北极涛动低空大气环流特征及其与太阳活动的联系

通过北极涛动AO正负位相时期北半球1000 hPa月平均位势高度、位势高度距平和气温月距平图对比分析可知,北极区域异常增暖时期对应着AO负位相时期,而北极区域异常偏冷时期对应着AO正位相时期,说明北极区域气温异常变化是决定AO异常变化的重要因子.逐次滤波法分析可知,冬季1月北极涛动现象表现出十分清楚的与太阳活动密切联系的准110a世纪周期和准22a年代际周期,具体表现为：（1）冬季1月北极涛动现象具有十分清楚的与太阳活动密切联系的准110a世纪周期.准110a世纪周期对于北极涛动指数的方差贡献率达到44.4%,是冬季1月北极涛动现象最显著的世纪际变化特征.（2）谱分析结果表明,滤除准110a世纪周期变化以后的1月北极涛动指数具有显著的22a周期,其方差贡献率达到18.5%,乃仅次于准110a世纪周期之后北极涛动指数年代际变化重要特征.对比分析表明,太阳活动尤其是太阳磁场磁性指数变化与1月北极涛动22a周期变化呈密切的反相关关系,二者变化趋势基本相反,即多数情况当太阳磁性指数MI由最低值转为上升以后都可引起北极涛动AO由最高值转为下降;当太阳磁性指数MI由最高值转为下降以后都可引起北极涛动AO由最低值转为上升.综上所述,北极涛动的准110a世纪周期变化、22a年代际周期变化对于北极涛动方差贡献率达到62.9%,标志着太阳活动是北极涛动的重要驱动因子.     

北半球大气遥相关型与区域尺度大气扰动

北极涛动(AO)、北大西洋涛动(NAO)和太平洋-北美型(PNA)等北半球大气遥相关型,可以用大气位势高度的物理分解扰动分量解释.结果发现,AO反映的是北极地区行星尺度纬圈平均扰动分量的变化,PNA与持续性天气尺度扰动分量相联系,NAO是行星尺度纬圈平均扰动与天气尺度扰动共同作用的结果.对行星尺度纬圈平均扰动分量和天气尺度扰动分量用旋转经验正交函数(REOF)展开,不但可以证实人们已经命名的区域性大气涛动,还新发现了北极地区的两对偶极涛动、欧亚涛动(EAO)和"大西洋-欧亚型"(AEA)波列.这些涛动连接了相邻地区的异常天气和异常气候.     

南极涛动的年际变化及其对东亚冬春季气候的影响

研究了南极涛动的年际变化及其对冬春两季东亚气候的影响, 结果表明, 南极涛动强年不利于东亚冬春两季冷空气的活动. 通过平均经圈环流分析发现, 在南极涛动异常年有从南极到北极分布的经向遥相关, 并且该遥相关具有正压的结构. 此遥相关冬季在欧亚地区显著, 春季在太平洋地区显著. 研究还表明, 南半球高纬的平均纬圈西风, 在冬季与欧亚西风有显著的正相关关系, 因而在一定程度上证实了冬季经向遥相关的存在; 在春季, 则与太平洋北美型遥相关有显著的反相关关系. 因此, 局地经向遥相关是冬、春两季中南北半球中高纬大气环流相互作用的一个可能途径.     

南极涛动异常及其对冬春季北半球大气环流影响的数值模拟试验

利用IAP9L-AGCM模式考察了模式中与南极涛动异常相关的海温敏感区，发现南半球高纬海温异常能够强迫出南极涛动异常，而赤道东太平洋海温异常与太平洋南美型密切相关.研究了南极涛动异常对冬春季北半球大气环流及亚洲北部气温的影响，结果表明，南极涛动加强，能够引起北半球高纬环流异常和欧亚西风加强，以及亚洲北部地表气温和850 hPa气温显著增温.数值模拟支持了已有的诊断结果，也证实了冬春季节南极涛动异常下两半球高纬间的经向遥相关存在.     

