100hPa极涡、南亚高压的变化及大气环流分布特征

利用NCEP/NCAR高度场资料进行计算,对冬、夏极涡与南亚高压面积进行Morlet小波变换,并对100 hPa高度场进行EOF分解和长期趋势分析.结果表明:极涡、南亚高压具有相似的演变特征,这种相似特征在前期冬季极涡与南亚高压之间表现更为明显,体现了准5年尺度和准20年尺度的周期变化,在变化的位相上则相反.EOF分析表明,前期冬季高纬度地区与中低纬度地区的环流变化呈相反趋势,且第一模态的时间系数与前期冬季极涡的趋势一致,第一模态在一定程度上反映了前期冬季大气环流分布.夏季第一模态全场为负值,体现了夏季100 hPa整体异常性;第二模态反映了副热带中低纬度大气环流与高纬度大气环流变化相反.从其长期变化趋势来看,冬季高纬度地区的高度场呈负趋势变化,副热带地区呈正趋势变化,夏季除我国华北部分地区为负趋势变化外,均为正趋势变化.极涡、南亚高压的这种年代际变化与100 hPa高度场的长期线性趋势变化有关.     

北太平洋涛动区500 hPa高度场季节变化特征及其对中国东北区降水的影响

利用国家气候中心1960~2000年500 hPa高度场10°×5°经纬度月平均资料，采用EOF、SVD方法，分析了北太平洋涛动区（25°~70°N，140°E~150°W）500 hPa高度场季节变化特征和中国东北区80个测站降水场相关。结果表明:（1）北太平洋涛动区500 hPa高度场冬季EOF第1载荷向量场呈由北向南的“-，+”波列分布，这种北南分布相反型，占总体方差贡献的40%，可以表现为北低南高，类似地面气压场涛动 (NPO) 的正位相阶段，反映了40年北太平洋中高纬度上空以东亚大槽为定常波的大气环流基本模态，亦是NPO呈正位相阶段的主要成因，反之，类似地面气压场涛动（NPO）的负位相阶段，第2载荷向量场呈整体“+”值分布，占方差贡献28%，该模态则表现为东亚大槽被长波脊替代的与气候基本模态呈相反分布的异常环流型；夏季第1载荷向量场基本模态则为全区的正值分布，占总体方差贡献的30%，第3载荷向量呈北“+”南“-”的分布，占方差贡献的13%，表明夏季500 hPa高度场NPO不是主要模态；春秋两季均呈现出较为明显的NPO模态；（2）北太平洋涛动区500 hPa高度冬季平均场与东北区夏季降水场呈由北向南的“+，-”相关波列，存在显著的相关性（α＞0.01）, 第1对SVD奇异向量占总方差贡献的49%，当NPO区前冬500 hPa高度场呈负位相阶段时，东北区夏季降水偏多，反之，东北区夏季干旱少雨，其它季节亦有类似隔季相关关系。     

前期环流相似法在重庆延伸期天气过程预报中的应用

利用1960年以来NCEP/NCAR北半球500hPa逐日环流场资料,应用动态相似集成预报方法,对离预报月最近若干时段内的东亚500hPa逐日高度场环流场进行EOF展开,提取前期环流场的主要特征量及恢复场,运用相似算法分别与1961年以来各年同期EOF主要特征恢复场进行比较,寻找最佳相似年份。调整前期资料长度,再用相同的方法找出5个相似年,累计预报区域5个相似年预报时段内逐日降水频率,并将其结果绘制成曲线,根据曲线峰谷变化,即可对延伸期预报时段内可能性较大的区域性主要降水过程出现日期进行预报。预报试验结果表明,该方法对重庆延伸期内降水、降温等天气过程预报有一定参考价值。     

云南冬季气温变化的主要模态及其影响的关键环流因子

为了揭示云南低纬高原地区冬季气温变化的主要特征及影响的关键环流因子,本文利用云南124站地面气象站月平均气温观测资料、 NCEP/NCAR大气环流再分析资料,以及CPC和NCC提供的部分大气遥相关型和环流特征指数,首先分析了云南冬季气温变化的主要特征,表明冬季气温年际变率东部大于西部,主要空间分布有全区一致、东西差异、经向三级差异、西北-东南差异四种型态,前四个模态占EOF总方差贡献的90%,其中前三个模态线性变化趋势明显,第四模态主要表现出显著的年代际波动特征。分析发现相应不同气温模态,中高纬度异常波列呈现出明显不同的形势和走向,与500 hPa中高纬度异常波列相关的四个关键区的高度异常,以及孟加拉湾地区的高低层环流异常对气温主要模态有十分重要的影响：第一模态与东亚中低纬度南（20°N-30°N, 90°E-120°E）北（45°N-60°N, 90°E-120°E）两个区域经向差异密切联系,北低南高（北高南低）形势有利于全区一致偏暖（冷）;第二模态与中高纬度纬向波列有关,当东亚-西北太平洋区域（25°N-45°N, 120°E-160°E）高度偏高（低）、 700 hPa孟加拉湾北...     

