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.     

南方涛动(SO)与北大西洋涛动(NAO)百年变化特征的正交小波分析

利用“南海季风科学试验”（SCSMEX）所获得的可靠资料，对1998年区域海陆热力状况进行了分析与对比，并着重讨论了西太平洋和青藏高原地区热力作用对1998年季风爆发及发展的可能影响。结果发现：大气热源分布与海陆分布有密切联系，由于地形的阻挡使得在包含有南北海陆分布差异的地区，热源主要大值带较全海洋区域明显偏南。表面加热存在明显的季节变化和海陆差异。西太平洋地区与夏季风爆发之间的联系主要表现在海温和潜热加热的变化上。高原在亚洲夏季风爆发过程中的作用机制不同：在南海季风爆发期间以感热加热为主，印度季风爆发期间以水汽凝结释放潜热为主。     

近期青藏高原对亚洲气候影响的动力学研究进展

总结回顾了近年青藏高原影响的气候动力学研究。青藏高原在不同季节对气候的影响具有的不同特性:(1) 冬季高原为弱冷源的特征;(2) 春季高原与环流的相互作用使中国南方盛行西南气流进而形成江南春雨,在从冬到夏的季节推进过程中,青藏高原还调控南亚-印度洋海陆气相互作用,激发孟加拉湾季风爆发性涡旋,促使孟加拉湾季风在高原东部爆发;(3) 夏季斜坡上的感热加热形成高原感热气泵,与海陆热力对比共同作用,控制南亚季风和东亚季风;(4) 在年际和年代际时间尺度上,冬季热源异常是北半球大气环流变化的结果,同时对中国南方持续性异常雨雪事件产生影响;在春夏季节,高原热力强迫的变化强烈地影响环流和亚洲气候。其中青藏高原表面感热通量和其上空大气热源在春季和夏季呈减弱趋势在近30年逐渐减弱,影响到中国近几十年夏季季风和雨带分布。最后提出青藏高原影响研究的气候动力学面临的科学问题。      

东亚季风气候对青藏高原隆升的敏感性研究

青藏高原隆起是东亚季风形成演化的决定因子之一.利用GCM(大气环流模式)完成的一系列改变青藏高原地形高度的数值试验说明,东亚季风气候变化非常敏感地响应于高原隆升.在高原隆升达到现代高度的一半之前,东亚大约30°N以北地区近地面冬夏反向意义下的季风现象是不存在的.高原隆升对东亚冬季风的影响远大于对夏季风的影响.即使没有青藏高原,仅受海陆热力对比的作用,中国东部地区夏季已能出现偏南风;然而只有在青藏高原存在,且达到一定高度的情况下,东亚北方地区冬季才能盛行偏北风.从温湿状况看,大约长江以北的东亚北方季风强度随高原高度上升几乎呈线性增加,冬夏温度对比不断加大,降水也越来越向夏季集中.但长江以南的东亚南方季风和印度季风与此明显不同,前者对高原隆升具有非线性响应,而后者在高原隆升过程中变化不大.     

海陆分布和地形对大气垂直环流影响的诊断研究

本文利用GFDL10年平均的气候资料,分析了海陆分布和地形对大气中经圈和纬圈垂直环流的影响。文中提出了用运动学方法分别在P和σ坐标系中计算大气垂直运动ω或W的新方法。讨论了欧亚非洲季风的垂直环流特征,并与非季风区相应垂直环流围进行了比较。结果表明,在具有明显南北向海陆差异的经度上（如欧亚大陆所在处）,垂直的季风经圈环流具有较大的强度,且有明显的季节变化。而在只有海洋的经度上,垂直经圈环流较弱,季节变化不明显。在纬圈方向,垂直环流圈在海陆差异较大的北半球中高纬度带也比海陆差异较小的低纬和赤道地区复杂得多。地形的作用迭加于海陆热力差异的作用之上,加强了地形区和自由大气间的热力差异,使青藏高原和落基山脉所在的经度带内的垂直环流圈变得更加复杂,季节变化更明显。     

夏季亚非地区季风环流形成中大地形和不同加热因子的作用

本文使用数值模拟方法研究夏季亚非地区季风环流对大地形和不同加热因子作用的响应,目标在于探索季风环流中期变化和年际变化的可能原因。作为整个工作的一部分,首先考虑了大地形和平均加热场,成功地模拟了夏季亚非地区的季风环流和各个环流系统。以此为基础,比较並讨论了平均加热场的二个主要分量——感热加热(以青藏高原和北非大陆热源为明显)和潜热加热(以孟加拉湾及其附近地区为明显)对夏季风环流形成的相对重要性。     

