青藏高原隆升影响夏季大气环流的敏感性试验

本文用球带范围的大气环流耦合模式，模拟了青藏高原隆升过程中大气环流的变化。模拟的结果表明，高原对大气的加热作用随着高原地形的升高而加强，而其中潜热加热的贡献占据第一位。高原隆升加剧了高原上空大气的上升运动，使高低空的高低压系统得到了加强，增强了南亚和东亚的季风强度，并且引起高原地区降水明显增加，地表面平均温度剧烈下降。尽管如此，青藏高原的隆升并没有从根本上改变大气环流形势，海陆分布才是形成当代大气环流及季风的根本因子。因此，要模拟地质历史时期气候状况，除了高原地形外，还须考虑更多的因子，尤其是海陆分布的变化。     

青藏高原抬升加热气候效应研究的新进展

对近4年来关于青藏高原加热影响气候的研究进行回顾.首先介绍利用位涡方程和热力适应理论,揭示;夏季高原上空低层气旋式及高层反气旋式环流结构稳定维持的动力学机理.结果表明高原加热作用造成的低层正涡源是低层气旋式环流得以稳定维持的重要原因.而边界层摩擦产生的负位涡是平衡正位涡的主要因素.高原加热还在高原上空形成负位涡,它影响着盛夏的大气环流,是青藏高原上空强大而稳定的反气旋环流得以维持的重要因素.在春夏过渡季节青藏高原非绝热加热对大气环流季节变化以及亚洲季风爆发的影响力方面,进一步确认了感热加热在过渡季节早期(5月中旬以前)环:流演变中的重要作用.青藏高原非绝热加热的时间演变引起了海陆热力差异对比的变化,使副热带高压带首先在孟加拉湾东部断裂,亚洲季风因而在孟加拉湾爆发.结果还表明,用纬向风垂直差异的时空分布能更准确地表示季节变化的区域差异.在青藏高原非绝热加热与北半球环流系统年际变化的联系方面,发现夏季青藏高原的加热强(弱)的年份,高原感热加热气泵(SHAP)高(低)效工作,使高原加热对周边地区低层暖湿空气的抽吸效应和对高层大气向周边地区的排放作用加强(减弱),高原及邻近地区的上升运动,下层辐合和上层辐散均增强(减弱),从而影响着高原和周边地区的环流以及亚洲季风区大尺度环流系统.而且高原的加热强迫还能够激发产生一支沿亚欧大陆东部海岸向东北方向传播的Rossby波列,其频散效应可影响到更远的东太平洋以至北美地区的大气环流.研究还表明,盛夏的南亚高压存在"青藏高压型"和"伊朗高压型"的双模态,它们与高原加热状态有关,且显著地与亚洲季风区的气候分布密切联系.     

“青藏高原加热引起的海陆热力差异对新疆夏季降水的影响机理研究”项目

正一、立项背景青藏高原是世界上最大最陡峭的大地形,其动力和热力作用是形成和维持北半球大气环流的重要原因之一,气流对热源的热力适应形成高原上空近地层低压和中高层的青藏高压,高原上空大尺度大气热源(汇)激发出的热力波及与之相联系的热量、动量传播对周边地区的天气气候有着重要影响。夏季青藏高原对流层低层环绕高原的气旋式环流加强,高原上空盛行上升气流,与之联系的高原北侧有补偿的下沉气流生成,在高原东南侧形成潮湿气候,西北侧形成干旱气候对新疆夏季降水有重要影响的副热带西风急流、南亚高压等大尺度环流系统,均和青藏高原下垫面热力异常     

青藏高原地表热状况对夏季东亚大气环流影响的数值模拟

本文利用有限区域有地形的5层原始方程模式,对青藏高原地区地表热状况在夏季东亚大气环流中的作用进行了一些数值试验和分析。结果表明:高原地面反照率、拖曳系数、蒸发系数以及土壤温度等的变化对大气加热增强时可造成高原上空及孟加拉湾一带的大气热源显著增强;对流层上层的青藏高压增强范围变大,并向西北方向偏移;热带东风急流加强北移;对流层低层西南季风加大;索马里、印度南侧和澳大利亚北侧的越赤道气流也增强;海平面上的大陆低压加深。同时,中南半岛地区及江淮流域的上升运动增强,降水增大,而我国东南沿海一带上升运动减弱,降水减少。     

