中国降水准2年主振荡模态与全球500 hPa环流联系的年代际变化

用近51年(1951～2001年)观测资料,研究太平洋年代际振荡(PDO)冷暖位相中国降水量准2年主振荡型传播特征的差异,并讨论对应的全球500 hPa环流低频波列传播途径的变化及可能原因.同时提出年际振荡强度不稳定指数,讨论了中国降水和全球500 hPa高度准2年周期振荡(QBO)强度时间不稳定的空间分布.通过主振荡型分析(POP)发现,在PDO冷位相(1951～1976年),准2年时间尺度的中国降水POP1的主要活动区域在长江中游地区,对应的500 hPa低频场是大西洋欧亚波列(AEU)和西大西洋遥相关型(WA)以及南太平洋副热带波列(SSP);在PDO暖位相(1977～2001年),POP1的活动区域迅速北移并扩大到整个长江和淮河流域,对应的500 hPa低频场变为欧亚太平洋-南印度洋-南北大西洋波列(EUP-SI-SNA).因此,PDO冷暖位相中影响中国降水准2年主振荡模态的低频波列的传播途径和强度存在显著差异,PDO对中国降水量准2年主振荡型主要模态(POP1)及其伴随的全球500 hPa环流低频波列活动区域的时间变化有重要调制作用,与两个半球中纬度西风气流强度的年代际变化密切相关.由振荡强度时间变化指数分析表明,中国降水QBO强度不稳定区域位于长江中游、长江下游、浙江东部、广东东部、华北地区和青藏高原东北侧附近地区,这些地区降水QBO的强度随PDO位相转变而发生显著的年代际突变.对于全球500 hPa高度,其QBO强度不稳定区域在南太平洋中高纬度、副热带南北大西洋地区和亚洲、北太平洋、北美大陆中高纬度地区、北半球副热带西太平洋地区以及南北半球热带和副热带东太平洋地区,表现为对于赤道的非对称空间分布,特别是南北太平洋热带和副热带地区500hPa环流QBO强度在年代际时间尺度上呈现正负反向变化的空间结构,而且南北极附近地区的QBO强度在PDO暖位相显著增强,反映了全球大气环流QBO强度与PDO相互作用的空间特征.     

2011年夏季广东季风槽暴雨与准双周振荡

采用小波分析、Lanczos时间滤波器、合成分析等方法分析了2011年夏季广东季风槽暴雨与大气低频振荡的关系。结果表明,2011年夏季降水主要存在准20 d的周期振荡,季风槽暴雨过程对应强的准双周振荡。选取与夏季降水显著相关的区域（102.5~117.5 °E,20~27.5 °N）平均的500 hPa高度场作为影响广东夏季降水的“500 hPa关键区”指数,同样选取区域（110~120 °E,15~22.5 °N）平均的850 hPa风场作为“850 hPa关键区”指数;2011年夏季500 hPa关键区与850 hPa关键区分别存在显著的准23 d、准22 d周期振荡,季风槽暴雨发生在500 hPa关键区准双周振荡的波谷、850 hPa关键区准双周振荡的波峰附近。从南海南部开始的3次低频纬向风、OLR、湿度的北传与从菲律宾以东的西太平洋向西传播的低频中心相遇,导致3次季风槽暴雨过程。利用典型个例的合成分析,对2011年6—8月广东3次季风槽暴雨的准双周振荡不同位相的大气环流场的共同演变特征进行分析,它们反映了季风槽暴雨从间歇-开始-旺盛-减弱-结束期的大气环流场演变特征,为广东季风槽暴雨的中期预报提供参考依据。      

贵州冻雨时空分布及对应临近环流特征分析

利用贵州29个站冻雨日数资料和500hPa高度场资料,借助EOF展开、功率谱分析及其它诊断技术,分析贵州冻雨空间分布特征、时间演变规律以及对应临近环流分布特征。结果表明:贵州冻雨区主要集中在省之西北部;贵州冻雨年际变化主要表现为12月冻雨有准8a振荡周期,1月冻雨有准4a变化周期,整个冬季也存在准4a变化;年代际变化主要表现为从20世纪80年代中期开始,贵州冻雨强度就有减弱的趋势;其临近11月500hPa高度场异常对贵州后期冻雨强弱具有较好的指示作用,尤其是欧亚地区上空环流的异常,对贵州冻雨异常的指示作用更是突出。主要表现为当临近11月中高纬欧亚地区上空为异常低压环流所控制,而对应高纬度北极圈为异常高压环流控制时,一般预示贵州是一个弱冻雨年,反之,则为强冻雨年。     

