2022年夏季西太平洋副热带高压异常环流特征及其成因

利用NCEP/NCAR逐月再分析资料、NOAA逐月海温资料和国家气候中心气候系统监测指数资料,分析了2022年夏季西太平洋副热带高压异常环流特征,并找出其成因。结果表明,西太平洋副热带高压强度指数较好地反映了西太平洋副热带高压异常特征;6月欧亚中高纬度地区500 hPa位势高度距平场呈“西低东高”型分布,东亚大槽较常年同期略偏强,东北冷涡活动频繁,导致6月吉林省降水异常偏多;6—8月500 hPa欧亚中高纬度地区环流形势转为“两脊一槽”型,东亚大槽偏弱,西太平洋副热带高压较常年明显偏强、偏西;西太平洋副热带高压控制区域对流层低层偏南风正距平显著,助推高温天气的维持;菲律宾和南海上空反气旋环流引导水汽向长江以北输送,导致我国南方降水偏少;2022年夏季西太平洋副热带高压异常是全球变暖背景、拉尼娜事件持续、TIOD负位相引起对流层环流异常、黑潮区海温异常偏高、南亚高压加强偏北等多种因素共同作用的结果。

春季青藏高原感热异常对副热带东北太平洋低云的影响

【目的】探究春季青藏高原感热异常对同期副热带东北太平洋(Subtropical Northeastern Pacific,SNEP)低云量的影响。【方法】基于卫星观测和再分析资料,采用回归分析、相关分析、合成分析以及模式模拟等方法,分析青藏高原感热与SNEP低云量的关系。【结果与结论】(1)青藏高原感热和SNEP低云量奇异值分解的第一模态方差贡献率为33.76%,时间序列相关系数达0.84。(2)春季青藏高原地表感热异常增加时,大气环流异常自青藏高原到SNEP呈现“+-+-+”的准正压波列状结构。SNEP异常反气旋环流会加强北太平洋副热带高压强度,使其向东北移动。同时,异常正压反气旋环流加强下沉运动,大气低层逆温层强度加强,低云高度降低。(3)反气旋环流东南侧的东北风异常加速背景风速,导致海表感热增加,海气界面稳定度减弱,湍流混合运动加强,因此有利于海面向云层输送水汽,促使低云量增加。(4)青藏高原感热异常强年的响应显著大于弱年,体现不对称性。本研究探究青藏高原与SNEP低云变异的物理联系,可为SNEP低云的预测提供参考。

全球变暖形势下的北太平洋副热带-热带浅层环流的数值模拟

利用一个全球海气耦合模式,通过数值试验方式,检验了全球变暖对北太平洋副热带-热带经圈环流(STC)的影响,结果发现由于全球变暖的信号主要位于中高纬度,中低纬度(特别是风场)的变化相对不大,导致STC的响应很弱,其变化低于自然变率.

北太平洋副热带环流变异及其对我国近海动力环境的影响

我国东部陆架海和南海是国防安全的重要门户;位处第二岛链以西的副热带北太平洋既是各国争夺的重要海区,又是我国从近海走向大洋的重要通道。围绕"北太平洋副热带环流变异如何通过黑潮与我国近海动力环境之间相互作用"这一国际前沿科学问题,国家重点基础研究发展计划项目"北太平洋副热带环流变异及其对我国近海动力环境的影响"于2007年9月正式立项。该项目不仅有助于拓展和丰富海洋动力学理论,揭示我国近海及邻近大洋动力环境变异机制,提高预测能力,而且也将为维护我国国防安全和海洋权益,为可持续开发利用海洋资源提供海洋动力环境保障。该项目主要研究内容包括:①北太平洋副热带环流变异和调整机理;②黑潮与我国近海的能量与水体交换过程及机制;③北太平洋副热带环流变异与大气驱动力的耦合效应;④我国近海及邻近大洋动力环境变异的可预测性研究。拟解决的关键科学问题为:北太平洋副热带内区环流变异的机理及其对黑潮的影响;黑潮源头变异机理及其对吕宋海峡水交换的影响和黑潮变异机理及其对东部陆架海域动力环境的影响。

