（气象学专业论文）夏季东亚高空急流与天气尺度波动的气候特征之间的联系.pdf

夏季东亚高空急流与天气尺度波动的气候特征 之间的联系 摘要 本文利用n c e p / n c a r 逐日 资料 ( 1 9 7 9 -2 0 0 3 年) ， 分析了东亚夏季高空急流 和天气尺度波动气候特征之间的联系。 通过分析急流与天气尺度波动活动量q ( 用 于描述某一时间段内 天气尺度波动活动强弱程度) 、热量涡动输送 ( v t )的关 系，发现:在气候平均意义下，天气尺度波动活动量在 6 . 8月份较大，这意味 着在这两个月中， 天气尺度波动较为剧烈。 这和急流的 强度变化是相对应的， 即， 强的 天气尺度波动活动量对应着强的急流， 弱的天气尺度波动活动量对应着弱的 急流。热量涡动输送也表现出与天气尺度波动活动量类似的特征。 年际变化上， 夏季平均和6 ,7 , 8 各月平均的热量涡动输送和急流强度都存在显著的正相关。 对强、 弱的急流年份条件下热量涡动输送合成分析的结果表明， 热量涡动输送偏 南时， 对应着强的急流， 热量涡动输送偏北时， 对应着弱的急流。以 上的 研究结 果都表明了在气候平均意义和年际变化上夏季东亚高空急流和天气尺度波动之 间有着密切的联系。 关键词: 夏季东亚高空急流:天气尺度波动;热量涡动输送 t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e e a s t a s i a n u p - t r o p o p h e r i c j e t s t r e a m i n s u mme r a n d c l i ma t i c ch a r a c t e r s o f s y n o p t i c - s c a l e d i s t u r b a n c e w u w e ij i e ( me t e o r o l o gy m a j o r ) d i r e c t e d b y p r o f . h e j i n h a i a n d p r o f . l u r i y u a b s t r a c t u s i n g t h e n c e p / n c a r d a i l y d a t a ( 1 9 7 9 - 2 0 0 3 ) , t h e re l a t i o n s h ip b e t w e e n t h e e a s t a s i a n u p - tr o p o s p h e r i c j e t s tr e a m i n s u m m e r a n d c l i m a t i c c h a r a c t e r s o f s y n o p t i c - s c a l e d i s t u r b a n c e i s a n a l y z e d . w e e x a m i n e d t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e j e t s tr e a m a n d a c t i v i ty o f s y n o p t i c - s c a l e d i s t u r b a n c e q , w h i c h d e p i c t s in t e r s 勿 o f s y n o p t i c - s c a l e d i s t u r b a n c e i n a p e r i o d o f t i m e , a n d t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e j e t s tr e a m a n d tr a n s i e n t e d d y h e a t fl u x . t h e r e s u lt s s h o w t h a t i n t h e c l i m a t o l o g i c a l s e n s e , a c t i v i ty o f s y n o p t i c - s c a l e d i s t u r b a n c e i s m u c h s tr o n g e r i n j u n e a n d a u g u s t , w h i c h i s c o rr e s p o n d i n g w i t h t h e v a r i a t i o n o f j e t s t r e a m . s tr o n g e r a c t i v i t y o f s y n o p t i c - s c a l e d i s t u r b a n c e i s a s s o c i a t e d w i t h s t ro n g e r j e t s tr e a m , a n d v i c e v e r s a . t h e t r a n s i e n t e d d y h e a t fl u x s h o w s i m i l a r