冬季南北半球际大气质量涛动与东亚冬季风异常联系的模式验证

南北两半球大气中高纬度之间的相互作用与季风等跨半球的天气气候系统存在着密切联系,由于涉及全球范围的大尺度环流与能量变化,其联系途径与机理受到学者们的广泛关注。本文结合ERA5再分析资料以及CMIP6中MPI-ESM1-2-HR模式历史输出资料,验证了冬季南北半球际大气质量涛动(Inter-Hemispheric atmospheric mass Oscillation, IHO)与东亚冬季风异常的联系及其对中国冬季气温的影响。研究表明,再分析资料以及模式结果均表明冬季IHO与东亚冬季风存在显著的正相关关系。IHO通过全球大气质量再分配与东亚冬季风建立起紧密的联系。当IHO为正位相时,大气质量在欧亚大陆北部异常堆积,而在中低纬地区异常亏损,这使得东亚地区海陆气压差明显增大,冬季风增强,同时对中国华中地区冬季地表气温具有显著影响;反之亦然。进一步分析发现,热带低平流层气温可以通过剩余环流调节臭氧含量经向分布进而影响南极对流层气温,从而对IHO年际变化起主要的驱动作用。

CMIP6模式大气中南北半球水汽质量反相变化:不同温室气体排放情景差异

在大气质量南北涛动季节变化过程中,水汽质量变化与干大气质量南北涛动时间序列存在明显的反位相变化关系。使用2015年1月—2100年12月的CMIP6资料分析4个温室气体排放情景下水汽质量季节循环特征,并与1958—2015年历史模拟试验对比,得到:半球水汽质量存在明显的季节循环特征,北半球水汽质量月平均值在冬季(DJF)达到最小,夏季(JJA)达到最大;南半球情况与之相反。无论是南半球或是北半球,与其他排放情景相比,SSP1-2.6(Shared Socioeconomic Pathway)情景下南、北半球水汽质量年变程最小。4个情景下冬、夏季水汽质量变化都比春、秋季剧烈。随着CO_(2)浓度的上升,SSP3-7.0情景下北半球水汽质量年变程最大,相比于历史模拟试验增加了26.49%,南半球则不同于北半球,SSP1-2.6情景后随着CO_(2)浓度的上升,水汽质量年变程也随之增大,在SSP5-8.5情景下达到最大。南、北半球水汽质量涛动的年变程随着CO_(2)浓度的上升而增大,在SSP5-8.5情景下达到最大,但增大的幅度减小。CO_(2)浓度变化对赤道附近水汽质量变化影响最为明显,且越靠近南极,水汽质量变化越小,但越靠近北极,夏季水汽质量变化比冬季越大。此外,CO_(2)浓度的上升会导致夏季水汽逐渐向北半球中纬度堆积。这些结论有利于更好地认识区域间水汽质量变化对CO_(2)浓度上升的响应,为未来有关降水的气候政策制订提供依据。

太平洋年代际振荡与南北半球际大气质量振荡及东亚季风的联系

众多研究表明,太平洋年代际振荡(PDO)与东亚季风以及我国气候的年代际异常存在显著影响,然而其影响途径及机制仍不明确.本文分别分析了年代际尺度上的太平洋年代际振荡(PDO)、南北半球际大气质量振荡(IHO)以及东亚季风的变化特征,据此建立了三者之间的关系,并进一步分析了它们对我国东部冬夏两季年代际气候异常的影响,所得主要结果包括:(1)PDO与IHO以及东亚季风强度具有明显的年代际波动特征,三者之间存在较好联系,其中它们在70年代和90年代后期处于负位相,而在80年代至90年代中期均处于正位相期.PDO和IHO对全球大范围的低层气温异常,以及大气质量迁移尤其是东半球30°S—50°N区域的质量变化具有显著并且空间一致的影响;(2)当PDO为正位相时,整层大气质量年代际异常呈偶极型的自东半球向西半球太平洋区域输出,造成了南北半球际以及海陆间大气质量迁移,同时引起Walker环流的上升和下沉支位置变化,以及越赤道大气质量流的向北异常输送,并由此建立起东亚季风与PDO和IHO之间的联系;(3)PDO年代际异常与冬夏季节蒙古地区地表气压变动存在密切联系.当PDO指数增强时,冬夏季850hPa均出现显著反气旋风场异常,并在我国东部形成异常北风,从而显著影响东亚冬夏季风强度变化.与之对应,PDO指数与我国东部大部分地区的站点气温、降水的年代际分量保持显著的同期相关.

