冬季东亚副热带急流和温带急流协同变化与我国冷空气活动的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和地面台站气温观测资料,分析了冬季东亚副热带急流（EASJ）和东亚温带急流（EAPJ）强度变化特征及其与我国境内冷空气活动的关系。以（45°N～60°N, 70°E～110°E）和（27.5°N～37.5°N,130°E～160°E）区域平均的300 hPa全风速分别表征冬季EAPJ和EASJ的强度,将两支急流的强度变化分为四种情况：EAPJ和EASJ同强（SS）、同弱（WW）、以及强弱（SW）、弱强（WS）。分析四种急流强度变化情形下中国境内冷空气活动强度、路径、持续时间以及源地的不同特征,发现当EAPJ和EASJ均强时,冷空气从内蒙古中东部入侵,主要影响华北、东北和东部沿海地区,强度较弱,持续时间短,冷空气源地位于新地岛以东的洋面及陆地上;当EAPJ和EASJ均弱时,冷空气从新疆北部入侵,影响我国大部分地区,强度强,持续时间长,冷空气源地位于巴尔喀什湖西部;当EAPJ强,EASJ弱时,冷空气从我国东北入侵,主要影响我国东北部,中国南部降温不明显,冷空气强度较强,持续时间短,冷空气源地位于中、西西伯利亚地带;当EAPJ弱,EASJ强时,冷空气从内蒙古中部入侵,进而影响华北和我国东部地区,但冷空气强度较弱,冷空气源地位于贝加尔湖的西侧。进一步分析急流强度四种变化情形下的环流特征发现,EAPJ、EASJ均弱时,西伯利亚高压偏强,阿留申低压偏弱,东亚大槽偏深,中国东部的偏北风强,而EAPJ弱、EASJ强时,尽管西伯利亚高压和阿留申低压偏强,东亚大槽偏深,但中国东部的偏北风并不是很强,而另两种情况时,西伯利亚高压较弱,东亚大槽也较弱,中国东部的偏北风偏弱。     

冬季东亚副热带急流和温带急流协同变化与我国冷空气活动的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和地面台站气温观测资料,分析了冬季东亚副热带急流(EASJ)和东亚温带急流(EAPJ)强度变化特征及其与我国境内冷空气活动的关系。以(45°N~60°N,70°E~110°E)和(27.5°N~37.5°N,130°E~160°E)区域平均的300 hPa全风速分别表征冬季EAPJ和EASJ的强度,将两支急流的强度变化分为四种情况:EAPJ和EASJ同强(SS)、同弱(WW)、以及强弱(SW)、弱强(WS)。分析四种急流强度变化情形下中国境内冷空气活动强度、路径、持续时间以及源地的不同特征,发现当EAPJ和EASJ均强时,冷空气从内蒙古中东部入侵,主要影响华北、东北和东部沿海地区,强度较弱,持续时间短,冷空气源地位于新地岛以东的洋面及陆地上;当EAPJ和EASJ均弱时,冷空气从新疆北部入侵,影响我国大部分地区,强度强,持续时间长,冷空气源地位于巴尔喀什湖西部;当EAPJ强,EASJ弱时,冷空气从我国东北入侵,主要影响我国东北部,中国南部降温不明显,冷空气强度较强,持续时间短,冷空气源地位于中、西西伯利亚地带;当EAPJ弱,EASJ强时,冷空气从内蒙古中部入侵,进而影响华北和我国东部地区,但冷空气强度较弱,冷空气源地位于贝加尔湖的西侧。进一步分析急流强度四种变化情形下的环流特征发现,EAPJ、EASJ均弱时,西伯利亚高压偏强,阿留申低压偏弱,东亚大槽偏深,中国东部的偏北风强,而EAPJ弱、EASJ强时,尽管西伯利亚高压和阿留申低压偏强,东亚大槽偏深,但中国东部的偏北风并不是很强,而另两种情况时,西伯利亚高压较弱,东亚大槽也较弱,中国东部的偏北风偏弱。     