青藏高原边界层高度特征对大气环流动力学效应的数值试验

利用NCAR的全球气候模式 (CCM3) 及第二次青藏高原边界层观测试验的研究结果, 对青藏高原上大气边界层高度的作用进行了研究, 分析了夏季青藏高原地区与长江流域上空的环流状况。研究表明:青藏高原的边界层高度特征对高原东南部地区以及长江流域出现强烈的垂直上升运动及其低层辐合、高层辐散存在着显著的动力效应, 深厚的高原边界层特征将使长江流域夏季区域性的云量及降水明显增加, 河套地区与黄河流域的夏季云量及降水有所减少。     

青藏高原春季地表感热异常对西北地区东部降水变化的影响

利用青藏高原地区代表站点的实测地表热通量数据、JRA-55和NCEP再分析资料以及中国西北地区东部代表站点的降水资料等数据,通过波文比分析、奇异值分析(下称SVD)以及环流场的合成分析等方法,研究了青藏高原地区春季地表加热场异常与同期中国西北地区东部降水变率的关系,结果表明:(1)高原春季波文比值的变化反映出高原地表的非绝热加热中,春季感热加热的贡献较为显著,是高原春季地表加热的主要成分;(2)SVD分析表明,春季高原地表感热的异常与同期中国西北地区东部的降水存在负相关关系,春季高原地表感热增强的年份,中国西北地区东部的春季降水减少;(3)春季地表感热强-弱年的高原周边垂直环流偏差场表明,春季高原地表感热的年际异常增强(减弱)会引起高原周边地区的垂直环流场上升气流的减弱(增强);(4)相对涡度场、位势高度场、风场和水汽通量散度场的合成分析表明,春季高原地表感热偏强的年份,中国西北地区东部对流层高层以正涡度和气流的辐合运动异常为主,中低层以负涡度和辐散下沉运动异常为主,因此中国西北地区东部春季的水汽辐合由低层向高层逐渐减弱,不利于春季降水的发生。     

青藏高原低涡形成、发展和东移影响下游暴雨天气个例的位涡分析

2016年6月28日至7月1日在我国副热带地区发生了一次青藏高原低涡形成、发展及东传引发长江中下游地区暴雨天气的过程。本文利用MERRA2（Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications）再分析资料和TRMM（Tropical Rainfall Measurement Mission）降水资料对该过程进行位涡诊断分析。结果表明，夏季青藏高原地表加热具有强烈的日变化。高原地表加热由白天感热加热源到夜间辐射冷却源的转变直接影响高原上空非绝热加热率的垂直梯度，使高原近地层白天有位涡耗散，夜间有位涡制造，呈现明显的昼夜循环。当夜间的位涡制造异常强，以至不为白天的耗散所抵消时，通常位涡制造的昼夜循环被破坏，高原低涡形成，低涡周围随之出现降水。当低涡中心移动至高原东部时，中心附近伴随有强烈的降水，显著的凝结潜热加热使位涡中心增强，高原低涡进一步发展。随着低涡系统继续向东移出高原，长江中下游地区中高层出现位涡平流随高度增加的大尺度动力背景，上升运动发展，最终导致强降水发生。     

春季青藏高原地区大气热源的气候特征分析

利用1948-2009年NCEP/NCAR逐日再分析资料采用倒算法计算了青藏高原地区大气热量源汇的值,分析了春季青藏高原地区大气热源的水平和垂直气候分布特征及时空变化特征.结果表明:春季青藏高原上空,大气热量源汇的整层积分为正值,即高原上空大气为热源,但在高原上空大气高层存在局部为冷源的分布.与周边地区相比较,高原对其上空大气的加热作用在三月份最为显著.春季3、4、5月青藏高原区域大气的加热存在一个自西向东逐渐扩展的过程.春季青藏高原东部和西部为大气热源年变化较大的区域,且高原东部和西部大气热源表现出反位相分布的特征.     

