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。

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。

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.

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.

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。

海河流域盛汛期旱涝急转事件及其与大气环流异常的关系

利用1958—2012年海河流域30个气象站月降水资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料及1974—2012年月平均向外长波辐射资料,分析了海河流域盛汛期旱涝急转事件及其与大气环流异常的关系。结果表明,南亚高压和西太平洋副高在盛汛期的月际振荡是海河流域旱涝急转形成的一个重要原因。涝转旱年及旱转涝年涝期对应于"西低东高"的流型(海河流域上游为低槽区,下游为高压区),冷暖空气活跃且易于较长时间在流域交绥,低层水汽输送较强且有正涡度异常,高层辐散和上升运动偏强,流域多雨偏涝;旱期则对应于"西高东低"的流型,西风带环流较为平直,低层有负涡度异常且水汽输送偏弱,高层辐散和上升运动偏弱,海河流域因而少雨偏旱。海河流域旱急转涝(涝急转旱)事件易发生在南亚夏季风偏弱(强)的背景下。海河流域盛汛期旱涝急转与初汛期流域上空气压场强度以及北太平洋涛动(NPO)、南半球环状模(SAM)存在显著的正相关,上述因子可能是旱涝急转事件的前期信号。

全球大气／热带太平洋耦合距平模式中由ENSO增暖引起的全球大气环流异常

本文利用全球大气／热带太平洋耦合距平模式模拟了一次类似于实际的ＥＮＳＯ增暖过程，并对由ＥＮＳＯ增暖引起的海洋和全球大气环流异常的主要特征进行了分析，指出：耦合模式中的ＥＮＳＯ增暖在热带地区主要伴随着赤道中西太平洋Ｗａｌｋｅｒ环流的减弱、中东太平洋气压降低以及表层辐合上升运动的增强；夏季和冬季低纬环流异常具有明显的差异性，夏季主要表现为印度夏季风环流的显著减弱和东亚季风的增强，而冬季则主要表现为赤道所有纬向环流圈均减弱；温带大气环流异常冬夏季也具有明显不同特征，夏季温带大气异常主要限于东半球，且发源于亚洲季风区，和赤道中东太平洋海温异常似无直接联系，但冬季温带大气异常则主要是发源于海温异常区的波列响应，反映了海温异常直接热力强迫的结果。另外，本文对耦合模式中的温带大气环流异常产生的可能机制也进行了讨论。

新疆夏季变湿的大气环流异常特征

利用1961—2003年NCEP／NCAR再分析资料和中国气象局整编的新疆夏季（6～8月）月降水量资料，分析了新疆夏季1971—1986年干旱期和1987—2003年湿润期的大气环流变化异常特征。结果表明：在平均环流场上，中亚-巴尔喀什湖槽及上下游地区脊的增强是新疆地区夏季变湿的环流场特征之一，且中亚-巴尔喀什湖槽随高度增加强度明显增强，200 hPa达到最强；源于低纬阿拉伯海向北直至中亚对流层低层偏南的强气流是湿润期环流异常、降水增多的又一特征，也是水汽重要来源之一；中亚上空高空急流轴南压是新疆夏季湿润期与干旱期高空急流最重要的差异特征。

华北夏季降水年代际变化与东亚夏季风、大气环流异常

利用华北夏季降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,对华北夏季降水、东亚夏季风年代际变化特征及大气环流异常进行研究,发现一些有意义的结果:华北夏季降水变化存在明显的8a、18a周期,东亚夏季风变化18a、28a周期性比较明显,二者年代际变化特征明显,但华北夏季降水变化和东亚夏季风变化的周期不完全一致.华北夏季降水量变化在60年代中期发生了突变,东亚夏季风变化在70年代中期发生了突变.华北夏季降水与东亚夏季风变化存在很好的相关关系,强夏季风年,华北夏季降水一般偏多,弱夏季风年,华北夏季降水一般偏少,但又不完全一致.东亚夏季风减弱是造成华北夏季降水减少的一个重要因素,但不是唯一因素,华北夏季降水减少还与环流异常密切相关.在地面上,青臧高原地区、华北地区气温下降造成华北低压系统活动减少,不利于降水.在850 hPa层上,东亚中纬度的西南季风和副热带高压南部的偏东风、西北部的西南风异常减弱,使得西南气流输送水汽很多难以到达30°N以北的地区,而副热带高压西部外围偏东南、偏南气流输送到华北地区的水汽也大量减少,水汽不足造成华北夏季降水偏少.在500 hPa高度场上,80年代欧亚遥相关型表现与50年代相反,变为欧洲(+)、乌拉尔山(-)、中亚(+)形势,这种环流使得乌拉尔山高压脊减弱,贝加尔湖至青藏高原高空槽变浅,纬向环流表现突出,不利于冷暖空气南北交换.同时在500 hPa气温场上,80年代,西伯利亚至青藏高原西北部的冷槽明显东移南压到蒙古至华北地区,锋区位于华北以东以南位置,使得华北地区冷暖空气交汇减少,降水也因此减少.华北夏季降水减少是由于东亚夏季风减弱和大气环流异常造成的.

