北半球夏季中低纬地区的平均垂直环流与大气中冷热源分布的关系

本文应用中央气象局出版的“北半球高空气候图集”中的风场资料,计算了45°N以南、北半球范围、7月份850 mb—100 mb各标准等压面层上的平均垂直运动。分析了不同区域经向和纬向垂直环流的特点,并将它与大气中冷热源进行对照。指出:夏季北半球低纬度平均是个Hadley环流,其北是个道环流。形成这种环流形势的主要贡献地区在两个大洋上,这主要与低纬度大气是个热源、共北是个冷源的分布有关。另外,由纬向环流看到,夏季北半球中低纬主要上升运动区和下沉运动区各有两个,这两对上升气流区和下沉气流区构成了夏季北半球中低纬地区垂直环流的大形势。此外,本文还指出夏季青藏高原上空的上升气流向四周流出后所影响的地理区域。     

夏季北半球中低纬地区热量的垂直输送

本文应用多年平均的风场、垂直速度场和温度场,研究了平均经纬向垂直环流和感热垂直输送的关系.并且讨论了北半球中低纬不同地理区域感热垂直输送的特征. 研究结果表明,夏季北半球中低纬地区感热垂直输送的方向基本上和平均垂直环流的方向相一致.大型定常涡旋对感热输送的高值区和涡旋位能向涡旋动能转化的高值区均在25°—45°N之间的中高空,不同的是后者中心比前者高. 850—200mb之间的对流层中,北半球中低纬有三个感热向上输送的高值区(亚洲大陆及其附近地区,中、东太平洋和大西洋大部分地区)和三个感热向下输送的高值区     

低纬平均经圈环流异常与海表温度异常关系的诊断分析

利用NCEP/NCAR的40年大气再分析资料中的月平均经向风速及垂直速度，计算了纬向平均经圈环流的质量流函数，分析了纬向平均的海表温度和纬向平均的经圈环流的气候态及异常态特征，结果表明，（1）南、北半球Hadley环流圈的共同上升支偏于赤道附近的夏半球一侧，与[SST↑-]极大值位置相对应；强下沉支位于冬半球一侧；（2）El Nino事件中低纬[SST]′是异常经圈环流产生的重要外强迫源，但其影响程度受基本气流和[SST↑-]及[SST]′的季节变化和年际差异的影响甚大。     

北半球中纬地区平均纬向垂直环流的特征

Reginald.E.Newell等曾计算了冬夏两季5℃和5°N的沃克环流(Walker Cell),给出了赤道地区纬向气流的特征。Krishnamurti曾根据200mb位势流的计算结果,推论出北半球夏季0°-30°N和北半球冬季15°S—15°N的理想纬向垂直环流圈,给出了热带和副热带地区纬向垂直环流的特征。叶笃正等指出青藏高原地形及其夏季的热源作用,使其与西半球、南半球和中、东太平洋的天气系统产生遥相关,给出了青藏高原地区和遥     

北半球冬季110°—120°E垂直经向环流的年际变化及其与中国东部同期降水的关系

利用NCEP／NCAR再分析月平均风场资料和中国东部120个站的降水资料,分析了1951--2010年北半球冬季110°-120°E经向环流的气候特征,定义了北半球冬季110°-120°E低纬Hadley环流和中高纬气流强度指数,并分析了其强度的长期变化趋势以及对中国东部同期降水的影响。结果表明：（1）北半球冬季110°-120°E经向环流主要包括低纬Hadley环流和中高纬度从高层到低层较-致的偏北下沉气流。（2）北半球冬季110°-120°EHadley环流和中高纬气流强度有明显的年际和年代际变化,二者在长期变化趋势上表现-致,即在1990年以前呈约20a的振荡周期,且波动更大,而在1990年以后呈约10a的振荡周期,波动相对较小。（3）北半球冬季110°-120°E经向环流强度指数对中国东部同期降水的年际变率具有较高的解释率,二者在统计上呈显著的负相关关系。北半球冬季110°-120°EHadley环流强度和中国东部同期降水相关程度大值区集中在江南、华南及江淮地区,中高纬气流强度和中国东部同期降水相关程度大值区集中在西北、江淮及江南地区。（4）东亚地区冬季经向环流异常的显著差异主要表现在中高纬度反向的异常气流和中低纬度反向异常环流圈的变化。强（弱）经向风年,北半球中高纬度从高层到低层为异常的偏北（南）气流,中低纬度对流层存在顺时针（逆时针）方向闭合的异常经向环流,对应中国东部降水显著减少（增多）。     