f e a t u r e s o f a c t i v i t y o f s y n o p t i c - s c a l e d i s t u r b a n c e . o n t h e in t e r a n n u a l t i m e s c a l e , t h e r e e x i s t s s i g n i fi c a n t p o s i t i v e c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e t r a n s i e n t h e a t fl u x a n d t h e s tr e n g t h o f j e t s tr e a m i n s u m m e r ( j j a m e a n ) , j u n e , j u l y , a u g u s t , r e s p e c t iv e l y . c o m p o s it e a n a ly s i s s h o w s t h a t c o r re s p o n d i n g t o s o u t h w a r d d i s p l a c e m e nt o f tr a n s i e n t e d d y h e a t fl u x , t h e s t r e n g t h o f j e t s tr e a m i s s t ro n g e r a n d v i c e v e r s a . a ll r e s u lt s s h o w t h a t c l i m a t o l o g i c a l ly a n d o n t h e in t e r a n n u a l t im e s c a l e , t h e e a s t a s i a n u p - tr o p o p h e r i c j e t s t r e a m in s u m m e r a n d c l i m a t i c c h a r a c t e r s o f s y n o p t i c - s c a l e d is t u r b a n c e a r e c l o s e l y c o n n e c t e d . k e y w o r d s : e a s t a s i a n u p - tr o p o p h e r i c j e t s t r e a m ; s y n o p t i c - s c a l e d i s t u r b a n c e ; t r a n s i e n t e d d y h e a t 们 u x 学位论文独创性声明 本人郑重声明: 1 、坚持以 “ 求实、创新”的科学精神从事研究工作。 z 、 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实 的。 4 、 本论文中除引文和致谢的内容外， 不包含其他人或其它机 构已经发表或撰写过的研究成果。 5 、 其他同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了声明并表 示 了谢意 。 作者签名: 日期: 学位论文使用授权声明 本人完全 了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文 的规 定， 学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文 的电子版和纸质版; 有权将学位论文用于非衰利目的的少量复制并允 许论文进入学校图书馆被查阅; 有权将学位论文的内容编入有关数据 库进行检索: 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。 保密的学位论 文在解密后适用本规定。 作者签名: 日期 :知例 匕笋 第一章绪论 1 . 1引言 1 9 4 7年芝加哥 大学的 气象学家第一次认识到急流是大 气环流的一个重要部 分。 从那时起就有很多关于急流的研究和观测， 发现对流层中有三条主要的急流， 它们分别是: 极地西风急流、副热带西风急流和热带东风急流。 在本文中我们研 究的是副热带的高空西风急流， 它是中纬度大气对流层上层的一个显著特征， 其 中东亚高空西风急流作为亚洲季风系统的一部分， 在不同的时间尺度和空间尺度 上对亚洲天气和气候都有着重要的影响。 急流的概念产生之后， 很多天气过程能得到较为合理的解释。 急流无论对正 压发展或斜压发展都是其主要能源区，同时它们又是对流层与平流层之间动量、 热量交换的中间纽带，因 此急流在天气动力学中 有着很重要的地位。 1 . 2关于急流的研究进展 急流在不同的季节， 变化是很明显的。 在冬季， 1 0 月中旬以 后东亚的高空西 风急流分为南北两支， 且强度逐渐达到全年最强程度. 整个中国大陆都处在西风 环流的控制之下。春季，南支西风急流于3 月到6 月先后发生两次显著的减弱， 位置也向北移动约5 个纬距。北支西风急流的强度和位置均少变化。