冬季北半球风暴轴的多尺度能量变化特征及其可能机制

基于1971—2016年NCEP/NCAR(美国环境预报中心和国家大气研究中心)的逐日再分析资料及NCPC(美国国家海洋和大气管理局气候预报中心)的海温、大气环流及海洋指数等资料通过多尺度能量分析(MS-EVA)等方法,把冬季北半球风暴轴看做一整体,分析了风暴轴区域多尺度的能量变化特征及其可能机制。主要结论概括如下:(1)多年气候平均状态下,风暴轴的动能来源主要表现为在风暴轴中上游先由低频尺度向天气尺度输送有效位能,随后在风暴轴主体区再由天气尺度有效位能转换为天气尺度动能,其中风暴轴西端可直接由低频尺度向天气尺度输送动能。(2)北半球三大风暴轴联合EOF结果表明:第一模态下,主要体现了北西伯利亚风暴轴与北太平洋风暴轴强度的减弱(增强),同时伴随着北大西洋风暴轴位置北抬(南压);第二模态下,主要体现了北西伯利亚风暴轴强度减弱(增强),同时北太平洋风暴轴位置北抬(南压)中东部强度增强(减弱),而北大西洋风暴轴位置南压(北抬)。(3)回归分析表明:北半球风暴轴异常在不同模态下与低频尺度环流联系密切。低频尺度波动可通过海温及西风急流等异常变化先影响风暴轴区域多尺度间的能量转换,进而影响风暴轴整体的异常变化。     

太平洋年代际振荡对冬季北半球两大洋风暴轴协同变化的可能影响

利用NCEP/NCAR提供的再分析资料和NOAA提供的海温资料分析太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)不同位相的年代际背景下北半球海气耦合关系的异常与风暴轴协同变化的联系,主要结果如下:1)冬季太平洋年代际振荡与北半球两大洋风暴轴协同变化之间存在显著的相关关系,当PDO暖位相时,对应两大洋风暴轴南北位置反向的异常变化,其中北太平洋风暴轴偏南且中东部减弱,北大西洋风暴轴偏北且中东部增强,PDO冷位相时相反。2)PDO为暖位相时,对应El Niňo型海温异常,北大西洋海温呈三极型,平均槽脊加强,经向环流增强,极涡收缩,北太平洋风暴轴南压,大西洋风暴轴则北抬,此时欧亚大陆北部和北美大陆大部分地区温度异常升高,亚洲南部、非洲北部及巴伦支海以北的高纬温度异常降低,北美西南部和格陵兰岛附近温度也为异常降低,PDO冷位相时相反。     

冬季北极涛动异常对北太平洋风暴轴的可能影响

基于美国国家海洋和大气局气候预测中心公报的北极涛动(Arctic Oscillation,AO)指数逐月数据以及美国国家环境预报中心和大气研究中心的1986—2017年逐日再分析资料等,运用回归和合成分析等方法,分析了北极涛动与北太平洋地区风暴轴的时间演变特征、两者之间的联系及AO异常影响风暴轴的可能机制。结果表明:1)风暴轴经度指数与纬度指数有显著正相关性,两者具有同步变化的特征,而这两者与风暴轴强度指数都呈负相关,但不显著。AO指数与北太平洋风暴轴强度呈显著正相关,且AO指数与风暴轴经度、纬度指数也呈正相关,但并不显著。2)在北极涛动强正(负)位相年份,风暴轴区域天气尺度滤波方差强(弱)、500 h Pa高度场上东亚大槽减弱(加深)、急流偏北偏强(偏南偏弱)、扰动动能增强(减弱)、斜压性增强(减弱)。可能影响机制是,异常变化的AO影响东亚大槽,改变急流强度,使斜压性发生变化,进而对风暴轴产生影响。     

冬季西北太平洋海表温度异常对太平洋风暴轴影响的数值试验

采用Ｔ２１Ｌ５大气环流模式，详细探讨了冬季西北太平洋海表温度异常对太平洋风暴轴的影响。结果表明：冬季西北太平洋暖海表温度异常能显著增强异常区北侧及下游地区的斜压性，天气尺度扰动方差、扰动动能以及涡动热量通量等也在此风暴轴入口区得到增强，由此揭示出外热源强迫对太平洋风暴轴的维持和发展起重要作用。     

1998年夏季500hPa行星尺度环流系统对长江流域“二度梅”的影响

利用NCEP／NCAR1998年5－8月逐日500hPa高度场再分析资料及中国国家气象中心整编的同时段全国160站降水资料，就1998年夏季500hPa行星尺度环流系统对长江流域“二度梅”的影响进行了深入研究。结果发现，鄂霍次克海附近阻塞高压加强（减弱）和副热带西太平洋高压西部强度减弱（加强）的反位相变化是造成长江中下游和东北大部分地区的降水增加（减少）的重要原因。     

