对流层上部热状况异常对湖北省旱涝影响及环流预报模型在IBM机上的自动识

通过对对流层上半部平均温度场上冷暖中主变化的分析发现：由冬到夏过渡季节内，冷中心沿径向的偏态，与长江流域及湖北省旱涝的关系甚为密切，由此建立了以极地冷涡和副热带暖中心及副热带高压为作用背景的湖北省汛期旱涝预报概念模型，其模型简单概括是“北强南弱”要防涝；“北强南弱”要防旱；冷中心不发生沿经向的偏态，全省气候正常。     

2008年初持续性低温雨雪冰冻事件的东亚高空急流特征

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和MICAPS系统提供的高空客观分析资料,对2008年初发生在中国南方地区的4次持续性低温雨雪冰冻过程期间,东亚高空副热带急流和温带急流的时空变化特征进行分析,发现副热带急流总体强度偏强、位置偏北。副热带急流的北界越北即南北跨度越大,雨雪冰冻过程持续时间越长;副热带急流中心强度越强,雨雪冰冻天气强度越大、范围越广。副热带急流的经向风分量异常偏强区域与雨雪冰冻强度较大区域一致。同时,温带急流的纬向西风和经向北风明显偏强,其强度的强、弱变化与强降雪过程的开始、增强、结束时间密切相关。其经向分量异常区域以北风为主,即当温带急流的经向北风分量和副热带急流的经向南风分量都较强时,对应的雨雪冰冻天气过程较强。对低温雨雪过程的前期环流分析表明,副热带急流和温带急流的全风速及纬向分量在该事件发生前半个月就开始有明显的前兆,两支急流的经向分量在该事件发生前20天开始有前兆信号,且副热带急流的经向分量、温带急流纬向分量的迅速减弱对该事件的结束有明显的指示意义。      

江淮梅雨异常空间分布型对比分析

利用国家气候中心整编的中国160个测站的月降水资料,提取1951—2012年江淮流域26站6、7月份的梅雨量距平场资料进行EOF分析,将梅雨雨型分为北涝南旱型和南涝北旱型。利用NCAR/NCEP再分析资料对两种空间分布的典型年大气环流背景特征进行合成分析,结果表明:北涝南旱年,高纬度鄂霍次克海高压阻塞形势偏强,极涡偏弱,西太平洋副热带高压和南亚高压位置偏北,东亚副热带夏季风偏强,水汽辐合中心偏北;南涝北旱年情形基本相反,高纬度鄂霍次克海高压阻塞形势和极涡偏强,西太平洋副热带高压和200 hPa南亚高压位置偏南,东亚副热带夏季风偏弱,水汽辐合中心偏南。     

2019年浙江省梅雨异常特征及成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料、浙江省常规气象资料及梅雨特征指数等资料,对2019年浙江省梅雨异常特征及成因进行了分析。结果表明：(1)2019年浙江省入梅和出梅均偏晚7天,暴雨过程频繁,短时雨强强,降水量异常偏多,比常年同期偏多115%,“冷黄梅”特征明显,气温为近20年同期最低。(2)对流层高层西风急流北跳偏晚、中层副热带高压北跳偏晚、低层夏季风加强北涌偏晚,导致2019年浙江省入梅偏晚;7月上旬西风急流的减弱南退,副热带高压和夏季风的阶段性南落,导致浙江省出梅偏晚。(3)梅汛期期间,南亚高压和西太平洋副热带高压的异常偏强、高低空急流的有利耦合、强劲的西南季风带来的充足水汽、中高纬“两槽一脊”形势的维持,导致冷暖空气长时间在浙江省上空汇合,造成2019年浙江省梅汛期降水异常偏多。(4)高空冷涡活动频繁,有利于冷空气不断南下;浙江省梅汛期期间降水异常偏多,上空对流活动多,云系多,晴天少,是造成浙江省“冷黄梅”现象出现的关键原因。     

