不稳定热带海气相互作用中快波的过滤

Ｐｈｉｌａｎｄｅｒ［１］明确指出在热带海气耦合系统中能够存在不稳定的海气相互作用。Ｐｈｉｌａｎｄｅｒ等［２］的数值计算表明，由于海气相互作用，不稳定扰动可以向东传播。Ｙａｍａｇａｔａ［３］和Ｈｉｒｓｔ［４］从理论上也证明了海气之间存在着正反馈过程。巢纪平和张人禾［５］运用一个流场和压力场的高阶平衡近似，即在热带大气和海洋中只存在向西传播的赤道Ｒｏｓｓｂｙ波时，得出了两种介质中向西传播的赤道Ｒｏｓｓｂｙ波通过海气相互作用过程，可以产生向西传的不稳定波。并且在一定条件下，还可出现一类不属于Ｋｅｌｖｉｎ波的向东传的不稳定波，这些结果对解释ＥＮＳＯ事件的传播过程是值得参考的。     

全球变化中海洋大气相互作用过程的研究

海气相互作用的研究早就引起世界科学团体的极大关注。但是,以往的研究,以至目前正在进行的许多重要的国际计划,主要集中于作为物理问题或地球物理问题的海气相互作用过程。它不可能揭示出存在着交叉的物理、化学和生物过程的海气相互作用的奥秘,及其在全球变化中的作用。     

热带印度洋环流动力与季风相互作用研究进展

围绕中国科学院战略性先导科技专项"泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设"之子课题"热带印度洋环流动力与季风相互作用及其影响",从热带印度洋上层海洋环流、盐度变异对印度洋典型海气耦合过程的影响、印度洋海气相互作用及其对泛第三极水汽输送的影响方面回顾了热带印度洋环流动力与季风相互作用的研究进展.针对国内外研究发展的现状,提出热带印度洋上层经向、纬向、垂向流系间三维联动机制,海盆尺度热盐再分配对局地海-气模态变异的响应和反馈机制,热带印度洋典型海气耦合模态对泛第三极地区气候变化的影响机理等关键科学问题亟待解决.开展该子课题研究的最终目标是：全面认识和理解热带印度洋上层环流体系,加深印度洋海洋环流动力与海气相互作用及其对泛第三极经向水汽输送作用的理解,提高泛第三极地区气候预测水平,提升丝绸之路海上观测航道监测保障能力,从而为"一带一路"倡议和"21世纪海上丝绸之路"建设服务.     

南方涛动与赤道太平洋海温相互作用的季节变化及时滞性

一、引言有关研究表明,海气之间的相互作用存在着季节变化和时间滞后性. 南方涛动与赤道太平洋海温之间的响应过程,是一个对全球气候有着重大影响的海气交换事实.弄清它们之间的时空关系对探     

南海年际尺度海气相互作用的初探

本文分析了南海海洋大气系统短期气候变化中存在年际振荡的若干观测事实，提出了局地尺度南海海洋与低层大气相互作用的一种可能机制。针对南海表层水温距平和低层风场异常的相关，设计了一个类似与ＭｃＣｒｅａｒｙ和Ａｎｄｅｒ－ｓｏｎ（１９８４）模型的简化海气耦合模式。大气部分为随下垫面海温变化而变化的异常风应力阶梯函数与季节性风场的联合；海洋部分为非线性β－平面的约化重力模式。考虑南海海洋大气相互作用中存在的海温与低层大气风场变化之间反馈过程，耦合模式在气候积分中表现出一类约３ａ的周期性年际振荡。说明这个区域ＳＳＴ、低层大气风场年际振荡是南海海盆尺度的海气相互作用的反映，改进了关于南海ＳＳＴ年际振荡是海洋对大气应力甚低频强迫响应的认识     

简化的中纬度冬季环流耦合模式中的大尺度海气相互作用

用包括有天气尺度大气变率、海温（ＳＳＴ）平流和海气热交换的简化耦合模式的模拟结果研究了中纬度海气相互作用问题。研究发现将模式ＳＳＴ的强暖型事件合成对显示海洋强迫大气迹象是有用的。还提供了海洋影响大气的其他证据，即海洋平流似乎通过反馈效应增强了模式ＳＳＴ异常的持续性。     

