2022年5月欧亚大陆中高纬度地区“三极子”型异常气温的特点和成因

2022年5月,欧亚大陆中高纬度地区出现了“三极子”型的异常表面气温(Surface air temperature,SAT),东欧和东北亚偏冷,欧亚大陆中北部偏暖,是2000年以来5月最明显的一次气温异常。基于多种资料和方法,本文探讨了此次“三极子”型异常气温的特点和成因。结果表明:“三极子”型异常SAT在5月15—27日期间最显著,与“三极子”型的异常大气环流密切相关,偏暖(冷)处受到了异常高(低)压和异常偏南(北)风的影响,欧亚大陆中北部(东欧)还受到了异常下沉(上升)运动和净热通量正(负)异常的影响,东北亚较弱的异常环流可能是该处SAT异常较弱的原因。比较不同物理过程对三极子各区域SAT异常的贡献,发现异常温度平流(异常经向风对气候态温度的平流)在“三极子”型异常SAT的形成中贡献最大,贡献率分别为40.5%、18.7%和17.7%。“三极子”型异常环流与两支波列有关。里海以北和中纬度北大西洋东部分别在5月9—10日和15—17日期间有与低层辐合异常和高层辐散异常相关的异常上升运动,导致降水异常偏多。线性斜压模式结果证明,降水导致的潜热释放在对流层形成的异常热源可以激发出欧亚大陆上的“三极子”型环流。

分析三极子天线导向矢量平凡模糊问题的简便方法

研究简化三极子天线导向矢量平凡(秩-1)模糊问题的分析。基于对2个矢量进行相同满秩变换并不改变两者之间的线性无关性,证明了坐标系旋转并不影响导向矢量平凡模糊问题。通过坐标系的旋转,使分析信号入射方向与新坐标系的x轴重合,而潜在模糊信号传播矢量落于相应xy平面内,使三极子天线信号导向矢量即极化-角度域相干结构具有简单形式。理论分析和计算机仿真均表明,利用简便方法得到的平凡模糊发生条件的结论,与基于最小均方误差算法的自适应三极子天线信干比恶化的几种情况完全吻合。

曲线三极子频率选择表面单元

设计了一种新型小型化宽带频率选择表面单元——曲线三极子单元,该单元外形轮廓为圆弧组成的曲线,相对于谐振波长尺寸小,可以三角形方式紧密排列,单元间距小,可调参数多,可设计性好,能够用于带阻型、带通型不同频段、不同带宽的频选表面。基于该单元给出了一个三屏频选的设计实例,实例表明,采用曲线三极子单元的频选表面带宽宽,角度稳定性好,透波率高,有效抑制栅瓣和二次谐振,改进了带外抑制性能。

太平洋海温三极子对中国东北地区春玉米气候产量的影响

利用1949—2018年玉米产量数据、NCEP再分析资料、帕尔默干旱指数、标准化降水蒸散指数、土壤含水量和SST等,分析了太平洋海温三极子对中国东北地区春玉米气候产量的影响。结果表明:东北地区春玉米气候产量与收获当年1—5月的太平洋海温三极子存在显著相关,太平洋海温三极子能够通过太平洋上空的遥相关型影响东北地区春玉米播种出苗期和全发育期的区域环流场,进而影响区域降水、土壤含水量、帕尔默干旱指数和标准化降水蒸散指数等与东北地区春玉米气候产量密切相关的因子。当太平洋海温三极子增强时,太平洋上空会形成类似Rossby波列结构的遥相关型,在东北地区高空产生负涡度异常,有利于上升气流的形成和降水的增加。太平洋海温三极子也有利于在低层形成从西北太平洋向东北地区的东南风异常,通过水汽传输进一步增强东北区域降水。

基于累积量的极化敏感阵列信号DOA和极化参数的同时估计

本文研究极化敏感阵列非高斯窄带信号二维波达方向 (DOA)和极化参数的同时估计问题 .所考虑的极化敏感阵列包含一个特定子阵 ,该子阵由空间稀疏伸展三极子天线和两个导引阵元组成 .分析了 3维极化 角度域相干结构的平凡模糊问题 ,对利用并行累积量ESPRIT分别恢复出的信号 3维极化 角度域相干结构和空域相干结构信息进行联合完成了非线性极化信号二维DOA和极化参数的同时估计 .

