大气中的季节内振荡

本文依据最新的分析研究结果,系统地讨论了大气中的季节内(30—60天)振荡。内容包括大气季节内振荡的全球分布特征;热带大气30—60天振荡的基本特征;中高纬度大气30—60天振荡;热带和中高纬度大气30—60天振荡的相互影响;以及大气季节内振荡的动力学机制。 本文不仅对热带大气30—60天振荡提出了一些新的研究结果,特别是关于中高纬度大气30—60天振荡的讨论,以及关于热带和中高纬度大气30—60天振荡主要通过低频波列相互联系和相互影响的研究,将使我们对大气季节内振荡有比较全面的认识。     

热带季节内振荡研究新进展

季节内振荡既是热带大气活动的强信号，也是热带海洋中较为普遍的现象。本文叙述了热带大气和热带海洋季节内振荡研究的进展，包括热带大气季节内振荡的观测研究、机制研究以及热带海洋季节内振荡方面的研究；讨论了海气相互作用、不同尺度间相互作用对季节内振荡的影响；在总结上述研究成果的基础上提出了热带季节内振荡研究进一步的发展方向。     

El Ni?o影响热带大气季节内振荡的动力学研究

根据El Ni?o期间热带大气状态的异常特征，确定了在简单大气动力模式中描写海温异常的参数化方法。然后利用斜压半地转两层模式从动力学上分析研究了El Ni?o对热带大气低频波的影响。理论分析同有关热带大气季节内振荡的资料分析结果完全一致，El Ni?o事件使热带大气季节内振荡减弱。     

热带大气季节内振荡的进一步分析

利用ＥＣＭＷＦ的格点资料对热带大气季节内振荡作了进一步分析研究,表明热带大气季节内振荡既有Ｋｅｌｖｉｎ波型扰动,也有Ｒｏｓｓｂｙ波型扰动;影响热带大气季节内振荡移动的主要因素有扰动波型和积云对流活动的异常;伴随ＥｌＮｉｎｏ事件的发生,热带大气季节内振荡的动能急剧减小,而准定常扰动动能急剧增大,既反映了热带大气季节内振荡对ＥｌＮｉｎｏ的激发作用,也说明了在ＥｌＮｉｎｏ期间热带大气季节内振荡偏弱的原因。     

中国热带大气季节内振荡研究进展

热带大气季节内振荡(包括MJO)是大气环流的重要系统,它的活动及异常既对其他系统有一定的作用,也对长期天气和短期气候有明显影响。因此,热带大气季节内振荡一直是大气科学的前沿研究课题之一。文中对近5—10年中国学者的有关研究工作及其进展做了简要回顾和综合,主要包括:(1)热带大气季节内振荡特别是MJO的动力学机制;(2)热带大气季节内振荡以及MJO的数值模拟问题,特别是大气非绝热加热廓线对模式模拟MJO的重要作用;(3)热带大气季节内振荡和MJO,特别是在赤道西太平洋地区,与ENSO的相互作用关系;(4)热带大气季节内振荡(包括MJO)及其流场形势对西太平洋台风活动的重要影响,即MJO对西北太平洋台风生成数的调制作用,以及热带大气季节内低频气旋性(LFC)和反气旋性(LFAC)流场对西太平洋台风路径的影响;(5)热带大气季节内振荡(包括MJO)的活动及异常对东亚和南亚夏季风建立、活动异常的影响,以及它们与中国降水异常的密切关系。     

热带大气季节内振荡的传播及影响因子研究

通过观测资料的分析,对热带大气季节内振荡(ISO)的传播(移动)进行了深入系统的研究,揭示了热带大气ISO的纬向和经向移动的特征,以及热带大气低频动能的跨赤道传播特征.同时,通过对比分析还揭示了ENSO和热带对流加热场异常对热带大气ISO移动的影响.     