欧亚土壤湿度异常对北半球大气环流的显著影响

用44 a ERA40再分析资料的土壤湿度和大气环流变量场, 研究持续性的欧亚大陆土壤湿度异常对后期北半球大尺度大气环流的反馈作用。首先,运用经验正交函数分解去除ENSO遥相关及趋势影响后,分析了欧亚大陆中高纬度土壤湿度变率主要模态的季节变化特征,及相对应主分量时间序列显示的土壤湿度异常的衰减时间,结果表明土壤湿度异常的主要模态在全年都表现出很好的连续性。其次,对不同季节的连续3个月的月平均土壤湿度和500 hPa高度场进行滞后最大协方差分析,研究欧亚地区中高纬度土壤湿度异常与北半球大气环流异常之间的线性耦合。第一最大协方差模态的结果表明:全年的主导信号是大气强迫土壤湿度的变化,但在冬季和夏季,大气中类似于负位相北极涛动的环流型与之前月份(最长达4个月)土壤湿度的持续变化显著相关。最后,基于土壤湿度变率中心的回归分析也证实了秋季和春季欧亚土壤湿度,特别是北非副热带,欧亚内陆和西伯利亚地区的土壤湿度异常,分别与其后的冬季和夏季的大气环流显著相关。欧亚大陆土壤湿度异常超前大气环流的信号,将有助于改善冬季和夏季北半球季节气候预报能力。     

北半球平流层下部气温的准两年周期振荡

由分析1966—1985年北半球30hPa 月平均气温资料得出,中纬地区气温准两年周期振荡比低纬地区更清楚,平均周期26.3月,振幅约2.8℃,振荡的峰和谷值都出现在冬季.中纬气温和赤道上空纬向风的准两年振荡之间位相配合密切,中纬气温准两年振荡的峰与赤道上空10hPa 为东风,70hPa 为西风的位相一致,谷则有相反的位相.它们的这种准两年周期振荡是通过平均经圈环流相联系的.强烈的火山喷发能影响气温的准两年周期振荡.     

大气环流的年代际变化I.观测资料的分析

利用多种资料分析研究了大气环流(包括几个主要大气涛动、一些主要大气环流系统)的时间变化特征.结果清楚地表明大气环流,无论是热带大气还是中高纬度的大气环流,存在着显著的年代际变化特征,主要为10～20年准周期振荡和30多年准周期振荡.北大西洋涛动(NAO)和北太平洋涛动(NPO)的10～20年准周期振荡有近乎同位相特征,而它们的30多年准周期振荡却有近乎反位相变化.西太平洋副高强度与北美大槽强度的变化在10～20年时间尺度既有同位相情况也有反位相情况;但在30多年时间尺度却是基本同位相的.西太平洋副高强度与东亚大槽强度变化在30多年时间尺度也是基本同位相的,且副高变化超前约5～7年.     

2002年夏季中高纬大气准双周振荡对华南降水的影响

利用JRA55大气再分析资料和TRMM卫星降水资料,分析了2002年夏季（5~8月）华南地区降水的低频振荡特征,重点揭示了对其影响显著的中高纬大气季节内振荡的环流结构及演变。小波和功率谱分析表明,2002年夏季华南降水表现为主周期为10~30 d的准双周低频振荡。典型低频降水事件及合成分析指出,准双周降水的强（弱）变化除了受低空西北太平洋副热带高压西伸进入（东移退出）南海的影响以外,还显著地依赖于中高纬地区高空大气环流的季节内振荡。在对流层高层,中高纬度地区存在一支自大西洋经欧亚大陆的气旋—反气旋相间排列的低频波列。该波列在欧亚大陆地区向东南传播,当异常反气旋和气旋分别位于青藏高原和华北上空时,这种偶极型环流之间的高空辐散场有利于华南地区上升运动的发展,因而华南降水偏强;反之,华南降水偏弱。研究还表明,低频波列南移造成了对流层异常温度平流和副热带高层异常绝对涡度的变化,使得华南地区上升与下沉运动交替出现以及相应的经向环流圈反转,从而导致华南准双周振荡干湿位相的转换。局地异常感热加热对干湿位相转换也起一定作用。时滞相关分析发现,当青藏高原地区500 hPa位势高度异常场超前于华南异常降水4 d（即位相差为1/4周期）时,二者出现显著正相关,表明青藏高原地区500 hPa位势高度异常对预测华南地区季节内降水变化有潜在的应用价值。     

