in the HT weather formation. Several probable causes for the differences are that the cold air was weaker, the WPSH was farther north, and the tropical convective systems were stronger in 2013 than in 2003. Finally, a preliminary cause analysis of the WPSH anomaly was presented.     

2009年夏季西太平洋副热带高压北抬原因初探

利用数值模式再分析数据和常规观测资料,分析研究2009年6-8月西太平洋副热带高压(以下简称副高)连续5次北抬至偏北位置,且异常稳定维持,造成江淮流域干旱少雨(空梅)之缘由.通过合成、相关等分析方法探讨西风带、副热带、热带主要大气环流系统之间的相互影响和作用,并利用全型涡度方程探讨副高北抬和强度维持的主要机制.结果表明:(1)西风带波动的传播与副高变化关系密切,西太平洋副高的北抬过程起始于中段副高(140°～160°E)强度加强;(2)副高北抬之前孟加拉湾东部有明显的对流活动,对于副高的北抬和加强有一定的指示意义,而副高南侧的对流活动与副高北抬之间是一种伴随关系;(3)涡度场变化分析可知,副高北抬的关键因素是中高纬度槽脊变化引起的东亚沿海负涡度的增加.     

2018年夏季东北极端高温事件物理机制分析

基于观测资料和再分析资料,研究分析了2018年夏季中国东北地区持续多日出现高温异常事件的形成机理。首先分析了整个夏季该地区观测台站逐日的温度资料,计算了观测台站的超热因子（Excess Heat Factor,EHF）指数,发现东北地区出现高温异常的时段主要是7月和8月,异常高温的发生区域集中在东北南部。在此期间,东亚大气环流形势的异常主要表现为南亚高压和西太平洋副热带高压强度异常增强,作用相互重叠和位置持续偏北。进一步的分析可以注意到,二者的重叠造成研究区域内有负涡度异常增强,使得南亚高压和西太平洋副热带高压在北推的过程中不断带动东北南部上空负涡度异常增强,并伴随有异常下沉气流,下沉绝热增温与晴空辐射增温,这可能是东北南部地表增温的一个重要原因。相关分析证实,在整个夏季东北南部地表气温与其上空300 hPa至500 hPa涡度异常都有显著的负相关关系。因此,南亚高压和西太平洋副热带高压之间的相互叠加组合是导致东北南部在2018年夏季7、8月份出现高温异常的主要原因。进一步的研究发现,夏季副热带西风急流中准定常Rossby波能量的传播与南亚高压和西太平洋副热带高压异常增强有密切联系,同时夏季西太平洋暖池的显著增暖导致了菲律宾地区异常旺盛的对流活动,进而在500 hPa高度场上激发出PJ（太平洋—日本涛动）波列,从另一个路径上促进了西太平洋副热带高压偏强偏北。     

Relationship Between the Western Pacific Subtropical High and the Subtropical East Asian Diabatic Heating During South China Heavy Rains in June 2005

Based on the daily NCEP/NCAR reanalysis data, the position variation of the western Pacific subtropical high (WPSH) in June 2005 and its relation to the diabatic heating in the subtropical East Asia are analyzed using the complete vertical vorticity equation. The results show that the position variation of the WPSH is indeed associated with the diabatic heating in the subtropical East Asian areas. In comparison with June climatology, stronger heating on the north side of the WPSH and relatively weak ITCZ (intertropical convergence zone) convection on the south side of the WPSH occurred in June 2005. Along with the northward movement of the WPSH, the convective latent heating extended northward from the south side of the WPSH. The heating to the west of the WPSH was generally greater than that inside the WPSH, and each significant enhancement of the heating field corresponded to a subsequent westward extension of the WPSH. In the mid troposphere, the vertical variation of heating on the north of the WPSH was greater than the climatology, which is unfavorable for the northward movement of the WPSH. On the other hand, the vertical variation of heating south of the WPSH was largely smaller than the climatology, which is favorable for the anomalous increase of anticyclonic vorticity, leading to the southward retreat of the WPSH. Before the westward extension of the WPSH in late June 2005, the vertical variation of heating rates to (in) the west (east) of the WPSH was largely higher (lower) than the climatology, which is in favor of the increase of anticyclonic (cyclonic) vorticity to (in) the west (east) of the WPSH, inducing the subsequent westward extension of the WPSH. Similar features appeared in the lower troposphere. In a word, the heating on the north-south, east-west of the WPSH worked together, resulting in the WPSH extending more southward and westward in June 2005, which is favorable to the maintenance of the rainbelt in South China.     

