南极涛动异常与2006年我国东部夏季降水形势预测

南极涛动是南半球中高纬主要的气候变率模态，反映了南半球中高纬大气环流反位相的变化及质量交换的实质。南极涛动强，表示南半球绕极低压加深和中高纬西风加强弱，反之亦然。作者近年的研究表明了南极涛动是一个重要的气候因子，能够影响东亚的冬春气候和我国北方的沙尘频次以及华北、长江中下游的夏季降水。根据作者已有的研究结果，可以依据3—4月南极涛动指数的变化，尝试预测2006年我国东部夏季降水形势，进而考察南极涛动异常信号对我国东部夏季降水形势的预测价值。     

5月南极涛动对青藏高原西部夏季气温影响的诊断分析

青藏高原是全球气候变暖最敏感的地区之一,是北半球夏季最大的热源,其气候响应受到广泛关注。然而,有关南极涛动与青藏高原夏季气温的关系和机理知之甚少。为了研究南极涛动与青藏高原夏季气温的关系,基于1979—2020年英国东安哥拉大学气候研究中心（CRU）的逐月气温、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的逐月海表面温度和大气环流再分析数据以及南极涛动指数等数据,采用相关、回归、合成分析等方法进行研究。结果表明,北半球夏季青藏高原西部气温与5月南极涛动存在显著负相关,即当5月南极涛动异常偏弱时,夏季青藏高原西部气温异常偏高。其影响过程为,南极涛动为正位相时,在南印度洋中高纬地区出现“负-正-负”的经向“三极子”海温模态,该模态可持续到夏季,在印度洋形成异常的纬向-垂直环流,相应在热带西印度洋和东印度洋-海洋性大陆之间的降水异常导致热带正“偶极子”降水模态,通过该降水模态在青藏高原西部引起异常反气旋环流和下沉运动,有利于高原西部气温偏高。研究结果显示,海洋的热惯性在“延长”南极涛动影响过程中起着重要的桥梁作用,可为青藏高原夏季气温预测提供科学依据。     

有关南半球大气环流与东亚气候的关系研究的若干新进展

南半球大气环流是全球大气环流的重要组成部分,也是影响气候变化和亚洲季风系统的一个重要因素.中国气象学家很早就注意到南半球大气环流对东亚夏季风降水的影响.近年来,有关南半球气候变率的研究目前正受到世界气象学家越来越多的关注.南半球中高纬大气资料的丰富及南极涛动的确定,使得认识南半球高中纬环流的年际变动规律及其与东亚气候关系成为可能.本文主要介绍近年来有关南极涛动的年际变化与沙尘天气发生频次及东亚冬春季气候的关系,古气候资料揭示的南极涛动与华北降水的关系,以及南半球大气环流与长江中下游夏季降水的关系和南极涛动变率的可预测性等方面的研究进展.并对未来研究方向作了初步的展望.     

南极海冰涛动对北半球夏季大气环流的影响

南极海冰首要模态呈现偶极子型异常,正负异常中心分别位于别林斯高晋海/阿蒙森海和威德尔海。过去研究表明冬春季节南极海冰涛动异常对后期南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）型大气环流有显著影响,而AAO可以通过经向遥相关等机制影响北半球大气环流和东亚气候。本文中我们利用观测分析发现南极海冰涛动从5～7月（May–July,MJJ）到8～10月（August–October, ASO）有很好的持续性,并进一步分析其对北半球夏季大气环流的可能影响及其物理过程。结果表明,MJJ南极海冰涛动首先通过冰气相互作用在南半球激发持续性的AAO型大气环流异常,使得南半球中纬度和极地及热带之间的气压梯度加大,在MJJ至JAS,纬向平均纬向风呈现显著的正负相间的从南极到北极的经向遥相关型分布。对流层中层位势高度场上,在澳大利亚北部到海洋性大陆区域,出现显著的负异常,在东亚沿岸从低纬到高纬呈现南北走向的“? + ?”太平洋—日本（Pacific–Japan,PJ）遥相关波列,其对应赤道中部太平洋及赤道印度洋存在显著的降水和海温负异常,西北太平洋至我国东部沿海地区存在显著降水正异常和温度负异常;低纬度北美洲到大西洋一带存在的负位势高度异常和北大西洋附近存在的正位势高度异常中心,构成一个类似于西大西洋型遥相关（Western Atlantic,WA）的结构,对应赤道南大西洋降水增加和南撒哈拉地区降水减少。从物理过程来看,南极海冰涛动首先通过局地效应影响Ferrel环流,进而通过经圈环流调整使得海洋性大陆区域和热带大西洋上方的Hadley环流上升支得到增强,海洋性大陆区域特别是菲律宾附近的热带对流活动偏强,激发类似于负位相的PJ波列,影响东亚北太平洋地区的大气环流,而热带大西洋对流增强和北传特征,则通过激发WA遥相关影响大西洋和欧洲地区的大气环流。以上两种通道将持续性MJJ至ASO南极海冰涛动强迫的大气环流信号从南半球中高纬度经热带地区传递到北半球中高纬地区,从而对热带和北半球夏季大气环流产生显著影响。     

