分辨率对区域气候极端事件模拟的影响

利用NCAR MM5V3对1999年6月长江流域的极端异常降水事件进行了模拟,主要研究不同水平和垂直分辨率对极端区域气候事件模拟的影响。数值模拟试验表明:模式能够模拟出极端强降水的主要分布特征;水平分辨率的提高降低了模式模拟的强降水偏差,对逐日降水变化的模拟更加合理,而垂直分辨率的提高基本上也都减小了模拟的强降水过程的偏差,改善对强降水的模拟能力;模式水平、垂直分辨率的提高在一定程度上增强了对强降水过程的模拟能力。水平分辨率的提高能够改善模式对海平面气压的模拟,而垂直分辨率的提高可以改善模式模拟的地面气温和低层环流。分辨率对中层大气环流的影响不是很敏感。不同积云对流参数化方案模拟的对流降水比率随水平分辨率的变化是不同的,Grell方案对流降水比例随分辨率的提高而增加,而Kain-Fritsch方案的结果相反。     

一个混合型热带海洋-大气耦合模式 I. 模式构成及热带太平洋气候态模拟

本工作发展了一个用于研究热带海洋-大气系统相互作用和El Ni?o/Southern Oscillation动力过程的混合型(hybrid)耦合模式，其中的大气部分为一个由一阶斜压模表示的自由大气和混合行星边界层所组成的简单热带大气模式(区域为热带太平洋:120°E～80°W，30°N～30°S；水平分辨率为2°×2°)，海洋部分为大气物理研究所高分辨率自由表面热带太平洋环流模式(经纬圈方向水平分辨率分别为1°和2°，垂直方向分为不等距的14层)。两模式间的耦合是这样进行的:简单大气模式计算出海表风应力，热通量由松弛公式计算，淡水通量(蒸发与降水之差)由观测资料给定，它们一起作为海洋环流模式(OGCM)的强迫场；而OGCM计算出海表温度(SST)，在其以外地区给定观测到的气候海表温度或陆地温度，作为大气模式的边界条件。本文给出采用逐日、同步耦合方案时模式对热带太平洋气候态模拟结果，表明未采用任何通量修正(fluxes correction)，耦合模式未出现气候漂移(climate drift)现象，并且非常逼真地再现了热带太平洋气候态，特别是海表风场及相伴随的辐合带和降水、海表温度和流场及它们的季节变化。文中还进行了对耦合模式的比较研究，以验证其良好性能和对实际热带太平洋气候系统的模拟能力。     

对印度洋偶极子中海洋环流异常的模拟研究

用高分辨率印度洋-太平洋区域海洋环流模式(IPOM)模拟研究印度洋偶极子(IOD)过程.用观测的1990年～1999年热带海表风应力强迫IPOM,模拟出20世纪90年代出现的两次(1994年和1997年)IOD过程中热带印度洋海温异常的一些基本特征.通过模拟的海洋环流过程,揭示出IOD过程中海洋环流异常的物理图像.发现在IOD事件时,东赤道印度洋上层出现强的向西(负)的距平流窄带,此距平流在赤道两侧向外辐散,且具有向西传的海洋Rossby波特征.IOD位相时在沿赤道的垂直剖面上,存在一个明显的距平环流圈:表层为强的向西距平流;下面为向东的补偿流;80°E以东存在着明显的涌升流,构成垂直环流圈的上升支;其下沉支主要在55°E以西的西印度洋.同时在热带东印度洋赤道两侧各有一个垂直的经向距平环流圈,其共同的上升支在赤道附近.在反IOD位相时,洋流距平分布与IOD位相截然相反,但洋流距平的绝对值较小.由上述距平洋流分布的特征发现,IOD过程中热带印度洋海温异常(东冷西暖)现象,可从水平和垂直海流的异常变化,特别是大范围异常涌升流和沉降流的出现得到解释.     