冬季东亚高空急流季节内协同变化及对我国东部降水的影响

利用ERA-Interim再分析资料,采用滤波和合成分析等统计方法,分析了冬季东亚高空急流的季节内协同变化以及对我国东部降水的影响,结果表明:在季节内尺度(10~90天)中,东亚地区冬季300 hPa逐日纬向风主要表现为准双周振荡(10~30天)。300 hPa低频纬向风异常整体向东传播,高纬的低频纬向风异常向南传播,低纬低频纬向风没有明显经向传播特征。伴随低频纬向西风从里海附近开始向东移动至西北太平洋上空,温带急流向东再向东南移动并且强度先增强再减弱,副热带急流位置没有明显变化,强度演变特征与温带急流变化相反。降水异常对300 hPa风场低频振荡有显著响应,低频降水主要出现在我国东部,随时间向东移动,移至西太平洋附近消失;受低频风场影响,温带急流偏强,副热带急流偏弱时,我国东部高空辐合,地面表现为低频高压,整层有较强下沉气流,地面为东北风控制,不易产生降水;温带急流偏弱,副热带急流偏强时,青藏高原北侧整层一致东风异常,南侧整层一致西风异常,使我国东部高空辐散,地面受低频低压控制,我国东部产生整层上升运动,并且有西南风水汽输送,水汽辐合,我国东部出现低频降水正异常。      

冬季东亚副热带急流与温带急流的比较分析：大尺度特征和瞬变扰动活动

使用ERA40再分析的月资料和逐日资料,从大尺度特征和瞬变扰动活动两个角度对冬季东亚副热带急流(EASJ)和东亚温带急流(EAPJ)进行了比较分析.结果表明,使用月资料分析的EASJ与EAPJ在高层风场上没有清晰的地理分界区,而使用逐日资料计算得到的冬季逐日急流发生数则以高原北部上空所处的纬度带为分界岭,存在两个急流中心集中区,分别对应于EASJ和EAPJ区域.通过分析东亚上空天气尺度瞬变扰动活动(STEA)表明,与强盛的冬季EASJ相伴随的是较弱的南支STEA,而与较弱的EAPJ相伴随的北支STEA却十分活跃,显示出EAPJ是与瞬变活动相伴而存的急流.进一步的诊断分析揭示了冬季东亚温带急流的两种主要异常模态,一种是EAPJ区域反气旋性/气旋性异常环流型,另一种是局地西风的减弱/增加.与第1种异常模态相关的北半球大尺度环流异常主要集中在欧亚中高纬地区,其形成受中高纬大气环流以及东亚上游大气环流异常的共同影响.当EAPJ局地西风减弱/增加时.EASJ东段至西太平洋上空的西风急流呈现出与之相反的变化型,北半球大气环流异常表现为大气遥相关的欧亚(EU)型.冬季EAPJ的两种异常模态还与东亚上空STEA异常密切联系,其中在北支STEA区域出现的瞬变异常以波列的形式沿STEA北支轴线传播到达东亚沿海上空,然后东传入洋面上空,而对于靠近STEA南支轴线的异常扰动活动则只能存在于东亚东部及其沿海上空的200 hPa层上.     

东亚高空西风急流与东亚-西太平洋夏季风降水异常关系的年代际变化

东亚副热带西风急流(East Asian Jet Stream,EAJS)的经向位移对东亚-西太平洋夏季风降水活动有着重要影响。利用前人定义的EAJS经向位移指数(East Asian Jet Stream Index,EAJSI),发现盛夏(7、8月)EAJSI的年际变率在1990s末期经历了一次显著的年代际变化。而且EAJSI与东亚-西太平洋盛夏降水之间的关系自1999年以来显著减弱。在1980-1998年盛夏,与EAJSI相关的东亚-西太平洋降水异常呈典型的三极型模态,而这种相关关系在1999-2017年盛夏期间几乎消失了。其可能的原因是由于大尺度的大气-海洋环境年代差异,使得东亚-太平洋型/日本-太平洋型(East Asia-Pacific/Pacific-Japan,EAP/PJ)低频遥相关波列在1990s末期之后明显减弱和东移。这导致了盛夏EAJS经向位移的幅度显著减弱,进而引起EAJSI和东亚-西太平洋夏季风降水异常之间的关系转变。     

东亚高空急流协同变化研究新进展

东亚高空急流是东亚大气环流系统的重要组成部分,对东亚地区的天气和气候具有重要影响。以往对东亚高空急流的研究多关注副热带急流及其对天气气候的影响,近年来,学者们在明确区分东亚副热带急流和极锋急流的基础上,从东亚副热带急流和极锋急流协同变化的视角,对东亚高空急流的变化规律和机理及其对我国气候异常的影响,开展了一系列研究,揭示出副热带急流和极锋急流强度的反位相协同变化是以副热带急流强（弱）伴随着极锋急流弱（强）为其主要配置形式和模态,并对应着特定的大气环流形势以及相应的气温和降水异常分布,与冬季冷空气活动、梅雨期降水、极端事件、冬季风等具有密切关系。本文聚焦东亚高空急流协同变化方面的最新研究成果,从东亚高空急流协同变化规律、高空急流协同变化的热力和动力学影响机理、高空急流协同变化气候效应、高空急流与中高纬低频遥相关型的联系等方面进行较为全面的总结,以加深东亚高空急流活动基本特征和变化规律的认识。     

