北半球低纬度经圈环流特征及其与臭氧场的变化

本文通过分析北半球低纬度对流层上部多年平均实测风的经向分量,粗略地揭示了低纬度经圈环流沿纬图方向的分布及其季节变化特征;用统计分析的方法讨论了低纬度经圈环流强度和沿纬向分布的季节变化与中高纬度臭氧场含量和经纬向分布的季节变化关系;揭示了秋冬季低纬度海洋加热场与冬春季中高纬度臭氧加热场的相互联系和作用过程。     

局地经圈环流和沙漠

应用 Xie和 Arkin降水资料和 NECP／NCAR再分析资料，研究了撒哈拉和中国西北沙漠地区的干旱气候。结果表明，尽管该两区域都有在年降水量少于50mm的十分干旱的区域，但其年度特征却非常不同。在撒哈拉沙漠中心的南部地区和中国西北沙漠地区，超过70％的降水出现在6－8月；而在撒哈拉沙漠中心以北地区，降水主要集中在12－2月。这种十分干旱的气候不能用Channey提出的生物圈－辐射效应加以解释。由于6－7月的强下沉中心远在撒哈拉强干中心的北部，其形成也不能用Rodwell和Hoskins提出的季风－沙漠机制予以解释。利用局地经圈环流的概念对两地干旱气候的分析和比较发现，局地经圈环流的下沉在12－2月支配着局地的垂直环流，导致干旱气候形成。这时撒哈拉北部的弱的、相对的多雨的气候是因受中海气候型影响所改。而在6－7月局地该为上升运动，其中尤以中国西北地区为显著。因此撒哈拉南部及中国西北的沙漠地区降水多集中在6－8月。不过与此上升运动相伴的是低空来之中、高纬的强而干的北风，它携带的水汽甚少，不利深对流发展。正是这种局地经圈环流导致了该两处干旱气候的形成。     

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。     

青藏高原季风强弱与北半球西风带位置变化的关系

利用19512012年NCEP/NCAR全球2.5°×2.5°日平均及月平均再分析风场、高度场资料,分析了青藏高原季风强弱与西风带位置变化的关系,并探讨了西风带位置变化的原因。结果表明:(1)西风带位置变化的早晚与高原夏季风的强弱相关,季风强年西风带北跳和南撤时间分别为第30候(提早1候)和第59候;季风弱年则分别为第33候(晚2候)和第63候(晚4候),并且这种现象是全球性的。(2)西风带北跳期间,高原季风强年相较于常年南亚高压加强北上,贝加尔湖西部槽加强,高原经度范围内的槽加深,促使西风带北跳时间偏早,季风弱年则相反。(3)西风带南撤期间,高原季风强年相较于常年副热带高压位置偏南,东亚大槽加深加强,有利于西风带南撤,季风弱年则相反。     

东亚经圈环流年代际变化及对海河降水影响

基于NCEP/NCAR和ERA 40两套再分析资料及中国160个站月降水资料,分析了海河流域夏季降水的变化特征及受东亚夏季风的影响,并定义了东亚夏季经圈环流指数,研究了东亚夏季风的年际和年代际气候变化特征及与海河流域夏季降水的关系。结果表明：近30年来,夏季东亚地区对流层低层和高层的西风均呈现反位相的变化特征,同时东亚地区对流层低层南风分量异常减弱,中低纬度的经圈环流也呈现减弱趋势,夏季风的强度随之减弱,不利于夏季雨带向北推进。文中定义的东亚夏季经圈环流指数与海河流域夏季降水存在显著的正相关关系,说明经圈环流指数值越大,东亚经圈环流强度越强,利于夏季东亚季风向北推进,从而使海河流域夏季降水偏多。反之,当东亚夏季风偏弱时,东亚经圈环流也偏弱,不利于海河流域降水偏多。本文结果表明,东亚经圈环流的年代际减弱是海河流域近30年处于少雨期的一个直接原因。     

