夏季东亚西风急流Rossby波扰动异常与中国降水

利用1958-2003年NCAR/NCEP再分析和中国160站月降水资料,探讨沿东亚西风急流Rossby波扰动动能异常对东亚夏季风环流和中国夏季（6-8月）降水的影响及其响应机理。研究发现：（1）夏季东亚西风急流Rossby波扰动动能加强（减弱）,东亚西风急流位置偏南（北）、强度偏强（弱）。（2）该扰动动能具有显著的年际和年代际变化特征,1958-1978年处于年代际偏弱阶段,1979-1998年处于年代际偏强阶段。（3）该扰动动能加强（减弱）,200 hPa辐合区位于30°N以南（以北）西太平洋地区,此时,500 hPa西太平洋副热带高压位于30°N以南（以北）,850 hPa反气旋性距平环流出现在东亚30°N以南（以北）地区,而30°N以北（以南）为气旋性距平环流,东亚热带季风环流加强（减弱）,梅雨锋加强（减弱）,夏季中国东部降水中间多、南北少（中间少、南北多）。（4）东亚高、中、低层大气环流对高层东亚西风急流Rossby波扰动动能强弱响应由对流层上层散度场及垂直速度场变化完成。

夏季东亚西风急流扰动异常与副热带高压关系研究

利用1979—2003年NCEP/NCAR月平均再分析资料,探讨夏季(6—8月)200 hPa东亚西风急流扰动异常与南亚高压和西太平洋副热带高压的关系。研究指出:夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强(减弱),东亚西风急流位置偏南(偏北)、强度偏强(偏弱);东亚西风急流扰动动能强弱不仅与北半球西风急流强弱和沿急流的定常扰动有关,而且还与东亚地区高、中、低纬南北向的扰动波列有关,亚洲地区是北半球中纬度环球带状波列异常最大的区域。夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强(减弱),南亚高压的特征为位置偏东(偏西)、强度加强(减弱);西太平洋副热带高压的特征为位置偏南(偏北)。东亚环流特别是500 hPa西太平洋副热带高压对东亚西风带扰动异常的响应由高空东亚西风急流南侧的散度场及其对流层中下层热带和副热带地区的垂直速度距平场变化完成。

夏季东亚西风急流与陕西降水的关系

定义了西风急流位置指数和强度指数,利用NCEP/NCAR1948—2006年全球再分析风场资料,分析6、7、8月和夏季平均东亚西风急流的气候变化特征,并探讨夏季逐月东亚西风急流异常与陕西降水的关系。分析表明:6—8月西风急流位置显著北抬,位置和强度都存在着显著的年际、年代际变化特征。夏季陕西降水多少与东亚西风急流月际变化密切相关。6月急流轴北侧西风加强、南侧西风减弱,急流位置较常年偏北,有利陕西降水偏多;而7-8月及夏季表现为陕西降水偏多时,东亚西风急流位置偏南。

东亚西风急流与我国华西秋雨降水的相关分析

华西秋雨是我国华西地区特有的降水现象,东亚西风急流也是影响我国降水的重要大气环流之一。研究东亚西风急流和我国华西秋雨的关系,对预测我国未来华西秋雨有重要意义。本文使用相关分析、EOF-CCA分析等方法研究东亚西风急流与华西秋雨的关系,其中使用了华西秋雨指数和东亚西风急流的相关指数,得出了以下结论:华西秋雨变化的整体趋势为华西秋雨强度随着时间增长而减弱,存在华西秋雨异常偏强年和异常偏弱年;秋季东亚西风急流整体趋势为急流位置维持于39?N,144.3?E,急流强度维持于36.3 ms?1左右;东亚西风急流和华西秋雨的7年滑动相关呈周期性变化,滑动周期为15年;秋季东亚西风急流强度区的西部与华西地区的东北部呈正相关,与华西地区的西部呈负相关。

