夏季西太平洋副热带高压异常时的东亚大气环流特征

利用NCAR/NCEP月平均再分析资料,探讨夏季西太平洋副热带高压异常时东亚热带季风、梅雨锋及中高纬环流的变化特征.研究表明:夏季西太平洋副热带高压脊线异常偏南或脊点异常偏西时,东亚夏季风环流偏弱,850 hPa矢量风距平场上东亚热带地区出现反气旋性环流,副热带地区呈气旋性环流,500 hPa垂直速度距平场上东亚热带地区上升运动减弱,梅雨锋区上升运动加强,500 hPa高度上东亚高纬鄂霍次克海区域出现阻塞高压,高纬冷空气直达中纬度,梅雨锋扰动加强,造成江淮流域汛期降水偏多.夏季西太平洋副热带高压脊线异常偏北或脊点异常偏东时,东亚夏季风环流偏强,东亚大气环流系统的活动出现了与上述情况相反的异常型,江淮流域汛期降水偏少.     

中国东部夏季不同雨带类型的海洋和环流特征差异

利用1951-2009年NCEP/NCAR再分析资料、UKMO HADISST1全球月海表温度及中国东部地区120站的月降水量资料,首先定义出能够客观表征中国东部夏季3种雨带类型的指数,然后分析了3种雨带分布类型海洋和大气环流特征的主要差异,并进一步分析了前期海洋背景的差异特征对夏季东亚环流关键系统的预测蕴示.结果表明:(1)3种雨带类型对应的前期冬季海洋信号比当年夏季强,其差异主要表现在:多雨带出现在北方地区的Ⅰ型对应的是北太平洋海温呈显著的正距平、暖池及东澳暖流为负距平、南太平洋西风漂流区为正距平;多雨带出现在黄淮地区的Ⅱ型对应的海温分布则与Ⅰ型完全相反;多雨带出现在长江及其以南地区的Ⅲ型对应的海温分布在北太平洋海域与Ⅰ型基本一致;(2)3种雨带类型对应的环流及水汽输送特征的差异主要表现在:Ⅲ型与Ⅰ型具有几乎完全相反的环流及水汽输送特征,当出现Ⅲ型时,东亚中高纬度有强盛的阻塞形势发展和维持,中高纬度的经向环流异常加强,同时西太平洋副热带高压偏强,位置偏西、偏南,该地区呈反气旋性距平环流,西太平洋副热带纬向水汽输送加强,而出现Ⅰ型时则相反;Ⅱ型与Ⅰ型的环流及水汽输送特征更接近,两者的主要差异是:当出现Ⅱ型时,西太平洋副热带地区呈反气旋性距平环流,而出现Ⅰ型时该地区呈气旋性距平环流;(3)前期冬季赤道中东太平洋海温和南太平洋西风漂流区的海温异常变化可以作为夏季西太平洋副热带高压预报的重要前兆信号.     

2005年北半球大气环流特征及其对中国气候异常的影响

2005年北半球主要环流特征为，500hPa西太平洋副热带高压较常年明显偏强，位置总体偏西偏北，春季副高位置异常偏西；东亚地区夏季500hPa位势高度距平场上大部地区为正距平分布，贝加尔湖南部为正距平中心。亚洲中纬度经、纬向环流交替出现，冬季经向环流异常发展，造成我国东部地区气温异常偏低；夏李纬向环流发展，同时东亚夏季风偏强，汛期主要雨带位置位于淮河流域。冬、春李热带对流活动减弱，入夏以后迅速加强，台风活动活跃。热带海洋为暖水位相。在海洋和大气环流的共同影响下我国天气气候发生了明显异常。     