夏季太平洋低纬地区季风环流与信风环流一种可能的连接机制

北半球夏季太平洋低纬地区的平均经向环流,西部(150°E以西)为季风环流;中部和东部(170°W以东)为信风区的Hadley环流;150°E—170°W之间为季风环流与信风环流的连接区或过渡区。连接季风环流与信风环流的水平环流系统,在高层为太平洋中部热带对流层高层槽(TUTT),低层为强大的太平洋副热带高压。太平洋中部高空槽区就是季风环流与信风环流的连接区或过渡区。本文分析了高空槽的流场结构,并根据各层水平环流和各经度带的垂直环流给出了太平洋低纬地区的三维气流分布示意图。      

东亚和太平洋上空平均垂直环流----(一)夏季

本文利用中央气象局出版的《北半球高空气候图集》中的风场资料,计算了50°E—130°W,0°—50°N范围内,七月平均850mb—100mb各标准层上的垂直运动,分析了不同区域的经向和纬向垂直环流的特点。指出:夏季130°E以西的低纬度为巨大的西南季风环流区,此外在高原的南北两侧还各存在一较小的经向环流圈,影响着高原附近的天气和气候;160°E以东的中低纬度的海洋上空为经典的Hadley环流所控制,其强度和影响的范围自西向东递增;由于青藏高原地形及夏季的热源作用,使其与西半球,南半球和中东太平洋的天气系统产生遥相关;平均直接从青藏高原上升的气流对西太平洋副高的贡献不大,而平均从西边直接下沉到西太平洋副高的气流是从高原以东的大陆上升的。最后根据计算和分析结果给出了青藏高原及其邻近地区三维空间的垂直环流示意图。     

东亚和太平洋地区上空的平均垂直环流----(二)冬季

本文继《东亚和太平洋地区上空的平均垂直环流(一)夏季》之后,分析了该地区冬季平均垂直环流的特点,得出以下主要结果: 冬季南亚季风区的经向环流为强大的Hadley环流所控制,这一环流在青藏高原南侧发展得最为强盛,出了高原向东其强度逐渐减弱;在中、东太平洋的中纬度逆环流成为主要环流系统,Hadley环流远弱于夏季,只存在于赤道低纬度的低空。 本文对该地区的纬向垂直环流也进行了讨论。     

冬季欧亚中高纬陆面热力异常与同期大气环流的联系

利用欧洲中心ERA-40月平均再分析资料,分析了1958-2001年冬季欧亚中高纬陆面热力状况的变化特征,重点讨论了冬季陆面热力异常与中高纬大气环流的联系及其可能影响机制。结果表明:由于全球变暖的区域非均匀性,近年来冬季欧亚中高纬陆面增温趋势显著且增温幅度较大,中低纬陆面增温幅度相对偏小,陆面热力变化的经向非均匀性造成欧亚大陆中纬度区域(40°N-50°N附近)的陆面经向温度梯度在20世纪80年代初发生了显著的年代际减弱。由于陆面对大气的加热作用,导致蒙古高原至中国东北地区对流层低层大气经向温度梯度减小,从而使得对流层大气斜压性减弱,根据热成风原理,纬向风垂直切变减小,最终导致欧亚中高纬高空西风环流异常偏弱。     

南极涛动和北半球大气环流异常的联系

使用ECMWF逐日再分析资料分析研究了北半球冬季南极涛动和北半球大气环流异常之间的联系。资料的分析结果表明, 南极涛动和滞后其25～40天位于北大西洋地区的一个弱的类似于北大西洋涛动 (North Atlantic Oscillation, 简称NAO) 的偶极子模态, 以及伴随这一偶极子模态而出现的北半球中纬度纬向风异常之间存在着统计上的联系。处于正 (负) 位相的南极涛动对应着滞后25～40天后, 北大西洋高纬极区出现位势高度负 (正) 异常, 副热带大西洋出现位势高度正 (负) 异常; 同时, 在北半球中高纬度地区(45°N～65°N) 出现西 (东) 风异常, 中低纬度地区(25°N～40°N)出现东 (西) 风异常。文中也对资料分析结果进行了简单的动力学分析, 表明与南极涛动相联系的涡动动量异常是驱动北半球纬向平均纬向风异常的主要原因。     