2019年6月西太平洋副热带高压脊线位置异常的机制分析

以2019年6月为例,采用统计和诊断分析方法研究了夏季西太平洋副热带高压脊线位置的变化特征,并分析了其位置较6月气候平均状态偏南的可能机制。结果表明：虽然2019年6月西太平洋副热带高压脊线位置总体偏南,但其经向位置异常存在纬向差异,在150°E以西区域,西太平洋副热带高压脊线平均位置偏南,而在150°~160°E区域内,脊线位置反而偏北。西太平洋副热带高压脊线位置变化与其附近异常涡度的经向分布有很好的对应关系,2019年6月西太平洋副热带高压脊线位置出现异常的原因在于其附近出现的异常扰动引起的异常涡度,而由于异常涡度分布存在纬向差异,造成西太平洋副热带高压脊线经向位置异常也出现了纬向差异。经过尺度分析简化的全型涡度方程的诊断发现,异常非绝热加热在导致2019年6月西太平洋副热带高压位置总体偏南的过程中起到了关键作用,而动力因子则对150°E以东的西太平洋副热带高压脊线向北偏移的贡献更大。     

“05. 6”华南强降水期间副热带高压活动与加热场的关系

采用NCEP/NCAR再分析逐日资料,根据全型垂直涡度倾向方程,研究2005年6月华南强降水期间西太平洋副热带高压(副高)位置变动特征及其与加热场的关系.结果表明,西太平洋副高位置变化和副热带地区的非绝热加热有密切关系.与气候平均状况相比,2005年6月副高北侧的加热区很强,而南侧赤道辐合带(ITCZ)没有相当强度的对流;伴随着副高北抬,其南侧均有明显的对流潜热加热向北伸展.副高西侧的加热基本上都大于副高纬带内的加热,副高的每一次西伸都伴随着西侧加热的显著增强,并且加热增强先于副高西伸.对流层中层,副高北侧非绝热加热率的垂直变化基本上都大于气候平均值,不利于副高北进;而南侧加热率的垂直变化均小于多年平均,有利于副高南侧反气旋性涡度异常增长,从而有利于副高南退.2005年6月下旬副高西伸之前,副高西侧非绝热加热率的垂直变化基本上都高于气候平均状况,有利于副高两侧反气旋涡度增加,从而诱使副高随后西伸;而东侧加热率的垂直变化大多数时间都低于气候平均状况,使得副高东侧气旋性涡度增加,有利于副高西伸,对流层低层也具有类似特点.因此在南北两侧加热和东西两侧加热的共同作用下,2005年6月副高位置较常年偏南偏西,从而有利于雨带在华南地区维持.     

Pre-summer Persistent Heavy Rain over Southern China and Its Relationship with Intra-seasonal Oscillation of Tropical Atmosphere

Based on daily precipitation data supplied by the Chinese meteorological administration, hourly reanalysis datasets provided by the ECMWF and daily outgoing long wave radiation supplied by the NOAA, the evolution regularity of continuous heavy precipitation over Southern China(SC) from April to June in 1979-2020 was systematically analyzed. The interaction between specific humidity and circulation field at the background-scale, the intra-seasonal-scale and the synoptic-scale, and its influence o...     

