我国南方洪涝暴雨期西太平洋副高短期位置变异的特点及成因

利用NCEP/NCAR多年逐日再分析资料、美国环境预报中心CMAP(NOAA NCEP Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation)候平均降雨量资料以及全国740站逐日降水资料,对华南前汛期和江淮梅雨期大范围持续性暴雨过程中西太平洋副高短期位置变异的异同及其可能成因进行了分析。结果表明:华南和江淮大范围持续性暴雨期间,西太平洋副高位置均比同期气候平均值异常偏南偏西,且强度偏强。华南暴雨期间,副高西北侧华南地区以及西侧孟加拉湾地区存在异常强烈的视热源和视水汽汇;江淮暴雨期间,副高北侧江淮流域及西侧孟加拉湾地区也存在异常强烈的视热源和视水汽汇。运用全型垂直涡度倾向方程理论,研究非绝热加热对西太平洋副高短期位置变异的影响,结果表明:副高位置的短期变异与非绝热加热场及其配置有密切联系。华南暴雨期间,副高西北侧边缘的华南地区加热场可在短期内迫使副高东撤南退;江淮暴雨期间,副高北侧江淮流域加热场的存在不利于副高北进,而西侧较远处孟加拉湾热源会诱导副高西伸,两者的共同作用导致副高在江淮以南维持,且会明显西伸。

2003年夏季淮河流域梅雨期西太平洋副高结构和活动特征及动力机制分析

通过资料分析和诊断, 揭示了在2003年6～7月淮河流域暴雨期间, 西太平洋副高相对偏北并且呈现南北变化相对稳定、东西变化明显的特征; 强劲而稳定少动的中纬度西风急流使得西太平洋副高难以北抬, 从而造成了淮河流域降雨带的稳定少动. 同时, 分析表明每一次雨锋的出现伴有高层南亚高压的东伸, 并诱发500 hPa西太平洋副高西伸至我国沿海, 导致淮河流域多雨, 江南干旱高温.分析还发现高、低空副热带高压影响天气系统发展的如下机制: (1) 沿30°N东伸的高层南亚高压脊在东部30°N以北地区引起辐散和上升, 在30°N以南地区引起辐合和下沉; (2) 江南高层的辐合下沉气流在中低空的辐散增强了局地的负涡度, 诱发西太平洋副高西伸; (3) 沿增强了的西太平洋副高西北侧的偏西南气流在30°N以北辐合, 增强了局地的上升运动, 为暴雨的产生创造了大尺度的背景流场; (4) 副高西北侧的暴雨加强了低空的南风和高层的北风, 从而使高层东伸的南亚高压和低层西伸的西太平洋副高在我国东部稳定维持.

西太平洋副高与ENSO的关系及其对福建雨季降水分布的影响

利用1951～2000年北太平洋海温和副高特征量资料,探讨夏半年副高与前期海温的关系,发现影响副高活动的海温关键区赤道东太平洋前期信息最明显,从前期秋季持续至春季都保持与夏半年各月副高强度、西伸脊点位置的高相关;ENSO事件的形成超前于副高强度的转折约半年时间;El Nino年副高持续偏强偏西,La Nina年则相反,脊线位置也有所反映,但不如强度与西伸显著。在此基础上进一步分析表明,福建雨季降水、副高强度与Nino 3区海温存在着大约相一致的年代际振荡与突变时间;雨季降水分布的异常直接受到副高活动的影响,而副高活动又明显受ENSO循环的制约,因而关注赤道东太平洋海温异常及ENSO信息对福建雨季降水分布趋势的预测具有重要意义。

江淮入梅前后大气环流的演变特征和西太平洋副高北跳西伸的可能机制

该文首先采用合成分析的方法研究了江淮入梅前后大尺度大气环流的演变特征和西太平洋副热带高压西伸北跳的可能机制。研究结果表明 ,江淮入梅前期的最显著的特征是 :副热带高压首先在太平洋中部增强北跳 ,而后向西扩展导致太平洋副高西部脊 ( 1 2 0°E)的增强北跳。进一步分析表明 ,在太平洋中部副热带高压的增强北跳和西伸之前 ,副热带高压南侧ITCZ中对流和孟加拉湾北部的对流活动明显并且都经历了一次增强活跃过程 ,这意味着热带ITCZ和孟加拉湾北部对流的异常活跃可能对副热带高压的增强北跳西伸产生影响。全球大气环流模式模拟结果表明 ,赤道中太平洋ITCZ中对流异常活跃不仅可导致副热带高压的增强北移 ,而且还可导致副热带高压西伸 ,与诊断分析结果相一致。

