对流层准两年周期振荡的研究进展

对流层大气环流和气象气候要素具有明显的准两年周期振荡,被称为Tropospheric(Quasi-) Biennial Oscillation(TBO)。综述了各种TBO现象及其机理研究。目前发现对流层中温度、气压、风场、降水以及季风、副高等系统都存在TBO变化;其机理研究表明,热带海洋(主要是印度洋和太平洋)和平流层QBO在TBO的形成中起着重要的作用。此外,欧亚雪盖和太阳活动的11年周期可能也会影响TBO。

对流层准两年振荡最新研究进展

为了更好地了解对流层准两年振荡(Tropospheric Biennial Oscillation,TBO)的最新研究概况及目前存在的问题,基于国家自然科学基金项目关于TBO的专门研究和近年来国内外的TBO研究工作,对TBO研究的最新进展作了综述。最新研究指出,热带暖海区的海-气耦合过程可以维持TBO循环而无需热带东太平洋的参与,表明了TBO确实是独立于ENSO而存在的海-气耦合系统,但是对于TBO的本质问题还需要多方面的深入研究。

南海地区对流层大气准两年振荡的垂直结构特征

利用NCEP(the National Centers for Environmental Prediction)月平均再分析资料,并结合欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)月平均再分析资料,研究了中国南海地区(South China Sea,SCS,105～120°E,5～20°N)平均时间序列的气候变量(包括风、温度、湿度、位势高度、气压垂直速度)准两年振荡的垂直结构特征。功率谱分析和滤波分析(整个垂直方向,从1 000～100hPa,比湿在1 000～300 hPa)的结果表明:南海地区垂直方向上各气候变量的准两年振荡具有显著性,同时多数气候变量的准两年特征具有明显的年代或年代际变化。从总体来看,u、v和位势高度准两年振荡在整个对流层的传播方向主要是从下往上传;气压垂直速度和比湿仅在对流层低层有从下往上传播;气压垂直速度和温度在对流层高层有从上往下传的波动。此外,还讨论了SCS地区各气候变量准两年变化之间的位相关系。

中国东部夏季降水准两年振荡空间分布及背景场特征

本文采用经验正交函数展开(EOF)及相关分析等方法,使用中国气象局整编的160站1 951～2005年月平均降水资料和NCEP/NCAR再分析资料研究了中国东部夏季降水准两年周期振荡的空间模态及其大气环流背景场.结果表明:(1)中国地区降水季节性差异明显,夏季是主要的降水期并具有明显的准两年周期振荡(TBO)特征,中国东部地区是降水TBO方差变化最大的区域.(2)中国东部夏季降水TBO存在两个主要的空间模态,第1模态以27°N为界南北成反位相的变化关系,降水振幅较大;第2模态降水振幅相对较小,大值中心位于河套华北地区.(3)形成中国东部夏季降水TBO的两个主要空间模态环流背景场明显不同.第1模态与西太平洋海温成正相关,与东太平洋海温成负相关.第2模态则主要与日本海附近的海温成正相关.当夏季降水TBO以江淮偏多时(第1模态),西太平洋海温偏高,东太平洋海温偏低,中国东部及沿海上空850 hPa有异常反气旋,500 hPa高度相关场东亚上空呈"正负正"波列特征,200 hPa南亚高压加强,西风急流位置偏南.当夏季降水TBO降水位置偏北时(第2模态),中国东部及沿海上空有异常气旋,200 hPa南亚高压偏弱,西风急流位置偏北.

中国东部夏季降水准两年周期振荡的长期演变

采用中国气象局整编的中国160站月降水量资料(1951年1月～2005年12月),研究了中国东部地区夏季降水准两年周期振荡(TBO)的长期演变特征。最大熵谱分析和相对最大熵谱分析表明,中国东部地区夏季降水TBO信号显著,高值区基本呈带状分布,方差最大值中心分布在江淮流域及南部沿海地区。根据中国东部夏季降水TBO分量的旋转经验正交函数展开(REOF),将东部地区划分为东北地区、河套地区、淮河流域、长江流域、华南西部、华南中部及华南东部7个降水区。对各降水区的研究结果表明:(1)东部夏季降水振幅变化TBO信号明显;(2)各降水区夏季降水TBO有着不同的长期演变特征,表现出不同的年代际变化。淮河流域、长江流域和华南中部降水TBO特征较明显;华南西部和东北地区降水TBO特征较弱;河套地区在1990年代以前表现有较显著的TBO特征,但1990年代后,TBO特征趋于不明显;华南东部地区在1970年代中期以前TBO特征明显,以后TBO特征减弱;(3)淮河流域是中国东部地区由南向北的过渡带,是夏季降水TBO的敏感地区。

