气候平均场上西太平洋副热带高压双脊线过程可能成因的动力诊断分析

利用NCEP-DOE再分析数据集II,诊断分析了气候平均场上6次西太平洋副热带高压双脊线过程,借助一个两层半大气模式,从动力学上初步揭示了西太平洋热带大气准10天振荡(Quasi Ten-day Oscillation,简称QTO)向西北方向传播与季风槽东伸西撤之间的相互作用过程,探讨了气候平均场上西太副高双脊线可能的形成机制。分析表明季风槽准10天东西振荡是气候平均场上西太副高双脊线形成的主要原因,而季风槽东伸西撤与QTO传播密切相关。进一步分析发现,QTO向西北方向传播,东风切变作用于斜压辐散的经向梯度,在对流中心北侧生成正扰动涡度。QTO在季风槽东侧激发的气旋性扰动涡度,诱导季风槽东伸,侵入副高,造成副高外围变形,形成双脊线。因此,形成西太副高双脊线的主要原因之一可能是西太平洋热带大气QTO。尽管季风槽东伸直接引起副高双脊线发生,但是它只不过是受QTO影响的一种表现。本文仅为诊断结果,其结果还有待于模式敏感性试验的验证。

气候平均场中的西太平洋副热带高压双脊线特征及其与季风槽准10天振荡的关系

副热带高压双脊线过程几乎历年均存在,其"季节锁相"与地域性使得在气候平均场上西太平洋副热带地区也存在明显的双脊线过程。作者利用43年NCEP/NCAR再分析资料对5~10月气候平均场中的西太平洋副热带高压双脊线过程进行了分析。气候平均场上5~10月西太平洋副热带高压共出现6次双脊线过程,集中发生在7月下旬至9月下旬,表明每年这个时段最易发生双脊线事件。每次双脊线过程均表现为副高南侧新生一脊线,发展几天后就减弱消失,北侧脊线(原脊线)继续维持。初步的诊断分析表明,6次双脊线过程中南侧脊线的生成与季风槽8~10天周期的"间歇性增强东伸"密切相关,这一准10天振荡在7月下旬至9月下旬的突然增强造就了双脊线的"季节锁相"。进一步分析发现,季风槽8~10天的"间歇性增强东伸"与两支分别来自西太平洋的西传准10天振荡和来自赤道的北传准10天振荡有关,这两支振荡同位相,其有利于位相同时传入南海季风区(10°N^15°N,110°E^120°E),共同作用,引起季风槽的"间歇性增强东伸"。

1962年西太平洋副热带高压双脊线演变过程的特征分析

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,提出确定副高双脊线过程的定量指标,之后重点诊断研究1962年“二度梅”期间的双脊线过程。结果表明:1962年“二度梅”期间,由于季风槽的加强东伸,副高外围变形,在其南侧新生一条脊线,呈现双脊线结构。由此,提出亚洲季风槽的发展东移是副高双脊线形成的重要影响因子。分析表明,1962年的双脊线过程与1998年的双脊线过程相比,有同亦有异:两次双脊线过程与长江流域“二度梅”均有关联,但1998年双脊线过程结束后,北侧脊线消失,南侧脊线发展维持,使副高脊线异常偏南,造成“二度梅”的突然出现,而1962年双脊线过程结束后却是南侧脊线消失,北侧脊线维持并异常偏北,从而导致“二度梅”结束;在涡度场上,两次双脊线过程均有一高层对低层的“诱导”效应,同时500 hPa诱导生成的正涡度与低纬度北移而来的正涡度带打通合并、东伸,进而其两侧的负涡度带增强,形成双脊线。这些结果为西太平洋副热带高压双脊线的演变规律和机制的进一步研究提供了新的线索。

西太平洋副热带高压双脊线及其对1998年夏季长江流域“二度梅”的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料、日本气象厅提供的TBB资料研究了 1 998年 7月西太平洋副热带高压突然偏南的原因。结果表明 ,西太平洋副高脊线突然“南撤”有其一定局限性 ,事实上应是副热带高压脊线在南侧的一次“重建”过程。针对这次重建 ,发现 1 998年 7月上中旬在西太平洋副热带地区存在南北两个高压脊 ,据此本文提出了副热带高压双脊线的概念 ,并着重揭示了这次西太平洋副热带高压双脊线的基本演变特征、环流场和温湿场结构、可能的形成机制及其对 1 998年夏季长江流域“二度梅”的影响。分析表明西太平洋副热带高压双脊线时期具有与单脊线时期明显不同的环流特征和温湿场结构 ,其北侧脊线附近的特征与传统上单脊线副热带高压的特征较一致 ,但南侧脊线附近则更多的具有低纬度系统的特点 ;这次双脊线过程与赤道缓冲带北上并与副热带高压打通合并变性及热带对流云团的演变有密切关系。此外 ,文中还通过中国台站降水资料探讨了副热带高压双脊线的维持对中国东部雨型的影响 ,指出西太平洋副热带高压双脊线的出现改变了原有的水汽输送路径 ,从而在中国东部出现两条雨带 ,呈倒 7字型 ,分别与副热带高压北、南侧脊线相对应。