北极涛动的纬向对称结构

运用NCEP／NCAR再分析月资料,分季节研究了北极涛动的纬向结构,以及与之相对应的纬向平均纬向风和经圈环流异常的空间结构特征,并初步探讨了北极涛动的维持机制。结果表明,北极涛动在水平方向上主要呈纬向对称的环形模态,且这种结构在冬季北极涛动的活跃期表现更为显著;而夏季纬向对称型随季节风带的北移和极涡的减弱,其节点也相应向极地移动。与北极涛动纬向对称型相联系的纬向平均纬向风在冬季表现为明显的偶极型,向上延伸到平流层;而夏季这种形态明显减弱,并只限于对流层中。与冬、夏季北极涛动纬向对称型相对应的平均经圈环流异常均表现为增强的费雷尔环流和哈得来环流,这种形势有利于北极涛动形成正反馈机制,使之得以长期维持。     

南半球环流变化对东亚夏季风的影响

南半球环流是影响东亚夏季风季节内、季节到年际变化的重要因子之一.作者系统综述了南半球环流各系统包括连接两半球的越赤道气流、马斯克林高压和澳大利亚高压、南极涛动和南极海冰等对东亚夏季风环流和中国夏季降水的影响.特别是,近年来的研究揭示了南极涛动是影响东亚夏季风年际变化的强信号.当南极涛动偏强时,马斯克林高压和澳大利亚高压和相关的越赤道气流也趋于偏强.同时,西太平洋副热带高压偏西偏南,强度增强,长江流域降水偏多,其两侧降水偏少.这对中国夏季降水的预测有重要的应用价值.最后提出了一些相关的科学问题以供进一步研究.       

我国西南地区干湿季降水的主模态分析

利用我国西南地区26个台站降水资料,通过经验正交函数（EOF）分解的方法,分析了1980～2009年该地区干季（10～4月）和湿季（5～9月）降水的主模态。我国西南地区干季降水的时空变化存在两种主模态,它们分别可以解释总方差的22.4%和15.6%。第1主模态为全区一致型,具有准两年周期振荡的年际变化特征;第2主模态为东南—西北反向型,从20世纪90年代中期至21世纪初呈现2～3年的变化周期。我国西南地区湿季降水的时空变化存在三种主模态,它们分别可以解释总方差的17.1%,13.8%和11.1%。第1主模态为全区一致型,20世纪90年代初期具有较强的2～4年周期;第2主模态为经向偶极子型分布,并具有显著的4年周期;第3主模态为纬向偶极子型分布,具有2～4年的年际变化信号。进一步利用NCEP/NCAR再分析资料以及美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的海表面温度（SST）资料,通过合成分析和回归分析的方法探讨了与干湿季降水各主模态对应的大尺度大气环流和海温状况。我国西南地区干季降水第1主模态与北极涛动（AO）有明显的正相关关系,对应的大气环流和海温状况表现为高纬北冰洋与中纬度地区上空高度场的反向异常分布,北大西洋和北太平洋海温低纬与中高纬的偶极子型异常分布;第2主模态与中高纬欧亚大陆上空高度场经向偶极子型异常分布有关,中纬度北太平洋的海温异常与该模态具有紧密的联系。我国西南地区湿季降水第1主模态与北大西洋涛动（NAO）显著负相关,对应的大气环流和海温状况表现为北大西洋上,高纬度与中纬度地区上空高度场的偶极子型异常分布,海温从低纬到中高纬的三极子型异常分布;第2主模态受欧亚大陆上空高度场经向三极子型异常分布影响,并与北太平洋海温异常的一致型分布有关;第3主模态可能与El Ni?o Modoki有关,同时受到南亚高压的影响,赤道太平洋海温的纬向三极子型异常分布对该模态具有一定的潜在预报意义。     

北极涛动和南极涛动的年变化特征

北极涛动(Arctic Oscillation,简称AO)和南极涛动(Antarctic Oscillation,简称AAO)分别用于描述北半球和南半球热带外气候变率的主要模态,它们分别是北半球和南半球中纬度和高纬度之间气压变化的跷跷板结构.作者利用1958年1月～1999年12月的NCEP/NCAR全球再分析月平均资料、北极涛动指数IAO和南极涛动指数IAAO来研究AO和AAO的年变化特征以及AO和AAO与纬向平均的月平均各要素场的相关系数随纬度和月份的变化规律.     

