平流层全球重力波活动的气象电离层及气候卫星观测

利用从2007年1月~2013年2月的COSMIC(constellation observation system for meteorology ionosphere and climate)温度数据,分析了平流层(20~35 km)的全球重力波活动及其随纬度、高度和季节的变化特征,揭示了平流层不同纬度重力波活动的中期变化规律;以及重力波振荡周期随纬度的变化。赤道地区重力波全年活动很强,且存在明显的准两年振荡(quasi-biennial oscillation,QBO)。在20°S~20°N的重力波势能极大值区与强对流区域保持一致。中高纬地区重力波主要表现为冬季强夏季弱。中纬地区,两个半球冬季陆地上重力波活动强于海洋,且南美洲南部安第斯山每年除夏季外,都有较明显的重力波活动。高纬地区,南半球冬季重力波分布保持稳定,而北半球则在某些区域增强,某些区域较弱,这一现象可能是与SSW(stratospheric sudden warming)相关。通过LS谱图分析,发现QBO主要出现在平流层低纬地区,AO(annual oscillation)和SAO(semiannual oscillation)则主要出现在平流层中高纬地区。     

热带下平流层重力波的季节和年际变化特征

利用位于热带太平洋中的Truk岛（7.4°N，151.8°E）长达7年的（1998—2004年）高垂直分辨率探空观测资料分析了热带地区下平流层（18—25km）重力波活动的气候特征.分析结果显示，在该高度范围内，重力波活动表现出明显的季节变化，总能量在一月份达到最大，6月份最小；这种变化与北半球西风带向南扩张从而加强当地对流活动的气候特征是一致的.研究结果还表明，重力波活动还有显著的与赤道QBO周期一致的年际变化.赤道QBO的东风位相向西风位相转变的时段，重力波能量总是达到异常的最大，此地区重力波活动的年际变化与QBO密切相关.此外还介绍了重力波的其他参数，如固有频率，垂直波长和传播方向.     

基于COSMIC RO数据分析青藏高原下平流层重力波的活动特征

重力波的传播及其动力学效应对下平流层的大气环流具有重要影响,通过高时空分辨率的观测资料获取下平流层重力波的相关参数,有利于提高大气循环模式的预报精度和可靠性。利用2006年8月至2016年7月COSMIC (the Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate)掩星(Radio Occultation, RO)任务反演的干温廓线,通过S变换,纬向滤波等处理,提取表征重力波活动的参数——势能。以此分析了青藏高原重力波的垂直分布特征和空间分布特征。青藏高原上空的重力波势能存在明显的先减小后增大的垂直分布。对流层顶以下的势能因较小的浮力频率而异常较大;在对流层顶至0风场线,强西风促进重力波的向上传播,势能值相对较大;0风场线对地形激发的准静态重力波存在过滤作用,势能值在0风场线处急剧减小;36 km以上的重力波势能受到强西风的影响而异常增大。青藏高原下平流层的重力波活动有明显的季节变化,重力波活动在冬季较强,夏季较弱。在18～20 km、20～22 km高度,重力波势能的分布在春季、夏季、秋季相...     

北半球准定常行星波经向结构及特征尺度分析

准定常行星波对于热带外地区的天气和气候有着举足轻重的影响.以往对于准定常行星波的研究主要针对某一纬度或多纬度平均的纬向波动进行分析,因此准定常行星波的经向结构及特征尺度尚不清楚.利用经典的Rossby波的频散关系,对传统定常波的水平全波数的计算方法进行了改进,将纬向和经向波数进行分离,得到了描述准定常行星波运动学特征的纬向和经向特征波数,从理论上给出了准定常行星波空间尺度的动力约束条件,进而对北半球行星波动的经向结构及特征空间尺度进行了分析.结果表明:在北半球热带外地区,冬季准定常行星波的经向尺度以1波为主,表明准定常行星波的经向结构多为偶极子型;而纬向波数随纬度的增高而减小,表明大尺度的准定常波可以在高纬度传播,而较小尺度的准定常波只能在较低纬度传播.进一步利用大气环流观测资料分析冬季不同纬度间准定常行星波(纬向1～3波)的位相关系,发现不同纬度间的准定常行星波以反位相关系为主,且行星波的经向活动区域随着纬向波数的减小而向极地延伸.观测得到的冬季准定常行星波的纬向和经向结构特征,与理论推导的纬向和经向特征波数的时空分布特征基本对应.     

