秋季中低纬低频振荡传播与长江中下游的连晴、连阴雨

对1983年～1985年9月～11月份850hpa的经纬向风场进行了15d～25d的带通滤波分析。结果表明,110°E经向风低频振荡波存在阶段性地从南半球(北半球)越过赤道向北(南)传播,低频越赤道气流存在阶段性地明显向东、向西传播,它们在5天平均低频风场中表现为低频气旋、反气旋环流的周期性振荡变化,并都与长江中下游地区的连晴、连阴雨天气的时间分布相联系。     

10—20天准双周振荡的经向传播及地理特征

本文采用ECMWF 1983年7月1日至9月12日逐日200hPa纬向风场资料， 用复经验正交方法讨论了10—20天低频振荡的经向传播及地理特征。结果表明:(1) 10—20天振荡有三个显著区域:贝加尔湖附近地区；赤道90°E附近以及新加坡、马来西亚地区；80—100°E, 22-32°N之间。(2) 源于较高纬度地区的振荡与源于赤道附近地区的振荡在105°E，17—23#+[o]N附近同位相相遇，在90°E, 20°N附近反位相相叠加，振荡相互削弱，在25°N附近同位相相遇。(3) 从振荡位相来看，中南半岛东南部、马来西亚北部、菲律宾以西区域的振荡向北传播到中国东南沿海，向西传播到孟加拉湾印度半岛；20°N 以南低纬度地区的振荡很少能传播到8°E以东30°N附近地区；位于90—95°E, 25-27°N之间的振荡以及贝加尔湖附近地区的振荡可以向南北两个方向传播。     

华南持续性强降水期间低频非绝热加热对低频环流的影响

利用站点降水资料和再分析资料针对华南地区5—8月的持续性强降水过程,分析了低频异常非绝热加热的时空分布特征及其对低频大气环流的可能反馈作用。得到如下结论:5—6月和7—8月华南持续性强降水期间10—30 d低频非绝热加热的演变特征有所不同,5—6月持续性强降水发生前低频非绝热加热大值区从30°N(107°—115°E)以北向南传播发展至华南地区,而在7—8月降水前非绝热加热大值区从中国南海中部向西北方向传播,并在降水最强盛期到达华南。异常环流型控制着持续性强降水的强度和位置,从而决定异常凝结潜热的演变特征。异常凝结潜热则是通过影响涡度倾向变化而对大气环流有一个反馈作用。对于发生在华南5—6月和7—8月的这2组持续性强降水过程,当降水处于发展阶段,在低频非绝热加热作用项和低频涡度平流项的共同作用下,华南上空中层存在显著的10—30 d低频正涡度倾向变化,有利于低频气旋式环流的进一步发展。非绝热加热作用项主要由加热率的垂直梯度决定,涡度平流项则与气候背景风场有密切关系。5—6月持续性强降水期间涡度平流项位于非绝热加热项东侧,而7—8月持续性强降水期间涡度平流项位于非绝热加热项北侧。在持续性强降水的衰亡期,由于非绝热加热项和涡度平流项转为负值,华南被负涡度倾向变化控制,低频气旋式环流迅速消亡。     

2011年夏季西南极端干旱事件及其成因

利用近30 a中国地面气象台站1 767站的逐月降水资料、同期NOAA的扩展重建（Extended Reconstructed SST V3b）海表温度资料和NCEP/NCAR大气再分析资料,分析了2011年夏季（6—8月）东北太平洋海温异常对西南地区极端干旱事件的影响机理。结果表明：2011年夏季西南地区降水呈现极端偏少的特征,区域平均降水距平为-270 mm,小于负两倍标准差,降水负异常极小值区域主要位于滇黔桂三地交界处。2011年夏季西南地区降水极端负异常与东北太平洋海表温度异常偶极型（NorthEast Pacific SSTA Dipole,NEPD）分布存在联系。将热带东北太平洋[90°～120°W,5°～20°N]海温负/正异常、中纬度北太平洋[150°～170°W,37°～45°N]海温正/负异常定义为NEPD负/正位相。NEPD负位相事件引起了热带中东太平洋对流层低层东风异常,并通过中纬度纬向东传波列引起远东地区位势高度正异常,减弱了西太平洋副热带高压,不利于西南暖湿气流向中国西南地区输送;同时,西南地区对流层低层辐散、高层辐合,受异常下沉气流控制。上述条件共同作用造成了2011年西南地区夏季降水极端负异常。     

