弱台风影响下中国大暴雨事件发生频次的统计特征

利用国家气候中心提供的1958—2013年756个台站的逐日降水资料,定义了"弱台风大暴雨"事件,并对其发生的时间和空间分布特征进行统计分析,初步揭示了有利于"弱台风大暴雨"发生的大气异常环流特征。结果表明:"弱台风大暴雨"降水事件主要发生于5—10月,但初秋的10月该事件发生的占比最高;"弱台风大暴雨"降水事件发生次数在20世纪80年代中期后有明显的增加,整体呈现3～5 a的周期振荡,盛夏(7—8月)是"弱台风大暴雨"降水事件的最多发生时段;空间上,初夏(5—6月)事件分布面积最小,盛夏最广;有利于"弱台风大暴雨"降水事件多发的大气环流场主要是在北极涛动正位相异常环流背景下,中纬度西风带较为稳定平直,有利于中纬度大气类环球遥相关型定常波列的持续稳定,使得东亚地区维持的高压异常环流有利于北方冷空气南下,与热带气旋带来的暖湿气流交汇;同时,西太平洋副热带高压的偏弱有利于登陆我国的台风停留时间增加以及水汽的源源不断输送,水汽的主要来源是北太平洋西南侧和南海、孟加拉湾等热带季风区。     

亚洲夏季风环流及雨季进退的非同步性

亚洲季风区雨季及高低空夏季风环流在建立、维持及撤退上存在着显著的时间差异,这种差异被称为"非同步性"。通过对1979～2006年CMAP降水资料及NCEP/NCAR再分析风场资料的分析,本文发现:(1)对于夏季风的建立,孟加拉湾中部至菲律宾海,低空850 hPa夏季西南风的建立日期明显要晚于雨季的开始,而阿拉伯海和印度地区雨季的开始则晚于夏季风的建立;对于200 hPa的高空环流,这种风雨非同步的关系与低空季风环流与降水建立的关系基本一致,但西北太平洋热带地区正好相反。(2)对于夏季风的撤退,低空850 hPa上,从75°E～125°E,夏季风的结束在雨季结束之前,其中孟加拉湾中部及南海中西部较为显著,而阿拉伯海中部以及菲律宾东南海域,雨季的结束远远早于(4～5个月)夏季风的撤退;对于200 hPa的高空环流,整个亚洲季风区夏到冬季型风场的转变要晚于雨季的撤退,但在15°N附近的印度半岛和中南半岛东部沿岸地区典型的春秋雨季转换区域,高空环流场的转换略早于雨季的终止。(3)南海北部地区,高空200 hPa环流表现出较为显著的冬夏季节翻转,与南海雨季的爆发联系紧密;印度地区雨季的开始与该处高低空异常Hadley环流的建立以及阿拉伯海上空夏季风的建立有密切联系,而与当地低空环流的季节性反转联系不大。     

火山活动对于北大西洋涛动的激发作用

为了探索北大西洋涛动形成的大尺度大气物理场背景条件和外部强迫因子,通过对比分析、相关分析和环流系统温压场垂直结构分析得到:(1)强火山活动指数距平与冰岛低压和亚速尔高压海平面气压场(SLP)距平总体相关函数符号相反,强火山活动指数与冰岛低压SLP为反相关,与亚速尔高压SLP为正相关,就是说火山活动指数异常引起了高纬度冰岛低压和中低纬度亚速尔高压海平面气压场相反的变化趋势,形成高低纬之间海平面气压场反相振荡;(2)夏季7月亚速尔高压对流层中下层至海平面,温度距平中心和位势高度距平中心距平符号大致正正相对负负相对,说明夏季亚速尔高压为深厚暖性系统,低层温度升高亚速尔高压加强,低层温度降低亚速尔高压减弱,所以火山活动指数与亚速尔高压SLP均呈反相关关系;冬季1月对流层中下层至海平面,温度距平和位势高度距平符号大致正负相对,说明冬季亚速尔高压为浅薄系统,低层温度升高亚速尔高压减弱,低层温度降低亚速尔高压加强,所以火山活动指数与亚速尔高压SLP均呈正相关关系;(3)冬季1月冰岛低压对流层中下层至海平面,温度距平中心和位势高度距平中心距平符号大致正正相对负负相对,说明冬季冰岛低压为深厚冷性系统,低层温度升高冰岛低压减弱,低层温度降低冰岛低压加深,所以火山活动指数与冰岛低压SLP均呈反相关关系;夏季7月对流层中下层至海平面,温度距平和位势高度距平符号大致正负相对,说明夏季冰岛低压为浅薄系统,低层温度升高冰岛低压减弱,低层温度降低冰岛低压加深,所以火山活动指数与冰岛低压SLP均呈正相关关系;(4).由于对流层中下层至海平面冰岛低压和亚速尔高压冬、夏季温压场结构特点基本相反,火山活动指数异常在两个环流系统中引起了相反响应,导致高低纬之间海平面气压场反相振荡,形成了影响广泛的著名的北大西洋涛动现象。     

