未来百年夏季青藏高原臭氧变化趋势及可能机制

利用全大气气候通用模式(WACCM3)对政府间气候变化专门委员会排放情景特别报告中2001年到2099年A1B、A2、B1三种排放情景进行了模拟,分析了三种排放情景下青藏高原地区未来百年臭氧总量在夏季(6—8月)的变化趋势及引起该变化的可能机制。结果表明:在三种排放情景下未来百年夏季高原区臭氧总量均呈现增长趋势,其中A2情景下臭氧增长最快,B1情景下增长最慢,但相对于同纬度其他地区,高原区的臭氧总量增长较慢,即高原区臭氧谷加深。高原区高空污染物的减少以及局域Hadley环流的减弱是未来高原区臭氧总量增加的原因;而南亚高压的增强,以及与之相对应的辐散增强则可能是高原区臭氧谷继续加深的原因。     

南亚高压南北位移对亚洲季风区上对流层-下平流层区域大气成分分布的影响

利用欧洲中期数值预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)提供的ERA-Interim再分析资料和Aura卫星上微波临边探测器MLS(Microwave Limb Sounder)提供的大气成分资料,研究了南亚高压的南北位移与亚洲季风区上对流层-下平流层区域水汽、一氧化碳(CO)和臭氧(O_3)分布之间的关系。结果表明:(1)在215 hPa,南亚高压偏北时,水汽和CO在伊朗高原、青藏高原东北部至中国东北地区比偏南时高,仅在孟加拉湾以北和中南半岛北部比偏南时低。在100 hPa,偏北时南亚高压控制范围内水汽比偏南时高,而CO则是偏南时偏高。下平流层68 hPa,南亚高压控制范围内偏北时的CO弱于偏南时。O_3在不同高度的分布与CO相反。(2)南亚高压偏北时,高压西部及北部对流比偏南时强,30°N以北南亚高压强度也较强,将对流层低层空气向上输送,导致上对流层215 hPa的水汽和CO在伊朗高原、青藏高原东北部至中国东北地区比偏南时高,而O_3被稀释成为低值中心。(3)在100 hPa,南亚高压偏南时,反气旋环流南部的位势高度偏高,同时反气旋环流中心垂直上升运动较强,将含丰富的水汽和CO以及低浓度O_3的空气向上输送,导致100 hPa上CO的高值中心浓度比偏北强,O_3的低值中心浓度比偏北低。而偏南时南亚高压控制区内对流层顶温度偏低,在"冷凝脱水"作用下,偏南时的水汽反而比偏北低。(4)100 hPa南亚高压偏南时强度比偏北弱,"围困"作用也弱,在上升运动作用下,将更多的高浓度水汽和CO以及低浓度O_3空气向上输送到68 hPa。     

一个新的青藏高原热力指数的构建及其应用

利用1979-2014年ERA-Interim再分析月平均温度资料,分析了对流层中上层(500~150 h Pa)温度纬向偏差的分布特征,并将青藏高原(下称高原)对流层中上层温度纬向偏差进行垂直积分后,尝试构建一个新的表征高原热力指数(Plateau Heating Index,PHI),并分析该指数的季节演变特征及其与东亚大气环流的关系。结果表明:(1)对流层中上层纬向温度偏差的暖中心存在着季节性的移动,即春季暖中心由西太平洋迅速移至高原,而秋季则快速东移到西太平洋;(2)PHI在年进程上呈现出明显的单峰型变化特征,在11月至翌年2月为负值,其余为正值;(3)各季PHI与纬向西风的显著相关区大致以30°N为界,呈现出北正南负的反向分布。当PHI增强时,高原北(南)部西风增强(减弱),副热带西风急流增强,反之亦然;(4)各季PHI与200 h Pa位势高度的显著正相关均出现高原上空,表明高原对流层加热有利于其上空位势高度的增加。当夏季PHI偏强(弱)时,对应着南亚高压偏强(弱)。     

青藏高原臭氧的准两年振荡

通过对臭氧卫星观测资料及大气环流资料的分析,研究了青藏高原上空臭氧的季节和年际变化.通过分析青藏高原地区臭氧准两年振荡(QBO),并与同纬度无山区及赤道地区臭氧QBO进行比较,指出:青藏高原臭氧QBO的平均周期为29个月,平均振幅为8DU.青藏高原臭氧QBO变化位相与热带平流层纬向风场QBO相反,即热带平流层纬向西风时,青藏高原上空臭氧总量偏小,东风时臭氧总量偏大.还讨论了与青藏高原臭氧QBO相关的大气环流物质输送理论.     

