Hadley环流上升支演变特征及其与低纬大气臭氧变化的关系

利用最新的NCEP/NCAR的逐月平均风场资料及ECMWF的逐月多层臭氧质量混合资料,通过定义Hadley环流上升支强度指数(HAI),用质量流函数的方法研究了纬圈平均Hadley环流上升支的演变特征及其与低纬地区不同层次大气臭氧变化的关系。结果表明,①冬季和夏季HAI较大,最大值出现在2月和8月,春、秋季HAI较小,最小值出现在5月和11月;Hadley环流上升支的位置随季节和强度变化;冬季Hadley环流上升支所跨纬度最宽,夏季最窄。②各季节代表月份的HAI具有一定的年代际特征,即1月、4月具有负距平-相持-正距平的年代际特征,线性增强趋势明显;7月、10月则表现为距平的正-负-正变化,但7月HAI在2012年以后有明显减弱趋势。总体上各季节HAI从1990年代中后期开始逐渐增强。③除春季外,Hadley环流上升支对低纬对流层臭氧的动力输送作用显著,Hadley环流上升运动越强,上升支所对应纬度带对流层臭氧浓度越低,南北两个下沉区对流层臭氧浓度越高。④ HAI表现为强指数年时,低纬对流层臭氧整体表现为增加,平流层中下部臭氧减少,体现出彼此的长期综合影响。      

辽宁区域性春旱的大气环流及影响因子分析

利用美国NCEP/NCAR的再分析资料、Hadley中心逐月海温资料(HadiSST)和辽宁地区逐日降水资料,对辽宁区域性春旱大气环流特征及影响因子进行分析。结果表明：乌山脊和东亚大槽减弱,位相比历年平均位相偏东,中高纬大气环流经向度减小,是导致中国辽宁区域性春季降水减少的大气环流背景;区域性春旱同期,大陆气压升高,海上气压降低;辽宁上空湿度明显小于历年均值,贝湖到中国辽宁一带盛行西北气流。区域性春旱前冬,辽宁上空200hPa高度场出现正距平;地面气温较历史同期偏高;Nino3海温异常偏低。     

南印度洋大气垂直环流与江西6月降水的关系

使用江西省82站1959—2016年6月降水资料和NCEP/NCAR逐月再分析资料,研究了南印度洋大气垂直环流与江西6月降水的关系,并运用大尺度局地涡度倾向变化方程诊断了年际、年代际变化引起的局地涡度倾向异常对江西6月降水的贡献,解释了南印度洋大气垂直环流与江西6月降水年际关系发生年代际改变的原因。结果表明南印度洋大气垂直环流与江西6月降水有密切的关系,且两者的年际关系存在年代际变化:（1）二者关系在1960年代末和1990年代初发生了两次转变,1969年前为显著正相关,1969—1989年相关性不明显,1990年后又转变为显著正相关。（2）江西6月降水偏多年,500 hPa上东亚地区从中高纬到低纬为“+ - +”距平符号分布,江西区域异常正涡度,低层南北风距平在江西上空交汇;降水偏少年环流异常则相反。（3）南印度洋大气垂直环流可引起东亚环流异常,使江西区域涡度正异常;但其影响与背景场的变化有关。动力诊断表明,1969—1989年南印度洋大气垂直环流年际异常对江西局地涡度为正贡献,但年代际异常为负贡献,削弱了年际异常的作用;1990—2016年阶段年际异常为正贡献,同时年代际异常也为正贡献,加强了年际异常的作用,使得其与江西6月降水的正相关显著。      

2001年北半球大气环流特征及其对中国气候异常的影响

2001年受前期赤道东太平洋海温长期冷水位相的影响，北半球大气环流的主要特征表现为：500hPa西太平洋副热带高压冬春季偏强，夏季秋偏弱；欧亚地区夏季500hPa位势高度距平场上中高纬从西到东呈现为“－＋－”分布形式，贝加尔湖地区为正距平中心；东亚冬、夏季风偏弱；7月赤道辐合带异常偏强、偏北等。在上述大气环流的影响下，我国的天气气候发生了异常。     