热带平流层水汽的准两年周期振荡

分析了1993年到2002年10年间HALOE卫星资料的热带平流层水汽年际变率,结果表明:热带平流层水汽混合比在2-5 hPa、10-30 hPa、30-100 hPa有三组显著的准两年周期振荡(QBO)现象;其中2-5 hPa和10-30 hPa水汽QBO呈反位相循环;30-100 hPa水汽QBO有显著上传特性.SOCRATES3模式模拟和诊断结果表明,热带平流层水汽QBO是在纬向风QBO强迫下产生的次级动力、热力因子和化学作用耦合后的结果:上层主要是环流输送引起,中层是环流输送和温度扰动驱动下的化学作用引起,下层是对流层顶水汽冻结层的温度扰动和环流输送引起.

NO_x的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系 I.资料分析

利用 1 992～ 2 0 0 0年HALOE的观测资料 ,分析了平流层NOx (这里是指NO和NO2 )混合比的垂直经向分布结构、季节变化和年际变化 ,并与O3混合比的年际变化进行比较。结果表明 :( 1 )在各纬度平流层NOx混合比的垂直结构基本相似 ,从平流层下层向上随高度增加 ,分别在 1～ 2hPa (NO)和 5～ 1 0hPa (NO2 )达到极大值 ,再向上NOx混合比随高度减小。另外 ,NO混合比在 1 0× 1 0 - 5hPa高度附近还有一个极值区。在平流层下层 ,它们的极值区下方 ,NOx混合比基本从热带向两极增大。NO混合比在平流层位于 1～ 2hPa之间有一个高值区 ,在 1 0× 1 0 - 5hPa附近还有一个更大的极值。而NO2 只有一个浓度高值区 ,位置在 5～ 1 0hPa。 ( 2 )NOx混合比在中低纬的高度分布和经向分布上都存在准两年周期振荡(简称QBO)。NO2 的QBO较NO更明显 ,赤道上空的NOx的QBO最明显 ,北半球NOx 的QBO较南半球更明显 ,而 2 0～ 5hPa的NOx的QBO又较其他气层更明显。 ( 3)在热带 30km以上 ,NOx的QBO与O3混合比的QBO位相相反 ;而中纬地区及 30km以下的热带 ,它们有一个位相差 。

准两年振荡对大气中微量气体分布的影响

ＮＣＡＲ 的包含化学、辐射、动力相互作用的两维模式（ＳＯＣＲＡＴＥＳ） 移植回国后进行了初步的模拟试验， 用以研究某些对环境问题重要的微量气体的化学、辐射、动力传输过程。在不考虑极地平流层云和气溶胶表面非均相化学等情况下， 模式积分多年， 计算结果稳定， 模拟的风场、温度场显示出正常的季节变化， 模拟的微量气体分布与卫星实测资料对照， 结果也比较一致。为了探讨热带平流层风场的准两年周期振荡 （ＱＢＯ） 对平流层微量气体分布的影响， 我们做了ＱＢＯ 强迫的数值试验， 即在模式中加入ＱＢＯ 强迫， 并与不考虑ＱＢＯ 强迫的模拟结果对比。结果表明，ＱＢＯ 与其相关的次级环流所引起动力输送的变化，使平流层微量气体分布发生变化。

热带准两年振荡影响北半球冬季大气环流的诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料 ,首先讨论了热带纬向风准两年振荡 (QBO)的东、西风位相的划分标准。结果发现 ,赤道 5 0hPa的风与西风深厚度关系最密切 ,即赤道 5 0hPa的纬向平均风为西 (东 )风时往往代表平流层下层为一层深厚的西 (东 )风。在此基础上诊断分析了 1 95 8/1 95 9～ 1 997/1 998年共 40个冬季中热带纬向风QBO对北半球中高纬度地区纬向平均环流和准定常行星波传播的影响。诊断分析表明 ,热带QBO对北半球冬季大气环流的影响主要表现在平流层和对流层上层。热带QBO的东风位相年与西风位相年相比 ,中高纬地区的绕极西风环流明显减弱 ,中低纬地区则出现相反变化 ,从而在平流层的纬向平均环流分布上呈现偶极子形式。纬向平均流的这种年际变化可以很好地用中高纬度准定常行星波传播的异常加以解释 ,QBO的东风位相年和西风位相年相比 ,中高纬准定常行星波向极地的传播更强 ,从而在高纬度平流层产生异常的E P通量辐合 ,波 -流相互作用的结果使得西风减弱。但是热带纬向风QBO的影响在 1 95 8/1 95 9～ 1 997/1 998年的前后 2 0年有所差异。后 2 0年相对于前 2 0年而言 ,东西风位相的差异有所减小 ,Holton Tan振荡明显减弱 ;就行星波传播而言 ,东风位相年下 ,前 2 0年行星波向上传播较弱 ,而后 2 0年则以?