2017年秋季我国北方地区降水异常偏多成因分析

根据国家气象信息中心提供的中国台站气温、降水资料,NCEP/NCAR逐日大气环流再分析资料和NOAA提供的月平均海温资料,分析了2017年秋季我国北方地区降水异常偏多的成因。结果表明2017年秋季我国降水阶段性特征明显,9—10月北方地区降水异常偏多主要受东亚环流型组合异常的影响。东亚500 hPa高度距平场从高纬至低纬呈“+-+”的异常分布,极区高度场偏高,极涡分裂偏向东北亚地区,贝加尔湖 巴尔喀什湖地区为显著低槽区,西太平洋副热带高压较常年偏强偏西偏北,有利于华西秋雨偏强。此外,850 hPa距平风场上朝鲜半岛的反气旋式环流异常有利于引导偏东路径的冷湿气流输送至黄河与长江之间的地区,与来自孟加拉湾和南海的暖湿气流交汇,形成水汽通量异常辐合区,造成黄淮及江淮等地降水异常偏多。进一步诊断表明热带中东太平洋海温秋季转为偏冷状态,热带太平洋地区Walker环流明显增强,有利于西太平洋副热带高压偏强西伸偏北;9—10月热带印度洋偶极子维持正位相有利于在孟加拉湾形成反气旋式环流异常,并同样有利于副热带高压西伸偏北。因此,海温外强迫信号的影响加上中高纬环流异常的共同作用造成9—10月东亚环流型异常特征,并进一步导致我国北方地区降水异常偏多。     

内蒙古夏季降水与亚洲纬向环流的联系

利用1980—2015年内蒙古地区116站逐月降水数据、NCEP/NCAR再分析资料及亚洲经、纬向环流指数资料等,分析内蒙古夏季降水与中高纬环流因子的关系。结果表明:近36 a内蒙古夏季降水呈显著减少趋势,且具有显著的年代际变化特征,在1999年发生显著突变。内蒙古夏季降水与亚洲纬向环流存在负相关关系,尤其是内蒙古东部显著相关。通过环流场合成分析发现,在亚洲纬向环流指数高(低)值年,500 hPa位势高度距平场上,欧亚上空呈现出"+、-、+"("-、+、-")的环流形势,使得乌拉尔山高压脊减弱(增强),贝加尔湖高空槽变浅(加深),南北冷暖空气交换减弱(增强);850 hPa风场上,亚洲纬向环流指数高(低)值年,中国北方地区上空受反气旋(气旋)性环流控制,对流活动较弱(强),而西太平洋上空为异常气旋(反气旋)性环流,同时副热带高压强度偏弱(强),位置偏南(北)、偏东(西),使得输送到内蒙古地区的水汽较少(多),造成内蒙古东部夏季降水偏少(多)。进一步分析发现,亚洲纬向环流指数高、低值年,200 h Pa纬向风距平场呈现相反的分布形势,在高(低)值年,西风急流轴位置偏西(东),强度偏弱(强),不利于(利于)内蒙古东部夏季降水偏多。     

北疆春季沙尘暴极多与极少年环流场特征

应用1961—2015年春季北疆地区52个气象站的沙尘暴资料,分析了其时空分布和沙尘暴极多与极少年的环流场特征。结果表明:春季沙尘暴极多年欧亚500 hPa高度距平场上,在北疆东西两侧分别是气旋性和反气旋性距平环流,东亚大槽弱,贝加尔湖附近脊减弱,乌拉尔山东部槽减弱,脊加强,而500 hPa和850 hPa风场距平场上,北疆上游都有反气旋性距平气流,东部都有气旋性距平气流加强,高纬冷空气易入侵,同时北疆是气流辐合区;700 hPa湿度距平场上影响北疆湿度较大的本地和周边地区湿度距平场都为负,负值中心有2个,分别位于北疆精河和吉尔吉斯至阿克苏之间,北疆水汽较多年平均偏少0.1 g/kg,欧洲与亚洲北部基本为正,中心在红海北部,对北疆湿度影响较小。春季沙尘暴极少年500 hPa高度距平场中亚到新疆的高压脊不强,东亚槽偏弱,贝加尔湖附近脊增强,而500 hPa和850 hPa风场距平场上,北疆以北都有反气旋和气旋距平气流加强,高纬冷空气不易进入北疆,北疆是气流辐散区。春季欧亚700 hPa湿度距平场基本为正,湿度正距平大值区在北疆及周边,北疆和周边的湿度比多年平均高1~2 g/kg。     