热带太平洋、印度洋海温异常对处于厄尔尼诺事件成熟期的东亚Hadley环流的影响

分析了热带太平洋El Nino事件和热带印度洋海盆一致的暖海温异常事件（记为暖海盆模态）与东亚Hadley环流的关系及海温异常对东亚Hadley环流的影响。结果表明：（1）东亚Hadley环流与El Nino循环的关系密切,El Nino事件从开始到消亡的不同位相期,东亚地区表现为随位相变化的异常经向垂直环流,在El Nino成熟期由异常顺时针经向环流圈转换为异常逆时针经向环流圈,意味着东亚Hadley环流圈的显著减弱。（2）冬季Nino3指数、赤道印度洋海盆一致型模态指数（IOBMI）与东亚Hadley环流指数间呈负相关关系,相关系数分别为-0.42、-0.39,远超过0.01信度的显著性检验,表明当El Nino事件和印度洋暖海盆模事件发生时,东亚Hadley环流减弱。模拟结果与诊断分析结果一致。（3）鉴于印度洋海盆模态和太平洋El Nino事件的密切联系,在考虑冬季东亚Hadley环流变化时,应考虑El Nino事件和印度洋海盆一致型海温异常事件的共同作用。数值试验结果表明两大洋的共同作用会产生更强的东亚异常逆时针经向垂直环流,使得东亚Hadley环流显著减弱。     

1948-2004年全球平均Hadley环流强度指数与特征

利用NCEP/NCAR逐月平均风场资料,研究了全球平均Hadley环流特征.利用3层4个关键区的风定义并计算了1948年1月-2004年12月的全球纬向平均的南/北半球和全球Hadley环流逐月强度指数.结果表明:计算的Hadley环流指数可以合理地表示Hadley环流的强度;北半球Hadley环流除7-9月(南半球除5月)外都呈增强趋势;南/北半球的年平均Hadley环流也是增强的.年际相关分析表明:Hadley环流指数与SOI有非常高的负相关,Hadley环流强度的年际变化与ENSO关系密切.     

青藏高原臭氧的准两年振荡

通过对臭氧卫星观测资料及大气环流资料的分析,研究了青藏高原上空臭氧的季节和年际变化.通过分析青藏高原地区臭氧准两年振荡(QBO),并与同纬度无山区及赤道地区臭氧QBO进行比较,指出:青藏高原臭氧QBO的平均周期为29个月,平均振幅为8DU.青藏高原臭氧QBO变化位相与热带平流层纬向风场QBO相反,即热带平流层纬向西风时,青藏高原上空臭氧总量偏小,东风时臭氧总量偏大.还讨论了与青藏高原臭氧QBO相关的大气环流物质输送理论.     

夏季西太平洋副热带高压异常时的东亚大气环流特征

利用NCAR/NCEP月平均再分析资料,探讨夏季西太平洋副热带高压异常时东亚热带季风、梅雨锋及中高纬环流的变化特征.研究表明:夏季西太平洋副热带高压脊线异常偏南或脊点异常偏西时,东亚夏季风环流偏弱,850 hPa矢量风距平场上东亚热带地区出现反气旋性环流,副热带地区呈气旋性环流,500 hPa垂直速度距平场上东亚热带地区上升运动减弱,梅雨锋区上升运动加强,500 hPa高度上东亚高纬鄂霍次克海区域出现阻塞高压,高纬冷空气直达中纬度,梅雨锋扰动加强,造成江淮流域汛期降水偏多.夏季西太平洋副热带高压脊线异常偏北或脊点异常偏东时,东亚夏季风环流偏强,东亚大气环流系统的活动出现了与上述情况相反的异常型,江淮流域汛期降水偏少.     

ENSO 年冬季北半球平流层大气环流异常特征分析

利用1957-2002年欧洲中心的再分析资料和Hadley气候预测和研究中心的全球海表温度资料,对ENSO年冬季的平流层环流进行了合成分析,分别从暖事件和冷事件年的温度场、高度场和风场,分析研究了平流层大气环流的异常特征.分析结果表明,对应El Ni(n)o年冬季,在赤道东太平洋的温度场、高度场和纬向风场都有由大气低层的正距平转变为平流层负距平的特征;与之相反,在El Ni(n)a年冬季,赤道东太平洋大气低层的负距平到了高层变为正距平.同时,在纬向平均垂直剖面图中, El Ni(n)o年冬季北半球高纬地区从对流层顶到平流层温度场和高度场为正距平,而La Ni(n)na年出现相反的情况.在热带平流层,El Ni(n)o年冬季高空纬向风场在50 hPa到15 hPa左右为负距平,从15 hPa到1 hPa为正距平;而El Ni(n)a年则相反.在El Ni(n)o年冬季100 hPa以上的北半球高纬度地区存在一个类偶极子结构的异常高度场和风场,El Ni(n)o年在极区主要为正距平,El Ni(n)a年在极区主要为负距平.     

