近百年来的南极绕极波变化特征

采用2011年发布的20世纪全球大气环流再分析资料,结合长期观测序列,分析了百余年来大气中南极绕极波的强弱变化和传播过程。结果显示,南极绕极波有显著的年代际变化,在1940~1960年和1980~2000年附近出现和活跃,而在其他年代消失。东南太平洋南极绕极波振幅最强,该区域的海气耦合过程可能是绕极波信号增强的关键之一。初步揭示了百年来南极绕极波和南极涛动的对应关系,偏强的南极涛动有利于南极绕极波的出现,但并非决定绕极波产生的唯一因素。     

夏季东亚副热带西风急流的季节内变化及其与我国东部降水的关系

利用ERA-interim再分析资料和中国降水观测数据,分析了夏季东亚副热带西风急流的季节内变化以及对我国降水的可能影响,结果表明:亚洲地区夏季200 hPa纬向风在空间上主要表现为南北振荡和东西振荡特征,在时间上具有10～40 d的周期;在低频尺度(10～40 d)上,纬向风异常由西北先向东传播,到达东亚地区后再向南传播;伴随低频纬向风季节内演变,高原以北的急流中心向东和东南移动,急流轴也呈现南北振荡的特征;降水异常对200 hPa风场低频振荡有显著响应,在东亚地区,低频纬向风与低频降水南移,降水在黄淮地区出现,并逐渐移至长江及其以南地区;急流附近的低频西(东)风异常在其南侧形成负(正)切变涡度,对应我国东部地区位势高度的升高(降低),使得南亚高压东伸(西退),从而使我国东部雨带的位置发生显著变化。     

冬季北极涛动异常与新疆气温变化的关系

基于新疆96个气象站1961—2014年月平均气温、北极涛动指数和NCEP/NCAR再分析环流资料,分析了冬季北极涛动异常与新疆同期气温变化的关系及其影响。结果表明:冬季北极涛动指数与新疆冬季平均气温相关较好,42.7%的测站冬季气温与北极涛动指数的相关系数通过0.05显著性水平检验,主要集中在新疆北部地区。在冬季北极涛动指数偏强的7 a,新疆冬季气温偏高、偏低的概率分别为93.0%与6.3%;在冬季北极涛动指数异常偏低的14 a,冬季气温偏高、偏低的概率分别为41.5%和56.1%,偏低概率高于偏高概率。当冬季北极涛动指数偏强时,850 h Pa新疆及其北部广大区域盛行异常偏南风,不利于冷空气南下,新疆冬季气温高;反之,盛行异常偏北风,新疆冬季气温偏低。     

长江下游地区降水50-80d低频分量的次季节预测研究

用1979-2000年逐日长江下游降水的50-80 d低频分量和全球850 hPa低频纬向风主成分,构建了长江下游降水低频分量的次季节预测的扩展复数自回归模型（ECAR）。这种基于数据驱动建模的气候预测方法,不仅能在复数空间上反映全球环流主要低频主分量和长江下游降水低频分量之间的时滞变化信息,而且能更好地描述气候系统的主要分量在低维空间中的变化规律。对2001-2014年长江下游降水低频分量进行次季节逐日变化回报试验的结果表明,50-80 d时间尺度的长江下游低频降水分量的预测时效可达52 d左右,预报能力明显优于自回归模型（AR）,而且6-8月的预报技巧最高。基于全球环流主要50-80 d振荡型的发展和变化以及与长江下游低频降水相关的时间演变,对于提前50-60 d预报长江下游地区持续多（少）雨过程很有帮助（尤其是夏季）,其中,东亚经向三极子型（EAT）是影响长江下游地区季节内降水变化的最主要的环流因子之一。     

青藏高原春季500 hPa纬向风季节内振荡特征及其与我国南方降水的关系

利用NCEP/NCAR日平均再分析资料及中国753个测站日降水资料,采用带通滤波、小波功率谱、合成分析等方法研究了青藏高原春季500 hPa纬向风季节内振荡特征及其与我国南方降水的关系.结果表明,青藏高原春季500 hPa纬向风存在明显的10~30 d季节内振荡特征,该低频振荡主要表现为自西向东和自北向南的传播特征.通过位相合成分析发现,这种季节内振荡对我国南方春季降水有重要影响.当高原500 hPa纬向风季节内振荡处于2~3位相时(即高原上盛行西风异常),对应于我国南方地区春季降水明显偏多;反之,当季节内振荡处于相反位相时(6~7位相,即高原上盛行东风异常),对应于我国南方春季降水明显偏少.南方春季最大正(负)异常降水的出现滞后于高原季节内振荡的峰值(谷值)位相,其滞后时间为2 d.分析结果还表明,高原上空纬向风的季节内振荡活动主要通过中纬度大尺度环流异常对我国南方春季降水产生影响.     

