青藏高原低涡群发性与10～30天大气低频振荡关系的初步研究

通过统计1998年和2003年5-9月500 hPa高原低涡出现的时空位置和频数,确定出1998年和2003年的低涡群发期,着重讨论1998年夏季500 hPa相对涡度场、射出长波辐射（OLR）的10-30天低频振荡特征。结果表明：高原低涡的发生具有群发性特点,低涡群发期的出现具有周期性特征。低涡群发期与10-30天大气低频振荡有密切联系,尤其是10-30天振荡对低涡的群发具有重要影响。绝大多数高原低涡出现在10-30天大气低频振荡的正位相（气旋性）位相期和对流扰动的负位相（对流性）位相期,高原低涡群发期几乎都对应相对涡度10-30天振荡的气旋性位相期。10-30天大尺度正涡度的扰动为高原低涡的发生和维持提供了气旋性旋转的动力条件,促使高原低涡在扰动正位相期频繁发生,大气相对涡度的10-30天振荡对高原低涡的群发性具有重要的调制作用。青藏高原地区对流活动10-30天振荡的对流性位相是以低涡的群发为主要特征,高原低涡在对流位相期反复、连续地发生、发展,促使对流扰动活跃发展。

南海地区大气30～60天低频振荡及其对南海夏季风的可能影响

本文利用1979~2008年美国国家环境预报中心（NCEP）和美国国家大气研究中心（NCAR）第二套再分析资料、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的向外长波辐射（OLR）资料及1979~2007年全球降水资料（CMAP）,分析了南海地区热带大气的低频振荡及其对南海夏季风的可能影响。结果表明,夏半年南海地区存在显著的30~60天的周期振荡。当30~60天低频振荡处于活跃位相时,南海及其周围地区的低层大气为低频西南风,南海和菲律宾北部为低频气旋流场且为正的位涡度,对应着增强的南海夏季风槽和南海夏季风;当30~60天低频振荡处于不活跃位相时,情形正好相反。进一步的研究揭示出,夏半年30~60天低频振荡变化的空间型与夏半年平均场的年际变化的空间分布非常相似,并且南海及其附近地区的30~60天低频振荡活动的年际变化对夏半年平均场的年际变化有显著的贡献。强、弱南海夏季风年30~60天低频振荡活动的比较也说明,强的南海夏季风年30~60天低频振荡活跃状态发生的概率大于不活跃状态发生的概率,而弱的南海夏季风年则是不活跃状态发生的概率大于活跃状态发生的概率。因此,南海地区30~60天低频振荡对南海夏季风很可能有重要影响,当30~60天低频振荡的活跃状态处于主导时,南海夏季风往往会偏强;反之,如果不活跃状态处于主导时,南海夏季风往往会偏弱。

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。

南海-西太平洋春季对流10～30天振荡强度对南海夏季风爆发早晚的影响

采用NCEP再分析资料,揭示了南海-西太平洋春季对流存在显著的10~30天振荡周期。在年际尺度上,南海-西太平洋春季对流10~30天振荡强度(简称SCSWP_SISO)与南海夏季风爆发日期存在显著的负相关关系。当春季菲律宾和西太平洋海温偏高、赤道太平洋中部及以东地区海温偏低时,索马里、110°E越赤道气流会加强,南海-西太平洋偏西风加强,产生异常气旋性环流,垂直上升运动增强,水汽异常偏多,东西风切变增强,有利于SCSWP_SISO增强。而SCSWP_SISO增强时,有由南往北、自西向东的异常气旋传播,从而减弱低层副热带高压使之较早撤出南海,南海夏季风得以较早爆发。反之亦然。在不同的年代际背景下,SCSWP_SISO经历了偏弱、较弱和偏强的变化,但影响其变化的因子并不完全一致。在第一阶段(1958—1976年),主导因子是南海-西太平洋冷的海温与异常下沉运动、异常减弱的水汽-对流条件。在第二阶段(1977—1993年),主导因子为中东太平洋异常偏冷的海温以及局地异常减弱的风场垂直切变。在第三阶段(1994—2011年),主导因子为热带海温的整体偏暖、风场垂直切变的增强以及水汽-对流的加强。但随着SCSWP_SISO的年代际增强,其与南海夏季风爆发日期的相关关系却呈现下降趋势。