欧亚地形对夏季南亚大气环流日变化影响的数值模拟研究

利用大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG）气候模式F-GOALS的大气谱分量SAMIL，设计了有、无欧亚地形的对比试验，并与NCEP/NCAR再分析资料进行比较，通过分析其流场、高度场、温度和涡度的差异，得到欧亚大陆地形对夏季大气环流场日变化的影响特征。结果表明，欧亚大陆地形对大气环流和气候日变化的影响主要集中在青藏高原地区。由于青藏高原上空大气对太阳辐射加热场的日变化最为敏感，随着日间加热场的增强，热力适应造成白天高原低层大气气旋性环流加深，相应地使周边地区向高原辐合增强，引起高原地区日间的上升运动更为强盛，而使大气高层反气旋环流增强，引起高原上空向外辐散气流增强。也就是地形效应在白天增强了高原“感热气泵”的效率，使其产生明显的日变化，随之带来高原及周边地区局地环流强烈的日变化。由于上升运动的日变化，引起高原南部地区降水的日变化，同时降水的增加正反馈于上升运动，使得上升运动在高原南部地区日变化尤为强烈。     

南海夏季风爆发前后亚洲地区的大尺度环流突变

用１９８０—１９８６年的ＥＣＭＷＦ资料分析了南海季风爆发前后大气环流突变的平均特征。结果表明：南海季风的爆发一般发生在５月１０日前后，大气环流出现一次明显突变──高空南亚高压由１０—１５°Ｎ骤然北跳到１５—２０°Ｎ，南海北部西风转为东风；低空南海北部及附近地区西南风迅速加强并向东扩展，而中纬地区的偏北风也相应加强南压，青藏高原东南部到中国长江中下游一带为温度、湿度梯度大值区；中国西南地区出现低压环流。同时，青藏高原东南部及中国东部平原地区对流层大气发生急速增暖，大气热源和水汽汇明显增强。在南海季风爆发后南海北部大气热源亦显著增强，但比风场的突变落后５—１０天，而西沙海温的变化与季风爆发却比较一致。另外，地形对大气热源的分布有一定的影响，青藏高原东南坡的加热对南海季风的爆发可能比较重要。     

区域气候模式对地形影响东亚大气环流季节变化的数值模拟研究

利用ICTP新推出的高分辨率第三代区域气候模式RegCM3,进行了有、无地形高度两个数值试验.通过分析两个试验模拟的环流场和降水场等的差异特征来研究东亚地区地形影响大气环流的季节变化特征.结果表明,东亚地形对大气环流的影响存在较明显的季节变化.冬季/夏季高层流场差异场的特点是以高原为中心成反气旋/气旋性环流形势,这种结构特征对西风急流的季节性北进南退起主导作用.位势高度差异场呈北高南低的分布形势,大致以30 °N为分界线,冬季/夏季呈"北弱南强","陆地低海洋高"/"北强南弱"、"陆地高海洋低"的分布特征,这种配置对西风急流越过高原后强度的增强减弱关系密切.此外,地形对大气的辐射加热作用的季节性变化以及海陆热力差异的季节性振荡也说明地形不仅能通过动力和热力作用来直接影响高低层的环流系统,也可能通过调节海陆热力差异来间接影响季风环流.     

高原季风的年代际振荡及其原因探讨

一、高原季风的形成演化史高原季风是高原对大气的冷热源作用冬夏相反，从而引起的对流层中、低层冬季为反气旋环流，夏季为气旋性环流的总称。在青藏高原的隆升过程中，到渐新世初（约37Ma．B．P．）其水平尺度开始大于斜压大气地转适应的临界尺度’“，高原季风开始出现“’，全球气候经历了一次大转型，从以纬向分布为特征的准天文气候开始转向季风气候。值得提出的是，在早第三纪（如始新世），陆海分布已基本上是现代格局，海陆季风体系（东南季风、西南季风）应该已经形成，然而东亚、南亚地区非常干燥，为什么当时没有季风雨相伴呢…     