东亚副热带急流的空间结构及其与中国冬季气温的关系

本文利用1950～2012 年NCEP/NCAR 逐月再分析风场资料和中国542 个台站逐日观测资料研究东亚副热带急流(EAJ)的空间结构及其与中国冬季气温的关系。结果表明,东亚副热带急流在空间呈不规则管状结构,冬季急流体积最大,垂直厚度范围自500 hPa 至100 hPa;夏季急流体积最小,仅存在于200 hPa 附近。急流管在秋、冬、春季略呈西南—东北走向,在夏季呈西—东走向。不同高度上的最大风速轴线在南北方向的移动不尽一致,春、秋季低层风速轴比高层偏北。东亚急流管不同区域下方的垂直运动及其年变化存在差异。冬季东亚副热带急流强度与同期中国气温关系密切,特别是高原上空的急流越强时,中国大部分地区冬季气温偏低。     

东亚副热带西风急流的变化特征

利用1979-2013年NCEP/NCAR再分析资料研究了东亚副热带西风急流的变化特征。结果表明:东亚副热带西风急流中心位置、强度有明显的季节变化,冬季偏东偏南、强度最强,夏季偏北偏西、强度最弱。冬半年东亚副热带西风急流南界、北界年际变化的幅度大,夏半年幅度较小。冬季、春季东亚副热带西风急流范围较大,秋季、夏季小,一年内,偏大年或偏小年的出现不具有季节的连续性。     

东亚副热带西风急流位置变化与亚洲夏季风爆发的关系

利用1961～2000年的NCEP/NCAR候平均再分析资料,初步探讨了季节转换期间东亚副热带西风急流南北和东西向位置变化与亚洲季风爆发之间的联系。结果表明,亚洲夏季风爆发伴随着东亚副热带西风急流轴线的北跳和急流中心西移,急流轴北跳至35°N以北的青藏高原上空,南支西风急流消失,亚洲季风环流形势建立。南海季风爆发早年,低纬的东风向北推进的时间早,到达的纬度偏北,中纬的西风急流强度偏弱,季风爆发晚年则相反。同时,南海夏季风爆发早年,青藏高原上空急流核出现较早,西太平洋上空急流核减弱较快,急流中心“西移”较早。而在南海夏季风爆发晚年,西太平洋上空的急流核减弱较迟,青藏高原上空急流核形成偏晚,急流中心“西移”较迟。此外,急流中心东西向位置和强度变化与江淮流域梅雨的开始和结束也有密切关系。     

江淮梅雨期降水异常分布型及其与东亚副热带高空西风急流的关系

利用1980—2010年的NCEP/NCAR再分析资料与江淮地区44个站逐日降水资料,分析了江淮地区1980—2010年梅雨期(6月16日—7月15日)降水的基本空间分布型及其与东亚副热带西风急流的关系。结果表明,江淮梅雨降水的第一分布型为"南正(负)北负(正)",该型受副热带高空西风急流位置的影响,急流位置偏南(北),则雨带位于江淮南(北)部地区;第二分布型为"中间负(正),两边正(负)",该型受副热带高空西风急流强度的影响,急流强度异常偏弱(强),则雨带位于江淮地区西北、东南部(中部)。合成分析表明,高空急流位置异常偏南时,500 h Pa副高偏弱、偏南,850 h Pa江淮南部地区为水汽、风场辐合区,高低空配置有利于降水呈"南正北负"的分布型。高空急流强度异常偏弱时,从我国江淮中东部地区至日本南部,500 h Pa上无明显垂直运动,850 h Pa上有水汽和风场的辐散区,高低空配置有利于降水呈"中间负,两边正"的分布型。     