春季Hadley环流与长江流域夏季降水关系的数值模拟

观测分析表明,春季Hadley环流异常可以导致东亚大气环流异常变化进而影响长江流域夏季降水的发生.利用中国科学院大气物理研究所9层大气环流模式(IAP9L-AGCM),对春季Hadley环流异常偏强情形下东亚夏季大气环流和长江流域夏季降水的响应进行了数值模拟.模拟结果表明当春季Hadley环流异常偏强时,东亚夏季风减弱,夏季西太平洋副热带高压和南亚高压加强,菲律宾以东洋面对流减弱,长江流域降水增多.初步的数值模拟结果与已有的诊断结果相吻合.     

LOCALIZED HADLEY CIRCULATION AND ITS LINKAGE TO PACIFIC SSTA

The 1979-2001 ERA-40 monthly mean meridional winds are used to calculate the mass streamfunctions in the monsoon region (60-140° E) and Nio zone (160° E-120° W),with which the climate characteristics and intensity variation of the localized Hadley circulation (LHC) are analyzed over the two regions and the linkage of this LHC to Pacific SST is explored.Evidence suggests as follows.1) The climatological LHC is stronger in the monsoon than in the Nio zone,with its position in the former northward of the lat...     

DIAGNOSTIC ANALYSIS OF MEAN MERIDIONAL CIRCULATION ANOMALY IN LOW LATITUDES IN RELATION TO ZONAL MEAN SST ANOMALY

The mass stream function of zonal mean meridional circulation is calculated in terms of NCEP/NCAR monthly meridional wind speed and vertical velocity, and the climatic and anomalous features of zonal mean SST and meridional circulation are investigated. Results show that (1) a joint ascending branch of Northern and Southern Hadley circulation is on the side of the summer hemisphere near the equator ,being well consistent with the extremum of [SST ],and a strong descending by the winter-hemispheric side.(2)El Nino-related [SST] in low latitudes is an important outer-forcing source for anomaly meridional circulation, which is affected by seasonal variation of basic airflow and [SST ], and interannual and interdecadal changes of [SST] .     

全球平均经圈环流的基本特征及其与臭氧关系研究

本文利用1957年9月到2002年8月,共540个月的ERA-40的经向风和臭氧质量混合比月平均资料,分析研究了平均经圈环流(MMC)和Hadley环流强弱特征变化及其与臭氧变化的关系.分析指出:(1)平均经圈环流与臭氧分布在垂直方向上有很好的对应和相关关系,平均经圈环流是形成臭氧水平、垂直的气候平均态分布,季节变化,年代际变化的重要因素;(2)垂直方向上北半球臭氧浓度的变化比南半球的变化更明显;(3)典型相关分析表明平均经圈环流与臭氧浓度变化在不同的高度和纬度上有不同的相关关系,臭氧与Hadley和Ferrel环流存在密切的相关关系,特别是Hadley环流,这表明Hadley环流在全球大气臭氧的变化中起重要作用.     

热带太平洋低层环流主模态与东亚大气环流的可能联系

利用1958—2001年NCEP/NCAR再分析资料,探讨了热带太平洋(100°E~60°W,10°S~10°N)10 m风场的时空变化特征及其与东亚大气环流的可能联系。结果表明:1)热带太平洋风场异常存在两种主模态,第一模态对应中西太平洋一致的西(东)风异常,关于赤道呈准对称分布,与ENSO(El Nio-Southern Oscillation)暖(冷)位相时风场的分布对应;第二模态则关于赤道呈反对称分布,西北太平洋存在显著的反气旋(气旋)式环流,中太平洋异常西风不再位于赤道上,而是南移到了10°S左右,对应ENSO暖(冷)位相向相反位相转换时的风场分布特征。2)两模态时间系数的主振荡周期不同,与ENSO循环的位相关系也不同。研究发现,当两模态呈正(负)位相分布时,贝加尔湖南侧(South to Lake Baikal,SLB)容易发生持续的高压(低压)异常环流。3)两模态与SLB异常环流的联系途径不同。第一模态正位相对应热带中东太平洋大范围暖海温引起的二极型Walker环流异常,SLB异常高压不仅能通过东亚沿岸北风和南海低槽的作用促进第一模态的前期发展,还对其后期维持起重要作用。负位相时,情况相反。该环流系统既与热带中东太平洋大范围垂直运动有关,还与邻近的中国东南沿海低层异常辐合有关;第二模态则对应热带西太平洋及东印度洋为主、大西洋为辅的暖海温引起的热带四极型Walker环流异常。此时热带西太平洋到东印度洋局地偏强的经圈Hadley环流可能是SLB异常环流维持的主要原因。     