西风带槽、 脊的平均位置也没有太大的变化， 但强度有所减弱。 夏季， 南支急流消失， 和北 支急流合并成一支急流，位于 4 0 0 n附近。冬季我国天气过程是以西风带急流操 纵为特色，比 较单一稳定。 而夏季同时受东、 西风带控制。 过去的研究表明， 急 流和许多天气尺度现象都有密切的联系，诸如寒潮、 气旋、锋面、阻塞高压、风 暴轴等。 1 . 2 . 1急流和寒潮、锋面等的关系 在冬季风盛行期间， 不断有寒潮的爆发。 寒潮爆发时， 高空波动和高空急流 第一章绪论 1 . 1引言 1 9 4 7年芝加哥 大学的 气象学家第一次认识到急流是大 气环流的一个重要部 分。 从那时起就有很多关于急流的研究和观测， 发现对流层中有三条主要的急流， 它们分别是: 极地西风急流、副热带西风急流和热带东风急流。 在本文中我们研 究的是副热带的高空西风急流， 它是中纬度大气对流层上层的一个显著特征， 其 中东亚高空西风急流作为亚洲季风系统的一部分， 在不同的时间尺度和空间尺度 上对亚洲天气和气候都有着重要的影响。 急流的概念产生之后， 很多天气过程能得到较为合理的解释。 急流无论对正 压发展或斜压发展都是其主要能源区，同时它们又是对流层与平流层之间动量、 热量交换的中间纽带，因 此急流在天气动力学中 有着很重要的地位。 1 . 2关于急流的研究进展 急流在不同的季节， 变化是很明显的。 在冬季， 1 0 月中旬以 后东亚的高空西 风急流分为南北两支， 且强度逐渐达到全年最强程度. 整个中国大陆都处在西风 环流的控制之下。春季，南支西风急流于3 月到6 月先后发生两次显著的减弱， 位置也向北移动约5 个纬距。北支西风急流的强度和位置均少变化。西风带槽、 脊的平均位置也没有太大的变化， 但强度有所减弱。 夏季， 南支急流消失， 和北 支急流合并成一支急流，位于 4 0 0 n附近。冬季我国天气过程是以西风带急流操 纵为特色，比 较单一稳定。 而夏季同时受东、 西风带控制。 过去的研究表明， 急 流和许多天气尺度现象都有密切的联系，诸如寒潮、 气旋、锋面、阻塞高压、风 暴轴等。 1 . 2 . 1急流和寒潮、锋面等的关系 在冬季风盛行期间， 不断有寒潮的爆发。 寒潮爆发时， 高空波动和高空急流 存在着明 显的相互作用， 并引起能量的转换。 这种转换直接影响到东亚急流的强 弱和维持， 通过高空波动的动量通量和热量通量的辐合使急流加速， 反过来， 强 而持久维持的高空急流， 会导致东亚地区出 现较大的降水。 高空急流的 加速还有 利于大气低层锋生， 高空波动的动量和热量通量在急流区的辐合促使了高空急流 的 加速， 并引起急流入口 区上下层之间的 质量调整， 在急流轴高度下出 现一个反 环流， 反环流的上升支同其下原有的弱锋前的 上滑爬升气流发生藕合， 造成上滑 气流加强，低层锋面坡度变陡，冷暖对比明显，从而引发大气的低层锋生。 夸 1 . 2 . 2急流和梅雨的关系 在我国， 东亚高空急流位置的南北移动和强度变化与梅雨带之间 存在密切的 联系。 整个梅雨时期，急流基本稳定在3 2 . 5 n 到3 7 . 5 n 之间， 间有摆动。 在典 型的涝年中，西风急流偏南，冷空气在梅雨期间南下频繁， 往往造成暴雨过程， 因此梅量偏多， 梅期偏长。 梅雨前期急流偏南， 维 持在3 2 . 5 0 n( 或3 7 . 5 0 n ) ， 梅 雨 后期北移至4 2 . 5 n( 或4 7 . 5 0 n )的 情况下， 梅量属于正常偏多， 梅长均在平 均梅期至上。 入梅后， 西风急流已经移动到4 2 . 5 0 n 到4 7 . 5 0 n 之间的， 常为枯梅， 西风急流在入梅前过早北跳到4 2 . 5 n 或以 北地区， 往往造成冷暖空 气在江淮地 区不遇的局面， 其最终结果就是造成梅雨量少， 梅期短。 陶诗言指出 东亚梅雨的 开始、结束和6 月、7 月急流的两次北跳过程密切相 关， 梅雨期的开始发生在西风急流向北突然推进的时期， 梅雨的结束发生在日 本 上空西风急流消失并且太平洋副热带高压脊线向北推进至北纬 3 0 0 n以北的时 期， 这种大气环流的季节变化在年与年之间存在一定的差别， 但是变化的型式是 一致的。此外，叶笃正指出，西风急流的北跃和南移的过程和6月、1 0月亚洲 的 季节转变有着很紧密的联系， 在6 月份大气环流变化的特点表现在东西风带的 突然向北推移，1 0月份高空的流型又发生一次大的变化，表现为东西风带的突 然向南移动。 存在着明 显的相互作用， 并引起能量的转换。 这种转换直接影响到东亚急流的强 弱和维持， 通过高空波动的动量通量和热量通量的辐合使急流加速， 反过来， 强 而持久维持的高空急流， 会导致东亚地区出 现较大的降水。 高空急流的 加速还有 利于大气低层锋生， 高空波动的动量和热量通量在急流区的辐合促使了高空急流 的 加速， 并引起急流入口 区上下层之间的 质量调整， 在急流轴高度下出 现一个反 环流， 反环流的上升支同其下原有的弱锋前的 上滑爬升气流发生藕合， 造成上滑 气流加强，低层锋面坡度变陡，冷暖对比明显，从而引发大气的低层锋生。 夸 1 . 2 . 2急流和梅雨的关系 在我国， 东亚高空急流位置的南北移动和强度变化与梅雨带之间 存在密切的 联系。 