淮河梅雨洪涝与西太平洋副热带高压季节推进异常

基于台站观测和卫星观测资料及再分析数据集,本文研究了6月淮河洪涝发生时中国东部降雨型及与雨带异常相联系的环流特征、环流的季节推进异常及其机理.结果发现6月淮河流域洪涝与亚洲环流和中国东部降水联合模态的第二模态密切相关.该模态在我国东部降水表现为以长江为界北增南减的“梅雨偶极型”分布,对应的低层风场呈现出倾斜的以台湾为界,以南西太平洋是异常气旋环流,以北为反气旋环流,即西太平洋副热带高压偏北,淮河流域上存在异常西南风;同时阿拉伯海上是异常反气旋,印度上空西风偏强、降水显著偏多.这些特征是东亚和西太平洋季风区季节推进超前的反映,且与前期春季澳大利亚东北向海域海洋热含量异常偏高显著相关.该关键区海洋热含量变化是太平洋热含量变化第一模态——三极型变化的一部分,即当菲律宾以东的西太平洋和澳大利亚东北向海域海洋热含量增加,赤道中东太平洋热含量减少.该三极型海洋热含量异常从春到夏信号稳定,它激发正感热加热异常控制菲律宾以东到夏威夷以北的广大热带—副热带西太平洋地区,其北侧黑潮延伸区为负感热区.两者共同作用激发出局地反气旋在北、气旋在南,使对流层低层西太平洋副热带高压偏北.因此春季三极型海洋热含量通过影响对流层低层西太平洋副热带高压异常北移对东亚—西太平洋季节推进提前和6月淮河梅雨洪涝发生起重要作用,可作为季节预测的前期因子之一.     

季内西太平洋副热带高压异常进退的数值模拟

用中科院大气所的ＩＡＰ－ＡＧＣＭ模式，对海温和季内北太平洋副热带高压异常活动进行控制性试验，得到；西太平洋高异常对热带西太平洋，南海，孟加拉湾的海温异常有两个月的滞后响应且西太平洋副高异常和东太平洋副高异常总是相伴出现的，后者出现要早些；当上述海区ＳＳＴ正异常时，５００ｈＰａ上来自东西两个方向的位势波在西太平洋汇集的位置要偏北，相应副高的位置也持续偏北，两者吻合很好；在上述海温异常作用下，当东亚高     

西太平洋副热带高压对热带 海温异常响应的研究

利用多年的观测资料,研究了西太平洋副热带高压对热带海温异常的响应及其相互作用过程。着重研究冬、夏季西太平洋副高对同期及前期不同海域（特别是赤道东、西太平洋以及印度洋海域）海温异常的响应;用SVD方法分析了夏季副热带高压与前冬、前春及同期各月全球海温的最佳耦合模态。在对比研究西太平洋副热带高压异常时其垂直环流变化的基础上,进而研究海气相互作用对副热带高压影响的物理过程。     

夏季南亚高压及西太平洋副热带高压强度变化与前期海温异常的关系

本文利用1951—2010年NCEP/NCAR再分析月平均资料研究了热带海表面温度对南亚高压与西太平洋副热带高压发展变化的影响,得到以下主要结论：在两高压强年与暖海温年(两高压弱年与冷海温年)里,冬、春两季赤道印度洋、太平洋海温距平呈现显著的正?负?正(负?正?负)的厄尔尼诺(拉尼娜)现象,中南半岛附近的对流层高层产生异常西风(东风)气流,有利于(不利于)南侧异常反气旋环流的产生,从而促进（阻碍）南亚高压发展;菲律宾海域的对流层产生异常下沉(上升)气流,有利于(不利于)西北侧异常反气旋环流的产生,从而促进(阻碍)低层西太副高的发展。夏季,热带印度洋的暖海温（冷海温）有效地增加（降低）了当地的对流效应,使大气对流层温度增暖（减低),影响南亚高压与西太平洋副热带高压的发展。     

1998年夏季西太平洋副热带高压的变异分析

该文利用NCEP再分析资料和其他相关资料分析了1998年夏季西太平洋副热带高压的变异特征和机理。与多年平均相比,1998年夏季副高总体偏强、偏西。副高的南北进退出现显著异常,尤其是7月中旬,副高突然大幅度南撤,南撤后,副高偏南维持至8月初,长江中下游及以南地区出现“二度梅”。副高南撤现象从副高带的东部开始,逐渐西传。分析表明：副高的异常变化是东亚大气环流异常调整的结果,其中副热带西风急流的异常变化对副高南撤起着重要的作用,急流位置和强度的变化及伴随的入口区和出口区次级环流和不稳定均有利于副高在7月中旬南撤和南撤后偏南维持。T106L19全球谱模式的敏感性数值试验表明,高度场对急流减弱的响应与观测分析结果一致。热源和水汽汇分析、OLR分析以及热源与位势高度场SVD分析均表明：在副高南撤前,热带季风区非绝热加热显著减弱;这一结果有利于副高偏南维持;经圈环流的分析结果也与此相吻合。     

