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天气学原理与方法复习第四章大气环流1.大气环流的纬向特征是什么？⏹低纬：东风带⏹中高纬：西风带（北半球冬季最大风速40m/s,30ºN ,200hPa，夏季最大风速16m/s,40ºN ,200hPa）即西风带冬强夏弱，随季节南北位移⏹极区：北半球夏季近地面：弱东风对流层：西风平流层：东风⏹南半球的情况与北半球类似，随季节南北位移,但西风中心强度冬夏变化不大2.大气环流的经向特征是什么？⏹冬季：对流层低层30ºN以南：偏北风40ºN 以北：南风对流层高层：低纬30ºN以南：南风；高纬40ºN以北：北风对流层中层：经向分量很弱⏹夏季：13-40ºN之间：低层：北风；高层：南风；低纬（近赤道）：低层：南风；高层：北风。
3.对流层中、底部冬季、夏季的主要系统，季节转换的特点？（北半球）对流层底部：a)冬季：阿留申低压（与高空东亚大槽对应）、冰岛低压（与高空北美大槽对应）、西伯利亚高压、北美高压、格陵兰大陆高压、太平洋高压和大西洋高压。
b)夏季：亚洲低压、北美低压、阿留申低压、冰岛低压、太平洋副热带高压、大西洋副热带高压。
夏季与冬季最突出的差别是冬季大陆上的两个冷高压到夏季变成了两个热低压；阿留申低压、冰岛低压仍存在，但强度比冬季弱得多。
海上的两个副热带高压变得非常强大，而其冬季强度比较弱。
对流层中部（500hPa）：a)冬季：①极区：2个低涡中心（格陵兰西部、东西伯利亚)；②中高纬:冬季三个长波槽：东亚大槽—140°E在亚洲东岸;北美大槽—70°w位于北美东岸;欧洲浅槽—40°E由欧洲东北部海面向西南方向伸展；在三个槽之间有三个平均脊，分别位于阿拉斯加、西欧沿岸和青藏高原的北部。
③低纬度:副高弱—其范围在20°N以南。
b)夏季：①极区：1个低涡中心。
②中高纬:夏季四个长波槽：东亚大槽—160°-180°E；北美大槽—60°w；欧洲西海岸槽—0°-10°E；贝加尔湖西部槽—90°E沿岸和青藏高原的北部。
东亚夏季风与澳洲冬季风强弱互补变化联系及其异常环流特征作者：陈蔚管兆勇杨华栋来源：《大气科学学报》2020年第05期摘要利用NCEP/NCAR再分析资料、Hadley中心海温资料及CMAP降水资料等，通过亚澳季风联合指数挑选异常年份，对东亚夏季风和澳洲冬季风强度反相变化特征进行研究。
结果表明，当东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱时，南北半球中低纬地区都出现了复杂的异常环流系统。
在热带地区对流层低层，西北太平洋为异常反气旋式环流系统所控制，与南太平洋赤道辐合带的异常反气旋环流在赤道地区发生耦合，形成赤道异常东风，而在南北印度洋上则存在两个异常气旋式环流系统。
在这两对异常环流之间的海洋性大陆地区，出现赤道以南为反气旋环流而赤道以北为气旋式环流。
在东亚季风区，东南沿海的东侧海洋上存在反气旋异常，中国东南地区受异常反气旋西南侧的东南风影响。
此外，澳洲北部受异常西风影响。
这就形成了东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱的情形，从而东亚夏季风和澳洲冬季风活动出现了强弱互补的变化特征。
当东亚夏季风偏弱、澳洲冬季风偏强时，南北半球的环流特征则出现与上述相反的环流特征。
总体而言，当东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱时，东亚—澳洲季风区在南北半球呈现出不同的气候异常分布特征，即北半球降水北少南多、气温北高南低，南半球降水西多东少、气温西高东低。
关键词东亚夏季风;澳洲冬季风;强弱互补;环流特征;北半球夏季近年来，在全球变暖的背景下，我国灾害性天气气候事件频发，而这些事件的发生通常与季风活动异常有关。
亚澳季风是全球季风的重要组成部分，其主要活动于亚澳地区[40°～160°E，30°S～30°N]（Lau and Wu，1999，滕代高等，2005）。
亚澳季风区覆盖了全球近三分之一的热带及副热带地区（Wang and Ding，2006;丛菁等，2007），对全球区域气候有着深远影响（Lau and Weng，2001;Zhou et al.，2009）。
副热带高压基本知识在南北半球的副热带地区，经常维持着沿纬圈分布的不连续的高压带，这就是副热带高压带，由于海陆的影响，常断裂成若干个高压单体，这些单体统称为副热带高压。
在北半球，它主要出现在太平洋、印度洋、大西洋和北非大陆上。
出现在西北太平洋上的副热带高压称之为西太平洋高压，其西部的脊在夏季可伸入我国大陆。