影响东海气候的太阳活动信息分析

采用逐次滤波法逐次提取东海气温资料序列中蕴涵的太阳活动影响信息并加以分析,发现东海气候年代际变化特征十分清楚,主要表现为:(1)突变性,东海夏季7月海平面层及对流层大气温度场在过去半个多世纪中发生过一次急剧变化,突变点是1978年7月.从1978年7月由历时30多年的温度偏低时期跃变为持续高温时期,高温期持续至20世纪末,升温幅度超过0.4℃.资料分析表明,整个对流层东海夏季大气温度都具有这种年代际变化特征;(2)高空气候持续增温型,东海夏季7月平流层中部10 hPa大气温度表现为一种波动式的持续升温过程,50多年来温度升高4℃,年升温率超过0.075℃/a.东海平流层底部100 hPa温度也具有持续升温的特点,从1948年至今呈缓慢升高的趋势,53 a升高了1.9℃,升温率为0.036℃/a;(3)周期性,东海不同高度大气温度都具有显著程度不同的22 a周期性年代际变化特征,22 a周期分量的振幅由高空到低空迅速减小,表明22 a周期高空清楚,低空不太明显.东海对流层中部和平流层底部还具有显著的11 a周期性年代际变化.据分析认为22 a周期是太阳黑子磁场磁性变化周期所激发,11 a周期与太阳黑子相对数11 a周期相吻合,二者均为太阳活动在大气气候中的反映.     

不同气流路径的春季黄海海雾天气与大气-海洋特征

春季（四至五月）是黄海海雾的多发季节,也是亚洲季风的转换季节。 本文对发生在1960-2006年春季的黄海海雾,及其雾气相关的天气特征和大气-海洋条件进行了综合分析。海雾根据I_COADS海面观测数据和同期NCEP/NCAR再分析资料风场的气流后向轨迹聚类分析,可进行气流路径分类。在气流路径分析的基础上,对春季黄海海雾的大尺度低层环流型及其相关的地表散度、湿度垂直分布、水汽水平输送及大气-海表温度差异进行了分析。主要结论总结如下：（1）导致春季黄海海雾形成的气流主要可分为四条路径。气流分别来自黄海的西北、东、东南和西南侧。（2）春季黄海海雾的发生有两种典型的天气型：黄海高压型（HSH）、气旋和反气旋耦合型（CAC）。两种天气型在四月份的出现比例大致相同;但在五月份HSH型的出现比例下降到三分之一左右,而CAC型上升到三分之二左右。（3）HSH和CAC两种天气型的共同特征是黄海位于地面散度中心。 （4）对于HSH型海雾,水汽主要来自局部蒸发,低层大气之上存在明显的干层;对于CAC型雾,水汽主要来自黄海以外,低层大气具有深厚的高湿度层。（5）由于天气型及其湿度垂直分布和水汽水平输送的差异,海雾可分为两类。多数的CAC型海雾为“暖”海雾,而HSH型海雾中的“暖”和“冷”海雾的比例几乎相同。     

厄尔尼诺/南方涛动现象对热带西太平洋大气外强迫的响应

利用1个热带太平洋中等海气耦合模式,针对厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)现象对热带西太平洋季节内振荡(MJO)和季风的响应进行了研究.数值试验的结果表明:热带西太平洋的MJO和季风这类周期比ENSO周期短的大气外强迫对ENSO的影响随强迫强度的不同具备不同的表现形式:当MJO或季风很弱时会使ENSO振幅加强;当为中等强度时,几乎对ENSO没有影响;当MJO或季风较强时,ENSO振幅加强,锁相时间从冬季转移至秋季;外强迫非常强时,会因为短周期外强迫形成的海洋波动干扰了ENSO循环,ENSO循环振幅减弱或消失.     

