大尺度瞬变涡旋经向热量和水沟通量在纬向平均气流形成中的效应

在一个纬向平均模式中加入大尺度瞬变涡旋经向热量和水汽通量参数化方案。模拟出涡动通量的空间分布和时间变化。实验表明，涡动通量在中高、纬地区大气能量输送过程中起重要作用。应用上述参数化方案提高了模式的模拟能力。     

500 hPa场的纬向平均地转风的经向廓线分布与稳定波型的联系

应用蒙特卡罗方法、奇异值分解（SVD）、自然正交分解（EOF）和回归分析等统计方法，探讨冬季北半球海平面气压场与 500 hPa高度场、500 hPa纬向平均场和纬偏场（Z5ua）中稳定波的联系。依据正交分解分析，海平面气压场的第一与第二特征向量权重之比远大于 500 hPa，其比值达2倍，而且它的第一特征场更具有纬向对称性。在应用蒙特卡罗方法讨论上述两场的第一与第二特征向量时间序列的差异时，海平面气压场第一特征向量是十分稳定的，不因随机抽样而改变，一再重复出现；因此认为海平面气压场的第一特征向量场比 500 hPa高度场具有更好的重复性和代表性。在比较海平面气压场第一特征向量时间序列（即北冰洋涛动指数）与 500 hPa场上 35°N－55°N纬向风差值（即 Ut指数）时，两者的相关达 0．85；在它们与 500hPa纬向平均风场的回归廓线图中。无论在振幅和极大极小值的位置上，都十分相似。在比较上述两指数与纬偏场（Z500）的回归场时，所有的正负大值中心，位置全部一一对应，中心值也相近，尤其在北大西洋和欧亚大陆。在 500 hPa纬向平均风场和纬偏场（Z500）的奇异值分解分析中，其结果正与上述两回归场相仿；应用正交分解分析Z500场，其第二特征向量场与上述的回归场也完全一致。因此认为这种覆盖整     

北半球大气环流的纬向对称模态

运用自然正交分解方法（EOF）提取了北半球冬季热带外地区标准化纬向平均纬向风场的前两个模态。第1模态（方差贡献为34%）表现为中高纬带的西风（东风）异常和中纬带的东风（西风）异常,与之相联系的海平面气压场的异常表现为极区与中高纬度地区海平面气压场的反位相变化,即北极涛动（AO）;第2模态（方差贡献为21%）表现为中纬带的西风（东风）异常和中低纬带的东风（西风）异常,与之相联系的海平面气压场的异常表现为副极地地区与副热带地区海平面气压场的反位相变化,即副热带涛动STO（sub-tropical oscillation）。副热带涛动的水平结构表现出较强的纬向对称性,垂直方向上表现出相当正压性;与副热带涛动正位相相联系的纬向平均温度场表现为中高纬度地区负异常和副热带地区正异常,而且费雷尔环流加强南移。副热带涛动不仅在冬季有所表现,而且在整个冬半年（11月—翌年4月）都有所表现,但在夏半年则不存在。     

南太平洋6—8月SST异常的主要模态及其与ENSO和SAM的联系

利用1951—2006年NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF分析方法提取了南太平洋6—8月SST异常变化的两个主要模态,结果表明:EOF1主要反映了ENSO信息,EOF2与南半球环状模(SAM)存在关联。EOF1以年际时间尺度变化为主,EOF2的周期接近于年代变化。EOF1的时间序列与同期Ni?o3指数存在显著相关,EOF2的时间序列与3—5月SAM指数存在显著相关。分析EOF1、EOF2与我国夏季降水的相关场,得出6—8月南太平洋SST出现西低东高型分布的年份我国华北地区夏季降水偏少,出现西高东低型分布的年份则降水偏多。3—5月出现中纬度和赤道东太平洋SST异常偏低,而赤道中太平洋SST异常偏高分布型的年份,我国江南地区夏季降水偏多;出现相反的分布型则降水偏少。     

北太平洋风暴轴异常变化特征及其与纬向风场的关系研究

摘要本文通过对300 hPa5、00 hPa和850 hPa的北太平洋风暴轴(PST)的异常研究,分别提取出两个主异常模态进行比较。分析表明在三层的第一主模态都主要对应有PST异常的准10 a的周期变化;而对300 hPa和500 hPa的第二主模态,以及850 hPa的第三模态,对应有更长时间的趋势变化。进一步通过相关的分析,说明PST的异常从低层到高层的变化存在一定的一致性。通过PST与纬向风场在300 hPa的相关分析发现,两个模态与纬向风场的异常在空间上都呈同位相的分布,说明高层纬向风场异常与PST发展可能存在一种互相反馈的作用。进一步通过斜压增长率和水平两维的E-P通量矢的合成分析发现,这种反馈作用,无论从纬向风场异常所产生的环境斜压增长条件的改变,还是从平均动能与扰动动能的转化关系,都是存在的。     

