基于交叉小波分析方法的西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性研究

西太平洋副热带高压的年际变率受热带多个关键海区的海-气相互作用过程调控, 但彼此间的因果关联和影响机制尚不清楚。为揭示西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常之间的内在关联特性, 定义了三个关键海区以及赤道纬向西风区的特征指数, 并分别与西太平洋副热带高压强度、脊线指数进行了交叉小波和相干小波分析。研究发现:西太平洋副热带高压指数存在显著的2~3年和准5年的周期振荡, 20世纪八九十年代后, 由于暖池区海温及赤道纬向西风区的Hadley环流强迫加强, 致使副热带高压特征指数的2~3年周期振荡加强; 从位相关系看, 先是西太平洋副热带高压减弱南撤导致纬向西风加强, 其后影响赤道东太平洋海温升高, 同时暖水向东传, 使赤道中太平洋以及暖池区海温逐渐升高, 在Hadley环流作用下使副高加强北抬。基于上述西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常变化相关性诊断研究, 进一步探讨了造成这种相关性的影响机理和因果关联, 为揭示西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性做探索研究。      

1986—1987年北半球冬季亚澳地区大气环流异常及其与西太平洋SST异常的联系

1986—1987年冬季亚澳地区大气环流异常主要表现在北半球中纬盛行纬向气流,副热带西风急流、西太平洋副热带高压脊及ITCZ位置异常偏北;西北太平洋热带气旋活动频繁;赤道盛行异常西风和异常南风;澳大利亚海平面气压偏高等现象。在这种大气环流异常形势下,东亚地区冬季风偏弱,冷空气主要在偏北地区东移,温度异常偏高,中国北方降水偏多,南方降水偏少。与此同时,澳大利亚夏季风偏弱并推迟一个月建立,整个澳大利亚地区降水偏少。大气环流异常是从低纬开始的。ITCZ位置异常偏于北半球,比其他环流系统异常要早一个月以上发生。1986年夏季以来,西太平洋赤道附近及其偏北地区SST始终维持异常偏高,可能是造成ITCZ异常偏北的原因,并进而引起瓦克环流减弱和南方涛动指数(SOI)偏低,从而对1986—1987年的ENSO事件的发生起了促进的作用。1986年夏秋季节西北太平洋30°N950hPa上北风异常,冬季南风异常又可能是引起西太平洋SST异常分布的原因,因此,1986—1987年冬季亚澳地区的异常事件必须从海—气相互作用的观点来加以说明。      

贵州夏旱成因初步分析

本文使用1951～1990年北半球500百帕和100百帕高度场及850百帕和200百帕赤道附近风场、500百帕地转西风、太平洋海水表层温度，厄尔尼诺现象、南方涛动以及西风环流指数、副高特征参量等对我省夏旱成因进行分析，其结果表明：贵州夏旱与南亚高压、副热带高压、南海台风均有较好的一致性，与越赤道气流有着密切关系．我省夏季降水与海洋和大气的相互影响有关系，通过厄尔尼诺现象和南方涛动两种不同介质。当南方涛动指数为负值时，垂直的南——北向哈特菜环流加强，南半球的大气环流相对角动量通过经向环流向北半球输送，从而西北太平洋副热带高压面积指数增大．反之亦然．     

10-12月低纬度东南亚和西太平洋上空流场特征

根据1958—1959年资料,初冬西太平洋低纬度流场可分为两种流型,即浅薄副热带高压型与深厚副热带高压型。前者在高纬度为低西风指数型,副热带急流的配置与平均情况一致在近赤道地区对流层下层有不剧烈发展的东风波。后者在高纬为高西风指数型,副热带急流的配置与平均情况反位相,近赤道地区对流层下层有赤道西风,在赤道辐合带上井有台风发生,两者间有一个月上下的准周期变化。     

