江淮流域梅雨期降水与10-30d低频振荡的联系

利用1961--2010年中国756站逐日降水资料和NCEP／NCAR逐日再分析资料，分析了江淮流域梅雨期降水与10～30d低频振荡的关系。结果表明，梅雨偏多年降水具有明显的10～30d的周期变化，低频振荡经向上的北传和纬向上的西传与江淮流域梅雨期降水的活跃及中断关系密切。在梅雨偏多年，低层10～30d振荡主要通过南海低频反气旋和日本海低频气旋对江淮流域降水产生影响，并调控着西太平洋副热带高压的西进、东退，进而影响输送到江淮流域的水汽强度及冷暖空气在江淮流域的汇合；而高层，亚洲大陆中纬度地区东西向的低频气旋和反气旋影响着南亚高压的位置，从而形成江淮流域低频降水的强弱变化。

2002年夏季东亚地区环流20-30d主振荡型延伸期预报研究

用2002年3—9月逐日东亚地区850hPa经向风场资料建立主振荡预测模型(POP),对影响长江下游地区强降水过程的主要低频经向风场(20—30d时间尺度)的时空变化进行10—30d延伸期独立预报试验。试验结果表明,在夏半年135次预测中提前20d预报的相关预报技巧在0.50以上,很好地预报了夏季3次强降水过程对应的经向风的低频变化过程。对20—30d振荡显著的多年资料预报试验表明,这些预测模型是预报低频环流时空演变的有效工具,对于提高未来3—4周长江下游强降水过程的预报准确率有重要意义。

拉萨夏季大气热源10～20d的振荡特征

利用逐日大气热源资料分析1950—2006年拉萨夏季大气热源的气候及其异常特征。结果表明:1)拉萨夏季大气热源的气候平均值为88W·m-2,明显低于亚洲季风槽区夏季热源的气候平均值,是一般强度的大气热源区。20世纪90年代中期拉萨夏季大气热源趋于减弱,21世纪初其值接近于0。2)拉萨夏季57a大气热源10～20d振荡强度约为季节内振荡平均强度的2倍,显著年数(33a)占总年数的57.6%,因此10～20d振荡是拉萨夏季大气热源季节内振荡的重要分量。3)拉萨夏季大气热源10～20d振荡强度存在明显的季节内变化(7月上旬前后振荡最强)和明显的年代际差异(20世纪50年代末—60年代中、80—90年代前期是两个强振荡阶段)。

江淮流域梅雨期持续性强降水及其10～30d低频环流特征

利用1961-2010年中国556站的逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,采用合成分析等方法探讨了江淮流域梅雨期持续性强降水的低频振荡特征及其发生前后低频大气环流场的演变特征.结果表明,汀淮梅雨持续性强降水存在显著的10～ 30 d低频振荡特征.持续性强降水发生时,汀淮流域对流层高层受东海低频反气旋西北部的偏西气流控制,使得南亚高压位置偏东,加强了高层的辐散型流场;对流层中层,中高纬度地区存在“＋、-、＋”的低频位势高度中心,蒙古低频低压使得极地冷空气易于南侵;对流层低层,汀淮流域受低频P-J波列西段的台湾岛低频反气旋影响,并伴随强烈的对流活动,此反气旋使得西太平洋副热带高压向更西的位置伸展;因此低层辐合、高层辐散使得汀淮流域表现为强烈的低频上升运动,同时低频水汽从孟加拉湾-南海一带输送到汀淮流域,为持续性强降水的发生提供了有利的低频环流条件.另外,在持续性强降水发生前后,低层低频正涡度向北、向西传播,高层低频负涡度向南、向东传播,高低层斜压结构明显,共同作用于汀淮流域,维持持续性强降水过程.

大气30-60d振荡特征及其与广东持续性强降水的联系

利用美国NCEP/NCAR的逐日再分析资料,分析了2005年6月华南持续性强降水期间850和500 hPa低频位势高度场、850 hPa低频风场和低频OLR场的水平分布及经、纬向传播特征。结果表明,2005年6月2-5日较弱的持续性降水期间,广东地区上空无明显的低频位势扰动和低频对流的发展和加强,但6月18-23日的持续性强降水过程中,大气的30-60 d振荡明显,副热带西太平洋上对流层中低层低频位势扰动有明显的西传特征,南海中北部低频位势扰动向北传播的速度比低频对流活动传播更快。6月初副热带高压带上西太平洋地区低压扰动可能是该区低频气旋和低频对流扰动的源,其中低频气旋北移和西太平洋上低频反气旋的发展是促使广东地区上空低频对流发展和加强的重要原因,为此次持续性强降水的发生提供了有利环流背景。