积云参数化和分辨率对MJO数值模拟的影响

用中国科学院大气物理研究所发展的一个大气环流模式,使用不同的积云参数化方案和分辨率进行了6个模拟试验,考察了积云参数化方案和模式分辨率对热带大气季节内振荡（MJO）模拟的影响。结果显示：积云参数化方案和分辨率都会影响MJO的模拟。但积云参数化方案决定了模式对MJO模拟的基本能力,决定了模拟的MJO的基本特征。分辨率的变化并不能使模拟的MJO发生本质的改变,分辨率的作用更多的是对MJO的模拟起一定的调制作用,而这种调制作用又受到积云参数化方案的制约。在改进积云参数化方案的基础上提高模式的分辨率会在某些方面改善MJO的模拟。但是分辨率的提高需要同时提高水平分辨率和垂直分辨率,单独提高水平分辨率会降低模式模拟MJO的能力,引入更多的小尺度的高频扰动。非绝热加热垂直廓线对模式模拟MJO有重要的影响,而非绝热加热廓线很大程度上取决于所使用的积云参数化方案。模式水平分辨率的变化不会对加热廓线的结构产生明显的影响,而垂直分辨率的变化会对加热廓线的垂直结构产生一定的调制作用,进而对模拟的MJO起到调制作用。     

热通量和风应力影响北太平洋SST年际和年代际变率的数值模拟

利用一个大洋环流模式LICOM, 通过1958～2001年风应力 (ERA40) 和热通量驱动下的两组模拟试验, 检验了二者在北太平洋年际和年代际变率形成中的作用。结果表明, 尽管在年际尺度上热带太平洋变率主要受风应力影响, 但合理考虑热通量异常的强迫作用能够显著改进模式对El Niño的模拟效果, 包括对El Niño周期非规则性的成功模拟; 北太平洋SST的年际和年代际异常主要受热通量异常的影响, 合理考虑热通量强迫的年代际变化能够改善模式对北太平洋年代际变率的模拟效果。在北太平洋海盆的不同区域, 导致SST变率异常的因子不同: 在加利福尼亚沿岸, 冬季平均海温的变率异常主要由热通量的异常决定; 在北太平洋中部, 温度趋势异常主要受热通量和水平平流的作用影响; 在黑潮及其延伸体区域, 对温度趋势异常起主导作用的是热通量和海洋非线性作用, 与此同时, 水平平流和扩散的作用亦不容忽视。     

区域气候模式在不同分辨率下对西北太平洋热带气旋生成气候特征的比较研究

利用RegCM3区域气候模式,试验研究了15、30、45和60 km 4个分辨率下西北太平洋热带气旋的生成特征.结果表明,RegCM3模式对西北太平洋热带气旋生成的模拟能力受分辨率的影响.分辨率的简单提高,并不一定会使模式的模拟能力有所改善.模式在30 km分辨率下对西北太平洋热带气旋生成频数及频数变化的模拟能力最强,在60 km分辨率下对西北太平洋热带气旋生成频数空间分布的模拟能力最强,在15 km分辨率下对西北太平洋热带气旋生成频数、频数空间分布及频数变化的模拟能力最弱.对比分析不同分辨率下热带气旋的生成过程表明,热带气旋生成前期,β中尺度涡旋没有发生合并,对流层中低层水汽含量不足是导致模式在15 km分辨率下模拟热带气旋生成频数较差的主要原因.     

WRF模式分辨率对新疆异常降雨天气要素模拟的影响

利用新一代中尺度气候数值模式WRF对中国西北干旱典型地区——新疆2000年10月的异常降雨事件进行模拟,主要研究了不同水平分辨率、垂直分辨率以及不同积云参数化过程对气温、降雨和土壤温度模拟的影响。结果表明：不同分辨率的模拟基本上均模拟出了地面气温的分布特征,且随着水平分辨率的提高,模式模拟能力显著提高,对地面气温值、分布范围的模拟渐趋合理,同时模式对于地形引起的温度分布变化的模拟更加趋近实际。水平分辨率、垂直分辨率的提高同样改善了模式对降水的模拟能力,分辨率的提高不仅改进了模式对降雨分布区模拟的精度,也增强了对于地形引起的降雨变异的模拟能力。在土壤温度模拟上,不同分辨率的试验均能模拟出土壤温度的分布特征,较高水平分辨率有利于描述土壤温度分布细节,但更容易出现“数值点风暴”现象。     