热带大气季节内振荡激发El Nino的机制

资料分析了表明,热带大气季节内振荡同Ｅｌ Ｎｉｎｏ发生有密切的关系。在Ｅｌ Ｎｉｎｏ事件发生之前,热带大气（尤其是赤道西太平洋地区）季节内振荡异常加强;伴随着Ｅｌ Ｎｉｎｏ的发生,热带大气季节内振荡动能明显增加。简单海－气耦合模式的分析表明,只有在年陵时间尺度大气外强迫作用下,海－气系统才可以产生类似ＥＮＳＯ模的耦合波。资料和理论模式分析和结果相结合,说明热带大气季节内振荡激发Ｅｌ Ｎｉｎｏ的机制     

IAP AGCM4.0模式对热带大气季节内振荡的模拟评估

基于中国科学院大气物理所大气环流模式IAP AGCM4.0总共30年(1979~2008年)的模拟结果,评估了IAP AGCM4.0模式对热带大气季节内振荡的模拟能力。分析结果表明IAP AGCM4.0模式可以在一定程度上模拟出热带大气季节内振荡的主要时空谱结构特征,在周期30~80天处存在明显的谱能量中心;模式模拟的季节内振荡东传的主要特征与观测基本一致,东移波的能量远大于西移波。基于RMM指数(All-season Real-time Multivariate MJO Index)的分析表明,模式模拟的850 h Pa和200 h Pa季节内尺度风场和对流活动在赤道地区的空间分布与观测基本一致。但与观测相比,模式模拟的热带大气季节内振荡的周期较短,东传速度快于观测,虚假的西传特征过强,对流活跃区域范围较小、强度较弱。就非绝热加热而言,模式模拟结果与再分析资料比较接近,但最大加热在印度洋和西太平洋地区出现的位相较晚。进一步分析表明,模式中影响对流触发的相对湿度阈值(RHc)的不同取值(RHc分别取为85%、90%、95%和100%),可以显著影响热带大气非绝热加热垂直廓线,从而影响模式对热带大气季节内振荡的模拟;当对流触发相对湿度阈值取为90%时,IAP AGCM4.0模式对热带大气季节内振荡模拟的能力相对最好,非绝热加热垂直廓线在不同位相的分布特征也与再分析资料最为接近。这说明模式对流参数化方案中不同参数的合适选取,可以改进模式对热带大气季节内振荡的模拟能力。     

大气季节内振荡及其重要作用

大气季节内振荡(ISO)是上世纪80年代以来大气科学的重要前沿研究课题.作者系统地回顾和总结了十多年来在大气季节内振荡(ISO)及其对其他气候系统的重要作用方面的主要研究工作和成果,尤其是新近的研究成果.主要包括热带大气ISO的基本特征和主要活动规律;中高纬度大气ISO的基本特征和活动规律,以及与热带大气ISO的主要差别;全球大气低频(30～60天)遥相关特征;大气季节内振荡的动力学机制;大气季节内振荡对南海(亚洲)夏季风爆发,以及对南海(东亚)夏季风异常的重要作用;热带大气季节内振荡与El Nino(L     

热带和中高纬地区季节内振荡的特征及其动力学诊断

使用5年低阶全球谱模式资料,对中高纬大气和热带大气季节内振荡的动力学性质和传播特征进行了诊断研究。分析发现模式再现了大气中季节内振荡在热带和中高纬地区的传播特性以及它们之间的差异。热带大气30—60天振荡在速度势场上表现为纬向—波结构和行波特性,而在散度风场上反映了赤道西太平洋—印度洋东西向偶极子型的振荡。中高纬大气30—60天振荡表现为定常波位相和振幅的变化,即波包络的传播特征。它与中高纬地区遥相关型的转换有关,通过遥相关位相和振幅的变化,不仅完成了热带和中高纬地区之间以及热带不同区域之间的能量输送,而且通过这种能量输送过程把南、北半球中高纬地区季节内振荡联系起来。      

华北汛期降水长期变化规律研究新进展

华北汛期降水的年代际减少,一直是气候学领域关心的重要课题之一。本文扼要回顾了华北汛期旱涝研究的最新代表性成果,主要包括华北汛期起讫的客观识别、华北汛期降水多时间尺度的变化特征、华北汛期降水变化与大气遥相关型的关系,以及华北汛期降水量增多趋势的停滞等。在此基础之上,归纳和总结了该领域需要继续深入研究的问题,如：华北汛期起讫时间的统一性;在华北汛期降水年代际变少的归因分析中,其年际振荡成分衰减的物理原因;华北汛期降水年代际变多趋势停滞的原因;华北汛期降水何时恢复增多等科学问题。     