整个梅雨时期，急流基本稳定在3 2 . 5 n 到3 7 . 5 n 之间， 间有摆动。 在典 型的涝年中，西风急流偏南，冷空气在梅雨期间南下频繁， 往往造成暴雨过程， 因此梅量偏多， 梅期偏长。 梅雨前期急流偏南， 维 持在3 2 . 5 0 n( 或3 7 . 5 0 n ) ， 梅 雨 后期北移至4 2 . 5 n( 或4 7 . 5 0 n )的 情况下， 梅量属于正常偏多， 梅长均在平 均梅期至上。 入梅后， 西风急流已经移动到4 2 . 5 0 n 到4 7 . 5 0 n 之间的， 常为枯梅， 西风急流在入梅前过早北跳到4 2 . 5 n 或以 北地区， 往往造成冷暖空 气在江淮地 区不遇的局面， 其最终结果就是造成梅雨量少， 梅期短。 陶诗言指出 东亚梅雨的 开始、结束和6 月、7 月急流的两次北跳过程密切相 关， 梅雨期的开始发生在西风急流向北突然推进的时期， 梅雨的结束发生在日 本 上空西风急流消失并且太平洋副热带高压脊线向北推进至北纬 3 0 0 n以北的时 期， 这种大气环流的季节变化在年与年之间存在一定的差别， 但是变化的型式是 一致的。此外，叶笃正指出，西风急流的北跃和南移的过程和6月、1 0月亚洲 的 季节转变有着很紧密的联系， 在6 月份大气环流变化的特点表现在东西风带的 突然向北推移，1 0月份高空的流型又发生一次大的变化，表现为东西风带的突 然向南移动。 1 . 2 . 3急流和阻塞高压的关系 我们知道阻塞高压的 建立和西风急流的分支是两个密不可分的现象。 在阻塞 高压区域内， 西风急流的 主流显著的减弱， 同时急流自 高压的西侧分为南北两支， 绕过高压后再会合起来， 其分支点和会合点之间的范围一般大于4 0 到5 0 个经度。 通过高频波的强迫作用使得时间平均纬向 流在急流分支处呈减弱的趋势。 高频波 对时间平均流的经向 流强迫作用更加明 显， 这种强迫使得急流在阻塞高压的上游 产生分支， 而在下游产生南北分支气流的汇合。 没有阻高建立在先， 从而造成急 流分支的前后关系。 妇. 2 . 4急流和东亚季风的联系 高空急流变化作为一种中纬度的扰动，是东亚季风系统中的一个重要成员。 通过对东亚季风系统经向联系的研究，陆日 宇指出:急流强度、 位置的经向偏移 和东亚夏季雨带异常活动有密切的联系， 急流作为一个桥梁可能可以将菲律宾海 上空的对流活动和东亚夏季气候异常联系起来。 菲律宾 海上空的 对流和东亚急流 之间的联系在6 月份弱， 但在 7 月份和 8 月份强。2 0 0 h p a 纬向 风场在菲律宾海 上空强、弱对流时期是有差异的， 其在 7 , 8 月份表现出 类似的分布，在 7 月 份 强对流时期对应削弱的急流， 但在8 月份是对应强的急流。 另外， 急流的强度和 东亚对流活动在 7 、8 月份有着不同关系，菲律宾海上空的对流和东亚急流之间 的关系加强了菲律宾海和东亚雨带之间在对流活动中的跷跷板的模态， 异常的菲 律宾海上空的对流对东亚降水的驱动是通过改变副热带环流的低层和东亚高层 环流， 特别是东亚急流的经向偏移和强度来影响的。 在另一方面， 东亚急流在7 , 8 月 份增强的菲律宾海对流期间有向 极地方向的偏移， 且在夏季的每个月份中急 流的向极地方向的偏移和沿东亚雨带的对流异常呈负相关。 互 1 . 2 . 5影响急流的因子 影响急流的因子是多样的。b o l i n ( 1 9 5 0 )等人的研究表明:山地和海陆热 1 . 2 . 3急流和阻塞高压的关系 我们知道阻塞高压的 建立和西风急流的分支是两个密不可分的现象。 在阻塞 高压区域内， 西风急流的 主流显著的减弱， 同时急流自 高压的西侧分为南北两支， 绕过高压后再会合起来， 其分支点和会合点之间的范围一般大于4 0 到5 0 个经度。 通过高频波的强迫作用使得时间平均纬向 流在急流分支处呈减弱的趋势。 高频波 对时间平均流的经向 流强迫作用更加明 显， 这种强迫使得急流在阻塞高压的上游 产生分支， 而在下游产生南北分支气流的汇合。 没有阻高建立在先， 从而造成急 流分支的前后关系。 妇. 2 . 4急流和东亚季风的联系 高空急流变化作为一种中纬度的扰动，是东亚季风系统中的一个重要成员。 通过对东亚季风系统经向联系的研究，陆日 宇指出:急流强度、 位置的经向偏移 和东亚夏季雨带异常活动有密切的联系， 急流作为一个桥梁可能可以将菲律宾海 上空的对流活动和东亚夏季气候异常联系起来。 菲律宾 海上空的 对流和东亚急流 之间的联系在6 月份弱， 但在 7 月份和 8 月份强。2 0 0 h p a 纬向 风场在菲律宾海 上空强、弱对流时期是有差异的， 其在 7 , 8 月份表现出 类似的分布，在 7 月 份 强对流时期对应削弱的急流， 但在8 月份是对应强的急流。 另外， 急流的强度和 东亚对流活动在 7 、8 月份有着不同关系，菲律宾海上空的对流和东亚急流之间 的关系加强了菲律宾海和东亚雨带之间在对流活动中的跷跷板的模态， 异常的菲 律宾海上空的对流对东亚降水的驱动是通过改变副热带环流的低层和东亚高层 环流， 特别是东亚急流的经向偏移和强度来影响的。 在另一方面， 东亚急流在7 , 8 月 份增强的菲律宾海对流期间有向 极地方向的偏移， 且在夏季的每个月份中急 流的向极地方向的偏移和沿东亚雨带的对流异常呈负相关。 