提取准双周和准一月低频振荡的Lanczos滤波器及其应用

根据青藏高原大气热源季内振荡分析的实际需要,设计了适于提取准双周（10～20d）、准一月（20～40d）振荡的Lanczos滤波器（L.f.）。通过与Butterworth滤波器（B.f.）滤波效果的定量分析,确定了准双周、准一月L.f.窗宽参数l的临界值l0分别为24、46;当l≥l0时,L.f.滤波器性能全面优于B.f.。选用拉萨附近格点（90°E,30°N）的1950—2006年整层大气热源资料做了应用试验,结果表明,由l=121的L.f.得到的拉萨夏季准双周、准一月振荡分量质量可靠,可用于青藏高原大气热源季内振荡强度的年际差异和季内过程分析。     

2005年汉江上游秋涝环流条件和水汽场特征分析

利用美国环境预测中心(NCEP)资料,对2005年9月1日至10月10日汉江上游秋涝期500 hPa环流条件和700 hPa水汽场的时空分布特征进行了分析。结果表明:在汉江上游秋涝盛期,500 hPa高度距平场呈现出" ,-, "波列结构。700 hPa主要水汽源在孟加拉湾和南海地区。同时段水汽通量散度场EOF分析表明,汉江上游水汽通量散度同南海和孟加拉湾北部具有相同的变化符号;小波分析进一步揭示出汉江上游和南海地区水汽通量散度都存在准2周和准1周的振荡。强降水一般出现在几种不同频率振荡的负值位相叠加的时段。     

东亚季风研究的进展

中国气象科学研究院曾长期组织和从事东亚季风及其对中国天气和旱涝影响的研究。该文对中国气象科学研究院在东亚季风研究方面取得成果进行综述, 并回顾了20世纪50年代以来国内有关季风的研究活动, 也回顾了影响我国天气气候、东亚季风环流系统的提出及其后续的有关东亚和印度季风系统的相互作用, 引发中国大陆暴雨生成的水汽输送, 表达中国大陆季风活动的季风指数设计等研究结果。综述了南海夏季风爆发、梅雨开始、中国雨季开始及传播等有关研究成果; 东亚季风系统中副热带地区低频振荡纬向和经向传播特征及与赤道地区不同之处, 东亚低频振荡对El Ni?o形成及夏季东亚热带和副热带季风爆发的可能影响, 东亚热带和副热带季风低频振荡对中国天气气候的影响等有关成果; 亚洲地区大气热源的计算及其分布, 青藏高原夏季热源对东亚夏季风及降水的可能影响, 青藏高原冬季冷源对El Ni?o生成的可能影响等有关成果; 东亚季风及降水的年际变化特征, 准4年年际振荡的分析及与ENSO形成间的相互作用, 极地对东亚夏季降水的影响及东亚季风年代际变化特征等成果。综述东亚季风系统形成的可能机制, 特别是亚洲大陆—西太平洋海陆热力差异及非洲、印度半岛、中南半岛及澳大利亚陆地与周围海洋对冬夏季风形成、印度和东亚季风系统形成、南海夏季风形成作用的结果。     

东亚季风区冬季经向风的季节内变化及其可能机理

利用1979—2013年ERA-interim再分析资料,通过均方差分析、功率谱分析、带通滤波及合成分析等统计方法系统地分析了东亚季风区冬季经向风的季节内变化及其可能机理。结果表明,东亚季风区冬季经向风异常在我国华南一带变化显著,振荡周期为10~20 d(准双周振荡)。在准双周尺度上,水平方向上,850 h Pa异常北风主要呈现从高纬向低纬传播的特点,60°N附近异常经向风向东南方向传播,副热带30°N附近弱的异常经向风向东传播,二者在华南汇合,随后分为两支中心,分别向南和向东继续传播,我国华南一带存在基本气流向准双周尺度波动的能量转换,因此异常经向风在华南会显著增强;垂直方向上,对流层上层、中层、下层的经向风呈现强—弱—强的异常中心特征,对流层下层850 h Pa和上层200~300 h Pa均存在经向风大值中心;我国东部上空300 h Pa上,副热带地区波动比850 h Pa更明显,60°N附近波动向东南方向移动,同样在我国东部地区合并,波动辐合导致波动能量增强。     

