太平洋年代际振荡研究进展(英)

近10年来,太平洋年代际振荡(PDO)因其对全球气候系统的深远影响而得到广泛的研究。PDO指的足在太平洋的气候变率中具有类似ENSO空间结构但周期为10-30年的一种振荡,当北太平洋中部海面温度异常增暖(冷却)时,热带太平洋中部和东部以及北美沿岸常同时伴随有同等幅度的异常冷却(增暖)。总体而言,有两类观点分别认为PDO起源于确定的海气耦合过程或起源于大气的随机强迫。确定性起源论强调,一个海气耦合系统内部的物理过程可以提供一个正反馈机制以增强一初始扰动,及一个负反馈机制以促使振荡位相发生逆转;海洋环流的动力演变过程决定了振荡的时间尺度。随机性起源论则强调,因为大气活动没有一个特定的时间尺度,其时间尺度谱实际上对应于白噪音谱,所以大气对海洋的强迫是随机的;而海洋常在低频谱段有最大的响应振幅,其对应的周期约为十几年或几十年。作者试图系统性地理解PDO在观测、理论和数值方面的研究现状,从而为当前研究提供一个有用的背景性参考。     

加利福尼亚附近的海温强迫及其与北太平洋年代际振荡的可能联系

本文利用1958～2018年期间海表面温度（SST）异常和湍流热通量异常变化的关系,探讨了其与北太平洋年代际振荡（PDO）相关的年际和年代际时间尺度上在不同海域的海气相互作用特征。结果表明:在年际尺度上,黑潮—亲潮延伸区（KOE）表现为显著大气强迫海洋,赤道中东太平洋表现为显著海洋强迫大气;在年代际尺度上,PDO北中心表现为大气强迫海洋,加利福尼亚附近则表现为显著海洋强迫大气。进一步分析表明:加利福尼亚附近区域是北太平洋准12年振荡的关键区域之一,与PDO准十年的周期类似,加利福尼亚附近的冷（暖）海温对应其上有反气旋（气旋）型环流,赤道中太平洋海水上翻和北太平洋东部副热带区域经向风应力的变化是北太平洋准12年振荡的另外两个重要环节。     

热带太平洋线性海气耦合系统的主模与ENSO

本文利用包含海洋表面边界层、线性海洋大气动力学以及完整的关于不均匀气候态线性化SST预报方程的热带太平洋海气耦合模式， 在真实的气候背景态和参数域内，研究了海气耦合系统的特征值问题，确定了线性耦合系统主模的特征周期及其稳定性特征，进而揭示了主模和ENSO的关系。结果表明:准两年振荡是线性海气耦合系统中的最不稳定模态，且只有该模态类似于ENSO水平结构。因此，准两年振荡很可能是海气耦合系统固有的最根本性的振荡过程。本文也对准两年振荡的形成与年循环的关系以及它在ENSO时间尺度形成中的作用进行了讨论。     

赤道东太平洋海气耦合多年振荡的一个简单模式

本文根据赤道东太平洋地区大气和海洋的环流特征,提出了一个局域纬向平均的海气耦合的振荡模式。分析表明,由于冷水涌升加大了海洋混合层的热惯性,“云-辐射-海温”反馈能激发出周期为三年左右的海气耦合振荡。在“天气噪声”的随机强迫下,系统具有与实测值符合得较好的功率谱分布。      

太平洋海温场不同时间尺度背景下华南前汛期持续性暴雨的统计特征

利用1961—2012年华南逐日降水资料,分析了太平洋海温场两种不同时间尺度背景下华南前汛期持续性暴雨的统计特征,并探讨了海洋外强迫信号可能对华南前汛期降水的低频变化周期造成的影响,以期为华南前汛期持续性暴雨过程的延伸期预报提供依据。结果表明:PDO(Pacific Decadal Oscillation,太平洋年代际振荡)冷位相年,华南前汛期发生典型持续性暴雨过程的概率比PDO暖位相年大,且暴雨强度偏强,持续时间偏长;太平洋海温场两种不同时间尺度背景下,华南典型持续性暴雨过程呈现不同的特征,PDO冷位相配合冬春Nino区海温异常,华南前汛期易出现强度较强、持续时间较长的典型持续性暴雨过程;太平洋海温两种不同时间尺度的外强迫信号可能影响华南前汛期降水的低频变化周期,进而影响华南前汛期持续性暴雨的持续时间和强度。     