1998年长江流域二度梅建立过程中西太平洋副热带高压异常调整的机制分析

基于NCEP2再分析资料,利用全型线性位势诊断方程详细分析了1998年7月长江流域二度梅建立过程中西太平洋副热带高压（副高）异常调整的物理机制。研究表明,1998年二度梅的重新建立是由于副高南撤增强所致,期间以副高南、北两侧位势高度的“此长彼消”为显著特征。这一调整过程可以分为副高的减弱南撤和增强维持两个阶段,而且是由高、低纬天气系统共同影响的结果。地转涡度项和摩擦力散度项在这其中起到重要贡献,尤以前者贡献最大。在不考虑边界条件作用下,地转涡度项对位势高度的贡献量级为101 gpm,而摩擦力散度项则为100 gpm,后者的影响仅局限于对流层低层。对于北侧位势高度而言,受中高纬度Rossby波调整所产生的低压槽影响,地转涡度项使其持续减弱,而南侧位势高度由于赤道反气旋加强北上,地转涡度项使其由减弱转为增强。摩擦力散度项则通过正反馈作用,分别使得上述的减弱趋势和增强趋势更明显。      

西太平洋副热带高压异常进退的对比分析

对1980年7月29日—8月16日西太平洋副高位置持续偏南和1983年7月16日—8月12日西太平洋副高位置持续偏北的两次季节内副高中期进退过程的环流特征和加热差异作了对比分析,讨论了东亚季风与对流活动、副高进退之间的关系.      

西太平洋副热带高压异常与中国长江中下游夏季降水关系研究综述

综述了西太平洋副热带高压对长江中下游夏季降水异常的影响。在回顾西太平洋副热带高压强度、位置等特征及其异常成因的基础上,总结了近年来气象学者关于西太平洋副热带高压对中国长江中下游夏季降水异常的影响和机理等方面的研究成果：西太平洋副热带高压异常不仅受动力因素的影响还受热力的因素的影响;西太平洋副热带高压的强度存在3-4 a、10-13 a的震荡周期,在1978年前后发生气候突变,脊线位置由正距平为主转为负距平为主,而强度正好相反,这样的变化显著影响了中国长江中下游地区的降水;西太平洋副热带高压的位置、形状和强度是长江中下游地区旱涝的决定条件之一;利用西太平洋副热带高压来对长江中下游降水进行预测,主要有4种方法。提出了当前存在的问题和需要进一步研究的方向。     

夏季西太平洋副热带高压异常时的东亚大气环流特征

利用NCAR/NCEP月平均再分析资料,探讨夏季西太平洋副热带高压异常时东亚热带季风、梅雨锋及中高纬环流的变化特征.研究表明:夏季西太平洋副热带高压脊线异常偏南或脊点异常偏西时,东亚夏季风环流偏弱,850 hPa矢量风距平场上东亚热带地区出现反气旋性环流,副热带地区呈气旋性环流,500 hPa垂直速度距平场上东亚热带地区上升运动减弱,梅雨锋区上升运动加强,500 hPa高度上东亚高纬鄂霍次克海区域出现阻塞高压,高纬冷空气直达中纬度,梅雨锋扰动加强,造成江淮流域汛期降水偏多.夏季西太平洋副热带高压脊线异常偏北或脊点异常偏东时,东亚夏季风环流偏强,东亚大气环流系统的活动出现了与上述情况相反的异常型,江淮流域汛期降水偏少.     

华亲夏季旱涝的前期环流异常及其与北太平洋海温的关系

文章分析了华北地区夏季旱涝的前期春季大气环流和北太平洋海温异常分布特征，探讨ＳＳＴＡ与异常环流的关系，并用ＯＳＵ－ＡＧＣＭ进行黑潮地区热源异常强迫的数值试验。结果表明，当春季北极低涡明显减弱，欧亚大陆中高纬度地区纬向环流加强，西太平洋副高位置偏北偏西，且存在负ＰＮＡ型异常环流时，华北地区夏季多雨涝；反之则少雨干旱。     

夏季副高与海温的相互关系及副高预测

通过分析夏季西太平洋副高与前期12月至后期11月的赤道太平洋和北太平洋海温的相关系数分布图,综合比较副高面积指数、西伸脊点和脊线位置与海温的相关关系,讨论副高对海温的反馈作用以及海温与夏季副高的物理联系模型,为副高预测提供依据.     

