El Nio事件大气-洋流异常与暖海温传播机理研究

利用1971~2000年逐月SODA（SimpleOceanDataAssimilation）同化资料（Carton等，2004）、1980~2000年逐月NCEP／NCAR再分析资料（Kalnay等，1996）探讨中部型（暖海水首先出现在120°W以西）和东部型（暖海水首先出现在120°W以东）E1Nifio事件赤道纬向风应力及洋流的异常变化与暖海水信号的传播特征。研究指出：（1）中部型和东部型E1Nino事件发生时，太平洋上赤道海表最大西风应力距平在西太平洋地区都有显著的东传现象，但中部型E1N盗。事件西风应力距平强度强，造成西太平洋赤道表层的东向流可达东太平洋地区，这类E1Nino事件强度偏强。（2）中部型E1Nino事件，赤道表层洋流辐合区及其下沉运动由西太平洋向东太平洋传播，辐合下沉运动抑制了深层冷海水上翻，西太平洋暖水能够传到东太平洋与西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动的东移有关。（3）东部型E1Nino事件西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动没能直接传到东太平洋地区，东太平洋暖水形成与局地（120°W以东）辐合下沉运动抑制深层冷海水上翻有关；东部型E1Nino事件暖池次表层的暖水，不是沿着西太平洋赤道次表层向东传播到东太平洋地区，而是由南太平洋西边界流将暖池海水带到40°S左右的西风漂流区，再由西风漂流平流到东太平洋。

中国南方多雪年环流特征及对关键区海温的响应

根据NECP/NCAR月平均再分析资料,采用回归分析、合成分析等方法,探讨了La Nia(ElNio)气候背景下,大气外强迫因子北大西洋中纬度(45°N,30°W)、赤道印度洋、我国南海和东海海域海温异常对亚洲环流及我国南方降雪多寡的影响。分析发现,La Nia气候背景下,北大西洋中纬(45°N,30°W)海温为正异常,有利于500 hPa高度场亚洲中高纬叶尼塞地区(50°N,90°E)位势高度偏高并出现阻塞型,也有利于东亚冬季风环流加强;赤道印度洋、我国南海和东海附近海温出现负异常,850 hPa高度东亚大陆沿海低纬地区风距平场出现偏北风距平,我国南方多雪,温度相对偏低。El Nio背景下,北大西洋中纬度(45°N,30°W)海温为负异常,亚洲中高纬叶尼塞地区位势高度偏低,东亚冬季风环流偏弱;赤道印度洋、我国南海和东海附近海温出现正异常,850 hPa高度东亚大陆沿海低纬风距平场出现偏南风距平,我国南方多雪,温度相对偏高。回归分析指出,冬季500 hPa亚洲中高纬叶尼塞地区(90°E附近)的位势高度正(负)异常与北大西洋中纬度(45°N,30°W)附近海温正(负)异常有关;冬季850 hPa东亚大陆沿海低纬地区偏南(北)风距平与赤道印度洋、我国南海和东海地区的海温正(负)异常有关。La Nia气候背景下的2008年1月我国南方低温、雨雪、冰冻极端灾害事件的发生可能与北大西洋中纬度(45°N,30°W)附近以及赤道印度洋、我国南海和东海海温都出现正异常有关。

夏季欧亚中高纬持续流型的季节内气候特征

利用合成、EOF分析、数值模拟等方法,研究了夏季欧亚中高纬两类典型持续流型:E型(主要特点是乌拉尔山、贝加尔湖、鄂霍次克海地区分别为长波脊、槽、脊)和C型(槽脊位置与E型相反)的季节内气候特征,得到以下主要结论:(1)流型指数实际分布频数与正态分布理论概率的差值呈现双峰特征,E、C型异常环流实际发生频数较理论值偏多;(2)气候平均的夏季欧亚环流型呈现明显的季内阶段性演变特征,经历着与西太平洋副高北跳、我国夏季雨带北移类似的阶段性变化,数值模拟再现了这种特征;(3)E、C型过程期间不仅欧亚中高纬区环流有明显差异,在北半球的其他地区也有明显差异。E、C型持续流型的出现和变化,与东亚太平洋(EAP)型的正负位相、南亚高压的两种模态以及西太平洋副高都有明显的相关性,是了解欧亚不同纬度带系统相互作用及其成因的一个新的着眼点。

