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。      

Effects of air-sea coupling on the eastward propagating boreal winter intraseasonal oscillation over the tropical Indian Ocean

本文通过分析比较SINTEX-F海气耦合模式两组试验(一组是热带海洋大气和海洋完全耦合,一组是除了印度洋外,其它海洋有海气耦合)模拟结果,研究冬季印度洋海气耦合对季节内振荡(MJO)向东传播的影响。当冬季印度洋有海气耦合时,海温异常的非对称分布会加强沿着5°S-10°S纬带上的向东传播的MJO。当暖的海温总是出现在对流的东侧时,其会导致边界层异常辐合,使得水汽增加,有利于对流向东传播。另外,冬季印度洋海温的年际变化可以调制海气耦合对东传MJO的影响效果,负(正)印度洋偶极子年和正(负)印度洋海盆年海气耦合对MJO起了增强(减弱)的作用。这主要是印度洋海温的年际变化可以导致背景风场的变化,通过风-海温-蒸发反馈机制,增加或减少水汽的纬向非对称性,进而增强或减弱MJO的向东传播。     

1990年代末东亚北部地区夏季水汽输送年代际变化特征及其影响机制

利用1983～2011年降水量、环流和海温的再分析资料,探讨了东亚北部地区夏季水汽输送的年代际变化特征,并分析了前冬北大西洋海温对东亚北部地区夏季水汽输送与大气环流的可能影响。研究结果表明,20世纪90年代末期东亚北部地区夏季整层水汽与降水年代际的变化特征相一致,整层水汽通量的年代际变化主要是由于纬向水汽输送异常作用的结果。东亚北部地区（35°～55°N,90°～145°E）西边界的水汽输送通量由多变少,东边界的水汽输送通量由少变多特征则直接导致了该地区降水由偏多转为偏少的年代际变化。就外强迫海温角度来说,前冬北大西洋海温跟东亚北部地区夏季500 hPa高度场、850 hPa风场和850 hPa比湿均显著相关。同时,在20世纪90年代中后期前冬北大西洋海温也表现出由偏低向偏高转变的年代际变化特征,且由于海温自身的记忆性前冬的海温异常一直延续到夏季。并在夏季激发出横跨北大西洋和欧亚大陆中高纬度地区的大西洋-欧亚（AEA）遥相关结构,并进一步影响东亚北部地区夏季水汽输送。     

1991年太平洋海温异常对降水影响的数值试验

利用球圈范围的初始方程模式，就１９９１年太平洋主要海温异常区对降水的影响进行了数值试验，并对影响机制进行了讨论。结果表明，海温异常对降水的影响主要局限在热带和副热带地区。海温异常的直接影响是改变海气之间的感热和水汽交换，而后通过温度场和流场的变化以及凝结反馈过程影响降水。     

全球水循环的海洋分量研究

利用ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析月平均和逐日资料,采用“余差”方法,计算了１９８４～１９９４年全球海气淡水通量,分析了全球水汽输送的特点。主要结果有：（１）在全球水循环中,副热带大洋是重要的水汽辐散区,热带辐合带、南太平洋辐合带和南太平洋东南海域是集中的水汽辐合区,赤道东风带是夏季印度洋季风环流的主要水汽通道;（２）再现了全球海气淡水通量的分布,例如副热带“海洋沙漠”带、热带辐合带和南太平洋辐合带净降水区等;展示了细节特征,如黑潮区的净蒸发特点等;（３）发现了北大西洋中高纬度地区存在一东北—西南向的净蒸发带,而前人结果中则为净降水带;（４）分析了各大洋海气淡水通量的季节、年际变化特征,讨论了太平洋相对于大西洋作为水汽汇的特点;指出热带辐合带和南太平洋辐合带是海气淡水通量变率最大的海域     

印度洋海温的偶极振荡与夏季青藏高原水汽输送的关系

本文应用1961-2005年近45年NCEP/NCAR月平均再分析资料,在分析夏季青藏高原水汽输送通量特征的基础上,研究印度洋偶极指数与夏季高原水汽输送的关系,分析表明：夏季高原水汽的输入主要是受高原南边界水汽输送通量的影响,并且夏季高原区域净水汽与南边界水汽输送通量45年来的趋势变化很一致：都表现出先增加（1961-1980年）后减少（1981-2005年）的趋势变化。印度洋海温的前期变化（前年12月至当年5月）对夏季高原水汽的输送有明显的影响,特别是在1-3月。春季印度洋偶极指数通过对孟加拉湾地区向北的水汽输送通量的影响,进而影响夏季青藏高原水汽输送的异常。     