互 1 . 2 . 5影响急流的因子 影响急流的因子是多样的。b o l i n ( 1 9 5 0 )等人的研究表明:山地和海陆热 力差异被认为是东亚急流强度重要的 基本强迫。 其他的 研究也表明了东亚急流强 度和地表强迫存在一定的联系。 有研究显示东亚急流的变化和哈得来环流是相联系的。 东亚急流是由 哈得来 环流的上层支携带低层大气在东风带中获得的地球角动量来维持的。 其风向 和地 理位置相对来说是比较稳定。在北半球的冬季副热带西风急流位于2 0 0 到3 0 0 n , 如此稳定的形势与哈得来环流位置和强度相当稳定有关。 各个季节之间急流的强 度和位置也跟着哈得来环流的强度和位置变化而变化， 冬季强度强， 夏季弱。 夏 季位置向 北移动 巧个纬距左右，急流轴基本上呈东西向。副热带西风急流的 最 大风速出现在急流的波峰上。 急流和热带地区的非绝热加热之间有密切联系， 特别是在海洋大陆和西太平 洋地区。 k . m l a u ( 1 9 8 7 )等的研究表明，海洋上的 对流和冬季东亚急流的年际 变化有着密切的联系。 强的东亚急流响应增强的海洋上的 对流， 弱的东亚急流响 应减弱的海洋上的对流。 海洋上的对流和东亚急流的联系是通过局地东亚哈得来 环流实现的。 董敏等在对夏季急流的研究中发现， 西风急流的形成、维持及强度和位置 的变化与热带地区的对流活动所产生的 加热作用有密切的关系，2 0 0 h p a西风急 流中心位置随着热带对流加热场的 季节变化由冬到夏呈自 东南向西北方向移动， 而冬到夏二者则又有一致的反向移动过程。 西风急流及与它联系的东亚副热带的 西风强度的年际变化也与急流南边热带地区的对流加热活动的强弱有紧密的联 系. 在北太平洋中部上的旋转风部分的异常以 及在北美和大西洋地区上的p n a 型 波列也和东亚急流的波动有关。 东亚急流在此作为波导或是能量来源， 扮演着一 个重要的角色。 互 1 . 2 . 6副热带西风急流的结构 研究表明， 急流为呈一个三波结构。 纬向准定 常波传播， 波在南北方向上有 位移， 这种移动表现在美洲一 大西洋上比 在非洲和亚洲要来的 显著。 在海洋区域， 力差异被认为是东亚急流强度重要的 基本强迫。 其他的 研究也表明了东亚急流强 度和地表强迫存在一定的联系。 有研究显示东亚急流的变化和哈得来环流是相联系的。 东亚急流是由 哈得来 环流的上层支携带低层大气在东风带中获得的地球角动量来维持的。 其风向 和地 理位置相对来说是比较稳定。在北半球的冬季副热带西风急流位于2 0 0 到3 0 0 n , 如此稳定的形势与哈得来环流位置和强度相当稳定有关。 各个季节之间急流的强 度和位置也跟着哈得来环流的强度和位置变化而变化， 冬季强度强， 夏季弱。 夏 季位置向 北移动 巧个纬距左右，急流轴基本上呈东西向。副热带西风急流的 最 大风速出现在急流的波峰上。 急流和热带地区的非绝热加热之间有密切联系， 特别是在海洋大陆和西太平 洋地区。 k . m l a u ( 1 9 8 7 )等的研究表明，海洋上的 对流和冬季东亚急流的年际 变化有着密切的联系。 强的东亚急流响应增强的海洋上的 对流， 弱的东亚急流响 应减弱的海洋上的对流。 海洋上的对流和东亚急流的联系是通过局地东亚哈得来 环流实现的。 董敏等在对夏季急流的研究中发现， 西风急流的形成、维持及强度和位置 的变化与热带地区的对流活动所产生的 加热作用有密切的关系，2 0 0 h p a西风急 流中心位置随着热带对流加热场的 季节变化由冬到夏呈自 东南向西北方向移动， 而冬到夏二者则又有一致的反向移动过程。 西风急流及与它联系的东亚副热带的 西风强度的年际变化也与急流南边热带地区的对流加热活动的强弱有紧密的联 系. 在北太平洋中部上的旋转风部分的异常以 及在北美和大西洋地区上的p n a 型 波列也和东亚急流的波动有关。 东亚急流在此作为波导或是能量来源， 扮演着一 个重要的角色。 互 1 . 2 . 6副热带西风急流的结构 研究表明， 急流为呈一个三波结构。 纬向准定 常波传播， 波在南北方向上有 位移， 这种移动表现在美洲一 大西洋上比 在非洲和亚洲要来的 显著。 在海洋区域， 波的脊线处在靠近大陆东岸， 槽位于海洋的东部地区。 第三个波从非洲延伸到亚 洲中南部。2 0 0 h p a最大风速位于脊上，最小风速位于槽上。在急流核的速度和 方向 上，没有大的日 变化。急流轴在经向上每日 有轻微的变化， 2 月份的急流轴 是最稳定的。 急流核的垂直风速结构可以归结为三种:对称型，这种类型通常出现在 5 0 0 h p a和高度发展的斜压相关联的区域;非对称型，这种类型通常在急流的高 压一面观察到; 急剧尖峰型， 这种类型通常在副热带急流的向极伸展一侧观察到。 1 . 2 . 7急流的年际变化 年际变化上， 过去研究的重点基本都集中在冬季的高空急流。 近来的研究表 明冬季东亚高空急流和亚洲一 太平洋一美洲气候之间存在联系: 强的急流和包括 亚洲大陆高压、 东亚大槽、 阿留申低压和北美西部的脊在内的许多大气环流系统 有关，当急流强的时候， 亚洲冬季风加强，且亚洲盛行冷而干燥的天气， 并且加 强的对流出 现在赤道亚洲一澳大利亚地区; 同时， 美洲西部出 现暖而干燥的环境， 其东部为冷而更加干燥的环境。