夏季东亚副热带西风急流的季节内变化及其与我国东部降水的关系

利用ERA-interim再分析资料和中国降水观测数据,分析了夏季东亚副热带西风急流的季节内变化以及对我国降水的可能影响,结果表明:亚洲地区夏季200 hPa纬向风在空间上主要表现为南北振荡和东西振荡特征,在时间上具有10～40 d的周期;在低频尺度(10～40 d)上,纬向风异常由西北先向东传播,到达东亚地区后再向南传播;伴随低频纬向风季节内演变,高原以北的急流中心向东和东南移动,急流轴也呈现南北振荡的特征;降水异常对200 hPa风场低频振荡有显著响应,在东亚地区,低频纬向风与低频降水南移,降水在黄淮地区出现,并逐渐移至长江及其以南地区;急流附近的低频西(东)风异常在其南侧形成负(正)切变涡度,对应我国东部地区位势高度的升高(降低),使得南亚高压东伸(西退),从而使我国东部雨带的位置发生显著变化。     

对流层上层东半球副热带西风急流与副热带(南亚)高压的关系

用NCEP/NCAR月平均再分析资料对南亚高压和对流层上层西风急流的季节变化及盛夏两类型态进行对比。结果表明,南亚高压和西风急流中心都有从冬到夏的西移北进和从夏到冬的东退南撤,急流中心位于南亚高压中心北侧。东亚夏季风盛行期间南亚高压中心的北移提前于西风急流中心的北移,二者的强度呈反相的季节变化。一般情况下,伊朗高压对应西部急流型,青藏高压对应东部急流型。典型东、西部急流年份中高纬气温及高度场的差异表明气压梯度力强弱对比是急流东西型变化的主要原因,南亚高压的位置基本上决定了急流中心的型态,但由于南亚高压具有"趋热性",而急流的移动符合热成风的规律,因而二者的热力影响机制有所不同。     

Seasonal Variation of the East Asian Subtropical Westerly Jet and Its Association with the Heating Field over East Asia

The structure and seasonal variation of the East Asian Subtropical Westerly Jet （EAWJ） and associations with heating fields over East Asia are examined by using NCEP/NCAR reanalysis data. Obvious differences exist in the westerly jet intensity and location in different regions and seasons due to the ocean-land distribution and seasonal thermal contrast, as well as the dynamic and thermodynamic impacts of the Tibetan Plateau. In winter, the EAWJ center is situated over the western Pacific Ocean and the intensity is reduced gradually from east to west over the East Asian region. In summer, the EAWJ center is located over the north of the Tibetan Plateau and the jet intensity is reduced evidently compared with that in winter. The EAWJ seasonal evolution is characterized by the obvious longitudinal inconsistency of the northward migration and in-phase southward retreat of the EAWJ axis. A good correspondence between the seasonal variations of EAWJ and the meridional differences of air temperature （MDT） in the mid-upper troposphere demonstrates that the MDT is the basic reason for the seasonal variation of EAWJ. Correlation analyses indicate that the Kuroshio Current region to the south of Japan and the Tibetan Plateau are the key areas for the variations of the EAWJ intensities in winter and in summer, respectively. The strong sensible and latent heating in the Kuroshio Current region is closely related to the intensification of EAWJ in winter. In summer, strong sensible heating in the Tibetan Plateau corresponds to the EAWJ strengthening and southward shift, while the weak sensible heating in the Tibetan Plateau is consistent with the EAWJ weakening and northward migration.     

Connections between the Eurasian teleconnection and concurrent variation of upper-level jets over East Asia

The variation of the East Asian jet stream(EAJS) associated with the Eurasian(EU) teleconnection pattern is investigated using 60-yr NCEP–NCAR daily reanalysis data over the period 1951–2010. The EAJS consists of three components: the polar front jet(PFJ); the plateau subtropical jet(PSJ); and the ocean subtropical jet(OSJ). Of these three jets over East Asia,the EU pattern exhibits a significant influence on the PFJ and OSJ. There is a simultaneous negative correlation between the EU pattern and the PFJ. A significant positive correlation is found between the EU pattern and the OSJ when the EU pattern leads the OSJ by about 5 days. There is no obvious correlation between the EU pattern and the PSJ. The positive EU phase is accompanied by a weakened and poleward-shifted PFJ, which coincides with an intensified OSJ. A possible mechanism for the variation of the EAJS during different EU phases is explored via analyzing the effects of 10-day high-and low-frequency eddy forcing. The zonal wind tendency due to high-frequency eddy forcing contributes to the simultaneous negative correlation between the EU pattern and the PFJ, as well as the northward/southward shift of the PFJ. High- and low-frequency eddy forcing are both responsible for the positive correlation between the EU pattern and the OSJ, but only high-frequency eddy forcing contributes to the lagged variation of the OSJ relative to the EU pattern. The negative correlation between the EU pattern and winter temperature and precipitation anomalies in China is maintained only when the PFJ and OSJ are out of phase with each other. Thus, the EAJS plays an important role in transmitting the EU signal to winter temperature and precipitation anomalies in China.     

