外强迫引起的夏季大气环流异常及其机制探讨

本文主要探讨了夏季模式大气对热带海温和高纬极冰异常的外强迫响应机制,结果表明,在大气环流模式长时间积分以后,不同的外强迫源均可在全球大气的一些关键性区域激发产生相同的环流异常型,即夏季大气主要异常型对外强迫源地理位置不敏感,很大程度上依赖于大气内部动力学过程.根据以上特点本文提出外强迫引起大气异常存在两类机制,其中外强迫和大气内部动力学过程相互作用机制是产生大气异常的重要动力学途径.     

ENSO与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化

利用热带太平洋海表温度和中国降水和气温站点观测资料,通过滑动相关分析,揭示了ENSO与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化事实。结果表明:ENSO与中国夏季年际气候异常的关系既有稳定的方面,又存在年代际变化特征。稳定的关系表现在:处于发展阶段的ENSO事件往往造成华北夏季降水偏少;处于衰减阶段的ENSO事件则易引起长江流域及江南地区夏季降水偏多。而二者关系的年代际变化表现在:1970年代中后期,处于发展阶段的ENSO事件引起的夏季降水异常在华南地区由偏少变为偏多,东北地区则由偏多变为偏少,而江淮地区偏多的现象不再明显,华北和东北夏季气温异常也由偏冷转变为偏暖,而华南则有偏冷趋势;处于衰减阶段的ENSO事件引起的夏季降水异常在华北地区由偏多变为偏少,江淮地区降水由偏少变为正常甚至偏多,华北夏季气温异常则由偏冷变为偏暖,长江流域和华南也有偏暖趋势。利用NCEP/NCAR再分析资料合成分析表明,在不同的年代际背景下ENSO引起的东亚中高纬度大气环流异常型发生了明显改变是ENSO和降水气温关系发生年代际变化的原因。     

长江三角洲城市群对夏季日降水特征影响的模拟研究

利用耦合了单层城市冠层模型UCM的中尺度模式WRF,探讨了长江三角洲地区城市化对夏季日降水特征的影响。结果表明,WRF模式能较好地再现长三角地区2003—2007年夏季降水的空间分布,比较成功地模拟出了降水中心的位置及强度。城市化使得长三角地区夏季降水日数减少了1～5 d,这种降水日数的减少主要是由于城市化使小雨日数减少引起。城市化增强了长三角大部分地区的日降水强度。进一步对长三角地区4个典型城市群宁镇扬、苏锡常、上海和杭州湾城市群进行了夏季降水日变化分析,得出城市化对降水日变化的影响存在一定的区域差异。对于长三角整个大城市群,城市化对降水量、降水强度日峰值出现时刻以及降水强度日峰值大小无明显影响,而使得降水量日峰值减少。城市化使得苏锡常地区降水量日峰值略有增加,宁镇扬和上海地区降水量日峰值都减小,而杭州湾城市群区降水量日峰值出现时刻延后。城市化使得4个典型城市群降水强度日变化曲线形态发生改变,使得上海地区降水强度日峰值出现时刻延后,使得杭州湾城市群区夜雨增强。     

WRF/NCAR模拟的夏季长三角城市群区域多城市热岛和地表能量平衡

利用一个包含城市冠层效应的区域模式(WRF/NCAR),对长三角特大城市群的夏季气候效应进行了5 a(2003—2007年)高分辨数值模拟,通过长三角地区有无城市的对比试验分析,重点分析了城市群所造成的多城市热岛和地表能量平衡及其日变化特征。结果表明:城市化会导致显著的地表升温,但昼夜不同的升温幅度造成城市地表温度日较差的降低,以及部分郊区日较差增加;城市化也减小城市近地面风速,但沿海城市升温造成的热力差异,增大白天的海风并降低夜间的陆风。同时大范围城市群的热岛能够显著降低低层气压,导致部分海面风速持续的增加;城市下垫面具有很小的潜热通量,但感热通量和热存储量较大,白天的热岛逐渐增加,并在日落前达到最大,夜间热岛基本维持,但在日出前后迅速减弱;较大的入射短波辐射、较小的向下长波辐射和较低的10 m风速能够减弱白天的热岛,而增强夜间的热岛,并且使热岛峰值从17时延后至20时出现;反之亦然。     