夏季西太平洋副热带高压异常时的东亚大气环流特征

利用NCAR/NCEP月平均再分析资料 ,探讨夏季西太平洋副热带高压异常时东亚热带季风、梅雨锋及中高纬环流的变化特征。研究表明 :夏季西太平洋副热带高压脊线异常偏南或脊点异常偏西时 ,东亚夏季风环流偏弱 ,85 0hPa矢量风距平场上东亚热带地区出现反气旋性环流 ,副热带地区呈气旋性环流 ,5 0 0hPa垂直速度距平场上东亚热带地区上升运动减弱 ,梅雨锋区上升运动加强 ,5 0 0hPa高度上东亚高纬鄂霍次克海区域出现阻塞高压 ,高纬冷空气直达中纬度 ,梅雨锋扰动加强 ,造成江淮流域汛期降水偏多。夏季西太平洋副热带高压脊线异常偏北或脊点异常偏东时 ,东亚夏季风环流偏强 ,东亚大气环流系统的活动出现了与上述情况相反的异常型 ,江淮流域汛期降水偏少。

西太平洋副热带高压中期进退的环流机制

在西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)进退过程中,存在着副热带西南季风上升气流和北支高空热带东风下沉气流构成的副热带季风环流圈,它是联系西太副高进退的一支主要气流;高纬地区Ferrel环流的存在,把西风带气流和副高联系起来,但这支西风带气流是通过加强副热带季风环流圈对副高起作用的。

春夏季节转换中西太平洋副热带高压东移与大尺度环流和温度场变化关系

分析了由春向夏的季节转换过程中西太平洋副热带高压与大尺度环流和温度场之间的变化关系。结果表明:4月份,西太平洋副热带高压开始表现出向东移动特征,6月份它与向西移动的北美副高在东太平洋120-160°W区域合并。这一期间,沿15-20°N之间的纬圈环流同时表现出向东移动特征,该纬圈环流的上升支位于南海-西太平洋暖池一带,下沉支主要位于东太平洋180°-120°W区域。伴随上述变化,位于北半球太平洋的局地Hadley环流在纬向随时间表现出东强西弱变化特点。西太平洋副高向东移动与15-20°N之间的纬圈环流和130°W东太平洋局地Hadley环流在15-25°N上空交汇、下沉密切相关。在由春向夏季节转换中,大气和海表温度关于赤道季节转换速率沿纬向表现出东慢西快差异,上述变化为西太平洋副热带高压的向东移动提供了有利的气候背景。

南半球环流与西太平洋副热带高压和台风群中期活动的关系

通过对南北半球环流６年资料的分析，发现在北半球夏季５～８月，南半球中纬西风指数、低纬西风指数、赤道气压指标与北半球西太平洋副热带高压和台风群的中期活动均有较好的关系．在台风群活跃的年份，台风群生成阶段前后，环流变化由南半球中纬先开始，随后南半球低纬和赤道地区环流也出现变化，赤道气压指标到达低值，此后，北半球西太平洋副热带高压的特征产生一系列的变化，上述南北半球环流系统变化的传播过程为准二周周期．

北太平洋副热带海洋环流强度异常对长江中下游夏季降水的影响

利用SODA资料和ECCO资料计算得到的北太平洋副热带海洋环流强度,和国家气候中心整编的中国160站逐月降水资料,结合NCEP/NCAR再分析资料和Hadley中心海表面温度资料,分析了1970-2007年海洋环流强度异常同期的大尺度大气环流异常特征及对中国东部夏季降水的影响。结果表明:海洋环流强度变化与长江中下游地区降水存在密切的反相关。环流强度异常可以通过影响西太平洋副热带高压的南北位置异常进而影响长江中下游降水。海洋环流偏弱时,副高位置偏南,长江中下游地区受气旋性环流异常影响,来自副高西北侧的强西南水汽输送至此,在该地区形成强水汽辐合中心,同时伴随上升运动加强和对流的加强,进一步导致该地区降水偏多;当海洋环流偏强时,西太平洋副高位置偏北,长江中下游地区受反气旋性环流异常影响,伴随辐散下沉及水汽辐散,导致该地区降水偏少;海洋环流强度异常导致的中纬度海区海表面温度异常,可能是导致副高南北位置异常的主要原因。