夏季东亚季风区Hadley环流上升支结构异常及其对长江流域降水的影响

利用ECMWF最新发布的Interim再分析资料,计算了东亚季风区Hadley环流质量流函数,并使用EOF分解、相关分析及合成分析等统计方法,分析了夏季东亚季风区Hadley环流上升支结构的异常特征及其对我国长江流域降水的影响。发现夏季东亚季风区Hadley环流上升支具有独特的双上升中心结构,两上升中心的位置分别对应东亚夏季风系统中的两条辐合带——热带季风槽及梅雨锋。上升支的主要异常模态表现为两个上升中心“跷跷板”型的反相异常。与梅雨锋对应的副热带上升中心强度与长江流域降水呈正相关关系,即当其偏强时,长江流域降水偏多,反之亦然。副热带支偏强时,低层西太平洋副热带高压偏南导致气流在长江流域异常辐合,其异常西南风水汽输送使得长江流域有异常水汽辐合,高层气流在长江流域异常辐散。同时鄂霍次克海附近阻塞活动偏强,东亚沿海地区500 hPa高度场出现“+-+”的经向异常型。这些异常型均有利于长江流域的降水。      

基于TIGGE资料的台风“鲇鱼”路径北翘成因分析

利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）集合预报资料,对比分析了成功预报“鲇鱼”北翘路径的成员（北翘组）和没有预报“鲇鱼”北翘路径的成员（西行组）的环境场及台风环流特点。结果显示:从环境场来看,在预报前期北翘组在“鲇鱼”北侧的副热带高压偏弱,副热带高压断裂东退发生的时间比西行组早,而在预报后期,北翘组西风槽比西行组强;而从“鲇鱼”环流来看,初始时刻北翘组和西行组存在明显不同的非对称结构,在后期预报中,北翘组“鲇鱼”环流范围明显比西行组大。北翘组“鲇鱼”环流初始时刻的非对称结构以及其南侧偏弱的低压环流使得“鲇鱼”环流后期偏大、东南侧及东侧偏南气流偏强,这有利于“鲇鱼”北侧副热带高压断裂东退和西风槽发展南移。      

南岳雨凇分析

分析了南岳雨凇与冷冬及西太平洋副热带高压的关系。结果表明,在冷冬年份,南岳雨凇日数偏多;在暖冬年份,南岳雨凇日数偏少。西太平洋副热带高压与南岳冬季气温密切相关。副热带高压偏弱时,南岳冬季偏冷;副热带高压偏强时,南岳冬季偏暖。副热带高压的588线北界偏北时,南岳冬季偏暖,反之偏冷。副热带高压的西伸脊点偏东时,南岳雨凇日数偏多,反之偏少,而且西太平洋副热带高压的变化超前于冷暖冬的变化。     

季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究Ⅱ:亚洲季风区季节转换指数

在“季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究Ⅰ :副热带高压结构气候学特征研究”的基础上 ,进一步讨论亚洲夏季风爆发与当地对流层中上层东西向暖脊的经向位置变化关系。亚洲夏季风相继在孟加拉湾、南海和南亚爆发期间 ,除了对流层高、低空风场及深对流活动在季风爆发前后具有反相的变化以外 ,副热带高压脊面附近大气经向温度梯度亦具有明显的反相特征。对流层中上层 (2 0 0～ 5 0 0hPa)脊面附近建立的北暖南冷的温度结构 ,能够反映亚洲各季风区夏季风爆发共同的本质特征 ,根据季节转换的热力学基础 ,指出对流层中上层经向温度梯度作为度量季风爆发的指标是合理可行的。文中提出了以副热带高压脊面附近对流层中上层大气经向温度梯度作为表征季节转换的指数 ,给出了确定季节转换开始日期的具体定义以及历年季节转换日期序列 ,同时给出由85 0hPa纬向风和OLR表征的季风爆发日期序列。相关分析表明 ,85 0hPa纬向风只是个区域性指标 ,而南北温度梯度具有一定的普适性     

2015年夏季气候异常特征及其成因简析

2015年夏季,全国平均降水量297.6 mm,较常年同期偏少8.5%,空间分布呈“北少南多”的显著特征,长江中下游及江淮地区降水显著偏多,梅雨雨季持续时间长,雨量偏多。进一步研究表明,2015年5月以来热带印度洋海温一致偏暖模态正位相发展,激发出西升东降的局地异常纬向环流,有利于西太平洋副热带高压强度偏强,位置偏西。加强西伸的西太平洋副热带高压造成我国东南部地区西南低空急流频发,强度偏强。低空急流将来自南海的水汽向江淮等地输送,并激发不稳定能量释放,有利于对流活动的发展和降水的产生,导致梅雨雨季持续时间长,雨量偏多。     