GAMIL模式海气湍流通量参数化方案的改进及其对大气环流年际变率模拟效果的影响

通过引人中尺度对流运动对海表湍流通量的贡献,改进了大气环流模式GAMIL1.0的海气湍流通量参数化方案.利用1979年1月至2000年12月的观测海温资料驱动GAMIL1.0模式,研究了海气湍流通量参数化改进对大气环流年际变化模拟效果的影响.结果表明:采用改进的海气湍流通量参数化方案,模拟的热带海表湍流热通量得到增强,...     

大气环流模式和耦合模式模拟的降水-海温关系之比较

本文讨论了气候系统耦合模式FGOALS_s模拟的局地降水和海温的关系, 并通过与单独大气模式SAMIL的AMIP试验结果进行对比分析, 考察了海气耦合过程对局地降水和海温关系模拟的影响。结果表明, 耦合模式FGOALS_s和单独大气模式SAMIL在模拟局地降水和海温关系上各有优势。在赤道中东太平洋地区, 观测中局地降水和海温的关系是海洋强迫为主, FGOALS_s模拟的海洋对大气的强迫比观测偏弱, 因此, SAMIL相对于FGOALS_s更有优势。在西北太平洋东部地区, 观测中夏秋季节降水和海温的关系是大气强迫为主, 由于考虑了海气相互作用过程, FGOALS_s对降水和海温关系的模拟能力要优于单独的大气模式。此外, 由于大气模式SAMIL的云参数化方案导致的模拟偏差, 在赤道中东太平洋地区 (9～11月), 降水增加时入射的短波辐射通量也是增加的, 并且这种模拟的偏差在耦合后仍然保留了下来, 导致了与观测不符的云[CD*2]辐射反馈过程。因此, 改进大气模式的云参数化方案是未来工作重点之一。此外, 分析发现耦合模式模拟的潜热通量的变化过分依赖海气湿度差。     

东海黑潮区潜热变化对中国春季降水的影响及其影响过程

本文利用美国NCEP/NCAR再分析资料、哈德来(Hadley)中心海温数据、国家气候中心的观测站降水和客观分析海气通量(OAFlux)潜热感热通量资料,研究了1960~2010年春季黑潮区潜热输送对中国春季降水的影响及其影响过程。本文以黑潮流经的中国东部海域及邻近海域为研究对象,该区域是黑潮的主体区域,在文中简称为东海黑潮区。对中国东海以及邻近海域海温与降水的分析表明,在夏季该区域可能以大气强迫海洋为主,而在春冬两季可能主要为海洋强迫大气为主,秋季则可能为不明显的海气相互作用。在春季西北太平洋区域中感热和潜热都对黑潮流经的区域有比较好的敏感性,黑潮流经区域感热和潜热的气候平均值分别约为30 W m-2与120 W m-2;春季的感热通量标准差大值区主要集中在日本以西区域,潜热通量标准差主要集中在中国东海区域与日本东南区域(即东海黑潮区域)。春季潜热EOF第一模态的主要变化就集中在东海黑潮流域。相关分析与合成分析的结果表明,当黑潮潜热指数为正时,华南地区春季降水偏多,长江以北地区偏少,反之亦然。在物理过程分析中,黑潮潜热指数大于0.8时,长江以南的中国大陆有比较强盛的异常北风,使得水汽无法输送到更北的地区,导致在华南地区水汽的积累,并且在海面出现有利于降水的垂直运动异常延伸到大陆上,使华南地区降水增多,而长江以北的东部地区由于水汽输送偏弱,导致水汽积累偏少,从而降水减少。当黑潮指数小于-0.8时,有较强盛的异常南风,有利于水汽输送到北方地区,水汽在华北地区积累,导致长江以北出现降水正异常,而华南地区由于南风偏强,水汽输送加强,导致水汽无法在此区域积累,并且出现不利于降水的垂直运动异常,从而导致降水偏少。     

