塔里木河流域夏季降水年际和年代变化的环流异常

基于1961-2020年夏季(6-8月)NCAR/NCEP再分析资料和塔里木河流域38个气象站降水资料,使用5 a滑动平均分离出该流域夏季降水年代际和年际变化,选出年际变化典型的干年和湿年与年代际变化的干期(1963-1986年)和湿期(1989-2018年),分析与这两种时间尺度变化相关联的大气环流异常。结果表明:影响年代际变化的大气环流异常主要是大西洋和欧亚大陆的对流层位势高度场从西北至东南交替出现反气旋和气旋距平环流。在湿期,分别在蒙古国和中亚的反气旋和气旋距平环流加强,塔里木河流域东部和西部分别出现明显的东风和西南风异常,来自西北太平洋和印度洋的水汽增多;在干期则相反。影响年际变化的大气环流异常主要是:在湿年,塔里木河流域之外的西北部和东北部的对流层都为显著的反气旋距平环流,塔里木河流域西部对流层为气旋距平环流,流域东部对流层为反气旋和气旋距平环流影响区;从南北方向向塔里木河流域输送的水汽增多,北风的水汽输送增加较多,南风的水汽输送增加较少,来自北冰洋和印度洋水汽增多;在干年则相反。

盛夏亚洲大陆上空急流变化的两类模态及其与东亚大气环流异常的联系

基于NCEP/NCAR月平均再分析资料,利用EOF分解方法揭示出1960-2019年7-8月亚洲大陆上空西风急流变化的两类主要模态,并利用合成方法研究了两类模态与东亚大气环流异常的联系及其气候效应。研究结果表明,夏季亚洲大陆上空西风急流变化的第一模态为纬向风以急流轴为界南北的反位相变化,主要表现为急流整体的南北移动;第二模态为纬向风以青藏高原为界在东西方向上的反相变化,主要表现为急流轴的西南(西北)-东北(东南)向倾斜,该结论不同于以往大多数研究将第二模态定义为急流的强度变化。通过对大气环流异常的分析发现,急流的南北移动对应南亚高压同步的南北移动以及西太平洋副热带高压范围的变化,急流向南移动时,南亚高压脊线偏南,同时西太平洋副热带高压向南扩张,急流向北移动时则相反,该模态主要影响亚洲地区40°N以南的降水异常以及贝加尔湖一带、东亚和南亚的温度异常。第二模态即纬向风以青藏高原为界的反相变化主要伴随着南亚高压强度的东西振荡,急流轴呈西南(西北)-东北(东南)向倾斜时,南亚高压东侧(西侧)位势高度增强,该模态与西亚高纬度地区、中亚以及印度半岛的降水异常有关。此外,第二模态具有一定的特殊性,可影响整个欧亚大陆的气温,并呈现双偶极子型的异常分布。

2023年河南麦收连阴雨的形成和环流异常分析

2023年5月25—30日河南遭遇了1961年以来同期持续时间最长、影响最大的连阴雨天气过程。连阴雨天气导致小麦大幅减产,品质下降,豫南、豫中和豫东部分种子田失去种用价值,被评为“烂场雨”。利用常规观测资料、NCEP再分析资料和EC数值预报产品,对这次连阴雨过程的大尺度环流形势和影响系统进行分析。结果表明:(1)该天气过程发生在异常大气环流背景下,西太平洋副热带高压显著偏强,脊线5天滑动平均位置偏北达8个纬度,越过25°N线;西伯利亚高压也显著偏强且频繁向南暴发。(2)乌拉尔山阻塞系统的形成导致我国新疆西北部长时间维持一深厚冷涡,从而在35°—40°N形成了稳定纬向环流,冷涡底部不断有冷空气分裂东移南下影响河南。远距离超强台风的逼近导致副热带高压迅速西伸北抬,在其外围形成了一条宽广、深厚的从南海伸向中纬度地区的暖湿气流输送带,最终在豫西北汇聚出低空急流。随着暖湿气流输送带向北扩展,在大风速区的前方,对流层中低部有明显的空气质量和水汽的辐合,从而引发上升运动的发生发展,导致多地暴雨、局部大暴雨的出现。(3)南北两个异常的天气系统的结合,促成了中纬度能量锋区的稳定维持,锋面抬升对暖区降水起到增幅和维持作用。(4)数值模式对中、短期环流趋势和影响系统均作出了较准确的预报,但对降水量级及其分布的预测还需要进一步推敲订正。