2017年夏季北半球大气环流特征及对我国天气气候的影响

2017年夏季（6—8月）,全国平均降水量348.6 mm,较常年同期（322.6 mm）偏多8.1%,呈现南、北两条多雨带。全国平均气温21.7℃,较常年同期（20.9℃）偏高0.8℃,为1961年以来第二高。东亚夏季风偏弱,西太平洋副热带高压显著偏强,脊线位置偏南,菲律宾附近对流层低层为反气旋环流控制;欧亚中高纬呈现“两槽一脊”环流型,乌拉尔山地区高度场为负距平,高压脊偏弱,贝加尔湖地区为正距平控制,日本附近高度场为负距平。低纬度和中高纬度的环流配置有利于冷暖气流在我国长江以南交汇,水汽通量辐合偏强,主要多雨带位于我国长江以南地区,降水显著偏多。西太平洋副热带高压的年代际增强和赤道中东太平洋由冷水向暖水发展是多雨带偏南的重要原因。     

5月北太平洋涛动与华北夏季旱涝的关系

利用1948 2011年NCEP/NCAR逐月再分析海平面气压场资料计算了北太平洋涛动指数NPOI,研究NPOI与华北地区夏季(6 8月平均)帕默尔干旱指数PDSI的关系。结果表明,5月北太平洋涛动与华北夏季旱涝有较好的正相关关系。NPOI正(负)位相异常年,PDSI偏大(小),华北地区夏季偏涝(旱)。可能的环流机制分析表明,NPOI正(负)位相异常年,850 hPa风矢量距平场上乌拉尔山、贝加尔湖及西太平洋附近地区分别为反气旋(气旋)、气旋(反气旋)、反气旋(气旋)距平环流,共同加强了低层西南暖湿气流在华北地区的辐合(辐散);欧亚500 hPa位势高度距平场上分别呈现"+-+"("-+-")波列分布,西太平洋副热带高压强度偏强(弱),位置偏西(东)偏北(南),冷暖气流活动使华北多(少)雨。整层水汽输送来自阿拉伯海和孟加拉湾及西太平洋上空,使华北为水汽输送正距平中心,降水偏多;华北水汽通量散度为负值,为水汽汇区,易于降水,阿拉伯海、孟加拉湾、中南半岛南部至南海及西太平洋地区为强水汽辐散中心,是影响华北地区重要的水汽来源。前冬太平洋海温异常对5月北太平洋涛动有强迫作用,继而影响华北地区夏季旱涝。     

Nino3区海温的变化对黄河流域夏季降水的影响

利用1961—2011年NCEP/NCAR再分析资料和黄河流域45站降水资料,定义了4月和上年10月的Nino3区海温差（ΔISST3）指数,分析ΔISST3指数与夏季海温的关系以及大气环流和夏季黄河流域降水与ΔISST3指数的相关情况,得到如下结果：(1)ΔISST3升高（降低）时,夏季赤道中东太平洋海温易偏暖（冷）,而我国南海到菲律宾半岛海区易偏冷（暖）。（2）500 hPa高度场上,ΔISST3与100°E~80°W范围的热带和副热带地区高度呈显著的负相关关系;ΔISST3正负异常差值场显示,ΔISST3升高（降低）时,夏季热带和太平洋副热带地区的500 hPa高度偏低（高）,赤道北侧850 hPa西风（东风）距平异常,西太平洋副热带高压明显偏弱（强）,我国东部沿海大陆盛行偏北（南）气流,暖湿气流不活跃（活跃）,季风偏弱（强）,而中高纬度上,蒙古北部气旋（反气旋）发展,致使河套地区处在反气旋性（气旋性）环流中。（3）ΔISST3指数与黄河流域夏季降水呈显著的负相关关系,相关系数为-0.51,当ΔISST3正异常时,黄河流域夏季降水易偏少;ΔISST3负异常时,黄河流域夏季降水易偏多,且负异常对黄河流域夏季降水的影响更显著。     