1880-2006年中国夏季雨带类型的年代际变化特征

 利用1880-2006年中国东部地区夏季降水量及1951-2006年中国160个站夏季降水量和北半球大气环流资料,在夏季降水分型的基础上,研究了夏季雨型的年代际变化规律,分析了夏季各类雨型所对应的北半球500 hPa环流场的主要特征。结果表明：东部季风区和西部区存在着20～40 a左右的年代际振荡趋势,东北区则表现为明显的15 a左右的年代际变化特点;东部季风区四类雨型东亚大气环流差异显著,西部区二类雨型和东北区二类雨型欧亚大气环流的配置基本都相反。     

1880-2006年中国夏季雨带类型的年代际变化特征

利用1880-2006年中国东部地区夏季降水量及1951-2006年中国160个站夏季降水量和北半球大气环流资料,在夏季降水分型的基础上,研究了夏季雨型的年代际变化规律,分析了夏季各类雨型所对应的北半球500 hPa环流场的主要特征。结果表明：东部季风区和西部区存在着20～40 a左右的年代际振荡趋势,东北区则表现为明显的15 a左右的年代际变化特点;东部季风区四类雨型东亚大气环流差异显著,西部区二类雨型和东北区二类雨型欧亚大气环流的配置基本都相反。     

抚顺冬季异常偏冷年气候特征及成因分析

利用抚顺气象观测站气象资料，分析了抚顺冬季异常偏冷年的气候特征，发现异常偏冷年都有最低气温低于-30℃的冷段，并且气候变暖后，降雪多、积雪深是其主要特征。同时通过分析深层平均地温、太阳黑子活动、大气环流等资料，发现抚顺冬季气温异常偏低一般都出现在太阳黑子峰谷年附近，并与前期3-11月0．8m深层平均地温呈正相关，北半球500hPa冬季欧亚地区距平场为西高东低，东亚槽稳定建立，并且大气环流以大西洋-欧亚E型环流型为主。     

A Multi-Statistical analysis of the southern oscillation (SO) and its relation to the mean monthly atmospheric circulation at 500 hPa in the northern hemisphere

In this paper the correlation analysis, factor analysis, fuzzy classification, and principal component analysis (PCA) are performed for the southern oscillation index (SOI) from the Climate Analysis Center (CAC) at the NOAA. It is shown that the 12-month SOI can be classified into two groups: one from January through April and the other from May through December. They differ in persistency and correlation. It is also found that the year of strong or weak SO can be defined by the first principal component of the SOI. The 11 years of weak SO thus defined contain 9 El Nino events.In addition, the relations between the SOI and 500 hPa geopotential height, mean monthly zonal height, mean monthly interzonal height differences, centers of atmospheric activities, characteristics of the atmospheric circulation (the intensity index of the north polar vortex, the area index of the subtropical West Pacific high, mean monthly zonal and meridional circulation indexes in Asia and Eurasia) in the period of 24 months from January through December of the next year have been examined on the basis of the monthly data from 1951 through 1984. The correlation coefficients and Mahalanobis distances are thus presented. Analysis indicates that in the early part of the low SOI year, i.e., in April, the 500 hPa geopotential height north of 75oN is significantly low and then becomes higher in May. It is found that in April the trough of the first harmonic wave is in the Eastern Hemisphere and the contribution of its variance is smaller than in May. Analysis shows that the opposite is true in the high SOI year. Such variation in the height field during the April-May period is an early signal of the SO at higher latitudes.In the end, a statistical prediction model for the SOI is presented, by means of which a low SOI year as well as an El Nino event has been successfully predicted for 1986.     