一个混合型热带海洋-大气耦合模式I.模式构成及热带太平洋气候态模拟

本工作发展了一个用于研究热带海洋大气系统相互作用和ＥｌＮｉｎ～ｏ／ＳｏｕｔｈｅｒｎＯｓ－ｃｉｌａｔｉｏｎ动力过程的混合型（ｈｙｂｒｉｄ）耦合模式，其中的大气部分为一个由一阶斜压模表示的自由大气和混合行星边界层所组成的简单热带大气模式（区域为热带太平洋：１２０°Ｅ～８０°Ｗ，３０°Ｎ～３０°Ｓ；水平分辨率为２°×２°），海洋部分为大气物理研究所高分辨率自由表面热带太平洋环流模式（经纬圈方向水平分辨率分别为１°和２°，垂直方向分为不等距的１４层）。两模式间的耦合是这样进行的：简单大气模式计算出海表风应力，热通量由松弛公式计算，淡水通量（蒸发与降水之差）由观测资料给定，它们一起作为海洋环流模式（ＯＧＣＭ）的强迫场；而ＯＧＣＭ计算出海表温度（ＳＳＴ），在其以外地区给定观测到的气候海表温度或陆地温度，作为大气模式的边界条件。本文给出采用逐日、同步耦合方案时模式对热带太平洋气候态模拟结果，表明未采用任何通量修正（ｆｌｕｘｅｓｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ），耦合模式未出现气候漂移（ｃｌｉｍａｔｅｄｒｉｆｔ）现象，并且非常逼真地再现了热带太平洋气候态，特别是海表风场及相伴随的辐合带和降水、海表温度和流场及它们的季节变化。文中还进行     

用氚的模拟比较被动示踪物平流输送方案

使用一个太平洋海盆尺度环流模式模拟氚的分布,并分别采用二阶中央差(CD)、通量修正输送法(FCT)、分段抛物线法(PPM)、多维正定平流输送法(MPDATA)及二阶矩法(SOM)计算流场对氚的平流输送,通过结果比较考察算法间的差异.模拟试验设定为完整物理过程情形( CASEl)及仅含平流、对流情形(CASE2).CAS...     

热带大气对流垂直结构与降水模拟偏差的关系：基于GAMIL3模式的分析

针对LASG/IAP发展的大气环流模式GAMIL(Grid-point Atmospheric Model of IAP LASG)的两个版本GAMIL2(G2)和GAMIL3(G3)，评估了其对热带降水气候态以及对流垂直结构的模拟能力，在此基础上探究了新版本模式降水模拟改进的原因以及热带对流垂直结构与降水模拟偏差的关系。两个版本的GAMIL模式都较好地捕捉到了热带降水的主要特征，且G3的模拟结果整体优于G2。新版本的主要改进在于显著减小了热带西北太平洋正降水偏差。水汽收支诊断显示，模式降水偏差主要来源于蒸发项和水汽垂直平流动力项，而后者的偏差则来自于对流强度和对流垂直结构的共同作用。对流垂直结构偏差主要存在于赤道印度洋与赤道大西洋区域，表现为大气低层辐合分量偏小，对流卷出层高度偏高；在热带西北太平洋与赤道东太平洋区域，模式较好地还原了典型的“头重型”和“脚重型”对流垂直结构，但依然存在有整体性的对流偏深。湿静力能（MSE）收支显示，热带西北太平洋区域过量的净能量通量是模式垂直运动偏差的主要来源。而对流垂直结构偏深造成的总湿稳定度（Gross Moist Stability，简称GMS...     