黑潮和北大西洋海温异常在2008年1月我国南方雪灾中的可能作用的数值模拟

根据NCEP/NCAR再分析资料、NOAA扩展重建海表温度资料,利用中国科学院大气物理研究所全球大气环流谱模式(IAP-T42L9)模拟了大气环流对黑潮区、北大西洋海温异常偏暖的响应特征,并探讨了黑潮区、北大西洋海温异常在2008年1月我国南方雪灾中的作用。通过模拟场与观测场的比较表明,在考虑黑潮区和北大西洋海温异常偏暖的情况下,模式比较成功地模拟出了2008年1月我国南方发生低温、雨雪、冰冻天气的各种主要环流特征。黑潮区海温升高导致东亚沿海位势高度增加,西太平洋副热带高压偏北。它一方面不利于冷空气向下游输送,导致冷空气在我国长江流域及其以南地区堆积;另一方面加强了海洋的暖湿气流及向我国长江流域及其以南地区的水汽输送,为我国南方雨雪天气形成提供了充沛的水汽条件,有利于我国南方低温、雨雪、冰冻天气的持续。北大西洋海温异常偏暖对中高纬地区中西伯利亚阻塞高压的形成有重要作用。受其影响,我国除受东路冷空气活动的影响外,中纬度还不断有西路冷空气随着西风带槽脊东移影响我国东部地区。它是导致我国南方低温、雨雪、冰冻天气持续的另一个重要原因。

2006年川渝地区高温干旱特征及其成因分析

2006年夏季，四川、重庆发生了50年一遇的高温大旱。利用中国730站中JII渝地区58个测站2006年1月1日～9月8日的逐日降水、日最高气温和NCEP再分析资料，探讨了这次高温干旱的特征及成因机理，重点分析了西太平洋副热带高压和大陆副热带高压的异常活动以及西风带与热带环流的特征。研究指出，东亚西风带扰动偏弱、偏北，青藏高原低涡活动减弱，使得川渝地区上空长时间受强大的副热带高压控制；2006年夏季副热带高压的加强和维持与菲律宾以东洋面及南海地区的对流加强、孟加拉湾地区降水异常增多导致的加热场异常密切相关。

夏季欧亚中高纬环流持续异常事件的Rossby波传播特征

利用西风波导结构以及波作用通量,探讨了夏季欧亚一类中高纬持续异常环流所对应的Rossby波的能量频散特征。中高纬度对流层上层存在结构较为复杂的弱波导,Rossby波能量频散过程基本上与该弱波导结构一致。Rossby波传播特征在不同时期以及两种环流型(E型和C型)之间存在显著差异:(1)在梅雨前期,与E型环流对应,Rossby波从南欧气旋式异常环流中心传播到乌拉尔山正高度异常中心,并且波作用通量在乌拉尔山西侧辐合,形成该地区正高度异常环流。乌拉尔山持续异常中心东侧重新激发出Rossby波,并传播至贝加尔湖和鄂霍次克海地区,维持对应的异常环流。与C型异常环流对应,Rossby波活动非常活跃。该型三个活动中心呈现高纬-中纬-高纬的分布特征,这与波导结构密切相关。(2)在梅雨期,Rossby波的传播对两类持续异常环流的作用更加明显,其传播路径基本上在处于极区和偏向中纬度一侧的两个"波障碍区"之间的带状西风波导区中。Rossby波从乌拉尔山活动中心向东传播,最终形成贝加尔湖和鄂霍次克海地区的持续异常环流。在C型维持过程中则还存在另一种强迫因子。在C型中,Rossby波从乌拉尔山活动中心向中纬度传播,并在亚洲急流中向东传播至东亚地区。(3)在后汛期,在欧亚大陆上纬向"波障碍区"的增加使得Rossby波活动减弱。E型异常环流型的鄂霍次克海活动中心向东扩展到北太平洋,但来自上游的Rossby波传播只作用于该活动中心的西北侧部分。C型中Rossby波的传播在乌拉尔山活动中心地区变弱。在夏季各个时期,E和C型持续异常环流对应着不同位相的EAP(或PJ)型,但并没有Rossby波从中纬度向北传播至鄂霍次克海地区的现象。

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析--Ⅲ：青藏高原-孟加拉湾气压槽

针对2008年1月24日～2月2日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。在亚非副热带地区,Rossby波能量从北非东北侧传播到东亚地区,引起青藏高原附近气压槽的加深和西太平洋副热带高压的加强及北扩,并与亚洲北部的高压脊配合,造成了这次较长时间的雨雪低温过程。东北大西洋和西欧的反气旋式异常环流为亚非副热带急流Rossby波与欧亚高纬度Rossby波活动的主要波源区。在对流层上层,贝加尔湖一带的高压脊在过程之前已形成,而在这次过程中缓慢减弱,来自上游Rossby波能量主要起抵消摩擦耗散的作用。西太平洋副热带高压在偏北位置上维持主要由来自青藏高原和孟加拉湾地区Ross-by波能量的注入所致。亚洲冷高压系统的强度、位置及形态决定了这次我国南方地区低温过程的重要特性。

