20世纪两次全球增暖事件的比较

20世纪20年代和70年代全球出现了两次突变增暖,本文分析比较了这两次全球增暖的起源地,空间分布特点,影响范围,以及北半球增温和降温最大地区的气温变化与其相对应的大气环流变化的联系等.发现,第一次全球增暖始于北半球新地岛西北、冰岛及以北的极地地区,主要增暖区在北大西洋、格陵兰岛、冰岛和北半球中、高纬大陆地区,主要增暖季节是夏季.第二次全球增暖最早可能始于南半球南印度洋海盆及南极大陆地区,增暖中心有明显向北半球方向移动的倾向并广泛影响到全球热带、副热带海洋,没有明显的区域和季节增暖差异;北半球第二次增暖比南半球约晚10年,主要增温区在东亚大陆和北美西部,主要增暖季节在冬季.分析还发现,20世纪北半球增暖最强的东亚大陆、北美西北部和降温显著的冰岛、格陵兰岛、北大西洋以及中北太平洋等地的气温变化与其相应的大气环流系统的异常变化关系密切.     

冬季流入南印度洋的低空越赤道气流分析

本文利用1980—1987年850 hPa格点风资料和500 hPa高度场资料，分析了冬季自北半球流入南印度洋的越赤道气流的特征，指出在35°—135°E的近赤道地区冬季低空有四支源自北半球的越赤道气流，它们具有明显的年变化和年际变化；它们主要来自阿拉伯半岛—东亚地区大陆冷高压的东北季风，其强弱变化取决于东北季风的活动。     

亚澳季风区水汽收支时空分布特征

用1980～1989年NCEP/NCAR再分析资料计算了亚澳季风区视水汽汇并分析了其水汽收支时空分布特征。结果表明,该研究范围水汽收支的典型空间分布型为南北型,即南半球澳大利亚季风区与北半球亚洲季风区相反的分布形势,而且这种分布形势有明显的季节变化。冬季北半球亚洲季风区为水汽源,110～135 E之间大陆桥附近、80 E附近及40～50 E之间的三支越赤道水汽输送通道将北半球水汽输送到南半球澳大利亚季风区及南印度洋,成为水汽汇,夏季南半球澳大利亚季风区和南印度洋为水汽源,上述三支越赤道水汽输送通道实现与夏季反向的水汽输送,将水汽由南半球输送到北半球亚洲季风区,此时亚洲季风区为水汽汇。春季和秋季赤道辐合带为主要的水汽汇,亚澳季风区无明显越赤道水汽输送。     

海陆分布与高原对低纬7月平均经圈环流的影响

本文利用1961—1974年7月的平均资料,对45°N—40°S范围计算了各种平均经圈环流及加热场等物理量。所取的网格点为5°× 5°经纬度,垂直速度利用实际风计算,加热场是用热流量方程计算的。 由研究发现海陆分布及高原对平均经圈环流的影响是明显的,在南北半球大范围比较均一对称的下垫面上空,如欧非大陆、大西洋及东太平洋上空都存在一个典型的南北半球对称的Hadley环流。在北面是大陆高原,南面是海洋的亚洲地区,只有一个典型的季风环流。这是因为北半球副热带区的冷源变为热源,Hadley环流消失之故。西太平洋也有一类似的季风环流,这与这个地区存在较强的热源有关。北美季风环流很弱主要因为北美副热带陆地面积远比亚洲小。北半球全球的Hadley环流都很弱,主要是受季风环流的影响。 另外,还发现亚洲季风环流区,向上输送的能量很强,尤其高原地区更强更高,它在高空向东西两侧及南半球输送。     