Interaction Between Typhoon and Western Pacific Subtropical Anticyclone:Data Analyses and Numerical Experiments

Three kinds of typhoons with distinct tracks are sorted based on a set of typhoon data from 1958 to 1998. The results of composite analyses confirm that different typhoon tracks correspond to different patterns of the subtropical anticyclone over the western Pacific （SAWP）. When the tracks are westward, the SAWP is strong, with a zonal form, and stretches westward; when the tracks are recurving, the main body of the SAWP shifts eastward and breaks near 160~E; and when the tracks are northward, the SAWP is located far east of its normal position. Based on the above result, two different initial fields are configured, one has a zonal and strong SAWP, and the other has a meridional and weak SAWP. By using the GOALS R42L9 climate model, a temperature disturbance is added into these two different initial fields to force the formation of a typhoon. Westward and northward tracked typhoons are well simulated, thus verifying that different patterns of the SAWP have different effects on typhoon tracks. Results also show that typhoons can induce barotropic Rossby waves propagating to the mid and high latitudes. Under different background zonal flows, the wave trains triggered by the typhoons of westward and northward tracks are also different, and their effects on the mid and high latitude circulations and the SAWP are different. Compared to a n.orthward tracked typhoon, a westward tracked typhoon is able to induce positive geopotential height anomaly to its north and northwest, resulting in the SAWP strengthening and developing westward.     

大气季节内振荡对西北太平洋台风路径的影响研究

台风路径一直是天气预报的难点之一。本文研究了大气季节内振荡 (ISO) 对西北太平洋台风路径的影响, 指出大气ISO对台风路径预报有重要参考意义。细化传统台风路径的划分方法, 将台风路径进一步分为5种: 西移型、 西北移型、 日本以西型、 日本登陆型、 日本以东型。分别对不同路径的台风所对应的低频流场进行超前滞后合成分析, 发现台风生成时850 hPa低频气旋的正涡度带走向往往预示着台风的未来走向, 200 hPa低频环流形势, 意味着上层引导气流的方向, 对台风的路径也有一定的指示作用。低频流场演变特征表明, 大气ISO在对流层低层到中层通过低频气旋或低频反气旋的环流形势影响季风槽及副热带高压的位置和强度, 从而影响台风的活动。低频气旋的作用使台风易于沿着低频气旋的正涡度带移动。菲律宾以东热带地区生成的低频气旋的加强有利于季风槽的加强和东伸, 另外, 它的经向北传对副热带高压的位置也有影响。在副热带地区存在大气ISO流型以低频波列的形式向西传播, 对副热带高压的季节内时间尺度东西振荡有重要作用。热带与副热带地区大气ISO的共同作用, 对台风路径有决定性意义。初步认为, 对于西移路径和西北移路径, 热带大气ISO的影响起着更为重要的作用; 对于日本登陆型和日本以东型路径, 副热带大气ISO的影响起着更为重要的作用。大气季节内振荡的环流场可以作为台风路径预报的依据之一。     

2003年夏季异常天气与西太副高和南亚高压演变特征的分析

通过入梅前后东亚环流与多年平均的对比,表明2003年夏季我国东部旱涝分明、长江以南高温少雨、淮河流域持续多雨、强降水过程频繁等特点是与西太平洋副热带高压(下称西太副高)活动特征有关。该年副高偏强、位置异常偏西,垂直结构呈现较强的动力性特征,即低层为辐散下沉运动、高层为辐合,脊线随高度向北倾斜。副高西北侧的梅雨锋区强,且风切变明显。动力和热力诊断结果表明,200 hPa南亚高压脊线以北东传的负涡度平流产生的辐合下沉运动,有利于对流层中下层副高的加强西伸。500 hPa副高西北侧的雨带位置与对流层上层副热带急流的位置和东伸的南亚高压对应。高层西风带和南亚高压的动力作用也会引发副高短期的东西振荡。降水区对流层高层产生的潜热释放,使副高西北侧加热率垂直方向的非均匀分布增加,导致了副高加强西进。热带天气系统的活动,对副高维持和加强也有不可忽视的作用。正是西风带、副热带和热带系统相互作用,动力和热力因素的综合影响,造成了该年副高及其所带来的天气异常。     