近60年全球大气环流经向模态的气候变化

本文根据1948～2004年NCEP/NCAR 1000 hPa、500 hPa、100 hPa高度场逐月再分析资料，分析了近60年全球大气环流经向模态的气候变化. 结果表明：近60年来第一模态从低层到高层都表现出高纬与低纬地区之间明显的反向变化关系，且随时间有明显的增强趋势. 第一模态位相发生了相反的改变，低纬地区由负距平演变为正距平，高纬地区由正距平演变为负距平. 1000 hPa和500 hPa高度场上的南半球比北半球变化激烈，而100 hPa高度场上的北半球比南半球变化激烈. 第二模态在1000 hPa高度场上，主要表现为南极涛动（AAO）和北极涛动(AO)，且两涛动在年际、年代际尺度上表现出明显的负相关关系；在100 hPa高度场上，主要表现为南北半球高纬度地区之间的反向变化；500 hPa高度场是1000 hPa和100 hPa的一个过渡层次，主要表现出明显的南极涛动(AAO). 第二模态可能是南北半球中高纬环流相互作用的桥梁.     

气候系统模式对北极涛动的模拟

本文系统分析了参与IPCC AR4 “20世纪气候模拟"（20C3M）的23个气候系统模式模拟的1950～1999年冬季（JFM）北极涛动（AO）.结果表明,在22个模式中,AO模态都表现为北半球中高纬大气年际变率的第一模态.不过,18个模式模拟的AO模态在北太平洋地区表现偏强,有两组模式结果均表明,提高模式的水平分辨率能够克服此偏差.所有模式模拟的AO指数均未出现与观测相当的增强趋势,只有两个模式（ECHO-G和UKMO-HadGEM1）模拟的AO指数与观测存在显著正相关.多数模式能够模拟出纬向风伴随AO位相变化在中高纬出现的偶极子异常特征,部分模式对平流层AO特征的模拟能力仍需要提高.对AO垂直结构模拟较好的模式,例如CCSM3、MRI CGCM2-32和UKMO-HadGEM1,能够较为合理地再现伴随AO指数增强出现的极区平流层变冷和中纬度对流层增暖现象.AO与欧亚大陆地表气温和降水的相关分布,在多数模式中有较好的体现,个别模式还对AO与东亚气候的相关关系具有一定的模拟能力.对AO各指标均有较好模拟能力的模式是UKMO-HadGEM1.本文结果为改进气候系统模式对北极涛动的模拟能力提供了依据,亦为学术界利用IPCC AR4的耦合模式数据、开展与AO相关的气候变率研究提供了基础参考.     

太阳磁场磁性指数异常变化对南北半球中纬度气候的影响

本文参照太阳黑子相对数特征建立了太阳黑子磁场磁性指数时间序列. 大气温度场谱分析结果显示,南北半球中纬度平流层和对流层大气温度场普遍存在22年变化周期. 分析认为,大气温度场的22年变化周期是太阳活动22年磁性周期所激发.     

500 hPa高度场上两极和赤道位势高度气候演变规律的研究

本文运用近50 a来500 hPa层次上南极、赤道和北极位势高度以及南北半球西风指数的资料，分析了它们的时间演变规律及其相互间的关系.结果表明，南极位势高度显著下降；赤道位势高度显著上升.南极、赤道和北极位势高度都存在着显著的年际、年代际变化特征.总体上，南极位势高度与赤道位势高度有极其显著的负相关关系，北极与赤道的位势高度之间以及两极位势高度之间相关关系不显著；在共振的特定频率中，北极位势高度振荡落后于南极位势高度，赤道位势高度振荡又落后于两极位势高度振荡，气候变化最先开始的区域为南极地区.进一步分析表明,伴随着以上三个区域的位势高度趋势变化及其周期振荡，必然引起高空西风的增强与周期振荡.研究表明，南北两半球西风指数都存在显著的上升趋势，且存在显著的年代际变化特征.其中，南半球西风指数上升幅度较北半球大，其振荡落后于南极位势高度.     

亚洲-太平洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的关系

通过对观测资料的分析, 初步探讨了夏季亚洲-太平洋涛动(Asian-Pacific Oscillation, APO)和西北太平洋热带气旋频数的关系, 发现APO强弱的年际变化与西北太平洋热带气旋频数多寡之间具有显著的正相关关系, 夏季APO偏强(弱)时, 西北太平洋热带气旋偏多(少). 研究进一步揭示, APO变化可导致西北太平洋区域主要大气环流系统出现异常, 而大气环流的这种异常变化正是APO与西北太平洋热带气旋频数相联系的原因. 当APO处于正位相时, 西太平洋副热带高压减弱, 位置偏东偏北; 西北太平洋地区高层大气异常辐散, 低层大气异常辐合; 纬向风垂直切变减弱. 这些变化均为西北太平洋热带气旋的形成提供了有利的大气环流条件, 因此, 西北太平洋热带气旋频数偏多. 反之亦然.     