南太平洋副热带环流区次表层叶绿素极大值的季节变化特征

首次通过2008年12月-2010年3月在南太平洋副热带环流区(复活节岛外海)投放的一台Bio-Argo浮标的观测数据,分析与研究了该海区叶绿素a垂向分布的季节变化规律。研究表明,作为典型的贫营养水体,南太平洋环流区表层叶绿素a浓度仅为O.02mg m^(-3),次表层叶绿素极大值(SCM)仅为0.15mg m^(-3)左右。SCM出现在180m深处,而次表层生物量极大值(SBM)的深度约50m。此外,SCM的深度存在季节特征,冬浅(150m)夏深(200m),位于真光层之下约30m。虽然SCM的深度在6月达到最浅,但SCM层的厚度和强度在7月才降至最低,这可能是由于混合层在6月时仍然持续加深导致的。通过估算日光合有效辐照度(PAR)的垂向分布发现,SCM大约位于0.2%光强深度处,跟随等光照线(PAR=0.08 mol quanta m^(-2)d^(-1))而发生季节波动,经分析,这主要是由于Chla:C值随光强变化而导致的。

北太平洋副热带海洋环流气候变化研究

北太平洋副热带环流的变化在全球气候变化和热量的经向输送中占重要地位。本文对近 10年有关北太平洋副热带海洋环流气候变化的研究进行了综述。主要研究成果有 :用卫星高度计首次观测到全球海洋Rossby波的传播特征 ;确定了气候意义下北太平洋副热带逆流为 2支 ,揭示了其中一支与北太平洋模态水的存在有关 ,另一支是夏威夷群岛附近海洋 大气 陆地相互作用的结果 ;首次发现了台湾以东黑潮流量有显著的准 10 0天振荡等。本文还提出了在北太平洋副热带环流研究中目前存在的新科学问题。

基于热带印-太海温异常主要模态的夏季西太平洋副热带高压预测模型构建

利用1981—2018年国家气候中心的西太平洋副热带高压(Western Pacific Subtropical High,以下简称“西太副高”或“WPSH”)特征指数、美国国家海洋和大气管理局海表温度、美国气候预测中心NINO3.4指数资料,对热带印-太海洋海温异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)主要模态及其与西太副高变动的可能联系进行了探讨,并基于这些联系建立了西太副高面积、强度和西脊点异常的预报方程。结果表明,热带印-太海洋上最重要的SSTA模态为纬向三极型,其次是纬向偶极型和东南-西北向跨南、北半球的“跷跷板”异常。这三种模态解释了印-太海洋海温异常中61.58%的方差,与太平洋El Nio、印度洋海盆尺度模、Ningaloo Nio等异常信号的出现密切相关。另外,这三种模态与夏季WPSH异常活动存在紧密联系。基于过去30 a稳定的相关关系建立的预报模型可较好地预报未来8 a夏季WPSH面积、强度和西脊点的异常。

北太平洋副热带西部模态水异常与东亚中高纬度大气环流关系的一些新认识

根据1958-2001年SODA(Si mple Ocean Data Assi milation)海洋同化资料和NCAR/NCEP再分析资料,利用等密度面P-矢量计算法,分析探讨了北太平洋副热带西部模态水(简称STMW)季节演变和年际变化与前期东亚-北太平洋中高纬度大气环流异常的关系。分析指出:(1)STMW的体积具有显著的季节变化特征:4月体积最大、强度最强,夏秋逐渐减弱,12月体积最小、强度最弱。研究进一步指出,STMW体积的季节变化与西北太平洋中纬度地区的海表风应力及净热通量的季节演变过程紧密联系在一起,它在一定程度上反映了西北太平洋中纬度大气环流季节性演变的特征。(2)年际尺度上,5-7月STMW指数具有显著的3年左右的振荡周期,其年际变化不仅与海洋自身动力过程有关,还与前冬亚洲-太平洋中高纬度大气环流异常引起STMW形成区风应力动力混合及海表净热通量等因子异常有关:冬季东亚季风环流偏强(弱),STMW形成区洋面风应力的动力混合作用及海表热力蒸发加强(减弱),使得海洋对流混合加强(减弱),进而加强(抑制)了混合均匀的低位涡水体进入温跃层,随着季节演变,造成5-7月STMW强度加强(减弱)。5-7月STMW强弱年际变化是前期亚洲-太平洋中高纬度大气-海洋相互作用过程的综合反映,前冬东亚环流强弱变化与5-7月STMW强度变化的联系可能是通过东亚环流的强弱变化影响STMW形成区的动力混合及海表热通量过程实现。