2018年台风“摩羯”和“温比亚”路径的影响因子分析

利用中国气象局(CMA)提供的热带气旋最佳路径资料和欧洲中心(ECMWF)提供的ERA interim再分析资料,对2018年两个北上影响山东的台风"摩羯"和"温比亚"路径差异的原因进行分析发现:"摩羯"和"温比亚"台风路径的差异主要与周围天气系统分布差异有关,两台风均先后受到副热带高压和大陆高压的影响,"温比亚"还受高空槽的影响,使其转向角度较大,而台风与高压系统相互作用形成的引导气流是影响这两个台风路径的主要因素。"摩羯"和"温比亚"的最佳引导气流均位于台风中心5个纬度半径内,不同阶段所受引导气流的高度存在差异,台风登陆前中低层引导气流对台风移向的指示作用均优于高层,登陆后转向前纬向引导气流均优于经向,但稳定性稍差,转向后除"温比亚"经向引导气流相关较差外均整层相关较好,中高层略优于低层,且高层风(300～200hPa)可以提前12h预报台风转向。此外,台风总是向着台风附近的正涡度平流方向移动,正涡度平流越强,台风移动越快。     

Impact of 10–60-Day Low-Frequency Steering Flows on Straight Northward-Moving Typhoon Tracks over the Western North Pacific

This study investigates the impact of low-frequency (intraseasonal and interannual) steering flows on straight northward-moving (defined as a meridional displacement two times greater than the zonal displacement) typhoons over the western North Pacific using observational data. The year-to-year change in the northward-moving tracks is affected by the interannual change in the location and intensity of the subtropical high. A strengthened northward steering flow east of 120°E and a weakened easterly steering flow south of the subtropical high favor more frequent straight northward tracks. Examining each of the individual northward-moving typhoons shows that they interact with three types of intraseasonal (10–60-day) background flows during their northward journey. The first type is the monsoon gyre pattern, in which the northward-moving typhoon is embedded in a closed cyclonic monsoon gyre circulation. The second type is the wave train pattern, where a cyclonic (anticyclonic) vorticity circulation is located to the west (east) of the northward-moving typhoon center. The third type is the mid-latitude trough pattern, in which the northward-moving typhoon center is located in the maximum vorticity region of the trough.     

台风云系的非对称结构和特定的OLR场与台风的异常移动研究

运用气象卫星资料,研究了西北太平洋上14个台风和强热带风暴的北翘、西折、转向和打转等异常移动,发现:台风中心附近某一方位的中尺度对流活动,造成台风云系的非对称分布和特定的OLR场,导致台风的异常移动;对流活动出现的不同方位和OLR低值区轴向对台风未来的移动有着很好的指示。对路径最复杂的四个台风作了详细分析。      

西北太平洋台风活动与大气季节内振荡

本文综合介绍了大气季节内振荡与西北太平洋台风活动关系的最新研究结果。主要内容是:大气MJO的活动对西北太平洋台风的生成有比较明显的调制作用,在MJO的活跃期与非活跃期西北太平洋生成台风数的比例为2:1;而在MJO活跃期,对流中心位于赤道东印度洋(即MJO第2～3位相)与对流中心在西太平洋地区(即MJO第5～6位相)时的比例也为2:1。在MJO的不同位相,西太平洋地区的动力因子和热源分布形势有很明显不同。在第2～3位相,各种因子均呈现出抑制西太平洋地区对流及台风发展的态势;而在第5～6位相则明显促进对流的发生发展。这说明MJO在不断东移的过程中,将影响和改变大气环流形势,最终影响台风的生成。对多台风年与少台风年850 hPa的30～60 d低频动能距平合成分析表明,在多台风年有两个低频动能的大值区,其中最显著的是低频动能正异常位于菲律宾以东15°N以南的西北太平洋地区,此区域正好为季风槽所在的位置。而少台风年的情况与多台风年相反,从阿拉伯海东部经印度半岛、孟加拉湾一直到我国南海地区,都是低频动能的大值区,最大的低频动能中心位于印度半岛和我国南海南部;而菲律宾以东的西北太平洋是低频动能的负距平区,季风槽偏弱,对台风生成发展不利。200 hPa速度势场清楚表明,多台风年(少台风年)在菲律宾以东的西北太平洋上表现为高层辐散(辐合),增强(减弱)该地区的上升气流,有利于(不利于)台风的生成。大气季节内振荡(ISO)对西北太平洋台风路径影响的研究表明,大气ISO)流场对台风路径预报有重要参考意义。其结果表明,台风生成时850 hPa低频气旋(LFC)的正涡度带(特别是最大正涡度线)走向往往预示着台风的未来走向;200 hPa的低频环流形势对台风的路径也有一定的指示作用,与200 hPa低频反气旋(LFAC)相联系的200 hPa强低频气流对台风起着引导气流的作用。     