高空急流区内纬向基本气流加速与EP通量的关系

采用多时间尺度方法, 并假设纬向基本气流是正压的, 在不引入剩余环流的情况下, 推导出纬向基本气流局地变化与一种新形式Eliassen-Palm通量之间的关系, 这种Eliassen-Palm通量关系在形式上比较简单, 而且物理意义明确, 适合诊断分析高空急流区内纬向基本气流的加速与减速.理论分析表明, 正压纬向基本气流的局地变化由新形式Eliassen-Palm通量散度决定.作者利用该Eliassen-Palm通量关系对2002年12月一次寒潮过程中200 hPa等压面上纬向基本气流的发展演变进行了诊断分析.诊断结果表明, 在200 hPa纬向基本气流急流区内, 新形式Eliassen-Palm通量散度是影响纬向基本气流发展演变的重要因子, 并且纬向基本气流的加速与减速主要是由新形式Eliassen-Palm通量中扰动动量的经向输送造成的.     

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。     

春季北大西洋三极型海温异常变化及其与NAO和ENSO的联系

利用1951—2016年HadISST逐月海表温度(Sea Surface Temperature,SST)资料,NCEP/NCAR再分析资料以及1958—2016年美国伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution,WHOI)提供的OAFlux数据集,运用经验正交函数分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)和偏相关分析等统计方法,研究了春季北大西洋海温异常的主要特征及其与春季NAO和前期冬季ENSO联系。结果表明:春季北大西洋海温异常EOF的第一模态是自北而南出现的三极结构的海温距平型,其方差贡献率为35.7%。春季北大西洋三极型海温异常的形成主要受到春季NAO主导作用,还受到前期冬季热带中东太平洋海温异常的影响。消除前期冬季Niňo3.4的影响后,春季北大西洋三极型海温异常指数与同期北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)指数的偏相关系数分别为0.50,通过了99%置信度水平的显著性检验。消除春季NAO的影响后,春季北大西洋三极型海温异常指数与前期冬季Niňo3.4指数的偏相关系数为-0.26,通过了95%信度水平的显著性检验。春季NAO正(负)位相引起的海表风场和海表湍流热通量的异常,进而激发出正(负)位相的北大西洋三极型海温异常。前期冬季ENSO事件可以引起春季大气环流异常和热带外海温异常,进而调制春季NAO对北大西洋三极型海温异常的影响。     

高低层纬向风切变的年际变率及气候学意义

用1959～1998共40年全球格点风场资料计算了200 hPa与850 hPa的纬向风速差, 即对流层纬向风切变(简称TZWS),并在此基础上得到其距平值。为了全面考察对流层中环流异常的年际变率特征, 根据TZWS的标准差分布, 文中选出了7个TZWS标准差数值大于5 m/s的代表性区域。这7个区域分别位于赤道中太平洋、赤道东太平洋、北太平洋亚热带地区、南太平洋亚热带地区、赤道大西洋、亚洲西南部以及东北部。前5个分别位于赤道、亚热带太平洋和大西洋的区域TZWS指数, 其年际变率与ENSO循环有密切联系, 反映了热带海洋温度异常对低纬度地区对流层环流的影响; 后2个区域的TZWS指数反映的是亚洲西南部和东北部的气候统变率, 在年际时间尺度上与ENSO循环有着明显的区别。通过对全球陆地降水和温度场的分析, 比较了热带、副热带的TZWS指数以及北极涛动指数的异同, 发现后2个区域TZWS指数能很好且能独立反映出北半球中高纬度地区陆地降水及陆地温度的异常模态。     

纬向平均的气候温度场特征分析

利用40aNCEP/NCAR全球再分析资料所给定的图,分析了季(月)平均温度场的纬向平均分布,得出了温度随高度的分布特征,温度随纬度的变化特征,温度随季节变化和时间演变的分布特征。     

PRINCIPAL MODES OF THE SOUTH PACIFIC SSTA IN JUNE, JULY AND AUGUST AND THEIR RELATIONS TO ENSO AND SAM

The relationships of variations of sea surface temperature anomalies (SSTA) in the South Pacific with ENSO and Southern Hemisphere Annular Mode (SAM) are examined in the present article by employing the NCEP-NCAR reanalysis from 1951 to 2006. Two principal modes of South Pacific SSTA are obtained using the EOF (Empirical Orthogonal Function) analysis for austral winter (June, July and August). Our results suggest that EOF1 is closely related with ENSO and EOF2 links to SAM. The EOF1 varies largely on an interannual and EOF2 on a decadal scale. The time series of coefficients of EOF1 is highly correlated simultaneously with Nino3 index. However, the time series of coefficients of EOF2 is significantly correlated with the March-April-May mean SAM index. Both the EOF1 and EOF2 are found in significant correlation to summer precipitation over China. With higher-than-normal SSTs in the eastern South Pacific and simultaneously lower SSTs in the western South Pacific in June-July-August, the summertime rainfall is found to be less than normal in northern China. As displayed in EOF2 of SSTA, in years with lower-than-normal SSTs in mid-latitude southern and equatorial eastern Pacific and higher-than-normal SSTs in the equatorial middle Pacific in March-April-May, the summer precipitation in August tends to be more than normal in regions south of Yangtze River.     