北半球夏季热带季节内振荡影响我国夏季降水的规律和预测方法

利用1979—2018年夏季逐日观测和再分析数据,对北半球夏季热带季节内振荡影响我国夏季降水的规律和预测方法开展了研究。首先,利用非传统滤波即异常相对倾向（Anomalous Relative Tendency,ART）方法获取了气象要素的次季节变化分量,并采用EOF分析方法提取了北半球夏季热带主要季节内振荡信号,结果表明向外长波辐射（Outgoing Longwave Radiation,OLR）异常相对倾向EOF前两个模态共同反映了北半球夏季起源于印度洋并向东和向北传播的、具有30~60 d周期的季节内振荡（Boreal Summer Intraseasonal Oscillation,BSISO）信号。回归分析表明,该季节内振荡信号能够导致当地及其北面地区低层风场和位势高度场异常,影响该地区及其北面地区的水汽辐合辐散,从而能引起我国尤其是我国南方地区季节内旱涝变化,并一定程度上反映了我国异常雨带的向北推进过程。而后,将提取的热带主要季节内振荡信号作为预测因子,将降水异常相对倾向作为先行预板对象,利用多元线性回归方法构建了我国夏季旬降水异常相对倾向的预报模型,将预报的旬降水异常相对倾向加上观测已知的降水近期背景距平,从而得到旬降水距平的预报结果。通过历史回报和交叉检验,评估了该模型对梅雨期我国江淮流域降水（包括2020年梅汛期异常降水）的次季节预测能力。     

GLOBAL ATMOSPHERIC SEASONAL-MEAN HEATING: DIABATIC VERSUS TRANSIENT HEATING

With the ERA40 reanalysis daily data for 1958-2001, the global atmospheric seasonal-mean diabatic heating and transient heating are computed by using the residual diagnosis of the thermodynamic equation. The three-dimensional structures for the two types of heating are described and compared. It is demonstrated that the diabatic heating is basically characterized by strong and deep convective heating in the tropics, shallow heating in the midlatitudes and deep cooling in the subtropics and high-latitudes. The tropical diabatic heating always shifts towards the summer hemisphere, but the midlatitude heating and high-latitude cooling tend to be strong in the winter hemisphere. On the other hand, the transient heating due to transient eddy transfer is characterized by a meridional dipole pattern with cooling in the subtropics and heating in the mid- and high-latitudes, as well as by a vertical dipole pattern in the midlatitudes with cooling at lower levels and heating in the mid- and higher-levels, which gives rise to a sloped structure in the transient heating oriented from the lower levels in the high latitudes and higher levels in the midlatitudes. The transient heating is closely related to a storm track along which the transient eddy activity is much stronger in the winter hemisphere than in the summer hemisphere. In Northern Hemisphere, the transient heating locates in the western oceanic basin, while it is zonally-oriented in Southern Hemisphere, for which the transient heating and cooling are far separated over South Pacific during the cold season. The transient heating tends to cancel the diabatic heating over most of the globe. However, it dominates the mid-tropospheric heating in the midlatitudes. Therefore, the atmospheric transient processes act to help the atmosphere gain more heat in the high-latitudes and in the mid-troposphere of midlatitudes, reallocating the atmospheric heat obtained from the diabatic heating.     

中国东部夏季季节内降水异常及其伴随的热带和中高纬度大气环流演变特征

利用1981—2020年夏季(5—8月)CPC(Climate Prediction Center)逐日降水资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料以及NOAA的向外长波辐射资料,通过经验正交函数(EOF)分解、超前滞后合成等方法,分析了中国东部夏季季节内降水异常的主要模态(即南方型和江淮型降水异常)及其伴随的热带和中高...     