前期春季西北太平洋潜热通量与中国南方秋季降水的联系及其可能的物理机制

利用中国科学院海洋研究所提供的印度洋—太平洋海洋热通量资料,研究了1989—2010年中国南方地区秋季降水与前期春季西北太平洋潜热通量年际变化的联系,并讨论了其可能的物理机制。结果表明,前期春季4月西北太平洋(15°—30°N,150°—170°E)潜热通量与中国南方秋季降水有显著的正相关,当前期关键区潜热通量偏高(低)时,则中国南方秋季降水偏多(少)。分析发现前期关键区潜热通量强弱主要由西北太平洋上空气旋性风切变造成,当前期4月关键区潜热通量偏大时,该关键区正处于西北太平洋上空气旋性风切变北侧大风区中,而在其南侧的赤道强西风使得日界线附近出现海温偏高。随后,次表层高海温伴随开尔文波东传,相应地其北侧的低海温伴随罗斯贝波西传,于秋季西传至热带西太平洋地区,并激发出菲律宾反气旋,从而有利于热带洋面暖湿水汽向中国南方输送,使得南方地区降水偏多,反之亦然。     

西北地区东部强降水过程与大气低频振荡关系分析

利用Butterworth带通滤波器对降水量、风场、相对涡度、OLR进行了30~50天滤波处理,分析了西北地区东部强降水低频特征及与大气低频振荡的关系。结果表明,2012年5—9月期间该地区降水主要集中于6月中旬至9月中旬,尤其集中于6、7、8月的月末,降水存在30天左右的周期振荡,强降水均发生在低频滤波曲线的正位相时段。西北地区东部强降水过程均发生在低频偏南气流与低频偏北气流汇合后低频偏南气流时段;正好出现在相对涡度30~50天低频振荡的正位相期及附近;大多发生在对流扰动的负位相区,也就是强对流活动区,其中45°N以南的负位相对流振荡向南传播及该地区西面的负位相对流振荡向东传播到此,共同形成了该地区的强降水过程。应用大气低频振荡方法对西北地区东部强降水过程进行预报,近4年预报准确率在67%以上,预报时效在1 0~30天,有效地衔接了天气与气候预报的时间缝隙。     

中高纬瞬变涡旋活动对我国东部夏季降水的影响

基于1981—2020年日本气象厅(Japanese Meteorological Agency,JMA)再分析资料JRA-55(Japanese 55-year Reanalysis)以及美国国家气候中心(Climate Prediction Center,CPC)卫星降水资料,分析了瞬变涡旋活动特征及其对我国东部夏季降水异常的影响,并对其可能机制展开讨论。研究表明,蒙古国至我国东北和华北地区既是瞬变涡旋活动的活跃区域,也是其输送的大值区域,其中瞬变涡旋对热量和水汽的经向输送占主导地位,是中高纬热量和水汽的重要来源。根据瞬变涡旋经向热量和水汽输送变率的强度确定了瞬变热量和水汽输送的关键区域,分别为(45°~60°N,100°~130°E)和(35°~50°N,100°~120°E),并定义了瞬变热量和水汽指数,其与我国东部夏季降水异常的回归结果表明,瞬变涡旋活动对我国东部夏季降水存在显著影响。中高纬天气尺度瞬变涡旋对热量、水汽和动量的输送异常,通过波流相互作用过程,对平均流形成了反馈,导致季节平均环流、水汽分布和水汽输送的异常,从而在热力、动力和水汽条件的共同作用下引起降水异常。     