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析--Ⅰ：亚非副热带急流低频波

在中期时间尺度上分析了2008年1月10～16日我国南方雨雪过程特征及其可能机理,得到了以下结果：1）3个环流系统的演变过程相互匹配,共同造成了此次雨雪过程,它们分别为南支槽在我国南方地区的形成和加深、西太平洋副热带高压的北扩以及叶尼塞地区高压脊的东扩南侵;2）源自东北大西洋和西欧的Rossby波能量沿亚非副热带急流向下游传播,导致南支槽在我国南方地区形成和加深;3）与西太平洋副热带高压北扩所对应的异常环流中心,其实质为副热带急流扰动,来自上游南支槽区的Rossby波能量频散是其形成维持的主要原因,它也受来自贝加尔湖地区及热带西太平洋对流区的Rossby波能量的影响;4）亚非副热带纬向基本流制约着其一系列异常环流中心的纬向联系,里海冷堆及异常中心的形成恰好对应着南支槽在我国南方地区的加深和西太平洋副热带高压的北扩。

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析--Ⅱ：西太平洋副热带高压的特征

针对2008年初1月17～23日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。这次过程中：1）西太平洋副热带高压在其前期异常状态的基础上,在对流层低层演变为“内凹外凸”结构,并在我国长江中下游附近形成切变线,从而造成了这次雨雪过程;2）在对流层上层,源自北非的Rossby波能量在副热带和中纬度地区向下游频散,同从乌拉尔山地区向南频散出的Rossby波能量在帕米尔高原及中亚地区汇合,共同引起该地区气压槽的加深。它使对流层低层西太平洋副高在其西部向内凹陷。另一方面,在对流层中层,Rossby波能量沿副热带急流传播,最终引起西太平洋副高向西南方向伸展。西太平洋副热带高压的“内凹外凸”演变特征的主要原因是来自上游地区的Rossby波活动,并非热带西太平洋对流异常活动;3）亚洲北部冷高压沿高原东侧伸入我国东部地区是我国南方地区低温过程的主要原因。

中高纬Rossby波活动对盛夏东亚/太平洋事件中期演变过程的影响

在中期时间尺度上探讨了Rossby波活动对盛夏东亚太平洋(EAP)事件的影响。正负EAP事件的形成过程不是简单的反位相过程,但这一时期的气候平均流波导结构决定了两者在Rossby波能量频散特征上有许多相似之处。在对流层中上层,源自上游东北大西洋或东欧平原的Rossby波能量经巴尔喀什湖附近向东北方向频散,它对东北亚异常中心的形成和维持起重要作用。由于盛夏东亚急流位置偏北,我国华北-东北地区成为波导区,Rossby波能量从贝加尔湖附近向该波导区频散,形成了EAP事件的东亚中纬度异常中心。在EAP事件的三个异常中心中,东北亚异常中心最先形成,西太平洋副热带异常中心则最后出现。在对流层上下层波导结构有明显差异,它导致了Rossby波能量在东亚沿岸中高纬地区的反向经向传播特征。在负事件的对流层低层,西太平洋副热带异常中心和中纬度两个异常中心间的经向Rossby波链接较为明显。在东亚地区,盛夏月平均尺度上EAP型的Rossby能量频散特征与中期EAP事件基本一致。

La Nia年冬季亚洲中高纬环流与我国南方降雪异常关系

2007/2008年冬季,赤道中东太平洋形成了一次中等强度的La Ni~↑na事件。本文根据NCAR/NCEP再分析资料,探讨La Nina气候背景下亚洲中高纬大气环流及南亚上空南支槽强度与我国南方（25～35°N,110～125°E）多雪、少雪以及2008年1月我国南方大范围低温雨雪冰冻灾害的关系。分析指出,La Ni~↑na气候背景下,500 hPa高度场亚洲高纬位势高度偏高易出现阻塞型,当乌拉尔山阻塞高压强度、位置比鄂霍次克阻塞高压偏强、偏北时,入侵我国南方的偏北气流主要来自乌拉尔山地区,南方偏冷（距平达-4.0℃）多雪;当鄂霍次克阻塞高压强度、位置比乌拉尔山阻塞高压偏强、偏北,入侵我国南方的偏北气流主要来自鄂霍次克海地区,南方偏暖（距平达1.0℃）少雪。2008年1月500 hPa高度上亚洲高纬乌拉尔山阻高偏北、强度偏强（正距平中心值达120 gpm）,入侵我国南方的2支偏北气流都来自乌拉尔山地区,南方出现了低温（温度距平达-4.0℃）雨雪冰冻天气;分析指出,200 hPa高度场南亚地区南支槽的强弱对我国南方降雪多寡有重要影响。