南海夏季风爆发与热带海洋海温和大气环流异常变化关系的研究

用合成和相关分析方法及ＳＶＤ技术研究了南海夏季风爆发早、晚年份４～６月季风建立时期季风环流的异常及其与热带太平洋－印度洋海温的关系。结果表明，南海夏季风爆发与热带大气环流和海温变异密切相关。（１）当热带中、东太平洋－印度洋（主要在西南部）及南海海温低（高），西太平洋－澳洲邻近海域海温高（低）时，南海夏季风爆发早（晚）。不同区域海温对季风的影响有明显的季节差异，印度洋主要为晚春至初夏（４～６月），南海为５～６月，而热带太平洋从前冬一直持续到夏季。（２）不同的海温异常产生不同的季风环流型，南海夏季风爆发早、晚年大气环流的异常变化基本相反。南海夏季风的活动主要受印度季风环流变化的影响，与前期冬春季西太副高的强弱及位置变化密切相关。西太副高弱时，南海夏季风爆发早；反之，爆发晚。（３）热带太平洋－印度洋海温异常引起季风环流和Ｗａｌｋｅｒ环流的异常变化可能是影响南海夏季风爆发早、晚的物理过程。

CAM3模式模拟厄尔尼诺事件对大气环流异常的影响

采用CAM3(Community Atmosphere Model Version3)模式中海气湍流通量参数化原方案和改进方案,利用观测海温驱动CAM3模式进行气候模拟,以分析模式对厄尔尼诺事件影响气候变化的模拟能力。结果表明,采用CAM3模式海气湍流通量参数化改进方案,模式能够更好地模拟出由厄尔尼诺事件引起的北太平洋和北美地区大气环流的变化,尤其是对厄尔尼诺年冬季阿留申低压强度和与PNA遥相关型有关的500hPa位势高度异常的模拟。

扰动位能与大气环流异常的耦合关系及机理研究

本文在前期局地扰动位能理论工作基础上,进一步着眼于扰动位能与大气环流异常的关系和机理问题,采用奇异值分解(SVD)方法分析了扰动位能与高、中、低层大气动能的耦合相关模态以及年际变率情况,同时考察它与作为大气质量分布的海平面气压之间的相关关系,并从物理上初步探讨了扰动位能与大气动能以及质量的相关机理问题.结果表明,扰动位能自身变率的第一模态同时也是与大气环流异常场耦合变化的主要模态,与之相对应的大气动能和质量场的主模态也是其自身变率的支配模态,说明它们之间存在相互制约的物理机制.而且,热带外地区大气环流主模态特征的形成,与扰动位能兼具全球尺度纬向对称结构和局地尺度纬向非对称性密不可分.另外,冬季南北半球环状模指数与扰动位能的前两阶矩存在非常好的相关关系,而在夏季这种关系明显削弱,仅存在于南半球.

2000年以来淮河流域夏季降水年代际特征及大气环流异常

利用1961—2016年中国642站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了2000—2016年淮河流域夏季降水年代际变化特征及相应的大气环流异常,并探讨了2000年前后预测信号的转变。研究表明2000—2016年淮河流域夏季降水具有明显的年代际变化,2000—2008年为降水偏多期,2009—2016年为降水偏少期,且两个时期降水差异显著。降水偏多和偏少期对应的大气环流有明显差异,淮河流域多(少)雨期,贝加尔湖高压脊(低压槽)明显,乌拉尔山和鄂霍次克海为低压槽(高压脊),南亚高压偏弱(强)偏西(东),东亚副热带高空西风急流偏弱(偏强),热带东风急流偏强(减弱),同时与南半球的索马里越赤道急流、马斯克林高压和澳大利亚高压偏强(弱)有密切关系。前冬北太平洋涛动(NPO)可以作为淮河流域夏季降水的一个前兆信号,但2000年前后前冬NPO与淮河流域夏季降水的关系发生了年代际转折,2000年之前两者为明显的负相关,之后转为正相关。2000年之前冬季强(弱)NPO年与2000年之后冬季弱(强)NPO年对应夏季乌拉尔山和鄂霍次克海为明显的高压脊(低压槽),贝加尔湖为低压槽(高压脊),西太平洋副热带高压位于我国南海到菲律宾北部(台湾附近海域),有利于淮河流域夏季降水偏少(多)。

中国西部积雪的2—3周振荡及其对大气环流异常的影响

本文通过对美国宇航局Nimbus-7卫星观测的1979—1986年中国西部积雪资料的分析发现,2—3周的低频振荡现象普遍存在并与大气环流异常密切相关;大气环流对冬半年积雪2—3周的低频振荡有着明显的线性响应;冬半年积雪的这种低频振荡能激发出北半球500 hPa高度场准定常Rossby波,并通过二维的Rossby波能量频散而影响到北美.