广西春播低温阴雨环流特征及预报研究

从广西春季低温阴雨天气发生的同期500hPa环流分析出发,制作了轻、重年500hPa高度场差异图,详细分析了低温阴雨轻、重年同期(2～3月)500hPa大气环流特征,分别计算了桂北、桂南低温阴雨结束期和总日数与同期2、3月500hPa高度场相关.指出:影响广西低温阴雨天气的关键区域是乌拉尔山附近地区和蒙古及内蒙古附近区域,低温阴雨重年在乌拉尔山地区500hPa高度场为显著的正距平区域和正相关区,蒙古及内蒙古区域为显著的负距平区域和负相关区,这样的环流配置使得中高纬度环流经向度加大,有利冷空气南下.低温阴雨偏轻年份的环流配置与重年相反.本文分别以该两个关键区格点的平均值作为序列,与前期(9-11月)北半球500hPa高度场计算相关系数,挑选出通过相关检验格点数多的月份作为样本场,以相似离度理论为计算依据,作出次年低温阴雨天气的预报.     

利用天气关键区相似法预测西江流域6月延伸期强降水天气过程

针对西江流域强降水过程预报,采用1960—2017年西江流域135个气象站点资料和北半球500 hPa NCEP/NCAR逐日环流场资料,在多雨年500 hPa大气环流合成分析的基础上,确定影响强降水过程的天气关键区范围。进一步利用关键区形值相似集成方法,通过EOF对环流场进行展开,提取主要特征量及恢复场,与历史同期EOF主要特征恢复场进行对比,寻找最佳形值相似年,并对强降水过程出现时段进行预测。利用该方法对2008年6月西江流域延伸期大雨以上强降水过程的出现时段进行预报试验和近5 a的预测效果检验,结果表明天气关键区相似法对西江流域延伸期降水过程有良好的预测效果,可应用于日常西江流域延伸期强降水过程预报业务中。     

北半球对流层厚度的时空变化特征

利用1948—2010年NCEP/NCAR逐月位势高度再分析资料、美国国家海洋局提供的1948—2010年逐月海温再分析资料,分别定义了1 000—500 hPa和500—200 hPa厚度,利用EOF、SVD等方法研究了北半球对流层厚度时空演变特征及其与大气环流和海面温度的关系。结果表明,冬季平均厚度EOF第一模态均具有北太平洋及附近高纬度亚洲大陆地区与北美大陆高纬地区反位相变化的特点,而夏季第一模态则是北半球范围内较一致的位相分布;冬、夏季平均厚度EOF第二模态均突出体现了欧亚大陆及附近地区与北半球其他地区反位相变化的特点;冬、夏季厚度场的变化形势与大气环流及海面温度具有密切联系。     

BP-CCA方法用于中国冬季温度和降水的可预报性研究和降尺度季节预测

使用变形的典型相关分析(BP-CCA)方法,基于交叉检验的结果建立了东亚冬季500 hPa大尺度环流和中国冬季温度、降水的最优BP-CCA降尺度预测模型,并在此基础上进行了中国冬季温度和降水的可预报性研究,表明用东亚冬季500hPa高度场降维后的大尺度环流来解释中国冬季温度,平均距平相关系数(ACC)为0.7左右,最高可达0.9,解释中国冬季降水的平均ACC为0.3左右,最高可达0.7,温度的可预报性远高于降水,且二者的可预报水平存在明显的区域差异。可预报性研究表明东亚冬季500 hPa大尺度环流异常与中国冬季温度、降水异常有密切的联系,BP-CCA方法可以很好地揭示大尺度环流与温度、降水的内在联系,并且物理意义清晰。在东亚大尺度环流系统中,东亚大槽和西太平洋副热带高压是影响中国冬季温度、降水异常的重要系统。进一步利用国家气候中心海气耦合模式(CGCM/NCC)回报和预测的500 hPa环流场和BP-CCA方法对温度和降水进行降尺度预测应用,对温度和降水的预测效果明显高于模式直接输出的结果,而且对温度预测的改善高于对降水的改善。对模式预测的环流进行EOF(经验正交函数)分析,表明BP-CCA方法对降尺度要素预报的可预报性来源于CGCM/NCC对500 hPa高度场主要大尺度特征的模拟能力较好。     

