夏季MJO持续异常的主要特征分析

在MJO传播过程中,其活动中心并不总是规律地沿赤道东传。本文通过资料分析发现,夏季MJO的活动中心会出现东传停滞的情况,表现为MJO在赤道太平洋持续异常活跃或者在印度洋持续异常活跃两种形式。为更好描述MJO这种东传不明显的异常特征,本文定义了一个描述MJO持续异常的指数,并据此对夏季MJO持续异常的主要特征进行分析。通过小波分析的方法,发现夏季MJO持续异常时其振荡周期会出现缩短或变弱。通过对MJO持续异常状况下的大气环流进行合成对比分析后发现,夏季MJO的持续异常会对热带大气环流造成显著的影响。具体表现为:MJO夏季在赤道太平洋（印度洋）持续活跃的时候,赤道沃克环流减弱（增强）,西太平洋哈得来环流增强（减弱）,西太平洋副高位置偏北（偏南）,赤道太平洋（印度洋）高层辐散且对流活跃。     

东南亚地区夏季风异常对云南2005年初夏干旱的影响

2005年春末夏初云南大部地区出现了50年一遇的高温干旱天气,通过对东南亚地区的水汽及对流进行诊断分析,发现中南半岛地区夏季风爆发的早迟与云南雨季开始的早迟有显著的正相关关系;前期4月孟加拉湾水汽向北输送强（弱）以及苏门答腊岛附近的对流活动强（弱）,则云南雨季开始早（迟）。分析表明造成云南2005年初夏干旱的主要原因是中南半岛地区的夏季风爆发较常年偏晚,前期孟加拉湾地区的经向水汽输送以及苏门答腊岛附近的对流活动较常年偏弱。     

MJO持续异常对ENSO的影响

MJO在夏季会出现在太平洋持续异常活跃和在印度洋持续异常活跃两种形式,用指数定义了这种异常的强度,并发现这种异常表现与秋冬季节ENSO的出现之间有很高的相关性。当夏季MJO在太平洋持续异常活跃时,经常激发当年秋冬季节发生El Nino事件;当夏季MJO在印度洋持续异常活跃时,经常激发当年秋冬季节发生La Nina事件。对大气环流的分析表明,MJO的持续异常活跃会对整个赤道太平洋上空的环流造成影响,引起风应力的异常。异常风应力激发次表层冷/暖海水向东输送。冬季冷/暖海水在东太平洋次表层堆积,最终导致ENSO的形成。     

2005年春季云南异常干旱的成因分析

2005年春季云南出现了自1979年以来大范围持续性的干旱天气,给工农业生产和人民生活造成了巨大损失。首先对这次持续性异常干旱的成因进行诊断分析,然后通过相关分析和合成分析方法进一步探讨了云南春旱发生的前期信号特征。结果表明：（1）这次云南春旱发生时大气异常状态特征主要表现为干燥的对流层大气和强烈的下沉运动。（2）850hPa北印度洋地区持续的东风异常和持续偏强偏西的西太平洋副热带高压是导致这次云南重大春旱发生的重要原因。（3）前期冬季1～2月东亚中纬度地区对流层低层或中高层较强冷空气的向南输送,以及1～3月赤道附近弱对流活动有利于云南春季降水偏少,对后期云南春旱的发生有重要的指示意义。     

MJO活动对云南5月降水的影响

本文分析了1979～2008年5月MJO(Madden and Julian Oscillation)不同位相上大尺度环流对流和水汽输送的异常情况及其对云南5月降水的影响。按MJO活动中心位置从西向东分为8个位相, 在不同位相上, 云南5月降水呈现出明显的差异:第4～6位相(MJO对流中心位于赤道印度洋中部至西太平洋)降水偏多, 而第7～8位相(赤道太平洋中部以东)和第1～3位相(赤道印度洋中西部)降水偏少, 其中以第6位相的降水正异常和第2位相的负异常最为显著。在MJO 1～8位相中, 对流主体从热带印度洋东移。在第1～3位相, 孟加拉湾还未形成西南向水汽输送, 而云南又处于水汽辐散区, 降水较少;第4位相时对流主体到达90°N附近, 部分对流云系向孟加拉湾北传, 并在孟加拉湾生成气旋性环流, 向云南输送水汽, 云南降水增多;第5位相时对流主体传到南海, 部分对流云系在南海北传, 同时在南海形成北传的气旋性环流;第6位相时赤道MJO对流主体虽然东移出孟加拉湾, 但孟加拉湾和南海的两个气旋性环流依然继续北传, 孟加拉湾气旋东部的西南风和南海气旋西部的东北风在云南交汇, 云南被强烈的水汽辐合区控制, 降水最充沛。第7～8位相时, 对流主体减弱, 东移到南海和西太平洋一带, 孟加拉湾转向为偏北风, 停止向云南输送水汽, 且云南处于水汽辐散区控制, 降水偏少。因此, MJO主体在东传过程中, 激发了热带对流在孟加拉湾和南海两条通道上的北传, 强盛的水汽输送和两个海区气旋环流的有利配置是造成云南5月降水的重要原因。     