夏季热带中太平洋SST异常型与中国东部夏季气候异常的关系

热带中太平洋海温异常型是近年发现的赤道太平洋海温异常分布的新特征,主要表现在热带太平洋海温异常为纬向＂三极型＂分布,其与ENSO的＂偶极型＂分布显著不同。利用1955—2005年HadISST月平均海温资料和中国160站月降水和温度资料,确定了中太平洋海温异常型并研究了这种海温异常型与中国东部同期夏季降水的关系。结果表明,当中太平洋海温为正异常时,我国江淮流域、西南地区的东部整层水汽含量偏少并处于水汽通量辐散区,不利于降水的形成,同时该地区上空垂直温度平流为正异常,利于异常高温的形成;我国华南、西南地区的南部为整层水汽通量辐合区,水汽丰沛,且整层垂直温度平流为负异常,易发生低温多雨的天气气候。     

北太平洋海气界面湍流热通量的年际变化

本文采用美国伍兹霍尔海洋研究所客观分析海气通量项目提供的1958～2006年月平均的湍流热通量及相关气象场数据, 利用EOF分析、小扰动方法、线性回归、相关分析等方法研究了北太平洋海气界面湍流热通量年际变化的时空特征、 影响因子及其与大气环流的关系。结果表明, 北太平洋湍流热通量的年际变化在冬季最为显著。我国东部海域及其向中东太平洋的延伸部分为冬季潜热通量和感热通量年际变化的关键区。冬季潜热通量的年际变化在副热带太平洋和菲律宾海域主要受风速变化影响, 在北太平洋的高纬和低纬海域尤其是赤道中太平洋主要受比湿差变化影响, 而冬季感热通量的年际变化在整个北太平洋都主要受海气温差变化影响。受大尺度环流影响, 异常低压中心的东 (西) 侧海气比湿差和海气温度差偏小 (偏大), 所以异常低压中心的东 (西) 侧潜热输送和感热输送偏弱 (偏强)。     

一次近海突然增强台风的个例数值模拟

运用非静力的WRF(V3.4)模式,对近海突然增强台风莫兰蒂(Meranti 1010)进行数值试验,验证了近海台风的突然增强往往发生在台风移经高海温区(SST(Sea Surface Temperature)28℃)之后36 h左右,此时台风已处于中海温区(26℃≤SST≤28℃)。同时也验证了台风在高海温海域,内核对流旺盛,台风处于中等强度的风速垂直切变(8 m/sVWS15 m/s),强度增强;在低海温海域(SST26℃),即使风速垂直切变小(1 m/s≤VWS≤8 m/s),台风也将衰亡。试验表明,海温高低影响到海洋输入台风的潜热、感热和水汽通量。海温升高,海洋输入"莫兰蒂"台风的潜热、感热、水汽通量均增加,台风强度增强;海温降低,潜热、感热和水汽通量输入均减少,台风减弱;海温降幅越大,上述3通量输入减少越多,台风衰弱越明显。     

2015-04-28渤海海雾形成过程中的海气相互作用分析

利用FY和MTSAT卫星资料、ERA Interim再分析资料、黄渤海浮标站资料、黄渤海自动站逐小时观测资料,对发生在2015年4月28—29日的渤海海雾成因进行分析,着重探讨了海雾形成过程中的海气相互作用。结果发现,近海面处大气低层逆温层抬升,大于90%的大湿度区向上、向西扩展,对海雾形成非常有利;海雾生成前、生成发展过程中存在明显的东到东南风,有利于黄海水汽向渤海输送,海面上空有水汽通量大值区由渤海海峡向渤海中部移动,使得渤海上空水汽输送加强,提供了海雾形成所需的水汽;在海雾形成过程中渤海上空气温高于海温,风切变造成的海气界面湍流热交换为大气输送向海洋,使得冷海面上空暖湿空气降温冷却达到饱和形成海雾,是平流冷却雾。      