大高原上空的各种环流系统

高原及四周平原的不同加热,引起各种尺度的环流系统。本文讨论了季风尺度环流系统(本文讨论的尺度最大的系统)及其年际变化,对比了北美西部高原与青藏高原的作用。北半球高原对天气尺度系统有很大影响。通过数值模型试验给出一个在青藏高原东部气旋生成的例子。北美西部高原白天的加热效应促使大尺度“高原环流系统”发展,这个系统对高原及其东部上空雷暴活动的日变化有决定性的影响。这表明有地形特性的局地加热和冷却能与昼夜变化的高原环流系统发生相互作用。     

夏季青藏高原加热和北半球环流年际变化的相关分析

利用 195 8～ 1997年NCEP/NCAR再分析数据集中加热率和环流资料 ,采用相关分析和对比分析相结合的方法 ,诊断和分析了夏季青藏高原的非绝热加热与北半球环流系统的年际变化的联系。分析结果表明 :夏季青藏高原的加热强 (弱 )的年份 ,高原及邻近地区的上升运动、下层辐合及上层辐散均增强 (减弱 ) ,使高原加热对周边地区低层暖湿空气的抽吸效应和对高层大气向周边地区的排放作用加强 (减弱 )。从而影响着高原和周边地区的环流以及亚洲季风区大尺度环流系统。而且高原的加热强迫能够激发产生一支沿亚欧大陆东部海岸向东北方向传播的Rossby波列 ,其频散效应可影响到更远的东太平洋以至北美地区的大气环流     

秦岭地区气溶胶对地形云降水的抑制作用

以华山站为影响站, 周围的西安、渭南和华阴作为对比站, 通过影响站与对比站降水之比——地形强化因子(Ro)的变化趋势以及Ro与能见度关系的分析, 定量研究了秦岭地区气溶胶对地形云降水的抑制作用。Ro的演变分析表明: 有观测以来Ro逐年递减, 减幅为14%～20%, 即影响站与对比站相比降水量减少了14%～20%; Ro的减少趋势与能见度递减、气溶胶递增相吻合, 说明气溶胶的增加抑制了地形云降水。Ro的递减主要是减少了中小雨 (日雨量小于30 mm) 的天数, 这种影响对浅薄的生命期较短的地形云降水作用更明显, 对于华山站, 30 mm以下的降水都会受到入云气溶胶的抑制作用, 而西安站为5 mm以下, 入云气溶胶浓度越高, 就有越厚的降水云受气溶胶影响而抑制降水; 在以动力强迫抬升为主的春秋季, 气溶胶抑制华山地形云降水20%左右, 最大可达25%; 在热对流条件下, 气溶胶对地形云和对平原地区云的抑制作用基本相当。不同风速风向下Ro的变化趋势表明, Ro递减随风速增大而加快, 迎风向 (240°～30°) 大风 (≥5 m/s) 时减少降水超过30%。由Ro与能见度关系的定量分析发现, 当能见度在14 km时Ro为1.8左右, 随着能见度的降低Ro逐渐减小, 当能见度小于8 km时,R0约为1.2, 减小了30%左右; 华山对于华阴的Ro与能见度呈线性关系, 相关系数达0.81。最后, 根据研究结果归纳出气溶胶抑制秦岭地区地形云降水的初步物理模型。     

Simulations of the Tropical Intraseasonal Oscillation by the Atmospheric General Circulation Model of the Beijing Climate Center

The performance of BCC (Beijing Climate Center) AGCM 2.0.1 (Atmospheric General Circulation Model version 2.0.1) in simulating the tropical intraseasonal oscillation (TIO) is examined in this paper.The simulations are validated against observation and compared with the NCAR CAM3 (Community Atmosphere Model version 3) results.The BCC AGCM2.0.1 is developed based on the original BCC AGCM (version 1) and NCAR CAM3.New reference atmosphere and reference pressure are introduced into the model.Therefore,the origi...     