2022年4—6月云南异常低温事件的低频特征及成因

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和云南省124个气象站观测资料,首先分析了2022年4—6月云南异常低温事件的极端性及低频振荡变化特征,然后分析了对流层中层和低层大气环流系统低频振荡配置的演变特征。结果表明:1)2022年云南春末夏初(4—6月)出现了气候变暖背景下罕见的极端异常低温事件。平均气温为1961年以来历史同期第5低,1991年以来最低年,全省有42个气象站平均气温达到或突破历史同期最低纪录。2)云南2022年春末夏初的平均气温存在10~20 d显著性周期,方差贡献为45.7%,与实际强降温过程对应关系较好。3)云南10~20 d低频振荡气温降低最大位相7(升高最大位相3),500 hPa上云南被南压的贝加尔湖低频异常高压(低压)与日本海低频异常低压(高压)环流系统间的偏北(偏南)气流控制;700 hPa上中国东部到南海被低频偏北(南)气流控制,低频气温降温(升温)区与之对应,云南被偏东(西)气流控制,位于降温(升温)区;海平面气压场上西伯利亚冷高压增强南移,将高纬度冷空气带到低纬度地区,从而影响云南气温的变化,造成了云南强冷空气过程的形成和发展。因此,高低空低频环流系统配置和演变导致了2022年4—6月云南异常低温事件。4)2022年4—6月,500 hPa上低频正异常高度扰动从高纬度向南传播到贝加尔湖附近,中低纬度低频正异常高度扰动从地中海附近向东移动到贝加尔湖一带,两支低频波列协同作用有利于我国东部和云南地区异常低温事件的产生、加强和维持。5)2022年春末夏初(4—6月),10~20 d低频振荡中,南支西风槽指数和西伯利亚高压指数分别超前云南低频气温7 d和5 d时达到最好的相关关系;这2个指数对云南异常低温过程预报具有很好的提前预示性。

2004/2005年冬季强寒潮事件与大气低频波动关系的研究

2004/2005年冬季中国出现了两次大范围寒潮过程,造成长时期的降温和严寒天气,从而改变了从1986年以来中国大部分地区连续出现18个暖冬的局面。利用2004年10月1日～2005年3月31日中国740站逐日平均温度和NCEP/NCAR的逐日高度场和风场资料,分析了2004/2005冬季的强寒潮事件,并对寒潮爆发的周期、低频波动特征及其影响寒潮爆发的可能原因进行研究。结果表明：2004/2005年冬季两次主要强寒潮事件（12月22日～1月1日和2月14～21日）是在强10～20天低频振荡背景下发生的。在一次季节内低频振荡过程中,寒潮经历了高空形势相似的3个阶段,它们分别是乌拉尔东侧阻塞脊建立、阻塞脊下游横槽发展、横槽转竖与南支槽耦合重建东亚大槽最后导致寒潮爆发。进一步分析表明,乌拉尔东侧阻塞脊和里海高度脊是导致这两次寒潮的主要系统。研究还表明在寒潮爆发过程中,10～20天低频波动在40°N南北独立传播,南北波列耦合寒潮全面爆发;寒潮爆发后期低频波动引起我国东南部低空辐散异常、高空辐合异常,从而导致我国南部地区偏北风增强,使寒潮向南爆发程度和高空东亚急流明显加强。

1998年夏季热带内外大气低频振荡特征分析

利用ECMWF的格点风和位势高度场资料,对1998年夏季热带内外地区大气低频振荡特征进行了分析研究。结果表明,亚洲季风区的季节内振荡非常显著。850hPa季节内振荡纬向风的经向传播揭示出南海地区的西风振荡受南北两支西风的共同影响。与长江流域特大洪涝密切相关的大气环流系统(乌拉尔阻高和西太平洋副高)对季节内振荡有较强的响应。在欧亚范围,持续性异常环流十分活跃,大气低频波的活动与环流持续异常的形成有密切的联系,季节内振荡是高低纬环流持续异常同时发生的纽带。其低频(30～60d)遥相关型的分布同江淮洪涝年的波列结构相类似。