对流凝结加热的垂直分布与低纬大气的30～60天低频振荡

运用一个包含Wave-CISK机制的斜压半地转8层模式和本征函数展开方法,研究了三种不同的对流凝结加热廓线对低纬大气的30~60天低频振荡的影响。研究表明,不同的加热廓线分布时30~60天低频振荡具有不同的相速和周期,并且低频振荡特征相速的量级都是o(10 m/s),由Wave^CISK机制激发的低频CISK-Kelvin波和CISK-Rossby波都是稳定的。同时,还进一步揭示了不同加热廓线对低纬大气30~60天低频振荡垂直结构的影响。

中高纬大气环流异常和低纬30～60天低频对流活动对南海夏季风爆发的影响

利用1979—2003年NCAR／NCEP-2再分析全球日平均资料，及1979-2003年全球候平均的CMAP降水和NOAA日平均的向外长波辐射资料，分析了中高纬大气环流异常和低纬30-60天低频对流的活动对南海夏季风爆发迟早的影响。分析结果表明，当5月1～15日期间乌拉尔山及其以西地区对流层出现位势高度负距平（低频气旋）、中纬度大陆为位势高度正距平（低频反气旋）、我国东部沿岸地区为位势高度负距平（低频气旋）、鄂霍次克海地区为位势高度正距平（低频反气旋）时，副热带高压脊较早撤出南海，与此同时，孟加拉湾东部低频对流活跃东传，菲律宾南部周围低频对流发展西移，华南地区低频对流活动南移以及加里曼丹低频对流活跃北移。在这种情况下，南海夏季风爆发偏早。相反，当5月1～15日期间乌拉尔山及其以西地区对流层出现位势高度正距平（低频反气旋）、中纬度大陆为位势高度负距平（低频气旋）、我国东部沿岸地区为位势高度正距平（低频反气旋）、鄂霍次克海地区为位势高度负距平（低频气旋）时，副热带高压脊撤出南海较迟；与此同时，孟加拉湾东部低频对流不活跃、东传晚，菲律宾南部周围低频对流不活跃、其西移与孟加拉湾东部低频对流的东传反位相，华南地区低频对流活动也不活跃，加里曼丹低频对流较弱。在这种情况下，南海夏季风爆发偏迟。

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.

热带低层大气30～60天低频动能的年际变化与ENSO循环

利用ＮＣＥＰ再分析资料，通过统计相关及合成分析研究了热带大气季节内振荡（ＩＳＯ）的年际变化与ＥＮＳＯ循环之间的关系。结果表明，热带大气季节内振荡（也称３０～６０天低频振荡）的年际变化在热带中西太平洋地区最强。在曰 Ｎｉｎｏ。成熟之前的春夏季，热带西太平洋的 ３０～６０天振荡异常活跃，其动能明显增加且逐渐东移；在曰 Ｎｉｎｏ成熟以后，热带西太平洋大气３０～６０天低频振荡迅速减弱。与这种加强的３０～６０天振荡相伴随，在赤道北侧为异常的气旋式环流，赤道地区出现偏西风异常。相反，在 Ｌａ Ｎｉｎａ成熟之前的春夏季，热带西太平洋大气３０～６０天振荡偏弱。进一步的分析还发现，东亚冬季风的年际变化是引起热带大气３０～６０天振荡的年际变化的主要机制：强东亚冬季风导致热带西太平洋积云对流加强，从而引起热带西太平洋大气３０～６０天振荡加强；相反，对应于弱的东亚冬季风，热带西太平洋地区积云对流偏弱，大气３０～６０天振荡偏弱。作者的资料分析还证实，热带大气 ３０～６０天低频振荡的年际变化，作为一种外强迫，对曰 Ｎｉｎｏ的形成起着十分重要的作用。

10-30天延伸期天气预报及发展趋势

本文概述了10-30天延伸期天气预报及其国际动态、发展趋势,并对东亚季风区夏季强降水过程的10-30天延伸期预报方法试验提出初步建议。

青藏高原夏季风和南海夏季风低频振荡的关系

利用1948-2010年NCEP/NCAR全球大气逐日平均的再分析资料分析了青藏高原夏季风和南海夏季风大气低频振荡的可能关系。结果表明,夏半年高原地区和南海地区季风均存在明显的30~50天的振荡周期,并且两者在这个振荡周期上存在明显的位相关系,即南海夏季风的低频振荡比青藏高原夏季风提前约3/4个位相,对500 h Pa和850 h Pa低频风场的研究也得出同样的结果。两者存在明显位相关系的原因之一可能是3月下旬开始南海向青藏高原地区的低频输送。