南北半球平均温度年代际振荡的非均衡性及其对变暖显著性的影响

利用先进的信号检测技术——多窗谱方法(MTM),对1856～1998年的南、北半球月平均温度序列进行多种信号的检测、重构,系统对比了年代际振荡信号在南北半球、海陆表面及不同季节的差异,进而研究其对变暖显著性的影响。结果表明近150年来,南北半球平均温度变率中,变暖趋势占主导地位。但北半球年平均温度的变暖背景上还叠加着显著的40年、60～70年的准周期振荡,导致其线性增暖的显著性、稳定性都较南半球低,夏季尤为明显。海陆对比,海洋上年代际振荡信号较陆地明显,线性增温率略低于陆地, 但稳定性较高。值得注意的是,年代际振荡信号已在20世纪90年代中达到峰值,近期已开始下降,这有可能影响北半球未来气候增暖的速率。同时通过对海气耦合模式数值模拟结果的初步分析,表明观测到的增暖趋势与海气系统内部的自然变率无关,年代际振荡可能是海气系统的固有振荡。

南北半球副热带高压对赤道东太平洋海温变化的响应

本文利用１９７４年１月到１９９６年１２月重分析（ＮＯＡＡＮＣＥＰ－ＮＣＡＲＣＤＡＳ－１）全球５００ｈＰａ位势高度场资料，及同期赤道太平洋各海区ＳＳＴ资料，研究了南北半球副热带高压的变化特征及其对赤道东太平洋ＳＳＴ变化的响应。结果表明，全球副热带高压的变化及对ＳＳＴ的响应，在南北两个半球有很好的一致性。全球副热带高压强度的变化与超前３个月ＳＳＴ的正相关最为显著。对ＳＳＴ响应最强烈的区域主要在南北纬３０°之间的低纬，低纬地区局地ＳＳＴ对副热带高压也有强烈的影响。从１０°到３０°纬度，对ＳＳＴ的响应分别落后于赤道２～９个月．在中、高纬大气环流的响应表现为波列特征，对暖ＳＳＴ及冷ＳＳＴ的响应波列基本相反，但对暖ＳＳＴ的响应更为显著。海温和副热带高压的月际持续性有明显的季节变化，副热带高压９－１０月的相关障碍可能与ＮｉｎｏＣ区ＳＳＴ８－９月的相关障碍低点有关。

涡动在南北半球平流层极涡崩溃过程中作用的比较

比较了南北半球春季平流层极涡的崩溃过程以及涡动在此崩溃过程中的作用。极涡的崩溃时间以平流层极夜急流核区最后一次西风转换为东风的时间来确定。结果表明南北半球平流层极涡的崩溃过程有着共同的特点,涡动和非绝热加热过程都对极涡的崩溃起着重要的作用,在极涡崩溃前平流层行星尺度波动活动明显,极涡崩溃以后,这种波动活动便迅速减弱。其中从对流层上传的行星波决定着极涡的具体崩溃时间。两个半球的差别主要表现在南半球极涡崩溃过程一般始于平流层高层,然后逐渐下传,而北半球这种下传不是很明显。其次,北半球平流层极涡崩溃偏晚年,极涡的减弱有两次过程,第一次为快速变化过程,第二次变化比较缓慢,而南半球平流层极涡崩溃无论早晚年只有一次减弱过程。长期的变化趋势分析表明南北半球平流层极涡的崩溃时间逐渐推迟,特别是20世纪90年代中后期以来,这种推迟更加明显。进一步的研究还发现,伴随着平流层极涡的崩溃过程平流层和对流层存在强烈的动力耦合,南北半球极涡迅速减弱前,各自半球的环状模指数也由负指数增加为正指数,表明低层环流对于平流层极涡的崩溃起到重要的作用;同时极涡不同强度所对应的低层环状模指数也不同,这可能与不同强度平流层极涡对于上传的行星波的反射有关。