亚洲中高纬度地区春夏季节转换早晚与梅雨期中国东部降水异常的联系

6月初,亚洲中高纬地区的气温迅速增暖后趋于稳定,大气环流由冬季环流转变为夏季环流。根据1951~2017年间各年亚洲中高纬地区春夏季节转换（以下简称季节转换）的时间,基于NCEP再分析资料和中国地区的观测资料,研究了季节转换发生早晚对梅雨期中国地区降水及环流的影响。在季节转换偏早（晚）年的梅雨期,对流层中层（500 hPa）高度距平场从东北亚中高纬、中国东北和日本以南地区出现“+ ? +”（“? + ?”）的经向波状结构。在850 hPa距平风场上,也有相近的波状结构。当东北亚脊偏强（弱）时,东北地区为气旋式（反气旋式）环流距平,西太平洋副热带为反气旋式（气旋式）距平。环流异常导致东北地区降水异常偏多（少）,长江流域降水偏少（多）。本文还初步探讨了亚洲中高纬地区入夏时间的早晚如何影响梅雨期大气环流和中国东部降水异常的途径。在季节转换偏早（晚）年,东北亚高压脊建立较早（晚）,强度偏强（弱）,而且对应的东北亚脊异常往往可持续到梅雨期结束,从而有利于东亚沿岸 “+ ? +”（“? + ?”）经向波状环流及相应雨带的形成。     

20世纪90年代初东亚夏季风的年代际转型

利用1979—2009年JRA-25和NCEP/NCAR再分析资料,通过复矢量经验正交方法揭示了东亚地区夏季850 hPa风场变率的优势模态。结果表明:两套再分析资料所揭示的东亚夏季风在20世纪90年代初均发生了年代际转型,与我国夏季降水的年代际转型时间一致。伴随着东亚夏季风的年代际转型,我国北方大部分地区夏季降水减少,尤其是我国东北北部和长江、黄河之间105°E附近区域显著减少,而华南地区和淮河流域降水显著增加。从动力上解释我国夏季降水年代际转型特征,夏季500 hPa高度场两个时段 (1993—2009年和1979—1992年) 的差值分布显示为欧亚大陆北部准纬向遥相关波列,夏季850 hPa风场差值分布表现为贝加尔湖东南侧和日本以南地区存在两个异常反气旋式环流,而我国南方地区和鄂霍次克海附近均为异常气旋式环流。夏季西北太平洋、北印度洋以及部分中高纬度海洋的海温和春季欧亚大陆积雪在20世纪90年代初出现显著变化,春季北极海冰的年代际转型发生在20世纪90年代初,都可能成为东亚夏季风年代际转型的原因。     

印度洋海面温度对黄淮地区夏季降水影响的年代际变化研究

利用1961—2016年我国400个气象台站夏季降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA的海面温度资料,分析了黄淮地区夏季降水与同期大气环流及前期海面温度关系的年代际变化特征。结果显示,20世纪80年代之前（后）,前期冬季太平洋海面温度发生厄尔尼诺时,黄淮地区夏季降水偏少（多）,20世纪80年代中期之前,前期冬季印度洋海面温度全区一致型模态与黄淮地区夏季降水关系较弱,但是从20世纪80年代中期开始,正相关关系明显增强。进一步研究发现,前期印度洋海面温度一致偏高时,夏季500 hPa高度场上,副热带高压明显增强,这种相关关系20世纪80年代中期之后明显强于20世纪80年代之前,海平面气压场上,高相关区在20世纪80年代之后呈现明显的南方涛动模态,印度洋海面温度通过影响决定黄淮地区夏季降水异常的大气环流关键区域,使得其与黄淮地区夏季降水的关系随着年代际变化增强。     