广西1961~2022年寒潮气候变化特征及大气环流异常分析

研究全球变暖背景下低温寒潮的演变趋势是气候变化研究的基本问题之一,为人类的生产生活提供重要信息。本研究利用广西1961~2022年75个气象台站逐日平均气温和最低气温数据,根据广西寒潮标准,计算近61个寒潮年单站和区域的寒潮日数、频次和强度,并利用WS2001线性趋势变化评估方法、相关分析和合成分析等方法,研究了广西寒潮演变规律和大气环流的气候异常特征。结果表明:97.9%的寒潮发生在11月至次年3月,且12月至次年2月频次最高。寒潮日数和频次呈现东高西低、北高南低的空间格局,而寒潮强度则中部最高、东部次之、西部最低。近61年寒潮站日数和站次数呈减少趋势,且桂北和桂东减少速率高于桂南和桂西,而站平均寒潮强度呈弱的增加趋势,增幅高值在中部和东部区域,但广西区域性的寒潮从日数、强度和覆盖的站点数量均没有显著变化。广西寒潮主要发生季的气温增加显著,且在1998年发生气温突变,气候变暖后,尽管寒潮频次下降,但区域性寒潮日数降幅较小,站点和区域寒潮强度均表现为轻微的增加趋势。南海副高位置偏南、北半球中高纬度极涡面积和强度指数偏大、乌拉尔山高压脊偏强、东亚大槽偏弱、北极涛动和北大西洋涛动为负位相时,造成广西寒潮频次偏多。

陕西夏季旱涝与欧亚大气环流异常的关系

陕西处于青藏高原边坡地带,南北狭长,气候类型多样,地形复杂,生态条件脆弱,旱涝是夏季的主要气象灾害,因此分析其旱涝的成因对该地区防灾减灾具有重要意义。利用陕西78个气象站1961—2018年夏季(6—8月)降水资料、NCEP/NCAR高度场和风场再分析资料、西太平洋副高指数资料,通过相关、合成、多元回归分析方法,研究了陕西夏季旱涝与大气环流异常的关系。结果表明,500 hPa上乌拉尔山阻塞高压和西太平洋副高是影响陕西夏季旱涝的关键因素,当乌拉尔山阻高和西太副高偏强时,陕西夏季降水偏多,反之偏少。200 hPa西风急流位置与陕西夏季降水关系密切,急流偏南时陕西夏季降水偏多,反之偏少。西太平洋副高偏强、偏西时,陕西夏季降水偏多,反之偏少,副高脊线位置主要影响陕西夏季雨带的南北移动。

南半球高纬地区前期环流异常和我国华北地区夏季降水的联系

利用1951～2000年共50年中国160个站的逐月降水与地面气温资料以及美国NCEP/NCAR全球再分析资料,找出了影响华北地区夏季降水的南半球关键区--50～60 °S.研究结果表明,该区前期1月份的环流异常能够影响当年夏季华北地区的降水,反映这种异常的指数IDX高时,华北夏季降水偏少;IDX偏低,华北夏季降水偏多.