多信号极化与到达角估计算法

论述了一种基于子空间方法的多信号极化与到达历估计问题的算法。该方法采用了三极子天线均匀线阵，利用子阵列输出信号数据矩阵中包含的信号空间的不变结构，用矩阵柬方法求解出信号极化与到达角的估计值并自动进行参数的配对，避定．了参数的多维搜索配对过程。数值仿真的结果证实了该方法的有效性。

中亚地区冬季极端降雪增加与北大西洋两类海温模态增强的联系

利用气候预报中心(CPC)提供的1979-2018年日降水数据,欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的全球再分析数据及美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的海温数据分析了中亚地区极端降雪的时空演变特征及其与北大西洋海温的联系,并通过地球系统模式CESM1.0.4的CAM5.1模块进行敏感性试验验证.结果表明:中亚地区冬季极端降雪空间分布极不均匀,极端降雪主要发生在哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦和北疆地区,乌兹别克斯坦、土库曼斯坦和南疆的沙漠地区极端降雪较少;四个极端降雪指数在中亚和各个气候区均表现为显著的增加趋势,其中,以天山山脉为代表的南部关键区年际变率最大.中亚南部关键区极端降雪频次增加对应沿着北大西洋急流和亚非急流的两支波列增强,其波源位于副热带北大西洋和热带北大西洋,并对应北大西洋"一致型"和"三极子型"两类海温模态.自2000年以来,增加的(副)热带海温及两类模态指数均有助于亚非急流入口西伸,并与北大西洋急流对接,加强了波源区能量沿两支急流向下游频散,并增强了两支波列,进而导致巴尔喀什湖一带的气旋异常和阿拉伯海北部的反气旋异常加强,二者增强了来自阿拉伯海的西南水汽输送以及中亚南部地区的辐合,有助于2000年以来的极端降雪增加.CESM模式结果较好地验证了北大西洋副热带和热带地区海温通过波列和涡旋异常对极端降雪的影响.

北大西洋海温对宁夏春末夏初降水影响及成因研究

利用宁夏20个气象站月降水资料、NCEP/NCAR再分析大气资料,以及Hadley中心海表面温度资料,采用经验正交分解、合成分析和典型相关分析等方法,分析了北大西洋海温异常与宁夏春末夏初4—6月降水异常的关系及其年代际变化。发现北大西洋海温异常与宁夏4—6月降水之间的相关关系自1961年以来总体呈持续增强趋势,20世纪80年代之前关系不显著,之后相关关系持续显著。20世纪80年代以来,前期冬、春季北大西洋海温异常可引起宁夏4—6月降水异常,但各月异常存在差异。对应“三极子型”海温异常正(负)位相,宁夏4月降水偏多(偏少),5月偏少(偏多),6月北少南多(北多南少)。进一步揭示出北大西洋海温异常通过引起北半球欧亚中高纬大范围显著异常波列而影响宁夏降水异常的过程机理,并指出该异常波列从春到夏季节转换中向北推进演变引起了各月降水异常差异的原因。前期持续异常的北大西洋“三极子型”海温异常正位相,4月在对流层中上层引起的异常波列在乌拉尔山东部和我国东部—日本海地区形成显著负、正异常中心,宁夏正好受该“西低东高”异常环流型影响,低层850 hPa异常偏南风,有利于输送南方暖湿气流,降水偏多。5月、6月随着北半球季节由春到夏季转换,异常波列向北发展推进,5月我国东部—日本海地区的高度场正异常中心向北移至贝加尔湖以南地区,宁夏受其控制,低层异常风场辐散,降水偏少。6月贝加尔湖以南地区的高度场正异常中心继续向北移到贝加尔湖以北地区,并与我国东部正异常区分裂,形成两个正异常中心,使得宁夏北部受“北高南低”高度场异常影响,而南部受“西低东高”控制,低层宁夏北部异常偏东北风,气流辐散,宁夏南部弱异常偏南风,气流辐合,有利于6月宁夏降水北少南多。对于北大西洋“三极子型”海温异常负位相则相反。研究结果为深入理解宁夏春末夏初降水异常成因及预测提供了科学参考依据。

1979—2020年京津冀地区持续雾霾与雾霾少发时段环流稳定分量对比分析

利用1979—2020年NCEP-DOE再分析资料,基于EOF分解方法提取京津冀地区持续雾霾和雾霾少发时段的环流稳定分量,对比分析其空间结构和演变特征。结果表明:京津冀地区持续雾霾时段的位势高度场稳定分量中存在一个明显的“三极子”结构,雾霾少发时段该“三极子”结构呈反位相分布。欧亚大陆中纬地区风场稳定分量存在的带状偏强西风距平和中低纬较强的波列,使京津冀地区处于少冷空气活动的偏暖状态,有利于持续雾霾天气的维持。欧亚大陆为较强的经向环流特征时,京津冀地区多处于雾霾少发时段。更长时间尺度(60 d)稳定分量中“三极子”分布形势仍大致存在,为持续雾霾天气提供了有利的环流背景。稳定分量的变化特征表明,持续雾霾时段较雾霾少发时段,稳定分量在雾霾天气发生前期具有更明显且持续性较好的前兆信号。