利用卫星大气成分资料分析夏季亚洲季风区平流层-对流层输送特征

首先利用臭氧探空资料验证了Aura-MLS卫星反演臭氧产品在青藏高原地区的可信度, 然后基于2005年和2006年夏季的数据产品确定了亚洲季风区夏季对流层向平流层的输送通道。结果表明, 青藏高原及其周边区域上对流层－下平流层（UT/LS）中, 一氧化碳(CO)和臭氧（O3）浓度散点分布大体上呈现出典型的“L”型分布, 夏季季节内变化反相关特征表现最明显的高度位于150 hPa附近。从时间变化上看, 7月份相关系数最大, 说明该月份对流层－平流层物质交换最为强烈。100 hPa高度位于对流层顶高度以上, 具有对流层特性的大气主要分布在青藏高原东南侧、 孟加拉湾、 印度半岛、 阿拉伯海以及阿拉伯半岛等区域上空, 说明该区域可能是亚洲季风区夏季对流层向平流层物质输送的一个主要通道。     

热带太平洋-印度洋海温异常综合模对南亚高压的影响

从综合考虑热带太平洋和印度洋海温异常特征出发,研究了热带太平洋-印度洋海温异常综合模对南亚高压的影响.当热带太平洋-印度洋海温异常综合模为正位相(西印度洋和东太平洋海温距平为正,东印度洋-西太平洋海温距平为负),南亚高压偏弱,位置偏东偏南;当热带太平洋-印度洋海温异常综合模为负位相(西印度洋和东太平洋海温距平为负,东印度洋-西太平洋海温距平为正),南亚高压偏强,位置偏西偏北.热带太平洋-印度洋海温异常综合模影响南亚高压主要通过三种机制:一是通过影响亚洲季风从而影响了降水潜热形成的大气加热场分布,在正(负)位相年,青藏高原大气热源为负(正)异常,因此青藏高原上空空气上升减弱(加强),南亚高压偏弱(偏强);南海季风和热带辐合带加强(减弱),菲律宾附近的大气热源加强(减弱),有利于上空青藏高原东南侧反气旋(气旋)式的距平环流,因此南亚高压偏东偏南(偏西偏北).二是热带太平洋-印度洋海温的纬向热力对比引起赤道纬向垂直(Walker)环流异常,必将引起高空纬向风异常,在正(负)位相年,南亚高压南部的印度洋高空会出现西(东)风异常,导致南亚高压偏弱(偏强).三是综合模的正(负)异常加强(减小)西印度洋经度范围的区域Hadley环流,其北侧伊朗高原上的异常下沉(上升)支,造成南亚高压偏弱(偏强),位置偏东偏南(偏西偏北).     

索马里急流与南亚高压年代际变化的可能联系

索马里急流是北半球夏季最为强盛的越赤道气流,南亚高压则是出现在对流层高层、平流层低层最大最稳定的反气旋环流系统,基于近60年NECP/NCAR再分析资料,本文研究了年代际尺度上夏季索马里急流与南亚高压的联系。研究结果表明:年代际尺度上,索马里急流与南亚高压存在显著的正相关关系,当索马里急流偏弱(强)时,夏季南亚高压偏弱西退(偏强东进)。对不同年代际背景下南亚高压东西部的经向垂直环流的分析发现,当索马里急流处于偏弱位相时,南亚高压西半部(20°~70°E)经向垂直环流偏强,而其东半部(75°~120°E)经向垂直环流减弱;反之亦然。南亚高压南北两侧的纬向垂直环流的变化也有差异,索马里急流偏弱(强)时,北部南亚高压(27.5°~35°N)的青藏高原上空纬向垂直环流显著减弱(增强),而南部南亚高压(20°~27.5°N)的伊朗高原上空纬向垂直环流减弱(增强)明显。进一步的研究发现,年代际尺度上索马里急流与南亚高压的联系受到PDO(Pacific Decadal Oscillation)年代际变化的调制。PDO正负位相的转折,首先改变了对流层高层副热带西风急流的强弱变化,从而使得位于其南部的南亚高压强度和热带东风急流发生相应的改变,热带东风急流的变化又通过热带印度洋上空的局地纬向垂直环流将异常信号传递到对流低层,改变热带地区索马里急流的强弱变化。     

青藏高原臭氧谷的分布及其与太阳辐射的关系

使用2005—2015年夏季Aura卫星微波临边探测器(MLS)逐日臭氧观测资料,讨论了夏季青藏高原臭氧低值区的三维分布。研究发现,青藏高原臭氧不仅在对流层顶附近存在着臭氧低值区,而且在平流层上层(20~1 hPa)也存在显著的低值区。高原区上空50%以上的臭氧存在于21.5~1.2 hPa的范围内,因此平流层上层高原臭氧低值对高原臭氧谷来说也很重要。使用合成分析法对MLS夏季北半球昼夜臭氧进行研究,结果表明该低值区仅存在于白天。根据高原区平流层上层臭氧模拟数据的集合经验模态分解,得到IMF4的平均频率为0.09,平均周期为11.1年,正好对应太阳活动最强的周期。说明太阳辐射是影响高原平流层上层臭氧低值中心的一个因素。     