夏季东北冷涡持续性活动及其大气环流异常特征的分析

本文首先分析了夏季东北冷涡持续性活动特征及其对东北地区天气气候的影响 ,然后利用 NCEP/ NCAR1 958～ 1 997年月平均再分析资料 ,探讨了东北冷涡持续性活动与大气环流异常之间的联系。结果表明 ,东北冷涡持续性活动是导致东北地区夏季低温的一个十分关键的因子 ,同时对降水也有重要影响。冷涡活跃年夏季 ,50 0 h Pa高度场会出现以东北地区为中心的南北向和东西向分布的正—负—正距平波列 ,即与东亚阻高势力偏强而西太平洋副高位置偏南等大尺度环流背景相联系。在对流层中上层 ,高空西风急流有明显的分支现象 ,特别是亚洲中纬西风急流位置偏南。而在对流层中下层 ,东北地区和华北大部以及朝鲜半岛和日本北部等地由明显的气旋式距平环流所控制 ,并且源自东北及其以西地区的北风距平可一直推进至长江流域并转变为西北风距平 ,并与那里的西南风距平汇合而形成有利于该地区梅雨偏多时的环流形势 ,与此同时 ,长江中下游地区和四川盆地等容易出现垂直速度负距平、涡度正距平和散度负距平分布 ,而华北和华南大部上述物理量一般为相反的距平分布 ,从而对应少雨形势 ,并且中国北方地区 (长江以北 )对应负温度距平。当夏季东北冷涡活动偏弱时 ,一般会出现与上述相反的结果。

中高纬大气环流异常和低纬30～60天低频对流活动对南海夏季风爆发的影响

利用1979—2003年NCAR／NCEP-2再分析全球日平均资料，及1979-2003年全球候平均的CMAP降水和NOAA日平均的向外长波辐射资料，分析了中高纬大气环流异常和低纬30-60天低频对流的活动对南海夏季风爆发迟早的影响。分析结果表明，当5月1～15日期间乌拉尔山及其以西地区对流层出现位势高度负距平（低频气旋）、中纬度大陆为位势高度正距平（低频反气旋）、我国东部沿岸地区为位势高度负距平（低频气旋）、鄂霍次克海地区为位势高度正距平（低频反气旋）时，副热带高压脊较早撤出南海，与此同时，孟加拉湾东部低频对流活跃东传，菲律宾南部周围低频对流发展西移，华南地区低频对流活动南移以及加里曼丹低频对流活跃北移。在这种情况下，南海夏季风爆发偏早。相反，当5月1～15日期间乌拉尔山及其以西地区对流层出现位势高度正距平（低频反气旋）、中纬度大陆为位势高度负距平（低频气旋）、我国东部沿岸地区为位势高度正距平（低频反气旋）、鄂霍次克海地区为位势高度负距平（低频气旋）时，副热带高压脊撤出南海较迟；与此同时，孟加拉湾东部低频对流不活跃、东传晚，菲律宾南部周围低频对流不活跃、其西移与孟加拉湾东部低频对流的东传反位相，华南地区低频对流活动也不活跃，加里曼丹低频对流较弱。在这种情况下，南海夏季风爆发偏迟。

河北省冰雹气候特征及其与环流异常的关系

根据1961-2007年河北省142个测站的冰雹实测资料、月平均气温和NCEP再分析资料,利用M-K突变检验、小波分析及相关分析等统计分析方法,分析了47年来河北省冰雹天气的时空分布特征、历史演变规律以及多雹年与少雹年的环流特征。结果表明,河北省冰雹日数年际变化明显,1994年有明显的突变,此后,雹日数减少了;河北冰雹日数存在20年和11年的准周期变化;河北省冰雹日数与500hPa平均风速呈正相关,与平均气温呈负相关。环流特征分析表明,雹日数突变前后5～7月平均环流的差异也是明显的,最显著的区域在内蒙古东部和黑海附近;多、少雹年5～7月500hPa平均环流的差异明显,最显著的区域在河北和地中海附近;多、少雹年5～7月各月的平均环流特征分析表明,多、少雹年5月平均环流差异不大,但6、7月的环流差异明显。降雹是小尺度天气,但出现频次与大尺度环流有关,其环流特征可以作为冰雹气候预测的依据。

梅雨与北极涛动及平流层环流异常的关联

平流层过程如何影响气候变化是一个大家关注的科学问题,在WCRP中专门设置了一个研究子计划SPARC.本文的分析研究表明,中国的梅雨异常可能受到平流层大气环流异常的影响,而这种影响是通过北极涛动(AO)的变化来实现的.从分析和计算结果可以看到,二月份北半球30 hPa位势高度的EOF第一主分量对应着副热带和高纬度地区的显著下传异常波作用量,其第三主分量对应着极地地区的显著下传异常波作用量,这些下传的异常波作用量都对三月份AO形势的形成有明显的贡献.三月份的AO则会通过影响东亚地区夏季对流层大气的冷暖状况和环流,在长江中下游地区导致异常垂直运动和辐散辐合形势,从而影响夏季的梅雨降水.