在这里，我们只讨论这一副高单体。
副热带高压是制约大气环流变化的重要成员之一，是控制热带、副热带地区的、持久的、大型天气系统之一。
它对西太平洋和东亚地区的天气变化有极其密切的关系，且是最直接地控制和影响台风活动的最主要的大型天气系统。
●太平洋副热带高压的概况多年观测事实表明，太平洋副热带高压是常年存在的，它是一个稳定而少动的暖性深厚系统。
其强度和范围，冬夏都有很大不同，夏季，太平洋副热带高压特别强大，其范围几乎占整个北半球面积的l／5一l／4。
冬季，强度减弱，范围也缩小很多。
太平洋副热带高压多呈东西扁长形状，中心有时有数个，有时只有一个。
一般冬季多为两个中心，分别位于东、西太平洋。
西太平洋副热带高压除在盛夏偶有南北狭长的形状外，一般长轴都呈西西南-东东北走向。
副热带高压脊呈西西南-东东北走向，在500毫巴以下各层都较一致，但其脊线的纬度位置随高度有很大变化。
冬季，从地面向上，副热带高压脊轴线随高度向南倾斜，到300毫巴以后，转为向北倾斜；夏季，对流层中部以下，多向北倾斜，向上则约呈垂直，到较高层后又转为向南倾斜。
但位于140°E（海洋上）的副热带高压脊轴线在低层随高度仍然是向南倾斜的。
这是因为海洋上的热源或最暖区位于副热带高压的南方，而大陆上的热源或最暖区却位于副热带高压的北方。
因此在500毫巴以下的低层，海洋上副热带高压脊轴线随高度往南偏移，而大陆上则往北偏移。
这显示了热力因子对副热带高压结构的影响。
副热带高压脊的强度总的看来随高度是增强的。
但由于海、陆之间存在着显著的温度差异，使500毫巴以上的情况就不大相同。
中国天气Char1 西风带大型扰动1、环流指数（西风指数）Rossby 把35°~55°之间的平均地转西风定义为西风指数，实际工作中把两个纬度带之间的平均位势高度差作为西风指数Ｉ。
高指数→西风强→纬向环流低指数→西风弱→经向环流2、指数循环西风环流的中期变化主要表现为高低指数交替循环的变化过程，称为指数循环。
3、西风带波动超长波：波长在一万公里以上，绕地球一圈可有1~3个波，生命史10天以上，属于中长期天气过程长波：也称罗斯贝波、行星波。
波长3000~10000公里，全纬圈约为3~7个波，振幅10~20个纬距，平均移速10个经距/日以下，有时很慢，呈准静止，甚至向西倒退短波：波长和振幅均较小，移动快，平均移速为10~20经度/日，生命史也短，多数仅出现在对流层的中下部，往往迭加在长波之上4、长波辨认方法①制作时间平均图 ②制作空间平均图③绘制平均高度廓线图 ④分析长波的结构和特性：长波的热力特征是冷槽暖脊5、波速公式假定大气运动是正压和水平无辐散的，流型具有正弦波形式且宽度很大，南北无变异。
2)2(πβL u C -=物理意义：相对涡度平流-V ·▽ζ的作用，使槽东进；地转涡度平流-βv 的作用，使槽西退； 波东进还是西退取决于-V ·▽ζ和-βv 相对重要性。
波速公式讨论：（1）西风强时移动快，波长短时移动快 （2）重叠在西风气流上的一切长波，传播速度都小于纬向风速6、长波调整广义的长波调整包括长波位置的变化和长波波数的变化，一般仅把长波波数的变化及长波的更替称为长波调整。
长波调整是与长波稳定相对立的概念，长波稳定时，大型环流很少变动。
预报长波调整应注意的几个方面：①长波本身的温压场结构特征及地形影响②不同纬度带内系统的相互影响③紧邻槽脊的相互影响7、上下游效应上游效应：上游某地区长波系统发生某种显著变化之后，接着就以相当快的速度影响下游系统也发生变化，叫上游效应。
夏季东亚副热带西风急流特征指数表征方法对比分析闫彩霞;金荣花【摘要】为了能够给科研工作者和业务技术人员合理使用各种东亚副热带西风急流表征方法提供科学依据,利用1960～2009年NCEP/NCAR再分析资料和中国714个基准站20时(北京时)降水观测资料,归纳总结了以往夏季东亚副热带西风急流客观定量表征方法,并以2005年6～8月为例,进行了表征方法的数值反演和性能分析,结果表明:表征位置指数的方法有轴线法、EOF分解法、区域风速差法.轴线法定义合理且有明确的物理意义,方法简单易行、意义清晰、表现直观,适用于逐日实时监测和诊断分析.EOF分解法与区域风速差法适用于气候评估和季节诊断;表征急流强度的方法有区域风速法及中心强度法,均适应于逐日实时监测与环流观测,且对华北地区及长江中下游雨量多寡有较好的指示意义,方法计算简便、意义清晰、指示性好.同时还指出,业务工作者和科研工作者实际应用时应根据需求合理选择指数或者对指数进行适当改进.