宁夏春季首场透雨的气候预测探索

利用目前在统计预报中广泛应用的最优子集回归预报法,作宁夏南部山区及银川地区春季首场透雨出现日期的统计预报,给出了具体的预报方程和拟合效果分析。并对近30 a来宁夏南部山区及银川地区首场透雨出现日期的变化特征进行了较详细的分析。研究结果表明:银川地区3月份出现首场透雨的气候概率为23.3%、4月份为20%、5月份为23.3%、6月份为33.3%,出现机会相对较多。30 a来春季首场透雨出现日期:20世纪70年代相对较晚,80年代偏早,90年代介于70、80年代之间。南部山区春季首场透雨出现时间相对比较集中,其中4月份出现的气候概率为53%,其次是5月份和3月份,分别为20%和17%,最小的是6月份,只占10%,从近30 a来的总趋势看,南部山区春季首场透雨出现日期在波动中略有推迟现象。利用最优子集回归预报法对宁夏春季首场透雨出现日期的预测具有理想的拟合效果。     

基于NCEP-GEFS回算资料的我国极端温度变化特征研究

利用美国NCEP全球集合预报系统(GEFS)历史回算资料和中国均一化格点观测数据,分析了我国近30 a来极端温度变化特征,重点考察了该模式预报系统对这一变化特征的刻画性能。通过估算格点观测和模式资料中2 m温度的历史气候百分位,分析了我国冬夏两季极端温度的气候特征以及极端温度日数的气候分布和多年变化趋势。结果表明,我国冬季极端低温和夏季极端高温的空间分布表现出较强区域性特征:东北、华北和青藏高原区域冬季极端低温的百分位阈值对应的温度较低,而华南、西北和长江流域夏季极端高温的阈值温度则较高;近30 a来我国夏季平均温度和极端高温日数几乎都呈现上升趋势,冬季平均温度则在我国大部分区域呈上升趋势、西北和东北部分地区呈下降趋势,相应地冬季极端低温日数在大部分区域呈下降趋势、仅在西北、东北和华南部分地区略有上升。NCEP-GEFS回算资料能较好地再现我国冬夏两季平均气温、冬季极端低温和夏季极端高温日数的气候趋势和年际变化,但在各区域都有不同程度的冷偏差,冬季偏差明显大于夏季,并随着预报时长的增加,冬季冷偏差逐渐增强,而夏季冷偏差则逐渐减弱。因此,本文建议采用基于百分位阈值的相对极端性定义,可自动修正模式分析场和预报场中的系统性偏差。     

西南地区汛期降水次季节变化主模态的低频环流传播路径特征

【目的】本文探讨中国西南地区汛期（5~9月）降水次季节变化的主模态,以及中高纬和热带次季节波动如何影响该地区持续性异常低频降水,以期能为了解和预测西南地区汛期降水的次季节变化提供参考。【方法】利用西南地区111个地面气象站1961~2015年逐日降水资料和JRA-55再分析环流场资料,采用EOF经验证交分解方法,分析西南地区汛期降水次季节变化主模态的低频环流特征和传播路径。【结果】西南地区汛期逐日降水主模态的空间分布为南北纬向型分布,空间特征向量高值区域分布在西南地区的南部和东南部,其高值区对应的SWDR与PC1的相关系数达0.991（通过0.05信度检验）,PC1气候平均值的显著周期为12.9 d,且逐年PC1的显著周期主要集中在10~20 d时段,占比为60.0%;在PC1的典型低频年中,汛期季节内及其各分月的PC1均能较好地表征对应降水异常分布型的时间演变特征,且二者低频分量的正相关性更高（通过0.05信度检验）,即PC1低频分量均能更好地把握SWDPI低频分量的准双周振荡特征,尤其在6、7和8月,这可能与影响主模态降水异常分布型的同期大气低频环流信号更为稳定有关;PC1的季节内变化不仅与中国东南部和南海形成的对流异常偶极子有关,还与在西南地区对流层高层形成的位势高度异常偶极子息息相关,该对流异常偶极子的形成与前期菲律宾以东OLR正异常的西北向传播和巴尔喀什湖东南部OLR负异常的东南向传播有关,并且菲律宾以东被抑制的对流向西北方向传播总是伴随着低层的局部反气旋,而西南地区的西南部对流的增强（抑制）总是伴随着高层北部的负（正）位势高度异常,同时,西南地区对流层高层的位势高度异常偶极子的形成,与中高纬对流层高层类似Rossby低频波列东南向传播过程中在青藏高原东侧顺时针转向有关。【讨论】从气候背景看,影响PC1季节内变化的低频波列传播主要与两个方面的因子有关,一方面为对流层高层西风急流轴主体位置的南压和强度的增强,通过影响中高纬类似Rossby低频波列的东传南下,从而影响在西南地区对流层高层形成位势高度异常偶极子型分布,另一方面为印度季风槽的北抬加强了南海至菲律宾海域异常反气旋西北侧的西南气流,促使了西南地区低层异常气旋的形成,同时东亚季风槽的增强也利于热带西太平洋低频对流发展并向西北传播,从而影响在中国东南部和南海的形成的对流异常偶极子型分布。     