青藏高原感热气泵影响亚洲夏季风的机制

本文回顾了二十年来关于青藏高原感热驱动气泵(TP-SHAP)及其影响亚洲夏季风的研究进展,并从能量(θ)、位涡—加热(PV–Q)、和角动量守恒(AMC)的不同角度阐述其影响机制。指出高原斜坡上的表面感热加热改变了移向高原的大气质块的能量从而出现垂直抽吸的重要性。强调了高原加热产生的位涡强迫在近地层制造了强度大范围广的、环绕高原的气旋式环流,把丰沛的水汽从海洋输运到大陆,为季风对流降水提供充足的水汽条件。证明高原加热还通过改变其上空的温、压场的结构从而制造出高原上空近对流层顶的绝对涡度和位涡的最小值,在角动量平衡约束下,在亚洲季风区激发出与Hadley环流反向的季风经圈环流,从而为季风发生发展提供了大范围上升运动的背景。文中还对近年来有关青藏高原影响亚洲夏季风机制的讨论进行概述,并展望了未来的研究方向。     

Projections of the advance in the start of the growing season during the 21st century based on CMIP5 simulations

It is well-known that global warming due to anthropogenic atmospheric greenhouse effects advanced the start of the vegetation growing season(SOS) across the globe during the 20 th century. Projections of further changes in the SOS for the 21 st century under certain emissions scenarios(Representative Concentration Pathways, RCPs) are useful for improving understanding of the consequences of global warming. In this study, we first evaluate a linear relationship between the SOS(defined using the normalized difference vegetation index) and the April temperature for most land areas of the Northern Hemisphere for 1982–2008. Based on this relationship and the ensemble projection of April temperature under RCPs from the latest state-of-the-art global coupled climate models, we show the possible changes in the SOS for most of the land areas of the Northern Hemisphere during the 21 st century. By around 2040–59, the SOS will have advanced by-4.7 days under RCP2.6,-8.4 days under RCP4.5, and-10.1 days under RCP8.5, relative to 1985–2004. By 2080–99, it will have advanced by-4.3 days under RCP2.6,-11.3 days under RCP4.5, and-21.6 days under RCP8.5. The geographic pattern of SOS advance is considerably dependent on that of the temperature sensitivity of the SOS. The larger the temperature sensitivity,the larger the date-shift-rate of the SOS.     

Simulation of the Effects of the Preceding SST Anomalies over the Tropical Eastern Pacific on Precipitation to the South of the Yangtze River in June

Numerical experiments are performed to simulate the response of the atmospheric circulation and pre-cipitation over East China in June to the sea surface temperature（SST）anomalies over the tropical eastern Pacific（TEP）from preceding September to June by using an atmospheric general circulation model （AGCM）.We constructed composite positive/negative SST anomalies（P-SSTAs/N-SSTAs）based on the observational SST anomalies over the TEP from September 1997 to June 1998.The results show that：（1） the response of the precipitation in the Yangtze River basin and its southern area（YRBS）to El Nino with different durations varies with the maximum amplitude of the precipitation anomalies appearing when the imposed duration is from November to next June,and the minimum appearing when the SST anomalies is only imposed in June.The anomalies of the precipitation are reduced when the duration of the forcing SST anomalies over the TEP is shortened and the positive SST anomalies in the preceding autumn tend to cause significantly more rainfall in the YRBS.This is in agreement with previous diagnostic analysis results.（2）The simulated precipitation anomalies over the YRBS are always obviously positive under strong or weak positive SST anomalies over the TEP.The intensity of the precipitation anomalies increases with increasing intensity of the SST anomalies in the experiments.The simulation results are consistent with the observations during the warm SST events,suggesting reasonable modeling results.（3）When negative SST anomalies in the TEP are put into the model,the results are different from those of the diagnostic analysis of La Nina events.Negative precipitation anomalies in YRBS could be reproduced only when the negative SST anomalies are strong enough.     