%In order to provide scientific basis for investigators and operation departments to use a variety of methods to characterize East Asian subtropical westerly jet (EASWJ) reasonably. Using the reanalysis data during 1960~2009 from NCEP/NCAR and China 714 stations daily precipitation data(Beijing time), taking cases in 2005 for example, characteristic indexes of EASWJ are studied, retrieved numerically and compared based on summary of existing objective, quantitative EASWJ methods. The results show that: there are many methods to characterize the position index such as axis index method, EOF decomposition method and Regional wind speed difference method. The axis index method is defined reasonable, simple, and has clear physicalmeaning and intuitive performance. It applies to daily real-time monitoring and diagnostic analysis. EOF and Regional wind speed difference method apply to Climate Assessment and Seasonal diagnosis; there are two methods, Regional wind speed and the central intensity, to characterize the intensity index. They are fit to daily real-time monitoring and Circulation observation and have good meaning to Rainfall amount of the middle and lower reaches of the Yangtze River and North China. The methods are objective and quantificational, simple, clear meaning, and good indicative. At the same time, we point that based on what merits and demerits of these EASWJ indexes have, investigators and operation departments should apply EASWJ indexes better if they can select compatible one or improve and innovate a method according to there selves practice.【期刊名称】《成都信息工程学院学报》【年(卷),期】2012(027)003【总页数】7页(P285-291)【关键词】大气科学;天气气候;东亚副热带急流;特征指数【作者】闫彩霞;金荣花【作者单位】成都信息工程学院大气科学学院,四川成都610225;国家气象中心,北京100081【正文语种】中文【中图分类】P4420 引言在南、北半球副热带地区对流层上部各存在着一支强而窄的高速气流带,称之为副热带西风急流,其位置的南北移动以及强度的异常可以引起大范围的环流异常,进而导致中国乃至东亚地区天气气候异常,与东亚大气环流的季节转换、亚洲夏季风的爆发、中国东部地区夏季降水等有着密切的联系[1-8]。
因此,东亚副热带西风急流监测与分析在预报预测中至关重要。
在中国的预测预报业务中,建立了东亚夏季风、西太平洋副热带高压以及欧亚阻塞高压等重要大型环流系统的监测指标[9],但是,过去受高空资料质量和数值模式性能的限制,对东亚副热带急流及其物理机制的认识还比较局限,尚未能建立东亚副热带急流监测指标。