NO_x的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系 II.模拟研究

利用NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的二维模式就纬向风的准两年周期振荡 (简称QBO)对平流层微量元素分布的影响进行数值模拟试验。模拟中 ,输入纬向风QBO的值 ,计算出NOx、臭氧浓度和各种气象要素的垂直经向分布 ,并与不考虑QBO强迫的数值模拟结果进行对比。在第I部分HALOE资料分析的基础上 ,进一步讨论了在纬向风QBO的影响下NOx浓度垂直分布的变化及其准两年周期振荡 ,并研究了NOx的QBO与臭氧QBO的关系。结果表明 :模拟六年平均的NOx混合比分布与观测结果基本一致 ,并且在纬向风场QBO强迫下 ,NOx混合比扰动有明显的准两年周期振荡 ;与臭氧的QBO比较 ,发现在2 8km以下 ,NOx的QBO与臭氧QBO同位相 ,而在 2 8km以上 ,它们则是反位相 ,与HALOE资料的观测结果基本吻合。文中对模拟得到的由于风场QBO引起的余差环流输送作用做了进一步的分析 。

准两年振荡及其对东亚大气环流和气候的影响

通过多年资料分析,本文研究了平流层准两年振荡(QBO)的演变特征及其对东亚及西太平洋地区大气环流和气候变化的影响.结果表明,平流层QBO的演变特征是:东风向西风转换最早出现在印度洋赤道地区;西风向东风转换最早出现在美洲和西太平洋赤道地区.中国东部降水量、气温以及西太平洋副高和东亚急流都有准两年周期变化,并同平流层QBO有密切关系;平流层QBO对西太平洋台风活动也有一定影响,QBO的西风位相期西太平洋台风偏少.另外,ENSO对于平流层QBO有明显影响,一般在ENSO发生之后,QBO的西风位相期持续时间缩短.

平流层准零风层统计特征及准两年周期振荡对其影响分析

根据形成机制的不同将平流层准零风层(Quasi-Zero Wind Layer,QZWL)划分为由平流层准两年周期振荡(Quasi-Biennial Oscillation,QBO)各高度处于不同位相形成的第一类QZWL和由于平流层低层经向温度梯度逆转而形成的第二类QZWL;利用ERA-40再分析资料分析了两类QZWL在不同季节中空间结构的变化规律,讨论了平流层QBO对两类QZWL年际变化产生的影响。研究结果表明:第一类QZWL集中出现在冬季赤道附近地区,第二类QZWL在夏季热带外地区和冬季20°N～40°N太平洋地区上空;QZWL夏季高度比冬季低约3km,夏季QZWL出现高度比冬季稳定,约在50～70hPa之间;由于受到QBO的直接影响,第一类QZWL出现的高度和纬度范围存在明显的年际变化,第二类QZWL受到QBO的影响主要体现在QBO西风位相年和东风位相年相比,冬季20°N～40°N范围内存在第二类QZWL的概率较高。

青藏高原臭氧的准两年振荡

通过对臭氧卫星观测资料及大气环流资料的分析．研究了青藏高原上空臭氧的季节和年际变化。通过分析青藏高原地区臭氧准两年振荡（ＱＢＯ），并与同纬度无山区及赤道地区臭氧 ＱＢＯ进行比较，指出：青藏高原臭氧ＱＢＯ的平均周期为２９个月，平均振幅为８ＤＵ。青藏高原臭氧ＱＢＯ变化位相与热带平流层纬向风场ＱＢＯ相反，即热带平流层纬向西风时，青藏高原上空臭氧总量偏小，东风时臭氧总量偏大。还讨论了与青藏高原臭氧化ＱＢＯ相关的大气环流物质输送理论。

平流层准两年周期振荡对CH4双峰的影响

分析了1992～2001年1月HALOE(卤素掩星试验装置)的CH4资料,研究了CH4的多年平均分布,结果表明:CH4混合比在平流层下层较大,向上迅速减小。同时,中纬度与热带CH4混合比的等压面梯度也随着高度逐渐减小,甚至在平流层顶附近和平流层上层形成双峰,这在北半球的春夏季特别明显。作者用NCAR的SOCRTAES二维模式的模拟结果来分析CH4混合比在平流层顶和平流层上层形成双峰的机理。模式作了以下两个模拟,其一为没有热带纬向风场QBO(准两年振荡)的状况,其二为加入QBO强迫后的模拟。结果发现QBO引起的余差环流对CH4混合比在热带和副热带平流层顶和平流层上层的输送是影响CH4双峰的一个主要原因。