马斯克林高压的变化及其与ENSO的关系

使用1948-1999年的NCEP／NCAR再分析月平均资料,根据气候平均高度场的演变特征,利用850hPa马斯克林高压的特征闭合等值线所包含的格点数定义了马高面积指数,通过分析马高面积指数揭示了马高的变化特征及其与ENSO的关系。结果表明：（1）马高虽然常年存在,但存在明显的季节变化,北半球夏季最强,冬季最弱,由冬到夏的突然增强过程主要在5～7月,由夏到冬的减弱过程主要在8～11月;（2）马高的面积变化在整个时段内存在16a左右的周期,在1965年前有8a左右的周期,在1967年后有3～5a的周期,特别是在1990年代以后3～5a的周期更显著;（3）在年代际时间尺度上,马高面积在1976年有一个明显的跃变,1976年之前马高偏弱,1976年之后马高增强;（4）马高变化与ENSO有明显的对应关系,当厄尔尼诺发生时,马高增强,反之减弱。马高与ENSO关系秋季最好,冬季次之,夏季最差。因此,ENSO是影响马高年际变化的一个重要因子。     

A PRINCIPAL MODE OF CIRCULATION COVARIATION BETWEEN THE NORTHERN AND SOUTHERN HEMISPHERES AND ITS ASSOCIATION WITH ENSO DURING BOREAL WINTER

By employing the singular value decomposition(SVD) analysis, we have investigated in the present paper the covariations between circulation changes in the Northern(NH) and Southern Hemispheres(SH) and their associations with ENSO by using the NCEP/NCAR reanalysis, the reconstructed monthly NOAA SST, and CMAP precipitation along with NOAA Climate Prediction Center(CPC) ENSO indices. A bi-hemispheric covariation mode(hereafter BHCM) is explored, which is well represented by the first mode of the SVD analysis of sea surface pressure anomaly(SLPA-SVD1). This SVD mode can explain 57.36% of the total covariance of SLPA. BHCM varies in time with a long-term trend and periodicities of 3—5 years. The long term trend revealed by SVD1 shows that the SLP increases in the equatorial central and eastern Pacific but decreases in the western Pacific and tropical Indian Ocean, which facilitates easterlies in the lower troposphere to be intensified and El Ni觡o events to occur with lower frequency. The spatial pattern of the BHCM looks roughly symmetric about the equator in the tropics, whereas it is characterized by zonal disturbances in the mid-latitude of NH and is highly associated with AAO in the mid-latitude of SH. On inter-annual time scales, the BHCM is highly correlated with ENSO. The atmosphere in both the NH and SH responds to sea surface temperature anomalies in the equatorial region, while the contemporaneous circulation changes in the NH and SH in turn affect the occurrence of El Ni觡o/La Ni觡a. In boreal winter, significant temperature and precipitation anomalies associated with the BHCM are found worldwide. Specifically, in the positive phase of the BHCM,temperature and precipitation are anomalously low in eastern China and some other regions of East Asia. These results are helpful for us to better understand interactions between circulations in the NH and SH and the dynamical mechanisms behind these interactions.     