2006年杭嘉湖平原夏秋天气异常分析

2006年杭嘉湖平原出现夏季特长、秋季极短,梅雨量极少、高温天数多、夏旱连秋旱的气候异常现象,对大气环流进行分析发现,西太平洋副高持续偏强偏西,北半球极涡偏弱,冷空气活动偏北,亚洲地区盛行纬向环流.区域气候的异常与大气环流的季节转换异常有关,并且大气环流的异常可以追溯到其前期环流的异常.2006年前冬和春季中高纬度较强的经向环流和持续偏强的副热带高压使得该年夏季副高继续偏强,并且春季的这一环流异常现象,导致秋季大气环流向冬季过渡较快.对涡动高度的分析表明,5月平流层正中心的异常两移、6～7月平流层持续分裂出两个正中心,以及9月正中心的异常增强,预示和促进了夏季低层大气环流的异常发展,从而夏季偏长、夏秋季节转换推迟;11月冷低压的异常增强南压和暖高压的突然减弱,使秋冬季节转换较快,从而秋季极短.     

山东省两次暴雨过程的对比分析

应用常规资料及自动站资料对2007年7月18日的大暴雨（简称“7．18大暴雨”）和8月16-19日的连续暴雨天气过程（简称“8．17持续暴雨”）进行对比分析,结果显示：“7．18大暴雨”发生在西太平洋副热带高压位置增强北上过程中,“8．17持续暴雨”中,副热带高压则经历了一个先增强北上、后东退南撤、再增强西伸的过程;副热带高压与西风带之间都形成较强的西南风急流,“8．17持续暴雨”中,长期维持的切变线经历了经向、纬向、西移北跳、东移南压过程,是造成这次暴雨持续时间长的原因。两次暴雨均与500hpa高湿舌和急流有较好的对应关系,同时与850～500hPa能量锋区和高能区中心也关系密切,当出现能量突然增大现象时,也要密切注意暴雨的产生。二者在水汽输送、上升运动等各物理量上都有其不同的特征。中小尺度系统对比发现,暴雨落区和强度与地面中尺度辐合中心对应较好。辐合中心和辐合线维持时间与强降水时段是吻合的。     

2014年夏季我国气候异常及成因简析

2014年夏季,全国平均气温为21．1℃,较常年同期偏高0．2℃。全国平均降水量为320．1 mm,较常年同期偏少1．6％,空间分布呈现北少南多的显著特征,其中黄淮地区平均降水量与1999年并列历史同期最少。进一步对2014年夏季我国降水异常成因分析表明,东亚夏季风偏弱及西北太平洋副热带高压偏强、偏南是造成我国夏季降水北少南多的直接原因;印度洋海温偏暖和厄尔尼诺状态共同作用导致副热带高压持续偏强偏南;两者是造成降水异常的重要外强迫条件。     

初夏至盛夏东亚副热带西风急流突变早晚与东亚环流异常的关系

利用1961-2004年NCEP／NCAR再分析逐候资料和全国160站月平均降水资料,分析了初夏至盛夏东亚副热带急流北跳和急流中心西移发生早晚对7月东亚大气环流和我国降水的影响。结果表明,急流北跳时间与7月长江中下游地区降水异常正相关,急流中心西移时间则与7月淮河流域降水异常正相关,与华北和河套地区降水异常负相关。急流北跳时间与南亚高压和西太平洋副热带高压南北位置异常及高纬贝加尔湖以东高压脊强度相关;而急流中心西移时间与南亚高压和西太平洋副热带高压的东西伸展及贝加尔湖以西高压脊强度相关,在急流中心西移偏晚年,南亚高压西缩,贝加尔湖西南侧高压脊增强,南下至华北和河套地区冷空气偏强,且西太平洋副热带高压东撤,冷暖空气在淮河流域交汇,使得华北和河套地区降水减少而淮河流域降水偏多;偏早年情况与偏晚年情况相反。     

