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。

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.

2003年江淮流域强降水过程与30-70d天低频振荡的联系

利用NCEP／NCAR再分析和地面观测站的逐日降水资料，研究了2003年夏季江淮流域强降水过程与低频振荡的联系。结果显示，主周期为30～70d的低频振荡对2003年江淮流域暴雨的形成具有重要贡献：低频涡旋在江淮地区降水期的对流层高、低层呈负、正配置，具有斜压结构，利于降水发生；850hPa上正涡度系统的传播具有明显的北传和西传特征；存在于西太平洋、西北太平洋及其以东地区的低频波列（P—J）的活动过程影响了我国2003年江淮低频强降水的形成；整层低频水汽通量显示来自副热带高压外围的西南季风对水汽输送的贡献较显著，且2003年江淮地区30-70d时间尺度上降水的水汽来源为南海而非孟加拉湾或西太平洋。

热带西北太平洋10～30d振荡对南海夏季风影响

采用1958—2011年NCEP/NCAR再分析资料以及ERSST海温资料,分析热带西太平洋夏季对流10~30 d振荡对南海夏季风的影响。在年际变化尺度上,热带西北太平洋夏季10~30 d振荡强度指数（TWPI）与南海夏季风强度有很好的正相关关系。在TWPI增强年份,海温主要呈El Ni？o分布,南海周边区域增强的异常西风产生强的正涡度切变,导致异常气旋性环流,为季风槽的增强提供了热量和水汽,从而增强南海夏季风强度。反之,在TWPI减弱年份,海温主要呈La Ni？a分布,南海夏季风强度减弱。在不同的年代际背景下,垂直切变和水汽-对流的总体变化是影响TWPI总体变化的重要因子,但不能影响南海夏季风强度的总体变化。海陆热力对比的总体变化是导致南海夏季风强度总体变化的主要影响因素。

2007年夏季江淮强降水过程中10～30d低频变化及其与对流层上层波包活动的联系

利用NCEP/NCAR再分析和全国740站逐日降水资料,运用一点滞后相关等方法,对2007年夏季江淮流域强降水期间低频振荡的波动活动特征及其与降水低频变化的联系进行了分析。结果表明,在2007年夏季降水中,降水低频分量起着重要作用。降水的低频振荡主周期为10~30 d,降水距平时间序列与10~30 d低频分量具有较好的对应关系。低频扰动在对流层上层和低层都呈现波列状分布,且在降水活跃位相时,低频环流在高、低层具有斜压结构。在对流层上层,低频扰动有缓慢的东移倾向,相速度为每天2~3个经度。西风带中存在多次移动性波列向下游的传播,且在120°E以西以每天14经度的群速度向下游频散能量,表明10~30 d低频波动具有明显的下游发展特征。在强降水开始5 d前,低频波动与能量可起源于高纬的乌拉尔山附近,沿着西北—东南向的路径向下游传播。下游发展的低频波动为江淮流域带来了能量,为强降水的发生提供了条件。这些结果加深了人们对低频波动在江淮流域强降水过程中所起作用的认识,可为寻找江淮流域强降水过程预报线索提供科学依据。

江淮持续性暴雨过程前30～60d低频主振荡型特征

利用1951-2010年NCEP／NCAR逐日再分析资料，采用改进后的一阶Butterworth带通滤波、主振荡分析（ POP）和合成分析，研究了近60年4-8月全球大气低频主振荡型特征及其与江淮流域持续性暴雨过程的关系。结果表明，4-8月全球850 hPa高度场存在IN-WPO型（赤道印度洋-西太平洋型）和TA-WE型（热带大西洋-西欧型）2个30-60 d主振荡型。过程前，不同振荡型的时域变化特征明显，反映了全球大气30-60 d低频振荡的显著变化。位相合成分析显示，持续性暴雨过程主要发生在IN-WPO的位相7和TA-WE的位相5后，过程前，当IN-WPO型循环到位相4时，850 hPa低频风场中我国南海、华南等地开始存在显著30-60 d低频风变化，西北太平洋低频气旋和北太平洋低频反气旋的形成和发展，这些低频特征有利于江淮流域持续性暴雨过程形成。