1330号台风海燕强烈发展和快速移动原因分析

本文运用NCEP再分析资料(水平分辨率1°×1°,垂直层次26层)和各种常规观测资料以及中央气象台台风实时定位定强数据对2013年全球最强台风海燕的特点和极端性展开分析,并运用天气学分析和动力学诊断的方法探讨"海燕"强度发展的动力机制和快速移动的原因,同时发掘预报着眼点,以提高中央气象台对类似台风的综合预报能力。本文主要研究结论为:(1)"海燕"在登陆菲律宾之前的持续加强和高强度维持发生在副热带西风急流加强南压和副热带高压南侧对流层各层低纬东风同时加强的条件下。(2)副热带西风急流加强南压是导致西太平洋副热带高压加强和副热带高压南侧对流层各层低纬东风加强及"海燕"高速靠近并登陆菲律宾的重要原因。(3)"海燕"的水平风速分布存在明显不对称,呈现台风北侧东风大于南侧西风、台风东侧南风大于西侧北风的特点,其中纬向风的不对称更显著。而由台风海燕东西两侧经向风和南北两侧纬向风的不对称分布导致的切变正涡度的增加可能是台风强度持续增强的重要原因之一。(4)对流层低层水平辐合的显著加强和台风海燕南北两侧经向垂直环流圈的加强和建立也是"海燕"强度持续加强的重要原因之一。(5)台风海燕持续加强和高强度维持的主要动力机制为内核区对流层低层水平辐合和对流层中低层涡度的持续增长以及台风所处环境的高层辐散的明显增加和高低层垂直切变的减小。(6)预报启示为:对于秋冬季的台风而言,除了西太平洋副热带高压、西风槽、对流层低层偏东风、越赤道气流外,还需关注对流层上层副热带西风急流的变化,特别是对于偏西行台风而言,副热带西风急流的加强南压可能会导致台风移速的加快和强度的明显加强。另外对流层上层不光是台风的出流层,能影响台风高层出流的变化,对流层上层的环流还可能对台风移动造成一定影响。     

南海北部冷涌及其环流特征

利用中国南部沿海风向、地面气温及南海北部风速的变化确定南海北部冷涌的判别标准,构建了一个冷涌发生频率指数,对南海北部冷涌的年际变化特征及其环流异常进行讨论。结果表明,南海北部冷涌频率指数能够更加全面地描述冷涌系统的特征,与全国范围的冷空气爆发关系密切。南海北部冷涌与中高纬、中低纬环流具有密切的联系,是二者共同作用的结果。当贝加尔湖以西高压脊偏强,中高纬环流经向度加大,西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东时,有利于大陆上冷空气南下入海,在南海北部形成冷涌。冷涌发生时,经向Hadley环流加强,调整中纬与低纬地区的大气质量,高层向北输送的大气在科氏力作用下导致东亚副热带西风急流加强,有利于冷涌的维持和加强。     

夏季东亚西风急流扰动异常与副热带高压关系研究

利用1979—2003年NCEP/NCAR月平均再分析资料, 探讨夏季 (6—8月) 200 hPa东亚西风急流扰动异常与南亚高压和西太平洋副热带高压的关系。研究指出:夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强 (减弱), 东亚西风急流位置偏南 (偏北)、强度偏强 (偏弱); 东亚西风急流扰动动能强弱不仅与北半球西风急流强弱和沿急流的定常扰动有关, 而且还与东亚地区高、中、低纬南北向的扰动波列有关, 亚洲地区是北半球中纬度环球带状波列异常最大的区域。夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强 (减弱), 南亚高压的特征为位置偏东 (偏西)、强度加强 (减弱); 西太平洋副热带高压的特征为位置偏南 (偏北)。东亚环流特别是500 hPa西太平洋副热带高压对东亚西风带扰动异常的响应由高空东亚西风急流南侧的散度场及其对流层中下层热带和副热带地区的垂直速度距平场变化完成。     