海气相互作用与年代际气候振荡可能机制初探

从简单海气相互作用方程组出发，引进新的海洋对大气加热函数，得到简单海气相互作用方程组的解析解。解析解表明，海气相互作用可以产生不稳定耦合波，这种波的不稳定程度随海气相互作用系数和深海对海洋混合层的影响而不同，并且e-折时间尺度随海气相互作用系数出现极小值，这个极小值点对应的周期是最不稳定海气耦合波的周期；海气相互作用产生的最不稳定海气耦合波的周期在中纬度地区是18a，在低纬度是3．5a，在高纬度是35a，它可能是海气系统年代际振荡的机制之一。     

热带海气相互作用波及其不稳定性

本文利用一个简单的海气耦合模式,讨论了热带海洋和大气中Rossby波的相互作用。结果指出,海洋和大气中向西传播的Rossby波耦合后,不仅存在着向西传播的波动,而且还可以产生一类向东传的新波。这种向东传播的波动出现在波长较长的波段范围内,这个范围的大小受海气相互作用强度的制约。另外,波动可以出现不稳定性,向西和向东传的波均有不稳定现象发生,不稳定增长率也受海气相互作用强度的制约。最后,根据所得到的海气相互作用波,对ENSO现象作了一个可能的解释。     

印度洋海气相互作用对热带夏季大气环流气候态的影响

利用分辨率较高的SINTEX-F(Scale INTeraction EXperiment-FRCGC) 海气耦合模式, 进行多组长时间积分模拟和理想试验, 分析研究热带印度洋海气耦合对夏季大气环流气候态的影响。主要结果有: (1) 热带印度洋海气相互作用使热带东印度洋产生明显的东风变化, 使热带中西太平洋赤道北部产生气旋性切变变化。 (2) 印度洋海气相互作用对大气环流气候态的影响绝大部分由于大气对海气相互作用的响应存在年际变化正负距平不对称性造成, 这种年际变化不对称性包括正偶极子与负偶极子的不对称、 海盆宽度正异常与海盆宽度负异常的不对称。 (3) 年际和季节内两种时间尺度海气相互作用对印度洋关键区大气环流平均态都有影响, 约各占60%、 40%; 季节内尺度海气相互作用对太平洋近赤道区大气环流平均态有重要影响; 年际尺度海气相互作用对太平洋赤道外地区大气环流平均态有重要影响。热带印度洋年际尺度、 季节内尺度海气相互作用对大气环流气候态的影响, 都存在年际变化以及年际变化正负距平不对称性。这两种尺度海气相互作用主要通过年际变化正负距平不对称性而对大气环流平均态产生影响。     

热带海气相互作用及其对副热带高压长期变化影响的研究

热带是推动大气热机的主要能量源地。那里大部分为海洋,海洋与大气之间的能量和各种物理量交换,在整个地球—大气系统的能量平衡中占有十分重要的位置。近几年来,我们开展了热带太平洋海气相互作用的研究。揭露了热带太平洋海气系统中存在着一类低频的振荡过程,这一振荡过程对北太平洋副热带高压的长期变化有明显的影响。同时,从物理量的诊断分     

ENSO循环的数值模拟(Ⅱ)──变化性及时间尺度选择机制

利用热带太平洋海气耦合异常模式的３０ａ模拟结果，对模式ＥＮＳＯ的变化性及多重时间尺度过程进行了细致分析，建立了一ＥＮＳＯ循环多重时间尺度过程相互作用的非线性相似（Ａｎａｌｏｇ）模型，并提出了ＥＮＳＯ循环主周期形成的一种可能机制。指出：和观测事实类似，模式ＥＮＳＯ过程确实涉及到三种时间尺度，即３—４ａ主周期振荡（ＬＦ）、准两年振荡（ＱＢ）和年循环（ＡＣ）；其中，ＱＢ过程是线性海气耦合系统的本征模态，年循环（ＡＣ）对其形成没有本质的影响；３—４ａ主周期振荡（ＬＦ）是一非线性系统的自激振荡现象，其形成是线性系统的本征模即ＱＢ过程通过非线性机制尤其是通过大气辐合反馈加热的“单向性”过程在ＱＢ的暖态产生的减频增幅所致；平均年循环（ＡＣ）虽然不能对ＥＮＳＯ循环形成有本质影响，但它可明显影响ＥＮＳＯ循环的具体振幅和位相，使得ＥＮＳＯ循环具有明显的不规则性并对季节循环具有明显的“锁相”特征；ＥＮＳＯ变化性确是ＬＦ、ＱＢ以及ＡＣ多重时间尺度相互作用形成的。本文提出的ＥＮＳＯ循环时间尺度选择机制不仅解释了主周期振荡的形成过程，而且也较好地解释了ＥＮＳＯ变化的谱，因此，这一机制更接近于观测事实。     