月动力延伸预报产品在三峡工程建设服务中的应用

用3种客观评分方法对国家气候中心为三峡库区提供的月动力延伸预报产品（500hPa位势高度场）进行了全面评估，结果表明，延伸预报月平均环流场预报准确率明显高于持续性预报和气候预报，有一定的预报技巧，对三峡工程气象服务有参考价值，从动力统计相结合的角度出发，利用推导的月降水距平与月环流场的关系，建立了三峡库区代表站点月降水距平预报议程，利用月动力延伸预报的500hPa高度场和实际降水场资料反演出月降水距平预报方程的系数，经过1999年降水预报试验，证明效果较好。     

月动力延伸预报产品的评估和解释应用

该文用3种客观评分方法对国家气候中心的月动力延伸预报结果（500 hPa位势高度场）进行了全面评估。结果表明,延伸预报环流的旬和月平均场预报准确率明显高于持续性预报,有一定的预报技巧和业务参考价值,但仍未达到可用于实际业务预报的技巧。对形势预报进一步分析发现,500 hPa的部分环流特征量模拟效果好,其预报技巧高于整个形势场的预报。根据已有的经验和研究成果,这些环流特征量和要素预报有较好的相关,可以直接在业务中应用。该方法为动力产品的解释应用提供了又一条途径。     

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。     

2018/2019年冬季北半球大气环流特征及对我国冬季气温异常的影响

2018/2019年冬季,东亚冬季风较常年同期偏强,西伯利亚高压偏强。在北半球500 hPa高度距平场上,乌拉尔山地区为高度场正异常,贝加尔湖 巴尔喀什湖地区为高度场负异常,欧亚中高纬整体以经向型环流为主。冬季冷空气活动较频繁且强度偏强,受其影响,除东北地区、西南地区及华南地区中东部等地气温较常年同期偏高外,全国其余地区气温偏低。此外,欧亚中高纬环流季节内调整明显,导致我国气温异常表现出明显的阶段性特征。前期秋季巴伦支海 喀拉海海冰密集度偏低是造成东亚冬季风偏强的重要原因。     

基于低频振荡信号的中国南方冬半年持续性低温指数延伸期预报试验

利用1961-2009年36°N以南、108°E以东中国大陆191个站点逐日最低气温和NCEP/NCAR再分析日平均格点,研究与区域持续性低温事件有关的大气低频振荡信号,寻找可以在一定程度上表征不同类型区域持续性低温事件的指数,并尝试结合DERF2.0系统的预报产品进行持续性低温指数的延伸期预报试验。结果表明:（1）在研究范围内的区域持续性低温事件可以归纳为江北型、江南型和全区域型3类,其中江北型和江南型事件的环流背景差异体现在异常环流中心的纬度位置上,而全区域型事件属于增强型的江北型事件;（2）江北型和江南型区域平均最低气温时间序列的10-30 d低频分量的位相和强度变化与区域持续性低温事件的发生有显著关系,可以作为表征区域持续性低温事件指数和预报量;（3）100°-120°E范围内850 hPa温度场距平的经验正交函数分解前两个主模态具有显著的10-30 d变化周期,并且其空间结构分别与江北型和江南型事件的典型环流特征一致,前两个主模态时间系数能够作为持续性低温指数的预报因子;（4）检验结果表明,DERF2.0系统对上述预报因子有一定的预报能力。在延伸期预报时效内,利用统计学和动力学相结合的方法制作的持续性低温指数的预报效果好于模式直接预报的2 m气温,该预报方法有助于提升区域持续性低温事件的延伸预报能力。      