汛期强降水过程与月内低频降水的联系及其可能机制

利用1981 2010年中国753站逐日降水观测资料、NCEP/NCAR第二套逐日再分析资料及实况天气图等,选取长江中下游32次大范围持续性强降水过程,分析了该类强降水过程与月内(10~30天)低频降水的联系,并重点讨论了形成该类强降水过程的可能机制。结果表明:(1)长江中下游夏季降水具有显著的月内低频振荡周期。大范围持续性强降水过程基本位于降水低频振荡的峰值阶段。(2)梅汛期(6 7月)月内低频降水峰值位相前期,西太平洋副热带高压(下称西太副高)西伸北进,高低空急流发展加强。在强降水过程发生期,高中低层配置出现垂直方向上的最佳耦合;而台汛期(89月)低频降水峰值位相前期,西太副高东退南撤,低空急流逐渐南落至长江中下游东南部,与高空急流相配合,为强降水过程的发生提供了有利条件。(3)梅汛期东北亚低频位势高度低值区南下,与中纬太平洋西传的低频波列在长江中下游汇合。同时西太副高发展加强,造成了长江中下游降水峰值位相南高北低的低频位势高度分布,有利于强降水过程的发生;台汛期伴随从热带西太平洋到日本海低频波列的西北向移动,菲律宾东北部的低频气旋及其北侧低频反气旋的降水峰值位相分别移至长江中下游和东北亚地区,导致暖湿、干冷气流在长江流域交汇,进而造成强降水过程。(4)菲律宾以东洋面低频强对流可作为梅汛期和台汛期强降水过程发生的前期热带信号,提前低频降水峰值位相10天左右。

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。

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。

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。

2000~2017年江淮地区持续性异常降水低频特征分析

利用中国气象局提供的2000~2017年地面气象观测站点逐日降水资料、NCEP逐日4次FNL再分析资料和NOAA向外长波辐射(OLR)资料,依据持续性异常降水指数挑选出67个低频降水事件,之后采用功率谱分析、Lanczos滤波、位相合成分析等统计方法,对江淮地区低频降水的统计特征和高中低层的低频环流场特征进行了分析。结果表明:江淮地区的异常降水事件降水最强的阶段平均持续3~8天,降水带分布在长江沿岸及其以南地区,中心主要位于安徽南部和江西北部。低层(850 hPa),江淮地区的持续性异常降水受到西北太平洋上空西北向传播的低频信号和河套地区东南向传播的低频信号共同作用的影响;中层(500 hPa),江淮地区的持续性异常降水主要受到位于其上空的气旋式系统和南海–菲律宾海地区的反气旋系统的影响;高层(200 hPa),南海–菲律宾海的反气旋环流、江淮地区西北侧的气旋环流及巴尔喀什湖的反气旋环流,三者构成西北–东南向移动的低频波列,与江淮地区持续性异常降水的活跃中断相对应。

江淮持续性暴雨过程前MJO热带低频信号初探

我国江淮流域持续性暴雨过程发生前,热带大气30~60天低频振荡特征明显。选取近35年的21个典型的江淮持续性暴雨过程,基于位相统计及合成分析方法 ,探讨了与过程相关的热带大气低频振荡特征以及相关低频系统的传播特征。结果表明,MJO的位相1、2可作为江淮流域持续性暴雨过程发生的热带信号,热带印度洋北侧-热带西太平洋一带受低频东风以及我国东南沿海低频反气旋有利于副高的西伸。

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.

印度洋—西太平洋对流涛动的季节内特征

本文利用30~60天带通滤波资料,考察了不同季节印度洋—西太平洋区域对流活动季节内尺度变率的主要模态,发现在不同季节赤道东印度洋(5°S^10°N,70°E^100°E)和西北太平洋(5°N^20°N,110°E^160°E)对流活动均存在反相变化的关系,将之称为季节内尺度的印度洋—西太平洋对流涛动(Indo–West Pacific Convection Oscillation),简称IPCO。对IPCO两极子区域对流活动进行超前滞后相关分析,发现IPCO事件形成—发展—消亡的生命周期是由对流活动季节内振荡及其传播造成的。对流扰动首先在赤道中西印度洋形成,随后逐渐向东发展变强,在其继续变强的过程中将分两支传播:一支由赤道印度洋向北传播,至印度半岛南部后逐渐减弱消失;另一支沿赤道继续东传,在海洋大陆受到抑制,快速越过海洋大陆到达赤道西太平洋后又开始发展变强,随后北传至西北太平洋区域逐渐减弱,最终至我国长江流域中下游到日本区域消失。将这一过程划分为8个位相,详细分析了不同位相对应的环流场和降水场特征,最后给出了IPCO事件演化示意图。

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.