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。     

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     

FGOALS模式4个版本太平洋年代际气候变率模拟的比较

本文选用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)发展的全球海洋—大气—陆面气候系统模式(FGOALS)的4个版本g2.0、s2.0、g1.1和g1,利用模式的长时间积分结果,结合观测、再分析资料比较、评估模式对太平洋年代际变率的模拟能力,并通过对海气相互作用及其海洋动力过程分析,探讨了模式中太平洋年代际振荡形成机制.研究发现,FGOALS 模式g2.0和s2.0版本对太平洋年代际振荡(PDO/IPO)的模拟能力优于 g1.1和g1.模式中太平洋年代际变率的正反馈过程与Bjerknes(1969)提出的海气相互作用正反馈机制有关,其负反馈则主要与海洋内部动力过程有关.太平洋异常经向热量输送将热带与中纬度海洋联系在一起,可以抑制正反馈作用,但无法使得年代际振荡变化位相发生反转;FGOALS模式中,热带海表温度(SST)暖距平信号通过大气桥影响热带外大气环流,在海气作用下,热带与热带外海洋次表层分别以Kelvin 波和Rossby 波的形式传播,使得冷暖位相反转,4个版本均能再现这种负反馈机制.但不同版本Rossby波所处的纬度不同,太平洋SST异常年代际变化信号最明显的范围越宽,则由此激发的Rossby 波便更为偏北,纬度越高Rossby 波西传的时间也越长,PDO/IPO的周期与其SST异常的经向尺度密切相关.     

非线性波 波相互作用对准２０ａ气候年代际振荡的影响

从简单海气耦合相互作用的非线性方程组出发,导出描述大气和海洋运动的无量纲准地转涡度方程．对准地转涡度方程引入双时间尺度后,在准共振条件Ｋ１＋Ｋ２＋Ｋ３ ＝０和ω１ ＋ω２ ＋ω３ ＝Δω下,求得大气和海洋波－波非线性相互作用的２组耦合方程,其中大气耦合方程中含有海洋强迫作用项．由这２个耦合方程组求得大气和海洋波动能量变化周期的近似解．结果表明：在考虑非线性效应的情况下,由波动共振引起的大气和海洋波动能量变化在中纬地区具有准２０ａ的周期,说明非线性效应对海气耦合也具有调制作用,从而确定准２０ａ气候年代际振荡形成的新机理．     

混合海气耦合模式中的ENSO循环及其形成机制

在无异常外强迫的情况下, 将混合海气耦合模式进行了45年的模拟积分.结果表明:模式能较好地再现类似ENSO循环的热带太平洋海洋、大气的年际振荡, 模式ENSO循环的主周期为4~5年; 探讨了ENSO循环的负反馈机制, 指出:暖态的消亡与El Ni?o发展过程中太平洋东部不断增强的东风异常所产生的冷水上翻的加强以及纬向向西的冷平流有关; 冷态的消亡主要由赤道波的时滞效应所致.     

Origin of Aitken particles in remote regions of the Southern Hemisphere

Seasonal variations in total particle concentrations at five remote Southern Hemisphere sites in Samoa, Tasmania and Antarctica are compared. The dominant particle production mechanism is deduced to be photochemical, with concentrations dictated by the availability of radiation in the eight months centred on the winter solstice. There is little variation with latitude in the mean summer concentrations. The middle troposphere is shown to act as an important reservoir of photochemically-produced particles in Tasmania and probably in the Antarctic. It is suggested that primary-particle production is mainly through the oxidation of dimethyl sulphide and that these particles then act as centres of condensation for sulphuric acid formed by the oxidation of sulphur dioxide.     

尧都区雾害的分析

尧都区工业、交通业的快速发展和对空气污染治理的滞后，是当地雾El随年增多的主要原因。浓雾遮光挡阳有碍交通运输，有碍大棚农业生产，有碍幼儿正常发育；雾中含有亚硫酸等有毒物质，有害人们身体健康，有害室外农业和有损外露金属材料，属气象灾害。     

我国东南沿海两次沙尘的化学特征及其源地探讨

通过对１９９２年４月１０￣１４日中常州和１９９８年４月１４￣１７日在西安及南京两次沙尘和天气过程的分析,叙述了沙尘和非沙尘总悬浮颗粒物化学特性的差异。通过与各类土壤化学特性比较以及沙尘发生期的天气背景分析,指出了两次沙尘的可能源地和利用化学元素平衡法定量地求现西北土壤源在沙尘中的贡献率。     