索马里急流与南亚高压年代际变化的可能联系

索马里急流是北半球夏季最为强盛的越赤道气流,南亚高压则是出现在对流层高层、平流层低层最大最稳定的反气旋环流系统,基于近60年NECP/NCAR再分析资料,本文研究了年代际尺度上夏季索马里急流与南亚高压的联系。研究结果表明:年代际尺度上,索马里急流与南亚高压存在显著的正相关关系,当索马里急流偏弱(强)时,夏季南亚高压偏弱西退(偏强东进)。对不同年代际背景下南亚高压东西部的经向垂直环流的分析发现,当索马里急流处于偏弱位相时,南亚高压西半部(20°~70°E)经向垂直环流偏强,而其东半部(75°~120°E)经向垂直环流减弱;反之亦然。南亚高压南北两侧的纬向垂直环流的变化也有差异,索马里急流偏弱(强)时,北部南亚高压(27.5°~35°N)的青藏高原上空纬向垂直环流显著减弱(增强),而南部南亚高压(20°~27.5°N)的伊朗高原上空纬向垂直环流减弱(增强)明显。进一步的研究发现,年代际尺度上索马里急流与南亚高压的联系受到PDO(Pacific Decadal Oscillation)年代际变化的调制。PDO正负位相的转折,首先改变了对流层高层副热带西风急流的强弱变化,从而使得位于其南部的南亚高压强度和热带东风急流发生相应的改变,热带东风急流的变化又通过热带印度洋上空的局地纬向垂直环流将异常信号传递到对流低层,改变热带地区索马里急流的强弱变化。     

500毫巴环流指数、环流型及环流特征量

1.500毫巴月平均环流指数分亚欧地区(45—65°N、0—150°E)和亚洲地区(45—65°N、60—150°E),其计算公式, 其中φ_1、φ_2表示计算纬向环流指数Iz的纬度范围,Z_(1i)、Z_(2i)分别是在φ_1、φ_2两纬圈上第i点的500毫巴高度读数,L为分别在φ_1、φ_2纬圈上均匀取点进行高度读数的点数。计算经向环流指数Im时,先将所考虑范围分成n个小区,在m个纬圈上分别读取经度间距为Δλ的相邻两点间高度差ΔZi,然后进行计算(详见中央气象科学研究所《论文汇集》1965年9月)。这里所附的月平均环流指数值是根据上式计算的逐候平均环流指数,     

用亚洲冬季环流指数做赤峰地区夏季降水趋势预报

通过多年的实践,发现亚洲地区冬季纬向环流、经向环流的强弱对赤峰地区夏季降水影响很大。冬季纬向环流偏强、经向环流偏弱时,有利于夏季降水,反之则不利于夏季降水。     

西太平洋暖池海温异常对东亚环流的影响

利用SST资料对西太平洋暖池海温异常年进行划分,通过对异常年850 hPa、200 hPa矢量风场进行合成分析后发现:在西太平洋暖池夏季暖异常年,副热带夏季风和副热带季风经圈环流得到加强,热带西南季风得到削弱;在暖池夏季冷异常年,热带西南季风和热带季风经圈环流得到了加强,副热带夏季风得到削弱.在暖池冬季暖异常年,东亚冬季风、东亚和印尼一北澳冬季风(北半球)经向垂直环流得到削弱;在暖池冬季冷异常年,东亚冬季风、东亚和印尼一北澳冬季风(北半球)经向垂直环流得到加强.     

青藏高原及周围地区的平均垂直环流特征

为得到青藏高原及周围地区平均垂直环流的图像,更好地理解该地区的降水气候,利用美国NCEP/NCAR1961～1990年30年平均的ω、u、v、z等再分析格点资料,计算分析了该地区的平均垂直运动场和经、纬圈环流图,分析了它们的年变化特征和可能的原因.结果表明,该地区冬、夏半年的平均垂直运动场和经、纬圈环流有很大的年变化;揭示了夏季在西北干旱区和华北半干旱区分别存在干旱和半干旱经圈环流,夏季在高原325°N以南还存在巨大的向西纬圈环流等事实;也指出高原大气热源强度的年变化与随后高原及周边地区平均垂直环流的年变化联系密切.高原及周围地区的平均垂直环流特征也能较好地解释各地的降水气候.     