北太平洋冬季海-气耦合的主模态及其与瞬变扰动异常的联系

利用45年的ECMWF 再分析资料,使用SVD方法研究了冬季北太平洋地区表层海温(SST)异常与大气环流异常间的主要耦合模态,探讨了大尺度海-气耦合型与天气尺度瞬变扰动的相互关系.分析结果表明,中纬度北太平洋地区冬季存在两种主要的海-气耦合型,第1种耦合型反映了与ENSO紧密相关的中纬度北太平洋冬季海温异常分布型以及大气的PNA型,第2种耦合型SST 异常集中在东亚沿海以及中纬度北太平洋海流区,相应的大气场则为暖(冷)SSTA上空东西向带状区域内位势高度偏高(低),明显独立于ENSO型.进一步的合成分析表明,在第1种耦合型SST正(负)异常年里,冬季阿留申低压主体位置偏西南(东北),从东北亚到北美西海岸的西北-东南向带状区域内是低层大气温度正(负)异常区和高层西风负(正)异常区,西风负(正)异常中心位于西风急流出口处的北太平洋中东部,而西风急流主体区的风速变化很小.在第2种耦合型东亚沿海至中纬度北太平洋海流区SST偏暖(冷)时,阿留申低压整体偏弱(强),SST暖(冷)异常上空的大气温度偏暖(冷),高层西风急流区西风偏弱(强).两种耦合型均显示出在北太平洋中纬度地区大气和海洋的异常相关中心有很好的空间对应性.在两种耦合型下,中纬度北太平洋冬季的大气斜压性也发生截然不同的改变,引起中纬度天气尺度瞬变扰动活动异常.瞬变扰动异常的动力强迫作用对北太平洋西风异常的形成存在正反馈作用,而其热力作用则试图破坏与两种海-气耦合模态相关的大气温度异常型.     

STUDY ON THE MAIN CLIMATE MODES OF SHANDONG PRECIPITATION AND THEIR RELATIONS WITH THE EAST ASIAN WESTERLY JET

Summer precipitation patterns of Shandong Province are relatively independent with regard to the whole eastern China region.To study the rules and causes of precipitation variations,three main climate modes-on the annual,seasonal,and climatic intra-seasonal oscillation(CISO) scales-are extracted using a harmonic analysis method based on daily precipitation of Shandong during 1965-2009 and multi-year averaged pentad precipitation at 722 stations in China during 1971-2000.Among the three precipitation climate modes,the annual mode is closely related to the annual cycle of Earth-Atmosphere thermal system,which is characterized by the periodic dry and wet seasons.The seasonal mode reflects the monsoon effect on precipitation and the main flood season’s contribution to annual precipitation variations.As an important climatic signal,the CISO mode is more evident during summer monsoon.The gradual modulations of the CISO mode,seasonal mode,and annual mode control the annual variation of precipitation.To study the relationship between precipitation climate modes and atmospheric circulations,an East Asian Westerly Jet Index(EAWJI) is defined in this paper.It is revealed that precipitation of Shandong is closely related to EAWJI in all climate modes.A wet or dry phase of each climate mode corresponds to a specific atmospheric circulation pattern.The phase of the annual mode is reverse to that of EAWJI.During the wet phase of the seasonal mode(weak phase of EAWJI),the atmospheric circulation in and around Shandong is characterized by upper-level divergence and low-level convergence.A reversed atmospheric circulation exists for the dry phase(strong phase for EAWJI).In the summer wet phase of CISO mode(strong phase of EAWJI),Shandong is controlled by upper-level divergence and low-level convergence.Again,the dry phase is corresponding to a reversed circulation structure.The methodology employed in this research,i.e.studying the precipitation climatic variations in terms of independent components of different temporal scales,provides a new approach for annual and seasonal precipitation prediction.     

ENSO循环与低纬度大气的正压和斜压运动

利用一个２层海洋模式和ＧＩＳＳＴ资料、ＮＣＥＰ再分析资料,对大气正压／斜压运动与ＥＳＮＯ循环之间的联系进行了研究。结果表明,在赤道中、东太平洋地区,大气斜压模在ＥＮＳＯ时间尺度上的变化位相略超前于正压模的变化,正压模的变化位相超前于ＳＳＴＡ变化,ＳＳＴＡ变化位相超前斜压模的变化位相。斜压纬向风异常与ＳＳＴＡ具有正相关关系（西太平洋西部相反）;正压模则与Ｎｉｎｏ３区海温异常有负相关关系（西太平洋西部     

MJO与ENSO关系的研究进展

MJO是热带大气的强信号,ENSO是热带太平洋海气相互作用的最强信号,两者的时间空间尺度不同,但都对全球范围的大气活动有显著的影响,且两者之间也有着密切的关系。总结了近年来MJO和ENSO相互关系方面的研究,并在此基础上提出需要进一步研究的问题。     

洪泽湖枯水年比较及与ENSO事件关系

本文利用1954－1999年洪泽湖水文资料，总结出1999年干旱年汛期湖水入不敷出属历史旱年罕见。同时对湖区的干旱年与ENSO事件关系作了初步研究，得出拉尼娜事件结束的当年和次年洪泽湖都不会出现干旱年。     

ENSO事件指数与指标研究

根据 1 951～ 1 996年完整可靠的海面温度 ( SST)和南方涛动指数 ( SOI)资料 ,以中、东太平洋 SST异常变化为指标 ,定义了 ENSO事件 ,并在此基础上提出了以 ENSO事件过程海温距平累积值为指标的强度指数。此外 ,还定义了 ENSO事件的海 -气综合强度指数 ,并对 ENSO事件的长度、强度及爆发类型等进行了分类。