2000年夏季华北地区降水特征及成因分析

利用中国台站实测降水资料及NCEP／NCAR再分析资料，对2000年夏季华北地区降水的时空变化特征及其主要影响因子进行了初步分析。东亚夏季风活动偏南、西太平洋副热带高压位置偏东偏北、阻塞高压较为稳定是造成华北夏季降水偏少的主要原因，并由此造成了南涝北旱现象。     

DIAGNOSIS ON LOW FREQUENCY COMPONENT OF ENSO VARIABILITY-PART Ⅱ:ORIGIN OF THE COMPONENT

Diagnosis is undertaken on the origin for the low-frequency component(LFC) of ENSO variability in the context of 1979-1990 OLR and u-wind datasets.Evidence suggests that ① a power spectrum-yielded maximum,significant statistically,is derived from the OLR monthly anomalies in a 3-5-year period range over the tropical central/western Pacific;②compositean alysis of the signals of the monthly anomaly low frequency component(period>3 years) confirms further the dynamic features of the component as documented in Part Ⅰ:③serving as forcing on ENSO,the related monsoon region represents the source area of the component;④the one-point correlation maps of unfiltered OLR monthly anomalies with zonal wind on a lagged,a simultaneous and a leading basis show clearly the close relation between the u wind-associated eastward travelling low-frequency wave and the low-frequency oscillation of low-latitude central/western Pacific large-scale convection and the east-moving mode is likely to be excited by the oscillation at a 3-5-year period range.It follows that the large-scale convection oscillation shows up as the origin of the eastward waves,i.e.,ENSO LFC.     

DIAGNOSIS ON LOW FREQUENCY COMPONENT OF ENSO VARIABILITY—PART Ⅱ:ORIGIN OF THE COMPONENT

Diagnosis is undertaken on the origin for the low-frequency component (LFC) of ENSOvariability in the context of 1979—1990 OLR and u-wind datasets.Evidence suggests that ① apower spectrum-yielded maximum,significant statistically,is derived from the OLR monthlyanomalies in a 3—5-year period range over the tropical central/western Pacific;②compositeanalysis of the signals of the monthly anomaly low frequency component (period>3 years)confirms further the dynamic features of the component as documented in Part Ⅰ:③serving asforcing on ENSO,the related monsoon region represents the source area of the component;④theone-point correlation maps of unfiltered OLR monthly anomalies with zonal wind on a lagged,asimultaneous and a leading basis show clearly the close relation between the u wind-associatedeastward travelling low-frequency wave and the low-frequency oscillation of low-latitude central/western Pacific large-scale convection and the east-moving mode is likely to be excited by theoscillation at a 3—5-year period range.It follows that the large-scale convection oscillation showsup as the origin of the eastward waves,i.e.,ENSO LFC.     

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.     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴发生条件分析

利用塔中气象站1997—2002年的气象资料, 从沙尘源丰富程度、风动力条件和空气稳定度等方面分析了塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴的成因。结果表明:在塔克拉玛干沙漠腹地, 沙尘源极为丰富, 为沙尘暴发生提供了必要条件, 降水基本不能改变沙面的湿润状况, 沙尘源丰富度不是沙尘暴发生的限制因子; 风动力是沙尘暴发生的重要条件, 而月平均风速和大风日数是风动力的重要定量表征指标; 空气稳定性也是沙尘暴发生的重要条件, 温度和天气过程是其重要标志, 沙尘暴发生与温度呈正相关, 沙尘暴多发生在夏季和午后; 降水是沙漠腹地天气过程的重要指标, 月降水日数和降水总量与沙尘暴日数呈正相关; 20世纪90年代以来沙尘暴逐年减少, 这种变化趋势可能与全球气候变化有关。     

含碘化银人工冰核检测问题

对中国人工影响天气中常用的几种碘化银催化剂的成核率做了比对，讨论了不同云室可能响应的主要冰核活化机制和混合云室检测误差来源，此外还给出了动态检测的尝试性结果。结果表明：碘化银类播云剂的检测除了应模拟冰核活化条件外，还应模拟冰核发生时的环境条件，当务之急是建造动态检测设备以取得更为接近实际的检测结果。