华南夏季12—30d持续性强降水的低频特征分析

利用1982—2011年夏季(5—8月)中国气象观测站点逐日降水资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料、NOAA逐日向外长波辐射和海表温度资料集,通过选取低频降水事件的方法,分析了华南夏季12—30 d持续性强降水事件的基本特征,然后利用位相合成法对持续性强降水期间伴随的低频大气环流型以及低频信号的来源和传播情况进行研究,同时也分析了低频海-气耦合过程对持续性强降水的影响。结果表明:(1)华南夏季降水具有显著的12—30 d低频振荡特征,持续性强降水事件在6月发生次数最多,低频降水期间的雨带自东南向西北传播。(2)在持续性强降水发生期间,华南及邻近海域低层受强大的低频气旋式环流控制,低频上升运动显著,而中国南海—菲律宾海一带则是强的低频反气旋式环流,其西侧向北的低频水汽输送不断将中国南海的水汽送至华南及邻近海域进行辐合上升。低层的低频信号来源于热带西太平洋和中国南海—菲律宾海一带低频振荡的西北向传播,同时伴随着西太平洋副热带高压明显的西伸东退过程。(3)在高层,华南北侧(22°—45°N,95°—130°E)区域强大的低频气旋式环流和孟加拉湾—中国南海一带的低频反气旋式环流相互配合,使华南高层处于强大的辐散环境中,从而加强了华南低层的辐合与低频上升运动,造成持续性强降水的增强。高层的低频信号来源于低频罗斯贝波列的东南向传播。(4)低频大气环流异常通过云辐射和热通量过程改变低频海表温度异常,而由大气强迫的低频海表温度异常通过影响低层大气的稳定性来对大气施加明显的反馈作用,该海-气耦合过程有利于大气低层低频信号向华南地区传播,从而影响了华南持续性强降水的发生、发展与结束。

中国东南部地区4-6月强降水的低频变化特征

利用全国2 400多台站逐日降水资料,分析了中国东南部地区4—6月10-30 d低频强降水的时空变化特征。结果表明：4—6月10-30 d低频强降水的方差大值区在中国的长江及其以南地区,中心位于江南的中东部,东南部地区4—6月10-30 d低频强降水距平的第一模态反映该区域呈一致变化。功率谱分析表明第一模态时间变化的周期以10-30 d低频分量为主。根据区域强降水及其10-30 d低频强降水、区域强降水正交经验函数（EOF）分析的第一模态时间系数（PC1）及PC1的10-30 d低频分量的年际方差,结合它们两两之间逐年的相关系数,确定了区域强降水10-30 d强振荡典型年份。对典型年降水异常分布的方差分析,表明强振荡年区域总降水量异常主要是由10-30 d强降水的低频变化引起的。

超强台风“威马逊”近海加强与低频水汽输送的关系及前期信号

利用NCEP/NCAR再分析资料以及中国气象局上海台风研究所(简称上海台风所)整编的《热带气旋年鉴》,分析了超强台风"威马逊"在南海加强过程中水汽输送的变化特征,着重探讨台风强度变化与10~30 d低频水汽输送的关系,并从低频场出发寻找台风强度变化的前期信号。研究结果表明:(1)"威马逊"有两条主要的水汽通道,分别为孟加拉湾通道和南海通道,孟加拉湾通道的水汽输送强度大于南海通道;(2)"威马逊"近海加强与10~30 d低频水汽输送有紧密的联系。在热带低频系统作用下,孟加拉湾通道的低频偏西水汽和南海通道的低频偏南水汽在南海汇聚,为"威马逊"的增强提供了有利条件;(3)对于在海南岛东部登陆的台风,其登陆强度与超前5~7 d孟加拉湾通道的低频偏西水汽输送呈现显著的负相关,与南海通道的低频偏南水汽输送有较弱的负相关。若前期从两个通道截面流入的低频水汽输送通量位于低频振荡的谷值时,则有利于其后5~7 d台风在南海加强,反之减弱。

南海大气季节内振荡特征及其与ENSO循环的关系

采用1979—2009年NCEP/NCAR再分析资料、NOAA向外长波辐射(outgoing long-wave radiation,简称OLR)及扩展重建海表面温度资料,对南海大气季节内振荡(Intra-seasonal Oscillation,简称ISO)特征及其与ENSO循环的关系进行了诊断分析。结果表明:1)南海大气ISO的30~60 d周期在5—10月均显著。一般年南海大气ISO的对流传播在纬向上存在东传和西传,在经向上具有南北半球季节性摆动的特征。以低频动能表征的南海大气ISO强度年代际变化特征明显,近31 a来趋势增强,年变化呈单峰结构,峰值在7—8月。2)南海大气ISO的对流与ENSO循环显著相关,其强度在El Nio(La Nia)年减弱(增强)。与一般年对比,南海大气ISO对流在El Nio和La Nia年均表现为西传减弱、北传显著。北传特征表现为强对流活跃带于春季(4—5月)北跳至北半球(在La Nia年最北可至35°N),但在北半球的传播方向与一般年相比存在显著差异。3)南海大气ISO强度与ENSO循环关系密切,在El Nio(La Nia)年减弱(增强),两者表现为约半年(6~8个月)的滞后相关。Nio3区海表面温度异常序列与南海大气ISO强度的相关在中西太平洋地区和El Nio成熟前的春、秋季最显著,同时相关中心伴随低频动能高值区东移。