1991年5-7月江淮洪涝:水汽和冷空气的作用比较

对1991年5-7月江淮流域持续性暴雨的环流异常进行分析,比较造成此次洪涝的水汽输送和冷空气活动重要性。结果表明：（1）东亚大槽维持在中国东北上空发展明显,同时鄂霍次克海上空没有建立强大阻高,这种形势有利于冷空气持续向南侵袭,盛行经向环流。此外,低纬度地区,西太平洋副热带高压主体位置于常年同期相比,明显偏西、偏强,有利于暖湿气流沿副热带高压北上到达江淮流域,与北方冷空气辐合形成强降水。（2）通过定义I_T和I_q分别表征温度与水汽对降水的贡献,发现此次江淮流域地区强降水是由对流层低层水汽异常增多和气温异常偏低共同造成的,作用基本相当。     

2002年12月下旬宁夏持续低温天气成因分析

对 2 0 0 2年 1 2月下旬宁夏持续低温天气的环流和影响系统演变、高低层平均环流场及距平场变化特征进行了综合分析。结果表明 :2 0 0 2年 1 2月下旬 ,位于乌山的冷低压和贝湖附近阻塞高压强度偏强 ,控制我国大陆的地面冷高压强度也偏强 ,贝湖北部阻塞高压和新疆北部切断低压的建立、发展并稳定维持 ,使较强冷空气沿偏北急流南压 ,造成宁夏明显的降温 ;同时 ,亚洲地区以经向环流为主 ,冷空气不断补充南下 ,地面冷高压强度持续较强并控制河套地区 ,是持续低温的主要原因     

夏季北太平洋副热带高压系统的活动

文中根据 NCEP/NCAR再分析资料 ,分析了北太平洋副热带高压系统的变化。 5～ 9月由于亚洲夏季风的建立及活动 ,北半球副热带高压系统在 6 0～ 1 2 0°E出现断裂 ,夏季西太平洋副热带高压脊点平均伸展到 1 2 0°E,其年际变化反映了亚洲夏季风的强弱。强夏季风年 5 0 0h Pa西太平洋副热带高压脊线位于 3 0°N以北 ,并分裂成两个中心 ,印度低压强 ;弱夏季风年西太平洋副热带高压脊线位于 3 0°N以南 ,表现为北太平洋高压中心向西伸展的高压脊 ,印度低压弱。夏季西太平洋副热带高压的季内活动有两种模态 :第 1种表现为副热带高压系统以 2 0～ 3 0 d的周期从北太平洋中部的副热带高压中心一次次地向西扩张到 1 2 0°E以西 ,这类过程大多出现在亚洲夏季风强度偏弱年 ;第 2种模态表现为副热带高压系统以 2 0～ 3 0 d的周期一次次地由东向西扩充时 ,在 1 2 5～ 1 5 5°E停滞 ,这类过程大多出现在亚洲夏季风强度偏强年。江淮流域梅雨的中断和结束与北太平洋副热带高压系统 2 0～ 3 0 d季内振荡有关。西太平洋副热带高压 5～ 1 0 d的短期活动受 3 5～ 45°N西风带活动的影响 ,当西风槽在中国沿海和西太平洋地区向南伸展到 3 0°N以南后 ,西太平洋副热带高压有一次加强活动     

关键区海温年代际异常对我国东部夏季降水影响

利用1931—2010年UKMO HADISST1全球月海表温度、NOAA再分析资料及我国东部96个站月降水量资料,使用REOF,SVD及合成分析等方法探讨了关键区冬季海表温度 (SST) 年代际异常对我国东部夏季降水的影响。结果表明:当冬季黑潮区SST年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度呈“+-+”距平分布,西风带经向环流盛行,西太平洋副热带高压加强、西伸;850 hPa风场距平场上,北方地区为反气旋性异常控制,南海上空为异常偏南气流,这样的环流配置有利于我国东部夏季多雨带出现在长江中下游地区;当冬季南印度洋偶极子 (SIOD) 年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度为正距平,阻塞形势发展,经向环流盛行,有利于冷空气南下,西太平洋副热带高压强度偏强,位置略偏南、偏西;850 hPa风场距平场上,北方地区为一反气旋性异常控制,异常偏北气流延伸至我国南方地区,索马里越赤道气流偏强。这种环流配置使得副热带锋区偏南,夏季多雨带位于华南及东南沿海地区。     

