基流水平结构变化在定常Rossby波列传播及正压能量转换中的作用

本文利用球面正压大气的准地转方程组讨论了基本气流水平结构及其变化对于定常Ross(?)y波列传播的影响,发现定常Rossby波列的两维传播与基本气流的水平切变有关,急流的存在阻挡了波长较短的波列的径向传播,使其在强迫源附近被“trapped”,但长波可以通过很强的急流区并具有准径向传播的特征。另外本文还分析了基本气流水平结构的变化对正压不稳定能量转换的影响,定性地解释了急流附近定常Rossby波列强度的变化。

冬季与北大西洋涛动相关Rossby波列传播特征及对下游气候的影响

利用再分析数据,以在北半球冬季与北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)相关的向下游传播的准定常波列在欧洲地区是否发生反射为标准,将1957/1958年至2001/2002年这45个冬季分为高纬型和低纬型两类冬季,分别简称为在H型和L型冬季。在H(L)型冬季,和NAO相联系的向下游传播的Rossby波列主要沿高纬度(低纬度)路径传播。对比了在两种类型冬季NAO与同期大气环流、近地面温度(Surface Air Temperature,SAT)、海表面温度(Sea Surface Tempertaure,SST)和降水的关系。结果表明:大气环流方面,在H型冬季,300 hPa位势高度异常在西-西伯利亚和中-西伯利亚西部与NAO呈现正相关,而在L型冬季300 hPa位势高度异常在亚洲东海岸(约40°N)和北太平洋呈现正相关,在H型冬季与NAO相关的经向风异常在中纬度形成波列,而在L型冬季与NAO相关的经向风异常在副热带形成波列;SAT方面,在H型冬季SAT异常在欧亚大陆腹地高纬度地区与NAO呈现正相关,而在L型冬季与NAO相关的SAT异常在欧亚大陆腹地的高纬度地区相对较弱,但NAO造成的SAT异常可以扩展到亚洲东北部;降水方面,H型冬季与L型冬季主要区别在中国南方,在H型冬季降水异常与NAO的关系相对较弱,而在L型冬季降水异常与NAO呈现正相关关系;SST方面,同期SST异常在北大西洋中纬度海域与NAO呈现正相关,而在L型冬季与NAO相关的SST异常在北大西洋中纬度地区相对较弱,在北大西洋北部和南部较强。总体而言,在H型和L型冬季,NAO具有不同下游影响。

El Niño背景下AO激发Rossby波对云南冬季极端降水的影响

2019年1月8日云南平均降水达29.8 mm,为1961年来第三大的冬季极端强降水事件。研究发现,2018/2019年冬季El Niño背景下,偏暖的南海生成热带低压,受偏强偏西的西太平洋副高(简称西太副高)外围气流引导西行进入孟加拉湾(简称孟湾)后北上。北极涛动(Arctic Oscillation,AO)激发Rossby波列东传至孟湾形成南支槽,槽前西南气流与副高外围气流和热带低压汇合,在缅甸至云南形成强西南急流、上升运动和水汽辐合,导致了这次极端降水事件。结果表明:(1)AO正位相时,斯堪的纳维亚脊前北风偏强偏南到达地中海、北非后,激发中低纬地中海-北非槽、巴基斯坦脊、孟湾南支槽Rossby波列,以及中高纬斯堪的纳维亚脊、乌拉尔山槽、蒙古脊Rossby波列,进而形成青藏高原(简称高原)“北脊南槽”形势。(2)低纬波列东传过程中要受到副高的影响,北非副高和西太副高外围气流有利的位置配置对南支槽有增幅作用,使AO激发的欧亚低纬波列更显著。(3)El Niño有利于阿拉伯海反气旋、西太副高、中南半岛偏南气流、高原绕流及蒙古脊偏强,La Niña时情况相反。所以ENSO通过对以上系统的影响进而对AO影响云南降水有调制作用。

The Rossby wave train patterns forced by shallower and deeper Tibetan Plateau atmospheric heat-source in summer in a linear baroclinic model

观测结果表明,在夏季青藏高原高层大气热源(TPUHS)的发展和衰减阶段(高原热源由浅向深发展),北半球的环流异常表现出不同的Rossby波列型。本研究利用线性斜压模式LBM来探究深浅TPUHS的波列效应。模拟结果表明,深浅TPUHS能强迫出不同的Rossby波列型,而且波列型与观测结果相似。对应浅的TPUHS,Rossby波列型从青藏高原延伸至美国西海岸;而对应深的TPUHS,Rossby波列型从青藏高原延伸至阿拉斯加。

江淮流域伏后延伸期降水异常的环流特征

本文利用1990—2021年高分辨率的CPC和ERA5再分析资料,分析伏后(8—9月)11~25 d和29~59 d江淮流域的大气低频特征,用奇异值分解(SVD)研究影响江淮伏后降水的大气低频信号,并选取2017和2021年两次降水个例进行机理解释。研究结果表明:11~25 d低频位势高度占原始场的方差贡献百分比大于29~59 d尺度,对流层中高层的方差贡献大于对流层低层。SVD结果指出,环球遥相关模(CGT)导致江淮流域的局地辐合上升,有利于11~25 d的低频降水;11~25 d的低频降水与日降水的峰值匹配,意味着该时间尺度的系统对江淮伏后降水具有重要贡献。欧洲至中国的大气Rossby波列使江淮流域的对流层高层辐散,产生垂直上升运动,伏后西北太平洋对流层低层反气旋环流将暖湿水汽传输至江淮流域,动力和水汽条件均有利于降水。本文的研究结果有助于理解江淮流域伏后降水的延伸期预报机制,可为延伸期预报业务提供有价值的分析路线。

