西北太平洋区域纬向风垂直切变的气候特征研究

西北太平洋区域纬向风垂直切变的变化是影响西北太平洋热带气旋生成和发展的一个重要的动力因子,弱的纬向风切变有利于热带气旋的发生、发展。文中将西北太平洋区域纬向风垂直切变幅度(MWS)定义为850与200 hPa的纬向风之差的绝对值,以研究MWS的气候特征。结果表明,西北太平洋区域的MWS有两个主要空间模态,第1空间模态表现为在15°N以南的热带西太平洋存在MWS东西向变化相反的两个区域,20°N附近的热带西太平洋MWS的变化与其以北海区的MWS的变化相反。第2空间模态表现为在热带太平洋140°E东、西的变化相反。研究了两个模态相关的大气环流特征,发现去掉强ENSO信号后,第1模态不但与低纬度大气环流有关,而且还与南、北半球中高纬度的大气环流有关,第2模态主要与热带西太平洋和北太平洋局地大气环流有关。另外,第1模态的时间系数与赤道东太平洋海温、西北太平洋台风生成频次有着密切联系;第2模态时间系数与西北太平洋台风活动频次联系密切。     

春季赤道印度洋纬向-垂直环流的变化特征及其与Walker环流的关系

利用1951~2010年20CR（20th Century Reanalysis Version 2）再分析资料和NOAA海表温度资料研究了赤道印度洋纬向-垂直环流的季节性差异、变化特征及其与Walker环流的关系。本文首先分析了四个季节赤道印度洋上空纬向-垂直环流的结构特征,发现春季和秋季存在严格东西方向上的赤道印度洋纬向-垂直环流。随后,针对春季赤道印度洋纬向-垂直环流变化特征作进一步的分析,研究结果表明,春季纬向-垂直环流的强度及其变率在1951~2010年间持续增强,而该垂直环流的中心位置则表现出明显的年代际变化特征:1981年之前垂直环流的中心位置表现为向西移动,而在1981年后则转为向东移。春季赤道印度洋纬向-垂直环流与Walker环流之间的相关关系同样存在年代际转折,1981年之前两者之间并不存在显著的相关,而在1981年之后,两者之间的关系显著增强。不同年代际时段内赤道印度洋纬向-垂直环流与海温的关系也发生了明显的改变,1981~2010年赤道印度洋纬向-垂直环流主要受到前期和同期太平洋上的ENSO型海温信号的影响,而在此之前该垂直环流主要受到前期和同期赤道东印度洋海温的影响。     

ENSO事件期间热带印度洋和太平洋地区大尺度海气相互作用联系的研究

利用大气环流三维分解方法研究了1979—2008年ENSO事件期间热带印度洋和太平洋地区海气相互作用的机制。研究表明ENSO事件期间存在明显的三维"齿轮式"耦合特征;在ENSO事件盛期,与NCEP再分析资料的垂直运动相比,大气环流三维分解方法揭示的东印度洋-西太平洋地区的下沉运动更强,范围更宽。大气环流三维分解方法把垂直速度分解为纬向分量和经向分量两部分,纬向分量表现为很强的下沉运动,而经向分量表现为上升运动,垂直速度的纬向分量和经向分量相互抵消了一部分,综合的结果表现为很强的下沉运动。在热带地区,垂直速度ω*的纬向分量ωW要大于其经向分量ωH,ωW反映了ω*的主要特征;在分析垂直运动方面,与NCEP再分析资料中的垂直速度相比,大气环流三维分解方法具有一定的优点。     

热带大气垂直环流对海表温度异常的响应——一个初步的理论分析

本文提出了一个β平面定常的线性二维模式,并考虑了海面边界层和赤道侧向边界层,讨论了热带海表温度异常对大气所产生的垂直环流——经向环流和纬向环流。结果表明:热带大洋东部(例如太平洋)海表温度比平均状态暖而西部较冷时,其上空经向环流(Hadley环流)比平均状态强,而纬向环流(如在太平洋上,称Walker环流)弱。相反,当热带大洋西部暖而东部冷时,经向环流减弱,纬向环流加强。这些是与观测事实比较一致的。     

基于三维分解的大尺度垂直环流变化特征分析

通过探讨大尺度大气环流表示方法的数学变换，提出了三维分解方案，在全球范围内统一处理热带和中高纬度的环流，并依此对垂直环流进行方差分析。结果表明，垂直环流以季节变化为主，亚洲季风区是全球垂直环流季节变化的强信号区，年际变化的强信号区位于热带中太平洋。     