北半球夏季500hPa候平均高度场的遥相关和环流特征

本文用10年(1980—1989)夏季北半球500hPa候平均高度场资料进行遥相关分析,得到东亚太平洋型(EAP)和西欧型(WE)两种遥相关型及西亚-太平洋-大西洋振荡,并对高度场进行主成分分析(PCA),讨论了环流的时空分布特征.     

对流层大气环流的甚低频振荡

对１９５１—１９９２共４２ａ５００ｈＰａ北半球高度场的月平均资料进行了纬圈谐波分析，计算了３５°Ｎ与５５°Ｎ超长波振幅及位相，以及３５—５５°Ｎ北半球月平均纬向风距平百分比。对超长波振幅及纬向风距平百分比做了小波转换。结果表明，对流层大气环流变化中存在３种准周期性的甚低频振荡：１．年代际的振荡；２．准２ａ周期振荡（ＱＢＯ）；３．半年韵律。同时发现对流层ＱＢＯ和平流层赤道纬向风ＱＢＯ之间可能没有联系。     

奇异值分解和奇异交叉谱分析方法在华北夏季降水诊断中的应用

利用1965~2000年华北5省市及相邻省73个地面观测站逐月平均降水场及北半球500 hPa高度场、北太平洋海温场资料, 采用奇异值分解 (SVD)、奇异交叉谱 (SCSA) 分析方法, 将华北夏季降水场分别与1月北半球500 hPa高度场、冬季北太平洋海温场进行了诊断分析, 得出奇异向量分布型及相互作用的耦合周期信号。在对前4对奇异向量的分析中发现, 华北夏季降水全区域为正距平时与1月北半球500 hPa高度场PNA遥相关型关系非常密切。ENSO对华北夏季降水的影响确实存在, 但华北夏季降水全区域为正距平时与冬季北太平洋ENSO关系并不明显。同时还找出了华北降水与北半球500 hPa高度、北太平洋海温场相互作用的关键区。在华北各型降水与高度场、海温场关键区相互作用的耦合周期中, 前者以准2~7年振荡为主; 后者则周期较长, 最短周期仍为准2年振荡, 最长周期为准10~11年振荡。以上结论为进一步研究华北夏季降水短期气候预测方法, 提供了参考依据。     

南方涛动指数的多元统计分析及其与北半球500hPa月平均环流的关系

本文对美国的CAC南方涛动指数进行了相关分析、因子分析、模糊聚类、主成份分析。指出,月指数可分为二组:1—4月,5—12月,它们的持续性和相关性不相同。还指出,强弱南方涛动可以用涛动指数的第一主成份来定义。 此外,用1951—1984年的月资料讨论了南方涛动指数与当年1月到来年12月的500hPa位势高度场、月平均纬圈高度、月平均纬际高度差、大气活动中心以及大气环流特征量的相互关系。分析表明,在涛动低值年的前期4月份75°N以北的500hPa位势高度明显偏低,5月份偏高;低值年4月第一谐波槽位于东半球并且方差贡献小,5月份一波槽方差贡献大,高值年相反。500hPa位势高度在4—5月的这种变化是涛动在高纬度的一个早期讯号。 最后,我们建立了一个涛动指数的统计预报模式。利用这个模式可成功地预报出1986年的弱涛动并发生El Nino现象。     

初夏亚洲季风区环流低频振荡与长江下游持续暴雨

利用主成份分析和非整数波功率谱分析研究了1991年初夏亚洲季风区逐日500 hPa环流的时空分布特征。结果表明，主成份分析得到的前5个特征向量的空间分布与各个季风系统的活动有关，其时间系数存在显著的12—22天准周期振荡和28—31，43—65天的低频振荡周期，它们与长江下游暴雨形成有密切联系。当第一主成份从谷点上升且第二主成份稳定地增大（减小）时，长江下游出现持续暴雨。亚洲副热带海洋加热异常和海陆热力差异产生的不均匀加热分布激发的各种低频波及其相互作用导致向热带外能量频散的异常，是引起长江下游持续暴雨的     