1990年代末东亚北部地区夏季水汽输送年代际变化特征及其影响机制

利用1983～2011年降水量、环流和海温的再分析资料,探讨了东亚北部地区夏季水汽输送的年代际变化特征,并分析了前冬北大西洋海温对东亚北部地区夏季水汽输送与大气环流的可能影响。研究结果表明,20世纪90年代末期东亚北部地区夏季整层水汽与降水年代际的变化特征相一致,整层水汽通量的年代际变化主要是由于纬向水汽输送异常作用的结果。东亚北部地区（35°～55°N,90°～145°E）西边界的水汽输送通量由多变少,东边界的水汽输送通量由少变多特征则直接导致了该地区降水由偏多转为偏少的年代际变化。就外强迫海温角度来说,前冬北大西洋海温跟东亚北部地区夏季500 hPa高度场、850 hPa风场和850 hPa比湿均显著相关。同时,在20世纪90年代中后期前冬北大西洋海温也表现出由偏低向偏高转变的年代际变化特征,且由于海温自身的记忆性前冬的海温异常一直延续到夏季。并在夏季激发出横跨北大西洋和欧亚大陆中高纬度地区的大西洋-欧亚（AEA）遥相关结构,并进一步影响东亚北部地区夏季水汽输送。     

北太平洋增暖对我国西北秋雨的影响

利用1979-2012年我国160站逐月降水资料、NOAA全球海洋表面温度资料和NCEP-DOE大气环流再分析资料,采用统计分析方法研究了北太平洋海表增暖对我国西北秋雨年代际变化的影响。结果表明:西北秋雨在2000年前后经历了年代际跃变,1986-1999年为少雨期,2000-2012年为多雨期。进一步分析表明:西北秋雨的年代际变化与北太平洋海表增暖关系密切,北太平洋海温偏暖时,东亚一北太平洋地区的大气温度升高,引起东亚地区的南北温差减弱,使东亚西风急流减弱,急流中心偏北,东亚中纬度地区气压升高,导致异常东风水汽输送带偏强,造成西北秋雨异常偏多。     

1997年中国夏季旱涝和北半球平流层平均环流分析

通过分析对应我国夏季三类降水型的北半球50 hPa平均环流场特征,表明1997年我国夏季降水异常的50 hPa环流特征,主要是从冬到夏大范围高度场偏高,极地涡旋冬季弱春季强,太平洋高压冬春异常加强。     

黑龙江初夏降水的主模态特征及其前兆海洋信号分析

基于NCEP/NCAR再分析资料, 采用EOF分解、滑动t检验、相关系数等方法对黑龙江省初夏降水及其前兆信号进行了诊断分析。结果表明, 黑龙江全省初夏降水距平的空间分布以总体一致型为主, 此外, 还呈现东西反向型。总体一致型模态时间系数在1993年前后有明显的突变点。分析突变点前后降水主成分与500hPa位势高度、200 hPa纬向风、850 hPa矢量风以及前期海温的关系, 发现在突变前后影响初夏降水的同期主要系统均为东北冷涡和高空西风急流轴, 但冬季(北半球, 下同)澳大利亚周边海温对初夏降水的影响在突变前后存在明显变化。突变前在澳洲西北部, 暖海温造成东亚南高北低环流, 东北冷涡强, 高空急流偏北; 突变后在澳洲东北部, 冷海温导致东亚“+, -, +”波列, 东北冷涡弱, 高空急流偏南。      

下半年Nino3区海表升温对东亚春季大气环流及山东春季降水的影响

通过分析下半年Nino3区(150o~90oW，5oS~5oN)海表温度(SST)升高引起的次年春季500 hPa高度、850 hPa及200 hPa经向风的异常特征，发现下半年Nino3区显著升温，可导致次年春季热带和西北太平洋副热带地区的500 hPa高度场升高，即西太平洋副热带高压偏强、偏西、偏北，东亚大槽偏弱、偏东；巴尔喀什湖至贝加尔湖的高度场降低，即该地区经常有低槽维持；亚洲至西太平洋地区盛行纬向环流。我国东部沿海地区及邻近海域的偏南风加强，而我国东北和华北地区的偏北风偏弱。这种高度场与风场的异常恰与山东4月降水偏多年所对应的异常特征相吻合，即下半年Nino3区显著升温通过影响次年春季大气环流异常，进而影响山东春季降水。资料统计表明，下半年Nino3区显著升温，次年山东及我国中纬度东部地区春季尤其4月的降水往往偏多。     