火山活动对北半球平流层气候异常变化的影响

文中利用逐次滤波法滤除北半球平流层70 hPa约15~22 km高空大气温度异常变化中太阳活动的影响之后，进一步分析了火山活动的气候效应，分析结果表明，火山活动能引起平流层较大幅度增温，对于北半球70hPa高空气候异常变化的影响超过了总方差的30%；火山活动影响最显著的高度是平流层70 hPa约15~22 km高空，由此高度向上或向下，火山活动的影响都逐渐减小；火山活动引起平流层大气升温的同时还将引起对流层大气降温，其分界线大致位于对流层顶300 hPa附近；强火山爆发如皮纳图博火山爆发、阿贡火山爆发和堪察加北楮缅奴等火山爆发是引起未来两年左右平流层中下层温度异常变化最重要的因素，其方差贡献率超过百分之五十三！；火山喷发高度越高，引起平流层增温效应的层次也越高；北半球大气温度异常变化对南半球火山活动响应的滞后时间比北半球火山活动长. 平流层高空气候异常变化还具有显著的22年变化周期，分析认为是大气温度场对太阳磁场磁性周期22年异常变化的响应，其方差贡献率超过9%.     

利用云南水管仪观测资料检测地球自由振荡

利用云南省数字化水管仪的观测资料,采用功率谱密度估计方法,在没有对资料进行去固体潮处理的情况下,准确获得了2004年12月26日苏门答腊大地震激发的0S4～0S30基频球型自由振荡,并与前人的观测结果进行比较,同时对照了PREM模型的理论计算周期,发现水管仪观测与这三者符合得非常好,除0S4振型的观测周期和周期1、周期2、周期3的相对误差均大于0.3%外,其余的差别在3‰以下。研究表明,利用数字化水管仪观测资料的确可以提取到苏门答腊大地震激发的地球球型振荡,这就为地球自由振荡的研究提供了一种新的观测手段。     

印度洋9.0级大地震激发的地球球型振荡和环型振荡

综合分析了中国数字地震台网（CDSN）改造后的5个长周期地震仪台站观测的3天的VHZ、VHE和VHN波形资料，利用功率谱密度估计方法，在没有对资料进行去固体潮处理的情况下，准确获得了2004年12月26日印度洋地震激发的0S3~0S78的基频球型振荡和部分谐频球型振荡和0T3~0T67的基频环型振荡，并与地球初步参考模型（PREM）的理论自由振荡周期进行了对比，发现实测振荡周期与PREM预测的振荡周期符合的很好.频率与PREM模型略微不一致的球型或环型振荡可以解释为地球介质的横向不均匀性和各向异性所致.因此地球自由振荡信息可用于揭示地球的三维不均匀结构信息或各向异性信息，并可能对区分地幔对流模式有所帮助.     

利用体应变观测智利8.8级大地震激发的地球球型自由振荡

用河北省体应变的数字化观测资料,利用功率谱密度估计方法,在没有对资料进行处理的情况下,准确获得了2010年2月27日智利8.8级大地震激发的0S5-0S35摹频球型自由振荡,并与地球初步参考模型(PREM)的理论自由振荡频率进行对比,发现实测振荡频率与PREM预测的振荡频率基本符合.河北省体应变的数字化观测资料的确可以...     

The temporal and spatial characteristics of the surface air temperature variations over the Antarctic and its surrounding area

The characteristics of the spatial distribution, temporal variations trend and oscillation for the surface air temperature variations during 1957—1993 in the Antarctic and its surrounding area were analyzed. The results show that the short-time climate change in the Antarctic is complex both temporally and spatially. The Antarctic is by no means the strongest responding region to the global greenhouse effect. There is a distinguished difference in the trends of the temperature changes for the Antarctic and global mean, which could not be explained simply by the global greenhouse effect. Project supported by the National Antarctic Key Project of China (85-905).     