另外， 和e n s o的影响相比，东亚高空急流和东 亚以及副热带北太平洋的强气候信号联系更为显著。 例如， 东亚冬季风环流和东 亚急流的相关系数为 0 . 6 7 ， 而与南方涛动指数 ( s o d 的关系仅为一0 . 3 2 。 研究 同时指出，强的东亚急流和副热带北太平洋海表温度 ( s s t )的减弱有着显著的 关系， 在强 弱)的急流出 现之前， 大 ( 小)的 海表温度经向 温度梯度已经出现 在副热带到热带的北太平洋的西部。 互 1 . 3本文的研究目的和内容 急流对亚洲天气以 及对气候的影响己 经有许多的 研究， 对气候的影响也有了 一些研究，但对于气候意义下， 夏季急流和天气尺度波动之间的研究基本没有。 也就是说，急流和某一段较长时间里的 天气尺度波动特征之间的关系还不清楚。 过去对于天气尺度的急流研究多局限在个例研究， 急流和气候之间的 研究又不涉 及天气尺度波动。 天气尺度波动在热带外地区是比 较强的， 特别在急流附近，由 波的脊线处在靠近大陆东岸， 槽位于海洋的东部地区。 第三个波从非洲延伸到亚 洲中南部。2 0 0 h p a最大风速位于脊上，最小风速位于槽上。在急流核的速度和 方向 上，没有大的日 变化。急流轴在经向上每日 有轻微的变化， 2 月份的急流轴 是最稳定的。 急流核的垂直风速结构可以归结为三种:对称型，这种类型通常出现在 5 0 0 h p a和高度发展的斜压相关联的区域;非对称型，这种类型通常在急流的高 压一面观察到; 急剧尖峰型， 这种类型通常在副热带急流的向极伸展一侧观察到。 1 . 2 . 7急流的年际变化 年际变化上， 过去研究的重点基本都集中在冬季的高空急流。 近来的研究表 明冬季东亚高空急流和亚洲一 太平洋一美洲气候之间存在联系: 强的急流和包括 亚洲大陆高压、 东亚大槽、 阿留申低压和北美西部的脊在内的许多大气环流系统 有关，当急流强的时候， 亚洲冬季风加强，且亚洲盛行冷而干燥的天气， 并且加 强的对流出 现在赤道亚洲一澳大利亚地区; 同时， 美洲西部出 现暖而干燥的环境， 其东部为冷而更加干燥的环境。另外， 和e n s o的影响相比，东亚高空急流和东 亚以及副热带北太平洋的强气候信号联系更为显著。 例如， 东亚冬季风环流和东 亚急流的相关系数为 0 . 6 7 ， 而与南方涛动指数 ( s o d 的关系仅为一0 . 3 2 。 研究 同时指出，强的东亚急流和副热带北太平洋海表温度 ( s s t )的减弱有着显著的 关系， 在强 弱)的急流出 现之前， 大 ( 小)的 海表温度经向 温度梯度已经出现 在副热带到热带的北太平洋的西部。 互 1 . 3本文的研究目的和内容 急流对亚洲天气以 及对气候的影响己 经有许多的 研究， 对气候的影响也有了 一些研究，但对于气候意义下， 夏季急流和天气尺度波动之间的研究基本没有。 也就是说，急流和某一段较长时间里的 天气尺度波动特征之间的关系还不清楚。 过去对于天气尺度的急流研究多局限在个例研究， 急流和气候之间的 研究又不涉 及天气尺度波动。 天气尺度波动在热带外地区是比 较强的， 特别在急流附近，由 波的脊线处在靠近大陆东岸， 槽位于海洋的东部地区。 第三个波从非洲延伸到亚 洲中南部。2 0 0 h p a最大风速位于脊上，最小风速位于槽上。在急流核的速度和 方向 上，没有大的日 变化。急流轴在经向上每日 有轻微的变化， 2 月份的急流轴 是最稳定的。 急流核的垂直风速结构可以归结为三种:对称型，这种类型通常出现在 5 0 0 h p a和高度发展的斜压相关联的区域;非对称型，这种类型通常在急流的高 压一面观察到; 急剧尖峰型， 这种类型通常在副热带急流的向极伸展一侧观察到。 1 . 2 . 7急流的年际变化 年际变化上， 过去研究的重点基本都集中在冬季的高空急流。 近来的研究表 明冬季东亚高空急流和亚洲一 太平洋一美洲气候之间存在联系: 强的急流和包括 亚洲大陆高压、 东亚大槽、 阿留申低压和北美西部的脊在内的许多大气环流系统 有关，当急流强的时候， 亚洲冬季风加强，且亚洲盛行冷而干燥的天气， 并且加 强的对流出 现在赤道亚洲一澳大利亚地区; 同时， 美洲西部出 现暖而干燥的环境， 其东部为冷而更加干燥的环境。另外， 和e n s o的影响相比，东亚高空急流和东 亚以及副热带北太平洋的强气候信号联系更为显著。 例如， 东亚冬季风环流和东 亚急流的相关系数为 0 . 6 7 ， 而与南方涛动指数 ( s o d 的关系仅为一0 . 3 2 。 研究 同时指出，强的东亚急流和副热带北太平洋海表温度 ( s s t )的减弱有着显著的 关系， 在强 弱)的急流出 现之前， 大 ( 小)的 海表温度经向 温度梯度已经出现 在副热带到热带的北太平洋的西部。 互 1 . 3本文的研究目的和内容 急流对亚洲天气以 及对气候的影响己 经有许多的 研究， 对气候的影响也有了 一些研究，但对于气候意义下， 夏季急流和天气尺度波动之间的研究基本没有。 也就是说，急流和某一段较长时间里的 天气尺度波动特征之间的关系还不清楚。 过去对于天气尺度的急流研究多局限在个例研究， 急流和气候之间的 研究又不涉 及天气尺度波动。 