山西春季降水与500hPa环流场及太平洋海温场异常的关系

利用1961—2008年春季山西省62个气象站的逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA太平洋海温资料等,应用SVD、Monte Carlo统计检验和合成分析等方法,探讨了山西春季降水与500hPa环流场及太平洋海温场的异常关系。结果表明,当春季500hPa平均高度场上,欧洲北部、日本海和北太平洋东部出现正异常,而极地、西西伯利亚出现负异常时,山西春季降水易偏多;反之,则易偏少。当春季赤道中东太平洋海温异常偏高,北太平洋东南部海温异常偏低,且前期冬季也有相似的海温距平分布时,山西春季降水易偏多;反之,则易偏少。春季,850hPa我国东部地区110°～120°E范围偏南风减弱是导致山西春季降水偏少的重要因素。     

2012年我国夏季降水预测与异常成因分析

本文对2012年我国夏季降水的实况和预测进行简要回顾,发现2012年夏季降水大体呈北方涝、长江旱的分布,主雨带位于黄河流域及其以北,降水异常偏多的区域主要位于西北大部、内蒙古和环渤海湾,黄淮与江淮地区降水偏少,江汉至淮河上游一带干旱严重;预测的主雨带位于华北南部至淮河,较实况偏南。对我国北方降水异常偏多的成因分析表明:2012年夏季欧亚中高纬地区阻塞高压（简称阻高）强盛,同时东北冷涡活动频繁,中高纬500 hPa高度场从西至东呈“+-+”的分布,这种环流形势没有造成长江洪涝是因为东亚夏季风异常偏强,同时西太平洋副热带高压（副高）偏北,冷暖空气对峙于我国北方地区,导致北方降水异常偏多。分析还表明阻高、东北冷涡、东亚夏季风和副高这四个系统的不同配置影响着冷暖气流的对峙位置,进而形成我国夏季的主雨带。最后通过定量和定性判断相结合的方法,选取了2012年夏季降水的最佳相似年和最佳相反年,对比分析了2012年夏季降水与其最佳相似年和最佳相反年的海温演变与东亚夏季风环流系统主要成员的差异:1959年夏季降水作为2012年夏季降水的最佳相似年,虽然海温及东亚夏季风系统关键成员异常不明显,但是和2012年也呈近似相反的特征;而1980年夏季降水作为2012年夏季降水的最佳相反年,海温及东亚夏季风环流系统关键成员和2012年呈显著的反向特征,这些观测事实反映了我国夏季降水与海温及东亚夏季风环流系统关键成员这些主要影响因子之间关系的年代际变化。     

热带副热带高度异常对长江流域和华北旱涝影响的数值模拟与分析

前期南亚高压的异常增强或者减弱,热带、副热带地区100 hPa高度的异常增高或者降低,热带西风的异常增强或者减弱,对长江流域和华北地区夏季的降水异常具有预示作用。文中设计了一系列的数值试验进行模拟研究,包括控制试验、敏感试验和4组合成试验。合成试验模拟结果表明,前期热带、副热带高度异常分布,能够再现长江流域、华北旱涝情况。前期南亚高压、热带、副热带高度、风异常对长江流域和华北地区夏季降水的异常均有预示作用。100 hPa叠加高度、风异常的敏感试验结果表明:前期南亚高压、热带与副热带地区100 hPa高度场和环流场的异常不仅可以预示、事实上能够引起长江流域和华北夏季降水的异常———前期南亚高压异常增强、热带、副热带地区100 hPa高度场异常增高、西风异常增强,易引起长江流域降水偏多、华北降水偏少;反之,则容易引起长江流域降水偏少、华北降水偏多。