西南地区汛期降水次季节变化主模态的低频环流传播路径特征

【目的】本文探讨中国西南地区汛期（5~9月）降水次季节变化的主模态,以及中高纬和热带次季节波动如何影响该地区持续性异常低频降水,以期能为了解和预测西南地区汛期降水的次季节变化提供参考。【方法】利用西南地区111个地面气象站1961~2015年逐日降水资料和JRA-55再分析环流场资料,采用EOF经验证交分解方法,分析西南地区汛期降水次季节变化主模态的低频环流特征和传播路径。【结果】西南地区汛期逐日降水主模态的空间分布为南北纬向型分布,空间特征向量高值区域分布在西南地区的南部和东南部,其高值区对应的SWDR与PC1的相关系数达0.991（通过0.05信度检验）,PC1气候平均值的显著周期为12.9 d,且逐年PC1的显著周期主要集中在10~20 d时段,占比为60.0%;在PC1的典型低频年中,汛期季节内及其各分月的PC1均能较好地表征对应降水异常分布型的时间演变特征,且二者低频分量的正相关性更高（通过0.05信度检验）,即PC1低频分量均能更好地把握SWDPI低频分量的准双周振荡特征,尤其在6、7和8月,这可能与影响主模态降水异常分布型的同期大气低频环流信号更为稳定有关;PC1的季节内变化不仅与中国东南部和南海形成的对流异常偶极子有关,还与在西南地区对流层高层形成的位势高度异常偶极子息息相关,该对流异常偶极子的形成与前期菲律宾以东OLR正异常的西北向传播和巴尔喀什湖东南部OLR负异常的东南向传播有关,并且菲律宾以东被抑制的对流向西北方向传播总是伴随着低层的局部反气旋,而西南地区的西南部对流的增强（抑制）总是伴随着高层北部的负（正）位势高度异常,同时,西南地区对流层高层的位势高度异常偶极子的形成,与中高纬对流层高层类似Rossby低频波列东南向传播过程中在青藏高原东侧顺时针转向有关。【讨论】从气候背景看,影响PC1季节内变化的低频波列传播主要与两个方面的因子有关,一方面为对流层高层西风急流轴主体位置的南压和强度的增强,通过影响中高纬类似Rossby低频波列的东传南下,从而影响在西南地区对流层高层形成位势高度异常偶极子型分布,另一方面为印度季风槽的北抬加强了南海至菲律宾海域异常反气旋西北侧的西南气流,促使了西南地区低层异常气旋的形成,同时东亚季风槽的增强也利于热带西太平洋低频对流发展并向西北传播,从而影响在中国东南部和南海的形成的对流异常偶极子型分布。     

Statistical Downscaling for Multi-Model Ensemble Prediction of Summer Monsoon Rainfall in the Asia-Pacific Region Using Geopotential Height Field

The 21-yr ensemble predictions of model precipitation and circulation in the East Asian and western North Pacific （Asia-Pacific） summer monsoon region （0°-50°N, 100° 150°E） were evaluated in nine different AGCM, used in the Asia-Pacific Economic Cooperation Climate Center （APCC） multi-model ensemble seasonal prediction system. The analysis indicates that the precipitation anomaly patterns of model ensemble predictions are substantially different from the observed counterparts in this region, but the summer monsoon circulations are reasonably predicted. For example, all models can well produce the interannual variability of the western North Pacific monsoon index （WNPMI） defined by 850 hPa winds, but they failed to predict the relationship between WNPMI and precipitation anomalies. The interannual variability of the 500 hPa geopotential height （GPH） can be well predicted by the models in contrast to precipitation anomalies. On the basis of such model performances and the relationship between the interannual variations of 500 hPa GPH and precipitation anomalies, we developed a statistical scheme used to downscale the summer monsoon precipitation anomaly on the basis of EOF and singular value decomposition （SVD）. In this scheme, the three leading EOF modes of 500 hPa GPH anomaly fields predicted by the models are firstly corrected by the linear regression between the principal components in each model and observation, respectively. Then, the corrected model GPH is chosen as the predictor to downscale the precipitation anomaly field, which is assembled by the forecasted expansion coefficients of model 500 hPa GPH and the three leading SVD modes of observed precipitation anomaly corresponding to the prediction of model 500 hPa GPH during a 19-year training period. The cross-validated forecasts suggest that this downscaling scheme may have a potential to improve the forecast skill of the precipitation anomaly in the South China Sea, western North Pacific and the East Asia Pacific regions, wh     

藏北冬季降水异常的大尺度环流特征及影响因子

利用西藏高原气象台站降水和积雪观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA海温资料等,分析了藏北高原地区冬季降水异常的大尺度环流特征及影响因子.结果表明:藏北地区冬季降水存在2～4年周期性变化特征,其中3年的周期信号最强.降水偏多年,欧亚中高纬乌拉尔山至贝加尔湖附近500hPa高度距平场呈现"西低东高"分布型,影响...     