2005年6月华南暴雨期间西太平洋副高西伸过程分析

利用NCEP/NCARⅡ逐日再分析资料以及我国实测的降水资料,对2005年6月华南暴雨期间西太平洋副高的西伸过程进行了分析。结果表明:副高的东西进退可能与暴雨过程存在某种联系。分析指出副高中心的下沉气流主要是由副高南北两侧雨带中凝结潜热释放效应所致的上升气流在高空下沉而产生的,副高中心垂直运动的出现有利于副高的加强。而副高南北两侧雨带不但可以加强副高,同时又会激发正涡度增长,限制副高在南北方向上的活动,此时西侧印度季风雨带则会在副高西侧激发反气旋性涡度发展,即可诱使副高西伸。因此,华南强降水和印度季风区降水的共同作用使得副高加强西伸。

南亚夏季风影响西太平洋副高南北进退活动的小波包能量诊断

基于小波包分解重构方法,利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,讨论了南亚夏季风与季内西太平洋副高活动的关系,提出和定义了用以诊断副高活动的夏季风频域能量判据。诊断结果除佐证了副高已有的一些研究结果和变化规律外,还揭示出副高与季风间一些新的关系特征。

西太平洋副高位置变动与大气热源的关系

采用NCEP/NCAR再分析逐日资料和SCSMEX等资料,根据全型垂直涡度倾向方程,研究了1998年6月西太平洋副高位置变动与大气热源的关系。结果表明,副热带地区的非绝热加热对副高位置变化有很重要的作用。与气候平均状况相比,1998年6月副高北侧的非绝热加热垂直变化较常年偏强,而南侧较常年偏弱。这种异常的非均匀加热状况导致我国华南、江南、长江中下游地区呈现异常气旋性涡度制造,而中南半岛大部和南海地区为异常反气旋性涡度制造,使得1998年6月副高位置异常偏南。

近赤道海温影响西太平洋副高的小波多尺度分析

利用小波分解、相关分析、解释方差及位相对比方法,分析讨论了近赤道海温与西太平洋副高在不同时间尺度上的结构特征与对应关系。分析表明,不同海域海温变化与副高活动的幅值和位相存在明显的多尺度特征和强度差异,不同海域的海温热力作用分别在不同的时间尺度上显著影响和制约西太平洋副高活动。

西太平洋副高在1998年和2001年梅汛期长江大涝大旱中的作用

计算了 1 998年 6～ 7月和 2 0 0 1年 6～ 7月 50 0hPa高度场西太平洋副热带高压逐日变化指数 ,对比分析了 1 998年和 2 0 0 1年长江流域梅汛期 ( 6～ 7月 )平均北半球大气环流场和西太平洋副高的逐日变化特征。结果表明 :长江流域梅汛期的旱涝与副高强弱和东西位置关系密切。在副高平均脊线偏北的情况下 ,副高长期偏东偏弱 ,长江流域不易产生强降水 ,易少雨干旱。副高异常偏西与伊朗高压打通时 ,长江流域也不易产生强降水。只有当副高平均脊线偏南的情况下 ,副高西伸到 95～ 1 1 5°E范围时 ,长江流域易产生强降水。

西太平洋副高与华北旱涝的关系

运用月降水量、月平均高度场、西太平洋副高指数和月可降水量资料,用相关及合成分析方法分析了西太平洋副高与华北降水、旱涝环流及可降水量的关系。结果表明,西太平洋副高与华北夏季旱涝有密切的关系,尤其是西太平洋副高脊线位置及西伸脊点。当西太平洋副高偏西偏北时,欧亚上空从高纬到低纬易出现“- + -”的遥相关型,华北上空可降水量偏少,降水偏少,易旱;反之亦然。