一类西太平洋副热带高压双脊线过程维持机制初探

本文通过对1979～2005年5～10月发生在西太平洋地区的156个副热带高压双脊线过程进行统计分析,发现87.82%的双脊线过程的出现是因为南侧新生一脊线,而且有明显的"季节锁相",即其发生频数在7月中旬至9月中旬有两个峰值.历年过程中最典型的"南生南存型"双脊线过程的合成分析表明该类双脊线过程形成、维持和消失与副高南侧外围东风波系统自东南向西北传播发展密切相关.500hPa距平环流演变显示北侧脊线的减弱消失符合气候规律,东风波槽前的异常气旋仅影响副高北侧脊线位置;而东风波槽后的异常反气旋性环流有利于南侧脊线异常发展与维持,造成该类双脊线过程结束后副高异常偏南.进一步分析发现,东风波和西太平洋副热带高压的相互作用改变了副高区域垂直运动分布.这一方面改变了经向风的分布,使500hPa副高南侧脊线区域地转涡度平流项发展;另一方面引起非绝热加热垂直分布不均匀,在两脊线之间诱生一异常气旋性环流,在南侧脊线区生成异常反气旋环流.因此,东风波与西太平洋副热带高压的相互作用可能会造成副高的不连续南退,这对副高预报有一定预示作用.

月尺度西太平洋副热带高压指数的重建与应用

针对目前国家气候中心业务监测中使用的月时间尺度西太平洋副热带高压指数存在的问题,利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,对西太平洋副热带高压面积指数、强度指数、脊线指数和西伸脊点4种指数重新进行定义和计算,重建了1951—2010年逐月历史时间序列。面积指数、强度指数采用真实的面积和体积进行定义和计算,脊线指数则同时利用500 hPa高度场和纬向风切变线进行定义,且不仅仅局限于588 dagpm等值线,充分考虑了西太平洋副热带地区高压系统对我国夏季降水的影响作用。选取其中两个相对独立的指数——脊线指数与西伸脊点,通过对这两个指数的9种组合类型的构建,最大程度上涵盖了我国东部夏季降水各种雨型的分布特征。

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。

夏季西太平洋副热带高压北跳及异常的研究

根据欧洲中心1980～1989年逐日200，500和850hPa风场、高度场及日本气象厅提供的GMS观测的黑体辐射温度（TBB）逐日资料，探讨了夏季西太平洋地区（125～145°E）副热带高压脊线季节性北跳、季内脊线位置的异常与低纬度的西风爆发和热带对流的关系。研究表明：初夏西太平洋地区低层赤道西风爆发后，西太平洋地区的赤道对流加强（赤道地区的TBB值减小）；赤道西风向北扩展，赤道强对流向北推移，热带对流加强（热带地区TBB值减小）。夏季西太平洋副热带高压脊线的二次北跳现象与低层赤道西风二次北跳及赤道对流向北推移密切相关。研究指出：夏季热带对流弱（强），西太平洋副热带高压脊线位置相对偏南（北），夏季西太平洋副热带高压脊线位置的异常与高、低层流场辐合、福散中心的位置及高层西风传播方向有关。

夏季西太平洋副热带高压的客观定量化预测及其对汛期降水的指示

基于动力-统计相似预报原理,将模式误差动力统计预报方案应用于西太平洋副热带高压的客观定量化预测,通过交叉检验距平相关系数,筛选出对副热带高压区域的500hPa高度场模式预报结果订正较好的因子作为前期关键因子集。对2003—2010年的副热带高压区域的500hPa高度场进行了回报检验,结果显示该方案在数值模式预报结果基础上有了进一步提高,显示出较高的预测水平。在此基础上,从高度场预测结果中提取出与中国降水关系最为密切的两个典型副热带高压特征指数(脊线指数与西伸脊点指数),将其投影在二维平面上,并根据不同类型的副热带高压特征下对应的雨型分类特征得到预报年副热带高压所属类型下中国夏季降水的分布类型,多年检验结果表明,预测的投影类型所对应的降水合成分布与实况的降水具有较好的一致性,进一步验证此种副热带高压与雨型分类的合理性,达到通过副热带高压的定量化预测对夏季的旱涝分布形式进行预测的目的,为进一步提高汛期降水预测水平提供一种可能的思路。

