青藏高原冬季大气冷源在海地气相互作用4年振荡中的作用

采用相关分析、合成分析及奇异值分解方法,讨论了冬季青藏高原东部大气冷源的年际变化及其与大气/海洋环流之间的关系。分析结果表明：冬季青藏高原东部异常强(弱)冷源可以使随后我国东部维持异常偏北(南)风,并诱生出赤道太平洋地区大范围的异常偏西(东)风,从而可以促使下一个冬季赤道中东太平洋的海表温度异常偏暖(冷)。而冬季赤道中东太平洋海表温度的异常变化,可以通过次年夏季西太平洋副热带高压的变化来影响下一个冬季青藏高原东部的积雪深度和大气冷源强度。     

初夏孟加拉湾地区风暴活动与季风爆发早晚的关系及其前兆信号

孟加拉湾风暴(简称孟湾风暴)和孟加拉湾夏季风(简称孟湾夏季风)是初夏活动于孟加拉湾(简称孟湾)地区的两个重要环流系统, 对中国西南地区的天气气候和亚洲夏季风的季节进程有十分重要的影响。为了进一步认识两个环流系统活动异常的特征及其影响因子, 从气候角度出发初步分析了两者活动的相互联系及其影响的前兆信号因子和环流变化特征。结果表明两者有一定的联系, 孟湾夏季风爆发偏早时孟湾风暴活动时间偏早且活动频数偏多, 反之, 风暴活动时间偏晚且活动频数偏少。初夏两个系统的异常活动与前期环流变化密切联系, 由于孟湾夏季风爆发早晚与大尺度环流的季节转换有关, 爆发早晚其前期的环流变化有十分显著的差异, 对流层低层赤道印度洋异常西风(东风)和孟湾异常气旋(反气旋)活动, 以及对流层高层东亚持续稳定的异常反气旋(气旋)是孟湾夏季风爆发偏早(偏晚)的重要前兆信号特征, 而这些异常环流变化为孟湾风暴的生成发展提供了极为有利(不利)的环流背景条件。进一步分析发现, 前期冬季1月赤道太平洋地区西暖东冷的海温异常分布对后期2-4月孟湾区域异常气旋环流的生成发展有十分重要的影响, 其中赤道西北太平洋异常暖海温的变化有利于在其西北侧南海南部激发异常气旋环流, 而赤道太平洋西暖东冷的海温差异对赤道印度洋异常西风的加强及其南北两侧气旋对的发展西移有重要作用, 是影响孟湾区域气旋性环流发生发展的重要外强迫因子。      

夏季西太平洋暖池热含量对华西秋雨的影响及可能的物理机制

利用1971—2012年气象台站逐日资料,综合考虑降水量、降水日数及日照时数计算华西秋雨强度,结合不同深度海温资料,研究了华西秋雨强度与夏季西太平洋暖池热含量年际变化的联系,并讨论了其可能的物理机制。结果表明,前期夏季西太平洋暖池关键区(5°S—5°N,130°—160°E)热含量变化与华西秋雨强度有显著正相关关系,当前期关键区热含量偏高(低)时,华西秋雨强度较强(弱)。分析发现,当前期关键区热含量偏高时,其相对大气是一个异常热源,由于大气对其的响应,在热含量关键区西北侧中国南海—中南半岛附近生成了异常气旋式环流,其偏东偏南气流有利于向华西地区输送中低纬度洋面上大量暖湿水汽,并与北方的干冷空气在此交汇,同时,高层西风急流异常西伸,华西地区恰好位于急流入口区右侧的辐散区,这种高、低层有利的耦合形势使得秋雨偏强,反之亦然。      

东亚夏季风与澳洲冬季风强弱互补变化联系及其异常环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料、Hadley中心海温资料及CMAP降水资料等,通过亚澳季风联合指数挑选异常年份,对东亚夏季风和澳洲冬季风强度反相变化特征进行研究。结果表明,当东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱时,南北半球中低纬地区都出现了复杂的异常环流系统。在热带地区对流层低层,西北太平洋为异常反气旋式环流系统所控制,与南太平洋赤道辐合带的异常反气旋环流在赤道地区发生耦合,形成赤道异常东风,而在南北印度洋上则存在两个异常气旋式环流系统。在这两对异常环流之间的海洋性大陆地区,出现赤道以南为反气旋环流而赤道以北为气旋式环流。在东亚季风区,东南沿海的东侧海洋上存在反气旋异常,中国东南地区受异常反气旋西南侧的东南风影响。此外,澳洲北部受异常西风影响。这就形成了东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱的情形,从而东亚夏季风和澳洲冬季风活动出现了强弱互补的变化特征。当东亚夏季风偏弱、澳洲冬季风偏强时,南北半球的环流特征则出现与上述相反的环流特征。总体而言,当东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱时,东亚—澳洲季风区在南北半球呈现出不同的气候异常分布特征,即北半球降水北少南多、气温北高南低,南半球降水西多东少、气温西高东低。     