基于SPEI指数的近58 a甘肃省干旱特征分析北大核心

利用甘肃省19个气象站点1960—2018年逐月平均降水量、气温等数据,应用标准化降水蒸散量指数(Standardized Preapitation Evapotranspiration Index,SPEI)、Penman-Monteith模型、小波分析等方法分析了甘肃省近58 a不同时间尺度干旱事件的时空演变特征。结果表明:月尺度干旱频率3月最高,2月最低;季尺度上秋季干旱最严重,春季次之;冬季干旱化趋势最慢,春季最快。近58 a甘肃省SPEI指数呈下降趋势,年尺度SPEI指数存在8 a、12 a、26 a的周期。干旱发生频率在年尺度和月尺度上的分布较为一致,河西走廊东段与甘南州地区频率较低,酒泉北部地区与甘肃省东、中部地区频率较高;季尺度上,春季兰州与武威南部地区频率较高,庆阳地区频率最低;夏季为白银与武威北部地区频率最高,张掖中部地区、白银北部地区以及临夏、庆阳、平凉地区最低;秋季频率最高的地区为兰州东部、定西东北部以及嘉峪关地区,最低的地区在酒泉、张掖、武威北部及平凉中部地区;冬季高值区在平凉,低值区在武威与甘南。干旱发生强度最高的地区为张掖,其次为酒泉、庆阳及白银等地区,最低的区域位于甘肃西南地区。酒泉、嘉峪关等地区干旱化程度逐年加剧;甘肃东南地区干旱速率较西北地区慢;中西部地区干旱化速率最慢,且甘南北部与武威西南部地区有湿润化趋势。     

格点资料在城市气候变化研究中的应用

为了解浙江省城市增暖的地域差异及其受热岛效应影响的程度,对杭州、宁波、温州3个城市的气候变化趋势进行了分析。为减少观测资料的非均一性,运用最优插值法将浙江省1971—2010年62个站点资料的信息植入到NCEP月平均温度资料的背景场中,得到格距为5 km的格点资料。研究结果表明:3个城市在近40年表现出明显的增温趋势,城区增温明显快于乡村的。各地区增温率的时空变化存在一定差异,与人口密度、工业总产值、用电量及车辆拥有量等经济数据的分布及变化基本一致。沿海城市温州增温率最小,但城乡差异最明显。同样为沿海城市的宁波,由于经济发展地域差别较小,虽表现最明显的增温,但城市热岛效应最弱。3个城市的热岛效应及热岛增温贡献率均存在明显的季节变化:杭州的热岛效应呈春、夏、冬、秋依次减弱的变化规律;温州则呈春、秋、冬、夏依次减弱的变化规律;宁波类似于城市群发展的模式,导致其热岛效应较不明显,以夏季和秋季最强。城市化发展引起的增暖占有较大的比重,杭州和温州年平均气温的增加大约有1/3是由城市化引起的,其中杭州夏季热岛增温贡献率达到2/3以上,温州春、夏季热岛增温贡献率均达到43%左右,宁波城市热岛增温贡献率相对较小,夏季的最大,为20%左右。     

厄尼诺(El-Nio)与广西异常气候关系研究

应用统计分析方法 ,分析厄尼诺 (El- Nin　～o)与广西气温、降水及各种灾害性天气的统计特征 ,结果表明厄尼诺对广西的异常气候是有一定影响的 :(1)厄尼诺年 ,广西的月气温、月降水出现异常概率分别为6 9%、 75 % ;(2 )厄尼诺年易出现春、秋季异常低温 ,春季多倒春寒 ,秋季寒露风日数偏多 ;(3)厄尼诺影响 ,引起广西部分江河致洪 ,而引起全区性洪涝机率较小 ,易造成广西异常干旱。     