基于平流层环流变化的夏季长江下游强降水频数气候预测模型

采用相关分析方法,研究了6~8月长江下游强降水频数与前期冬季12~2月全球50 hPa纬向风的关系;并研制了基于KLM滤波的夏季长江下游强降水频数气候预测模型。结果表明,存在3个显著的相关区:北极附近,北太平洋中纬度和南半球高纬度地区。用这些前期12~2月全球平流层关键区的纬向风建立KLM预测模型进行预测试验,发现它对近10年6~8月长江下游地区强降水频数的变化具有较好的预测能力,明显优于多变量的线性回归预测;其中与北极附近和南半球高纬度地区平流层纬向风相关稳定,而与北太平洋中纬度纬向风的相关存在一定程度的不稳定。基于平流层环流变化的夏季长江下游强降水频数KLM模型可以为短期气候预测业务预报提供重要参考。     

1998年7月中高纬阻塞高压对我国东北特大暴雨影响的诊断分析

利用湿位势涡度 ,对 1 998年 7月中高纬阻塞高压存在时期 ,我国东北地区发生的特大暴雨的天气形势进行详细的诊断分析 ,结果表明中高纬阻塞高压稳定维持于 50°N,1 30°E的地区是造成我国东北地区特大暴雨的重要原因之一。同时也对中高纬阻塞高压形势稳定维持于这一地区时的冷暖空气的活动路径、暴雨发生的位置以及产生暴雨的机理进行了较详细的讨论。     

2018年4月钠层激光雷达观测特性研究

通过钠层激光雷达观测,研究了中国低纬地区2018年4月的特征采集样例,对比观测发现海南上空出现了间歇型的钠层分布规律,以及较为少见长久持续的钠层双峰结构。同时观测到了4月单天的钠层结构与重力波的相互作用。在重力波的作用下钠层峰型保持完好,并有明显的峰位向下移动。当重力波达到饱和值时,波破碎导致了钠层形态的变化,实验观测数据与理论符合极好,表明春季中国低纬度地区钠层变化具有一定的多样性。     

影响新余的强冷空气及其变化特征

利用1960-2011年新余站逐日地面气温资料,对近52年来影响新余的强冷空气频次及其变化特征,采用线性趋势、5年移动平均和墨西哥帽(Mexican hat)子波方法进行分析,结果表明:20世纪80年代以后影响新余市的强冷空气的次数开始转入年代际偏少阶段,冬季平均最低气温和平均气温则从20世纪80年代末开始明显增暖。降温频次的减少导致冬季平均最低气温和平均气温的升高,在一定程度对暖冬的维持产生作用。北极极涡面积越大,新余冬季气温越低;北极极涡强度越强,新余冬季气温越高。新余的强冷空气发生在极涡面积较大强度较弱,且亚洲中高纬地区的大气环流以经向型为主。亚洲中高纬地区的大气环流以纬向型为主,极地的冷空气只在较高纬度活动,不会南下影响新余市,相应新余市气温偏高。     

南亚季风环流与臭氧时空分布变化关系的特征分析

利用2005年1月至2017年12月搭载在美国环境监测Aura卫星上的臭氧监测仪（Ozone Monitoring Instrument, OMI）数据和NCEP气象资料,在夏季风环流指数定义方法的基础上,重新定义了南亚区域冬季风环流指数,并分别计算了南亚夏季风和冬季风环流指数. 结合冬夏两季环流的强弱变化采用相关分析、合成分析和奇异值分解（Singular Value Decomposition, SVD）等方法,探讨了环流异常形势下臭氧的时空变化特征. 结果表明:①南亚夏季纬向环流与经向环流的强度变化存在一致性,冬季经向环流与纬向环流的强度变化差异较大. ②南亚臭氧柱总量的季节变化明显,且近13年来臭氧柱总量整体呈上升趋势. ③夏季（冬季）风环流指数与对流层中低（中高）层和平流层中低层臭氧的相关性显著,但夏季平流层和对流层的相关趋势相反. ④夏季风环流增强对应青藏高原?伊朗高原上空及南侧区域的上升运动增强,对臭氧的输送作用是造成对流层臭氧分布呈现差异的原因. ⑤冬季风环流强弱期的垂直上升和下沉运动中心的移动,以及南北向、东西向气流交汇区的差异是造成臭氧分布不同的原因.     

Andes上空中间层和低热层中大气惯性重力波的激光雷达观测

利用Andes观测站(30. 3°S,70. 7°W)激光雷达2016年6月8～9日共11. 6 h的风场、温度以及钠原子数密度的观测数据,研究了一个在中间层顶区域惯性重力波活动事件。谱分析表明,这个惯性重力波的周期约6. 6 h,垂直波长约7. 5 km,水平波长约826 km。根据矢端曲线法分析发现,此惯性重力波的传播方向大约为西偏北38. 6°。计算出它的垂直群速度约0. 2 m·s~(-1),水平群速度约22. 9 m·s~(-1)。射线追踪结果表明,上传惯性重力波可能来自于平流层的急流区域。虽然该惯性重力波不能达到不稳定性的阈值,但是理查德森数和浮力频率显示,由于不同扰动分量的叠加,导致了在一些高度和时间上,动力学的发生和对流不稳定性的存在。因此,叠加效应引起的不稳定性可能会对中间层-低热层中波的饱和度和幅度约束有显著影响。同时利用重力波偏振关系和惯性重力波纬向风扰动,计算出了经向风、温度和大气密度扰动,同时观测的经向风和温度扰动与计算的结果一致,表明观测到的准单色惯性重力波能很好满足重力波偏振关系。另外,计算得到的大气密度扰动与观测的钠原子数密度扰动相位一致,证实了中间层-低热层区域的钠原子可以作为重力波的示踪物。