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。     

一个观察北极涛动与北大西洋涛动关系的典型个例

北极涛动与大西洋涛动是否属同一气候变率模态一直是北极涛动动力学研究方面的一个颇具争议的话题。文中通过对"0801南方雪灾"期间及其前后北极涛动与北大西洋涛动异常及产生原因进行个例分析,对两者之间的关系进行了讨论。首先使用交叉子波变换与子波相关方法分析了两者的相位关系。发现在30—60天时间尺度上北极涛动与北大西洋涛动相位相差90°或-90°。而在10 20天这一尺度上北极涛动与北大西洋涛动具有大致相同的相位。对北极涛动及北大西洋涛动形成的动力过程及其在拉尼娜背景下各自特点的分析表明,这种不同尺度上位相关系的差异来自于波-流相互作用动力学的局域性。众所周知,北极涛动的3个活动中心的形成与分别位于北大西洋、北太平洋和北极平流层的3个波流相互作用中心有关。而北大西洋涛动则主要与位于北大西洋的波-流相互作用中心有关。拉尼娜事件的出现通过影响太平洋急流及行星尺度的准定常波从而进一步强化了30-60天时间尺度上北极涛动与北大西洋涛动的这种差异。这主要是因为太平洋急流或准定常行星波在对流层中直接影响了位于该区域的北极涛动的活动中心。同时准定常行星波冬季向上传播至平流层并与平流层极涡相互作用从而也影响了北极涛动在北极的活动中心。而在10—20天时间尺度上的北极涛动与北大西洋涛动同步关系则说明它们都是北极涛动的另一活动中心即大西洋上同一波-流相互作用现象——天气波破碎的反映。基于上述分析.文中倾向于认同将北极涛动和北大西洋涛动区别考虑的观点。     

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。     

夏季亚洲—太平洋涛动与大气环流和季风降水

利用ERA-40再分析资料和数值模拟,分析了在亚洲-太平洋区域的大气遥相关以及与亚洲季风降水和西北太平洋热带气旋活动气候特征的关系,探讨了青藏高原加热和太平洋海表温度(SST)对遥相关的影响,结果表明:亚洲-太平洋涛动(Asian-Pacific Oscillation,APO)是夏季对流层扰动温度在亚洲与太平洋中纬度之间的一种"跷跷板"现象,当亚洲大陆中纬度对流层偏冷时,中、东太平洋中纬度对流层偏暖,反之亦然;这种遥相关也出现在平流层中,只是其位相与对流层的相反.APO为研究亚洲与太平洋大气环流相互作用提供了一个途径.APO指数也是亚洲-太平洋对流层热力差异指数,它具有年际和年代际的多时间尺度变化特征,在1958-2001年亚洲与太平洋之间的对流层热力差异呈现出减弱趋势,同时也有显著的5.5 a周期.APO形成可能与太阳辐射在亚洲陆地和太平洋的加热差异所造成的纬向垂直环流有关,数值模拟进一步表明:夏季青藏高原加热可以造成高原附近对流层温度升高、上升运动加强,太平洋下沉运动加强、温度下降,从而形成APO现象;而太平洋年代际涛动和赤道东太平洋的厄尔尼若现象对APO的影响可能较小.当夏季APO异常时,南亚高压、欧亚中纬度西风急流、南亚热带东风急流以及太平洋上空的副热带高压都出现显著变化,并伴随着亚洲季风降水及西北太平洋热带气旋活动异常.过去40多年来的长江中上游地区夏季变冷与APO有关,可能是全球大气环流年代际变化在该区域的一种反映.APO异常信号可以传播到南、北两极.此外,亚洲-太平洋之间的这种遥相关型也出现在其他季节.     

2012年欧亚寒冷天气过程与北极涛动异常活动的联系

利用NCEP/NCAR再分析资料和CPC逐日北极涛动(AO)指数资料,结合近30年欧亚地区地面气温年际异常变化的可能机理,分析了AO异常波动对2012年欧亚地区严寒天气过程的影响。结果表明,AO发生负异常波动对2012年1—2月欧亚地区异常寒冷天气起到至关重要的作用。AO在12月为正异常波动,次年1—2月则呈现负异常波动,其中1月中下旬至2月中旬的负异常波动过程比较显著。在AO负异常影响下,极涡面积增大,冷空气活动加强,中纬度纬向环流减弱而经向环流增强,造成冷、暖空气交换加剧,极地冷空气南下入侵到中纬度地区,从而导致欧亚大陆异常寒冷天气;同时,由北大西洋及地中海北上的暖湿气流,在遭遇冷空气阻碍后给西欧和南欧一些地区带来了大面积的雨雪天气。     