副热带东南太平洋海温对东北夏季降水的影响及可能机制

诊断分析表明,前期副热带东南太平洋海温尤其是前春海温与东北夏季降水存在持续稳定的负相关关系。无论是在年际时间尺度还是年代际尺度上,冬、春、夏季海温演变趋势与降水均呈反位相。尺度分离结果显示,关键区海温与降水的显著负相关主要依赖于其年代际分量,但年际分量也起到较重要贡献。相关分析和合成分析结果都发现,当副热带东南太平洋海温偏低时,其上空可激发出反气旋式距平风场,而在关键区海域西北部激发出气旋式距平环流。同时在所罗门群岛和菲律宾南部分别出现反气旋式和气旋式距平环流。西太平洋副热带高压(副高)位置较常年偏西,副高区为反气旋式距平环流。在东北地区西侧则为气旋式距平环流。在这样的环流背景下,副高西侧的南风加强了源自南海和西太平洋的暖湿气流和北方冷空气在东北地区的交汇,从而使东北夏季多雨。反之,当东南太平洋海温偏高时,其激发的气旋及反气旋距平中心和偏低年刚好相反,副高位置偏东,其西侧的南方水汽输送偏弱,同时东北冷涡也偏弱,冷暖空气汇合形成的低空辐合弱,东北降水因此偏少。这表明,副热带东南太平洋海温异常时确实能激发出一个从关键海区到东北地区的跨越南北半球的气旋-反气旋交替波列,引发北半球中高纬度大气环流异常,从而影响东北夏季降水。     

冬季赤道西太平洋环流状况与后期亚洲季风

基于月平均NCEP再分析资料(1958～1997年)以及中国336个台站月降水总量(195l～1994年),通过合成、相关以及统计显著性检验方法,研究了赤道西太平洋区域冬季环流状况与后期春夏季亚洲(东亚和南亚)季风环流变化的关系.研究结果表明,冬季赤道西太平洋环流状况对后期南亚季风和东亚季风以及我国夏季降水均有显著的滞后影响.冬季赤道西太平洋海域海平面气压偏高(低),对应反气旋(气旋)性环流异常,致使后期东亚和南亚夏季风均偏弱(强)以及我国长江流域夏季降水偏多(少),揭示了实施这种滞后影响的一般特征.     

2012年海洋和大气环流异常及其对中国气候的影响

文章主要对2011/2012年冬季至2012年秋季的海洋和大气环流异常进行分析,并讨论这些异常特征对中国气温和降水的主要影响。分析表明:2012年3月拉尼娜事件结束,赤道中东太平洋在7—8月出现明显暖水波动,之后进入正常状态。暖水波动使9—10月西太副高偏强偏西控制长江以南大部,造成该地温高雨少:8—9月,热带印度洋呈显著的偶极子正位相模态,在热带东太平洋激发出异常反气旋,其西北侧西南气流有利于暖湿气流影响中国华西南部出现明显秋雨。2012年南海夏季风爆发偏早1候,结束偏晚2候,强度偏弱;东亚夏季风为1951年以来第四强,使得东亚夏季风雨带位置偏北,中国北方大部夏季降水偏多。受海温和大气环流异常等的共同影响,我国出现了冬冷、春夏热、秋冷和夏季降水"北多南少"的气候特征。     

异常东亚冬季风对赤道西太平洋纬向风异常的影响

ENSO由于经常带来大范围的气候异常而倍受关注,赤道西太平洋的纬向风异常对ENSO的发生起着重要作用.首先对赤道西太平洋纬向风异常的发生进行研究,其结果清楚地表明它同东亚冬季风的异常有密切关系.异常强(弱)的东亚冬季风不仅能激发产生赤道西太平洋的西(东)风异常,而且还将在菲律宾以东的西太平洋上导致一个气旋性(反气旋性)环流的形成.研究还表明,上述异常流型产生的物理过程是异常东亚冬季风所造成的气压形势的动力影响,因为在强(弱)东亚冬季风影响下,赤道西太平洋地区会形成向西(东)的气压梯度,即( )p/( )x＜0(( )p/( )x＞0)的异常气压形势.通过赤道太平洋的海-气相互作用,赤道西太平洋的持续西(东)风异常则将进一步导致El Nino(La Ni(n)a)事件的发生.     