波包传播特征与西太平洋副热带高压移动的关系

利用波包传播诊断方法,研究高频波波包传播特征与瞬变波和副热带高压北进南退的关系。波包传播的初步特征为冬季波包传播生命史长,一般为7—10 d,传播速度为2—10 m/s,中心强度可超过0.4,在中高纬度地区传播路径一般为先向东南移,后向东北移;夏季比冬季的生命史短,中心强度也弱,传播路径与冬季相同。热带地区的波包传播路径先向西南,后向北移。一般波包强中心增强时,有利于槽发展,当强中心明显减弱时,有利于槽的衰减。当波包强中心持续地叠加在脊上时,脊将减弱。副热带高压的明显北跳常与南海特征区(0°—20°N,100°—120°E)持续5 d及以上的无波包强中心活动有关,并且在2次季节性北跳之后,又持续5 d以上出现波包强中心;副热带高压南移过程都与持续5 d及以上的南亚区域波包强中心、台风强中心或温带波包强中心活动有关。     

线性准地转模型中基本流和辐射冷却对感热加热强迫的副热带高压形态的影响

通过求取定常线性准地转位涡模式的数值解,研究了感热型垂直非均匀分布的冷、热源强迫所激发的副热带环流的结构特征,讨论了副热带背景风场和洋面辐射冷却对洋面副热带高压“三角形偏心”结构形成的重要作用。结果表明,基本流对感热加热强迫的副热带环流有重要影响,当基本流为常数时,感热加热强迫的气旋和反气旋主要集中在对流层中下层,且地面系统远强于中高层。当基本流为非常数时,其经向切变能改变气旋和反气旋中心的经向位置,使它移至0风速所在纬度附近;其垂直变化加强了中高层气旋和反气旋,中心位于对流层上层,与南亚高压的位置基本一致。研究结果还表明,在大洋东部洋面辐射冷却与副热带地区背景风场的共同作用下,形成了洋面副热带高压特有的“三角形偏心”结构。副热带高纬度的西风使感热强迫的洋面副热带高压东移,低纬度的东风使其西移,形成东北—西南走向的“平行四边形”结构,且中心位于大洋西部。大洋东部强洋面辐射冷却激发的洋面反气旋加强了大洋东部的副热带高压,使其中心东移至大洋东部,从而表现出东北—西南走向的“三角形偏心”结构。      

无显著海温异常强迫下西太平洋副热带高压的异常变动:1980年和1981年的对比分析

1980年和1981年夏季及其前期冬春季太平洋和印度洋海温均未出现显著异常。然而,这两年东亚夏季风环流的季节内变化却呈现显著异常,且截然不同,具体表征为:1980年西太平洋副热带高压（副高）第一次北跳异常偏早,第二次北跳异常偏晚,而1981年则相反,第一次北跳接近气候态,第二次北跳却异常偏早。就副高两次北跳过程而言,其直接原因也有显著差异:1980年副高两次北跳主要受热带西太平洋对流增强的影响,而1981年两次北跳则是由于热带西太平洋对流增强后所激发的极向传播的Rossby波列与中高纬度东传的Rossby波的锁相作用造成的。与北跳过程相比,副高北跳前后环流稳定维持的时间长短显得更为重要。研究表明,1980年夏季副高异常程度之所以堪比1983年和1998年强El Ni?o衰减年,主要是由于不同阶段南半球环流和北半球中高纬度环流的相互配合与接力,其中,6月和8月副高异常偏强对夏季平均副高异常偏强起到主要贡献,但二者的影响因子不同:6月主要受马斯克林高压（马高）偏强的影响,而8月则与澳大利亚高压（澳高）异常偏强有关。此外,7月和8月副高异常偏南是因为鄂霍茨克海阻塞高压长期维持。与1980年相比,1981年夏季马高和澳高均异常偏弱,因而南半球环流对副高异常的影响有限。北半球中高纬度环流的季节内变化对该年夏季副高的快速北进和南退起主导作用,特别是8月中高纬度盛行强烈的经向环流,使得副高异常偏东偏弱,从而导致夏季平均副高异常偏东偏弱。本文的个例分析表明,在无显著海温异常强迫的年份需要特别关注南半球环流和北半球中高纬度环流对副高及与之相关的东亚夏季风环流的季节内演变的影响,但是这些环流因子持续性较差,难以用于跨季度预测。