夏季南亚高压对其邻近UTLS区域臭氧分布的影响

利用欧洲中期数值预报中心（ECMWF）提供的ERA5高分辨率月平均再分析资料，分析了1991—2020年共30 a夏季6—8月南亚高压对其邻近上对流层—下平流层区域臭氧（O₃）分布的影响。结果表明：ERA5资料能清晰地刻画出南亚高压夏季6—8月的月变化及振荡特征，同时能很好地反映出对应的臭氧低值这一现象。此外，ERA5高分辨率资料还能揭示出臭氧低值的范围和强度变化与南亚高压的范围和强度变化之间存在紧密联系。当南亚高压异常偏强（弱）时，邻近区域的臭氧低值增强（减弱），当南亚高压中心位置发生振荡时，臭氧浓度纬向偏差的中心也随之发生变化，这种变化在南亚高压偏强年时更明显。但这种联系有一定复杂性，不同月份的相关性存在差异。南亚高压对臭氧浓度的这种影响主要与对流层的空气输送有关，臭氧低值中心位置和范围的变化与位涡低值、位温纬向偏差负值区域分布相对应。     

南亚高压的水平和垂直结构及其变化特征

利用1948—2016年NCEP/NCAR月平均再分析资料,对南亚高压的水平与垂直结构、中心强度、位置及多年变化特征进行分析。结果表明:与多年平均相比,在上对流层下平流层区域(70、100、150、200 hPa),不同典型异常年份南亚高压的水平结构表现出双中心、纬向与经向跨度变大的特征,但不同高度其水平范围变化不同。近69 a对南亚高压内部空气束缚的东风急流最大风速整体呈减弱趋势,而西风急流的最大风速则无明显变化趋势。南亚高压的热力和动力垂直结构在不同年份有所不同,即东、西风急流强度和温度异常存在年际差异。1948—2016年南亚高压的厚度有明显的年际变化,大致为6.32～6.42 km。各高度南亚高压中心位势高度值在1975—1980年间均上升了0.1 gpkm左右,且中心位置存在东西振荡和南北位移,但这种变化幅度存在一定差异。     

加强业务管理提高测报质量

我局从1999～2003年,测报工作连续4年未出现错情,在此期间共有1个250个班,9个百班无错通过上级业务部门验收.在仪器保管、使用、维护上符合要求,对外报送的各种表、簿都能做好出门合格.     

Quantifying the uncertainty of the annular mode time scale and the role of the stratosphere

The impact of high resolution modern vegetation cover on the West African climate is examined using the International Centre for Theoretical Physics Regional Climate Model implementing the NCAR Community Land Model. Two high resolution 25 km long-term simulations driven by the output from a coarser 50-km resolution simulation are performed for the period 1998–2010. One high resolution simulation uses an earlier and coarser-resolution version of plant functional type distribution and leaf area index, while the other uses a more recent, higher-quality, and finer-resolution version of the data. The results indicate that the new land cover distribution substantially alters the distribution of temperature with warming in Central Nigeria, northern Gulf of Guinea and part of the Sahel due to the replacement of C4 grass with corn; and cooling along the coastlines of the Gulf of Guinea and in Central Africa due to the replacement of C4 grass with tropical broadleaf evergreen trees. Changes in latent heat flux appear to be largely responsible for these temperature changes with a net decrease (increase) in regions of warming (cooling). The improved land cover distribution also results in a wetter monsoon season. The presence of corn tends to favor larger precipitation amounts via more intense events, while the presence of tropical broadleaf evergreen trees tends to favor the occurrence of both more intense and more frequent events. The wetter conditions appear to be sustained via (1) an enhanced soil moisture feedback; and (2) elevated moisture transport due to increased low-level convergence in regions south of 10N where the most substantial land cover differences are present. Overall the changes induced by the improved vegetation cover improve, to some extent, the performance of the high resolution regional climate model in simulating the main West African summer monsoon features.     

由中国历史气候记录对季风导致唐朝灭亡说的质疑

2007年1月4日杂志发表了Yancheva等10人的题为"Influence of the intertropical convergence zone on the East-Asian monsoon"(热带辐合带对东亚季风的影响)的论文[1],这是德国波兹坦地学研究中心气候动力与沉积学科的主管豪格(G.H.Haug)率领的科研小组的一项成果,认为是季风的变化引起的长期干旱导致了唐朝的灭亡.     