2013年夏季西太平洋副高异常特征及其对湖南高温干旱的影响

利用湖南96个测站的逐日降水、日最高气温和NCEP/NCAR再分析资料、海温资料,分析了2013年夏季西太平洋副热带高压异常活动特征、成因及其对湖南高温干旱的影响。结果表明,2013年夏季西太平洋副高异常偏西、偏强,使得湖南一直处在高压下沉气流控制下,形成持续高温干旱天气。造成副高变异的原因主要有:(1)2012年冬季至2013年春季,赤道东太平洋海表温度持续偏低,印度洋—赤道西太平洋海表温度持续偏高,使得Walker环流和Hadley环流的上升和下沉运动得到加强,西太平洋副高西伸、加强;(2)南亚高压一次次东伸,通过强烈高空负涡度平流的动力强迫,造成西太平洋副高区内的下沉运动,导致副高稳定维持,天气晴热高温;(3)西风急流较常年偏北,纬向环流偏强,导致副热带高压在偏北位置稳定维持,200 h Pa高空辐合增强,辐合中心位于30°N以北,造成500 h Pa副高下沉运动区位置偏北、偏强。

夏季西太平洋副高脊线的活动特征及其可能的机制

通过对多年平均的逐日资料的分析表明 ,夏季不同区域副热带高压脊轴的垂直结构和活动特征存在明显不同 ,这与空间非均匀加热的分布密切相关。西太平洋地区副高脊轴随高度向北倾斜 ,而 1 60°E～ 1 80°地区向南倾斜 ;北太平洋中、西部副高在北进期的脊线活动均存在显著的 1 0～ 2 0 d周期低频振荡 ,东亚季风区还具有明显的准 40 d振荡周期。分析表明 :副高的季节性南北移动主要受太阳辐射的影响 ,而空间非均匀加热起着调节副高移动速率以及改变副高强度的作用 。

近赤道海温对西太平洋副高强度的影响机理——模糊映射诊断

针对近赤道海温对西太平洋副高影响的复杂性和不确定性问题,引入自适应模糊推理系统方法,系统地分析了西太平洋副高强度对赤道东太平洋、赤道西太平洋和赤道印度洋等海区海温状况和冷暖变化的响应态势和响应程度。研究表明:副高对赤道东太平洋海温的变冷(增暖)过程将出现正距平的增强(减弱)响应,响应幅度随时间减弱(增强);副高对赤道印度洋海温增暖(变冷)的响应态势与对赤道东太平洋海温的响应态势相反,响应幅度远小于赤道东太平洋海温变化的响应幅度;副高对赤道西太平洋海温的增暖急缓表现出不同的响应态势,迅速增暖利于副高衰减,缓慢增暖则利于副高增强,而对于海温的变冷过程则有滞后的增强响应趋势。此外,上述海区的海温冷暖变化幅度和速度是导致副高变异的主要因素,较之海温基本热力状况对副高强度的影响更为显著。

ENSO循环对西太平洋副高和福建汛期旱涝的影响

利用1951—2000年北太平洋海温和副高特征量资料,探讨了夏半年副高与前期海温的关系,发现影响副高活动的海温关键区赤道东太平洋前期信息最明显,从前期秋季持续至春季都保持与夏半年各月副高强度、西伸脊点位置的高相关;ENSO事件的形成超前于副高强度的转折约半年时间;ElNino年副高持续偏强偏西,LaNina年则相反,脊线位置也有所反映但不如强度与西伸变化显著。在此基础上进一步分析表明,福建雨季(5—6月)降水分布的异常直接受到副高活动的影响,夏季(7—9月)全省大部旱涝也直接受到副高南北位置差异的影响。而副高活动异常又明显受ENSO循环的制约,因而关注赤道东太平洋海温及ENSO信息对福建汛期旱涝与降水分布趋势的预测具有重要意义。