中国东部夏季暴雨的年代际跃变及其大尺度环流背景

本文利用1960-2011年中国东部地面测站的逐日降水资料和JRA-55再分析资料探讨了夏季暴雨分布的年代际跃变及其相关联的大尺度环流异常特征。基于暴雨频数和占比（夏季暴雨占比是指5-8月暴雨降水量对总降水量的贡献百分比）的分析结果表明：中国东部夏季暴雨分布在20世纪70年代末和90年代初经历两次反相的经向＂三极子＂跃变。中国东部夏季暴雨的年代际演变过程可分为三个时段：1960-1979年为华南和华北暴雨偏多、江淮流域暴雨偏少的经向＂三极子＂分布;1980-1991年为南方和华北暴雨偏少、江淮流域暴雨偏多的经向＂三极子＂分布;1992-2011年为南方暴雨显著偏多、华北暴雨持续偏少,逐渐形成经向＂偶极子＂分布,并导致近十多年我国夏季＂南涝北旱＂的整体格局。1970年代末（1990年代初）跃变相关联的大尺度环流异常配置：东亚夏季风的减弱（增强）,西太平洋副高的增强西伸但南撤（北抬）,南亚高压的减弱南缩（增强东扩）,以及蒙古高原中低层的气旋式（反气旋式）环流异常。与此同时,低层局地环流也发生调整：华北和黄淮地区以及华南和江南地区均为反气旋式（气旋式）环流异常,而江淮流域和四川盆地受控于风场切变式辐合（辐散）异常;涡度场发生相应变化,南北方大部分地区的负（正）涡度异常不（有）利于低涡的发展,而江淮流域和四川盆地的正（负）涡度异常有（不）利于低涡的发展,进而引发江南和华南暴雨减少（增加）、江淮流域和四川盆地暴雨增加（减少）、黄淮和华北暴雨减少（增加）的经向＂三极子＂跃变。

亚洲夏季风水汽输送的年际年代际变化与中国旱涝的关系

利用1958～2002年的NCEP-R1和ERA-40逐日再分析资料以及中国160站点月平均降水资料探讨了亚洲夏季风水汽输送的年际年代际变化及其与中国降水异常的关系．分析结果表明，亚洲夏季风水汽输送和中国夏季降水的异常主模态呈现显著的准两年变化周期．当南亚夏季风纬向水汽输送偏强（弱）时，东亚一西北太平洋地区水汽输送的偶极型异常有利于长江中下游地区和江淮流域的水汽辐合负（正）异常与华南和华北地区的水汽辐合正（负）异常，从而引起中国东部的经向三极子雨型，即长江中下游地区和江淮流域的偏旱（涝）与华南和华北地区的偏涝（旱）．1970s年代末之后，亚洲夏季风水汽输送的年代际减弱与西北太平洋地区水汽输送的偶极型异常相配合，导致长江中下游地区的持续偏涝与华南和华北地区的持续偏旱．从中国夏季降水异常与水汽通量辐合异常的同相对应关系来看，ERA．40资料对亚洲夏季风水汽输送年际年代际变化的描述能力强于NCEP-R1资料．

2017年汛期气候预测先兆信号的综合分析

2017年夏季(2017年6—8月),全国平均降水量348.6mm,较常年同期(322.6mm)偏多8.1%,呈现南、北两条多雨带。东亚夏季风偏弱,西太平洋副热带高压显著偏强,脊线位置偏南;欧亚中高纬呈现"两槽一脊"环流型,贝加尔湖地区为正距平控制。赤道中东太平洋海温从前冬冷水向春、夏季暖水发展,20世纪80年代以来容易出现南方多雨的Ⅳ类雨型,夏季贝加尔湖阻塞高压发展。2017年赤道中东太平洋海温从前冬冷水向春、夏季暖水发展,春季北大西洋三极子正位相和2016年欧亚积雪从秋到冬的减少,均有利于夏季贝加尔湖阻塞高压发展,这是夏季主要多雨带位于长江以南的重要前兆信号。