SENSITIVITY EXPERIMENTS ON INFLUENCES OF UPLIFT OF QINGHAI-XIZANG PLATEAU ON CIRCULATION IN SUMMER*

A coupled general circulation model in a zonal belt is used to simulate the variation of circulation features in the process of uplift of the Qinghai-Xizang Plateau.The results reveal that the heating rates of the Plateau increase with the rising of the Plateau topography,and the latent heating component in the heating field tends to be the most important heating factor.The uplift of the Plateau enhances the upward motion,intensifies the pressure systems in the high and low level atmosphere,reinforces Southeast Asia monsoon strength,increases precipitation and severely decreases the surface temperature over the Qinghai-Xizang Plateau.However.the basic structures of the general circulation do not vary much due to the uplift of the Qinghai-Xizang Plateau.and it is the land-sea distribution that is the decisive factor to form the present circulation pattern and monsoon.Therefore,to simulate the paleoclimate during the geological period people should consider more factors,especially the land-sea distribution.     

SENSITIVITY EXPERIMENTS ON INFLUENCES OF UPLIFT OF QINGHAI-XIZANG PLATEAU ON CIRCULATION IN SUMMER

A coupled general circulation model in a zonal belt is used to simulate the variation of circulationfeatures in the process of uplift of the Qinghai-Xizang Plateau.The results reveal that the heatingrates of the Plateau increase with the rising of the Plateau topography,and the latent heating compo-nent in the heating field tends to be the most important heating factor.The uplift of the Plateau en-hances the upward motion,intensifies the pressure systems in the high and low level atmosphere,re-inforces Southeast Asia monsoon strength,increases precipitation and severely decreases the surfacetemperature over the Qinghai-Xizang Plateau.However.the basic structures of the general circulation do not vary much due to the uplift of theQinghai-Xizang Plateau.and it is the land-sea distribution that is the decisive factor to form the pre-sent circulation pattern and monsoon.Therefore,to simulate the paleoclimate during the geologicalperiod people should consider more factors,especially the land-sea distribution.     

两次华南持续性暴雨过程中热带西太平洋对流异常作用的比较

利用NOAA的外逸长波辐射资料(OLR)和NCEP/NCAR再分析资料以及华南地区台站降水资料诊断分析了热带西太平洋对流活动在2005年和2006年华南地区持续性暴雨发生的大尺度环流背景上的物理作用.分析表明:2005年6月17～24日华南持续性暴雨过程与热带西太平洋对流的10～25天低频振荡从150 °E附近西传有关,持续性暴雨期间西太平洋副热带高压持续西伸的Gill型环流响应对应于传播到120 °E附近强对流的低频间歇期;2006年5月下旬～6月中旬华南的持续性暴雨可能与热带西太平洋的双热带辐合带(ITCZ)南支对流带异常强盛有关,持续强盛的南支ITCZ使得115～135 °E平均的局地Hadley环流最大上升中心位于0～5 °S,菲律宾海附近区域上升运动的减弱有利于西太平洋副热带高压持续西伸加强.通过比较这两例典型的华南持续性暴雨过程发现,副热带高压在华南地区持续西伸是两次持续性暴雨发生的共同的大尺度环流背景,而热带西太平洋对流活动则通过不同的物理过程影响副热带高压的持续西伸.     

海陆分布和地形对1998年夏季风爆发的热力影响

应用1980－1995年5天平均的CMAP降水资料、美国NMC850hPa风、卫星反演的向外长波辐射（OLR）和上部对流层水汽亮温（BT）等资料分析比较了南海夏季风爆发前后的基本特征。结果发现：BT能够反映南海夏季风的爆发及其与周围地区降水的关系，但局地降水信息的反映不够具体；OLR能够比较好的反映热带海洋上的降水，但陆地上的低值OLR可能受到地形的影响，仅仅850hPa风场不能完全确定夏季风的爆发。南海季风转换区域定义在南海的中北部比较合适，这是因为南海夏季风爆发前就存在着长年位于南海南部的带海洋对流性雨带；南海夏季风爆发后西南季风气流和季风雨带从印度洋经孟加拉湾和南海伸向西北太平洋，开始了南亚和东亚夏季风的爆发过程。     

青藏高原加热与亚洲环流季节变化和夏季风爆发

利用逐日NCEP/NCAR再分析资料分析了春夏过渡季节青减高原非绝热加热和大气环流季节变化以及亚洲季风爆发的关系.结果表明,过渡季节的早期(5月中旬以前)青藏高原总非绝热加热与感热加热的时间演变曲线趋势一致,感热加热在过渡季节早期的环流演变中有很重要的作用.青藏高原非绝热加热的时间演变与北半球环流的季节变化和亚洲夏季风爆发有很好的相关.在过渡季节里,青藏高原非绝热加热的变化引起了海-陆热力差异对比的变化,给亚洲夏季风的爆发建立了有利的背景环境,对亚洲夏季风爆发有明显的影响.结果还表明,用各区域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.     