春季欧亚大陆积雪对春夏季南北半球大气质量交换的可能影响

本文基于春季欧亚雪盖资料与大气再分析资料的奇异值分解(SVD)分析结果,结合数值试验,研究了春季欧亚大陆积雪变化与春、夏季南北半球大气质量交换的联系。研究表明,当春季欧亚积雪异常偏多时,同期欧亚大陆中高纬大范围地区的地面气温异常偏低,这种冷却效应可能持续至夏季,同时,冷空气的堆积造成了欧亚大陆地表气压(气柱大气质量)的增加,并且对应了夏季北半球大气总质量的异常上升,而南半球大气质量却明显下降。分析发现,春季欧亚积雪异常与夏季南北半球际大气质量涛动存在显著的滞后相关,而且前者还与同期及后期包括索马里急流和对流层上部80°E^120°E区域高空急流在内的多处越赤道气流变化联系密切。从数值模拟结果分析发现,以改变春季初始积雪状况作为驱动,欧亚大陆中高纬地区的低层大气环流出现了显著响应,即当积雪增加时,同期及其后夏季地面气温显著降低,并且冷异常区域对应着气柱质量的异常升高。

南北半球台风形成的物理场特征对比分析

以南半球7619热带风暴和北半球8111号台风为例,对台风生成前后台风生成区附近的低空大尺度纬向流场的变化及越赤道气流强度的变化进行分析和计算,并对台风生成区大气层结的温湿场分布、大气低层涡度场的逐日变化和对流层上下层的风垂直切变场逐日变化进行计算。同时进行南北半球台风对比分析,找出了南北半球台风生消时段大尺度环流和台风生成区大气物理场的共同特征和相同的天气变化机制,分析表明台风生成的决定性因素是低层大尺度流场对台风生成区辐合的加强,致使水平切变急剧增大的结果。由此提出一个生消诊断公式,讨论了用天气学方法定量预报台风生消的可能性。

El Nio事件发生对南北半球大气环流异常的对称及非对称性影响及其机理分析

利用合成分析方法,分析了1971~2003年间7个El Nio事件发生时南、北半球大气环流异常的对称与反对称特性。分析结果表明,El Nio事件发生期间,在热带地区15°S^15°N大气环流异常以对称性为主,但也有一定的反对称分量:高度场异常和纬向风异常的对称性较强,而经向风异常的反对称较强;同时在El Nio事件演变的各阶段,高度场异常和纬向风异常的变化较明显,而经向风的变化较小,高度场和风场异常在低层(700hPa)和高层(200 hPa)呈明显的反位相分布。并且,为探讨El Nio事件对南、北半球大气环流异常的非对称性影响的机理,本研究进一步利用ERA-40逐日资料,应用Hough函数分析了El Nio事件发生期间这些赤道波动的演变特征。结果表明,El Nio事件发生期间,热带地区大气环流异常对称性较强的主要原因是对称性Rossby波异常较强,而Rossby重力混合波异常对经向风场的反对称分量有重要作用;并且,研究结果还表明,在ElNio事件发生期间,热带东太平洋的海温正异常能够激发由对称性Rossby波和Kelvin波组成的Gill型环流异常。此外,分析表明Hough函数在分析热带大气波动的对称性及反对称性上具有明显的优越性。

北半球冬季南北半球环流同时变化的主要模态及其与ENSO的联系

采用NCEP/NCAR再分析资料、NOAA全球海温重建资料及CPC的ENSO指数和CMAP降水资料,从南北半球环流协同变化的角度,利用SVD（Singular Value Decomposition）方法揭示了南北半球环流同时变化的主要模态及其与ENSO的联系。结果表明：存在南北半球的同时变化模态（BHCM）,其可由海平面气压场（SLP）的SVD分析的第一模态（SVD1）表示。BHCM可解释南北半球SLP总协方差的57.36%,且其存在显著的3~5年变化周期及长期趋势。SVD1揭示的长期趋势显示出海表气压异常在赤道中东太平洋升高而在西太平洋及热带印度洋地区下降,利于1998年后异常东风加强,不利于El Ni？o事件的频繁发生。BHCM的空间分布在热带地区关于赤道大致对称,而在北半球中纬度纬向扰动非常明显,在南半球则与AAO密切相关。在年际时间尺度上,此模态与ENSO存在紧密联系。赤道海温异常可强迫南北半球大气作出响应,反过来,南北半球环流的共同变化亦可能对El Ni？o/La Ni？a事件产生影响。北半球冬季时,与BHCM相关的全球降水和气温存在显著异常,当BHCM处于正位相,中国东部及东亚其他区域降水偏少、气温偏低。这些结果有助于人们进一步加深对南北半球环流相互作用变化规律和机理的认识。

大气环流变化时南北半球、东西半球对流层与平流层研究

本文利用 1979年 FGGE b资料研究了 1～ 7月对流层大气环流季节变化及变化期间南北半球、东西半球、对流层与平流层之间的关系 .分析指出 :对流层季节变化的量变是从 3月底、4月初开始的 .平流层的爆发性增温使这一量变过程提前了 ;北半球大气环流的季节变化都与南半球的环流变化相联系 ,反之亦然 .平流层的任何一次环流变化都为对流层的季节变化提供了量的积累 .