冬季东亚中纬度西风急流对我国气候的影响

利用1957-2001年欧洲中期数值天气预报中心再分析资料及地面台站观测资料，分析了冬季东亚西风急流与我国气候的关系。首先定义了冬季东亚西风急流强度指数（区域30°～35°N，127．5°～155°E冬季200hPa纬向风u200平均值的标准化值）和切变指数（区域15°～25°N，100°～115°E与区域30°～40°N，100°～115°E的平均u200之差的标准化值），这两个指数能较好地反映冬季东亚西风急流的强度变化和位置的南北移动，二者相关系数为-0．48，通过99％信度检验。西风急流强度与亚洲和西太平洋大范围的大气环流有密切关系，而西风急流位置移动则与印度洋、中东太平洋的大气环流有密切关系，并分析了冬季急流强度指数和切变指数与我国温度和降水的关系。结果表明：当西风急流强度偏强时，西风急流位置偏北，此时在急流人口区左侧由于气流辐合造成低层气压上升，在出口区左侧则由于气流发生强烈辐散，引起低层气压下降，所以西伯利亚地区上空从对流层低层到中层高度值升高，北太平洋高度值降低，东西向气压差加大的形势，同时东亚大槽偏强，海陆气压差加大和东亚大槽偏强，导致冬季风强度偏强，引起我国从北到南的陆面降温，同时30°～40°N低层有下沉气流，使得华北、华中和长江中下游地区降水偏少；当西风急流强度偏弱时，西风急流位置偏南，整个东亚地区存在南风异常，东亚冬季风较弱，在25°N附近有上升气流，此时华南和内蒙古、华北降水偏多，内蒙古地表温度偏高。

北半球夏季副热带西风急流变异及其对东亚夏季风气候异常的影响

探讨了东亚地区副热带西风急流 (EAJS)位置的年际变化特征、影响及其可能机制 .EAJS南北变动的影响主要集中在亚澳季风区和气候平均的北半球副热带西风急流轴的南北两侧 ,这与SOI或ENSO相联系的大气环流响应很不相同 ,后者的影响主要表现在中、东太平洋上 .北半球副热带西风急流存在着两个显著不同的模态 ,其中一个模态反映的是亚太尤其是东亚地区的西风急流的南北变异 ,另一个模态出现在 15 0°E～ 12 0°W的中、东太平洋上 .它们分别联系着不同的太平洋海温异常分布 ,但都能对夏季 2 0 0hPa南亚高压的强度产生影响 ,尤其是南亚高压的东部 。

东亚副热带西风急流活动与长江中下游梅雨异常关系的研究

本文利用1960～2009年NCEP/NCAR再分析日平均资料和中国714站20时(北京时)日降水量资料,分析了梅雨季节东亚副热带西风急流逐日演变特征与长江中下游异常丰梅和空梅的关系,研究了东亚副热带西风急流活动影响梅雨异常的机理,讨论了监测和分析东亚副热带西风急流对梅雨中期预报的意义。梅雨期合成分析显示,异常丰梅年较空梅年急流强度偏强,急流带狭窄,质量与动量集中。逐日演变特征表现为,丰(空)梅年急流围绕气候态位置经向平稳摆动(振荡幅度大),关键区(30oN～37.5oN,110oE～130oE)纬向风强度偏强(弱),东亚至西太平洋(80oE～160oE)上空急流最大中心主频次在125oE(145oE)附近,靠近(远离)我国东部地区并位于下风方。影响梅雨异常机理研究表明,异常丰梅年,200hPa我国东部地区上空急流轴线、散度零线和散度距平零线在37.5oN附近"重合",急流轴以北为辐合,以南为强辐散,辐散中心区与辐散距平中心区"重合"在长江中下游地区上空,高空强辐散流出,对应低层强辐合流入,配合从底层到高层深厚的强垂直上升运动,为梅雨提供了良好动力环境场;高低空急流耦合作用,有利于低空西南风加强,长江中下游以南地区为西南水汽通量距平,为持续性降水提供了良好的水汽输送条件;强高空副热带锋区配合典型陡直梅雨锋区,有利于高空急流质量和动量维持,也利于深对流发展。空梅年的情形则相反。从强度、位置及其变化等多方面综合监测和分析东亚副热带西风急流中期变化特征,可以更好地把握和认识急流对梅雨异常的影响及其机理,对于梅雨中期预报问题是有帮助的。

冬季黑潮暖流区加热异常对东亚副热带西风急流影响的数值研究

通过对大气环流格点模式GAMIL性能的检验表明,模式较好地再现了东亚地区大气环流型态、高空西风急流变化及表面加热场的季节变化。在此基础上,设计敏感性试验研究了冬季西太平洋黑潮暖流关键区加热异常对高空西风急流影响,数值试验结果表明冬季西太平洋黑潮暖流区加热正异常将引起东亚大槽偏东,大陆冷高压、阿留申低压及位于低纬太平洋上的西太平洋副高均有所增强,从而导致了冬季风环流加强。相应地,东北太平洋上出现了明显的气旋差值环流,而在中高纬大陆海洋交界地区出现反气旋式差值环流;同时,西风急流区南侧的低纬地区位势高度及温度场为正异常,而北侧的中高纬地区为负异常,这种分布将使得急流区经向气压梯度和南北温差加大,导致急流的增强。模式结果分别从热力适应理论及热成风的角度验证了黑潮暖流区表面加热异常对急流的影响机理。