南极涛动和北半球大气环流异常的联系

使用ECMWF逐日再分析资料分析研究了北半球冬季南极涛动和北半球大气环流异常之间的联系。资料的分析结果表明, 南极涛动和滞后其25～40天位于北大西洋地区的一个弱的类似于北大西洋涛动 (North Atlantic Oscillation, 简称NAO) 的偶极子模态, 以及伴随这一偶极子模态而出现的北半球中纬度纬向风异常之间存在着统计上的联系。处于正 (负) 位相的南极涛动对应着滞后25～40天后, 北大西洋高纬极区出现位势高度负 (正) 异常, 副热带大西洋出现位势高度正 (负) 异常; 同时, 在北半球中高纬度地区(45°N～65°N) 出现西 (东) 风异常, 中低纬度地区(25°N～40°N)出现东 (西) 风异常。文中也对资料分析结果进行了简单的动力学分析, 表明与南极涛动相联系的涡动动量异常是驱动北半球纬向平均纬向风异常的主要原因。     

观测分析非洲南部地区土壤湿度异常对南半球大气环流的显著影响

本文基于44年ERA40再分析月平均土壤湿度资料和大气环流变量场资料,去除ENSO遥相关以及趋势影响后,利用滞后最大协方差方法分析非洲南部地区土壤湿度分布与南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:在南半球冬季（Jun-Jul-Aug,6～8月）和夏季（Jan-Feb-Mar,1～3月）,大气中类似南极涛动（Antarctic Oscillation,简称AAO）正位相的环流型与超前月份（最长时间达到5个月）的非洲南部地区土壤湿度的异常分布显著相关。基于土壤湿度变率中心的线性回归分析方法证实非洲南部地区其北部土壤湿度正异常、中南部土壤湿度负异常的空间分布对后期夏季和冬季的大气有显著的反馈作用。诊断结果显示由于夏秋季节和春季初夏非洲南部地区土壤湿度异常均有显著的持续性,同时对后期AAO产生持续增强作用,所以滞后最大协方差方法可以检测出它们对后期AAO的显著影响。以上非洲南部地区土壤湿度异常超前于南极涛动的信号,将有助于加强对土壤湿度反馈机制及其对南半球大尺度环流变率影响的认识。     

Climatic study on the summer tropical easterly jet at 200 hPa

The low latitude easterlies at 200 hPa in summer (May-October) is analysed climatically during the 13-year period from 1968 to 1980, with a special emphasis on the relationship between the anomalous tropical easterly jet stream over South Asia and the low latitude atmospheric circulation, and also the summer monsoon precipitation in India. The compositing analysis shows that the tropical easterly jet stream over South Asia has five anomalous patterns at 200 hPa i.e. the western pattern, middle pattern, eastern pattern, two-branch pattern and multi-core pattern. Evidence has shown that the precipitaion in India anomalously increased during the anomalous period of the western pattern and the middle pattern, but reverse case is true in the eastern pattern. Some different anomalies of the precipitation in different area of India were found during the other two anomalous pattern.     

夏季南海低空越赤道气流变化与亚澳季风区降水异常的联系

基于1979—2014年ERA-Interim逐月风场和水汽通量资料及GPCP逐月降水率资料,采用相关分析及合成分析等方法研究了夏季南海低空越赤道气流的变化特征及其与亚澳季风区降水异常的联系。结果表明:1)夏季南海低空越赤道气流强度的年际变化特征明显,具有3~4 a的周期。2)夏季南海低空越赤道气流强度变化与热带东印度洋和海洋性大陆区域降水异常具有显著的负相关关系、与热带西太平洋降水异常存在明显的正相关关系、与我国中部地区降水异常存在较好的负相关关系。3)当夏季南海低空越赤道气流强度偏强时,850 hPa上自阿拉伯海向东一直延伸到热带西太平洋为西风异常,这种环流形势有利于热带西太平洋出现水汽辐合,使得该区域降水出现明显偏多,同时热带东印度洋低层为东风异常,受其影响,热带东印度洋和海洋性大陆区域出现水汽辐散,使得该区域降水偏少;此外,在我国东南沿海为一个气旋式风场异常,不利于来自热带海洋的水汽输送到达我国中部地区,使得该地区降水偏少;反之亦然。4)当夏季南海低空越赤道气流偏强时,东亚地区局地Hadley环流表现为异常偏弱,低空偏南越赤道气流异常在20°N附近与来自北半球的冷空气交汇上升,赤道附近及30~40°N地区出现异常下沉运动,使得热带海洋性大陆区域和我国中部地区降水减少;反之亦然。     

