30—50天振荡动能演变及维持机制的诊断分析

本文采用带通滤波的方法,选取赤道附近(5°S—5°N,80—120°E)和中纬度区域(40—BO°N,140—180°E)的平均量作为研究对象,分析动能平衡方程各项的时间演变特征、季节平均的垂直分布特征以及各作用项与动能变化的可能联系。指出30—50天振荡动能的维持主要与平流作用和平均气流的正压相互作用有关,但其输送在赤道和中纬度地区恰好是反方向的。赤道地区是振荡的源,振荡从基本流中获得能量,同时通过平流作用向外输送,振荡动能对各项作用的响应为5—7天;中纬度地区是振荡的汇,向基本流中输送能量,动能变化对各项作用的响应为2—3天。      

热带500百帕能的基本特征与季节变化—南、北半球的比较

本文利用1980－1988年30°S－30°N的风场资料，计算了逐日的平均功能，涡动动能及相互转换和波数域动能；并分析了南、北半球热带对流层中层功能的演变特征，季节调整规律，指出了热带与中高纬动能的差异。     

1979年7月热带地区的动能平衡

应用欧洲中期预报中心的FGGEⅢ-b个客观分析资料计算了1979年7月热带大气的动能平衡。热带环流系统的动能主要集中在定常涡旋部分。对流层下层,105°E和150°E为两半球间瞬变涡旋的通道。对流层上层,瞬变涡旋的通道和洋中槽相联系,位于150°E和30°W附近。 索马里急流是对流层下层制造动能的主要环流系统。对流层上层,南亚东风急流入口区制造动能,出口区破坏动能,其动能收支与中纬度西风急流相似。 非洲-阿拉伯海季风区和孟加拉湾—南海季风区的动能平衡很不相同。动能的垂直输送可能在季风环流中很重要。     

热带OLR异常准二年周期的初步研究

本文用带通滤波、单点相关和EOF研究了热带(40°N—40°S)OLR异常准二年周期的水平结构。指出其空间模态具有纬向偶极结构,它同热带行星波数2相联系。印尼—赤道中太平洋偶极型的准二年周期变化同赤道QBO有一定关系。后延相关和交叉谱分析揭示出赤道低纬OLR异常准二年周期在东非—赤道中太平洋(30°E—150°W)为驻波振荡,而在赤道东太平洋—赤道大西洋巴西海岸(140—40°W)则为向西传播。      

热带大气中的准双周（10—20天）振荡

基于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的资料（1981—1988），本文对全球热带大气中的10—20天（准双周）振荡进行了比较系统的研究，包括其动能的分布及演变。扰动的结构和传播特征等。资料分析充分表明，热带大气10—20天振荡是热带大气中另一重要低频系统，其动能比30—60天振荡还要大，而其结构和活动又同30—60天振荡很不一样。例如热带大气10—20天振荡主要表现为纬向波数2—4；垂直结构以正压特征更显著；主要表现为向西传播；其经向风分量与纬向风分量同等重要。因此，对热带大气10—20天振荡值得更多注     

1981—1982年纬向非对称基本流正压不稳定对30—50天振荡作用的诊断分析

本文运用Hoskins和Simmons的波流相互作用原理,分析1981—1982年冬、夏季对流层高层200hPa上纬向非对称基本流(时间平均流)的正压不稳定和30—50天振荡的关系。指出西风急流的出口区是30—50天振荡动能和基本流以及低频振荡相互作用的最强的区域,且低频振荡从基本流的正压不稳定中获得能量,并在一周内得到充分的发展。 另外还表明,由于基本流的正压不稳定作用,使40°N的亚洲大陆和沿海及45°N的大西洋中部附近成为夏季30—50天振荡的主要能源区,使30°N的中太平洋和40°N的北美东部附近成为冬季30—50天振荡的主要能源区。      

基于波谱方法的湖北冬季两次长持续低温雨雪天气分析

使用NCEP资料,利用波谱方法,分析了湖北省1954年12月26日至1955年1月18日和2008年1月11日至2月1日两次长持续低温雨雪天气过程的物理量波谱演变。结果发现:(1)40°N纬圈优势波由4波转2波且纬向动能高值区位于35°N时,有利于湖北省维持低温雨雪天气;(2)低温雨雪过程开始前,高纬和低纬分别有纬向动能高值区,过程结束前,35°N纬向扰动动能高值中心或北跳或南移;(3)低温雨雪过程开始前,30°—35°N的长波角动量先辐合,超长波角动量后辐合,过程开始后,35°—55°N负的超长波角动量转正。     