初夏至盛夏东亚副热带西风急流变化与江淮出梅的关系

利用1961—2005年逐候资料对东亚副热带西风急流初夏至盛夏变化与江淮出梅的关系进行了分析。结果表明,多年平均7月初夏至盛夏急流中心由西太平洋地区西跳至青藏高原的同时我国东部地区急流北跳至37.5°N以北,比梅雨结束早1候;急流北跳使得我国东部高空强辐散中心北移至华北地区,江淮地区上空辐散显著减弱,上升运动减弱,从而使得江淮梅雨结束,雨带北移;而急流中心的西跳仅使得我国东部地区高空辐散中心减弱,降水减弱,有利于雨带北移。我国东部急流北跳与江淮地区梅雨结束时间显著正相关,在北跳偏早(晚)年份梅雨结束早(晚),长江中下游地区降水偏少(多),而急流中心西跳早晚对我国华北北部地区和淮河附近地区降水有较大影响。可见,我国东部急流北跳与梅雨结束关系密切,可作为梅雨结束的先期信号。

ENSO事件对东亚副热带西风急流影响的诊断分析

本文利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,用合成分析和相关分析方法就ENSO事件对东亚副热带西风急流的影响进行诊断分析。主要结论为:ElNino年冬季200hPa东亚副热带西风急流主要在急流出口区纬向风有正距平,急流增强东扩。而LaNina年冬季急流在急流出口区纬向风有负距平,急流减弱西移。ElNino年夏季急流增强,主要在急流区内的偏南部纬向风有正距平。LaNina年夏季急流减弱,主要在急流区内的偏南部纬向风有负距平;相关分析表明东亚副热带西风急流冬、夏季纬向风与热带中东太平洋冬、夏季海表温度有显著的相关。研究表明,ENSO年冬、夏季对流层中上层有较大的气温异常,并由此产生大的经向温度梯度的异常,这可能是ENSO事件影响东亚副热带西风急流的原因之一。

瞬变波动力强迫对初夏至盛夏东亚高空西风急流变化的影响

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,探讨了瞬变波动力强迫作用对初夏至盛夏急流北跳和急流中心西移的影响。结果表明,瞬变波的动力强迫作用有利于急流北跳的发生,但不利于急流中心西移的发生。通过分析年际尺度上初夏至盛夏急流变化的早晚与瞬变波异常的关系发现,对于急流北跳发生的早晚,瞬变波异常的动力强迫作用为正反馈作用;对于中心西移发生的早晚,瞬变波异常的动力强迫作用则为负反馈作用。可见,瞬变波的动力强迫作用对初夏至盛夏急流变化及其发生早晚具有重要影响,但对急流北跳和急流中心西移的作用显著不同。

东亚副热带西风急流位置异常对长江中下游夏季降水的影响

利用NCEP/NCAR 200 hPa月平均风场再分析资料,定义东亚大陆对流层上层不同经度上最大西风所在位置的平均纬度为东亚副热带西风急流轴线指数,该指数能准确反映东亚副热带西风急流位置的南北变化及其对长江中下游降水的影响,并能较好地体现东亚夏季风盛行期间对流层低层与高层的纬向风场变化特征。分析表明,该指数的时间变化具有与长江中下游夏季降水较一致的年代际变化及年际振荡特征。对东亚副热带西风急流位置异常年的大气环流差异分析表明,急流异常偏北时,南亚高压偏弱,位置偏北偏西,呈伊朗高压型;西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏弱、位置偏东偏北;气流的辐合上升区北移至华北一带,而长江流域低层风场为辐散异常,上升气流较常年偏弱,降水偏少。急流异常偏南时,南亚高压偏强,位置偏南偏东,呈青藏高压型;西太副高偏强、位置偏西偏南;长江流域地区上空低层有较强辐合上升气流,高层有较强的气流辐散,对流旺盛,雨带在此维持,容易引发洪涝。