北美大西洋副高与浙江省汛期降水

北半球副热带高压带是大气环流中的一个重要成员,它对于地球各地天气气候有着十分明显的作用。本文通过人机结合,对整个北半球总体和各不同区域的副高的面积指数与我省不同天气区域的汛期降水进行相关筛选,得出1月份北美大西洋副高为我省汛期降水的最佳副高因子。浙北片和浙西南片的汛期降水具有同一最佳相关区——北美副高,而浙东南片汛期降水最佳相关区为北美大西洋副高。北美大西洋副高变化具有它的特殊性。早期工作指出,北美大陆似乎存在一种使副高首先在北美发生跳跃式北上的激发性扰源,跳跃发生后向东西两个方向传播。近年来的一些工作指出,北半球副热带环流的长期变化中,北美大西洋副高具有特殊作用,它似乎可以作为北半球副高带调整的一个大扰动源,在低频过程中是向西传递,在高频过程中则主要是向东传递,两者结合起来实现北半球副高带的调整。因     

1948～2001年全球陆地12～2月降水旱涝长期变化

本文利用1948～2001全球陆地月降水资料(PREC／L)，研究了全球、北、南半球及欧亚、非洲、澳洲、北美、南美和南极大陆6个大尺度区域12～2月的降水趋势变化及早涝气候变化。结果表明：全球、南、北半球的12～2月的陆面降水有明显的年代际变化，全球12～2月降水量从1975年开始有明显的下降趋势，回归系数约为-0．017mm／a。北半球有明显的降水减少，约为-0．028mm／a，南半球12～2月降水表现为极微弱的下降趋势，且在统计上是不显著的。划分出了全球、南北半球、全球6个大尺度区域12～2月旱涝年，指出全球及北、南半球12～2月的旱涝有明显的年代际变化。70年代中期以前是全球洪涝多发期，80年代到90年代为全球干旱多发期。北半球旱涝特征与全球特征相近，南、北半球12～2月的旱涝没有明显的联系。12～2月大尺度区域中：欧亚大陆、北美洲、南极大陆旱涝年的分布有明显的年代际特征，并指出全球大部分地区的旱涝年降水量有显著的差异。6个大尺度区域12～2月的降水相关关系中，欧亚大陆和非洲大陆的相关系数最高，为-0．35，北美大陆与欧亚大陆，南美洲和澳洲的12～2月降水也有较高的相关关系。     

末次盛冰期冰盖对全球季风活动的非对称性影响

将新研发的南京信息工程大学地球系统模式(NUIST Earth System Model version 1,NESM1)首次应用于古气候模拟中,在Paleoclmate Modelling Intercomparison Project Phase III(PMIP3)框架下设计了工业革命前(Pre-industrial,PI)、末次盛冰期(Last Glacial Maximum,LGM)和增加大陆冰盖(Ice sheets,IS)试验,验证了模式对工业革命前气候和LGM时期气候的模拟能力,并通过增加大陆冰盖试验分析了其对全球季风活动的非对称性影响。结果表明:与PI时期相比,LGM时期的温度和降水均有显著改变。其中,全球平均温度比PI时期降低了4.7℃,全球平均降水减少了0.3 mm·d~(-1),降水对温度变化的敏感性约2.3%·℃~(-1),这与其他耦合模式结果一致。末次盛冰期大陆冰盖对其气候变化有重要贡献,冰盖引起的地表反照率改变与地形抬升作用导致全球平均气温下降1.2℃,降水量减少0.06 mm·d~(-1)。进一步分析表明,末次盛冰期冰盖对全球气候的影响还具有显著南北半球差异,所导致的温度降低和降水减少主要集中在北半球,其中北半球的降温更是高达南半球的5倍;引起北半球季风区年平均降水减少0.24 mm·d~(-1),降水年较差减小0.34 mm·d~(-1),而南半球变化很小。这是由于北半球大幅降温导致的低层水汽含量减小,并与大陆冰盖引起的欧洲大陆和北美大陆反气旋环流共同作用而影响季风活动。在夏季,减少的低层水汽含量与减弱的季风环流使夏季降水显著减少;而在冬季,加强的季风环流能部分抵消水汽含量减小的作用,故冬季降水稍微减弱。此外,在欧洲大陆和北美大陆附近对流层低层反气旋环流作用下,导致亚欧和北美季风活动区域减小。     