华西秋雨区域性极端降水的环流特征

利用1961—2010年中国743个测站的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用百分位方法挑选出了发生在华西秋雨期(8月9日—10月12日)的161次区域性极端降水事件,将其分为两类分别讨论了同期和前期的异常环流特征,并与一般性降水进行了对比。结果表明,对于第一(二)类极端降水,华西地区气旋性距平环流(气旋性风切变)形成低层风场辐合,同时高层为辐散,由此产生强烈的上升运动,来自热带海洋的水汽输送偏强(偏弱),在华西秋雨区形成水汽辐合,副热带高压位置偏西、偏北使得华西地区西南暖湿气流偏强,巴尔喀什湖以北地区为正(负)高度异常,形成一槽一脊(二槽一脊)环流型,西北气流由此加强,冷暖空气交汇于华西地区从而形成极端降水。两类极端降水均与一般性降水具有相似的异常环流特征,只是造成极端降水的异常环流强度均比一般性降水更强。两类极端降水的上述异常环流型在极端降水发生前一天就已经存在,可以作为华西秋雨极端降水短期预测的强信号。      

华西秋雨与海表温度的关系

利用1951-2011年华西地区25个测站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA ERSST海表温度资料,分析了影响华西秋雨降水异常的环流场特征,并探讨了华西秋雨变化与海表温度的联系。研究表明:多雨期(少雨期)东亚500 h Pa高度距平场呈东高西低(西高东低)态势,西太平洋副高东退(西伸);700 h Pa风矢量合成分析亦表明,典型多雨年华西地区位于反气旋后部,盛行偏南气流,水汽供应充足。赤道西太平洋以及赤道中太平洋海域是影响华西秋雨异常变化的关键海区,该海区夏季海表温度变化可以作为华西地区秋季降水变化的预测指标之一。     

江淮地区夏季降水的准两年周期振荡及其年代际变化的机理研究

通过对1960—2011年江淮地区夏季降水的研究发现其存在准两年周期振荡(TBO),且此TBO存在着年代际变化,1960—1974年和2001—2011年期间TBO较弱,1975—2000年期间TBO较强。对此TBO及其年代际变化的机理进行分析发现：(1) 此TBO与印度洋热含量的TBO有密切联系,前冬季印度洋热含量若为西正东负,其上空会出现两个反气旋性异常环流,到了夏季与西太平洋的异常反气旋合并,使得西太平洋反气旋加强,并出现一个类似东亚-太平洋(EAP)型遥相关波列,导致江淮地区夏季降水偏多,热含量也在海洋Rossby波和Kelvin波的作用下向东西方向移动,并在秋季使热含量发生反转,印度洋上空转为两个气旋性异常环流,在冬季加强,使得次年降水偏少,形成TBO;(2) TBO的年代际变化可能是由PDO的位相变化引起的,PDO暖(冷)位相,信风偏弱(强),海气耦合偏弱(强),降水受印度洋热含量(太平洋海温)影响较大,受ENSO影响较小(大),TBO较强(弱)。     

西太平洋副高与ENSO的关系及其对福建雨季降水分布的影响

用低阶大气环流谱模式就前期冬春季南海-热带东印度洋(10 oN～15 oS, 90～120 o E) 海温异常对南海夏季风的影响进行了数值试验。结果表明, 当南海-热带东印度洋海温异常偏暖时,其南北两侧大气低层出现异常气旋性环流,高层出现异常反气旋性环流,其东西两侧, 在南海-热带西太平洋大气低层出现强大的异常辐合,高层出现强大的异常辐散;在热带西印度洋大气低层为明显的辐散,高层为明显的辐合,得到了与Gill理论相一致的结论。此时大气低层赤道两侧异常气旋性环流阻挡了赤道索马里越赤道SW气流进入南海, 加强了赤道西风, 并明显减弱了澳大利亚越赤道SW气流,菲律宾以东的异常反气旋性环流加强了西太平洋副热带高压, 使其位置偏南偏西, 同时大气高层印度洋上空的异常东风加强了南亚高压, 从而导致南海夏季风强度减弱, 爆发可能推迟。在南海-热带东印度洋海温异常偏冷时,大气低层赤道两侧异常反气旋性环流减弱了赤道索马里越赤道SW气流, 加强了澳大利亚越赤道SW气流,菲律宾东北部的异常气旋性环流不利于其东侧的副热带高压发展, 同时大气高层印度洋上空的异常西风减弱南亚高压强度,有利于南海夏季风加强, 爆发可能提前。     