东亚副热带西风急流变化多模式模拟结果分析

利用政府间气候变化委员会第四次评估报告(IPCC AR4)中等强度温室气体排放情景试验(SRES A1B)多个耦合模式的输出结果,通过多模式集合的方法分析全球变暖背景下东亚副热带西风急流的变化特征,发现在多模式集合平均结果中,随着温室气体增多、温室效应进一步加剧,冬季急流强度增强,急流位置向北移动,夏季急流强度也呈现出增强的趋势,位置却向南移动。在全球变暖背景下,冬季北半球从低纬到中高纬度对流层中高层温度将增加,但低纬增温强、高纬增温弱,导致副热带地区温度梯度增加,夏季增温幅度比冬季大,且强增温区向北移,造成急流轴北侧区域温度梯度增大,并通过热成风关系使得急流区纬向风增强。

FGOALS模式对梅雨期东亚副热带西风急流变化特征的模拟

中国科学院大气物理研究所参与CMIP5项目的海—陆—气耦合气候系统模式(FGOALS),能较好地模拟东亚副热带西风急流时空变化特征。FGOALS模式输出的1960~2005年风场再现了梅雨期东亚副热带西风急流气候态的三维结构,模拟出以120°E为界的急流海陆分布型,与NCEP/NCAR再分析资料风场空间分布一致,但FGOALS模式模拟的急流中心强度偏弱、位置偏北偏西。FGOALS模式也模拟出了ENSO年际演变过程中的海陆空间分布型,但对ENSO背景下西风急流强度、位置和形态演变过程的模拟与NCEP/NCAR再分析资料存在较大差异。基于热成风原理、地转风关系和波活动通量等研究了模式模拟急流位置和强度偏差产生的可能原因:FGOALS模式模拟的青藏高原加热效应偏弱、低纬度对流活动偏弱,导致对流层中上层上升运动偏弱和潜热加热减弱,使得中低纬度对流层中上层温度出现冷偏差、南亚高压偏弱,温度经向梯度和南亚高压北侧气压梯度力偏弱以及大气内部动力作用偏弱,从而造成急流中心强度和位置出现偏差。梅雨期西风急流空间分布型与长江中下游强降水落区有着密切联系,FGOALS模式模拟的西风急流中心强度偏弱和位置偏北偏西,模式输出的长江中下游地区降水量与观测值相比偏少。此外,FGOALS模式对ENSO背景下大气环流异常的模拟有待改善。

东亚副热带西风急流位置变化与亚洲夏季风爆发的关系

利用1961～2000年的NCEP/NCAR候平均再分析资料,初步探讨了季节转换期间东亚副热带西风急流南北和东西向位置变化与亚洲季风爆发之间的联系。结果表明,亚洲夏季风爆发伴随着东亚副热带西风急流轴线的北跳和急流中心西移,急流轴北跳至35°N以北的青藏高原上空,南支西风急流消失,亚洲季风环流形势建立。南海季风爆发早年,低纬的东风向北推进的时间早,到达的纬度偏北,中纬的西风急流强度偏弱,季风爆发晚年则相反。同时,南海夏季风爆发早年,青藏高原上空急流核出现较早,西太平洋上空急流核减弱较快,急流中心"西移"较早。而在南海夏季风爆发晚年,西太平洋上空的急流核减弱较迟,青藏高原上空急流核形成偏晚,急流中心"西移"较迟。此外,急流中心东西向位置和强度变化与江淮流域梅雨的开始和结束也有密切关系。

P-σ区域气候模式对东亚副热带西风急流的数值模拟

为评估P-σ九层区域气候模式模拟对流层上层东亚副热带西风急流季节变化的能力,比较模式模拟的东亚副热带西风急流季节变化与NCEP/NCAR再分析资料之间的差异及其与对流层中上层大气南北温度差异的关系。结果表明,模式模拟东亚副热带西风急流的能力在洋面上空强于大陆上空,模拟低纬度急流的能力好于高纬度。模拟的东亚副热带西风急流垂直结构、水平结构和季节变化等的主要特征与NCEP/NCAR再分析资料基本一致,但模拟的急流强度全年偏弱。分析急流与对流层中上层经向温度梯度的季节变化发现,急流出现的位置总是对应着经向温度梯度较大区域,急流中心有随气温南北差异大值中心移动的趋势,急流中心与最大温差中心相对应,表明急流中心的位置变化是对气温南北差异季节变化的响应。与再分析资料相比,模拟的经向温度梯度比再分析资料偏小约2K/10纬距,与此相对应的模拟的急流中心风速偏小约10 m.s-1。由于大气温度变化与非绝热加热有关,进一步分析发现,模式模拟的夏季副热带急流偏差与东亚地区的地面感热及潜热等非绝热加热的模拟偏差具有密切的关系。