树轮与冰心反映的南北半球高海拔地区温度变化之遥相关

计算发现北半球高海拔地区树轮重建的温度序列和具有温度指示意义的祁连圆柏树轮宽度年表均与南半球Quelccaya冰心δ^(18)O序列年际间显著相关,r=0.13~0.22(p<0.0001)。40年滑动平均后,序列之间相关关系大幅度提高,甚至高达0.74(p<0.0001)。树轮宽度和冰心δ^(18)O不同的记录载体传达了共同的信息:南北半球高海拔地区温度变化存在很强的高频和低频振荡遥相关关系。

地球南北半球判断法

地理复习中经常涉及到地球南北半球的判断问题，判断的正确与否会影响到一系列后续问题的解答。由于地球南北半球的地理特性和现象有很大不同，判断的时候一不留神就会出错，有什么好办法可以解决这个问题吗?

南北半球大气定常波的相互对应关系

本文利用NCEP/NCAR的月平均高度场资料,计算了全球各层月平均纬向偏差,分析结果表明,在对流层普遍存在着南北半球的奇对称现象,在4月和10月,这种对称性特别明显;在对流层低层,南半球的定常波动强度明显大于北半球,但在对流层中层,北半球的波动强度明显大于南半球,且南北半球都在冬季时达到最大振幅,在南半球全年和北半球的冬季,极区附近偶极子特征明显,在上半年,北半球偶极子按逆时针转动,而南半球则顺时针转动,在下半年,则情况相反。

基于经验模式分解的太阳南北半球黑子面积的Rieger-type周期相位分析

采用经验模式分解技术研究了从第12到第24太阳活动周黑子面积数据中的Rieger-type周期,以及它们在南北半球上的相位关系。研究发现:(1)Rieger-type周期尺度以及时间尺度在两个半球上是不一样的,从而导致了半球分布的不对称性;(2)平均Rieger-type周期在北半球上的周期长度略大于南半球上的;(3)占主导地位半球的Rieger-type周期的相位不一定是超前的,半球Rieger-type周期尺度相近的也并不一定是相关性强的。

南北半球判别法

一、根据地球自转方向判断由于地球自西向东自转,从北极上空看,地球是逆时针方向转动的;从南极上空看,则是顺时针方向转动的。因此,在极地地区俯视图上,如果地球自转方向呈逆时针,为北半球(如图1);如果地球自转方向呈顺时针,为南半球(如图2)。

基于Cluster观测的磁尾场向电流在南北半球投影位置的分布

利用Cluster四颗卫星的磁场探测数据计算磁尾场向电流并投影到极区电离层,研究其投影位置在南北半球的分布规律,统计过程中去除了强磁暴(磁暴主相Dst<–100 nT)期间的场向电流事件。结果显示:磁尾场向电流事件在极区投影位置的纬度分布具有明显的南北半球不对称性,北半球为单峰结构,南半球为双峰结构。在北半球投影到较低纬度(<64°)的场向电流事件数目明显多于南半球,并且所能达到的最低纬度更低;在南半球投影到较高纬度(>74°)的场向电流事件数目明显多于北半球,并且所能达到的最高纬度更高。地磁平静条件下(|AL|<100 nT),磁尾场向电流密度随磁地方时(MLT)呈递增趋势,这一结果与低高度卫星在极区对I区场向电流的探测结果符合很好。研究结果表明,磁尾场向电流投影位置的纬度分布呈现出明显的南北不对称性,这与南北半球磁尾场向电流的空间分布以及磁层中磁场结构具有密切关系。

南北半球判断八法

1．根据全球气温的分布规律判断如果气温由南向北递减,为北半球;如果气温由北向南递减,为南半球。 2．根据赤道判断赤道以北为北半球,以南为南半球。 3．根据纬度变化的规律判断纬度数向北递增,为北半球,纬度数向南递增,为南半球。