天气尺度波动在热带外地区是比 较强的， 特别在急流附近，由 于急流不稳定的 关系， 天气尺度的波动可能更加活跃， 因此其作用往往是不可忽 略的。 本文首先定义了一个天气尺度波动活动量， 用于描述某一较长时间段里天 气尺度活动的强弱程度， 并利用天气尺度波动活动量和热量涡动输送， 对天气尺 度波动的气候特征和急流的关系进行探讨。 第二章讨论的是多年平均意义下急流 和天气尺度波动的特征。第三章是分析2 0 0 3 年的 情况。第四章是结论。 1 . 4本文使用资料和分析方法 采用n c e p / n c a r 再分析数据中等压面上逐日 位势高度场、 水平速度场、 温度 场资料，垂直方向 共计1 7 层等压面，它们分别是1 0 0 0 , 9 2 5 , 8 5 0 , 7 0 0 , 6 0 0 , 5 0 0 , 4 0 0 , 3 0 0 , 2 5 0 , 2 0 0 , 1 5 0 , 1 0 0 , 7 0 , 5 0 , 3 0 , 2 0 , 1 0 h p a ;水平方向上， 网格间距为2 . 5 0 x2 . 5 0;时间从 1 9 7 9 -2 0 0 3 年， 每年选取的时段是6 月 1 日 一 8 月3 1 日 ， 代表夏季。 为了描述天气尺度波动的气候变化特征， 以及这种变化和急流的联系， 在此 我们引入活动量的概念， 其表达式如下: t + t o q ( x , y , ) = 艺1s ( x , y , t ) i t = t - t o 这个量可以 看成是某一时间 段内 天气尺 度波动的 强弱 程度， 其中s ( x , y , t ) 代表 5 0 0 h p a 位势高度场的高频波 ( 2 . 5 - 6 d ) 部分，使用的滤波器如下: c n ,m ti ) a o c ，二 ( ti ) + z a , l c , ,m ( ti+ p ) + c n ，二 ( ti- p ) l p = 1 s ( x , y , t ) 中 的t , x 和y 分 别代 表时间 、 经 度和纬 度。 本文t o 取2 ，即q 表 征5 天内 天 气尺度波动的强 弱程度。 之所以 取5 天， 是因为一方面可以 最大程度 上保存天气尺度波动强度的气候变化特征， 另一方面可以 基本消除天气尺度变化 所带来的影响。 于急流不稳定的 关系， 天气尺度的波动可能更加活跃， 因此其作用往往是不可忽 略的。 本文首先定义了一个天气尺度波动活动量， 用于描述某一较长时间段里天 气尺度活动的强弱程度， 并利用天气尺度波动活动量和热量涡动输送， 对天气尺 度波动的气候特征和急流的关系进行探讨。 第二章讨论的是多年平均意义下急流 和天气尺度波动的特征。第三章是分析2 0 0 3 年的 情况。第四章是结论。 1 . 4本文使用资料和分析方法 采用n c e p / n c a r 再分析数据中等压面上逐日 位势高度场、 水平速度场、 温度 场资料，垂直方向 共计1 7 层等压面，它们分别是1 0 0 0 , 9 2 5 , 8 5 0 , 7 0 0 , 6 0 0 , 5 0 0 , 4 0 0 , 3 0 0 , 2 5 0 , 2 0 0 , 1 5 0 , 1 0 0 , 7 0 , 5 0 , 3 0 , 2 0 , 1 0 h p a ;水平方向上， 网格间距为2 . 5 0 x2 . 5 0;时间从 1 9 7 9 -2 0 0 3 年， 每年选取的时段是6 月 1 日 一 8 月3 1 日 ， 代表夏季。 为了描述天气尺度波动的气候变化特征， 以及这种变化和急流的联系， 在此 我们引入活动量的概念， 其表达式如下: t + t o q ( x , y , ) = 艺1s ( x , y , t ) i t = t - t o 这个量可以 看成是某一时间 段内 天气尺 度波动的 强弱 程度， 其中s ( x , y , t ) 代表 5 0 0 h p a 位势高度场的高频波 ( 2 . 5 - 6 d ) 部分，使用的滤波器如下: c n ,m ti ) a o c ，二 ( ti ) + z a , l c , ,m ( ti+ p ) + c n ，二 ( ti- p ) l p = 1 s ( x , y , t ) 中 的t , x 和y 分 别代 表时间 、 经 度和纬 度。 本文t o 取2 ，即q 表 征5 天内 天 气尺度波动的强 弱程度。 之所以 取5 天， 是因为一方面可以 最大程度 上保存天气尺度波动强度的气候变化特征， 另一方面可以 基本消除天气尺度变化 所带来的影响。 第二章多年平均意义下急流和天气尺度波动特征 互 2 . 1多年平均意义下急流和天气尺度波动的气候特征之间的关系 首先，采用1 9 7 9 -2 0 0 3 年2 5 年的2 0 0 h p a 纬向风场逐日资料， 通过平均得 到气候态下急流的基本状况。 图1 给出了气候平均意义下急流随时间的变化， 可 以 看出，气候状态下的急流强度在6 月份最强，中心强度可以达到3 5 耐s 以 上， 到了7 月份就有所减弱， 且整个了 月份急流强度变化比较明显，8 月份急流又有 所增强， 特别是在8 月下旬， 强度的变化显著， 在下旬中心强度超过3 0 耐， 以上。 急流轴从6 月初的3 5 * n 附近一直向北移动， 到了8 月初急流轴移动到4 0 . 