北极涛动与我国北方强沙尘暴的关系

使用1954—2003年北极涛动指数、500hPa纬向环流指数和沙尘暴等气候观测资料,针对我国北方春季沙尘暴年际和年代际变化趋势,分析了以北极涛动为代表的大气环流异常变化的气候特征,揭示了其与我国春季沙尘暴相关的事实。结果表明：近50年北极涛动指数表现出由负位相向正位相转变的趋势,当冬季(12月～2月)北极涛动为负位相时,相应的纬向环流指数为负距平,中高纬度西风气流偏弱,有利于极地冷空气向南输送,西伯利亚高压偏强,我国北方春季易多发区域性沙尘暴;反之则不易发生区域性沙尘暴。     

夏季北极涛动的时空特征

运用NCEP/NCAR SLP再分析月资料,分析研究了北极涛动的季节性差异,着重讨论了夏季北极涛动的时空特征。结果表明,除了强弱的季节差异,夏季北极涛动与冬季北极涛动在空间模态上也存在较大差异,主要表现在夏季北极涛动的中纬度强活动中心从北大西洋地区转移到亚洲大陆上,其亚洲中心只在对流层低层比较明显,强度随高度增加而减小,因而在对流层中呈现出比冬季北极涛动更强的斜压性。这种模态在年际和月际时间尺度上均有所体现。夏季北极涛动在近50年来一直存在稳定的准22年周期,其次为6~7年周期。另外,从1970年左右开始出现准2年周期振荡,而1970年代以前准2年周期不明显。     

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.     

1—3月北极涛动对北半球热带太平洋和大西洋对流活动的可能影响

利用1979—2008年日分辨率的向外长波辐射资料以及NCEP再分析资料,去除ENSO影响后,分析了1—3月北极涛动对热带太平洋和热带大西洋对流活动及降水的可能影响。结果表明北极涛动偏强(弱)时,热带太平洋和大西洋对流活动显著偏强(弱)。北半球热带大洋冬季平均向外长波辐射与北极涛动指数的相关系数存在两个显著负相关区:一个位于中太平洋区,大致包括13°—20°N、160°E—170°W;另外一个位于热带大西洋,显著区覆盖的范围大体包括5°—20°N、15°—70°W。这些区域的降水量也表现出显著的正相关。向外长波辐射、强对流面积指数、强对流强度指数、平均降水量等指标与北极涛动指数的相关均以冬季同期最高,随时间滞后相关迅速减弱。与此对应的对流层低层大气环流也有显著变化,850hPa风场的变化表现为热带太平洋有异常的气旋性环流,气旋中心区与显著强对流和降水异常区一致。而热带大西洋有显著的经向环流辐合和风切变,与异常对流和降水区吻合。海洋模式的模拟结果表明,与北极涛动有关联的海温分布,很大程度上与大气强迫有关,说明热带1—3月降水和对流活动与海温的关联较弱。北极涛动与热带太平洋、大西洋对流和降水活动之间主要是通过大气环流的变动产生联系的。     

大气涛动

<正>大气涛动的研究至今已有百年以上的历史。19世纪末,当人们开始绘制月平均海平面气压图时,就发现了"大气活动中心",即相对稳定的高压区或低压区。有些低压及高压终年存在,被称为永久性活动中心,如北大西洋上的冰岛低压和亚述尔高压、北太平洋上的阿留申     

Teleconnections of Inter-Annual Streamflow Fluctuation in Slovakia with Arctic Oscillation, North Atlantic Oscillation, Southern Oscillation, and Quasi-Biennial Oscillation Phenomena

The aim of the paper is to analyze a possible teleconnection of Quasi-Biennial Oscillation （QBO）, Southern Oscillation （SO）, North Atlantic Oscillation （NAO）, and Arctic Oscillation （AO） phenomena with longterm streamflow fluctuation of the Bela River （1895-2004） and Cierny Hron River （1931-2004） （central Slovakia）. Homogeneity, long-term trends, as well as inter-annual dry and wet cycles were analyzed for the entire 1895-2004 time series of the Bela River and for the 1931-2004 time series of the Cierny Hron River. Inter-annual fluctuation of the wet and dry periods was identified using spectral analysis. The most significant period is that of 3.6 years. Other significant periods are those of 2.35 years, 13.5 years, and 21 years. Since these periods were found in other rivers of the world, as well as in SO, NAO, and AO phenomena, they can be considered as relating to the general regularity of the Earth.     