再论夏季西太平洋副热带高压的西伸北跳

利用NCEP/NCAR再分析资料,选择了1998年、 2003年和2005年夏季我国东部雨带位置变化过程进行诊断分析.研究表明：夏季我国东部暴雨带位置的变动,受西太平洋副热带高压西伸北跳（南撤东退）的调节.当副热带高压西伸北跳（南撤东退）时,暴雨带向北（向南）移动.在副热带高压西伸北跳持续时期,长江流域中下游地区出现高温酷暑天气.副热带高压西伸北跳是由于欧亚大陆上空存在静止Rossby波列,波的能量沿着高空副热带急流向东传播到我国沿海海岸（115°～130°E ）时,在该地区激发出一个长波脊.这个长波脊的建立,使得副热带高压和对流层上部的青藏高压都朝长波脊方向伸展,表现为“相向”而行.而当在沿海海岸上空激发出一个长波槽时,副热带高压南撤东退而青藏高压退回到高原上空.当夏季沿海海岸上空的长波脊持续维持时,长江中下游会出现持久的高温酷暑天气.根据夏季天气预报的经验,欧洲中期数值预报中心发布的预报对副热带高压的西伸北跳有较好的可预报性.

夏季东亚高空副热带西风急流季节内异常的环流特征及前兆信号

位于东亚中纬度上空的东亚高空副热带西风急流是东亚季风环流系统中的重要成员,我国夏季降水雨带的季节内变化受东亚高空副热带西风急流位置季节内异常变化影响。根据1979~2008年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA ERSST V3月平均海表温度资料,利用统计分析和物理量诊断方法对夏季东亚高空副热带西风急流位置季节内异常的东亚大气环流特征及外强迫信号的物理过程进行了探讨。研究指出:6月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受欧亚大陆中高纬东传的Rossby波列位相变化影响,春季北大西洋海温异常是欧亚大陆中高纬度Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号;7月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受西太平洋热带向副热带传播的Rossby波列位相变化影响,春季西太平洋热带海温异常是西太平洋热带向副热带传播的Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号;8月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受南亚大陆向东亚大陆热带、副热带传播的Rossby波列位相变化影响,春季印度洋海温异常是南亚大陆向东亚大陆热带、副热带传播的Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号。

冬季乌拉尔山地区不同生命期阻塞高压的热动量输送特征

冬季乌拉尔山地区阻塞高压(以下简称乌山阻高)是引发东亚地区寒潮天气的重要天气系统,研究其动力机制可为实际业务工作中的极端低温事件的预测提供更多的理论参考。本文利用美国国家环境预测中心-能源部(National Centre from Environmental Prediction-Department of Energy,NCEP-DOE)的再分析数据,采用天气学方法从1979-2018年40个冬季中甄选出21次短中(生命期5~7天)及14次长生命期(生命期等于或大于8天)乌山阻高,对比分析两类阻高过程中定常热(v*T*)、动量(u*v*)通量的输送特征,结果表明:(1)冬季长生命期阻高期间60°N附近v*T*的辐合量及u*v*输送量显著大于短中生命期的,说明定常热、动量输送对阻高的长时间维持有重要作用。且长生命期阻高期间对流层上层(300~150 hPa)20°N-40°N区域u*v*向北输送,短中生命期的则向南输送,说明副热带急流向中纬度输送u*v*为阻高长时间维持提供动量补充。同时冬季长生命期阻高期间70°N极锋急流偏弱,为阻高延长生命期,扩大范围提供有利条件。(2)定常热、动量通量在对流层中上层各层次上的分布也有显著不同。各层次上的v*T*及u*v*的输送都是通过阻高激发的Rossby波波列完成的。对流层中上层(500~300 hPa)乌山阻高关键区西北-东南域定常动量通量向极补充输送是阻高长时间维持的关键。

秋季低纬太平洋海温异常激发的准PNA型

本文应用统计方法讨论6～11月的准PNA型,得到如下结论: 秋季,低纬中太平洋热源异常,能发出位置与PNA型相类似的遥相关型——准PNA型。这种遥相关型呈二维Rossby波列,具有相当正压结构,在西风带中沿固定波导向极向东传播,从而影响中太平洋和北美天气。 夏季,由于热源位置的差异,则不存在与PNA型相类似的遥相关型。从而认为热源的扰动在遥相关型的成因上起着举足轻重的作用。

The extreme Arctic warm anomaly in November 2020

2020年11月北极东部显著偏暖,表面气温暖异常为1979年以来第二强,且北极表层偏暖可以延伸至对流层上层.本文进一步研究了此次北极极端偏暖的可能原因.2020年秋季北极海冰大幅减少,11月从北大西洋向北极的水汽输送显著增加,且二者的变化幅度均超过了1979年以来的最高纪录,进而导致北极出现极端暖异常.此外,从中纬度向北极的Rossby波传播有利于向极水汽输送增加,且此过程可能与北大西洋中纬度海温异常有关.