亚洲夏季风建立前后全球环流调整的气候风场变差度分析

利用变差度诊断分析,分析讨论了亚洲夏季风建立及前后(4月1日至6月30日)气候风场变差度的时空特征,发现北半球在4月10日和21日、5月15日和31日、6月11日和28日分别有6次大气环流大调整;变差度的大值区则均位于广义季风区;变差度确实是诊断大气环流调整和研究广义季风的客观定量工具.得到的主要结论如下:该6次环流大...     

中国华南春季季风及其与大尺度环流特征的关系

定义了中国华南春季季风，并用NCEP／NCAR再分析资料研究了春季风的气候特征以及春季风降水和大尺度环流在年际变化上的关系。结果表明，从降水和大气环流的变化来看，华南春季风在气候上发生于4月和5月；与华南春季风相联系的大气环流特征与夏季风和冬季风所对应的大气环流特征完全不同。华南春季风降水的年际变化主要与太平洋北部的异常环流相关联，而这种异常环流又与亚洲北部的西风急流和极地涡旋有联系；华南春季风降水的年际变化还与太平洋的海表温度异常有关；而亚洲热带大气环流的年际变化与华南春季风降水的变化关系不大。     

Boreal summer continental monsoon rainfall and hydroclimate anomalies associated with the Asian-Pacific Oscillation

With the twentieth century analysis data (1901–2002) for atmospheric circulation, precipitation, Palmer drought severity index, and sea surface temperature (SST), we show that the Asian-Pacific Oscillation (APO) during boreal summer is a major mode of the earth climate variation linking to global atmospheric circulation and hydroclimate anomalies, especially the Northern Hemisphere (NH) summer land monsoon. Associated with a positive APO phase are the warm troposphere over the Eurasian land and the relatively cool troposphere over the North Pacific, the North Atlantic, and the Indian Ocean. Such an amplified land–ocean thermal contrast between the Eurasian land and its adjacent oceans signifies a stronger than normal NH summer monsoon, with the strengthened southerly or southwesterly monsoon prevailing over tropical Africa, South Asia, and East Asia. A positive APO implies an enhanced summer monsoon rainfall over all major NH land monsoon regions: West Africa, South Asia, East Asia, and Mexico. Thus, APO is a sensible measure of the NH land monsoon rainfall intensity. Meanwhile, reduced precipitation appears over the arid and semiarid regions of northern Africa, the Middle East, and West Asia, manifesting the monsoon-desert coupling. On the other hand, surrounded by the cool troposphere over the North Pacific and North Atlantic, the extratropical North America has weakened low-level continental low and upper-level ridge, hence a deficient summer rainfall. Corresponding to a high APO index, the African and South Asian monsoon regions are wet and cool, the East Asian monsoon region is wet and hot, and the extratropical North America is dry and hot. Wet and dry climates correspond to wet and dry soil conditions, respectively. The APO is also associated with significant variations of SST in the entire Pacific and the extratropical North Atlantic during boreal summer, which resembles the Interdecadal Pacific Oscillation in SST. Of note is that the Pacific SST anomalies are not present throughout the year, rather, mainly occur in late spring, peak at late summer, and are nearly absent during boreal winter. The season-dependent APO–SST relationship and the origin of the APO remain elusive.     

我国东部梅雨期降水的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系

基于我国160站59年(1951～2009年)的月降水观测资料、美国气象环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的再分析资料和Hadley中心的海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料,对我国东部(100°E以东,15°N～40°N)梅雨期(6月和7月)降水的时空变化特...     

影响贵州低频强降水的主要气象因子特征

本文基于贵州低频降水和东亚水汽输送路径,对比分析低频降水多少年的水汽差异和先兆海温差异,得到主要结论有：（1）7月开始在欧亚大陆的中纬度地区开始形成“两槽一脊”的环流形势;8、9月“两槽一脊”环流形势稳固。副热带高压的西伸脊点位于120oE附近,环流形势逐渐稳定,南方地区降水有所减弱;（2）影响贵州地区水汽输送的水汽通道主要为为孟加拉湾、南海和西北太平洋,尤其是从孟加拉湾经中南半岛进入的西南风水汽输送和南半球经南海的越赤道气流;（3）低频强降水年频次多年与拉尼娜事件从准备到爆发再衰弱的不同位相期相对应,低频强降水年频次少年与厄尔尼诺事件从准备到爆发再衰弱的不同位相期相对应