华中地区2030年前气温和降水量变化预估

 根据区域气候模式对华中地区1961-1990年和2001-2030年的逐月平均气温和降水量的模拟值（0.5°×0.5°经纬度格点,A2情景）,以1961-1990年为基准,计算并分析了该区域未来30 a（2001-2030年）的年、季平均气温和降水量的变化趋势。对气温变化而言,未来30 a华中地区年平均气温呈上升趋势,平均升温0.3℃,东部增温大于西部;春、夏季平均气温上升,分别为0.1～1.3℃、0.8～2.2℃;秋季北部地区气温下降,南部地区气温升高;冬季平均气温下降0.0～1.0℃。就降水而言,未来30 a华中地区年平均降水量大部分地区呈减少趋势,空间分布有南增北减的特点;春、夏、冬季平均降水量大部分地区减少,冬季平均降水量的减幅要大于春、夏季;秋季大部分地区平均降水量增加。     

CI综合气象干旱指数在宁夏的本地化修正及应用

利用宁夏20个气象观测站近50a逐日平均气温和降水资料,采用累积频率法对CI综合气象干旱指数进行了本地化修正。通过对比分析,修正后的指数对干旱的演变反映更为合理,对干旱事件的监测效果更好,适宜在宁夏应用。其应用分析表明：麻黄山、海原、固原、西吉4地春季、夏季和秋季各季节的干旱日数均增加,强度均增强;秋季所有地区干旱日数增多,强度增强,且大部分地区秋季干旱日数增加幅度最大;固原及以北地区的干旱增加趋势明显高于南部阴湿地区,且干旱中心向西转移,21世纪以来同心和兴仁变为干旱中心。干旱事件中大部分干旱等级的日数与干旱日数和强度具有相同的变化趋势;春季大部分地区重旱和特旱日数的增加对其干旱日数的增加贡献率最大;夏季,盐池、麻黄山、固原和泾源特旱日数的变化对干旱日数变化贡献率最大;秋季,大部分地区中旱日数的变化对干旱日数变化的贡献率最大。21世纪以来,春夏季大部分地区干旱事件频率达到年代最高或次高值,且中部干旱带频率高于南部山区,大部分地区特旱日数达到年代最大值;秋季干旱事件频率减小,所有地区各干旱等级日数明显少于1980年代和1990年代。     

基于NCEP资料的近30年夏季青藏高原低涡的气候特征

基于NCEP/NCAR再分析资料并通过人工识别与天气图对比,本文对1981～2010年夏季高原低涡的气候特征进行了统计分析,对比研究了高原低涡高发年和低发年的大气环流场和低频分量场的特征,主要结果有:（1）近30年来夏季高原低涡平均每年生成32个,低涡发生频数呈现较明显的增多趋势,并具有较强的年际变化特征,低涡频数在2000年和2005年出现显著突变,在2000年由增多趋势转为减少趋势,在2005年又转为增多趋势,同时低涡频数具有显著的准5年、准9年和准15年周期振荡,6月生成的高原低涡呈减少趋势,而7月和8月生成的高原低涡均呈现增多趋势;（2）夏季高原低涡生成源地主要集中在西藏双湖、那曲和青海扎仁克吾一带,其中高原中部涡占50.8%,西部涡占27.0%,东部涡占22.2%,6月、7月和8月生成的高原低涡分别占夏季低涡总数的44.7%、29.9%和25.4%,高原低涡生成时绝大多数为暖性涡,占总数的90.7%。近30年来平均每年夏季有1.3个高影响高原低涡移出高原并在下游大范围地区产生强降水天气;移出的高原低涡以东移为主,占移出高原低涡的56.4%,而东北移和东南移的分别占移出高原低涡的20.1%和20.5%;（3）高原低涡高发年,低层的大气环流场和低频大气环流分量场均表现出较强的水平辐合及偏南气流,高层的青藏高压在高原主体范围内较气候态偏强;高原低涡低发年的情况则与之相反,伊朗高原上空的气旋、青藏高原低槽和高原南侧反气旋的配置对高原低涡的发生具有重要作用。