澳大利亚植被覆盖对亚澳季风影响的数值模拟(Ⅱ): 对东亚夏季风环流的影响

在文献[1]的基础上,对澳大利亚大陆植被覆盖变化对北半球夏季越赤道气流和东亚季风环流季节变化的影响进行了研究.结果表明,植被覆盖变化对东亚季风建立前后南风越赤道气流建立时间、强弱和南半球主要环流系统都有显著的影响.绿化导致了索马里越赤道气流的建立提前,增强了不同时期南风越赤道气流的强度,但对90°E以东来自澳大利亚高压的几支越赤道气流影响不大.同时,绿化促使南半球澳大利亚高压和马斯克林高压提前建立,西太平洋副热带高压北进提前,且强度减弱,导致西南气流更容易深入东亚内陆和西太平洋.这些影响促使盛夏期西南亚季风的影响区域和强度都有所扩展,对东南季风则影响不大.沙漠化则使索马里气流略微减弱,西太平洋副热带高压在春夏季节则一直偏强,至7月中旬,才有明显东撤,阻碍了越赤道气流的北上,西南季风在此影响下强度和影响范围均有所缩减.     

快速西行进入南海台风的统计特征

通过对快速西行进入南海的 1 3个台风快速西行期间西风带环流系统、副热带高压活动和台风环境流场的特征以及这些台风进一步的移向、移速进行统计分析 ,结果表明 ,台风快速西行进南海期间西风带的特点是中纬从中亚到东亚有高压脊或以纬向环流为主 ,西风槽偏北 ;西北太平洋副热带高压一直强大且呈带状分布或不断加强与西伸 ,造成副热带高压南侧与台风之间梯度加大 ,使偏东引导气流加强。研究还发现 ,如果台风南北两侧均为偏东环境流场 ,将使台风西行更快。     

澳大利亚植被覆盖对亚澳季风影响的数值模拟(II):对东亚夏季风环流的影响

在文献[1]的基础上,对澳大利亚大陆植被覆盖变化对北半球夏季越赤道气流和东亚季风环流季节变化的影响进行了研究。结果表明,植被覆盖变化对东亚季风建立前后南风越赤道气流建立时间、强弱和南半球主要环流系统都有显著的影响。绿化导致了索马里越赤道气流的建立提前,增强了不同时期南风越赤道气流的强度,但对90°E以东来自澳大利亚高压的几支越赤道气流影响不大。同时,绿化促使南半球澳大利亚高压和马斯克林高压提前建立,西太平洋副热带高压北进提前,且强度减弱,导致西南气流更容易深入东亚内陆和西太平洋。这些影响促使盛夏期西南亚季风的影响区域和强度都有所扩展,对东南季风则影响不大。沙漠化则使索马里气流略微减弱,西太平洋副热带高压在春夏季节则一直偏强,至7月中旬,才有明显东撤,阻碍了越赤道气流的北上,西南季风在此影响下强度和影响范围均有所缩减。     

海洋和大气状态异常对西北太平洋台风活动的影响

本文分析了33年(1951—1983年)逐月平均的赤道东太平洋海温距平(SSTA)、热带西北太平洋500hPa高度距平和西北太平洋台风频数距平资料,指出:赤道东太平洋热力状况的异常对西北太平洋台风活动有明显影响。进一步对于1982—1983年的厄尼诺过程进行诊断分析,认为,SSTA异常可以通过经圈环流改变中、低纬环流的相互作用,以此来制约西北太平洋台风活动,即:当赤道东太平洋出现暖水时,北半球的哈得来环流加强,导致中纬度上空西风带加强、斜压扰动向南发展,结果,北半球副热带高压滞留在较低纬度、热带盛行东风气流,形成了不利于西北太平洋台风发生、发展的大尺度环流条件。     