Potential vorticity aspects of the MJO

Considering linearized motion about a resting basic state, we derive analytical solutions of the equatorial β-plane primitive equations under the assumption that the flow is steady in a reference frame moving eastward with a diabatic forcing resembling a Madden–Julian Oscillation (MJO) convective envelope. The solutions are analyzed in terms of potential vorticity (PV) dynamics. Because the diabatic source term for PV contains a factor βy, the diabatic heat source is ineffective at generating a PV anomaly at the equator but maximizes the PV response near the poleward edges of the heat source. In this way a moving heat source can produce two ribbons of lower tropospheric PV anomaly, a positive one off the equator in the northern hemisphere and a negative one off the equator in the southern hemisphere, with oppositely signed PV anomalies in the upper troposphere. Associated with these PV anomalies are geopotential anomalies that are shifted several hundred kilometers poleward. In the lower troposphere these zonally elongated geopotential anomalies resemble ITCZ trough zones, which demonstrates the close connection between the MJO wake dynamics and the formation of double ITCZs.To demonstrate that the MJO wake response can be described by simple PV dynamics, we propose an invertibility principle relating the PV to the streamfunction, which in turn is locally related to the geopotential. This equatorial invertibility principle accurately recovers the balanced wind and mass fields found in the MJO wake in the primitive equation model. However, while the invertibility principle highlights the ability of simple PV dynamics to accurately describe the flow in the wake of an MJO convective envelope, it also clearly illustrates the inability of such dynamics to describe the Kelvin-like flow pattern ahead of the convection.     

河南省气温变化与北极涛动指数的关系研究

利用连续小波变换和交叉小波变换方法,分析了北极涛动指数和河南省近50多年来月平均气温距平序列的时频变化特征以及两者之间的关系。结果表明:河南省气温和北极涛动都存在着不同时间尺度的周期性变化,且各周期分量的强度不同。北极涛动指数具有2-4 a、8 a左右年际尺度和12-25 a、35 a以上年代际尺度的周期振荡;河南气温存在准2 a、4 a、6-8 a、10-20 a、28 a和35 a以上时间尺度的周期性变化。AO振荡过程影响河南省气温变化的时频结构,且主要表现在年代际时间尺度上。     

亚洲夏季风的年际和年代际变化及其未来预测

本文是对我们近五年在亚洲夏季风年代际与年际变率及其未来预测方面研究的一个综述.主要包括下列三个问题:(1)根据123年中国夏季降水资料和印度学者的分析,检测出亚洲夏季风具有明显的年代际尺度减弱,这种年代际变化使中国东部(包括东亚)和南亚夏季降水的格局在过去60年中发生了明显变化.在东亚,从1970年代后期开始,主要异常雨带有不断南移的趋势,结果造成了南涝北旱的降水分布,这主要受到60～80年年代际振荡的影响.青藏高原前冬和春季积雪的年代际减少与热带中东太平洋海表温度的年代际增加是东亚降水型改变的主要原因,这是通过减弱亚洲地区夏季海陆温差与夏季风强度而实现的.未来亚洲夏季风的预测表明,东亚夏季风和南亚夏季风对气候变暖有十分不同的响应.东亚夏季风在本世纪将增强,雨带北推,尤其在2040年代之后;而南亚夏季风环流将继续减弱.这种不同的变化是由于两者对高低层海陆热力差异的不同响应造成.(2)年际尺度的变率在亚洲夏季风区主要表现为2年与4～7年的振荡.本文着重分析了2年振荡(TBO)形成的过程、机理及其对东亚降水的影响.对TBO-海洋机理进行了具体的改进,说明了东亚夏季风降水深受TBO影响的原因,尤其是阐明了长江型(YRV) TBO和淮河型(HRV) TBO的特征及其形成的循环过程.(3)在总结亚洲夏季风时期遥相关型的基础上,本文提出了季节内和年际尺度的低空遥相关型:即西北太平洋季风的遥相关型与印度“南支”和“北支”遥相关型.它们基本上反映了沿低空夏季风强风速带Rossby波群速度传播的结果.据此可以根据西北太平洋和印度夏季风的变化分别预测中国梅雨和华北雨季来临和降水异常.最后研究还表明,在本世纪亚洲夏季风可能更显著地受到人类活动造成的全球变暖的影响,未来的亚洲夏季风活动是人类排放的CO2引起的全球变暖与自然变化(海洋和陆面过程(积雪))共同作用的结果.     

淮河流域夏季旱涝急转的低频环流成因

利用1960 2007年4—8月逐日降水资料挑选了淮河流域各分区旱涝急转事件,分析了旱涝急转夏季,逐日降水的低频振荡特征。结果表明,旱涝急转夏季逐日降水30 60 d周期振荡明显加强,流域大部分地区30—60 d低频振荡的方差贡献与夏季降水量呈正相关,低频方差贡献大(小)对应夏季降水量多(少),并且,相关显著区域位于流域南部。欧亚中高纬度高度场、经向风场的低频位相在少雨、多雨期呈相反纬向分布是造成旱涝急转的环流成因。通过对典型年份分析,给出了低频分布型的形成过程。在少雨期,北半球中高纬度扰动场为4—5波列,从东北大西洋经欧洲和贝加尔湖至东亚太平洋沿岸为"+、-、+、-",与低频位相分布一致。在多雨期,副极地波导从欧洲北部沿急流流向亚洲高纬度地区,并在鄂霍次克海形成强盛的正扰动中心,有利于鄂霍次克海阻塞形势的形成与维持。当中纬度中亚为负扰动中心,印度季风偏弱时,由于下游效应在日本海形成负扰动,导致副热带高压位置偏南。在低纬度孟加拉湾到中国南海对流层高层为负扰动时,中国南海对流活动偏弱。少雨、多雨期的欧亚中高纬度纬向低频环流型实际上反映了副极地、副热带急流罗斯贝波导结构及其传播的异常。