关键区海温年代际异常对我国东部夏季降水影响

利用1931—2010年UKMO HADISST1全球月海表温度、NOAA再分析资料及我国东部96个站月降水量资料,使用REOF,SVD及合成分析等方法探讨了关键区冬季海表温度 (SST) 年代际异常对我国东部夏季降水的影响。结果表明:当冬季黑潮区SST年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度呈“+-+”距平分布,西风带经向环流盛行,西太平洋副热带高压加强、西伸;850 hPa风场距平场上,北方地区为反气旋性异常控制,南海上空为异常偏南气流,这样的环流配置有利于我国东部夏季多雨带出现在长江中下游地区;当冬季南印度洋偶极子 (SIOD) 年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度为正距平,阻塞形势发展,经向环流盛行,有利于冷空气南下,西太平洋副热带高压强度偏强,位置略偏南、偏西;850 hPa风场距平场上,北方地区为一反气旋性异常控制,异常偏北气流延伸至我国南方地区,索马里越赤道气流偏强。这种环流配置使得副热带锋区偏南,夏季多雨带位于华南及东南沿海地区。     

华东高温期的大气环流特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和地面气象站点资料,对1951—2005年华东高温日数较多（少）月和高温过程各阶段的500 hPa位势高度、850 hPa温度和相对湿度及700 hPa垂直速度的环流特征进行对比分析。结果表明：在高温日数较多月,副高西伸,850 hPa温度较高而相对湿度较低,华东中南部下沉气流明显,华东多为位势高度、温度和垂直速度正距平及相对湿度负距平;而在高温日数较少月,副高东退,850 hPa温度较低而相对湿度较高,整个华东为上升气流,并为位势高度、温度和垂直速度负距平及相对湿度正距平。与高温前期和衰退期相比,高温盛期副高北抬西进,华东850 hPa温度较高而相对湿度较低,华东南部下沉气流强盛,各要素距平值增加,多数要素距平中心移向华东或其周边。高温间断期则比盛期各要素距平减弱。大气环流要素场及其距平场的变动可以作为预报华东7—8月高温日数多寡和高温进程的参考依据。     

2004年中国长江以南地区严重秋旱特征及其同期大气环流异常

利用2004年8～10月的中国160台站降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料，分析了2004年秋季发生在中国长江以南地区的严重干旱（简称2004年长江以南秋旱）前兆和发展特征以及秋旱持续期间的东亚大气环流异常。结果表明:2004年长江以南秋旱是以8月在广西境内出现小范围干旱为前兆，9月扩展到长江以南中部地区，10月遍及整个长江以南地区而达到鼎盛的一个发展过程。2004年长江以南秋旱事件的发生、发展和鼎盛期都受到了同期东亚大气环流异常的很大影响:2004年秋季东南亚上空的整层经向水汽输送出现了显著的负异常，说明2004年秋季长江以南地区上空的整层水汽在经向上由南向北的输送减弱而从北向南的输送加强；850 hPa水汽输送的异常加强了从北向南的水汽输送，从而影响了秋旱的发展。结合2004年秋旱持续期间850 hPa 流场异常分析，2004年秋季850 hPa的流场在台湾海峡附近上空出现了一个气旋性的异常环流，它导致了西南水汽及其与越赤道气流和东南水汽的混合气流（10°N～20°N, 135°E～150°E）在向北的输送路径上发生改变，并且此混合气流进入内陆从而加强了大陆上空由北向南的干冷气流，进一步影响了秋旱的发展。通过分析850 hPa等压面上的垂直速度场发现:秋旱同期长江以南地区下沉气流异常，这种天气形势不利于降水的产生。2004年秋季长江以南地区受到了闭合高压——西太平洋副热带高压（简称西太副高）的长期控制，形成少雨的天气。除此之外，中高纬地区脊区前方和槽区的后方易于冷空气的南下输送， 这在很大程度上也促使了秋旱的发展。