青藏高原南侧经圈环流变化特征及其对降水影响分析

基于1979-2015年青藏高原(下称高原)地区气象观测站的逐日降水资料和ERA-Interim逐日再分析资料,分析高原南侧经圈环流的季节演变及年际变化特征,并讨论其对高原降水及水汽输送的影响。结果表明,高原南侧80°E-90°E范围存在前季风环流、季风环流、Hadley环流的季节演变,前季风环流有-0. 377 s~(-1)·(10a)~(-1)减弱的趋势,季风环流有0. 524 m·s~(-1)·(10a)~(-1)显著增强趋势。在90°E-105°E范围存在季风环流和Hadley环流季节转换,季风环流存在0. 413 m·s~(-1)·(10a)~(-1)的增强趋势。基于各经圈环流开始、结束时间的定义,发现在80°E-90°E,前季风环流建立的时间有推迟而结束时间有提前的现象,其维持时间出现每10年-1. 47候的缩短趋势。在90°E-105°E,季风环流维持时间增长,Hadley环流维持时间缩短。前季风环流增强使得高原水汽辐散区辐散增强,水汽辐合区辐合增强,高原西南侧有东北向水汽输送增强,而高原西北侧有西南向水汽输送增强。夏季季风环流增强,高原南部至孟加拉湾地区自南向北的经向水汽输送显著增强,印度洋向高原输送的西南向水汽通量明显增加。前季风环流增强,春季高原中部及西南部降水减少,而东南部和北部降水增加。夏季季风环流增强时,高原南侧上升支增强,高原南部降水增加,而高原北部降水出现减少。     

副热带季风环流圈的特征及其与东亚夏季环流的关系

本文利用ECMWF的2.5°×2.5°网格资料对1980—1983年夏季节12次西太平洋副高的中期进退过程进行合成分析。通过对合成场的诊断,论证了夏季东亚季风区存在着在大陆雨带中上升,副热带地区下沉的副热带季风环流圈。它是大陆季风雨带凝结加热驱动的上升辐散气流在向南运行过程中与南海ITCZ上空向北运行的上升辐散气流在副热带地区汇合下沉而构成的热力环流圈。这一环流圈的存在在东亚夏季环流中起着重要作用。     

高空西风带环流演变综合图及其功用

本文先略述苏联与我国过去对大气环流的研究状况,及其重要性.过去研究环流偏差的问题,常以月平均高空图及地面图对准平均图的偏差状况来讨论,如苏联坡戈香(Х.П.Погосян)也是如此^**.但月平均图对该月的详细环流演变过程不能表示出来.本文设计用一种环流综合图,以求表示长时期中(月或季)高空西风带内环流演变的具体情况.采用七种符号,来表示逐日各经线上环流系统的性质及气流的运动.并把西风带分为南北两部分来处理,北带从北纬50°到65°,南带从北纬35°到50°.这样在一个月内逐日西风带环流的演变,就可以在同一张图上表示出来.     

1961～1997年110～140。E垂直经圈环流的年际变化特征及其与海温变化的关系

用NCEP/NCAR再分析资料，分析了196l～1997各年1月和7月的大气垂直经圈环流的变化特征，特别分析了110～140°E平均的垂直经圈环流和其中的东亚季风环流。计算了各年的经圈环流与多年平均垂直经圈环流之相似系数、差异系数和相对强度。文中除讨论了它们的年际和10年际变化外，还讨论了东亚季风环流强弱变化与ENSO循环的关系。结果表明:(1)垂直经圈环流除有年变化外，存在着较明显的年际和年代际变化。1月的全球平均经圈环流1966～1974年较弱，1976～1987年较强；7月的全球垂直经圈环流则是1963～1974年较强，1986～1995年则相对较弱。(2)110～140°E的平均经圈环流主要特点是:1月东亚季风环流圈代替了北半球的Ferrel环流圈，7月东亚季风环流圈代替了北半球的Hadley环流圈，而且其10年际变化也比较明显。(3)东亚季风环流强弱的变化与ENSO循环有一定的关系。     