广东6月持续性暴雨期间的大气环流异常

利用1979—2011年共33年广东86个观测站日降水和全球大气多要素日平均资料,分析广东前汛期降水异常(包括暴雨和无雨)的环流特征。结果表明,广东6月持续性暴雨和持续性无雨期间大气存在显著的经向遥相关波列,其中,持续性暴雨过程波列更完整,非持续性暴雨(或非持续性无雨)则波列不显著,而4、5月的持续性暴雨或持续性无雨过程都没有波列出现。在经向波列存在的情况下,对流层中高层大气西风带环流经向度增大、槽脊发展增强,中高纬度这种持续稳定的环流形势,有利于冷空气和高空槽影响华南;在高层200 hPa,华南处于偏西风和西南风异常之间的气流辐散区域,有利于高层辐散;对流层中低层西太平洋副热带高压偏强、西脊点偏西,华南上升、南海下沉的垂直异常经圈环流建立;同时对流层低层来源于印度和孟加拉湾北部以及热带太平洋的水汽输送明显加强,从而为持续性暴雨过程提供有利的环流背景以及暴雨区所需的动力和水汽条件,可见经向波列通过对流层高、中、低层大气环流异常影响持续性暴雨。在没有经向波列的情况下,当500 hPa华南地区有西风槽活动、850 hPa南海北部西风偏强,广东局地动力上升条件和水汽输送条件达到一定程度,则只能出现非持续性暴雨。因此,经向波列可为区分持续暴雨与非持续暴雨预报提供参考。与广东降水持续异常相关的经向波列受中高纬度罗斯贝波、热带对流以及中低纬度太平洋地区大气异常等多方面的共同影响。

江淮流域6-7月极端强降水事件时空变化及环流异常

基于江淮流域近53年(1961—2013年)逐日降水观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,利用百分位法定义了江淮流域6—7月极端强降水阈值,通过经验正交分解(EOF)方法将极端强降水事件分为沿淮型、沿江型和江南型三种类型。选取各类型极端强降水事件的典型个例,对环流形势进行诊断分析,结果表明:三种典型极端强降水事件发生时,850 h Pa上均存在由华南西部向长江中下游的低空西南急流,沿淮型急流强度最强、急流轴位置最北,沿江型次之,江南型最弱、急流轴位置最南;500 h Pa西太平洋副热带高压脊线和西伸脊点异常主要通过改变急流轴位置,来影响极端强降水的落区;200 h Pa上高空西风急流均表现出强度偏强,急流带偏窄,高空急流入口的右侧与对流层低层西南急流北侧相重合。在高低空急流的共同作用下,极端强降水发生区域上方垂直速度异常偏强,比湿异常偏大,梅雨锋位置的差异决定了极端强降水的发生区域;无论是沿淮型、沿江型还是江南型极端强降水事件发生时水汽主要来自孟加拉湾到中国南海附近海域。