穿越副高北上的台风路径与环境场的关系

对穿越副高北上的台风路径与环境场的多种参数的关系进行统计分析表明:初始环境场某些参数的一定分布与变化有利于台风未来偏北移行,穿越副高。这些参数可作为预报穿越副高北上台风路径的有效因子,其中某些参数还对穿越副高北上台风路径具有较长时效的预报意义。      

Interaction Between Typhoon Vicente (1208) and the Western Pacific Subtropical High During the Beijing Extreme Rainfall of 21 July 2012

The heaviest rainfall in recent six decades fell in Beijing on 21 July 2012, reaching a record of 460 mm within 18 h. This rainfall was a typical remote precipitation event related to Typhoon Vicente(1208).Observational analysis indicates that Vicente influenced distant heavy rainfall by transporting water vapor northward to the Beijing area. This moisture transport was mainly driven by the interaction between Vicente and the western Pacific subtropical high(WPSH) associated with the formation of a low-level southeasterly moisture channel. A set of numerical sensitivity experiments were performed with prescribed typhoons of different intensities to investigate the interaction between Vicente and the WPSH and its effects on this rainstorm process. The results indicate that the WPSH interacting with typhoons of different intensities may exert varying degrees of influence on the development of a southeasterly moisture channel, resulting in a change in rain rate and location over the Beijing area. Specifically, in the presence of an enhanced typhoon,the WPSH shows remarkable withdrawal to the east, which is favorable for a northward extension of the southeasterly moisture channel, thereby increasing moisture supply for the rainstorm. The WPSH tends to stretch westward in a zonal pattern if the typhoon is weakened or removed, hindering the northward extension of the moisture channel. Thus, the rainfall area may be expected to expand or contract, with corresponding increases or decreases in rain rate over the Beijing area with a strengthened or weakened typhoon, respectively.     

西北太平洋热带气旋移动路径的年际变化及其机理研究

利用JTWC的热带气旋资料、NCEP/NCAR再分析的风场资料以及Scripps海洋研究所的海温资料分析了西北太平洋热带气旋(TC)移动路径的年际变化及其机理。结果表明,西北太平洋TC移动路径有明显的年际变化并与西太平洋暖池热状态有很密切的关系。当西太平洋暖池处于暖状态,西北太平洋上空TC移动路径偏西,影响中国的台风个数偏多;相反,当西太平洋暖池处于冷状态,西北太平洋的TC移动路径偏东,影响日本的台风个数偏多,而影响中国的台风个数可能偏少。本研究以西太平洋暖池处于冷状态的2004年与西太平洋暖池处于暖状态的2006年的西北太平洋TC移动路径的差别进一步论证了这一分析结果并从动力理论方面分析了在西太平洋暖池不同热状态下,季风槽对赤道西传天气尺度的Rossby重力混合波转变成热带低压型波动(TD型波动)的影响,以此揭示西太平洋暖池的热状态对西北太平洋TC生成位置与移动路径年际变化的影响机理。分析结果表明,当西北太平洋暖池处于暖状态时,季风槽偏西,使得热带太平洋上空对流层低层Rossby重力混合波转变成TD型波动的位置也偏西,从而造成TC生成平均位置偏西,并易于出现西行路径;相反,当西太平洋暖池处于冷状态时,季风槽偏东,这造成了对流层低层Rossby重力混合波转变成TD型波动的区域,以及TC生成的平均位置都偏东,从而导致TC移动路径以东北转向为主。