30—60天大气振荡的全球特征

利用ECMWF格点资料,分析研究了大气季节内(30—60天)振荡的全球特征。30—60天振荡动能的分布表明高纬度地区要比赤道地区大得多。说明那里有较突出的30—60天振荡。中高纬度地区的30—60天振荡与热带有明显不同,垂直结构为正压模态,以纬向2—4波为主,多为向酉传播。30—60天振荡存在明显的低频遥相关,北半球主要为欧亚—太平洋(EAP)型和PNA型,南半球主要有澳洲—南非(ASA)型和环南美(RSA)型,并且在全球范围构成南北半球相互衔接的低频波列,即EAP-ASA波列和PNA-RSA波列。南北半球30—60天大气振荡有明显的相互影响,本文研究了南北半球30—60天振荡相互影响的3种主要过程。     

南北半球大气环流与气候的相互作用

本文研究了冬半球大气环流对夏半球热带气旋及降水的影响。发现近百年北大西洋、北太平洋、北印度洋热带气旋数的变化分别与南大西洋高压、澳洲高压以及南印度洋高压的强弱有明显的关系。南半球澳洲附近、南太平洋、南印度洋的热带气旋数的变化与北半球亚洲大陆的冷空气活动有密切的联系。 冬半球的环流对夏半球降水的影响也很显著。我国旱涝与澳洲高压强度相关密切,而南半球印尼及澳洲附近的降水则与北半球西伯利亚高压的强度和位置的变化有较密切的联系。 在两个半球的相互作用中,冬半球经常处于主动的地位,而夏半球的气候则深受其影响。并且在东亚到澳洲一带这种两个半球间的作用最为活跃。     

涡动在南北半球平流层极涡崩溃过程中作用的比较

比较了南北半球春季平流层极涡的崩溃过程以及涡动在此崩溃过程中的作用。极涡的崩溃时间以平流层极夜急流核区最后一次西风转换为东风的时间来确定。结果表明南北半球平流层极涡的崩溃过程有着共同的特点,涡动和非绝热加热过程都对极涡的崩溃起着重要的作用,在极涡崩溃前平流层行星尺度波动活动明显,极涡崩溃以后,这种波动活动便迅速减弱。其中从对流层上传的行星波决定着极涡的具体崩溃时间。两个半球的差别主要表现在南半球极涡崩溃过程一般始于平流层高层,然后逐渐下传,而北半球这种下传不是很明显。其次,北半球平流层极涡崩溃偏晚年,极涡的减弱有两次过程,第一次为快速变化过程,第二次变化比较缓慢,而南半球平流层极涡崩溃无论早晚年只有一次减弱过程。长期的变化趋势分析表明南北半球平流层极涡的崩溃时间逐渐推迟,特别是20世纪90年代中后期以来,这种推迟更加明显。进一步的研究还发现,伴随着平流层极涡的崩溃过程平流层和对流层存在强烈的动力耦合,南北半球极涡迅速减弱前,各自半球的环状模指数也由负指数增加为正指数,表明低层环流对于平流层极涡的崩溃起到重要的作用;同时极涡不同强度所对应的低层环状模指数也不同,这可能与不同强度平流层极涡对于上传的行星波的反射有关。     

七月中、低纬地区定常波动和加热场的模拟特征

本文利用P-σ混合坐标原始分程球带模式的最新版本,对七月中、低纬地区的定常波动及非绝热加热场进行了数值模拟。结果表明,模式成功地模拟出了北半球夏季对流层中波数为2的定常波动。高层波峰出现在大陆,波谷出现在海洋上,低层则相反。南半球的副热带高压带也模拟出来了。降水量的模拟也是成功的,特别是位于ITCZ中的积云对流性降水。加热场的模拟结果指出,七月份的热源区除了主要分布在北半球的几个主要大陆上,还分布在热带海洋上ITCZ所在区;其余的广大洋面则显示出冷源的性质。其中热带海洋的热源以潜热加热为主(主要分布于大气的中高层),大陆上的热源有的以感热为主(主要分布于大气的低层),有的仍以潜热加热贡献较大。海洋的冷源是由长波辐射冷却造成的。      

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.     