Seasonal oscillations in mesospheric temperatures at low-latitudes

Using 3 years of high-quality temperature measurements (2002–2004) recorded from Maui, HI (20.8°N), we have investigated the characteristics of mesospheric seasonal oscillations at low-latitudes. Measurements of the near-infrared OH (6,2) and O₂ (0,1) nightglow emission layers (centered at 87 and 94 km) independently reveal a distinct semi-annual oscillation (SAO) and annual oscillation (AO) with amplitudes of 3.8 and 2.0 K, respectively. An observed asymmetry in the seasonal variation of the nocturnal mean, previously reported by Taylor et al. [2005. Characterization of the semi-annual-oscillation in mesospheric temperatures at low-latitudes. Advances in Space Research 35, doi:10.1016/j.asr.2005.05.111] from this site is shown to be due to a superposed AO of amplitude 50% of the SAO signature. Detailed investigations of the local-time variation of the SAO amplitude and phase combined with TIME-GCM simulations of the seasonal variation of the diurnal tide strongly suggest a large local-time dependence of the amplitude (but not phase) of the observed SAO. These data indicate that the true mean temperature SAO amplitude could be as high as 7 K at this latitude.     

利用本溪自流井水温观测资料检测地球自由振荡

用本溪自流井数字化水温观测资料,采用直接计算功率谱密度的方式对印尼苏门答腊9.0级大地震激发的球型自由振荡进行了提取,准确检测到了0S2～0S9低频基型球型振荡,并且还检测到了2个谐频球型振荡:1S2、1S3。用该井数字化水温观测资料提取了0S2、0S3、0S4共3个振型的分裂,虽然3个振型均只得到2个单峰,但地球自由振荡谱线分裂现象的检测为研究地球的深内部结构提供了新的、不同类型的观测资料。研究表明,用本溪自流井数字化水温观测资料可以提取到苏门答腊大地震激发的地球球型振荡,这就为地球自由振荡的研究提供了一种新的观测手段。     

Quasi-Biennial and Quasi-Triennial Oscillations in some atmospheric parameters

A spectral analysis of the 12-month running averages of several atmospheric parameters for 40 years (1951–1990) indicated prominent QBO (Quasi-Biennial Oscillations) and QTO (Quasi-Triennial Oscillations). The 50 mb tropical wind has a very prominent QBO peak atT=2.33 years, which was well reflected in N. Pole 30 mb temperature but not in average surface air temperatures of Northern and Southern Hemispheres. The 50 mb wind had no prominent QTO; but sea-surface temperatures showed prominent QTO at 3.6 years as well as peaks at 4.8 years (also shown by N. Pole 30 mb temperature) which matched very well with similar peaks in the Pacific SST and SO (Southern Oscillation) index. Specific humidity in the lower troposphere (1000 and 700 mb) and temperature at 300 mb obtained by radiosondes in the western Pacific for 15 years (1974–1988) showed mainly a biennial oscillation.     

东亚扇区赤道异常北峰的移动规律

本文利用冲绳、台北、广州、海南四个电离层垂测站的f₀F₂月报表资料,分析东亚扇区赤道异常北峰的移动规律,得到北峰位置随季节、太阳活动不同周相的移动规律。并且发现赤道异常的两日振荡将引起北峰位置作相应的波动。     

大气季节内振荡的活动与江淮流域夏季旱涝

观测资料的分析极为清楚地表明,江淮流域的夏季降水有着极为明显的低频变化,周期为30-60d和近20d的振荡是其最基本的特征,尤其是在多雨的年份.对应江淮夏季多雨(涝)年和少雨(旱)年,大气环流的分析表明其大气季节内振荡(IS0)的形势有着显著的差异.例如在多雨(少雨)年,在长江以南的850hPa上为一个低频(IS0)反气旋(气旋)性环流控制,而中国北部和日本一带为气旋(反气旋)性环流,从而在江淮流域形成较强的低频辐合(辐散)气流;在200hPa的青藏高原上却为一个低频气旋(反气旋)性环流所控制.分析还表明,对应多雨年,在江淮流域有明显的由中高讳度向南传播和由低玮度向北传播的大气低频振荡的汇合情况;而对应于少雨年,由中高纬度向南传播的低频系统较不明显,在江淮流域低频系统的汇合也较为不清楚.     

两日对称行星波发电机效应的数值研究

本文从发电机理论出发,计算了一种波数为3、周期为两日的西行对称大气行星波风场所产生的电流及电场的全球分布以及随世界时的变化,并给出这种电场在不同经度随地方时的变化.这个电场沿磁力线传到F层后,将会对F层动力学过程起着重要的作用,可能是导致赤道异常两日波动的原因.