华北夏季旱涝的前期环流异常及其与北太平洋海温的关系

文章分析了华北地区夏季旱涝的前期春季大气环流和北太平洋海温异常（ＳＳＴＡ）分布特征，探讨ＳＳＴＡ与异常环流的关系，并用ＯＳＵ－ＡＧＣＭ进行黑潮地区热源异常强迫的数值试验．结果表明，当春季北极低涡明显减弱，欧亚大陆中高纬度地区纬向环流加强，西太平洋副高位置偏北偏西，且存在负ＰＮＡ型异常环流时，华北地区夏季多雨涝；反之则少雨干旱．此时，西北太平洋和赤道东太平洋ＳＳＴ分别存在较大的正、负异常，它们与春季环流异常密切相关，黑潮区ＳＳＴＡ对北半球副热带及其以北的大气环流产生显著影响，正的ＳＳＴＡ是造成华北夏涝年的前期春季异常环流形势的重要因素．     

平流层火山气溶胶时空传播规律及其气候效应

根据平流层火山气溶胶传播规律研究,该文构建了反映火山喷发强度、平流层火山气溶胶相对浓度、火山气溶胶扩散速率和反映火山爆发地理位置并且按e指数规律衰减的火山活动指数(VEI)时空分布函数,进一步建立了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度3个1945-2008年逐月火山活动指数时间序列。根据3个逐月火山活动指数时间序列分别分析了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度火山活动对于相应纬度带地面气温的影响。研究表明:无论南北半球还是热带,火山活动强时地面气温下降,火山活动弱时地面气温上升,并且地面气温对于火山活动的响应明显滞后。     

IAP T42L9全球谱模式加热场的诊断

就一次出梅时副高北进过程, 对IAP T42L9全球谱模式加热场与利用ECMWF同化系统资料根据热力学方程反算的加热场进行了比较。结果表明:模式参数化加热场的水平分布基本合理,但低纬和南半球中高纬地区加热偏弱; 参数化加热的垂直分布在北半球比较合理,但在南半球与反算法的结果有较大差别。这些结果对模式能很好地预报北半球中高纬环流形势演变,较好地预报西太平洋副高变化及预报的副高系统性偏弱给出了较好的解释。     

大气振荡与月球引潮力

通过对北兰球高续近地面大气经向运动变化、北半球１００ｈＰａ极地低压环流变化、赤道附近２００ｈＰａ和８５０ｈＰａ大气续向运动变化等现象的分析,指出北半球１００ｈＰａ极地低压环流变化是与日、月引潮力场周期变化高相关的大气振荡现象,另二者的变化与月球引潮力场变化周期同步或基本同步。     

西太平洋副高脊线北抬至25°N的OLR特征及诊断分析

取西太平洋副热带高压脊线北抬至 2 5°N日期和射出长波辐射 (OLR)月平均资料为素材 ,确定副高脊线北抬至 2 5°N指数和异常年例 ,揭示异常年例的OLR特征 ,进行诊断判据分析 ;主要结果有 :(1 ) 6月东亚中低纬地区的OLR距平场由中纬向低纬若呈偏低 (高 )、偏高 (低 )、偏低 (高 )分布时 ,副高脊线北抬至 2 5°N易于偏早 (迟 ) ;(2 )在分析诊断判据时 ,上一年 1 1月侧重南半球澳大利亚地区OLR所显示的信息 ;而当年三月侧重西太平洋辐合区OLR所显示的信息。     

1995年北半球主要环流特征及其影响

１９９５年北半球大气环流的主要特征是：５００ｈＰａ西太平洋副热带高压异常偏强，初夏脊线位置偏南，盛夏偏北；亚洲西风带，春季经向环流发展，初夏东亚阻塞形势稳定，盛夏纬向环流盛行；５００ｈＰａ青藏高原位势高度夏半年偏高，冬半年偏低；北半球１００ｈＰａ位势高度低纬度持续偏高，中高纬度持续偏低，南亚高压偏强；１９９４年开始的厄尔尼诺事件于１９９５年３月结束。     