2019年6月西太平洋副热带高压脊线位置异常的机制分析

以2019年6月为例,采用统计和诊断分析方法研究了夏季西太平洋副热带高压脊线位置的变化特征,并分析了其位置较6月气候平均状态偏南的可能机制。结果表明:虽然2019年6月西太平洋副热带高压脊线位置总体偏南,但其经向位置异常存在纬向差异,在150°E以西区域,西太平洋副热带高压脊线平均位置偏南,而在150°~160°E区域内,脊线位置反而偏北。西太平洋副热带高压脊线位置变化与其附近异常涡度的经向分布有很好的对应关系,2019年6月西太平洋副热带高压脊线位置出现异常的原因在于其附近出现的异常扰动引起的异常涡度,而由于异常涡度分布存在纬向差异,造成西太平洋副热带高压脊线经向位置异常也出现了纬向差异。经过尺度分析简化的全型涡度方程的诊断发现,异常非绝热加热在导致2019年6月西太平洋副热带高压位置总体偏南的过程中起到了关键作用,而动力因子则对150°E以东的西太平洋副热带高压脊线向北偏移的贡献更大。

西太平洋副热带高压位置对华北盛夏降水的影响

应用1958～2002年NCEP/NCAR 500 hPa再分析资料,分析夏季逐日西太平洋副热带高压在110°～130°E、20°～50°N区域脊线活动情况。发现盛夏（7～8月）副高在588 dagpm以上、脊线在30°N以北的日数与华北降水有大范围正相关区,中心相关系数0.561（显著性水平为0.001）。分析发现西太平副热带高压越过30°N的初日（连续3天副高脊线越过30°N的首日）早晚与华北盛夏降水量显著相关,初日与华北盛夏的平均降水量相关系数为-0.385,即副高北上早华北盛夏降水多,反之副高北上晚华北盛夏降水少。110°～130°E区域副高脊线越过30°N的日数和初日能更好地描述西太平洋副高与华北乃至我国东部盛夏降水的关系,对实际业务工作具有重要意义。

1998年长江流域二度梅建立过程中西太平洋副热带高压异常调整的机制分析

基于NCEP2再分析资料,利用全型线性位势诊断方程详细分析了1998年7月长江流域二度梅建立过程中西太平洋副热带高压(副高)异常调整的物理机制。研究表明,1998年二度梅的重新建立是由于副高南撤增强所致,期间以副高南、北两侧位势高度的"此长彼消"为显著特征。这一调整过程可以分为副高的减弱南撤和增强维持两个阶段,而且是由高、低纬天气系统共同影响的结果。地转涡度项和摩擦力散度项在这其中起到重要贡献,尤以前者贡献最大。在不考虑边界条件作用下,地转涡度项对位势高度的贡献量级为101gpm,而摩擦力散度项则为100 gpm,后者的影响仅局限于对流层低层。对于北侧位势高度而言,受中高纬度Rossby波调整所产生的低压槽影响,地转涡度项使其持续减弱,而南侧位势高度由于赤道反气旋加强北上,地转涡度项使其由减弱转为增强。摩擦力散度项则通过正反馈作用,分别使得上述的减弱趋势和增强趋势更明显。

北半球副热带高压双脊线的统计特征

利用41年NCEP/NCAR再分析资料对北半球副热带高压(简称副高)双脊线的普遍性和若干统计特征进行了系统探讨.结果表明,副高双脊线是北半球副热带高压的一种普遍现象,其发生具有明显的季节锁相特征和地域性.7月中旬到9月中旬,双脊线事件频繁出现在北印度洋中东部到北太平洋中部一带,尤其是西太平洋副热带地区,双脊线事件极其活跃.基于这一点,重点分析了西太平洋副热带高压(简称西太副高)双脊线的若干统计特征,指出大部分副高双脊线的生命史都非常短暂,但有些双脊线过程仍能持续较长时间;夏秋季是双脊线事件最频繁的阶段,而冬春季双脊线事件较少;西太副高双脊线事件也有明显的年际变化,并且呈现出一定的周期性,而这种周期在70年代中期发生了明显的突变.此外,文中也探讨了西太副高双脊线事件与副高南北移动的关系.

高维多门限时间序列模型在西太平洋副高预报中的应用

将高维多门限时间序列模型应用于西太平洋副高演化的分析和预报中.结果表明分段后对西太平洋副热带高压的5个特征量的分析预报及其与周围大气环流系统的相互关系较以前的研究结果更具体;所建立的描述西太平洋副热带高压5个特征量的时间序列模型对该5个特征量逐月气候偏差的拟合及外推预报均具有良好的模拟能力.对西太平洋副热带高压各特征量拟合及外推预报准确率分别达到,面积指数为79.2%和76.3%,强度指数为78.3%和80.6%,脊线位置为75.2%和75.0%,北界位置为79.4%和75.0%,西伸脊点为82.3%和81.9%.