中国雨日数的气候特征及趋势变化

使用国家气象信息中心整编的全国2 425个观测站1961年1月—2013年2月的52 a逐日降水观测资料,美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)资料。通过计算气候场、雨日概率、倾向值、M-K突变检验等现代统计诊断方法,研究了中国各等级雨日数的年、季节的时空分布特征和不同等级雨日数的趋势变化特征以及相关的背景环流。得到以下结论:(1)中国年总雨日数高值区在四川东部、贵州、江南及云南西南部,以小雨日数占比最高;中雨、大雨日数高值区在江南东部和云南西南部;50 mm以上雨日数中心分别在华南沿海和闽—浙—赣交界,前者强后者弱;(2)年内总雨日概率分布表现为3类:平缓型、单峰型、双峰型,南方地区除云南外均为平缓型;西藏东部、川西、陕甘宁3省南部、青海东部为双峰型;全国其余地区为单峰型;(3)中国季风区小雨日数在1970s末—1980s初发生突变,呈趋势性显著减少,除东北外,四季均减少,以秋冬季云南、上海等地减少最显著,而干旱半干旱区小雨日数呈增加趋势;(4)西南地区东部的年中雨日数在2000年后显著减少,秋季减少最明显,而京、沪、粤3大城市群年中雨日数呈增加趋势;西南地区东部秋季、云南夏季大雨以上日数在2003年后显著减少,而夏冬两季长江中下游中雨以上等级的雨日数明显增加;(5)川东、贵州、江南中部的雨日高值区与青藏高原东部低层回流冷空气形成的静止锋或辐合带相联系。     

华北降水年代际、年际变化特征与北半球大气环流的联系

利用美国NCEP再分析月平均资料及我国华北地区26个测站月降水资料,采用奇异值分解（SVD）方法,研究了华北降水的年代际和年际变化特征与北半球大气环流的联系.结果表明,首先对降水和大气变量资料作相应时间尺度的分离是非常必要的,否则所得到的SVD结果不能反映年代际变化特征而只能反映年际变化特征;华北降水年代际和年际变化对应的大气环流异常有明显的差异;对应发生在20世纪70年代后期华北降水的一次年代际跃变,环流场均存在明显的跃变,而且有一个从地面向对流层上层传播的过程.     

冬季东亚副热带急流与温带急流的比较分析：大尺度特征和瞬变扰动活动

使用ERA40再分析的月资料和逐日资料,从大尺度特征和瞬变扰动活动两个角度对冬季东亚副热带急流(EASJ)和东亚温带急流(EAPJ)进行了比较分析.结果表明,使用月资料分析的EASJ与EAPJ在高层风场上没有清晰的地理分界区,而使用逐日资料计算得到的冬季逐日急流发生数则以高原北部上空所处的纬度带为分界岭,存在两个急流中心集中区,分别对应于EASJ和EAPJ区域.通过分析东亚上空天气尺度瞬变扰动活动(STEA)表明,与强盛的冬季EASJ相伴随的是较弱的南支STEA,而与较弱的EAPJ相伴随的北支STEA却十分活跃,显示出EAPJ是与瞬变活动相伴而存的急流.进一步的诊断分析揭示了冬季东亚温带急流的两种主要异常模态,一种是EAPJ区域反气旋性/气旋性异常环流型,另一种是局地西风的减弱/增加.与第1种异常模态相关的北半球大尺度环流异常主要集中在欧亚中高纬地区,其形成受中高纬大气环流以及东亚上游大气环流异常的共同影响.当EAPJ局地西风减弱/增加时.EASJ东段至西太平洋上空的西风急流呈现出与之相反的变化型,北半球大气环流异常表现为大气遥相关的欧亚(EU)型.冬季EAPJ的两种异常模态还与东亚上空STEA异常密切联系,其中在北支STEA区域出现的瞬变异常以波列的形式沿STEA北支轴线传播到达东亚沿海上空,然后东传入洋面上空,而对于靠近STEA南支轴线的异常扰动活动则只能存在于东亚东部及其沿海上空的200 hPa层上.