冬季北太平洋大气低频环流的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温异常的联系

利用1979—2015年ECMWF逐日再分析资料,通过EOF分解和回归分析研究了冬季北太平洋大气低频环流的年际和年代际变化特征及其与海表面温度异常(SSTA)和大气环流异常之间的联系。研究结果表明:冬季中纬度北太平洋地区850 h Pa低频尺度环流存在3个明显的变化模态:第一模态为海盆尺度的单极型异常气旋(反气旋)式环流,同期太平洋SSTA呈现El Ni1o(La Ni1a)以及PDO暖位相(冷位相)空间分布,阿留申低压强度增强(减弱),对流层中高层是正位相(负位相)的PNA型遥相关,北太平洋天气尺度风暴轴中东部南压(北抬);第二模态为在白令海峡和副热带地区呈气旋式与反气旋式环流南北向偶极型变化,同时中纬度北太平洋SSTA呈现NPGO(North Pacific Gyre Oscillation)正位相(负位相)的空间分布,黑潮区域SSTA偏暖(偏冷),北太平洋SSTA经向梯度加大(减小),对流层中高层为负位相(正位相)的WP型遥相关,北太平洋天气尺度风暴轴整体偏北(偏南),强度增强(减弱);第三模态为北太平洋中西部和北美西岸呈气旋式与反气旋式环流东西向偶极型异常,黑潮区域SSTA偏冷(偏暖)而北太平洋东部SSTA偏暖(偏冷),SSTA纬向梯度加大(减弱),同时赤道东太平洋出现类似La Ni1a(El Ni1o)的SSTA分布,北太平洋天气尺度风暴轴中东部明显减弱(加强)而西部略有加强(减弱)。     

南亚高压强度年代际变化及其与热带副热带海温关系

采用1948—2012年NCEP/NCAR月平均再分析资料和CAM3.0大气环流模式,探讨了南亚高压(SAH)强度年代际变化及其与热带、副热带海温的关系。 (1) SAH呈显著年代际变化,以1970年代末期为界,之前强度偏弱;之后强度增强、面积扩大、东西扩展,冬季西侧扩展程度大于东侧,夏季则相反。(2) 与SAH强度年代际变化相对应,1970年代末期以后,热带、副热带辐散风分量表现为显著的两个上升区和三个下沉区。两个上升区一个位于东太平洋,另一个随季节变化位置有所改变,冬季位于印度洋,夏季位于南海-西太平洋海域;三个主要下沉区分别位于非洲中北部、亚洲东部和中太平洋地区。(3) 与SAH强度年代际变化相对应,夏季低层涡旋风分量在南海-西太平洋地区表现为异常气旋性环流,冬季低层涡旋风分量在印度洋表现为异常气旋性环流,而在赤道中太平洋则呈现异常反气旋性环流。(4) 数值试验表明：SAH年代际变化与热带、副热带海温关系密切,冬季印度洋海温起作用较大,夏季则是南海-西太平洋海温起作用较大,另外东太平洋海温也起了一定作用。     

与澳高相关的海洋性大陆区域海温异常对中国夏季气候的可能影响

利用NCEP/NCAR全球再分析资料和中国夏季站点资料,采用相关分析、合成分析以及线性回归方法,找到了与澳大利亚高压(下称澳高)显著相关的海温关键区,并分析了此关键区海温异常的年际变化与中国夏季气候异常的联系。结果表明:海洋性大陆区域附近海区是与澳高变化相关的海温异常关键区,其与澳高指数的时间序列相关系数高达-0.64。在不考虑ENSO的影响时,关键区海温的年际变化与中国东部地区夏季气候存在密切联系,即当澳高指数偏强(偏弱)时,海洋性大陆区域附近的海温偏低(偏高),辽宁、吉林大部分以及江淮东部地区夏季降水较常年偏少(偏多),江南地区降水偏多(偏少)。关键区海温对中国夏季气候的可能影响途径是:印度尼西亚附近海温负异常时,低层风场异常辐散,辐散场作为涡度源在南海西太平洋地区激发类似EAP或P—J型波列,在30°N以南形成异常气旋环流,30°N-50°N形成异常反气旋环流,50°N以北形成异常气旋环流,这样的异常分布有利于"南涝北旱"降水格局的形成。另外,降水异常时气温亦存在显著异常,我国东部气温为异常的"南低北高"分布。当海洋性大陆区域附近的海温为正异常时,情况相反。     