MJO不同活动中心位置对云南冬半年降水过程的影响

通过对热带对流季节内振荡（MJO）的研究和业务实践应用表明,利用对MJO传播过程来研究延伸期（10~30 d）天气已经成为一种新的、可行的手段。然而,在明确了MJO的活动位置条件下如何依据大气环流条件来把握云南冬季降水过程的延伸期预测,是预报实践中需要解决的重要问题。本文考虑云南冬半年在有北方冷空气南下入侵云南前提下, MJO活动位置（分为“干窗口”和“湿窗口”两种情况）及有无合适的水汽引导环流条件（分为“孟加拉湾一带90°E附近有南支槽系统”和“孟加拉湾至中南半岛西侧一带为反气旋环流”两种情况）主要有4种不同的配置类型,选取MJO影响下前3种不同配置类型的天气过程进行对比分析,期望能为云南冬半年延伸期天气预测过程中较好地把握过程降水及降水强度提供理论依据。分析表明： MJO活动中心进入孟加拉湾及西太平洋热带地区（本文称之为MJO“湿窗口”）以后将会充分激发这些地区的对流活动,MJO活动中心在孟加拉湾及西太平洋热带以外地区（本文称之为MJO“干窗口”）时不能充分激发云南上游热带地区的对流活动。在有北方南下冷空气影响云南的背景情况下,MJO在“湿窗口”时,要使云南出现大范围的降水天气过程必须还要有合适的环流条件（90°E附近南支槽前或西太平洋副热带高压西侧的偏南气流）引导热带地区的水汽进入云南;MJO在“干窗口”时,即便有合适的水汽输送与扰动环流条件,仍然不能造成云南大范围的降水天气过程。由于MJO在激发水汽方面的贡献非常明显,利用MJO的东传规律可以有效地进行云南冬半年降水的延伸期天气预测,并对中短期天气预报业务起到很好的指导作用。     

MJO与ENSO关系的研究进展

MJO是热带大气的强信号,ENSO是热带太平洋海气相互作用的最强信号,两者的时间空间尺度不同,但都对全球范围的大气活动有显著的影响,且两者之间也有着密切的关系。总结了近年来MJO和ENSO相互关系方面的研究,并在此基础上提出需要进一步研究的问题。     

MJO对广东前汛期降水的影响

根据澳大利亚气象局MJO指数、国家气象局753站逐日站点资料、NCEP/NCAR全球再分析资料,通过合成分析研究了MJO活动对广东前汛期降水的影响。结果表明:MJO传播至东印度洋时广东降水为正异常,当其移至西太平洋时广东降水为负异常。MJO通过引起大尺度环流异常和大气垂直运动的异常对降水产生影响。当MJO传播至东印度洋时,副热带高压异常增强,广东为干冷偏北风和暖湿偏南风的交汇区且此时广东上空空气上升运动强烈,有利降水产生;当MJO传播至西太平洋时,副热带高压异常减弱,广东被偏北风控制且此时广东上空空气下沉运动强烈,对降水不利。     

MJO对我国东部春季降水影响的分析

利用澳大利亚气象局的MJO(Madden-Julian Oscillation)指数,通过位相合成及对比分析研究了MJO对我国东部春季降水的影响.研究表明,当MJO传播至中东印度洋时,我国长江中下游地区的春季降水为正异常,当其进一步东传至中南半岛-印尼群岛一带时,我国华南地区的春季降水为正异常,而在其他活动阶段不利于我国东部的春季降水.对比分析表明,MJO的活动主要通过引起大尺度环流异常、对流层中低层涡度及水汽输送的异常,进而对我国东部春季降水产生明显的影响.     