THE STRONG DRAGON BOAT RACE PRECIPITATION OF GUANGDONG IN 2008 AND QUASI-10-DAY OSCILLATION

Guangdong suffered from the most serious precipitation of its corresponding time during the dragon-boat race of 2008 since 1951.The relationship between the strong dragon-boat precipitation in 2008 and atmospheric low-frequency oscillation was analyzed with the methods of wavelet analysis,correlation and Lanczos filter.Results showed that the daily rainfall exhibits a significant 7 to 12-day quasi-periodic oscillation(namely quasi-10-day oscillation) during the precipitation,the daily 500 hPa height over Guangdong exhibits a significant 8 to 13-day quasi-periodic oscillation,and the daily 850 hPa zonal wind averaged over the north of the South China Sea presents a significant quasi-12-day periodic oscillation.The Guangdong rainfall during the annually first rainy season is most closely correlated with monsoon over the north of South China Sea,and less closely with an upper-level trough at 500 hPa affecting Guangdong.Strong monsoon surges induced two heavy rainfall processes in 2008.The monsoon surges joined with a westward-propagating quasi-10-day oscillation that originated from the central Pacific and was enhanced in a strong convective region east of the Philippines and a northward-propagating monsoon that originated from the southern South China Sea was enhanced.With composite analysis of typical phases,the common evolution characteristics of atmospheric circulation of the two heavy rainfall processes were analyzed for different phases.These features can be used as reference for medium prediction of heavy rainfall processes in Guangdong.     

东亚地区春冬季与夏季大气环流异常相互关系的研究

利用1951~2000年共50年的北半球500 hPa月平均高度距平场资料和奇异值分解技术（SVD），重点对东亚地区季节间大气环流异常的相互关系进行了初步探讨。结果表明，东亚地区季节间大气环流异常存在着较为密切的关联，并且这种明显的非同步联系具有时空相关显著的特点，尤其是夏季大气环流异常与其前冬和前春大气环流异常的联系更为密切。当前冬和前春北半球东亚大槽和北美大槽及蒙古高压偏强（或偏弱），极涡偏弱（或偏强），中高纬度盛行经向环流（或纬向环流），以及低纬和热带地区高度正距平（或负距平）明显时，则对应于夏季东亚地区西太平洋副高和鄂霍次克海阻高强度偏强（或偏弱），位置偏南（或偏北），贝加尔湖阻高强度也偏强（或偏弱），但位置偏西（或偏东）的大尺度环流形势出现。当春季北半球大气环流具有上述特点以及夏季鄂霍次克海阻高和西太平洋副高强度偏强（或偏弱），位置偏南（或偏北），且极涡较弱（较强）时，则东亚地区秋季大气环流对应于蒙古高压加强（或较弱），西太平洋副高减弱（或加强），并向南和向东移动（或移动较慢），极涡向南扩散（或扩散减弱），大气环流向冬季过渡加快（或减慢）。另外，大气环流异常还具有一定的持续性特征。     

Nonlinear relation of the Arctic oscillation with the quasi-biennial oscillation

A nonlinear principal component analysis (NLPCA) is applied to a set of monthly mean time series from January 1956 to December 2007 consisting of the Arctic oscillation (AO) index derived from 1,000-hPa geopotential height anomalies poleward of 20°N latitude and the zonal winds observed at seven pressure levels between 10 and 70?hPa in the equatorial stratosphere to investigate the relation of the AO with the quasi-biennial oscillation (QBO). The NLPCA is conducted using a new, compact neural network model. The NLPCA modeling of the dataset of the AO index and QBO winds offers a clear picture of the relation between the two oscillations. In particular, the phase of covariation of the oscillations defined by the two nonlinear principal components of the dataset progresses with a predominant 28.4-month periodicity. This predominant cycle is modulated by an 11-year cycle. The variation of the AO index with the QBO phase also shows that the average AO index is positive when the westerly QBO phase descends past 30?hPa and, conversely, the average AO index is negative when the easterly QBO phase descends past 30?hPa. This relationship is evident during the boreal cold season from November to April but non-existent during the boreal warm season from May to October.