山东夏季降水与热带海气相互作用区域特性的相关分析

采用一种能够反映热带海气相互作用区域特性的指数,分析了热带５个洋区（西太平洋、中太平洋、东太平洋、大西洋、印度洋）的海气相互作用指数与山东夏季（６～８月）降水的相互联系。结果表明,只有热带印度洋的海气相互作用的第１模态与山东夏季降水存在的显著相关。热带印度洋海温偏高时山东夏季降水偏少,反之偏多。热带西印度洋区域１０００ｈＰａ风向赤道区域异常辐合,并伴随出现正海表温度异常的年份,山东夏季降水往往偏少     

1986～1987年El Niño期间热带西太平洋及南海海气热量交换研究

文中根据热带西太平洋海气相互作用研究（ＴＯＧＡ）第１～５及第８航次和南海科学考察结果,对热带西太平洋和南海海气热量交换作了分析。结果表明：ＥｌＮｉｎｏ事件发生前,热带西太平洋及南海海气热量交换非常强烈;ＥｌＮｉｎｏ事件发生后,热带西太平洋及南海海气热量交换反而减弱。     

奇异交叉谱在海气相互作用诊断研究中的应用

利用SCSA（奇异交叉谱分析）方法,对中低纬海气及中低纬环流相互作用的耦合同期信号进行分析。结果表明：在3－7年尺度上海气相互作用关系密切,这个尺度与ENSO循环尺度基本一致,且其振荡行为与ENSO根荡相似．从这个意义上说在中低纬海气相互作用中,ENSO是个强信号;中低纬环流相互作用存在10－12年及准4年的优势耦合周期,其中准4年振荡和ENSO循环尺度相一致．这说明中低纬环流相互作用,除受ENSO影响外,自身还存在10年左右的振荡周期。     

热带西太平洋暖池局地海气相互作用的季节依赖性

采用美国伍兹霍尔海洋研究所的客观分析海气通量项目最新发布的海气热通量和相关气象场、NOAA提供的向外长波辐射和表面风场等数据,研究了暖池区域(144～154 °E,1～6 °N)局地海气相互作用的季节依赖性,并探讨可能对其产生影响的外强迫。结果表明,暖池区域海气相互作用在3月显著表现为受ENSO影响的海洋对大气的强迫,而在6月则显著表现为以局地作用为主的大气对海洋的反馈。当海洋强迫大气占主导时,海温趋势(dSST/dt)的年际变化的数值小于海温;而当大气反馈海洋占主导时,海温趋势的年际变化数值大于海温。ENSO会减弱暖池区域3月海洋对大气的强迫,而6月大气对海洋的反馈受ENSO影响不大;去除印度洋偶极子(IOD)影响后海气关系基本维持不变。3月ENSO通过增强暖池上空的对流,减少短波入射,从而使海温呈降低趋势,减弱海洋对大气的强迫。      