中国夏季气温变化的主模态及环流特征分析

根据逐月气温资料、NCEP/NCAR再分析资料,利用EOF分解和合成分析等统计方法,探讨了中国夏季逐月气温持续变化的主要模态及同期的大气环流特征。结果表明中国夏季气温变化可分为三个主要的模态:第一模态为全国一致型(UM),当时间系数为正(负)时,6-8月气温为全国一致偏高(低),UM型具有明显的年代际变化特征,20世纪90年代中期以前以一致偏低为主,以后以一致偏高为主;第二模态为南、北与中间反位相的三极子型(TM),当时间系数为正(负)时,6-8月东北、内蒙古、新疆、河套地区以及江南、华南气温偏高(低),而长江流域、黄淮等地气温偏低(高),其中以8月低(高)温范围最大。TM型同时具有明显的年代际和年际变化特征,在20世纪80年代以前以负位相为主,以后以正位相为主,但近些年年际信号增强且振荡明显。第三模态为长江以南与以北反位相的偶极型(DM),当时间系数为正(负)时,6月东北地区、内蒙古及河套北部、新疆北部气温偏低(高),以南的大部地区偏高(低),至7、8月偏低(高)气温范围明显南扩,但分界线止于长江沿线。进一步诊断发现,造成中国夏季逐月气温持续性变化的不同模态对应不同的环流特征。UM型气温模态主要受到东亚上空持续而深厚的高度场距平趋势的控制,大陆高压的强弱起到重要作用;气温TM型对应着环流场的三极子型分布,与东亚-太平洋遥相关型波列有关;DM型气温模态与东北冷涡活动的位置和强度及西太平洋高度场强度有关。

太赫兹波段复合型FSS带通滤波器的分析与设计

利用谱域法对频率选择表面(frequency selective surface,FSS)结构进行理论分析,设计了中心频率为0.338 THz工作在大气通信窗口的复合型FSS带通滤波器。该滤波器是对圆环槽单元滤波器进行改进,增加了三极子单元,通过研究结构参数对滤波性能的影响关系,进行结构优化。实验表明,该滤波器综合滤波性能更好,3 d B带宽可以达到69.5 GHz,回波损耗小于-13.46 d B,带内插入损耗小于0.45 d B,带内纹波低到0.1 d B,且通带平坦,有较好的带外抑制和矩形系数,边带比较陡峭。同时该滤波器在不同极化波和相同极化波不同入射角度入射时都有很好的频率稳定性,能有效地用于太赫兹通信。

辽宁省秋季降水对前期海洋和大气信号的遥响应

为了探讨前期海洋和大气的何种信号对辽宁省秋季降水产生影响,为辽宁省秋季气候预测业务提供理论支持.利用1961—2012年辽宁省53个气象站月平均降水资料和NCEP/NCAR再分析月平均位势高度场、海平面气压场资料及由NOAA重构的月平均海温场资料,分析了辽宁省秋季降水的异常特征.通过相关分析方法,寻找海洋和大气中影响辽宁省秋季降水的前期信号;并采用多元回归方法建立了预报方程.结果表明:1961—2012年辽宁省秋季降水EOF第一模态在空间上表现为全省一致的异常特征,且辽宁省秋季降水随时间呈减少的趋势.前期5、7月和8月北大西洋海温三极子、5月热带印度洋偶极子和5月北太平洋涛动对辽宁省秋季降水全区一致的模态具有较好的指示意义,可作为辽宁省秋季降水的预报因子.北大西洋海温三极子、热带印度洋偶极子和北太平洋涛动呈正位相时,辽宁省秋季降水全区一致偏多,反之秋季降水全区一致偏少.

热带印度洋-太平洋三极模态的理论探讨

热带太平洋的厄尔尼诺-南方涛动(El Ni o-Southern Oscillation,ENSO)现象是过去几十年里海洋与气候研究的重点.随着近年来印度洋偶极子模态(Indian Ocean Dipole,IOD)的提出,热带印度洋中的短期气候变化也逐步被重视.然而,人们对这些现象的研究更多的是局限在单个的海盆之内,而不是将其作为一个整体来思考.观测表明,在年际间尺度上,热带印度洋和热带太平洋的海表温度异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)和海表高度异常(Sea Surface Height Anomaly,SSHA)等物理量的有着很明显的反向变化趋势.对这种反向变化可以给出一个简单的解释:由于双圈沃克环流在暖池区幅聚上升,海表风场在热带印度洋为西风,在热带太平洋为东风;它们通过驱动海水的上翻使得热带西印度洋与东太平洋SSTA变冷,SSHA变低,同时也通过暖水的堆积使得暖池区SSTA升高,SSHA增加.这样就在整个热带印度洋-太平洋地区形成了一个SSTA和SSHA的三极子结构.随着热带印度洋-太平洋上空沃克环流圈的增强或减弱,两个海洋之间的反向梯度关系也会随之做相应的调整,并通过梯度与沃克环流之间的正反馈作用得以维持.这一振荡模态被称为印-太三极子(Indo-Pacific Tripole,IPT).本文将通过资料分析和一个简单的概念模型来讨论IPT模态的发展和变化机制,并着重考虑ENSO与IOD对IPT模态的影响.该模型包含了最基本的海洋与大气的物理变量和他们之间的相互作用,可以为更深层次地理解和研究热带地区短期气候变化提供重要参考.