前期热带太平洋次表层海温异常与东亚夏季风的可能联系

利用1979—2012年日本气象厅次表层海温资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了前期冬季热带太平洋次表层海温与东亚夏季风的关系,并讨论了其可能机制。结果表明,前期冬季热带太平洋次表层海温与后期东亚夏季风强弱有显著的相关关系。冬季次表层海温呈现东正西负的类El Nio分布型时,夏季副热带高压偏强,西北太平洋地区受反气旋型环流控制,能将大量的水汽输送到长江和淮河流域,有利于水汽在该区域辐合,为夏季降水偏多创造了条件,此时东亚夏季风活动整体偏弱,反之亦然。但类El Nio分布型对东亚夏季气候变化的影响较类La Nia分布型更显著。此外,冬季热带太平洋次表层海温可能通过其自身能够持续性地影响东亚—太平洋地区的大气环流异常,次表层海温随季节变化有明显的发展和移动趋势:冬季西太平洋暖池次表层冷(暖)海温不断堆积,沿温跃层向东传播使得中东太平洋次表层海温逐渐变冷(暖),冷(暖)海温上翻加强使得海表温度异常,进一步影响到西太平洋副热带高压的位置和强度,并在东亚地区形成经向遥相关波列,通过西北太平洋地区异常反气旋(气旋)环流的作用,影响东亚地区大气环流以及气候变化。     

盛夏南海低空越赤道气流变化与东亚夏季风的联系

利用1979—2014年ERA-Interim逐月的风场、海平面气压场和位势高度场等再分析资料以及中国160站降水观测资料,采用回归分析等方法分析了盛夏(7、8月)南海(South China Sea, SCS)低空越赤道气流(Cross-Equatorial Flow,CEF)的变化及其与东亚夏季风的联系,结果表明:盛夏南海低空越赤道气流(SCEF)强度指数与南海夏季风强度指数呈显著的正相关关系,与东亚副热带夏季风强度指数呈显著的负相关关系。当盛夏SCEF偏强(弱)时,亚洲热带低压及西太平洋赤道辐合带增强(减弱),西太平洋副热带高压强度减弱(增强)、东撤(西伸),南海北部和西北太平洋地区为明显的气旋式(反气旋式)环流异常,使得南海夏季风增强(减弱)和东亚副热带夏季风减弱(增强)。此外,当盛夏SCEF偏强时,由于东亚副热带夏季风减弱,我国华南地区为东北风异常,华北地区为偏南风异常,受其影响,我国华南地区为显著的水汽辐合区,华中地区为显著的水汽辐散区,使得盛夏华南地区降水增多,华中地区降水减少;反之亦然。      

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。     

华西秋雨准4年周期特征及其与赤道太平洋海表温度的关系

利用1959～2011年华西地区气象台站资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA海表温度资料, 采用多锥度—奇异值分解(MTM-SVD)方法, 研究了华西秋雨的准4年周期特征及其与赤道太平洋海表温度的协同变化关系。研究结果表明:华西秋雨具有显著的准4年周期, 其典型循环表现为"偏强, 略偏强, 偏弱, 略偏弱"的特点。在准4年周期上赤道中太平洋海表温度对华西秋雨的协同变化表现为"偏低, 略偏低, 偏高, 略偏高", 这种协同变化从初夏就体现出来, 并一直持续到秋末。同时在准4年周期上, 华西秋雨对ENSO事件也存在一定的响应, 但是主要体现在发生强ENSO事件时。准4年周期的环流分析表明, 夏季到秋季赤道中太平洋海表温度偏低(高)时, 秋季500 hPa高度场出现东亚/太平洋(EAP)遥相关波列正(负)异常, 西太平洋副热带高压偏西(东), 华西地区来自南海西太平洋和孟加拉的水汽输送偏多(少), 华西秋雨偏强(弱)。     

华西秋雨演变的新特征及其对大气环流的响应

华西(21°N-39°N,95°E-114°E)秋雨是中国秋季主要的气候特征之一,长时间连续降水对农作物生产带来不利影响.基于1961-2010年华西地区166个气象站逐日降水资料,综合降水量与降水日数两个因子定义了华西秋雨指数,采用EOF分析、小波分析等方法分析了该指数的演变和时空异常分布特征,以及秋雨异常分布型的大气环流背景.结果表明,华西秋雨有南北两个极大值中心,强度和范围在近50年中存在明显的年代际变化,进入21世纪,其北部秋雨区位置偏北、范围增大及强度增强;主要异常型为秋雨区东北东和西南西之间的反相变化和总体基本一致型;秋季,当东亚副热带西风急流中心西移,中心强风速带偏窄时,华西北部的上升运动加强,同时西太平洋副热带高压偏北、印缅槽偏深及水汽输送偏强偏北,有利于北部水汽辐合,华西秋雨出现北多西南少的异常型;反之亦然.