北半球冬季中纬度位势高度场的季节内振荡

利用1979—2012年逐日NCEP/DOE再分析资料,分析北半球中纬度冬季(11月1日—4月30日)对流层位势高度的季节内振荡特征。结果表明:对流层上层位势高度的季节内变化强度较中下层更强,中心主要位于太平洋和大西洋上空;对流层上层位势高度场主要为1~3波的超长波形势,功率谱分析结果表明其时间序列呈现显著的季节内振荡(10~60 d)特征;10~60 d滤波的位势高度异常空间分布与原异常场一致,位势高度季节内振荡随时间主要表现为向西传播的特征,尤其表现在北太平洋上空,而亚欧大陆更为复杂一些;亚洲冬季风对北半球中纬度位势高度的季节内振荡有响应,主要表现为蒙古高压位置和强度的异常,继而对我国冬季气温产生影响。     

中国降水准2年主振荡模态与全球500 hPa环流联系的年代际变化

用近51年(1951～2001年)观测资料,研究太平洋年代际振荡(PDO)冷暖位相中国降水量准2年主振荡型传播特征的差异,并讨论对应的全球500 hPa环流低频波列传播途径的变化及可能原因.同时提出年际振荡强度不稳定指数,讨论了中国降水和全球500 hPa高度准2年周期振荡(QBO)强度时间不稳定的空间分布.通过主振荡型分析(POP)发现,在PDO冷位相(1951～1976年),准2年时间尺度的中国降水POP1的主要活动区域在长江中游地区,对应的500 hPa低频场是大西洋欧亚波列(AEU)和西大西洋遥相关型(WA)以及南太平洋副热带波列(SSP);在PDO暖位相(1977～2001年),POP1的活动区域迅速北移并扩大到整个长江和淮河流域,对应的500 hPa低频场变为欧亚太平洋-南印度洋-南北大西洋波列(EUP-SI-SNA).因此,PDO冷暖位相中影响中国降水准2年主振荡模态的低频波列的传播途径和强度存在显著差异,PDO对中国降水量准2年主振荡型主要模态(POP1)及其伴随的全球500 hPa环流低频波列活动区域的时间变化有重要调制作用,与两个半球中纬度西风气流强度的年代际变化密切相关.由振荡强度时间变化指数分析表明,中国降水QBO强度不稳定区域位于长江中游、长江下游、浙江东部、广东东部、华北地区和青藏高原东北侧附近地区,这些地区降水QBO的强度随PDO位相转变而发生显著的年代际突变.对于全球500 hPa高度,其QBO强度不稳定区域在南太平洋中高纬度、副热带南北大西洋地区和亚洲、北太平洋、北美大陆中高纬度地区、北半球副热带西太平洋地区以及南北半球热带和副热带东太平洋地区,表现为对于赤道的非对称空间分布,特别是南北太平洋热带和副热带地区500hPa环流QBO强度在年代际时间尺度上呈现正负反向变化的空间结构,而且南北极附近地区的QBO强度在PDO暖位相显著增强,反映了全球大气环流QBO强度与PDO相互作用的空间特征.     