近些年,随着大气科学研究向三维结构更深入更细致方向发展,东亚副热带急流已经成为普遍关注的重要系统,为实时获取系统的、规范的东亚副热带急流的长序列资料,满足业务监测和科学研究的需要,建立东亚副热带急流的监测指标是目前迫切需要解决的问题。
以客观、定量和自动方式实现对东亚副热带急流的监测,首先要研究东亚副热带急流各种特征参数的表征方法。
以往研究工作中,提出了很多表征副热带急流的方法[10-20],但是,研究的目的和分析的角度不同,所构造的方法各不相同,应用于业务存在局限性。
因此有必要对以往东亚副热带西风急流客观定量表征方法进行系统分析和客观评价,并通过分析指出以往各种客观定量化表征西风急流的方法的优点与适用范围,以期为科研工作者和业务技术人员合理应用东亚副热带急流指数提供参考,论文通过总结归纳以往研究工作中的东亚副热带急流特征参数表征方法,基于各种方法的性能分析结果,结合东亚副热带急流特征及其对中国降水的影响,对比分析东亚副热带急流特征参数表征方法的优缺点,为实现对东亚副热带急流的客观实时监测和诊断分析提供参考和依据。
1 资料与个例说明分析所使用资料为NCEP/NCAR逐日再分析等压面资料,要素为200hPa水平纬向风和水平经向风,水平分辨率为2.5°×2.5°,序列长度为1960～2009年。
国家气象信息中心提供中国714站20时(北京时)日降水量资料,文中采用Cressman方法将降水量插值到1°×1°网格,序列长度为1960～2009年。
为了便于比较,在对各种东亚副热带急流客观定量表征方法进行数值反演时,研究时间统一定为夏季6～8月,2005年降雨量接近常年同期或偏多,西风急流北跳时间显著,对雨带推移有较大影响[21]。
2005年天气实况分析表明中国东部地区三次降水带北进较为显著,因此选择2005年作为逐日演变分析个例,季节尺度年际变化分析序列统一为1960～2009年。
以往研究工作中提出了很多客观定量表征东亚副热带急流的方法,按照其功能划分主要有位置、强度两类特征参数。
下面对原作者的方法逐一介绍,并进行反演和性能分析。
2 位置参数位置参数是用以描述副热带西风急流位置移动的参数,其演变主要反映在急流位置南北移动变化上,以往客观定量表征方法归纳为3种。
2.1 轴线法况雪源等[10]采用200hPa等压面上(70°E～120°E,30°N～50°N)区域内最大西风所在纬度的平均值表示东亚副热带急流的位置,用参数 A1表示。
黄安丽等[11]采用动力学方法分析对流层高、低空急流耦合作用时,确定以105°E～145°E,45°N 以南作为统计区,300hPa等压面上风速值大于30m·s-1的地区作为高空急流区,用高空急流区风速最大值位置表示东亚副热带急流的位置,用参数 A2表示。
如图1所示采用急流轴线方法,计算了2005年6～8月急流位置变化(图2)及指数与同期东部地区夏季主要降水中心位置(100°E～130°E)的关系,对比结果,A1方法采用了更符合经典的东亚副热带急流定义的200hPa等压面资料,能够准确描述夏季急流位置的南北变化。
指数与中心雨带位置相关系数达0.52,能较好地反映急流对雨带南北移动的影响,定义合理且有明确的物理意义,方法简单易行、意义清晰、表现直观,适用于逐日实时监测和诊断分析。
但是,由于采用统计区内各经度上最大西风的位置平均来表征急流轴位置,对于南北两支西风急流并存并且北支强于南支情况,对于盛夏(春季)急流轴北抬(南落)至统计区以北(以南)的情形,如2005年7月19日,该参数无法捕捉到真实信息。
A2指数变化趋势跟雨带位置移动具有较好的一致性,五点滑动平均后相关系数达0.56,呈现显著的相关,方法简单易行、意义清晰,对中国东部地区降水位置的南北移动具有较好的指示意义。
但是此方法采用的副热带西风急流为300hPa层面上,与经典高空急流定义不相符合。
由于海陆分布不均及青藏高原的影响,急流轴的季节变化具有东西向的不一致性[10]。
两种定义所选择的急流轴关键区不同,A1方法确定的关键区主要位于中国中西部,A2方法选择区域侧重于中国东部地区(江淮地区),2个指数相同点在于对急流表示本质上都采用急流最大风速代表的轴线表示。
图1 轴线法表征的东亚副热带西风急流轴位置参数与同期中国东部降水带位置演变(参数A1、A2,多年平均位置以及降水中心位置逐日演变,单位:纬度)图2 2005年7月19日200hPa纬向风等值线(单位:m·s-1)2.2 EOF分解法刘飞等[12]对1958～2000年43年东亚地区夏季200hPa纬向风场进行了EOF 分解,第一特征向量反映西风急流绕夏季平均急流轴的南北变动,因此定义第一模态对应的标准化时间系数为东亚夏季副热带急流位置参数。