西南地区东部夏季典型旱涝年的OLR特征

利用1959—2006年西南地区东部20个测站的逐日降水量资料和1979—2006年全球OLR（Outgoing Longwave Radiation）逐日格点资料, 分析了西南地区东部夏季典型旱涝年OLR的异常特征。结果表明： 按照区域降水指数可确定3个典型干旱年（2006, 1994和1997年）和3个典型洪涝年（1998, 1980和1993年）, 而1998年和2006年分别是1959年以来西南地区东部降水偏多和偏少最明显的年份。西南地区东部典型旱涝年夏季OLR分布有明显的差异, 洪涝（干旱）年, 从青藏高原东部一直到江淮地区OLR值偏低（高）, 同时孟加拉湾南部及赤道东印度洋地区OLR值也偏低（高）, 而菲律宾及其附近地区OLR值偏高（低）。从3个关键区平均的逐日变化来看, 赤道东印度洋地区对流活动典型涝年强于典型旱年, 菲律宾及其附近地区对流活动则是旱年强于涝年, 青藏高原东部至江淮流域地区（包括西南地区东部）极端涝年盛行上升运动。涝年热带地区的ITCZ以向西移动的特征为主, 而旱年热带地区的ITCZ夏季前期则以向东移动的特征为主。典型涝年孟加拉湾南部及赤道东印度洋地区的对流北传的特征较明显, 6月中旬以后大部分时间可以传到30°N以北, 典型旱年孟加拉湾南部及赤道东印度洋地区的对流主要呈现南北振荡、 偶有中断的活动特征, 很少时间能达到30°N。低纬热带地区关键区域OLR 5～9月一般都具有准40天左右的显著低频变化周期, 而准12～15天的准双周变化周期在部分时段也显著。典型涝年夏季OLR 40天左右低频对流经向和纬向传播在西南地区东部区域得到加强, 低频对流偏强, 引起降水偏多, 而典型旱年夏季则相反, OLR 40天左右低频对流经向和纬向传播在该区域得到削弱, 低频对流偏弱, 引起降水偏少。     

上海梅汛期强降水的低频特征及延伸期预报

利用2007-2013年NCEP/NCAR的700 hPa经、纬向风场及水汽场逐日再分析资料和上海市11站逐日降水资料。进行周期分析,提取低频信息,并利用向量场的经验正交函数方法进行分型。结果表明：上海地区梅汛期降水存在30-50 d的显著周期。强降水发生期,低频系统存在4个主要聚集区。贝加尔湖以西至河套地区存在并维持低频反气旋、鄂霍次克海附近多为低频气旋,这两地是中高纬冷空气的主要活动区域;孟加拉湾附近的低频反气旋及热带洋面的低频气旋是水汽的两大源地。这些区域的显著低频系统的生消是延伸预报的主要依据。上海入梅首场强降水发生前,多为偏北气流控制。南北低频气流辐合区向北移动至30°N附近,上海地区梅汛期强降水发生。低频风场及水汽场的北传与梅雨带的移动有较好的对应,当低纬低频水汽稳定北传至30°N附近时,江南北部入梅,随后偏南水汽或继续北进或滞留,对应梅雨带的持续北抬或间歇性停滞。低频经向风及水汽输送的特征是梅汛期延伸期强降水的前兆信号。跟踪监测低频偏南气流的北传进程有助于预报入梅强降水过程。     

1997年华南汛期降水异常与大气低频振荡的关系

利用国家气象中心提供的逐日降水资料及NCEP逐日再分析资料,分析了1997年华南地区汛期异常降水低频特征与大气低频振荡的关系。研究表明,1997年华南前汛期和后汛期降水表现为不同的振荡特征;前汛期降水主要以10～20天准双周振荡为主,而后汛期降水的低频特征并不明显。进一步对降水和其它要素的低频振荡特征进行分析发现,该年华南地区前汛期降水和风场的低频振荡现象是普遍存在的;低频纬向风的传播变化与降水的时间分布有较好的对应。并且,高、低纬度低频风场同时向华南地区传输,会产生极强的降水。在对大气低频扰动动能的分析中也发现,华南前汛期降水伴随着低频扰动动能在该地区的集中释放。