THE CHARACTERISTICS OF LOW-FREQUENCY OSCILLATIONS OVER THE SOUTH CHINA SEA

Using 1975-1993 (with 1978 missing) data of the outgoing longwave radiation (OLR), characteristics of seasonal variation of low-frequency oscillations in the South China Sea and its relation to the establishment and activity of the summer monsoon there are studied. As is shown in the result, the low-frequency oscillation in the South China Sea is much stronger in the period of summer monsoon than in that of winter monsoon and the summer monsoon there usually begins to set up in a negative phase of the first significant low-frequency oscillation for the early summer. The study also reveals that the circulation for the low-frequency oscillation during the summer monsoon in the Sea is embodied as north-south fluctuations of the ITCZ and east-west shifts of western ridge point of the West Pacific subtropical high, suggesting close correlation between the low-frequency oscillation and the active and break (decay) of the South China Sea monsoon. In the meantime. the work illustrates how the low-frequency oscillation in the South China Sea are superimposed with the seasonal variation of the general circulation. so that the summer inonsoon covers the establishment of the I^st, intensification of the 2^nd and 3^rd the low-frequency oscillations and decay of the 4^th oscillation.     

亚洲—太平洋夏季风系统的基本模态特征分析

亚洲—太平洋季风区各季风子系统间的相互作用对季风区甚至全球的气候变化都有着显著的影响.整个亚洲—太平洋夏季风系统都处于高层辐散、低层辐合的庞大辐散环流中,从高层辐散中心流出的三支气流分别对推动印度夏季风、东亚副热带夏季风和南海夏季风起着重要的作用,很好地表现了亚洲—太平洋夏季风系统的整体性特征.季风区多种气象要素的基本模态在年代际和年际尺度上都表现出较为一致的变化特征:年代际尺度上亚洲—太平洋夏季风系统整体呈现减弱趋势;年际尺度上存在准2年和准4年的两个周期,其中准2年振荡特征表现为若印度西南季风偏强,则印度季风雨带偏强偏北,导致印度大陆中北部地区降水偏多;同时,由于西太平洋副热带高压的北移和偏强的印度西南季风显著向东延伸,10°N~30°N范围内的西北太平洋地区则表现为异常的气旋性环流,而30°N~50°N之间为反气旋性环流异常,对应东亚夏季风偏强,季风雨带能够北推至我国华北地区.也就是说,当亚洲夏季风中某一季风子系统表现为异常偏强时,另一季风子系统在这一年中也将表现为异常偏强,反之亦然.准2年的振荡周期可能是亚洲—太平洋夏季风系统的一种固有振荡,它从年际尺度上反映了亚洲—太平洋夏季风受热带太平洋—印度洋海温的强迫表现出明显的整体一致特征.     

北极涛动年代际变化与华北夏季降水的联系

利用NCEP／NCAR再分析资料和华北夏季降水资料，研究了北极涛动的年代际变化及其与大气环流的关系，进而研究与华北夏季降水异常变化的联系。结果表明，北极涛动具有明显的年代际变化，并在1969年发生了气候突变。北极涛动年代际异常与亚洲中纬度高度场异常、850hPa风场的年代际异常具有很好的一致性。在年代际尺度上，北极涛动与贝加尔湖地区阻塞高压发生频率、东亚夏季风强度和华北夏季降水的关系较为密切。     

1984年夏季张掖地区辐射参数的振荡特征

本文用多维谱分析的方法，研究了1984年夏季张掖地区辐射参数的中短期和超短期振荡特征。1984年夏季，张掖地区辐射等参数存在着3—5天的中短期振荡及30分钟、50分钟和80分钟的超短期振荡。准3天振荡主要存在于热力边界层，振荡是由西向东传播的，影响高度大致为400 hPa。超短期振荡强度有着明显的日际变化，其变化周期也大致为3—5天。在大气中各种时间尺度的振荡之间存在着某种联系。准3天振荡可能是青藏高原地面热力扰动影响的一种反映；准30分钟的超短期振荡强度与天气系统的关系不明显，而与热力状况及主要云状却有一定的关系。     