关于西太平洋副热带高压的重直环流结构和年际变动特征及其机制研究

本文采用1998年南海季风试验期间的高质量高分辨资料和美国NCEP提供的40年再分析资料以及相关的海温和副高参数资料，研究了西太平洋副热带高压的垂直环流结构和年际变动特征及其与东亚副热带夏季风和外强迫的关系，发现在月平均图上，西太平洋副高中心（或脊线）附近看不到下沉气流，但在侯平均图和日平均图上线附近的若干区域下沉流明显，这表明西太平洋副高的准定常和瞬变部分的环流结构特征有显著不同，在副高北侧东亚副热带季风雨带上有暴雨发生时，其凝结潜热激发的经圈环流对相应经度上的副高脊线附近的下沉气流有显著贡献，分析表明，脊线附近高（低）空的下沉气流分别来自副高北（南侧），表明副高是中高续和低纬度系统相互连结的纽带，相关统计指出，夏季西太平洋副高的三个参数（面积，强度和脊线纬度）与长江中下游降水存在很高的相关，降水偏多（少），副高面积偏大（小），强度偏强（弱），脊线偏南（北），这说明与降水相应的凝结潜热对副高的年际异常有重要影响，近海海曙和东亚海陆热力差指数与夏季长江中下游降水和 副高三参数均存在显著的相关，这表明东亚经向和纬向海南热力差是影响副热带夏季降水和西太平副高年际变化的基本因子，数值试验结果指出，近海海温异常所形成的感热加热能在其侧激发一个宾反气施环流，从而影响副高的强度（面积）的南北位置。

副热带太平洋海气变异对ENSO影响的研究进展和展望

El Niño–Southern Oscillation(ENSO)是热带太平洋海气作用最强的年际信号,其变化会引起全球气候异常,对东亚季风具有重要影响。2000年后中部型El Niño频繁发生,掀起了ENSO多样性研究热潮;El Niño的复杂性也对ENSO理论研究和预测提出了新的挑战。为进一步理解并深入研究ENSO物理机制,本文总结了近年来对两类ENSO的最新认识;特别对副热带太平洋通过海气界面“大气桥”和太平洋副热带-热带经向环流圈的内部经向翻转环流这一“海洋通道”与热带太平洋建立联系的相关成果进行了阐述,并对存在的关键问题进行了展望。

基于K-均值聚类方法的大气环流模式IAP AGCM4.1对西北太平洋热带气旋的模拟评估

IAP AGCM4.1(Institute of Atmospheric Physics Atmospheric General Circulation Model, version 4.1)是中国科学院大气物理研究所自主研发的大气环流模式,也是中科院地球系统模式CAS-ESM1(Chinese Academy of Sciences Earth System Model, version 1)的大气分量模式。本文利用极端气候分析软件TECA(Toolkit for Extreme Climate Analysis),对IAP AGCM4.1模拟的1979~2012年西北太平洋热带气旋(TC)进行了识别与评估。结果表明IAP AGCM4.1模拟的TC空间分布、路径走向与生成源地与观测基本一致,但模拟的TC个数有所低估,仅为观测的36%。基于K-均值聚类方法的分类评估显示,这种低估主要体现在模式对于西北行转向类和西行类TC没有模拟能力。对于近海西—西北行类、西转向类和东转向类TC,模式模拟的个数可分别达到观测的39%,48%和85%,模拟的季节变化与观测的相关系数在0.89~0.91之间,周期误差在1~2天。就TC路径而言,模式对于近海西—西北行类和东转向类TC模拟效果较好,质心经度误差、质心纬度误差和经纬向标准差的模拟误差分别为1%~5%、4%~16%和5~15%。此外,环流合成分析表明模式很好地再现了东转向类TC发生、发展期间环境流场的演变以及副热带高压的变化情况,模拟的副热带高压强度和面积指数与观测的相关系数可达0.89。模式对西北行转向类和西行类TC模拟能力较差的原因可能与模式对副热带高压的模拟偏差有关。