Duplex equilibria of Ural circulation anomalies

Atmospheric circulation anomalies over the Ural Mountains are crucial indicators of the anomalous downstream weather and climate over East Asia. Here, we provide a new perspective on the mechanism of Ural circulation anomalies. We use a simple theoretical model to determine that the relationship between the solar forcing and three Ural circulation patterns, namely, neutral type, trough anomaly and ridge anomaly, is a nonlinear relationship following the supercritical pitchfork bifurcation theory. The theory predicts that when the total solar irradiance (TSI) is below a critical value, trough and ridge anomalies represent duplex equilibria and are equally likely to occur at the same TSI. Based on 180 winter months record, we have estimated the bidimensional probability density of TSI and the monthly mean geopotential height at 500 hPa or zonal wind at 850 hPa over the Ural Mountains. Results show that Sc = 1360.9 W m−2 is a critical value of TSI, the neutral type pattern is the single circulation regime when TSI > Sc, whereas trough and ridge anomaly patterns are duplex circulation regimes when TSI < Sc. Besides, when TSI < Sc, during the same TSI range, trough and ridge anomaly events occur at nearly the same frequencies. These results generally agree with the theoretical model. We demonstrate that trough and ridge anomalies, as duplex equilibria, result from the large-scale zonal flow interacting with the Ural Mountains. Low TSI tends to strengthen the large-scale zonal flow over the Ural Mountains, hence inducing either a trough anomaly or ridge anomaly.     

1998 SCSMEX期间亚洲30－60天低频振荡特征的分析

对１９９８年 ５－８月南海季风试验（ＳＣＳＭＥＸ）期间东亚地区 ８５０ ｈＰａ中低纬环流指数、东亚季风指数和长江中下游降水进行了Ｍｏｒｌｅｔ 小波分析,结果表明在此期间这些要素均有明显的３０－６０天周期低频振荡。在此基础上对 ５－８月每隔 ５天的 ８５０ ｈＰａ低频流场进行分析,结果表明：（１）１００°－１５０°Ｅ间东亚从中国东中部大陆经南海和西太平洋的南北半球中明显的存在一个以３０－６０天低频荡为特征的东亚季风低频环流系统,东亚季风活动主要受东亚季风系统中低频活动影响;（２）５月第５候南海热带季风爆发、６月中旬长江中下游人梅及产生大暴雨以及７月中旬以后的该地区大暴雨均与低频气旋带在该地区活动有关,而８月长江上游大暴雨则与低频反气旋伸人到大陆有关;（３）ＳＣＳＭＥＸ期间东亚低频振荡系统的源地有二个,即南海赤道和北半球中太平洋中高纬。南海低频系统向北传播,而中高纬低频系统自东北向西南传播为主。长江中下游６、７月二次大暴雨均与上述二个低频气旋系统自热带向北和中高纬向西南传播并于长江中下游汇合有关;（４）５－８月间东亚季风系统中有二次低频气旋带和二次低频反气旋带活动,这些低频环流系统的活动与印度季风低频环流系统活动并无明     

1951～2008年西南地区夏季旱涝的环流特征

本文利用西南地区多个站点所取得的1951~2008年逐月降水量资料,结合1948~2008年的17层高度场和风场资料,重点取200hPa与700hPa两个层次,分析了与西南地区夏季旱涝年对应的环流异常特征,结果表明:欧亚地区中高纬地区环流(特别是乌山和贝湖附近高度距平的变化)以及西南地区上空伴随高度场出现的气旋性环流和反气旋性环流是直接影响我国西南地区夏季降水的重要环流因子。      

1998年夏季东北亚阻塞高压异常的大尺度环流特征及成因初探

分析了1998年夏季东北阻塞高压异常及大尺度环流特征，研究了1979－1998年夏季东北阻塞高压年际变化，环流背景特征以及东北亚阻塞高压异常的太平洋海温异常的关系，认为夏季东北亚500hPa平均高度偏高（低），东亚地区“＋－＋”（“－＋－”）的距平波列，是典型的东北亚阻塞高压强盛（稀少）的环流型，太平洋海温的异常，激发东焉地区的遥相关波列，致使东北亚500hPa高度场异常，可能是东北亚阻塞主压异常的原因之一，在亚少中高续高度场平均偏高的环流背景下，乌拉尔册地区的阻塞高压对东北亚阻塞高压的发展和建立起到了促进作用，1998年乌拉尔山阻塞高频繁也是东北亚阻塞高压异常频繁的可能原因之一。