东北地区夏季冷暖年大气环流异常的空间特征及演变

本文利用40年全球范围的温度场、高度场、UV风场资料,分析东北地区冷暖夏年的大气环流异常空间特征及长期演变。分析结果表明,东北低温冷害是一种时空尺度都很大的灾害性天气气候现象,冷夏年500hPa盛行经向环流,高纬有阻高或暖脊维持,西太平洋副高偏弱,温度场、高度场的垂直分布为伸展至对流层顶的正压结构,纬向呈一波型异常结构,有超长波槽稳定维持于东北地区。冷夏前期,大陆冷高压偏弱,冷空气活跃,冰岛低压和阿留申低压发展较深,太平洋副高持续偏弱,这种状态可以持续到夏季,便形成了东北地区的冷夏。

与华北地区春季降水量异常关联的大气环流异常

华北地区的春旱极大地影响着农作物的播种和生长。因此．尽管华北地区的春季降水量没有夏季降水量那么多．但它的变化规律及其原因也是一个非常值得研究的问题。在本文中．我们指出，相对平均值而言，华北地区春季降水量的年际变化相当大．旱年降水量的变化幅度相对较小，而降水多的年份之间降水量却有相当大的变化．进而，我们分析了在年际变化时间尺度上，与华北地区春季降水异常相关联的大尺度大气环流异常。发现在华北春季降水多时，东亚地区上空在整个对流层中存在一反气旋式环流异常．即与季节演变特征相符，而在热带地区存在与季节演变相反的环流异常．东亚地区上空这种反气旋式环流使得东亚大槽偏东、偏弱．并使得在我国东部地区出现南风异常，这种南风异常一直达到华北地区，为华北地区的降水提供有利条件。此外。反气旋式异常随高度向西斜，也为扰动的发展提供了有利的环流背景．本文对对流层高层经向风的分析结果表明，与华北春季降水密切相关的东亚地区反气旋式环流异常和南北风异常与出现在北半球中纬地区的波列有关系，但关于该波列产生的原因却有待进一步的研究。

1998年夏季全球大气环流异常的预测研究

应用日本东京大学气候系统研究中心 (CCSR)发展起来的一个全球大气环流谱模式 (T42L2 0版本 ) ,对 1 998年夏季气候异常和大气环流的预测问题进行了研究 ,定量地检查了该模式对夏季降水和大气环流异常的预测准确度 .说明该模式对 1 998年的预测水平是比较高的 ;并证实大气环流在春季的初始异常对北半球夏季大气环流和降水异常起了很重要的作用 ,而对南半球的作用则小得多 .就中国长江流域 1 998年的降水异常而言 ,初始环流的作用约占 5 0 % .

黄河花园口径流突变与大气环流异常关系分析

利用黄河花园口径流资料和NCEP/NCAR再分析资料,从大气环流是否异常的角度,分析得到黄河花园口径流对全球气候变化响应的结果和引起径流变化的大气环流成因。结果表明:黄河花园口年径流量和主汛期径流量均具有显著减少趋势;花园口径流量在1986年发生了气候突变,突变之后径流减少更加显著。以主汛期为例,分析突变前后北半球环流差异特征:500 h Pa高度场分析表明,阶段Ⅰ(1949—1985年)经向环流表现突出,而阶段Ⅱ(1986—2010年)以纬向环流为主;海平面气压场分析表明,阶段Ⅰ蒙古低压异常强大,夏季风偏强,而阶段Ⅱ蒙古低压明显减弱,夏季风偏弱;700 h Pa风场分析表明,阶段Ⅰ异常西南风距平一直伸展到黄河流域及华北地区,而阶段Ⅱ从东北华北经黄河中下游到四川为异常东北风距平;纬度-高度风剖面变化分析表明,阶段Ⅰ中异常上升支位于黄淮及华北地区,而阶段Ⅱ异常下沉支位于黄淮及华北地区。

2017年陕西高温事件的大气环流异常及成因

利用陕西省自动气象站逐日气温资料、NCEP/NCAR 2.5°×2.5°全球再分析资料,对2017年极端高温事件进行分析,研究大气环流异常特征及成因。结果表明:在全球变暖背景下,2017年7月陕西出现的极端高温天气过程,持续时间长、极端高温强,为历史同期罕见。通过对大气环流异常的诊断分析表明,西太平洋副热带高压(简称副高)较常年偏强并显著西伸、南亚高压偏东偏北是导致2017年7月陕西出现大范围极端高温天气的直接原因。垂直下沉运动较常年异常显著,副高中心强烈的晴空辐射和深厚的下沉增温作用使整层气温持续偏高。水汽通量异常表现为北风通量,不利于水汽输送和降水天气形成,湿度条件较常年差,造成了陕西的高温少雨天气。