孟加拉湾西南季风与南海热带季风季节内振荡特征的比较

采用美国国家环境预报中心的向外长波辐射和风场资料及日本气象厅的降水资料,用30-60d滤波后的夏季风指数在孟加拉湾和南海的区域平均值分别代表孟加拉湾西南季风和南海热带季风季节内振荡,对两支季风的季节内振荡特征进行比较分析,发现孟加拉湾西南季风的季节内振荡和南海热带季风的季节内振荡在夏季风期间(5-10月)都有约3次半的波动.夏季风期间,在阿拉伯海-西太平洋纬带上,夏季风的季节内振荡有4次从阿拉伯海的东传和3次从西太平洋的西传,其中7月后东传可直达西太平洋.孟加拉湾和南海在夏季风期间都有4次季节内振荡的经向传播,但孟加拉湾在约15°N以南为季节内振荡从热带东印度洋的北传,在约15°N以北则为副热带季风季节内振荡的南传;而在南海则是4次季节内振荡从热带的北传.在以孟加拉湾西南季风季节内振荡和南海热带季风季节内振荡分别划分的6个位相中,都存在1-3位相和4-6位相中低频对流、环流形势相反的特征,这是由热带东印度洋季节内振荡的东传和北传所致.热带印度洋季节内振荡沿西南-东北向经过约14d传到孟加拉湾,激发了孟加拉湾西南季风季节内振荡的东传,经过约6d到达南海,激发了南海热带季风季节内振荡的北传,经过约25d到达华南,形成热带印度洋季节内振荡向华南的经纬向接力传播(45d).孟加拉湾西南季风季节内振荡所影响的降水主要是在20°N以南的热带雨带随低频对流的东移而东移;而南海热带季风季节内振荡所影响的降水除了这种热带雨带随低频对流的东移外,还有在20°N以北的东亚副热带地区存在雨带随南海低频对流的北移而北移.     

北京气候中心大气模式对季节内振荡的模拟

对北京气候中心大气模式(BCC AGCM2.0.1)模拟热带季节内振荡的能力进行了检验.北京气候中心新一代气候模式(BCC AGCM2.0.1)是在原中国国家气候中心模式的基础上参考NCAR CAM3改进形成的.新模式中引进了一个新的参考大气和参考面气压.因此原模式的预报量中的气温(T)和地面气压(p_s)则变为它们对参考大气气温的偏差和对参考面气压的偏差.模式还加入了新的Zhang-Mcfarlane对流参数化方案,并对其参数计算方法进行调整和改进.此外还对模式边界层处理、雪盖计算等进行了改进.上述模式在实测的月海温作为下边界条件的情况下运行52年(1949年9月-2001年10月).然后对运行结果中的季节内振荡的状况进行分析,主要结果如下:NCAR CAM3模式模拟热带季节内振荡的能力很差,主要表现在模拟的热带季节内振荡强度很弱;东移波与西移波的强度很接近,而实际观测中是东移波的能量要远大于西移波;季节内振荡的季节变化及空间分布与观测相差很远.北京气候中心大气模式(BCC AGCM2.0.1)模拟热带季节内振荡的能力有显著的提高.模拟的热带季节内振荡很明显,强度接近于观测结果;模拟东移波的能量要大于西移波,这与观测较为一致;季节内振荡的季节变化和空间分布与观测相差不大.总的来看,BCC AGCM2.0.1模式在模拟热带季节内振荡方面比CAM3模式有明显的改进.     