夏季西太平洋副热带高压的不同类型与中国汛期大尺度旱涝的分布

利用历史数据,研究了西太平洋副热带高压指数的特征,证实脊线指数和西伸脊点指数可以较好地描述西太平洋副热带高压,同时也指出这两个指数的年际和年代际变化及其不同的配置,是造成中国夏季降水时空分布和旱涝异常的复杂性、多变性的主要原因之一。据此,将西太平洋副热带高压西伸脊点指数和脊线指数的距平投影到二维平面上,对西太平洋副热带高压进行了分类,并对其各种类型下中国夏季降水进行了合成分析,发现夏季西太平洋副热带高压西伸脊点和脊线不同配置下中国夏季降水的总体分布具有明显的规律性:在西太平洋副热带高压脊线偏北的情况下,夏季降水总体表现出南北两条雨带;在西太平洋副热带高压脊线正常的情况下,夏季降水总体表现为北多南少,长江以北降水偏多;在西太平洋副热带高压脊线偏南的情况下,夏季降水总体表现为南多北少,长江流域及其以南地区降水偏多;上述3种情况下西伸脊点越偏西,降水范围越大。此外,通过计算1951—2010年各年夏季降水实况与其西太平洋副热带高压所属年份夏季降水合成的距平相关系数,发现同一类型下各年夏季降水与其合成分布总体相似,说明了西太平洋副热带高压位置对中国降水具有明显的影响,同时也说明此种分类具有一定的合理性。最后,通过对9种西太平洋副热带高压类型下北半球夏季500hPa高度场和850hPa风场距平分别进行合成,对不同西太平洋副热带高压类型下中国夏季降水的大尺度环流背景和可能机理进行了分析。

近百年夏季西太平洋副热带高压的变化

利用国家气候中心给出的１９５１～１９９８年副高强度（Ｉｓ）、西界（Ｉｗ）。北界（ＩＮ）３个指数与国家气候中心同期的 ５００ ｈＰａ观测高度场分别作相关分析，并在高度场中分别找出几个有意义的点，用其高度计算副高３个指数Ｉ＇ｓ、Ｉ＇Ｎ和Ｉ＇ｗ，计算出Ｉ＇ｓ与Ｉｓ、Ｉ＇Ｎ与ＩＮ、Ｉ＇ｗ与Ｉｗ的相关系数均大于Ｉｓ、ＩＮ和Ｉｗ与单点高度的相关系数。对ＮＣＥＰ资料作同样分析，结果相同，说明可以利用 ５００ ｈＰａ高度场数值计算副高活动指数。于是利用重建的１８８０～１９５０年北半球高度场资料将副高３个指数向前恢复到１８８０年。对１８８０～１９９９年副高强度、西界、北界作功率谱及小波分析，发现副高强度。北界具有明显的４０年周期，西界具有明显的１６年周期，即副高指数的变化以低频振荡为主。

夏季北太平洋副热带高压系统的活动

文中根据 NCEP/NCAR再分析资料 ,分析了北太平洋副热带高压系统的变化。 5～ 9月由于亚洲夏季风的建立及活动 ,北半球副热带高压系统在 6 0～ 1 2 0°E出现断裂 ,夏季西太平洋副热带高压脊点平均伸展到 1 2 0°E,其年际变化反映了亚洲夏季风的强弱。强夏季风年 5 0 0h Pa西太平洋副热带高压脊线位于 3 0°N以北 ,并分裂成两个中心 ,印度低压强 ;弱夏季风年西太平洋副热带高压脊线位于 3 0°N以南 ,表现为北太平洋高压中心向西伸展的高压脊 ,印度低压弱。夏季西太平洋副热带高压的季内活动有两种模态 :第 1种表现为副热带高压系统以 2 0～ 3 0 d的周期从北太平洋中部的副热带高压中心一次次地向西扩张到 1 2 0°E以西 ,这类过程大多出现在亚洲夏季风强度偏弱年 ;第 2种模态表现为副热带高压系统以 2 0～ 3 0 d的周期一次次地由东向西扩充时 ,在 1 2 5～ 1 5 5°E停滞 ,这类过程大多出现在亚洲夏季风强度偏强年。江淮流域梅雨的中断和结束与北太平洋副热带高压系统 2 0～ 3 0 d季内振荡有关。西太平洋副热带高压 5～ 1 0 d的短期活动受 3 5～ 45°N西风带活动的影响 ,当西风槽在中国沿海和西太平洋地区向南伸展到 3 0°N以南后 。

印度洋海温异常对西太平洋副热带高压的影响——大气中的两级热力适应

利用热力适应理论讨论了印度洋海温异常影响中国天气和西太平洋副热带高压异常的物理机制。结果表明 :通过第一级热力适应 ,印度洋上的海温异常形成低层气旋式环流 ,并在其东侧的偏南气流中产生对流性降水 ;然后通过第二级热力适应 ,在 50 0 h Pa上导致西太平洋副热带高压加强西伸、2 0 0 h Pa上南亚高压异常增强。从而证明两级热力适应是导致印度洋海温异常影响中国天气气候异常的重要物理机制。