THERMAL INFLUENCES OF LAND-SEA CONTRAST AND TOPOGRAPHY ON SUMMER MONSOON IN 1998

In this work, the SCSMEX data are used to diagnose and compare the local land-sea thermal conditions, with the focus of discussion on possible influences of thermal forcing of the western Pacific and the Tibetan Plateau on the onset and development of summer monsoon in 1998. Results show a close relationship between the distribution of the heat sources and the land-sea contrast. Due to the blocking effect of terrain, main maximum zones of the heat sources in areas with more evident north-south land-sea contrast are more obviously southward located than those exclusively with oceans. The surface heating is characterized with apparent seasonal variation and difference between land and sea. The relationship between the western Pacific and the onset of summer monsoon is reflected in the variations of the sea surface temperature (SST) and the latent heat. The influence mechanism of the Tibetan Plateau during the summer monsoon is different: it is dominated by sensible heating during the South China Sea monsoon and by condensed latent heating during the Indian monsoon.     

南亚海陆热力差异及其对热带季风区环流的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了亚洲热带季风区海陆分布所造成的热力差异,以及空间非均匀加热对热带季风区环流特别是初夏过渡季节环流的影响.在大尺度环流背景下,次大陆地形对亚洲热带地区环流的影响主要表现在对低层环流的热力作用,其中感热加热对冬、春季环流的影响明显,对秋季环流的作用相对较小.中南半岛和印度半岛之间的热力差异及其对环流的影响受到青藏高原的调配作用.在初夏过渡季节,高原热力强迫作用于低纬低层环流,使低纬约90 (E以东出现南风加强、以西出现北风加强,从而增强了中南半岛上空的潜热加热,减弱了其低层的感热加热,印度半岛地区还加强了低层的感热加热.多尺度、各种性质的加热共同作用于低纬大气,形成了亚洲热带地区独有的环流特征.     

Impact of topography and land-sea distribution on East Asian paleoenvironmental patterns

Much geological research has illustrated the transition of paleoenvironmental patterns during the Cenozoic from a planetary-wind-dominant type to a monsoon-dominant type, indicating the initiation of the East Asian monsoon and inland-type aridity. However, there is a dispute about the causes and mechanisms of the transition, especially about the impact of the Himalayan/Tibetan Plateau uplift and the Paratethys Sea retreat. Thirty numerical sensitivity experiments under different land-sea distributions and Himalayan/Tibetan Plateau topography conditions are performed here to simulate the evolution of climate belts with emphasis on changes in the rain band, and these are compared with the changes in the paleoenvironmental patterns during the Cenozoic recovered by geological records. The consistency between simulations and the geological evidence indicates that both the Tibetan Plateau uplift and the Paratethys Sea retreat play important roles in the formation of the monsoon-dominant environmental pattern. Furthermore, the simulations show the monsoon-dominant environmental pattern comes into being when the Himalayan/Tibetan Plateau reaches 1000–2000 m high and the Paratethys Sea retreats to the Turan Plate.     

CHARACTERISTICS OF ATMOSPHERIC HEATING AND ATMOSPHERIC CIRCULATION DURING ACTIVE PERIOD OF 500 hPa HIGH OVER THE TIBETAN PLATEAU IN SUMMER*

In correspondence with the establishment of the "upper high and lower high" pressure pattern due to the activities of 500 hPa high over the Tibetan Plateau in summer,a series of changes of the East Asia atmospheric circulation will take place.In this paper,the distributions of divergence and vertical velocity of 500 hPa high,the evolutions of atmospheric heat source,the variations of vorticity and zonal wind at 100 hPa level and vertical meridional cell over the Tibetan Plateau etc.are statistically analyzed.Thus,we can see that the ascending motion and the convective heating over the Tibetan Plateau,the South Asia high and the westerly jet on the north of the Plateau at 100 hPa level are weakned.The northern branch and the southern branch of the easterly jet on the south of the Plateau merge into a single whole and situate on the south of the former northern branch.In the meantime,thermodynamic land-sea discrepancy in South Asia and the convective heating over the Bay of Bengal is enhanced.It will play an important role in the maintenance of the easterly jet and the South Asia monsoon.