太阳活动11年周期对东亚冬季风与随后东亚夏季风关系的影响及其过程

利用长时间再分析资料和台站观测资料以及反映太阳周期活动的太阳黑子数资料,研究了太阳活动11年周期对东亚冬季风与随后夏季风关系的影响和过程。结果表明,弱(强)的东亚冬季风后的次年春、夏季在西北太平洋上空往往出现反气旋(气旋)式环流异常。通过将东亚冬季风指数分解为与ENSO有关的部分以及与ENSO无关的部分,进一步证实东亚冬、夏季风之间的联系主要来自于与ENSO有关的东亚冬季风异常。在此基础上着重分析了太阳活动对东亚冬、夏季风关系的影响和过程。研究表明,太阳活动显著影响了东亚冬季风与ENSO的关系,在太阳活动偏低年ENSO与东亚冬季风的关系更为密切。并且,对应与ENSO有关的东亚冬季风异常,当太阳活动偏低(LS)时西北太平洋附近的异常反气旋明显增强,范围扩大,其西北侧的西南气流强度偏强并向北延伸,从而使春季多雨地区绵延到内蒙古乃至西北地区;而夏季降水主要集中在长江流域中游,表明是一个强的夏季风年。然而,在太阳活动偏高(HS)年的次年春、夏季,不论是环流异常还是降水场的异常都明显偏弱。这说明东亚冬季风与随后夏季风的关系在LS年要比HS年更紧密。对海温异常的分析则进一步表明,LS(HS)年从冬季至夏季与ENSO有关的东亚冬季风异常相联系的印度洋及热带西太平洋海温正相关范围明显偏大(小);而赤道东太平洋的显著正海温异常衰减迅速(缓慢)。上述海温异常的差异是西北太平洋反气旋能否从冬季持续到夏季的重要原因,并可以很好地解释太阳活动对东亚冬、夏季风关系的影响。     

亚洲—太平洋夏季风系统的基本模态特征分析

亚洲—太平洋季风区各季风子系统间的相互作用对季风区甚至全球的气候变化都有着显著的影响.整个亚洲—太平洋夏季风系统都处于高层辐散、低层辐合的庞大辐散环流中,从高层辐散中心流出的三支气流分别对推动印度夏季风、东亚副热带夏季风和南海夏季风起着重要的作用,很好地表现了亚洲—太平洋夏季风系统的整体性特征.季风区多种气象要素的基本模态在年代际和年际尺度上都表现出较为一致的变化特征:年代际尺度上亚洲—太平洋夏季风系统整体呈现减弱趋势;年际尺度上存在准2年和准4年的两个周期,其中准2年振荡特征表现为若印度西南季风偏强,则印度季风雨带偏强偏北,导致印度大陆中北部地区降水偏多;同时,由于西太平洋副热带高压的北移和偏强的印度西南季风显著向东延伸,10°N~30°N范围内的西北太平洋地区则表现为异常的气旋性环流,而30°N~50°N之间为反气旋性环流异常,对应东亚夏季风偏强,季风雨带能够北推至我国华北地区.也就是说,当亚洲夏季风中某一季风子系统表现为异常偏强时,另一季风子系统在这一年中也将表现为异常偏强,反之亦然.准2年的振荡周期可能是亚洲—太平洋夏季风系统的一种固有振荡,它从年际尺度上反映了亚洲—太平洋夏季风受热带太平洋—印度洋海温的强迫表现出明显的整体一致特征.     

A study of track deflection associated with the landfall of Tropical Cyclone Sidr (2007) over the Bay of Bengal and Bangladesh

In this study, the dynamics of track deflection associated with Tropical Cyclone (TC) Sidr (2007) are explored using a numerical weather prediction model. It is found that (a) the simulated track of Sidr is sensitive to flow, orographic, and model vertical structure that change the environmental steering flow leading to the track deflection. In particular, the track of TC Sidr is deflected northwestward for cases with lower domain height, horizontal domain covering only part of Himalaya mountains, and varying mountain heights; (b) the simulated track of TC Sidr, when compared with GFS reanalysis data, is mainly controlled by its deep-layer environmental steering flow as a point vortex; (c) the northwestward deflection with lower domain height is caused by an artificially larger high pressure at lower levels in the vicinity of the Himalayas, due to the upward propagation of wave energy being reflected by the upper domain boundary; (d) the significant northwestward deflection associated with the varying mountain height cases is due to the cyclone vortex being advected by the northeasterly monsoonal flow, which is blocked by the mountains in the corresponding cases with mountains; (e) the northeastward track deflection after the landfall of Sidr is explained by the addition of the frictional force.In summary, the model vertical domain height and the Himalaya mountain representation play key roles in influencing the accuracy of TC Sidr track simulation, compared with other factors, such as the vertical resolution, at least for TC Sidr.