热带季节内振荡与北大西洋涛动年际变化的关系

运用K均值聚类法将冬季北大西洋及欧洲地区的天气流型分为4种不同的流型。研究了不同阶段8种不同位相的热带季节内振荡（MJO）与这4种流型的年际变化的关系。通过一系列的对比试验发现,K均值聚类法划分得到的不同位相的北大西洋涛动（NAO）的天数能很好地反映NAO指数;无论是在1978～1990年（简称为P1阶段）还是在1991～2010年（简称为P2阶段）,MJO第3（6）位相影响NAO正（负）位相;但在P1阶段存在NAO的位相转换,当MJO处于第1位相时,NAO由弱的负位相转换为正位相,当MJO处于第6位相时, NAO由正位相转换为负位相;而在P2阶段NAO并没有明显的位相转换,当MJO处于第1位相时,NAO由偶极子结构转换为波列结构。     

南方涛动与赤道太平洋海温和信风的耦合振荡

本文采用多维谱分析方法，用南方涛动指数与赤道东太平洋海温、信风指数分别进行计算分析，从中揭露了南方涛动和赤道太平洋海温的耦合振荡过程。它们的变化不仅基本上是反位相，而且存在着明显的时间差异。此外，本文还分析了南方涛动与信风的相关性。     

Subseasonal variability and predictability of the Arctic Oscillation/North Atlantic Oscillation in BCC_AGCM2.2

The subseasonal variability and predictability of the Arctic Oscillation/North Atlantic Oscillation (AO/NAO) is evaluated using a full set of hindcasts generated from the Beijing Climate Center Atmospheric General Circulation Model version 2.2 (BCC_AGCM2.2). It is shown that the predictability of the monthly mean AO/NAO index varies seasonally, with the highest predictability during winter (December–March) and the lowest during autumn (August–November), with respect to both observations and BCC_AGCM2.2 results. As compared with the persistence prediction skill of observations, the model skillfully predicts the monthly mean AO/NAO index with a one-pentad lead time during all winter months, and with a lead time of up to two pentads in December and January. During winter, BCC_AGCM2.2 exhibits an acceptable skill in predicting the daily AO/NAO index of ∼9 days, which is higher than the persistence prediction skill of observations of ∼4 days. Further analysis suggests that improvements in the simulation of storm track activity, synoptic eddy feedback, and troposphere–stratosphere coupling in the Northern Hemisphere could help to improve the prediction skill of subseasonal AO/NAO variability by BCC_AGCM2.2 during winter. In particular, BCC_AGCM2.2 underestimates storm track activity intensity but overestimates troposphere–stratosphere coupling, as compared with observations, thus providing a clue to further improvements in model performance.     

Global features of the Pacific-Japan Oscillation

Summary Global features of tropical convection, sea surface temperature (SST) and atmospheric circulation associated with the Pacific-Japan Oscillation (PJO) are examined by using monthly mean global data for 6 years (1979–1984). It is shown that the PJO is not a local phenomena limited to the western-Pacific but related to global-scale atmosphere-ocean variations.The PJO highly correlates with interannual variations of SST in the tropical Pacific. During summers in which positive SST anomaly occurs in the tropical western Pacific, convective activity in the western Pacific especially near Philippines is strongly enhanced but that in the whole equatorial eastern Pacific is greatly suppressed due to negative SST anomaly in these areas.The Walker circulation is intensified in the equatorial Pacific and twin cyclonic cells at 200 mb are generated in the subtropical Pacific of both hemispheres. Strong anticyclonic circulations take place in the northern middle latitudes extending from East China to Northwest Pacific. Anomalous circulations are also generated in the other extratropical regions in the both Northern and Southern Hemispheres.With 7 Figures     

The Southern Oscillation / Northern Oscillation Cycle Associated with Sea Surface Temperature in the Equatorial Pacific

This paper analyzed the time evolution of the global 1000 hPa height anomalies related to the sea surface temperature (SST) in the eastern equatorial Pacific by using ECMWF data in the period 1979-1988, in which two Pacific warm events, 1982/83 and 1986/787, are included. It is found that there are distinct evidences of eastward propagation of alternate positive / negative height anomalies not only in the tropical South Pacific but also in the tropical North Pacific. The former is associated with the Southern Oscillation (SO) and the latter is associated with the so-called Northern Oscillation (NO).It is noteworthy that the alternate positive / negative anomaly centers associated with SO and NO can be traced back to the middle and higher latitudes of the South Indian Ocean and the East Asian continent respectively, which may be significant for the understanding of the causes and mechanism of SO and NO and for the monitoring of ENSO.Furthermore, these evolution processes have a strong symmetry about the     

西太平洋热带地区环流低频变化的主振荡型预测试验

用1994年逐日西太平洋热带地区200 hPa纬向风场资料建立主振荡预测模型,对低频纬向风场（30～50天）的传播进行独立预报试验。试验结果表明,在夏半年109次预测中提前15天预报的相关性预报技巧在0.50以上。它是揭示低频时空演变的有效工具。同时也讨论了有关模型参数的选取方法。