1961～1997年110～140°E垂直经圈环流的年际变化特征及其与海温变化的关系

用 ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析资料，分析了 １９６１～ １９９７各年 １月和 ７月的大气垂直 经圈环流的变化特征，特别分析了１１０～１４０°Ｅ平均的垂直经圈环流和其中的东亚季风环 流。计算了各年的经圈环流与多年平均垂直经圈环流之相似系数、差异系数和相对强度。文 中除讨论了它们的年际和１０年际变化外，还讨论了东亚季风环流强弱变化与ＥＮＳＯ循环的 关系。结果表明：（１）垂直经圈环流除有年变化外，存在着较明显的年际和年代际变化。１ 月的全球平均经圈环流１９６６～１９７４年较弱，１９７６～１９８７年较强；７月的全球垂直经圈环流 则是１９６３～１９７４年较强，１９８６～１９９５年则相对较弱。（２）１１０～１４０°Ｅ的平均经圈环流主要 特点是： １月东亚季风环流圈代替了北半球的Ｆｅｒｒｅｌ环流圈，７月东亚季风环流圈代替了北 半球的Ｈａｄｌｅｙ环流圈，而且其１０年际变化也比较明显。（３）东亚季风环流强弱的变化与 ＥＮＳＯ循环有一定的关系。     

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。     

纬向平均副热带高压和Hadley环流下沉支的关系

气象学者传统地认为副热带高压带是Ｈａｄｌｅｙ环流的下沉支形成的。鉴于冬 (夏 )季Ｈａｄｌｅｙ环流最强 (弱 )时副热带高压反而最 (弱 )强的事实 ,Ｈｏｓｋｉｎｓ[1] 对经典理论提出质疑。吴国雄等[2 ,3] 指出副热带高压 (下文中称副高 )的形成主要是加热的垂直非均匀造成的。刘屹岷等[4 ,5] 发现夏季 5 0 0ｈＰａ月平均图上 165°Ｅ以西的西太平洋副高以上升运动为特征。一般来说 ,受副高控制天气晴好 ,这与西太平洋副高以上升运动为特征是否有矛盾。为此 ,我们首先研究气候纬向平均副高的动力问题 ,结果表明Ｈａｄｌｅｙ环流和副高形成…     

夏季东亚热带和副热带地区经向和纬向环流型的特征

根据1958年7月8—18日和1957年7月21—30日东亚低纬度的两个悬殊的环流型,分析了在这两个时期内东亚低纬度环流的各种特征。结果得出,在经向和纬向环流期间,无论北半球纬向风带的位置,长波系统的配置,副热带高压活动的情况以及赤道辐合区的分布都有着很大的不同。此外,台风活动的次数也表现有很大悬殊。其所以有如此悬殊,可以从该两时期低纬度流场的特点来说明原因。在中国大陆上,在这两个时期的天气过程也很不同,在经向环流期间,大陆上的主要雨带成东北—西南向的,而在纬向环流期间,雨带便成东西向分布,并集中在江淮流域之间。 另外,我们又研究了在这两个时期内南北半球间环流关系,从手头所掌握的资料分析结果看,两者关系相当密切。在东亚低纬度经向环流期间,南半球(特别在澳洲)也盛行经向环流,并且在澳洲附近从南半球向北半球的质量输送也最强烈;而在东亚低纬度纬向环流期间,南半球也盛行纬向环流,澳洲附近的冷空气活动不显著,越过赤道向北的质量输送也比较弱。     

ABRUPT SEASONAL CHANGE OF ZONAL CIRCULATION OVER THE TIBETAN PLATEAU

The abrupt changes of zonal circulation in the Tibetan Plateau (TP) region and their likely causes are derived from National Centers for Environmental Prediction and the National Center for Atmospheric Research reanalysis data. The zonal circulation over the TP abruptly changed in summer (31st pentad) and winter (59th pentad). The switch from summer to winter circulation is characterized by a sudden northward shift of the westerlies and the zero-velocity curve and disappearance of the westerly jet. The winter–summer switch is characterized by the reverse pattern. Therefore, the circulation conversion between summer and winter can be judged from the position of the zero-velocity curve. Curves located north of 20 °N indicate summer circulation over the TP and vice versa. The abrupt change of zonal circulation is mainly caused by the thermodynamic effect of the TP. In June, this effect causes a huge monsoon circulation cell extending from the TP to low latitudes. Consequently, the westerlies jump to the north as easterlies develop. This process, which is enhanced by the strong northerly in Coriolis, establishes the summer circulation. In October, the Hadley cell recurs as the thermal effects of the TP diminish, the westerlies rush southward, and the winter circulation is established.     