江淮流域梅雨期降水与10—30d低频振荡的联系

利用1961--2010年中国756站逐日降水资料和NCEP／NCAR逐日再分析资料,分析了江淮流域梅雨期降水与10～30d低频振荡的关系。结果表明,梅雨偏多年降水具有明显的10～30d的周期变化,低频振荡经向上的北传和纬向上的西传与江淮流域梅雨期降水的活跃及中断关系密切。在梅雨偏多年,低层10～30d振荡主要通过南海低频反气旋和日本海低频气旋对江淮流域降水产生影响,并调控着西太平洋副热带高压的西进、东退,进而影响输送到江淮流域的水汽强度及冷暖空气在江淮流域的汇合;而高层,亚洲大陆中纬度地区东西向的低频气旋和反气旋影响着南亚高压的位置,从而形成江淮流域低频降水的强弱变化。     

印度洋偶极子对大气环流和气候的影响

赤道印度洋SST的分析研究证实了偶极子型振荡的存在，它在9-11月较强而在1-4月较弱。若以海温西高东低为偶极子振荡正位相，以海温东高西低为负位相，则一般是正位相时振荡要强于负位相。印度洋偶极子也存在年际（主要周期为4－5年）和年代际（主要周期为25-30年）变化。分析研究表明，印度洋偶极子对亚洲季风活动有明显影响，因为亚洲地区对流层低层的风场，南亚高压和西太平洋副高强度都与印度洋偶极子有关。另外，印度洋偶极子还对北美和南印度洋（包括澳大利亚和南美）地区的大气环流和气流有影响。     

梅雨期中国东部降水的时空变化及其与大气环流、海温的关系

利用1961～2000年中国台站降水资料、 NCEP/NCAR再分析资料以及扩展重建海平面温度 (Extended Reconstructed Sea Surface Temperatures, ERSST) 资料, 采用EOF、小波变换、合成及相关方法探讨中国东部梅雨期降水的时空变化及其环流、水汽输送和海温异常特征.分析指出中国东部梅雨期 (6月11日～7月10日) 降水存在三种主要空间型: 江南北部多雨型、长江流域多雨型和江淮平原多雨型.三种降水型都存在多时间尺度特征, 由于年际和年代际振荡的周期和强度随时间的变化有不同表现, 三种雨型旱涝年出现的年份有所不同.三种雨型对应的东亚夏季风环流各子系统的强度、位置、水汽输送等也存在明显差异.梅雨期三种雨型与冬季海温的研究表明:赤道东太平洋海温偏高有利于出现江南北部降水型; 赤道印度洋、南海和西太平洋黑潮海温偏高有利于出现长江流域降水型; 北太平洋中纬度海温偏高则有利于出现江淮平原降水型.     

南半球环流变化对东亚夏季风的影响

南半球环流是影响东亚夏季风季节内、季节到年际变化的重要因子之一.作者系统综述了南半球环流各系统包括连接两半球的越赤道气流、马斯克林高压和澳大利亚高压、南极涛动和南极海冰等对东亚夏季风环流和中国夏季降水的影响.特别是,近年来的研究揭示了南极涛动是影响东亚夏季风年际变化的强信号.当南极涛动偏强时,马斯克林高压和澳大利亚高压和相关的越赤道气流也趋于偏强.同时,西太平洋副热带高压偏西偏南,强度增强,长江流域降水偏多,其两侧降水偏少.这对中国夏季降水的预测有重要的应用价值.最后提出了一些相关的科学问题以供进一步研究.       