基于交叉小波分析方法的西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性研究

西太平洋副热带高压的年际变率受热带多个关键海区的海-气相互作用过程调控, 但彼此间的因果关联和影响机制尚不清楚。为揭示西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常之间的内在关联特性, 定义了三个关键海区以及赤道纬向西风区的特征指数, 并分别与西太平洋副热带高压强度、脊线指数进行了交叉小波和相干小波分析。研究发现:西太平洋副热带高压指数存在显著的2~3年和准5年的周期振荡, 20世纪八九十年代后, 由于暖池区海温及赤道纬向西风区的Hadley环流强迫加强, 致使副热带高压特征指数的2~3年周期振荡加强; 从位相关系看, 先是西太平洋副热带高压减弱南撤导致纬向西风加强, 其后影响赤道东太平洋海温升高, 同时暖水向东传, 使赤道中太平洋以及暖池区海温逐渐升高, 在Hadley环流作用下使副高加强北抬。基于上述西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常变化相关性诊断研究, 进一步探讨了造成这种相关性的影响机理和因果关联, 为揭示西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性做探索研究。      

高低层纬向风异常与西北太平洋热带气旋生成年频数关系的研究

采用相关和合成分析方法,研究了热带太平洋地区大尺度高低层纬向风异常与西北太平洋热带气旋生成年频数的关系及其影响的可能机理。结果表明：赤道东太平洋地区ΔU200-ΔU850〉0,西太平洋热带地区ΔU200-ΔU850〈0,热带太平洋地区沃克环流偏强,西北太平洋热带气旋生成年频数偏多。高低层纬向风异常年,对流层上、下部环流和对流层中垂直运动有显著的特征。在短期气候预测的时间尺度上,前期高低层纬向风异常可以作为预测热带气旋生成年频数的前兆信号。     

热带准两年振荡影响北半球冬季大气环流的诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先讨论了热带纬向风准两年振荡(QBO)的东、西风位相的划分标准.结果发现,赤道50 hPa的风与西风深厚度关系最密切,即赤道50 hPa的纬向平均风为西(东)风时往往代表平流层下层为一层深厚的西(东)风.在此基础上诊断分析了1958/1959～1997/1998年共40个冬季中热带纬向风QBO对北半球中高纬度地区纬向平均环流和准定常行星波传播的影响.诊断分析表明,热带QBO对北半球冬季大气环流的影响主要表现在平流层和对流层上层.热带QBO的东风位相年与西风位相年相比,中高纬地区的绕极西风环流明显减弱,中低纬地区则出现相反变化,从而在平流层的纬向平均环流分布上呈现偶极子形式.纬向平均流的这种年际变化可以很好地用中高纬度准定常行星波传播的异常加以解释,QBO的东风位相年和西风位相年相比,中高纬准定常行星波向极地的传播更强,从而在高纬度平流层产生异常的E-P通量辐合,波-流相互作用的结果使得西风减弱.但是热带纬向风QBO的影响在1958/1959～1997/1998年的前后20年有所差异.后20年相对于前20年而言,东西风位相的差异有所减小,Hol-ton-Tan振荡明显减弱;就行星波传播而言,东风位相年下,前20年行星波向上传播较弱,而后20年则以大约70°N为分界点,以南向上传播较强,以北向上传播较弱.这种差异可能跟中高纬度纬向西风的自身变化有关.     

不同海域SSTA对东半球越赤道气流年代际变化影响的数值模拟研究

采用1950—2000年逐月观测的不同海域（全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋）海表温度,分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,进行了多组长时间积分试验,对比ERA-40再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常（SSTA）对东半球越赤道气流年代际变化的影响。数值试验结果表明,全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,均能模拟出索马里、120 ?E和150 ?E越赤道气流在1970年代中后期由弱变强的年代际变化特征,其中模拟的索马里越赤道气流年代际变化特征及其与东亚夏季风年代际变化关系均与观测结果较一致,而热带外海表温度驱动全球大气环流模式未能模拟出此年代际变化现象,表明全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化均对索马里越赤道气流在1970年代中后期的年代际变化具有重要作用,热带太平洋是关键海区;索马里越赤道气流的年代际变化与热带太平洋海温年代际背景变化密切相关,当热带太平洋处于暖（冷）背景年代,热带东太平洋海温异常从北到南呈“＋、－、＋”（“－、＋、－”）“三明治”式距平分布,有利于赤道东太平洋南北两侧产生一对距平反气旋（气旋）,然后可能通过“大气桥”的作用,与热带印度洋赤道南北两侧的一对距平气旋（反气旋）联系起来,从而引起索马里越赤道气流强度的增强（减弱）。      

赤道移动性热源激发的大气强迫波和亚洲夏季风40—50天振荡

本文利用P－σ混合坐标系的五层原始方程模式研究了赤道移动性对流热源激发的大气强迫波和亚洲夏季风40－50振荡的关系。数值试验表明由Wave－CISK机制引起的移动性热源在沿赤道东移过程中可以引起亚洲夏季风环境、降水、赤道东－西纬向环流、季风经向环流和越赤道气流的位相振荡现象，其振荡周期与移动热源的移动速度有关。模拟结果进一步表明热带、付热带大气对赤道移动热源的响应可以激发出东传的Kelvinr波和东传的Rossby波，引起纬向差值气流和和戏向差值气流垢东传现象，以及扰动的北传现象。本文最后还讨论了东传的大气强迫波通过Walker环流和Hadley环流的影响而引起亚洲夏季风的40－40天振荡的机制。