盛夏两类东亚高空西风急流北跳的动力过程

在气候态上,7月底东亚高空西风急流中心突然从40°N北跳到45°N以北。逐年统计分析显示此次急流北跳存在两类典型方式:急流北侧西风强度增强引起的北跳(第一类)和急流中心西风强度的减弱引起的北跳(第二类)。本文基于1958年到2002年的NCEP/NCAR再分析资料,采用波活动通量诊断这两类典型北跳相应的动力过程,进一步探讨了其北跳的物理机制。在第一类急流北跳过程中,对流层高层远东高纬度地区形成的低压槽和中纬度南亚高压向东亚地区的伸展导致两者之间的鄂霍次克海上空位势高度经向梯度加强,从而西风增强,东亚高空西风急流北进;进一步的动力诊断分析结果表明,其中远东高纬度地区的低压槽是由源于西欧和北大西洋上空的波活动通量沿着欧亚大陆北部地区传播到远东地区形成负位势高度异常所致,而南亚高压向东亚地区的延伸主要和热带西北太平洋强降水激发的"太平洋—日本(PJ)"波列导致东亚地区形成正位势高度异常有关。第二类急流北跳主要受到沿着亚洲副热带西风急流传播的波活动影响:东传的波活动在东亚地区累积形成高压脊,导致东亚地区位势高度经向梯度减弱,东亚高空西风急流减弱北跳。

夏季东亚高空西风急流气候特征分析

利用NCEP/NCAR全球再分析风场资料定义了西风急流强度指数和位置指数,然后利用EOF方法分析了高空西风急流的空间分布特征,从强度和位置两方面分析了西风急流与东亚环流及其与海温的关系。表明:EOF第一模态反映了东亚高空急流的位置指数,第二模态反映了高空急流的强度指数。东亚高空急流与对流层大气环流包括南亚高压,西太平洋副热带高压,东亚夏季风存在着密切关系,其气候变化与热带副热带东太平洋、印度洋海温密切相关。

东亚副热带西风急流及其年际变率的海气耦合模式模拟

分析了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)快速耦合气候系统模式FGOALS_gl模拟的东亚副热带西风急流,并讨论了ENSO对东亚夏季副热带西风急流位置的影响。FGOALS_gl能较好模拟东亚副热带西风急流的空间分布以及季节演变,但较之再分析资料,模式模拟的急流强度偏弱,中心偏南。这主要是由于模式模拟的对流层中上层平均温度一致偏冷,且急流轴南部的冷偏差总是强于北部,使得模拟的经向温度差偏弱造成的。FGOALS_gl能合理再现东亚夏季副热带急流位置南北移动的年际变化特征,只是模拟的急流年际变率偏强。分析表明,模式模拟的ENSO偏差是造成西风急流年际变率偏强的重要原因。观测和模拟的东亚夏季副热带西风急流位置的南移多发生在ENSO位相达到峰值之后的夏季,但由于模拟的ENSO强度偏强,峰值多出现在春、夏季,并能维持至翌年秋季,因此,EN-SO在其衰减年的夏季,对热带对流层温度异常的加热作用依然很强,造成模式中热带地区的对流层温度异常强于观测,从而导致东亚副热带西风急流年际变率模拟偏强。

东亚副热带西风急流变化特征及其与长江中下游地区夏季降水关系研究

本文研究急流强度指数与长江中下游地区夏季降水关系时,发现急流强度与长江中下游地区降水有很好的正相关关系。当急流偏强时,西北太平洋副热带高压偏强,位置偏西偏南,长江中下游地区低层有较强的辐合气流,对应高层有较强的气流辐散,气流上升运动增强,降水偏多;急流偏弱时,西太平洋副热带高压偏弱,位置偏东偏北,长江中下游地区低层的风场辐散,上升气流较偏弱,降水偏少。本文利用CMIP5的BCC_CSM气候系统模式检验了该模式对东亚副热带西风急流的模拟性能,结果表明该模式没有较好地模拟出急流的年际、年代际变化。