北半球平流层下部气温的准两年周期振荡

由分析1966—1985年北半球30hPa 月平均气温资料得出,中纬地区气温准两年周期振荡比低纬地区更清楚,平均周期26.3月,振幅约2.8℃,振荡的峰和谷值都出现在冬季.中纬气温和赤道上空纬向风的准两年振荡之间位相配合密切,中纬气温准两年振荡的峰与赤道上空10hPa 为东风,70hPa 为西风的位相一致,谷则有相反的位相.它们的这种准两年周期振荡是通过平均经圈环流相联系的.强烈的火山喷发能影响气温的准两年周期振荡.

日长年际变化、El Nino/南方涛动和大气准两年振荡的小波分析

本文采用1964-1993年期间日长变化序列、海平面气压和纬向风速资料，通过小波变换等技术研究分析日长年际变化与ElNino／南方涛动、大气准两年振荡之间的关系．结果表明，日长年际变化与ElNino／南方涛动存在着相似的谱结构，而且ElNino／南方涛动叠加上大气准两年振荡后，与日长变化序列的小波变换时频谱更趋于一致．本文研究结果证实，ElNino／南方涛动和大气准两年振荡的贡献基本能够解释地球自转的年际变化．

江淮流域夏季降水的准两年振荡特征及其关联因子分析

利用1951—2010年我国江淮流域11个测站夏季(6—8月)降水资料和NCAR提供的北半球月平均海平面气压场资料以及相关的西太平洋副高指数资料,采用Morlet小波变换、交叉小波变换及相关分析等方法讨论了降水准两年振荡现象的年际变化规律及其与东亚夏季风、副高的关系。结果表明,准两年振荡分量在江淮地区夏季降水场的年际振荡中十分重要,且经历了由强到弱再到强的变化过程;同时降水与夏季风强度及副高脊线位置的准两年变化均存在较好的同期相关,彼此间的相互影响还体现在年际尺度上,并分别在4 a和1 a时间尺度上有明显的滞后、超前关系。

亚澳季风区内水汽汇的准两年振荡及其与大气环流的关系

利用1950—2000年大气视水汽汇资料,分析了亚澳季风区内水汽汇准两年振荡的变化特征及其与大气环流的关系。亚澳季风区内水汽汇有显著的准两年振荡,其关键区位于西太平洋暖池、孟加拉湾、东南印度洋和西南印度洋.它们对应3种遥相关型。当暖池水汽汇偏强时,我国华南为偏北风距平,东亚季风区水汽汇偏弱:印度洋水汽汇距平呈现为偶极子分布,东南印度洋附近水汽汇偏强时,东南印度洋至赤道西印度洋为偏西风距平,赤道西印度洋水汽汇偏弱;孟加拉湾水汽汇偏强时,孟加拉湾至西南印度洋为偏南风距平,西南印度洋的水汽汇偏弱。反之亦然。

热带平流层CO浓度准两年振荡的位相变化特征

利用2005~2014年10年的卫星微波临边探测仪(MLS)资料分析了热带平流层一氧化碳(CO)体积混合比的年际变率,发现热带平流层CO浓度的准两年振荡(QBO)在30 h Pa高度附近存在明显的位相变化特征。大气化学气候模式模拟结果表明,热带平流层CO的准两年振荡信号是化学和动力过程共同作用的结果,而动力作用主要是QBO引起的次级经向环流引起的物质传输。化学和动力过程共同作用导致热带平流层CO浓度的垂直梯度在30 h Pa高度处发生反转,进而产生一氧化碳QBO信号的位相变化。此外,化学气候模式模拟结果还表明,与CO有关的化学过程不但可以减弱一氧化碳QBO信号的振幅,还可以在热带30~10 h Pa高度范围内造成一氧化碳QBO和纬向风QBO信号之间约3个月的时间差。

长江中上游地区汛期降水的准两年振荡

利用１９５１～１９８７年５～８月长江中上游地区３４站的降水量资料，采用移动样本序列的极大墒谱法对长江中上游汛期降水的周期特征进行了客观、细致的研究。结果表明，长江中上游地区存在显著的准两年周期振荡，并给出了其地理分布特征，其他周期振荡则不十分明显，且不稳定。