2008年1月中国南部低温雨雪冰冻天气特征及其与东亚大气环流异常探讨

根据NCEP/NCAR提供的1968—1996年全球逐月、2008年1月全球逐日再分析资料以及中国气象局提供的降水资料,分析了2008年1月中国南部持续低温雨雪冰冻天气期间东亚地区中低空大气环流异常特征。结果表明,乌拉尔山阻塞高压和地面蒙古冷高压是这次灾害性天气重要的冷空气源地;700 hPa异常偏强的低空西南风急流以及低空急流大风速中心随时间沿急流轴的传播为此次低温雨雪冰冻天气提供了充足的动量、热量和水汽;850 hPa流场西太平洋上空异常东南风、印度洋上空异常西南风以及850 hPa垂直速度场中国南部大陆异常上升气流,在很大程度上影响着2008年1月中国南部的天气;赤道辐合带、西太平洋副热带高压以及南支槽的异常,致使东亚上空不仅存在异常的南支槽前西风带水汽输送和西太平洋副热带高压西南侧东风带水汽输送,还存在异常的由印度洋经孟加拉湾向中国南方大陆的水汽输送。

盛夏四川盆地西部地区降水年际变化及其对应的环流异常

利用7、8月全国756站站点降水资料、NCEP/NCAR再分析资料的月平均资料,研究了盛夏四川盆地西部地区降水年际变化的基本特征及其对应的环流异常,并分析了该地区与江南地区降水年际变化的关系及其对应的700 hPa环流异常。结果表明:四川盆地西部地区盛夏降水偏多年,四川盆地上空为显著的南风异常,说明西南涡较常年活跃,同时西太平洋副热带高压偏北;而降水偏少时,上述环流异常符号相反,但更加明显,说明西南涡明显弱于常年,西太平洋副热带高压偏南。此外,四川盆地西部盛夏降水年际变化和我国西北、华北地区降水呈明显的正相关关系,而与江南地区降水有明显的负相关关系。这些关系与对流层低层环流异常有关。

2009/2010年我国西南秋冬春连旱特征及其大气环流异常分析

利用中国逐日站点降水资料、逐日季风监测指数及逐日副热带高压指数、74项环流指数及NCEP/NCAR再分析资料,分析了2009年秋季至2010年春季的秋冬春西南特大干旱过程中各指数及大气环流异常特征.结果表明:自2009年10月底东亚冬季风建立以来,至2010年春季,东亚冬季风强度持续偏强,加之西太平洋副热带高压较常年偏西偏南,西南地区长期受副高控制,气温持续偏高,加之冷空气虽然总体偏强,但主要控制我国北方地区,造成冷暖空气在西南地区少有交汇,致使降水偏少,干旱发生发展.印缅槽强度较常年偏弱,来自印度洋、孟加拉湾以及南海的水汽条件不足,向西南地区输送的来自南海和孟加拉湾两条水汽通道的水汽通量均较常年偏弱很多,加之西南地区、特别是云南地区自2009年秋季以来,长期处于下沉运动的正距平区,造成这段时间西南地区干旱少雨,旱情持续.2009年9月El Nin珘o事件全面爆发,南海-西太平洋地区形成异常反气旋流场,该反气旋流场较常年偏西偏南,造成副高位置偏西偏南,从而使得云贵高原及其周边的印度季风区的降雨量明显偏少;高原地区及南海、菲律宾附近及热带辐合带地区OLR异常对西太平洋副热带高压的变化有一定影响,进而影响西南地区降水,其内在机制还有待深入研究.

平流层环流异常对2008年1月雪灾过程的影响

利用NCEP/NCAR逐日的再分析资料统计了1951年以来南方发生大雪时的环流特征,对2008年1月中国南方地区发生的大范围雪灾天气过程的环流背景进行了分析,并且通过对比分别分析了平流层环流和对流层环流的平均特征和演变过程。结果发现,南方冬季大雪都是发生在500 hPa距平场分布呈现北高南低的形势下,并且平流层极涡位置都偏向亚洲且极涡强度偏强。2008年的雪灾期间对流层和平流层的形势都和过去7个大雪年(1955、1956、1957、1977、1984、1989和1993年)合成形势相似。2007年12月初平流层极涡开始偏离极地并发生变形,中心偏向欧亚大陆,且向亚洲和北美伸出两个槽。这种异常一直持续到2008年1月中旬,并且有向下传的趋势,使得对流层2008年1月东亚大槽位置偏东,主体北部偏强,从而为1月的雪灾天气提供了有利的环流背景。因此在本研究结果的基础上进行系统的研究,有望将平流层位相的超前信号作为对流层异常天气过程预报的一个先行指标,对提高对流层异常天气预报的时限具有重要意义。