2013年夏季西太平洋副高异常特征及其对湖南高温干旱的影响

利用湖南96个测站的逐日降水、日最高气温和NCEP/NCAR再分析资料、海温资料,分析了2013年夏季西太平洋副热带高压异常活动特征、成因及其对湖南高温干旱的影响。结果表明,2013年夏季西太平洋副高异常偏西、偏强,使得湖南一直处在高压下沉气流控制下,形成持续高温干旱天气。造成副高变异的原因主要有:(1)2012年冬季至2013年春季,赤道东太平洋海表温度持续偏低,印度洋—赤道西太平洋海表温度持续偏高,使得Walker环流和Hadley环流的上升和下沉运动得到加强,西太平洋副高西伸、加强;(2)南亚高压一次次东伸,通过强烈高空负涡度平流的动力强迫,造成西太平洋副高区内的下沉运动,导致副高稳定维持,天气晴热高温;(3)西风急流较常年偏北,纬向环流偏强,导致副热带高压在偏北位置稳定维持,200 h Pa高空辐合增强,辐合中心位于30°N以北,造成500 h Pa副高下沉运动区位置偏北、偏强。     

冬季西太平洋副高异常变化对我国气温的影响及其与前期北太平洋海温的关系

利用1951-2005年全国160个站气温资料、西太平洋副高特征指数和北太平洋海温资料,分析了冬季西太平洋副高强度和位置异常变化对我国气温的影响及其与前期北太平洋海温的关系,结果发现:冬季西太平洋副高强度和西伸脊点与我国气温分别存在着很好的正、负相关关系;前期北太平洋海温距平场呈现厄尔尼诺和拉尼娜分布型及赤道东太平洋海温异常变化,对冬季西太平洋副高强度和位置具有很好的预测指示意义。     

2017年夏季北半球大气环流特征及对我国天气气候的影响

2017年夏季（6—8月）,全国平均降水量348.6 mm,较常年同期（322.6 mm）偏多8.1%,呈现南、北两条多雨带。全国平均气温21.7℃,较常年同期（20.9℃）偏高0.8℃,为1961年以来第二高。东亚夏季风偏弱,西太平洋副热带高压显著偏强,脊线位置偏南,菲律宾附近对流层低层为反气旋环流控制;欧亚中高纬呈现“两槽一脊”环流型,乌拉尔山地区高度场为负距平,高压脊偏弱,贝加尔湖地区为正距平控制,日本附近高度场为负距平。低纬度和中高纬度的环流配置有利于冷暖气流在我国长江以南交汇,水汽通量辐合偏强,主要多雨带位于我国长江以南地区,降水显著偏多。西太平洋副热带高压的年代际增强和赤道中东太平洋由冷水向暖水发展是多雨带偏南的重要原因。     

我国极端高温事件的年代际变化及其与大气环流的联系

利用1957～2004年全国181个气象台站观测逐日最高气温,分析了我国年平均极端高温事件(Ex-treme Hot Events,EHE)日数、强度、最早发生日期(EHE Onset Date,EHE-OD)和最迟发生日期(EHETermination Date,EHE-TD)的气候态及年代际变化的时空特征.气候态分...     

Contribution of Global Warming and Atmospheric Circulation to the Hottest Spring in Eastern China in 2018

The spring of 2018 was the hottest on record since 1951 over eastern China based on station observations, being 2.5°C higher than the 1961-90 mean and with more than 900 stations reaching the record spring mean temperature. This event exerted serious impacts in the region on agriculture, plant phenology, electricity transmission systems, and human health. In this paper, the contributions of human-induced climate change and anomalous anticyclonic circulation to this event are investigated using t...     

2019年夏季东亚大气环流异常及对我国气候的影响

为更好了解2019年夏季（6—8月）我国主要气候异常特征及成因,利用气象要素站点资料和NCEP/NCAR再分析大气环流资料分析了2019年夏季降水、气温的时空分布和东亚大气环流特征,并初步诊断了长江中下游降水偏少的可能原因。结果显示,2019年夏季全国气温偏暖明显,降水总量接近常年,但旱涝分布有明显的空间差异,东部主要多雨区位于江南至华南及东北地区,云南和黄淮等地气象干旱长时间持续。东部季风区降水还呈现出明显的季节内变化,尤其是江南等地在夏季前期降水过程密集,涝灾严重,但后期急速减少,高温事件迅速爆发。华南前汛期和江南梅雨开始早结束晚。2019年夏季,欧亚中高纬度地区两槽一脊的环流形势非常明显。其中黄海至日本海持续维持的低槽造成夏季西太平洋副热带高压强度偏强,位置略偏西偏南。这一低槽也是长江中下游少雨和江南多雨的直接原因。其在夏季前期位置明显偏南,和副热带高压脊线南北位置的演变非常一致。但在夏季后期,随着这一低槽的减弱北移,副热带高压迅速北跳,也造成雨带从江南快速移动到北方地区。     