近年来非洲热带Sahel地区持续干旱和厄尼诺现象增多的主要原因

近年来世界气候异常在低纬度的表现十分突出,这就是引起大范围饥馑的热带西非的持续干旱和赤道东太平洋上增多的厄尼诺(E1—Nino)现象,本文通过分析发现,它们都和北半球太阳直接辐射自六十年代以来渐趋减少的趋势密切联系。由于1963年以来火山活动进入活跃期以及大气中人工气溶胶含量的日益增长,两者都促使北半球太阳直接辐射呈现稳定降低的趋势;夏半年减少的大陆加热量就会迫使夏季风减弱、北半球副热带高压及ITCZ均趋向偏南,从而在西非和赤道东太平洋分别促成了Sahel区的持续干旱和El—Nino现象的增多趋势。近年来我国华北盛夏雨量的减少估计也与此有关。这类气候特征且有可能在今后较长时间内继续维持。     

夏季江淮流域持久性旱涝现象的环流特征

本文根据1954、1959、1961等三年7月江淮流域持久性严重旱涝的夭气现象,分析中纬度和副热带地区环流的特征。 分析指出,在江淮流域持久性干旱时期,在中纬度500毫巴的高度场表现有一定的流型。高度距平的分布也有一定的型式。在副热带地区流型也有一定的特点。不论在中纬度和副热带地区流型的稳定度均甚大。 在江淮流域大水时期,表现在该年大气环流上季节变化推迟一个月,而且在大水持续期间,环流型式的稳定度也很显著。 最后,用简单的两层模式,计算了1954和1959年7月北半球加热场的分布,并将计算结果和多年平均情形比较,发现两者的偏差甚大。例如1959年7月加热场的分布和平均情况完全相反,在1954年7月加热场的分布却和多年平均的6月份情况相近。加热场的分布和该两月稳定的长波型式很相配合。     

球面定常行星波射线的变化与波列的分支

为了解释大气低频波列的结构特征,本文把慢变介质中波传播的理论应用于行星波。采用射线追踪方法,借助于几何直观,在波射线与纬线平行的纬度附近,讨论了波数k_s的分布对波射线变化与波列分支的作用。并讨论了沿波射线路径波幅的变化。提出,在波数k_s为极值的纬度附近,定常行星波列存在着明显的分支现象。在传播期间,波幅在分支纬度附近为极大值。这些结论与双测和模拟的结果是相当一致的。此外,本文还讨论了“大圆路径理论”的局限性。     

定常波和瞬变波在亚洲季风区大气水分循环中的作用

利用欧洲中心ＥＣＭＷＦ１０ａ逐日资料，对定常波和瞬变波在亚洲季风区大气水分循环中的作用进行了计算分析。结果表明，瞬变涡动总把水汽从高水汽含量区送到低水汽含量区，实现与平均环流相反的输送，维持了热带地区和中高纬地区水汽的平衡。夏季定常涡动输送的经向分量是将水汽从热带向副热带输送的主要机制，而瞬变涡动输送的经向分量则是把水汽从副热带输送到中高纬的主要机制。由于季风经圈环流的存在，使得亚洲季风区的热带地区为重要的水汽源区，而其副热带和中纬度地区是水汽汇区，这与同纬度其它地区相反。     

IAP/LASG全球海-陆-气耦合系统模式的纬向平均大气气候态分析

分海洋和陆地两种情况来讨论IAP／LASG全球海－陆－气耦合系统模式（GOALS）四个版本的结果，并与观测资料进行对比分析，一些重要的大气变量包括表面空气温度，海平面气压和降水率用来评估GOALS模式模拟当代气候和气候变率的能力，总的来说，GOALS模式的四个版本都能够合理地再现观测到的平均气候态和季节变化的主要特征，同时评估也揭示了模式的一些缺陷，可以清楚地看到模拟的全球平均海平面气压的主要误差是在陆地上，陆地上表面空气温度模拟偏高主要是由于陆南过程的影响，值得注意的是降水率模拟偏低主要是在海洋上，而中高纬的陆地降水在北半球冬天却比观测偏高。通过模式不同版本之间的相互比较研究，可以发现模式中太阳辐射日变化物理过程的引入明显地改善了表面空气温度的模拟，尤其是在中低纬度的陆地上，太阳辐射日变化的引入对热带陆地的降水和中高纬度的冬季降水也有较大改进。而且，由于使用了逐日通量距平交换方案（DFA），GOALS模式新版本模拟的海洋上的温度变率在中低纬度有了改善。比较观测和模拟的年平均表面空气温度的标准度，可以发现GOALS模式四个版本都低估了海洋和陆地上的温度变率，中还对影响观测和模拟温度变率差异的可能原因进行了探讨。     