Dynamical role of the Rocky Mountain controlled by East Asian topographies in modulating the tropospheric westerly jet in northern winter

本文通过数值模拟,研究了有无东亚地形存在时,落基山地形作用对冬季北半球副热带西风急流的影响,分析了东亚大地形对落基山地形的调制作用。结果表明,东亚地形的存在能够完全抑制落基山地形对太平洋副热带急流的加强作用,使得落基山地形作用仅能加强其下游的大西洋副热带急流。主要原因是东亚大地形可抑制落基山地形北侧反气旋环流的发展,进而抑制中纬度太平洋地区经向温度梯度的加强。该结果有助于我们进一步理解北半球大地形强迫作用,及其相互调制作用对对流层天气和环流结构的影响。     

初夏至盛夏东亚副热带西风急流突变早晚与东亚环流异常的关系

利用1961-2004年NCEP／NCAR再分析逐候资料和全国160站月平均降水资料,分析了初夏至盛夏东亚副热带急流北跳和急流中心西移发生早晚对7月东亚大气环流和我国降水的影响。结果表明,急流北跳时间与7月长江中下游地区降水异常正相关,急流中心西移时间则与7月淮河流域降水异常正相关,与华北和河套地区降水异常负相关。急流北跳时间与南亚高压和西太平洋副热带高压南北位置异常及高纬贝加尔湖以东高压脊强度相关;而急流中心西移时间与南亚高压和西太平洋副热带高压的东西伸展及贝加尔湖以西高压脊强度相关,在急流中心西移偏晚年,南亚高压西缩,贝加尔湖西南侧高压脊增强,南下至华北和河套地区冷空气偏强,且西太平洋副热带高压东撤,冷暖空气在淮河流域交汇,使得华北和河套地区降水减少而淮河流域降水偏多;偏早年情况与偏晚年情况相反。     

The Relationship between the East Asian Subtropical Westerly Jet and Summer Precipitation over East Asia as Simulated by the IAP AGCM4.0

Based on a 30-year Atmospheric Model Intercomparison Project（AMIP） simulation using IAP AGCM4.0, the relationship between the East Asian subtropical westerly jet（EASWJ） and summer precipitation over East Asia has been investigated, and compared with observation. It was found the meridional displacement of the EASWJ has a closer relationship with the precipitation over East Asia both from model simulation and observation, with an anomalous southward shift of EASWJ being conducive to rainfall over the Yangtze-Huaihe River Valley（YHRV）, and an anomalous northward shift resulting in less rainfall over the YHRV. However, the simulated precipitation anomalies were found to be weaker than observed from the composite analysis, and this would be related to the weakly reproduced mid-upper-level convergence in the mid-high latitudes and ascending motion in the lower latitudes.     

Simulations of the East Asian subtropical westerly jet by LASG/IAP AGCMs

Performances of two LASG/IAP(State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sci- ences and Geophysical Fluid Dynamics/Institute of Atmospheric Physics)Atmospheric General Circulation Models(AGCMs),namely GAMIL and SAMIL,in simulating the major characteristics of the East Asian subtropical westerly jet(EASWJ)in the upper troposphere are examined in this paper.The mean vertical and horizontal structures and the correspondence of the EASWJ location to the meridional temperature gradient in the upper troposphere are well simulated by two models.However,both models underestimate the EASWJ intensity in winter and summer,and are unable to simulate the bimodal distribution of the ma- jor EASWJ centers in mid-summer,relative to the observation,especially for the SAMIL model.The biases in the simulated EASWJ intensity are found to be associated with the biases of the meridional temperature gradients in the troposphere,and furthermore with the surface sensible heat flux and condensation latent heating.The models capture the major characteristics of the seasonal evolution of the diabatic heating rate averaged between 30°-45°N,and its association with the westerly jet.However,the simulated maximum diabatic heating rate in summer is located westward in comparison with the observed position,with a rela- tively strong diabatic heating intensity,especially in GAMIL.The biases in simulating the diabatic heating fields lead to the biases in simulating the temperature distribution in the upper troposphere,which may further affect the EASWJ simulations.Therefore,it is necessary to improve the simulation of the meridional temperature gradient as well as the diabatic heating field in the troposphere for the improvement of the EASWJ simulation by GAMIL and SAMIL models.