中高纬度Rossby波活动对华南前汛期EAP事件中期演变过程的影响

文中从中期过程的角度探讨了Rossby波活动在华南前汛期东亚-太平洋遥相关型事件的形成、成熟和衰减过程中的作用,并得出如下结果:(1)正负东亚-太平洋遥相关型事件的形成过程有相似之处:在对流层中上层,源自东北大西洋或欧洲的Rossby波在欧亚大陆中高纬弱波导区中不断地向下游频散,最终在东亚地区形成东亚-太平洋遥相关型事件的3个异常中心。在东亚-太平洋遥相关型事件的3个异常中心之间,Rossby波能量从高纬度向中纬度和副热带地区频散。东亚-太平洋遥相关型事件副热带异常中心的形成归因于东亚副热带急流波导的存在以及上游中高纬度地区Rossby波能量的注入。在对流层低层,Rossby波则从亚洲副热带地区向东亚中纬度地区频散。(2)东亚-太平洋遥相关型事件的3个异常中心在对流层中上层中,西太平洋副热带地区异常中心最后形成。(3)正负东亚-太平洋遥相关型事件也并不是简单的反位相演变过程:在对流层中上层,在正事件成熟阶段,斯堪的纳维亚半岛上的正异常环流基本维持了其中心强度和位置,它不断地向下游东亚地区频散能量,使正事件的持续时间较长;在负事件中,由于中高纬度盛行纬向型环流,波能量的频散较快,因而负事件成熟阶段的持续时间比正事件短。(4)在这一时期,东亚-太平洋遥相关型事件对中国长江以南地区的降水形势具有显著的影响。正(负)东亚-太平洋遥相关型事件易引起长江以南降水异常偏多(少)。

东亚冬季环流季节内振荡与2008年初南方大雪关系

2008年1月10～16日、18～22日、24～29日和1月31日～2月2日,中国南方地区连续出现4次低温、雨雪、冰冻天气。根据NCEP/NCAR逐日再分析资料,利用LANCZOS滤波器以及小波分析等方法,探讨雨雪冰冻前期2007年12月2日～2008年1月1日、同期2008年1月2～21日及后期2008年1月22日～2月14日850 hPa风场季节内振荡特征及对低温、雨雪、冰冻天气的影响。2007年12月～2008年2月850hPa风场低频振荡分析显示,中国南方地区风场表现显著的20～50 d低频振荡,季节内低频振荡的位相变化,较好地揭示了2008年1月10日～2月2日南方地区降雪过程的3种环流特征：1）沿高原东侧100°E附近南下的冷空气到达我国30～20°N地区,与东亚沿海低纬的偏南风距平气流在我国南方地区形成气旋性环流,南方降雪（水）过程中,偏南风距平气流比偏北风距平气流强;2）沿高原东侧100°E附近南下的强偏北风距平气流与东亚沿海低纬的偏南风距平气流在我国南方地区形成气旋性环流,南方降雪（水）过程中,偏北风距平气流比偏南风距平气流强,造成南方雨雪伴随低温冰冻天气;3）南方雨雪由偏北风距平气流与偏南风距平气流在东亚东部25°N形成的辐合带引起。

梅雨期EAP事件的中期演变特征与中高纬Rossby波活动

揭示了梅雨期EAP(东亚/太平洋)事件的中期演变特征和中高纬Rossby波活动对它的作用.正负EAP事件的形成过程并不是简单的反位相演变过程.在对流层上层,Rossby波能量在欧亚大陆中高纬地区及亚洲急流区向下游频散,形成EAP事件中高纬度2个异常中心的基本形态.在这一层,Rossby波能量也从中纬度异常中心向高纬度异常中心经向传播.在对流层中低层,热带西太平洋暖池区对流活动异常可形成EAP事件的副热带异常中心,Rossby波能量从这一中心的北界向北频散,有利于中纬度异常中心的维持和加强.Rossby波能量在对流层上层西风带背景环流中准纬向频散和在对流层中低层东亚夏季风环流中准经向频散,其对应的异常环流在东亚沿岸地区相互作用和相互锁定,形成正负EAP事件盛期的典型特征.