太阳磁场方向变化对于地球大气温度异常变化的意义

本文根据苏黎世天文台太阳黑子11年周期资料和太阳黑子磁场磁性变化周期特征,构建了太阳黑子磁场磁性指数MI(Magnetic Index)时间序列.分析表明：太阳活动磁性周期平均长度为222年,但是每个周期长度是不相等的;多数情况周期短时磁性指数较大,对应太阳活动水平强;周期变长时磁性指数较小,对应太阳活动水平较弱;太阳黑子磁场磁性指数序列也具有80～90年的世纪周期. 进一步研究指出,太阳黑子磁场磁性指数曲线由极小值升至极大值时期,太阳磁场南向,行星际磁场磁力线与地磁场磁力线重联,此时磁层为开磁层,太阳风将携带大量等离子体从向阳面进入地球磁层,从而使输入的动量、能量和物质大幅度增加,与北半球对流层增温时期对应;太阳黑子磁场磁性指数曲线由极大值下降至极小值时期,太阳磁场北向,与磁层顶地磁场同向,行星际磁场不会与地磁场发生重联,此时磁层为闭磁层,这种情况下,只有少数带电粒子能够穿越磁力线进入地球磁层,与北半球对流层降温时期对应.     

1990s年代际转型前后南海季风系统的气候季节内振荡(CISO)特征

利用多变量经验正交分解(MV-EOF)等方法,研究了在季节内振荡尺度上南海季风系统的时空分布特征。结果表明:南海夏季风的爆发时间在1993/1994年前后存在显著的年代际转型,由爆发偏晚转变成爆发偏早。第一模态反映了南海夏季风爆发时季风系统的时空特征,转型前后特征类似,降水场自赤道向北依次呈现干-湿-干交替分布的特征,南海中心为异常气旋。相应的大范围环流场主要反映了转型前的偏晚年,南海夏季风槽位置偏南,转型后的偏早年,南海夏季风槽位置偏北。第二模态体现了南海季风系统夏季的时空特征,转型前后共同特征表现为南海地区夏季北湿南干的南北偶极子降水分布及南海中心区的异常西风。相应的大范围环流场主要反映了南海季风活动与东亚季风呈现反位相的特点,且对流信号向北传播。转型前的偏晚年,季风活动受准双周振荡控制,对流信号由西北方向传入南海;转型后的偏早年,季风活动以30～60天振荡为主,对流信号由东南方向传播至南海。     

INCONSECUTIVE “SANDWICH STRUCTURE” PATTERN FOR HIGH TEMPERATURE WARM WATER IN THE WESTERN PACIFIC WARM POOL

An inconsecutive high frequency distribution with a"sandwich structure"pattern for high temperature warm water warmer than 29℃ in the western Pacific warm pool(WPWP) was found using Tropical Rainfall Measuring Mission(TRMM) sea surface temperature(SST) data,a relatively high resolution data for space.This phenomenon only shows up in boreal summer(June to September),and becomes obvious when WPWP SST is higher than 29℃.As observed,East Asian summer monsoon(EASM) impinges on Philippine Islands in July,which has an important impact on the formation and maintenance of the "sandwich structure".Winds affect the distribution of SST in two ways:one by increasing the local latent heat flux and the other by transporting cold water towards the southeast of Philippine Islands.     

NCEP/NCAR再分析资料中南北半球大气质量交换的特征研究

采用珠江流域1954～2003年51站的月降水资料,利用主分量分析方法,研究珠江流域4～9月降水的空间分布特征.分析结果表明:珠江流域4～9月平均降水量在600～1 900 mm之间,最大中心在广东阳江附近,自东南向西北逐渐减小;其标准差分布基本上是从东向西减小,最大变率中心仍然在广东阳江附近.珠江流域4～9月降水存在5种主要分布型态:全区涝(旱)型、南涝(旱)北旱(涝)型、东涝(旱)西旱(涝)型、东西涝(旱)中部旱(涝)型、南和北旱(涝)中部涝(旱).珠江流域出现全区性涝(旱)和南旱(涝)北涝(旱)的分布型态较多,占总年数的64%.珠江流域夏半年降水场在1983～1992年呈较显著的全区偏旱分布;在1967～1971年前后东涝西旱的分布较显著;在1979年前后中部涝东西旱分布较明显.在1985～1986年前后有南北部涝中部旱分布特征.南涝北旱和南旱北涝分布交错出现,没有明显的集中分布期.