热带西太平洋暖池和副热带高压之间的关系

文中研究了热带西太平洋暖池和西太平洋副热带高压的季节性变化和年际变化关系。结果表明,西太平洋暖池面积和副热带高压面积指数季节变化趋势基本一致,暖池中心的纬向移动与副热带高压西伸脊点相反,而经向移动和５００ｈＰａ副热带高压脊平均位置的南北季节性变化非常一致。西太平洋副热带高压的年际变化落后暖池大约３个月左右,用暖池２８℃或２９℃面积指数可以很好地预测出当年６,７,８三个月西太平洋副热带高压的面积指数。     

季节内西太平洋副高异常进退的诊断研究

采用ＥＣＭＷＦ１９８０年和１９８３年７、８月份逐日２．５°×２．５°网格点资料对两次季节内西太平洋副高的异常进退进行了诊断研究。揭示出：季节内西太平洋副高异常进退是整个北太平洋副高异常进退的结果；这种异常进退表现为东太平洋副高的活动，相应西太平洋副高也有一次活动过程，并表现为北太平洋地区存在一纬向波列，低频波沿此波列西传以实现东、西太平洋副高异常进退的遥相关关系；而东太平洋刻高的异常进退则是被南亚季风区到太平洋信风区的异常加热造成的东太平洋对流层上部辐散风场汇合下沉区的变化所激发。     

热带环流异常对1998年长江流域特大洪涝的影响

分析了造成1998年长江流域特大洪涝灾害的大尺度热带环流成因。指出1998年处在热带环流强度偏弱的气候阶段，西太平洋暖池地区对流活动偏弱，南海热带季风持续异常偏弱，副热带夏季风偏强度是造成长江持续强降水的主要原因；西太平洋热带对流层高低层环流系统的异常分布，为1998年长江特大洪涝提供了有利的环流背景，还探讨了热带环流异常影响换国夏季降水的可能途径，它们的关系在1998年夏季降水预测中得到应用。     

夏季西太平洋副热带高压北跳及异常的研究

根据欧洲中心1980～1989年逐日200,500和850hPa风场、高度场及日本气象厅提供的GMS观测的黑体辐射温度（TBB）逐日资料,探讨了夏季西太平洋地区（125～145°E）副热带高压脊线季节性北跳、季内脊线位置的异常与低纬度的西风爆发和热带对流的关系。研究表明：初夏西太平洋地区低层赤道西风爆发后,西太平洋地区的赤道对流加强（赤道地区的TBB值减小）;赤道西风向北扩展,赤道强对流向北推移,热带对流加强（热带地区TBB值减小）。夏季西太平洋副热带高压脊线的二次北跳现象与低层赤道西风二次北跳及赤道对流向北推移密切相关。研究指出：夏季热带对流弱（强）,西太平洋副热带高压脊线位置相对偏南（北）,夏季西太平洋副热带高压脊线位置的异常与高、低层流场辐合、福散中心的位置及高层西风传播方向有关。     

西太平洋副热带高压东西位置异常与华北夏季酷暑

文中研究了副热带高压 (副高 )东西位置异常与中国东部地区夏季气温的关系。发现两者之间有很高的正相关 ,当西太平洋副高偏西时 ,大片的北方地区气温会降低 ;而当副高偏东时 ,该地区的气温将偏高。西太平洋副高东西位置的异常对应着亚洲太平洋地区的长波位置和强度的很大变化 ,从而影响到中国北方地区的气温。更重要的是 ,副高西端位移所产生的扰动还会以波列的形式向极地和北美方向传播 ,从而从更大的范围内影响西风带环流。对 2 0 0 2年夏季中国北方出现的持续高温天气进行了分析。该年夏季副高持续偏东。西风带大槽也处于偏东的位置。西部的大陆副高东移扩展 ,与槽后的高压脊打通 ,造成该地区的持续高温。副高的东西位置决定了季风气流 (也就是水汽的主要通道 )的北向转折的路径。当副高偏东时 ,向北折向的位置随之东移 ,东亚大陆的水汽供应变为负距平 ,特别是中国北方地区 ,变得十分干燥。引起中国北方高温的直接系统是大陆高压中的极强的下沉气流 ,副高的偏东位置为大陆副高的东进和加强提供了大尺度的背景条件     