DIAGNOSTIC ANALYSIS OF MEAN MERIDIONAL CIRCULATION ANOMALY IN LOW LATITUDES IN RELATION TO ZONAL MEAN SST ANOMALY

The mass stream function of zonal mean meridional circulation is calculated in terms of NCEP/NCAR monthly meridional wind speed and vertical velocity, and the climatic and anomalous features of zonal mean SST and meridional circulation are investigated. Results show that (1) a joint ascending branch of Northern and Southern Hadley circulation is on the side of the summer hemisphere near the equator ,being well consistent with the extremum of [SST ],and a strong descending by the winter-hemispheric side.(2)El Nino-related [SST] in low latitudes is an important outer-forcing source for anomaly meridional circulation, which is affected by seasonal variation of basic airflow and [SST ], and interannual and interdecadal changes of [SST] .     

IDAGNOSTIC ANALYSIS OF MEAN MERIDIONAL CIRCULATION ANOMALY IN LOW LATITUDES IN RELATION TO ZONAL MEAN SST ANOMALY

The mass stream function of mean meridional circulation is calculated in terms of NCEP/NCAR monthly meridional wind speed and vertical velocity,and the climatic and anomalous features of zonal mean SST and meridional circulation are investigated.Results show that(1) a joint ascending branch of Northern and Southern Hadley circulation is on the side of the summer hemisphere near the equator,being well consistent with the extremum of SST,and strong descending by the winter-hemispheric side.(2) E1 Ninorelated [SST]‘ in low latitudes in an important outer-forcing source for anomaly meridional circulation,which is affected by seasonal variation of basic airflow and [SST],and interannual and interdecadal changes of [SST]‘.     

经圈环流对定常波传播的影响

在一般斜压大气中，基本气流中包含经圈环流时，定常波传播不仅能穿过东风带，而且明显增强。在基流含有经圈环流的情况下，北半球中纬度地形强迫可引起低纬大气的显著响应，这表明经圈环流在中低纬定常响应的相互联系中起着重要作用；北半球中纬度热力强迫可产生类似北半球夏季季风环流的波列分布，这说明经圈环流在夏季季风环流的形成中起着一定的作用；在赤道东太平洋加热强迫情况下，在冬半球可引起ＰＮＡ型的定常波传播波列，而在夏半球却没有明显的ＰＮＡ特征。这表明经圈环流对冬、夏半球的定常波传播路径有着显著的影响。     

在给定热源与大型水平湍流影响下自由大气中的平均纬向风速与经圈环流

本文在澄清关于Rossby水平湍流影响下的平均纬向风速的看法基础上,用两层模式将其推广到斜压大气,得出的平均纬向风速和经圈环流与经验事实有一定程度的相似处。因而或可供进一步改善假定,设计较合理的模式,探索地球大气中大型运动规律的参考。 本文中有些参数是由经验事实决定的,是一个半经验半理论的工作。     

9406号台风与中纬度系统相互作用的中尺度特征

利用非静力中尺度模式MM5,对9406号台风从1994年7月11日12时（世界时,下同）到12日12时之间的24h降水进行了模拟,采用滤波分析方法对模式结果进行了尺度分离。中尺度场的分析表明:台风与中纬度系统的相互作用非常显著地表现在中尺度系统的活动上;高低空中尺度散度场的分布对中低纬系统相互作用所产生的降水具有一定的指示意义;台风及西风槽强度的改变将直接导致中尺度系统强度的变化,从而造成降水强度的不同。另外,还从能量学角度对不同尺度系统的能量变化进行了分析。结果表明,中尺度场的能量变化极值区与中低纬度系统的强度变化密切相关,且与降水的变化有较好的对应关系。     

低纬高原地区初夏降水特征及其与大气环流关系的研究

本文把云南省２５个站１９５６－１９９０年期间的５月份雨量作自然正交展开，从而得到云南５月降水的自然分布型，将各分布型与其前期的１－３月１００、５００ｈＰａ高度场作相关分析，发现云南初夏５月降水一致性分布与前期１００、５００ｈＰａ相关区分布趋势一致，特别是与２月低纬定常行星波列的传播路径有关；降水分布和第二型与高度场和相关分布主要在乌拉尔山、菲律宾及其附近。