东亚地区凝结加热的中期变动与西太平洋副高准双周振荡的关系

本文用ECMEF/WMO的2.5°×2.5°网格点资料对1980—1983年夏季月份的12次西太平洋副高中期进退过程进行了合成。用此合成场计算不东亚地区的凝结加热率,讨论了凝结加热的分布及其中期变动规律,以及其与西太平洋副高进退的关系。分析表明,由于热带西南季风气流涌入我国大陆引起的大陆东部地区凝结加热的变动是西太平洋副高进退的最直接动力,它是这一地区的加热场与东亚季风环流系统内部各成员之间的相互反馈过程中相互影响、相互制约的必然结果。

东亚夏季风雨带和西太平洋副高季节变化的耦合特征

利用NCEP/NCAR数据集中1950～1999年4～9月500 hPa位势高度和逐日降水率(PRATE)资料,通过奇异值分解,主要探讨了东亚夏季风雨带与西太平洋副高季节移动的耦合关系。分析发现,模态方差的大小只反映模态对整个分析时段和整个分析区域贡献的大小,但对某些时段、某些区域来说,方差较小模态的贡献很大;因而仅以模态方差贡献的大小来判定模态的重要性是不完全的,只有多个模态的配合才能比较全面地揭示两个场的耦合特征。结果表明:东亚夏季风雨带在不同地区的跳跃对应着西太平洋副高的三次突变,不同模态对三次突变有不同的贡献。

夏季季风降水凝结潜热释放效应对西太平洋副高形成和变异的影响

通过分析 1 998- 0 5～ 1 998- 0 8再分析资料 ,得知夏季西太平洋副高的准定常结构和瞬变结构有着显著的不同。月平均西太平洋副高中心为上升气流 ,逐日资料则表现出下沉气流 ,下沉气流主要是由西太平洋副高北侧雨带中降水潜热释放效应所致的上升气流在高空下沉产生的。据此认为夏季中国华东、华南地区的季风降水凝结潜热释放所致的上升气流在西太平洋副高中心区的下沉运动是西太平洋副高维持和发展的重要原因。将逐日西太平洋副高面积、西伸指数与对流降水率资料进行了滞后相关分析 ,结果表明西太平洋副高的西伸与外围雨带之间存在着显著的相互影响。

初秋西太平洋副高年际变化及其与我国气温的联系

利用中国160站气温资料和5项西太平洋副高（以下简称副高）特征指数资料,分析了1951~2010年初秋（9月）副高强度、面积、西伸脊点、脊线、北界的年际变化及其与我国气温的联系。结果表明：5项副高指数均存在明显的年际变化。副高强度和面积指数具有显著的线性增长趋势。西伸脊点、脊线和北界位置均无明显长期变化趋势。在年际尺度上,初秋副高西伸脊点位置、脊线和北界位置与我国同期气温异常关系密切。当副高西伸脊点位置偏东（西）,易造成我国青藏高原东部和川西地区、云南大部及华南部分地区同期气温偏低（高）;当副高脊线或北界位置偏北（南）,易造成我国长江流域及其以南广大地区,尤其是贵州大部和江南东部（浙闽一带）的同期气温偏高（低）。

东亚地区加热场对西太平洋副高东西进退影响的数值试验

用混合坐标系五层原始方程模式模拟了热带辐合带异常加热及江淮流域季风雨带异常加热激发的异常环流特征,进而分析了两个加热带对西太平洋副热带高压东西进退的影响。试验表明,两个加热带独立存在或共同作用都有利于引导西太平洋副热带高压西进,而上述两个地区异常冷却则促使西太平洋副热带高压退出东亚大陆。

北太平洋海温场的频谱特征及其对西太平洋副高的影响

谱分析显示赤道东太平洋海温距平场(SSTA)与北太平洋海温指数(PTI)具有相同的振荡周期,而西风漂流区SSTA除了具有低频37 个月的周期变化,还存在5个月和3个月的高频振荡。海温场的低频振荡中,赤道东太平洋SSTA振荡振幅比西风漂流区约大1个量级,位相提前约2个月.说明赤道东太平洋SSTA变化在整个北太平洋SSTA变化中领先且起主导作用。西太平洋副高的振荡周期在低频部分与赤道东太平洋SSTA和PTI一致,在高频部分与西风漂流区SSTA一致,说明西太平洋副高的长期变化受制于赤道东太平洋海温场,而短期变化则主要受西风漂流区SST变化的影响。