热带太平洋和印度洋热源对大气影响的季节变化特征

本文利用1970—1979年COADS2°×2°格点月平均资料,计算了30°S—30°N热带太平洋和印度洋洋面上的有效长波辐射、感热和潜热通量以及它们的季节变化和年变化。结果指出:在冬季半球热带海洋外侧有大量的长波辐射、感热和潜热向大气输送,输送通量的季节变化大;热带太平洋地区西北部热通量的季节变化最大,赤道洋面地区热通量的年变化最小,潜热是洋面上热量输送的最大项,季节变化也最大;感热的输送量虽不及有效长波辐射,但其季节变化与有效长波辐射的变化相当;赤道地区是有效长波辐射和潜热通量的低值区,暖池地区是有效长波辐射的低值中心,靠近秘鲁海域的东南赤道太平洋是感热通量的负值区;热带太平洋西北部和阿拉伯海、孟加拉湾地区的热通量及年、季变化与亚洲季风有密切的关系,同时对我国和南亚地区的气候有重要的影响。      

1—3月北极涛动对北半球热带太平洋和大西洋对流活动的可能影响

利用1979—2008年日分辨率的向外长波辐射资料以及NCEP再分析资料,去除ENSO影响后,分析了1—3月北极涛动对热带太平洋和热带大西洋对流活动及降水的可能影响。结果表明北极涛动偏强(弱)时,热带太平洋和大西洋对流活动显著偏强(弱)。北半球热带大洋冬季平均向外长波辐射与北极涛动指数的相关系数存在两个显著负相关区:一个位于中太平洋区,大致包括13°—20°N、160°E—170°W;另外一个位于热带大西洋,显著区覆盖的范围大体包括5°—20°N、15°—70°W。这些区域的降水量也表现出显著的正相关。向外长波辐射、强对流面积指数、强对流强度指数、平均降水量等指标与北极涛动指数的相关均以冬季同期最高,随时间滞后相关迅速减弱。与此对应的对流层低层大气环流也有显著变化,850hPa风场的变化表现为热带太平洋有异常的气旋性环流,气旋中心区与显著强对流和降水异常区一致。而热带大西洋有显著的经向环流辐合和风切变,与异常对流和降水区吻合。海洋模式的模拟结果表明,与北极涛动有关联的海温分布,很大程度上与大气强迫有关,说明热带1—3月降水和对流活动与海温的关联较弱。北极涛动与热带太平洋、大西洋对流和降水活动之间主要是通过大气环流的变动产生联系的。     

1979—2011年热带对流层顶高度线性趋势变化的因子贡献及其年际变率成因探讨

利用美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料分析了近30年(1979—2011年)热带(0~360 °E,20 °S~20 °N)对流层顶高度变化,结果显示其高度有明显的线性上升趋势,近30年气压下降了3.5 hPa。其中对流、臭氧和对流层温度的贡献分别为13.3%、27.26%和57.31%。在去除线性趋势后,热带对流层顶气压表现出了显著的年际变率,主要周期峰值为18.2、28.6和40个月。其中臭氧和热带对流层温度都对18.2个月的周期有贡献,而臭氧和热带对流层温度18.2个月的周期很可能是由北半球的季风环流引起的;28.6个月的周期主要源于臭氧总量的准两年周期变化,而后者是由热带平流层低层纬向风场的准两年振荡引起的;热带对流层顶气压40个月的周期似乎源于ENSO循环引起的对流层温度变化。      

大气季节内振荡的活动与El Nino

用广东省４７个测站１９５４－１９９０年各月的平均气温、降水、日照时数的标准化资料分别作按时间点分解的主分量分析,取其前６个主分量作为各测站的气候特征量,用相关系数－重心法作聚类分析,作出各月、全年综合要素的气候分区。结果表明：（１）将广东各月分为有较显著差异的５个区,则冬半年（１０－翌年４月）各月的分区形式较类似且规律性明显,夏半年（５－９月）各月的分区逐月变化明显,且分区形式差别较大。（２）若用６个自然季节的平均气温、降水、日照时数标准化资料分别作主分量分析,各取前３个主分量作为全年气候分区的特征量,则广东全年的气候区可分为东南沿海、西南沿海、西北内陆３个区。     

Maintenance and oscillation mechanisms of summer tropical upper-tropospheric easterlies

The mechanisms of the maintenance and oscillation of 1982 summer tropical 200-hPa mean easterly flow and extra-long waves are investigated in terms of the energy equations in wavenumber-frequency space. Calculation results show that the difference in heating between land and sea and the boundary effect serve as the main source of energy; frictional dissipation as the sink; the conversion of available potential energy into kinetic takes place dominantly in the waves of number 1–2 such transformation is accomplished in just a small amount in zonal mean flow and therefore can be ignored because of the value. In the interaction between wave and zonal mean flow, the latter loses its available potential and gains kinetic energy. The tropical easterly belt over 20°N-5°S is found barotropically stable and that over 10°-5°S, unstable. The waves of number 2 and 1 manifest themselves a primary source and sink of kinetic energy, respectively, in the interplay between waves and between zonal mean flow and wave. It is found that zonal mean flow and the waves of number 1-2 have a roughly 40-and 20-day oscillational period of kinetic energy, respectively, whose primary mechanism is the transfer of barotropic energy, the conversion of baroclinic energy, and the boundary effect.     