东亚2005年和2006年冬季风异常及其与准定常行星波活动的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料系统地分析了2005年与2006年冬季欧亚大陆的气温和东亚冬季风的差别及其与北半球准定常波活动的关系。分析结果表明:2005年冬季欧亚大陆中、高纬度地区气温偏低,东亚冬季风偏强;而2006年冬季欧亚大陆中、高纬度地区气温偏高,出现暖冬,东亚冬季风偏弱。分析结果还表明,这两年冬季东亚冬季风的差别不仅是由于西伯利亚高压和阿留申低压的变异所造成,而且是由于北极涛动(北半球环状模)的变化所造成。并且,作者还从这两年冬季北半球准定常行星波活动的差异,在动力理论上进一步讨论了这两年冬季北半球气候和东亚冬季风差异的机理。结果表明:2005年冬季北半球行星波活动为低指数,准定常行星波在高纬度往平流层传播加强,而往低纬度对流层上层传播减弱,造成了行星波E-P通量在高纬度地区对流层中、上层辐合加强,而在副热带地区对流层中、上层辐散加强,引起了北半球高纬度地区极锋急流减弱,而副热带急流加强,这有利于西伯利亚高压的发展,从而引起了东亚冬季风增强;相反,2006年冬季北半球行星波活动为高指数,准定常行星波在高纬度往平流层传播减弱,而往低纬度对流层上层传播加强,造成了行星波E-P通量在高纬度地区对流层中、上层辐散加强,而在副热带地区对流层中、上层辐合加强,引起了北半球高纬度地区极锋急流加强,而副热带急流减弱,这不利于西伯利亚高压的发展,从而引起了东亚冬季风减弱。     

大气环流的季节变化和季风

利用多年平均气候资料计算了全球各地和各等压面上的大气环流季节变率（即冬季和夏季环流之差或者1月和7月环流之差再除以年平均）,发现在对流层低层环流有5个很突出的季节变率极大值的区域,分别位于热带和南北两半球的副热带和中-高纬度带（温-寒带）,它们分别对应于经典所谓的热带季风区,太平洋、印度洋和大西洋的副热带高 压季节性移动区域,以及温-寒带气旋的风暴轴线区域。这5个区域也可分别称为热带季风区、副热带季风区和温-寒带季风区。季节变率带有鲜明的斜压性:在对流层低层热带季风和副热带季风虽相互连接然而仍然明显可分,但越往上,副热带季风一支就越往低纬移动,结果在200 hPa处与热带季风混合为一,形成为斜交赤道的带,和所谓的行星季风区相对应;再往上,在平流层上层,则南北两半球各在中纬度带有一完好的非常鲜明的季节变率极大值带,它们与黑夜急流的维持和崩溃有关。此外,文中还探索了各季节来临的时空分布以及年际变化等问题。     

2018年7月北半球极端天气气候事件及环流特征分析

2018年7月北半球天气气候显著异常,极端事件高发。欧洲、北非、东亚以及北美的大部分地区均遭受严重的高温热浪侵袭;印度、东南亚、中国西南部以及日本西部等地出现极端降水;西太平洋台风活动异常活跃,移动路径偏北。初步诊断表明,北半球中高纬度,由低层到高层稳定维持的异常高压系统是导致北半球中高纬度大部分地区高温热浪持续发生的直接原因。其中异常偏强、偏北的副热带高压,以及增强、东伸的南亚高压与东亚地区持续高温和极端降水事件直接相关;低层菲律宾周围异常活跃的对流活动和强盛的西南水汽输送共同导致南亚、东南亚地区极端降水发生。热带太平洋大部分地区偏暖的海温条件和菲律宾附近异常气旋性环流则与异常活跃的台风活动有关。更需要关注的是,北半球尤其是东亚地区大气环流的异常主要受海洋表面热力状况以及其他区域大气环流遥相关的影响。