2020年超强梅雨特征及其成因分析

2020年梅雨呈现出入梅早、出梅晚、梅雨期长、雨区范围广、累计雨量大、强降水过程多的特点,是一次典型的超强梅雨。分析发现,梅雨期东亚季风区多个关键大气环流系统的平均位置相对稳定,且表现出显著的准双周振荡特征。梅雨的开始和结束、主雨带的北抬和停滞、强降水过程的发生维持都与准双周振荡有很好的对应关系。梅雨期间西太平洋副热带高压共经历了6次北抬和南撤的周期性振荡,同时高、低层季风环流系统则表现出5次显著增强的过程,尤其是低空西南急流的不断加强,南风大值中心反复建立和位置的相对稳定,使得源自热带的水汽输送一次次加强,水汽辐合与上升运动反复发展,从而导致梅雨在江淮流域长时间持续,暴雨过程频频发生。另外,梅雨期欧亚中高纬环流表现为“两脊一槽”型,中高纬阻塞高压活动频繁,东亚沿岸低槽活跃,经西北路径和(或)东北路径的冷空气不断南下,与低层一次次加强的西南暖湿水汽在江淮区域频繁交汇,这是造成今年梅雨异常偏强的另一重要因素。通过对历史上梅雨的时空分布、雨涝特征及致灾程度等方面的比较可知,2020年的超强梅雨的异常程度总体弱于1954年,而强于1998年和1991年。得益于现今气候预测准确率和防灾减灾能力的明显提高,今年由此次超强梅雨而造成的江淮流域洪涝灾害影响及死亡失踪人数等均较之前明显降低。

“7.1”暴雨过程的诊断分析

本文利用NCEP再分析资料对2008年6月30日－7月1日发生在泸州地区的一次暴雨过程中的动力学因子和热力学因子进行了诊断分析。分析表明，暴雨区位于高空槽前正涡度平流区域，同时高空双急流型及高、低空急流之间的有机结合造成中低层持续的上升运动，为此次暴雨的产生提供了有利的动力学背景；深厚的高温高湿气层和强烈的不稳定提供了有利的热力学条件；副高西侧的西南暖湿气流和槽前偏南气流汇合将南海和西太平洋地区的水汽源源不断地输送到川东地区，为暴雨提供了水汽条件。物理诊断量的计算和分析也验证了泸州地区暴雨预报指标是可靠的。

河南省近10年汛期多雨时段大尺度环流特征

利用1995～2004年气象资料,分析了河南省降水最多年份汛期降水集中时段的大尺度环流特征,结果发现:降水集中时段100 hPa南亚高压120°E脊线基本维持在25～32°N之间,降水集中时段开始前南亚高压有一个东移北跳过程,降水集中期间100 hPa高度场上呈现东高西低形势,有利于副高西伸和北抬;西太平洋副热带高压相对稳定,在多雨时段副高进退次数较多,且较长时间稳定在25°N左右,有利于西南暖湿气流沿副高外围进入河南省境内,为暴雨提供了充足的水汽;在降水集中时段,中纬度西风急流轴位置被北抬到40°N 以北,40°N以南基本是东风,这种中纬度地转西风持续偏弱,有利于副热带高压北跳和北跳后稳定,使雨带稳定在河南省.

杭、嘉、湖地区1996年梅汛期天气特点及其环流特征分析

杭、嘉、湖地区1996年梅汛期暴雨频繁的主要原因是:1)西风带极涡偏强,导致冷空气活动频繁,同时中高纬度地区长波槽脊持续稳定。2)西太平洋副热带高压偏强,副高西伸脊点和副高脊线位置均与降水异常有密切的关系。

1994年浙江夏季天气及环流特征分析

1994年夏季我省洪涝、干旱、高温、台风等气象灾害发生频繁,受灾范围广,部分地区旱涝交替,重复受灾.尤其是17号台风造成的灾害,为历史上所少见.今年夏季是我省建国以来灾情最严重的年份之一.1 天气气候的主要特点1.1 梅汛期暴雨过程频繁,范围广、雨势猛、强度大,持续时间长、洪涝灾害严重.受3号登陆台风影响,西太平洋副热带高压突然北跳,6月8日我省提前进入梅汛期.入汛以后短时间为连续性暴雨,6月8日至24日的16天时间里,连续性暴雨至大暴雨的天气过程出现了四次.降雨量除湖州、嘉兴两地区北部以及温州地区东南部在150—300mm外,全省其他地区均在300—600mm,其中开化、常山664mm为最大.全省有11个市(地)59个县遭受到不同程度的洪涝灾害,直接经济损失为39.9亿元.