2009/2010年冬季云南严重干旱的原因分析

2009/2010年冬季我国云南省出现严重干旱,这次大范围严重干旱是较长时期降水稀少所造成的。首先讨论云南省冬季降水偏多和偏少时大气环流和海温的统计特征,基于它们的统计关系,再对2009/2010年冬季我国云南省的严重干旱进行个例对比分析。研究表明西风带环流系统异常是造成这次干旱灾害的主要成因。贝加尔湖为高度负距平,东亚沿海为高度正距平,从贝加尔湖以西到东亚中高纬度西风带较平直,冬季冷空气偏弱,很难影响西南地区。尤其是副热带中东急流减弱,从欧洲东部到里海为高压脊控制,西风带的扰动系统不易东移到东亚上空;青藏高原上空为稳定的高压脊,孟加拉湾南支槽减弱,云南省受异常西北气流控制。对太平洋和印度洋海温的分析表明,虽然海温异常可以影响冬季的云南降水,但海温异常并不是2009/2010年冬季云南省降水偏少的最重要原因。     

2013年夏季长江中下游地区降水异常与MJO的可能联系

利用国家气象信息中心提供的753站降水资料,澳大利亚气象局提供的RMM MJO指数资料和NECP/NCAR逐日再分析资料,分析了2013年夏季长江中下游地区降水持续异常与MJO位相异常的可能联系。结果表明：2013年夏季长江中下游地区持续干旱期间,MJO位相分布明显异常,MJO东传停滞,长时间维持在第1、8位相;西太平洋副热带高压偏北偏强。当MJO位于第1、8位相时,东亚高纬度地区的环流距平场呈现“西高东低”的分布特征,不利于西伯利亚地区的冷空气南下至长江中下游地区;当MJO位于第1位相时,副热带高压西北侧水汽主要输送至长江中下游地区,第8位相时,输送至长江中下游地区的水汽异常偏少。总之,当MJO位于第1、8位相时,冷空气活动较弱,冷暖空气无法在长江中下游地区交汇,同时该地区深厚的下沉运动从近地面一直延伸至对流层上层,不利于降水的发生,导致2013年夏季降水持续偏少。     

引起华北地区夏季出现持续干旱的环流异常型

利用中国160个台站降水资料和ERA〖CD*2〗40再分析资料分析了华北地区夏季降水及其对应的大气环流年代际变化特征。分析结果如下:华北地区夏季降水自1977年之后明显减少,出现持续性干旱。1977~2000年500 hPa高度场出现与1966~1976年相反的遥相关波列;华北地区上空700 hPa出现反气旋型环流异常,并出现明显偏北风异常,且下沉气流加强,水汽出现辐散;此外,200 hPa高度上西风带偏南且减弱。相反,1966~1976年华北地区上空700 hPa出现气旋型环流异常,并出现偏南风异常,且上升气流加强,水汽输送辐合;此外,200 hPa上西风异常偏北加强。       

热带印度洋MJO活动异常对四川盆地降水的影响

利用四川省132个气象观测站降水资料和NOAA的逐日向外长波辐射(OLR)资料,分析了主汛期热带东印度洋MJO活动异常年低频对流传播的显著差异,及其影响四川盆地主汛期降水的物理过程。探讨了热带东印度洋MJO活跃年低频振荡向四川盆地传播的路径和源头,以及孟加拉湾西南季风系统、东亚副热带季风系统的低频振荡分别对四川盆地主汛期低频对流活动的影响。结果表明:热带印度洋的低频对流激发了孟加拉湾西南季风ISO进入活跃期,并在西南气流的引导下继续向四川盆地传播;低频对流先从热带印度洋东传至菲律宾群岛南部的热带洋面,并向东亚副热带地区北传,激发了东亚副热带季风ISO的活跃加强,进而向四川盆地西传。热带印度洋MJO活动异常对四川盆地降水的调制,正是通过两支季风系统(孟加拉湾夏季风和东亚副热带夏季风)的共同作用,影响了四川盆地主汛期异常的对流活动以及降水的多寡。      