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。

大范围持续性强降水过程与30～60d低频降水的联系及其预报指数

研究低频振荡是目前开展强降水过程延伸期预报的有效途径。利用1981—2010年中国753站逐日的降水观测资料、NCEP/NCAR第二套再分析资料及实况天气图等资料，分析大范围持续性强降水过程与30～60 d低频降水的联系，并根据前期低频信号构造强降水过程预报指数。研究表明，（1） 大范围持续性强降水过程与低频降水紧密相联，低频降水对强降水过程有显著贡献。在30～60 d低频降水显著年，强降水过程均发生在低频降水峰值阶段；但对于低频降水而言，仅有56%的峰值阶段发生强降水过程。（2） 当低频降水峰值阶段发生强降水过程时，来自东北亚和南海的低频位势高度低值系统在长江中下游汇合，“南北高、中间低”的低频位势高度分布有利于低频气流强烈辐合，并在经向上形成两个完整的反向低频垂直环流圈，促进了上升运动发展，导致强降水过程发生；而对于低频降水峰值未发生强降水过程的情况，北方冷空气南下较弱，高纬度低频影响系统位置偏北，长江中下游附近表现为“南高北低”的低频位势高度分布和单圈垂直环流，不利于低频气流强烈辐合。（3） 综合高、中、低纬的前期低频信号构造了强降水过程预报指数，对延伸期（10～25 d）长江中下游大范围强降水过程预报具有参考价值。

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。

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。

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。

ENSO对中国南方降水低频变率的可能影响

利用1979—2012年Hadley中心海表温度、中国2 474个台站逐日降水和NCEP/NCAR全球再分析资料,分析了不同类型ENSO事件秋冬季和次年春季中国南方地区10~30 d降水低频变率的变化特征。结果表明,中国南方地区10~30 d降水低频变率对不同类型ENSO事件的响应存在显著的季节差异。EP型El Ni1o的冬季和次年春季,低频降水变率显著增强; CP型El Ni1o秋冬季低频降水强度呈现相反的异常,秋季低频降水偏弱,而冬季则偏强; La Ni1a事件期间中国南方低频降水变率的变化较小且不稳定。进一步分析发现,ENSO对南方地区10~30 d低频降水变率的影响与西北太平洋地区季节平均大气环流背景场对ENSO的响应密切相关。相比正常年份,EP型El Ni1o冬春季菲律宾反气旋性异常环流的强度较强且范围较大,其西侧的异常西南风向中国南方地区输送了大量水汽,从而有利于低频降水的增强; CP型El Ni1o年秋季西北太平洋表现为气旋性环流异常,抑制了热带水汽向东亚大陆的输送,而冬季却产生了与EP型El Ni1o年类似的异常反气旋环流,只是强度有所减弱,因此中国南方地区低频降水强度在秋冬季呈相反异常。La Ni1a年菲律宾附近虽然存在气旋性环流异常,但强度较弱,因而我国南方地区低频降水变率的响应也较弱。

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。

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。

2020/2021年冬季三次全国型强冷空气过程及其低频特征

2020/2021年冬季,东亚地区的强冷空气过程多次爆发,持续强降温及伴随的大风、雨雪天气给人民生产生活造成了严重影响。利用日尺度大气环流格点数据和地面气温站点资料,从次季节变化角度揭示了西伯利亚高压的低频振荡特征及对三次全国型强冷空气过程(2020年12月13~15日、2020年12月29日至2021年1月1日、2021年1月6~8日)的重要影响。研究显示,2020/2021年冬季,西伯利亚高压和中国东部地区气温变化都表现出明显的准双周(10~30 d)和30~60 d低频振荡特征,并且低频特征在冬季前期明显强于冬季后期。但是,三次强冷空气过程中低频振荡的特征各不相同,其中,第一次过程中准双周振荡有显著的正贡献,但30~60 d低频振荡为负贡献;而第二次和第三次过程兼有准双周和30~60 d低频振荡的共同作用,尤其第三次过程处于这两个低频波段的最强时期,这也导致第三次冷空气过程的降温幅度最大、低温影响范围最广,西伯利亚高压也发展最强。10~30 d低频西伯利亚高压的增强超前一候(5天)左右对冷空气爆发和中国东部地区强降温均有显著的负相关关系,其中与冷空气爆发的关系超前1~2天最显著,与中国东部地区低温的关系超前2~3天最为显著。

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。

青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡特征

利用1979—2019年ECMWF提供的ERA-Interim逐日再分析资料,采用Morlet小波分析、滤波及合成分析等方法,探究了青藏高原夏季对流层高层纬向风季节内振荡(IntraSeasonal Oscillation,ISO)的主要周期及其传播特征。结果表明:青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡的主要周期为10~30 d,其强度存在明显的年际差异。在纬向风ISO强年,振荡过程持续时间长、振幅强,ISO方差中心从对流层高层向下影响到对流层中层,表现为相当正压结构。其传播在纬向上主要表现为ISO中心从高原东部3次向东传,可达西太平洋地区;经向上分别有4次自中高纬向南传播的10~30 d ISO中心与来自低纬地区的ISO中心在高原南侧汇合,其强度在高原南侧有所加强,强振荡中心可向南传播到达低纬地区。ISO的位相演变主要表现为低频反气旋和低频气旋中心在高原东部交替出现,引起东部地区上空低频东风和低频西风的强度变化。在ISO极端活跃位相,高原东部低频西风达最强。

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。

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.