5 0 n 附 近，之后急流轴开始南撤。急流的强度伴随着急流轴的向北移动不断地减弱。 图1气候态下夏季 2 0 0 h p a 纬向风场图 ( 1 1 0 e -1 4 5 e平均) 。虚线代表急流轴。阴影 区域代表风速大于3 0 m / s 。单位: 耐s 接着我们看一下 2 0 0 h p a 纬向 风场在东亚地区的分布情况。图2 分别给出了 整个夏季平均 ( 即6 , 7 , 8 月平均) 和其中各月的纬向风场的分布情况。 总体来 看， 急流的分布呈东西走向，中 心向东一直延伸到太平洋。 从整个夏季来看， 急 流强度的最大值区位于9 0 0 e , 4 0 n 。 就各个月份而言， 6 月份， 急流强度的最大 值区位于日 本上空，1 5 0 e , 3 7 . 5 n 附近，中 心最大风速在3 5 m / s 以 上; 7 月份， 急流强度的最大值区位于 9 0 e , 4 0 n附近: 8月份，急流强 度的 最大值区位于 9 0 e , 4 2 . 5 n附近。 尽管急流强度的最大值往往不在东亚上空，但急流的南北 移动在东亚是最明显的。 图2气候态下 ( 1 9 7 9 - 2 0 0 3 年平均)2 0 0 h p a 纬向 风场分布。( a ) 夏季:( b ) 6 月:( c ) 7 月:( d ) 8 月。单位:m / s 2 . 2急流与天气尺度波动活动量之间的关系 天气尺度的波动 ( 2 . 5 -6 d )是本节关心的重点。由于所考虑的时间尺度较 小， 因此滤波得到的结果较为难以 辨别和分析， 但是大致可以 判断出来天气尺度 的波动在6 月份和8 月份是比 较活跃的。 因此为了便于分析天气尺度波动的气候变化特征的影响，在这里，首先对 5 0 0 h p a 位势高度场滤出的高频波( 2 . 5 -6 d ) 部分进行处理， 之后利用前面所定义 的活动量 9 . 得到 5 0 0 h p a 天气尺度波动活动量。图 3 给出的是气候平均意义下 活动量的变化状况 ( 为方便和急流对比， 虚线即图1 中急流轴的位置， 方框大致 对应图 1 中的阴影处，即急流强的区域) 。活动量在6月份最大，7 月份和 8 月 份活动量有所减弱， 这种减弱的 程度在7 月份表现的最为显著， 8 月份略有增强。 活动量大值区基本位于急流的北部， 并随着急流轴的南北偏移而移动， 当急流向 北移动时， 活动量也以同 样的方向 移动。 我们同样将活动量和急流强度做一个比 较， 表明两者之间的变化也基本上是一致的， 也就是说， 强的急流对应着较为活 跃的天气尺度波动。 从天气尺度波动活动量的年际方差上来看， 即图4 可以 看出， 活动量变化最大的区域是在 4 0 n以北地区，6月和 8月的变化最大，其中以 6 月份最为显著。 图 3气候平均意义下的天气尺度波动活动量 q( 定义参见正文) ，虚线代表急流轴，方 框代表急流强的区域，阴影代表活动量大于1 8 的区域。单位:位势米 图4天气尺度波动活动量方差 2 . 3热量涡动输送特征 图5 给出的是 1 1 0 0 e -1 4 5 0 e 平均的 热量涡动输送 ( v t ) 。 可以 看出， 东亚 地区有向北的热量输送，其最大值区位于2 0 0 h p a , 4 0 0 n 附近，中心位置和急流 轴的 位置是一致的。中 心输送强度在1 . 4 k . m l ， 以 上， 在低层8 5 0 h p a 附 近也存 在一个大值区，但是中心数值较小， 仅为0 . 6 k - m l s . 图5气候平均意义下夏季 ( 6 , 7 , 8 月)平均热量涡动输送 ( v t ) ，1 1 0 0 e - 1 4 5 0 e 平 均， 阴 影代 表热量 输送大于。 . 6 k- m l s 的 区域。 单 位: k - m l s 为了便于和的急流进行比 较， 我们沿4 0 n 做了一个热量涡动输送的剖面图。 图6 表明， 高频波对于热量的向北输送存在于 9 0 0 e 以东地区， 相比 于其他各层， 2 0 0 h p a的高频波向北的热量输送是最大的，中心数值为 1 . 8 k . m l s ，中心位置 和急流轴的位置 ( 1 1 0 e -1 4 5 e ) 也是一致的。以 上分析表明了， 急流确实与高 频波的热量输送存在一定的联系。 图6气候平均意义下夏季 ( 6 , 7 , 8月) 平均沿 4 0 0 n 热量涡动输送 ( v t ) ，阴影代 表热量输送大于 1 . 0 k- m/ s 的区域。单位:k- ml s 互 2 . 4急流和热量涡动输送年际变化之间的关系 夏季东亚急流具有明显的年际变化 ( l i n a n d l u , 2 0 0 5 ) ，在本节中 我们将 分析急流和热量涡动输送的 年际变化之间的关系。 由 于急流在夏季各个月份具有 明显不同的特征， 在此我们对整个夏季 ( 6 , 7 , 8 月) 平均、 6 月、7 月、 8 月的 2 . 3热量涡动输送特征 图5 给出的是 1 1 0 0 e -1 4 5 0 e 平均的 热量涡动输送 ( v t ) 。 可以 看出， 东亚 地区有向北的热量输送，其最大值区位于2 0 0 h p a , 4 0 0 n 附近，中心位