夏季中高纬500 hPa高度和海表温度异常特征及其相关分析

用旋转主分量（ＲＰＣ）方法,对１９４９～１９８８年４０个夏季的中高纬５００ｈＰａ高度场以及北太平洋和北大西洋海表温度异常（ＳＳＴＡ）的主要时空分布特征作分析,然后通过交叉相关讨论夏季海气相互作用的特征。结果表明,夏季中高纬５００ｈＰａ高度场最明显的异常型为副热带型（ＳＴ）,极地北美型（ＰＡ）,４波型（ＦＷ）,以及３波型（ＴＷ）。夏季北太平洋ＳＳＴ的主要异常型为赤道东太平洋型（ＥＥＰ）,阿拉斯加湾型（ＢＡＬ）,热带中太平洋（ＣＴＰ）,以及北部北太平洋型（ＮＮＰ）。而夏季北大西洋ＳＳＴ的主要异常型为赤道大西洋型（ＥＡＬ）,加勒比海型（ＣＡＲ）,东部北大西洋型（ＥＮＡ）和中部北大西洋型（ＣＮＡ）。夏季中高纬海气之间的最强相关出现在海气异常对应的空间位置上。这种区域性或邻域性的海气相关呈正相关的特征。但海气之间的相关耦合不及冬季紧密,赤道ＳＳＴＡ与中高纬５００ｈＰａ高度异常的相关不显著。太平洋ＳＳＴＡ所对应的５００ｈＰａ高度场的相关中心多为局地性,而大西洋ＳＳＴＡ所对应的５００ｈＰａ高度场的相关中心呈现更有组织性的,甚至是波状的形态。     

对热带不稳定海气相互作用模式的改进

对以前提出的热带海气相互作用模式［１］风应力的参数化作了改进。和以前一样，在这个耦合模式中，滤去了大气和海洋中的重力惯性波，只保留了向西传播的Ｒｏｓｓｂｙ波。但经过海气相互作用后，理论分析指出，在耦合模式中存在着快的和慢的两类波动。快波频率的实部、即其相速度是向西传的，并接近于未经海气相互作用时大气中Ｒｏｓｓｂｙ波的频率；而慢波的性质和以前的结果类似，短波部分是向西传的，长波部分向东传，东传波的临界波数随海气相互作用增强向短波部分位移。与以前结果不同的是，除一个慢波不稳定增长外，另一个快波在长波部分也是不稳定增长的。海气相互作用越强，不稳定增长率和不稳定波所出现的波段范围越大。另外，本文的研究结果还指出，高频和低频不稳定波产生的物理条件是不一样的。     

美国第七届气候诊断年会

关于美国第三届到第六届气候诊断年会的情况,过去曾做过介绍。第七届年会于1982年10月18—22日在科罗拉多的国家大气研究中心(NCAR)召开。这次会规模比前几届略大。会议共分八个组:1.1982年9月—1983年8月的气候振动 10篇2.行星尺度环流特征 8篇3.冰雪、降水、气候资料 7篇4.大尺度海气相互作用(一) 10篇5.大尺度海气相互作用(二) 9篇6.厄·奇冲火山爆发的影响 9篇7.可预报性与预报关系 6篇8.预报模式 6篇总共65篇论文,海气相互作用是一个主要的议题。事实上,从海洋、气象条件的变化已经证实,1982、1983年是一个非常强的厄·尼诺年,而且这种情况一直持续到1983年夏季。下面我们就从这个问题开始介绍会议文集所反映的一些主要内容。     

ENSO循环的数值模拟──Ⅰ:水平结构演变

利用发展的包含海洋表面边界展和大气辐合反馈过程的热带太平洋海气耦合距平模式，对ＥＮＳＯ循环进行了模拟。通过３０ａ积分，用合模式所展示的热带太平洋海气耦合系统的ＥＮＳＯ循环的水平结构演变特征和观测事实甚为一致，成功地模拟出了ＥＮＳＯ循环的冷暖态的发生发展、衰亡及相互转换等各个位相的动力和热力场的水平结构及其对季节循环的依赖性特征。本文数值模拟结果表明，ＥＮＳＯ循环的主要动力学过程可由热带海气相互作用系统自身所确定。ＥＮＳＯ循环的正确模拟是揭示其形成机制的前提。     

北太平洋冬季年代际尺度海气相互作用

为了更深了解北太平洋年代际尺度海气相互作用,本文通过对湍流热通量和SST的相关关系进行了研究。当热通量和SSTA正相关时,代表海洋影响大气,而当二者相关系数为负时,表示大气强迫海洋。将整个北太平洋SSTA求平均和把北太平洋分成3个区域求SSTA平均,分别对热通量和SST的关系进行研究。结果表明,北太平洋冬季年代际尺度上的海气相互作用主要表现为海洋强迫大气,而在日本附近海域以及北太平洋中东部,海洋对大气的强迫作用最明显,因此这两个区域是北太平洋冬季年代际尺度上海气相互作用的关键区。