2020年湖北梅雨异常特征及成因分析

利用湖北省梅雨监测资料、国家气候中心新百项指数和NCEP/NCAR环流资料,分析了2020年湖北梅雨异常特征及其成因。结果表明:(1) 2020年湖北梅雨持续时间异常长,为54 d,仅次于1996年;梅雨量异常多、强度强、雨日率大,均为1961年以来第1位。(2)高空西风急流、副热带高压、夏季风系统的冬夏调整季节性进程早,是造成湖北入梅早的主要原因。西风急流和副热带高压在7月下旬北跳,较常年时间偏晚,导致了出梅晚。入梅早、出梅晚,梅雨持续时间异常长。(3)在前冬El Ni?o事件、春夏热带印度洋海温偏暖和北大西洋三极子负位相的共同影响下,欧亚中高纬经向环流发展,冷空气活跃,副热带高压强且位置稳定,西侧水汽输送强,冷暖气流在长江中下游交汇,造成湖北省梅雨量异常偏多。

2019年山东夏季降水异常特征及成因分析

2019年夏季山东平均降水量为414.6 mm,较常年偏多3.0%。降水过程较少,时空分布不均,降水偏多主要是由台风“利奇马”影响所致,如果去除台风降水,夏季平均降水量较常年偏少41.8%。夏季西太平洋副热带高压持续偏强、偏西、偏南,配合欧亚中高纬的“两槽一脊”环流型,是去除台风影响后造成山东夏季降水明显偏少的直接原因;2018年9月至2019年6月的厄尔尼诺事件和热带印度洋海面温度的持续偏高对西太平洋副热带高压偏强、偏西、偏南起到重要作用;北大西洋海面温度三极子持续的正位相与贝加尔湖高压脊偏强有着密切联系。

TD-SCDMA A频段交叉耦合腔体滤波器的设计与实现

TD-SCDMA采用的是TDD工作方式,收发采用相同的频带,由于PHS的存在,A频段带宽为1 880～1 900 MHz,体积有严格要求110 mm×75 mm×30 mm,难点是在此体积下实现带内最大插损小于0.9 dB,插损纹波小于等于±0.3 dB,回波损耗大于18 dB的设计要求,带外抑制要求S21<-75 dB@1 920 MHz,S21<-25 dB@1 865 MHz,采用六腔体带双重三极子的交叉耦合设计,测试结果与设计结果吻合良好。

东亚经向波列对中国中东部盛夏气温的影响

利用1980-2008年CN05月平均地面气温格点资料和NCEP/NCAR再分析资料,首先分析了中国中东部7月地面平均气温的变化特征,得到3个主要模态,其方差贡献率分别为44%、17%、11%,其中第1模态显示了江淮、华北和东北地区近30年来地面平均气温的线性升高趋势;第2模态显示了江淮-江南地区与东北东部地区的"偶极子"型反位相分布特征,第3模态显示了华北-黄淮地区与华南和东北地区的"三极子"型分布特征。由于前人已对第1模态做了详细讨论,本文主要分析第2和第3模态。分析结果显示,东亚经向波列对"偶极子"型和"三极子"型有以下重要影响:当东亚西太平洋地区的经向波列整体偏北时,易出现第2模态的"偶极子"型特征,当该波列整体偏南时,有利于出现第3模态的"三极子"型特征;当中国华南沿海、台湾地区附近对流活动偏弱时,有利于对应第2模态的负位相的经向波列出现,反之亦然。在关于第2模态正负异常年的合成场中,850 h Pa上东亚沿海的波作用通量在低纬度地区主要是向北传播的,而300 h Pa上波作用通量在低纬度以北传为主,中纬度以东传为主,但低纬度的对流加热异常情况及北传的波作用通量对于第3模态不明显。