北极III区海冰面积低频变化对北半球冬季大气环流异常的作用

北极ＩＩ区海冰面积的低频变化所引起的热力强迫作用，可以激发出ＥＡ和类似于ＷＰ的大气遥相关型。冰气系统之间存在着３～４年的不规则振荡，在振荡过程中，它们是相互作用的。对比表明，北极ＩＩ区的重冰年和轻冰年。

1961—2014年云南冬季寒潮活动规律及其与大气环流异常的关系

利用云南122个气象站1961—2015年逐日最低气温和平均气温资料,分析了云南冬季寒潮的活动规律以及大气环流异常特征.结果表明:①1961—2014年(近50 a)云南冬季寒潮频次(强度)呈减少(减弱)趋势,1984年为寒潮频次(强度)由多(强)转少(弱)的一个转折点.云南冬季寒潮存在8 a左右的显著性变化周期;②云南冬季寒潮与气温、降水存在较好的协同变化.当冬季寒潮频次偏多(少)时,云南气温偏低(高),降水量偏多(少);③云南冬季寒潮频次年际变异与大气环流异常密切相关.在海平面气压场,冬季北极涛动为正(负)位相、西伯利亚高压偏强(弱)以及东亚冬季风偏强(弱)时,云南冬季寒潮频次偏多(少).在500 hPa高度场,当极涡偏强(弱)、贝加尔湖高压脊偏强(弱)、东亚大槽和南支槽偏强(弱)时,有利于云南冬季寒潮频次偏多(少);④副热带对流层上层的急流变化是影响云南寒潮频次变化的一个重要因子,其可能通过影响冷涌向南爆发的频次进而影响云南寒潮的发生频次.

2010年南方持续暴雨期大气环流异常及其低频特征研究

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料以及国家气候中心台站降水资料等,应用多变量经验正交函数展开(MV-EOF)等方法,对2010年南方持续暴雨期大气环流异常及其低频特征进行了分析。结果表明;2010年东亚夏季风异常偏弱、西太平洋副热带高压位置异常偏南、三次季风涌的出现和高空急流与散度场活动异常及其相互配合,是南方降水异常的主要影响系统;对风场和降水场MV-EOF空间型分布的分析显示,低频降水中心与200 hPa的气流辐散中心和850 hPa辐合中心相关联;降水的第一模态反映了东亚夏季风的气候态演变,第二、三模态反映了夏季风在季节性推进过程中不同尺度的低频振荡,7月前半月和6月中下旬,第二、三模态分别处于低频振荡的正位相,使长江中下游梅雨和华南前汛期延迟结束,并且增强了江南的梅雨降水,夏季风的气候态演变和低频振荡相叠加导致2010年我国南方暴雨频发。

近50年广西大范围暴雨的大气环流异常分析

利用1961-2010年广西90个气象观测站的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,运用Lorenz环流分解方法分析了近50年广西大范围暴雨的大气环流异常特征。结果表明,近年来广西发生大范围暴雨过程和平均暴雨日数均呈增多趋势。不同天气系统造成广西大范围暴雨的环流形势主要表现在副热带高压所处位置和强度的不同。从长时间统计来看,广西大范围暴雨与副热带高压的强度、北冰洋(130°E- 140°W,70°N-90°N)区域的纬偏成正相关关系,与格陵兰岛北部、赤道印度洋中西部和哈萨克斯坦东北部的纬偏值成反相关关系。北半球高纬度地区(75°N-85°N)和低纬度地区(20°N-30°N)定常波强度增强,中纬度地区(40°N-70°N)定常波强度减弱,低纬度10°N-30°N和中纬度35°N-55°N定常波不平稳度增强,可能是造成广西大范围暴雨日数增多的原因之一。在广西大范围暴雨过程中,北极附近区域为定常波最不平稳的地区。