冬季北太平洋风暴轴异常及其与东亚大气环流的关系

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,应用滤波方差、相关分析、合成分析等研究了1963年冬季至2011年冬季北太平洋风暴轴的时空演变特征,并探讨了风暴轴活动强弱与东亚—北太平洋大气环流的关系。结果表明：与1980s后期风暴轴活动显著增强相比,近10 a来风暴轴活动又进入较气候平均水平偏低的阶段,且风暴轴主体位置有着向东北、西南两侧的振荡现象。风暴轴活动强（弱）年,东亚地区近地面温度偏高（低）、对流层低层阿留申低压和西伯利亚高压偏弱（强）、中国东部及日本上空850 hPa北风减弱（加强）;对流层中层东亚大槽减弱北缩（加深南进）、对流层高层西风急流减弱（加强）。风暴轴活动与冬季影响中国的冷空气活动次数相关关系显著。     

豫西深秋一次典型超级单体风暴的多普勒雷达分析

利用三门峡市多普勒天气雷达资料,分析了2009年10月4日发生在河南渑池县的一次产生冰雹的超级单体风暴的回波结构及演变特征,结果表明:超级单体是在上冷下暖的大尺度环流背景和不稳定层结下产生的;其演变过程经历了生成、发展、成熟、消亡四个阶段;局地生成的弱回波若发展较快,速度场中又有逆风区与之配合,则容易发展成超级单体风暴,应引起高度重视;发展阶段回波强度加速增大,诸如底层钩状回波、有界弱回波区、中气旋等超级单体的典型结构特征开始出现,是发布预警的关键时段,大约可以提前15-30 min;成熟阶段最重要的特征是持续存在的中气旋。超级单体风暴其初始回波出现在4 km左右的中空,具有向上向下迅速发展的特点;最强回波强度大,顶高伸展高;当最强回波底到达地面时意味着冰雹、降水的开始,因而可以通过分析最强回波顶高的演变趋势来确定降雹强弱和时间;VIL可用来判断对流风暴强度,持续高的VIL值可能与超级单体风暴有关。     

Summertime atmospheric teleconnection pattern associated with a warming over the eastern Tibetan Plateau

By using a surface air temperature index (SATI) averaged over the eastern Tibetan Plateau (TP), investigation is conducted on the short-term climate variation associated with the interannual air warming (or cooling) over the TP in each summer month. Evidence suggests that the SATI is associated with a consistent teleconnection pattern extending from the TP to central-western Asia and southeastern Europe. Associated rainfall changes include, for a warming case, a drought in northern India in May and June, and a stronger mei-yu front in June. The latter is due to an intensified upper-level northeasterly in eastern China and a wetter and warmer condition over the eastern TP. In the East Asian regions, the time-space distributions of the correlation patterns between SATI and rainfall are more complex and exhibit large differences from month to month. Some studies have revealed a close relationship between the anomalous heating over the TP and the rainfall anomaly along the Yangtze River valley appearing in the summer on a seasonal mean time-scale, whereas in the present study, this relationship only appears in June and the signal's significance becomes weaker after the long-term trend in the data was excluded. Close correlations between SATI and the convection activity and SST also occur in the western Pacific in July and August: A zonally-elongated warm tone in the SST in the northwestern Pacific seems to be a passive response of the associated circulation related to a warm SATI. The SATI-associated teleconnection pattern provides a scenario consistently linking the broad summer rainfall anomalies in Europe, central-western Asia, India, and East Asia.     

东亚地区南北两个风暴源地中风暴的结构和动力学差异

基于欧洲中心中期天气预报再分析资料(ERA-40),使用涡旋追踪和合成技术、多尺度子空间变换以及局地多尺度能量分析方法研究了东亚地区南北两个风暴源地中风暴的差异。结果发现,南、北两个源地风暴在结构上和内部动力过程上均存在着显著不同。南支源地(40°N以南)风暴底层比高层强,与线性斜压模式中的最不稳定模态结构相似;而北支源地(40°N以北)风暴则正好相反,与下游发展理论所描述的斜压波结构相似。并且发现,南支源地风暴的非地转风场比北支源地风暴的强。能量学诊断结果显示,南支源地风暴的能量源除了斜压不稳定外,有很大一部分来自正压不稳定,而北支源地风暴中则是存在弱的动能逆尺度传输。此外,南支源地风暴的浮力转换和非绝热做功均比北支源地风暴的强,其主要原因是南支源地风暴的垂直运动更强,风暴中的水汽更加充足。      

模糊聚类与遗传算法相结合的卫星云图云分类

针对模糊C均值聚类（FCM）方法存在的缺陷,提出运用遗传算法（GA）全局寻优与FCM局部寻优以及模糊减法聚类客观估算聚类数等优势互补的思想和途径进行卫星云图云分类判别.试验结果表明,综合方法（GA\|FCM）的云分类效果明显优于单一的FCM和GA算法,可有效弥补FCM和GA算法在云分类中存在的不足,并可运用于实况云图中云类的客观、自动判别.