基于随机重排去趋势波动分析的极端高温事件研究及其综合指标的建立

基于中国气象局公布的1961-2006年中国165个国际交换站无缺测的逐日平均气温资料,利用随机重排去趋势波动分析(S-DFA)方法,计算并分析了中国极端高温事件阈值的空间分布特征,并对S-DFA方法在实际资料中的应用进行了检验。从可预报性的角度给出了极端高温事件强度综合指标的定义。该综合指标将极端高温事件的发生频次和强度综合起来,兼顾不同地区各自特有的区域气候背景,进一步说明综合指标定义的合理性。基于极端高温事件综合指标的空间分布规律,将1961-2006年间中国极端高温事件分为4个不同等级的地区。极端高温事件综合指标在20世纪90年代初期之前一直保持平稳的波动变化,之后则一直处于上升之中,尤其是在90年代中后期开始迅速上升。     

2003年夏季中国江南异常高温的分析研究

2003年夏季在中国江南出现了大范围异常高温天气,无论其绝对高温值、还是持续时间之长都创下了历史记录,给工农业生产及人民生活造成巨大损失.作者对异常高温发生的直接原因及其可能机制进行了初步分析,发现西太平洋副热带高压的极度持续偏强和西伸是直接原因,而西太平洋副热带高压形势的持续异常是多系统综合作用的结果.初步分析表明,热带太平洋一印度洋海温、中西太平洋跨赤道气流异常、平流层过程以及全球增暖的背景条件是其重要机制.     

夏季西太副高位置与中国地温场的关系

利用1951—2003年间逐月的500 hPa高度场、环流特征量和全国141个测站逐月的3.2 m深层地温资料,分析了夏季西太平洋副热带高压(下称西太副高)位置的变化与中国深层地温变化的关系。结果表明,西太副高的脊线位置与中国大陆一些区域的深层地温的关系明显,高相关区域在100°~115°E,30°~45°N之间。6月份,沿30°~35°N有一准东西向的高相关轴线,7月高相关带北移至34°~40°N,8月高相关带北移到40°~45°N。中国深层地温与西太副高北界也有明显的相关区、高相关轴线,与西太副高脊线的情形相似,但高相关区比西太副高脊线偏东,北界位置主要在105°~120°E,30°~35°N。在西太副高偏南和偏北的年份,所选区域的深层地温有明显的不同。西太副高脊线偏北年份深层地温偏高;偏南年份地温偏低,并且从前期1月就已开始。在各月地温的变化中,两组年份基本是相反的。     

北非高压的气候特征及其对中国夏季降水的影响

以北非高压的5个指数为基础，分析了北非高压的气候特征：北非高压强度越强，范围越广，东伸越明显且脊线偏南，反之偏西偏北；北非高压的强弱趋势、南北位置和东西位置具有显著的季节变化，其中5月下旬和6月下旬有两次明显的跳跃，在时间上比西太平洋副高两次北跳提前2-3候。北非高压对中国夏季降水影响主要表现为我国东部地区以长江为界的南北降水具有反相分布特点，西藏高原上东、西部降水存在相反分布。最后，讨论了北非高压与西太平洋副高及东亚环流的关系，发现：两个高压的强度、范围和南北及东西位置的变化趋势基本一致，从西亚到太平洋呈现正、负、正的波列分布特征。这种特征组成了亚洲地区纬向型的遥相关分布，这可能是造成中国夏季降水时空分布的原因之一。