季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究Ⅰ:副热带高压结构的气候学特征

利用NCEP/NCAR再分析资料研究了季节转换期间副热带高压结构的气候特征。在亚、非季风区 ,冬季副热带高压带是相对对称的 ,具有脊线连续的带状结构 ,脊面随高度增加向南倾斜 ;夏季副热带高压带中低层是间断的 ,高层是连续的 ,脊面随高度增加向北倾斜。副热带高压脊面倾斜受热成风关系的制约 ,总是倾向暖区。 5月份副热带高压形态变异最显著 ,不同地域副热带高压的结构、性质存在较大差异。夏季型副热带高压于 5月初首先出现在孟加拉湾东部 ,5月第 3候稳定建立在孟加拉湾东部、中南半岛及南海西部地区 ;5月第 4～ 5候在南海建立 ;6月第 1～ 2候在印度中部建立。夏季型副热带高压建立的 3个阶段与亚洲夏季风爆发的 3个阶段存在着较好的对应关系。孟加拉湾夏季风的建立在很大程度上取决于高空副热带高压脊面附近经向温度梯度的反转。对流层中上层副热带高压脊面附近经向温度梯度可以作为表征亚洲夏季风爆发的指标     

The upper-level circulation anomaly over Central Asia and its relationship to the Asian monsoon and mid-latitude wave train in early summer

A large intraseasonal variation in geopotential height over the Central Asia region, where the Asian subtropical jet is located, occurs between May and June, and the most dominant variation has a wave-like distribution. This variation in geopotential height influences precipitation across South and Southeast Asia. In this paper, we use composite analysis to determine the causes of this intraseasonal variation over Central Asia. The wave train propagates from the northern Atlantic Ocean to Central Asia over a period of a week, and generates an anomaly in geopotential height over the region. The tropical disturbance, which is similar to the Madden–Julian oscillation, appears a few days before the maximum of the anticyclonic anomaly over Central Asia, and is accompanied by active convection over the Indian Ocean and suppressed convection over Central America. Results of numerical experiments using a linear baroclinic model show that the active convection over the northern Indian Ocean causes the anticyclonic anomaly over Central Asia. The wave train that extends from the northern Atlantic Ocean to Central Asia is generated by negative thermal forcing over Central America, and the phase distribution of this wave train is similar to that observed in the composite analysis. Central Asia is the region where the effects of the tropics and middle latitudes overlap, and it is an important connection point between the Asian monsoon and middle latitudes.     

盛夏副高脊线位置的变化规律及其成因分析

本文对盛夏7月份副高脊线位置的变化规律及其成因进行了分析,结果表明:副高脊线位置具有明显的低频变化,主要振荡周期为13年左右。它的变化在东亚具有明显的遥相关结构,其影响因子主要是东亚是否存在阻塞高压,黑潮区海温是否异常,菲律宾附近对流活动的强弱以及南印度副高的强弱变化。其中,东亚是否有阻塞高压存在和黑潮区海温是否异常变化,对盛夏7月份副高脊线位置的异常偏南或偏北有十分重要的影响。     

中国东南部与川渝陕甘地区夏季降水 30～60天CISO的反相现象

利用1979～2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料和我国753站逐日降水资料,研究了中国东南部和川渝陕甘地区夏季降水30～60天气候季节内振荡（Climatological IntraSeasonal Oscillation,CISO）的反相现象。结果显示两个区域夏季降水CISO在7月中旬之前存在显著的反相关系,且在传播特征上有明显差异。川渝陕甘地区降水局地低频振荡显著,中国东南部降水CISO北传特征清晰。低频环流分析表明,对流层低层低频槽、脊的更替形成了川渝陕甘地区降水CISO的“驻相”振荡,低频气旋式、反气旋式环流位置的移动则产生了中国东南部降水CISO的北传。CISO垂直环流显示上升支与下沉支正好处于川渝陕甘地区与中国东南部,较好地反映了低频降水在两区域的相反变化。中国东南部、长江中下游与川渝陕甘地区三者之间存在动力学上的关联,这可部分地解释川渝陕甘地区和中国东南部之间降水CISO的反相关系。这种反相关系的形成还与气候态下的西太平洋副热带高压和贝加尔湖附近大陆高压脊的季节内变化有关。揭示中国东南部与川渝陕甘地区之间降水CISO的反相现象对于丰富人们对我国夏季风区低频振荡局地特征的认识和理解降水季节内振荡产生机制有重要意义。