The effects of topography on the summer atmospheric energetics of the Northern Hemisphere in a low-resolution global spectral model

An analysis is made of the effects of topography on the summer atmospheric energetics of the Northern Hemisphere in a low-resolution global spectral model. The numerical mode! is a global, spectral, primitive equation model with five equally spaced sigma levels in the vertical and triangular truncation at wavenumber 10 in the horizontal. The model includes comparatively full physical processes. Each term of the energy budget equations is calculated in four specific latitudinal belts (81.11°S–11.53°S; 11.53°S–11.53°N; 11.53°N–46.24°N; 46.24°N–81.11°N) from a five-year simulation with mountains and a one-year simulation without mountains, respectively. Differences between them are compared and statistically tested. The results show that synoptical scale waves transport available potential energy and kinetic energy to long waves and increase conversion from available potential energy of the zonal flow to eddy's and from the eddy kinetic energy to the zonal kinetic energy in region 3 (11.53°N-46.24°N) due to mountains; topography intensifies the atmospheric baroclinity in region 3, consequently the baroclinic conversion of atmosphere energy is increased. The seasonal characteristics associated with the summer atmospheric energy source in region 3 are caused by seasonal variation of the solar radiation and the land-ocean contrasts and independent of topographic effects. The mechanism of topographic effects on the increase of long wave kinetic energy is also discussed.     

Signature of the Antarctic oscillation in the northern hemisphere

Using the ECWMF daily reanalysis data, this paper investigates signatures of the Antarctic Oscillation (AAO) in the upper troposphere of the northern hemisphere. It is found that during boreal winter, a positive (negative) phase of the AAO is associated with anomalous easterlies (westerlies) in middle-low latitudes (~30–40°N) and anomalous westerlies (easterlies) in middle-high latitudes (~45–65°N) of the upper troposphere about 25–40 days later. While there is also a response in zonal wind in the tropics, namely over the central-eastern Pacific, to some extent, these tropical zonal wind anomalies can trigger a Pacific/North American teleconnection patterns (PNA)-like quasi-stationary Rossby waves that propagate into the Northern Hemisphere and gradually evolve into patterns which resemble North Atlantic teleconnection patterns. Furthermore, these quasi-stationary Rossby waves might give rise to anomalous eddy momentum flux convergence and divergence to accelerate anomalous zonal winds in the Northern Hemisphere.     

ANALYSIS ON THE SOURCE AND SINK OF KINETIC ENERGY OF ATMOSPHERIC 30-60 DAY PERIOD OSCILLATION AND THE PROBABLE CAUSES*

Based on ECMWF daily grid point data in summer(May-August),1981,the distribution features of the source and sink of kinetic energy of atmosphere 30-60 day oscillation,including its horizontal distribution characteristics and its vertical structure characteristics,are investigated systematically with diagnostic analysis methods over a latitude belt between 80°N and 60°S.Also,the probable reasons for the existence of the source and sink of low frequency kinetic energy(LFKE) are discussed preliminarily.Results show that the horizontal distribution of the sources and sinks of kinetic energy of atmospheric 30-60 day oscillation is extremely different.The significant sources and sinks of LFKE mainly exist in the oceans and the coastal regions of continents or islands in the mid-high latitudes.It is also found that,in the vertical direction,the sources and sinks of kinetic energy of 30-60 day oscillation display barotropic structure in the mid-high latitudes of both hemispheres,but dispaly baroclinic structure in the equtorial region,and in the horizontal direction,the sources and sinks mainly display zonal wave-like distribution.The source and sink of LFKE are determinded by ageostrophic wind effect,frictional effect,interaction between sub-grid-scale systems,nonlinear interaction,and the flux-divergence of LFKE transported by transient wind.There are some regional reasons for the generation of sources and sinks which are not completely identical in different areas.     

热带大气环流平均状况的研究

应用NMCl7年热带u、v风及OLR资料研究了热带地区大气环流的平均结构和特征。指出热带大尺度环流基本上是由东西向的walker环流和南北向的Hadley环流所组成的。这些环流是由热力作用直接驱动的,它具有高低层风向相反的特征。扰动风场与平均风场有密切关系。西风基本气流对应着扰动动能的极大值而东风则对应着扰动动能的极小值。热带地区存在着明显的辐散辐合作用,它也是由热力作用引起的并与热带对流活动有密切联系。      

冬季西风环流指数的变率及其与北半球温度变化的关系研究

用H40°N-H65°N即40°N和65°N纬圈平均位势高度的差来定义西风指数,可以很好地反映温带地区西风的强弱。西风环流强的年份,北半球气温通常偏高,主要是中纬度大陆变暖明显,这可能与中高纬度西风强时,向北的经向热量输送也加强有关。在长期变化的趋势上,1950年代以前北半球偏暖时期的指数偏低,而偏冷时期的指数偏高。但近30多年来,伴随全球加速变暖,西风指数也持续加强,这是否与温室效应的加强有关还有待深入研究。