海气耦合气候模式对大气中水汽输送、辐散辐合与海气间水通量交换的模拟

基于ECMWF再分析结果对LASG第三代全球海洋-大气-陆地耦合系统模式(GOALS)的两个版本和第四代耦合气候模式初始版(FGCM-0)所模拟的大气水汽输送与辐散辐合特征、海气间水通量交换,进行了评估分析.结果表明:(1)对垂直积分的水汽通量场的流函数及其对应的无辐散水汽通量矢量的模拟,三个耦合模式都能够较为合理地再现副热带大洋的涡旋结构、中纬度西风带的东向水汽输送、赤道东风带的西向水汽输送和东亚夏季风水汽输送等行星尺度特征及其季节变化,只是GOALS的涡旋位置、FGCM-0的涡旋中心强度,较之实际略有偏差.(2)反映在垂直积分的水汽通量场的势函数和对应的无旋水汽矢量上,对南北半球副热带大洋水汽辐散区、热带辐合带(ITCZ)、东亚夏季风区强烈的水汽辐合特征等的模拟,FGCM-0的结果相对合理.GOALS的热带辐合中心过于集中在印度尼西亚群岛附近,东亚夏季风水汽辐合中心偏南.(3)关于海气水通量交换,FGCM-0较为理想地再现了副热带的净蒸发、ITCZ和中高纬度的净降水特征以及夏季ITCZ的季节性北移,但对南太平洋辐合带(SPCZ)、副热带南大西洋的净蒸发特点,以及阿拉伯海和盂加拉湾季节变化的差异,模拟结果不理想.FGCM-0在模拟SPCZ上的偏差,是由海气耦合过程造成的.GOALS未能合理再现ITCZ和SPCZ降水大于蒸发的特点,其净降水集中在西太平洋暖池区;但对副热带南大西洋、北印度洋水通量季节变化的模拟相对合理.     

基于信息流理论的因果分析在辨析大西洋多年代际振荡物理机制中的应用

大西洋多年代际振荡（AMO）是指发生在北大西洋的海表温度（SST）冷暖异常多年代际（50～80年）振荡的现象。通常AMO被认为是受大西洋经向翻转环流（AMOC）及其对应的海洋动力过程（经向热量输运）的影响。近年来有观点认为,AMO是大气随机热力强迫的产物,大气主导了海气间的热量交换进而影响AMO。弄清AMO和北大西洋海表热通量的因果关系是辨析AMO动力和热力驱动机制的关键。本文利用基于信息流理论的因果分析方法,研究了1880年以来观测的AMO与北大西洋海表热通量间的因果关系。结果表明,在多年代际尺度上,从AMO到海表热通量的信息流要远大于二者相反方向的信息流,这说明AMO是北大西洋海表热通量异常的因,海洋主导了海气间的热量交换。大气随机热力强迫机制无法解释AMO与热通量两者因果分析的结果。对泛大西洋地区的陆地气温和AMO指数进行分析,进一步表明由于海洋主导了海气热量交换,AMO的海温异常加热/冷却控制了绝大多数地区气温的多年代际变化。利用海温驱动的大气环流模式的模拟结果验证了AMO的海温异常对周边陆地气温强迫作用。本文的结果为辨析AMO的动力和热力驱动机制提供了新线索,进一步表明AMO并非是大气随机热力强迫的产物,海洋环流可能是AMO的主要驱动因子。     

寒潮过程中风浪对黄海海气热量通量和动量通量影响研究

采用2009—2013年CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)大气和海洋再分析资料对黄海海气间热量通量和动量通量的特征进行统计分析,并通过FVCOMSWAVE浪流耦合模式对典型寒潮过程中风浪的影响效果进行模拟研究与对比分析。统计结果显示,通量受海表大风、海气温差及海洋环流等因子影响,秋冬季节强烈,春夏季节相对较弱,在寒潮活跃的冷季该海域的海流处于弱流期,风浪对海面通量的作用明显增强。海温特征也显示冷季的不稳定性显著强于暖季,因此该海域冷季具有更强的海气热量通量。沿岸站点的比较显示,南部吕泗站面向更开阔的东海海域,其平均波高高出北部20%左右。这与沿海南部通量强于北部特征对应。数值模拟显示,在寒潮过程中,海气界面热量通量和动量通量输送比多年月平均状态显著增强,动量通量增大1~5倍,热量通量增大1~6倍。寒潮过程入海冷锋走向、强度、移动方向显著影响海面热量通量和动量通量大值区的分布。偏北路寒潮纬向型冷锋入海,其强度东部大于西部,造成通量大值区形成在黄海东北部,而偏西路寒潮经向型冷锋入海,其强度南部大于北部,造成通量大值区形成在黄海南部。同时偏北路径寒潮强度大于偏西路径,海气动量通量响应较偏西路径强约25%,热量通量强约50%。耦合风浪作用的模拟显示,海气间热量通量和动量通量明显增大,对不同强度风浪,浪高增加1.5倍,动量通量最大值增大约2倍,热量通量增大10~160 W/m2;浪高减弱至0.5倍,动量通量最大值则减弱约40%,热量通量减小10~55 W/m2。冷锋及其驱动的风浪强烈影响区域海气通量时空特征。     