On the forecast of the onset and end of the convective season in the Amazon

Summary ?Some features of the climate system that can be considered predictors of the onset and end of the convective season over the Amazon were identified using one-month lag correlations and field composites. The fields analyzed were sea surface temperature (SST), outgoing long-wave radiation (OLR), vertical velocity and upper tropospheric winds. Warm (cold) anomalies in the SST in the tropical North Atlantic and the Caribbean Sea tend to be associated with delayed (early) onsets. Likewise, there is a tendency towards a delayed (early) end of the convective season with cold (warm) anomalies in these ocean regions. In addition, the SST in the cold tongue region of the equatorial Pacific is negatively, though weakly correlated with the onset date. The signal of this SST is more evident in the case of the end date, which is earlier with respect to its mean date in most of El Ni?o cases. The convective activity intensity itself conditions the onset and the end of the convective season, as it is evidenced by the behavior of the OLR and the vertical velocity fields. The more (less) intense the convective activity over South America during the preceding month, the earlier the onset and the later the end of the convective season on the Amazon region. The prediction of the onset and end dates of the convective season in the Amazon region was explored using a simple multiple regression technique based on the variables that have shown precursor signals with respect to these dates. The correlation coefficient between the predicted and the observed onset date is 0.81, and in the case of the end date, it is 0.76. The skill to predict early, delayed and normal categories was high, since in more than two thirds of the cases the category was successfully predicted, and there were no predictions of categories opposed to those observed. Received July 23, 2001; revised February 22, 2002; accepted April 26, 2002     

Comparing the theoretical versions of the Beaufort scale, the T-Scale and the Fujita scale

2005 is the bicentenary of the Beaufort Scale and its wind-speed codes: the marine version in 1805 and the land version later. In the 1920s when anemometers had come into general use, the Beaufort Scale was quantified by a formula based on experiment. In the early 1970s two tornado wind-speed scales were proposed: (1) an International T-Scale based on the Beaufort Scale; and (2) Fujita's damage scale developed for North America. The International Beaufort Scale and the T-Scale share a common root in having an integral theoretical relationship with an established scientific basis, whereas Fujita's Scale introduces criteria that make its intensities non-integral with Beaufort. Forces on the T-Scale, where T stands for Tornado force, span the range 0 to 10 which is highly useful world wide. The shorter range of Fujita's Scale (0 to 5) is acceptable for American use but less convenient elsewhere. To illustrate the simplicity of the decimal T-Scale, mean hurricane wind speed of Beaufort 12 is T2 on the T-Scale but F1.121 on the F-Scale; while a tornado wind speed of T9 (= B26) becomes F4.761. However, the three wind scales can be uni-fied by either making F-Scale numbers exactly half the magnitude of T-Scale numbers [i.e. F′half = T / 2 = (B / 4) − 4] or by doubling the numbers of this revised version to give integral equivalence with the T-Scale. The result is a decimal formula F′double = T = (B / 2) − 4 named the TF-Scale where TF stands for Tornado Force. This harmonious 10-digit scale has all the criteria needed for world-wide practical effectiveness.     

准两年振荡对大气中微量气体分布的影响

NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的两维模式（SOCRATES）移植回国后进行了初步的模拟试验,用以研究某些对环境问题重要的微量气体的化学、辐射、动力传输过程。在不考虑极地平流层云和气溶胶表面非均相化学等情况下,模式积分多年,计算结果稳定,模拟的风场、温度场显示出正常的季节变化,模拟的微量气体分布与卫星实测资料对照,结果也比较一致。为了探讨热带平流层风场的准两年周期振荡（QBO）对平流层微量气体分布的影响,我们做了QBO强迫的数值试验,即在模式中加入QBO强迫,并与不考虑QBO强迫的模拟结果对比。结果表明,QBO与其相关的次级环流所引起动力输送的变化,使平流层微量气体分布发生变化。     

Analysis of the Characteristics of the Low-level Jets in the Middle Reaches of the Yangtze River during the Mei-yu Season

Here, we analyze the characteristics and the formation mechanisms of low-level jets(LLJs) in the middle reaches of the Yangtze River during the 2010 mei-yu season using Wuhan station radiosonde data and the fifth generation of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ERA5) reanalysis dataset. Our results show that the vertical structure of LLJs is characterized by a predominance of boundary layer jets(BLJs) concentrated at heights of 900–1200 m.The BLJs occur most frequently at 230...     

流场配置及地形对西南低涡形成的动力作用

本文采用定常二层模式讨论较小地形及高、低层流场配置对西南低涡形成的动力作用。指出了西南低涡的形成是与盆地、河谷以及其上气流分层有关的一种定常态.在上、下为西风分层时期,低层的浅薄暖湿西风有利于西南低涡的形成.在上、下为东、西风分层时期,上层浅薄东风亦有利于西南低涡的形成.小型的凸起山脉对西南低涡的形成没有作用.