1998年7月南亚高压影响西太平洋副热带高压短期变异的过程和机制

利用逐日NCEP/NCAR再分析资料,对1998年7月二度梅期间南亚高压影响西太平洋副热带高压短期变异的过程和作用机制进行了诊断.结果发现,梅雨间歇期副高单体异常向西、向北发展期间,高层南亚高压曾离开高原上空东移(伸)至120°E以东;南亚高压返回高原上空时,中层副热带高压减弱南落,两者有相向然后相背移动的趋势.进一步研究这两个高压系统密切关联的原因又发现,南亚高压通过两种作用机制影响中层副高的短期变异南亚高压在东移过程中,高空负涡度平流动力强迫的下沉运动在中层副高区域产生辐散,从动力上影响副高内的负涡度发展;另一方面,强烈下沉运动伴随的绝热加热效应又有利于纬向温度梯度维持,有利于南北风发展,从热力上间接影响西太副高的发展.最后,利用R42L9/LASG大气环流模式进行敏感性数值试验,通过改变高空南亚高压东移产生的负涡度效应,发现中层副热带高压区确有强迫产生的动力辐散和绝热加热出现,并对应副高的异常加强,成功地验证了诊断所揭示的1998年夏季副高短期变异过程的两种机制.     

西太平洋副热带高压下热对流降水结构特征的个例分析

利用热带测雨卫星的测雨雷达和红外辐射计的探测结果,对2003年8月2日15时(北京时)中国东南部副热带高压下发生的热对流降水结构特征、云和降水云之间的关系进行了分析研究。大气背景分析表明,500 hPa副热带高压中心附近的较强上升运动和850 hPa的水汽通量辐合为此次午后热对流降水云团的发生提供了动力和水汽条件。热带测雨卫星的测雨雷达探测结果表明,热对流降水云团的水平尺度多为30~40 km,平均垂直尺度均超过10 km,最高达17.5 km;云团的最大近地面雨强超过50 mm/h。热对流降水云团的平均降水廓线表明,其最大降水率出现在5 km的高度,这一高度比估计的环境大气0℃层高度低1 km。与“98.7.20”中尺度强降水的对流降水廓线比较表明,两者的最大降水率高度相同,但热对流降水云团更深厚;在4 km高度至近地面,热对流的降水率减少速度比“98.7.20”强对流降水的快,表明前者雨滴在下降过程中因气温高而发生强烈蒸发。对降水云团顶部特征与近地面雨强关系的分析结果表明,雨顶高较低时,云顶高度变化范围大;当雨顶越高时,云顶高度与雨顶高度越相近;平均而言,给定地面降水率,云顶高度比雨顶高度高出1~4 km;当近地面雨强越大,则云顶高度和雨顶高度越高、且越相近。结果还表明,非降水云面积约占86%,晴空面积仅占2%,而降雨云面积约为云面积的1/8。     

1991年江淮暴雨时期的能量和水汽循环研究

通过对 1991年 5～ 7月江淮暴雨期全球范围的水汽输送和不同降水过程中江淮暴雨区及其临近区域的水汽收支和视热源和视水汽汇的计算分析得到了以下结论 :( 1)从水汽输送的机制来看 ,一方面 ,有大量的水汽以定常涡动的方式从孟加拉湾及南海输送到中国江淮地区 ;另一方面 ,江淮地区的瞬变涡动水汽向北输出 ,这可能与江淮地区频繁活动的α和β中尺度系统有关 ,它们将江淮地区汇集的充沛的水汽除了大部分以降水形式降下外 ,剩余部分继续向水汽较少的高纬地区输出 ,以维持全球水汽的平衡。( 2 )在降水过程中 ,局地蒸发项在水汽的供应中或再循环中十分重要 ,其数值一般为降水量的 13 ～ 12 ,这与1998年的降水情况相似。( 3 )在降水过程中 ,暴雨区的水汽主要是从南边界和西边界流入的 ,东边界和北边界则流出 ,并且水汽的流入、流出主要在中低层进行。 (a)在流入边界上 ,水汽通量的垂直分布存在差异 ,暴雨区西边界和南边界的水汽流入的垂直差异可能与其所在的地理位置有密切关系。 (b)对于暴雨区 ,不同强度的降水过程水汽的主要来源有所不同。( 4)在 5次降水过程中 ,视热源和视水汽汇的较大值对应降水的大值区 ,表明了水汽凝结加热对大气加热所起的主要作用。梅雨期降水 ,以对流性降水为主 ,对流活动随季节变化