大气热源对中国南方低温雨雪异常天气的影响

针对中国南方地区2008年1月份出现的低温阴雨雪(冻雨)和冰冻天气,本文首先探讨了该地区的经向垂直环流和纬向垂直环流的异常特征,发现与多年平均相比,2008年1月沃克环流偏弱,反哈得莱环流偏强。接着通过统计方法揭示了中国南方地区气温异常与大气热源异常的同期相关关系,发现在太平洋中高纬地区存在着一对与中国南方地区气温互为相反关系的区域。     

北半球冬季环流的特征纬向波数及其时空演变

应用三维数据的纬向空间小波变换方法，分析了北半球冬季环流的特征纬向波数及其与特征纬向波数相对应的北半球冬季环流的时空演变特征和规律。结果表明，北半球冬季环流的特征纬向波数分别是3，2和1。北半球冬季环流的3波活动主要在中纬度，2波活动主要在高纬度，1波活动则主要在低纬度。中纬度3波环流的槽脊线走向是东北-西南向，高纬度2波环流的槽脊线走向是西北-东南向，低纬度1波环流的槽脊线走向则又是东北-西南向。对应于各特征纬向波数，北半球的冬季环流从1949—1999年均表现出一种显著的系统东移特征，初步估计，北半球的冬季环流在过去50年中已大约向东移动了近5个经距。     

冬季环流与赤峰地区夏季旱涝

夏季旱涝与冬季环流关系密切。亚洲地区冬季纬向环流异常偏强，经向环流偏弱，同时1月的极涡所在纬度（简称极涡纬度）偏南时，极易造成赤峰地区夏季洪涝；相反，纬向环流偏弱，经向环流偏强，同时1月份的极涡纬度异常偏北时，极易造成赤峰地区夏季干旱。据此，把冬季环流进行分型，预测赤峰地区夏季旱涝。     

模式大气对于大尺度地形动力强迫作用的非线性响应

本文与文献[1]相对应,利用一个非线性初始方程谱模式,研究了中、高纬度理想化的大尺度地形以及北半球实际地形的动力强迫作用对于冬季行星尺度的大气定常波的影响。计算结果证实,根据线性模式的数值试验结果所做的定性分析在非线性情形下仍然是成立的,同时,非线性扰动流场也与线性流场有明显的差异,在纬向平场基本气流相对较弱的地区或垂直层次上差异尤为显著。数值试验表明,北半球实际地形强迫的大尺度扰动,在对流层低层以及对流层上部的中、高纬均主要表现出纬向波数为2的行星波,但是在对流层上部的低纬地区3波分量比较明显。中、高纬的大地形动力强迫作用,对于低纬太平洋高空的反气旋和气旋环流的形成有重要的贡献。      

1950年平均经圈环流与角动量的平衡

本文利用了Buch和Starr与White所计算的1950年各纬度上空的平均经向风速([V]),绘制了子午面上的平均环流(全年:图1,冬季:图2,夏季:图3),图中显示出三个环型(cell),低纬度和高纬度的两个正环型与中纬度的逆环型。 1950年平均西风急流的位置正好处于中纬度的逆环流之中。全年平均的赤道辐合线位于北纬5°左右。自夏至冬三个环型均向北移,冬季半球Hadley环型伸向夏季半球去。三个环型的强度都是冬季大。 对于1950年北半球10°—70°的角动量平衡也作了分析(图4),并绘制了这个空间中角动量输送流线图(图5),其中应该提出,就是通过东西风的界面流线是铅直的,也就是总的来说,在东风带里产生的角动量不是在水平方向上输送到西风带里去,而是在铅直方向上输送到低纬度的高空西风里去,再由那里在水平方向上送到中高纬度去。 最后对于平均纬圈环流的维持也作了讨论,结论是:在中高纬度大型扰动起着主导作用,在低纬度则平均经圈环流是重要的。