中国东部夏季降水的准两年周期振荡及其成因

应用中国160测站降水资料和ERA-40再分析资料以及EOF和熵谱分析方法,分析了中国夏季(6～8月)降水和东亚水汽输送通量的年际变化,表明中国(特别是华南、长江流域和淮河流域以及华北等地区)夏季降水具有2～3 a周期变化特征,即准两年周期的振荡特征,并表明中国降水的这种周期振荡与东亚上空夏季风水汽输送通量的准两年周期振荡密切相关;并且,还利用NCEP/NCAR的海表温度和日本气象厅的沿137°E海温剖面观测资料,分析了热带西太平洋表层与次表层海温的年际变化,揭示了热带西太平洋热力状态的变化也有显著的准两年周期的变化特征.作者利用相关和集成分析来讨论热带西太平洋热状态的准两年周期振荡对中国夏季降水和东亚水汽输送的影响,表明了热带西太平洋海温的准两年周期振荡对东亚夏季风及其所驱动的水汽输送都有很大影响.此外,作者还利用东亚/太平洋型(EAP型)遥相关理论,简单地讨论了热带西太平洋热力状态的准两年周期振荡影响中国夏季风降水准两年周期变化的物理机制.     

南海海洋站观测海气热通量的时间演变特征

为探索西沙和南沙海气热通量时间演变特征,用海洋站观测资料计算了1998年南海夏季风爆发前后,海气界面热量交换值及海面热收支年循环。结果表明：季风爆发前,西沙海气界面热量交换较弱,水汽通量较小,以海洋获得热量为主;季风爆发后,海气界面热量交换接近平衡。南沙全年主要是海洋对大气加热。南沙和西沙海面吸收短波辐射年周期特征明显,极大值出现在冬半年。西沙海面潜热通量存在半年周期特征,极大值也是出现在冬半年。结论：冬半年海面热通量变化对翌年的季风将产生重要影响。     

热带东印度洋海表温度持续性的秋季障碍

利用全球海表海温资料(GISST)和NCEP/NCAR再分析风场、海平面气压场资料,研究了热带东印度洋海表温度持续性的季节差异,发现东印度洋海温持续性存在"秋季障碍"现象。进一步分析了东印度洋"秋季障碍"后冬季海温与中东太平洋海温、海平面气压及850hPa风场的关系,并讨论了热带印度洋—太平洋地区海气系统的季节变化与东印度洋"秋季障碍"的关系,结果表明,秋季热带印度洋—太平洋地区海气系统由以印度洋季风环流为主导转向以太平洋海气系统为主导,太平洋海气系统处于急剧加强期,增强的太平洋海气系统对东印度洋海温持续性"秋季障碍"起着重要的作用。     

太平洋海气CO2通量对气候事件的响应

应用一个嵌套了海洋生物地球化学循环的太平洋环流碳循环模式,分析了1960～2000年太平洋不同海区海气碳通量随时间的变化。模拟结果显示,赤道太平洋为大气CO₂的排放区,南、北太平洋(南、北纬15°至模式计算区域南、北边界)为吸收区。3个海区海气碳通量随时间均存在显著的波动,其中赤道太平洋海气碳通量年际波动最显著。3个海区海气碳通量年际波动对气候事件的响应并不一致,在El Niño年赤道太平洋冷舌的强度和总溶解无机碳(DIC)的浓度以及输出生产力均会受到上升流减弱的影响而降低,La Niña年这些海气碳通量控制要素的分布情况则正好相反,但在南北太平洋副热带以及高纬度海区,El Niño和La Niña对这些要素带来的影响却并不一定相反,对输出生产力的影响甚至是一致的。以海表温度(SST)为例考察海气碳通量与物理场之间的关系表明,在赤道太平洋上升流对DIC的影响是控制海气碳通量变化的主要因素,而在其他海区,尤其是副热带海区,由于垂直运动的年际变化较小,且生物生产力水平较低,SST的波动对海气碳通量年际变化的影响更加重要。