MJO研究新进展

MJO与ENSO的关系、MJO的数值模拟(预报)以及MJO对天气气候的影响是近些年来国内外大气科学研究的重要前沿问题.本文将综合介绍国内有关MJO对天气气候的影响以及MJO的数值模拟(预报)方面的近期研究进展,因为过去已介绍过MJO与ENSO相互作用的研究结果.利用澳大利亚气象局的RMM-MJO指数研究MJO与西北太平洋台风活动的关系,结果表明大气MJO对西北太平洋台风的生成有比较明显的调制作用,在MJO的活跃期与非活跃期西北太平洋生成台风数的比例为2∶1;而在MJO活跃期,对流中心位于赤道东印度洋(即MJO第2、3位相)与对流中心在西太平洋地区(即MJO第5、6位相)时的比例也为2∶1.对大气环流的合成分析显示,在MJO的不同位相西太平洋地区的动力因子和热源分布形势有极其明显不同.在第2、3位相,各种因子均呈现出抑制西太平洋地区对流及台风发展的态势;而在第5、6位相则明显有促进对流发生发展,并为台风生成和发展创造了有利的大尺度环流动力场.对多台风年与少台风年850 hPa的30～60 d低频动能距平的合成分析表明,在多台风年最显著的是低频动能正异常位于菲律宾以东15°N以南的西北太平洋地区,表明那里有强MJO的活动;而少台风年的情况与多台风年相反,菲律宾以东的西北太平洋上与季风槽位置对应区域是低频动能的负距平区,那里MJO偏弱.即赤道西北太平洋上MJO活动的强(弱)年对应西北太平洋的台风偏多(偏少).对应MJO的不同活动位相,无论冬季、春季或夏季,中国东部的降水都将出现特殊的异常形势.在春季,MJO的第2、3位相有利我国东部长江中下游地区多雨、华南地区少雨;MJO的第4、5位相有利我国华南地区多雨而长江中下游地区少雨;在MJO的其它位相,我国东部地区都为降水负异常.在冬季,对应MJO的第1～3位相(特别是第2、3位相)中国华南降水偏多;而对应MJO的第6～8位相(特别是第6、7位相)中国华南降水偏少.在夏季,MJO位于印度洋时,MJO可以通过低层西风急流的波导效应影响到中国东南部地区,造成该地区降水偏多;当MJO位于西太平洋地区时,可以造成经向环流的上升支向北偏移,导致西北太平洋副高的东撤、以及中国东南部地区水汽输送减弱,降水减少.资料分析还表明,在年际变化尺度上,热带中、东印度洋MJO指数的持续异常对云南夏季降水有明显的影响.大气环流和数值模拟都表明,MJO活动不同位相的强对流会在东亚/西北太平洋地区激发产生不同形势的遥响应(Rossby波列),导致在中国不同地区出现有利(或不利)降水的环流形势和条件,是MJO活动影响中国降水的主要机制.用数值模式对MJO进行数值模拟(预报)是尚未很好解决的困难问题,原因也没有完全搞清楚.我们的一系列数值模拟清楚表明,MJO的模拟(预报)效果对模式所用对流参数化方案有很强的依赖关系;模式能否很好描写(再现)热带大气非绝热加热廓线,是极其关键的问题,只有当加热廓线在对流层中低层有最大加热时,模式才能得到同实际观测大体一致的MJO及其活动特征.这些数值模拟结果与我们过去从理论研究得到的结论相吻合,彼此得到应证.     

MJO对中国春季降水影响的数值模拟研究

利用IAP-AGCM4.0模式,通过多初值集合数值模拟研究了赤道附近的大气季节内振荡(MJO)传播的两个关键位相期对中国东部春季降水的影响.当在赤道中东印度洋及赤道西太平洋引进异常非绝热加热(强MJO活动)强迫时,模式很好地模拟出了中国东部地区春季降水的异常形势,模式模拟与先期所作的诊断分析结果极为相似,即在MJO的第2-3(6-7)位相,中国长江中下游地区多雨(中国东部大部分地区降水偏少).对模式输出的高度场、风场、散度和涡度场以及水汽输送场的分析表明,中国春季降水异常的发生分别与异常非绝热加热在东亚/西北太平洋地区所造成的异常大气环流形势密切相关.对逐日响应场的分析表明,就MJO活动影响中国春季降水的可能物理过程及机制进行的讨论表明,赤道附近的异常对流加热不仅可以在赤道附近激发产生大气的罗斯贝波和开尔文波型响应,而且,还会在大气中激发产生从热带到中高纬度的罗斯贝波列遥响应.但是,由于异常对流加热发生的地区不同,大气遥响应场的形势也会十分不同,它所导致的影响也就很不一样.当异常对流加热发生在赤道中东印度洋(对应MJO的第2-3位相)时,大气的罗斯贝波列遥响应将在东亚/西太平洋地区形成有利于中国东部(尤其是长江中下游地区)春季降水偏多的形势;当异常对流加热发生在赤道西太平洋(对应MJO的第6-7位相)时,大气的罗斯贝波列遥响应将在东亚/西太平洋地区形成不利于中国东部春季降水的形势.     