春季南半球环状模与长江流域夏季降水的关系：Ⅱ 印度洋和南海海温的“海洋桥”作用

用回归、合成、相关、ESVD等方法分析了春夏季印度洋、南海海温异常在春季南半球环状模(SAM)与夏季长江中下游降水关系中的作用.研究发现春季南半球环状模指数(SAMI)正(负)异常时,同期南印度洋中高纬、北印度洋海域海温出现了明显正(负)异常,这种海温的正(负)异常在夏季依然存在,并且北印度洋的海温异常得到加强.对印度洋和南海海域详细划分区域后的进一步分析表明春季南半球热带外大气环流(SAM)异常可以强迫南印度洋中高纬海域海温发生明显异常.这种异常可以持续到夏季,而且表现出传播特性,即南印度洋中高纬海温异常可以传播到北印度洋(包括阿拉伯海和孟加拉湾)和南海海域,加强这些海域的海温异常.对东亚夏季风与夏季海温关系的分析表明东亚夏季风异常对应的夏季北印度洋、南海海温异常与春季SAM异常对应的夏季北印度洋、南海海温异常的形势相似,符号相反.说明印度洋、南海海温是春季SAM影响夏季长江中下游降水的一个"桥梁".基本思路为强(弱)春季SAM可以引起南印度洋中高纬海域海温的偏高(偏低);南印度洋中高纬海域偏高(偏低)的海温从春季持续到夏季并且传播到阿拉伯海、孟加拉湾、南海海域;这些海区偏高(偏低)的海温可以导致东亚夏季风减弱(加强),而东亚夏季风减弱(加强)是长江中下游降水偏多(偏少)的一种有利条件.     

NUMERICAL SIMULATION OF THE RELATIONSHIP BETWEEN THE MAINTENANCE AND INCREASE IN HEAVY RAINFALL OF THE LANDING TROPICAL STORM BILIS AND MOISTURE TRANSPORT FROM LOWER LATITUDES

The NCEP/NCAR reanalysis, Japan Meteorological Agency(JMA) tropical cyclone tracks and intensive surface observations are used to diagnose the features of moisture transport of tropical storm Bilis(No. 0604), which is simulated by the WRF(weather research and forecasting) mesoscale numerical model. It is shown that the Bilis was linked with the moisture channel in the lower latitudes after its landing. Meanwhile, the cross-equatorial flows over 80°-100°E and Somali were active and brought abundant water vapor into the tropical storm, facilitating the maintenance of the landing storm with intensified heavy rainfall along its path. The simulation suggested that the decreased water vapor from lower latitudes prevents the maintenance of Bilis and the development of rainfall. While the cross-equatorial flows over 80°-100°E and Somali were in favor of keeping the cyclonic circulation over land. If the moisture supply fro m the Somali jet stream was reduced, the strength and area of heavy rainfall in tropical cyclone would be remarkably weakened. Consequently, the decreased water vapor from lower latitudes can remarkably suppress the deep convection in tropical storm, then Bilis was damped without the persistent energy support and the rainfall was diminished accordingly.     

夏半年大气低频振荡与西北太平洋台风路径

本文利用一个多级数字滤波器,讨论了1980年5—10月期间,大气季节内低频振荡(30—50d周期)对西北太平洋热带气旋路径的影响。结果表明,这种影响是明显的。在秋季,还存在一支源于高纬北美地区的波列,其影响可以向西、向南一直传播至东亚低纬区域,它对于形成转向路径时期的环流形势起了重要作用。