夏季欧亚中高纬大气低频振荡的纬向传播特征

基于NCEP/NCAR再分析资料,运用经验正交函数分解、线性回归和位相分析等方法,分析了夏季(5～8月)欧亚中高纬度地区主要低频周期的低频环流的纬向传播特征,并对其环流实体进行了探讨.分析结果表明,夏季欧亚中高纬度对流层中层(500hPa)的低频振荡周期主要集中在10～30d,该低频振荡同时存在明显的经向(向南)和纬向(向西)传播特征.着重分析其中的纬向传播特征后得出,其纬向平均传播速度约为9～10经度d-1.进一步分析表明,在东半球,北半球夏季极涡的最南端随10～30d的低频位相向西顺时针偏转.表征东半球大槽位置的5400,5500gpm等值线最南端,其随低频振荡位相亦有明显向西移动的特征.其中,5500gpm等值线最南端的移动速度也约为9～10经度d-1.此外,10～30d的低频冷空气也存在着随低频位相向西传播的特征.欧亚中高纬度低频振荡环流的向西传播是极涡向西顺时针旋转现象在低频尺度上的体现.与极涡或槽脊活动密切相连的冷空气即为夏季欧亚中高纬度10～30d低频振荡的环流实体.

上海市夏季降水延伸期的预报方法

利用1998—2007年上海站降水资料和NCEP逐日700hPa再分析风场资料,通过统计分析,发现上海强降水发生日,在10～20天滤波的合成低频流场上,我国沿海30°N附近地区纬向风明显加强,浙江福建沿海地区为一致的偏南风,故定义这两个区域为影响区.通过单点相关方法,在10～20天滤波的经纬向风场上分别找到一个与影响区风速超前15～20天相关性好的关键区域:110～130°E,0°～10°N和160～140°W,45～55°N.研究表明,关键区域的10～20天低频经纬向风有明显向上海附近地区传播的趋势,并且与15～20天后上海降水有显著正相关,对上海市6—8月未来15天的降水有较好的指示作用.

2011年7月中旬长江下游地区强降水期间低频环流延伸期预报试验

用2011年5—7月逐日东亚地区850hPa经向风场资料建立主振荡预测模型(POP),对影响7月中旬长江下游地区强降水过程的主要低频经向风场(20—30d时间尺度)的时空变化进行10—30d延伸期独立预报试验。结果表明,在60次预测中提前20d预报的相关预报技巧在0.50以上,很好地预报了2011年7月18日长江下游特大暴雨过程对应的关键区20—30d时间尺度的低频经向风变化过程。

2007年冬季西伯利亚高压季节内变化对云南气温的影响

应用NCEP/NCAR再分析资料中风场、温度场、气压场和位势高度场资料,以及云南96个站点的气温资料,分析2007年冬季西伯利亚高压的季节内变化特征,及对云南2007年冬季气温的影响.结果表明：2007年冬季云南平均气温和西伯利亚高压均具有显著的10-20 d和30-60 d振荡特征.冬季的4次强降温过程主要受云南平均气温10-20 d振荡的控制,而其30-60 d振荡则是提供大的背景场.2007年冬季,云南平均气温与西伯利亚高压存在超过95%显著性检验的滞后负相关关系,其中滞后18 d左右时负相关值最大.分析4次强降温过程前期的大气环流背景可知,当西伯利亚高压30-60 d振荡处于负位相时,大气10-20 d振荡环流表现出西伯利亚高压发展、盛期、南压和减弱4个时期,后期云南的降温受高压盛期和南压的影响大;而当西伯利亚高压处于30-60 d振荡的正位相时,大气10-20 d振荡环流特征表现为阻塞高压持续维持、冷空气持续向南传播的特征,导致后期云南降温持续时间久,降温幅度大.可见,影响云南地区冷空气的强弱不仅与西伯利亚高压30-60 d振荡有关,与10-20 d振荡也有直接的关系.