MJO对华南前汛期降水的影响及其可能机制

利用站点降水资料、实时多变量MJO(Madden-Julian Oscillation)指数、向外长波辐射(OLR)资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用合成分析方法研究了MJO对华南前汛期降水的影响,并讨论其可能机制。结果表明,(1)在MJO不同位相,华南前汛期降水异常有明显的差异,并且这种差异随滞后时长而发生变化。第2~3位相和第6~7位相分别是影响华南前汛期降水的典型"湿位相"和"干位相"。(2)华南前汛期降水对MJO的响应需要一定时间,滞后时长约为1~2候。(3)MJO活跃(受抑)对流可通过激发Rossby波影响华南前汛期降水。当MJO活跃(受抑)对流中心位于赤道印度洋附近时,非绝热加热作用激发的Rossby波到达并影响华南地区,华南地区出现水汽供应的增强(减弱),从而促进(抑制)华南前汛期降水。     

MJO对广西汛期降水的影响

利用1979—2012年中国753站地面气象观测站4—9月降水日资料和NCEP/DOE高度场、风场,温度场再分析Ⅱ格点日资料,基于实时多变量MJO指数研究MJO对于广西汛期(4—9月)降水的影响。根据MJO的8个不同位相使用逐日资料进行合成分析,结果表明:MJO对于广西汛期降水有显著影响。当MJO活跃中心位于西印度洋时,副高加强西伸,广西低层西南风增强,大量来自南海和孟加拉湾的水汽在广西上空辐合,广西汛期降水增强;当MJO活跃中心东移靠近西太平洋时,副高减弱东退,偏南暖湿气流向广西输送的水汽减少,其辐合减弱,广西汛期降水减少。     

2018年春末南方极端持续高温及MJO影响

本文分析了2018年春末我国南方地区持续性极端高温过程及其影响系统。本次事件自5月15日首先在江淮等地迅速发展,17日之后扩展至华南并在该地区维持至6月初。江南南部和华南东部等地高温日数比常年同期偏多6～10 d,累计近两千站次出现了35℃以上的高温天气,约是之前最多年（1991年）的2.6倍。研究区域内有超过三分之一的测站高温日数突破5月历史极值。统计分析结果显示,春末南方高温日数与该地区上空位势高度、其西侧经向风及其上空对流活动均有显著关系,但对流的影响更为超前,约在一周左右。除和华南地区对流呈显著正相关外,春末南方高温还和热带印度洋OLR（Outgoing Longwave Radiation）呈显著的负相关,这种相关模态和MJO（Madden-Julian Oscillation）的第一、二位相对应的对流异常分布一致。对2018年的个例分析支持这一统计结果。2018年5月,MJO有20 d持续位于这两个位相,且振幅均超过1,是有MJO监测以来5月这两个位相最多的一年。因此,无论是统计分析还是个例都表明MJO对本次春末南方高温有重要影响。     

长江中下游盛夏持续性高温干旱对短期降水影响的数值试验

应用IAP 2-L AGCM模式,并考虑了下垫面异常,模拟了长江中下游盛夏不同强度的持续性地表高温干旱对短期天气的影响。结果表明,这种持续性高温干旱对长江中下游及我国东南沿海短期降水有十分明显的影响,持续高温干旱的强度不同,其影响结果不同。持续性适度高温和严重干旱造成短期降水减少,高温干旱仍继续维持达1个月的正反馈过程。在此持续过程中,土壤湿度变化起主导作用,而土壤热力状况的影响相对较小。     

MJO对春季中国东部大气环流和降水的影响

利用再分析资料分析了MJO（Madden-Julian Oscillation）不同位相对春季中国东部降水的影响。结果表明：MJO处于位相3时对应长江及其以南地区降水增多,处于位相7时该区域降水减小。当热带MJO对流从位相1东传至位相4,与其相伴的北向辐散辐合流会在印度东北部—长江及副热带西北太平洋地区的对流层中低层产生明显的辐合异常,且在MJO位相3时中国东部的辐合异常达到最大。从Rossby波源角度分析,这种辐合异常会增强对流层中低层气旋性环流,导致MJO处于位相3时长江流域及其以南地区降水增多。同时,利用现代次季节和季节预报业务系统探讨了MJO与降水的关系对降水预报技巧的影响,发现预报降水和再分析产品的相关系数在MJO处于位相3和7时有所增加。