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。     

Pacific decadal oscillation and the decadal change in the intensity of the interannual variability of the South China Sea summer monsoon

本研究表明,二十世纪南海夏季风的年际变率强度在一定程度上受到太平洋年代际振荡(PDO)的调控,PDO处于暖(冷)位相时南海夏季风的年际变率强度偏强(弱)。热带太平洋海温的年际变率强度及南海夏季风与ENSO的关系在上述调控中起到重要作用。PDO处于暖位相时,热带太平洋海温变率偏大,ENSO事件偏强,因而沃克环流及西北太平洋反气旋异常的位置和强度均发生改变,最终导致南海夏季风与热带太平洋海温的相互作用更强,南海夏季风年际变率强度增大,反之亦然。     

对厄尔尼诺事件和海洋环流的数值模拟研究

用太平洋海洋环流模式，模拟研究热带太平洋海温和环流的年际变化特征和机制．用观测的逐月风应力强迫模式，模拟１９７１～１９９５年发生的主要厄尔尼诺事件．说明风应力异常对厄尔尼诺生成起主要作用．对海温异常峰值附近３个月海温和洋流的综合分析表明：在厄尔尼诺事件时，１６０°Ｗ以西温跃层上升，以东温跃层下降，温跃层的东西倾斜显著变小．同时沿赤道的垂直环流圈减弱，中东赤道太平洋涌升流、海表层向西的赤道洋流和次表层向东的赤道潜流都减弱且厚度减小；在反厄尔尼诺时，情况则相反．     

东亚夏季风强度的多尺度统计预测模型

东亚夏季风强度的变化与中国雨带和旱涝分布密切相关。为了做好东亚夏季风强度的短期气候预测,采用小波分析、Lanczos滤波器、交叉检验等方法,研究了东亚夏季风强度的多尺度变化特征,在年际与年代际尺度上分别寻找了它在前冬海温场、200 hPa纬向风场上的前兆信号,并利用最优子集回归建立了东亚夏季风强度的多尺度统计物理预测模型。结果表明:东亚夏季风强度存在准4年、准13年和准43年的周期振荡。年际尺度上,前冬赤道东太平洋(10°N~10°S,160°W~80°W)海温与东亚夏季风强度有最强的显著负相关,且它与东亚夏季风强度在200 hPa纬向风场上的前兆信号有较强的负相关;年代际尺度上,南半球60°S与35°S附近200 hPa纬向风之差与东亚夏季风强度有最强的显著正相关,且它与东亚夏季风强度在热带印度洋、低纬度东南太平洋、低纬度南大西洋的海温及亚洲副热带200 hPa纬向风等前兆信号有强的正相关。通过探讨这两个前兆因子对东亚夏季风强度的预测意义,揭示了他们影响东亚夏季风强度年际和年代际变化的可能物理过程。所建立的东亚夏季风强度多尺度最优子集回归预测模型,不仅对东亚夏季风强度的年际变化具有较好的预测能力,而且对异常极值年份也具有一定的预测能力。     

南海夏季风爆发与大气对流低频振荡的年际变化

根据1980～1991年云顶黑体温度（TBB）相位和强度的变化确定了南海夏季风爆发的时间,分析研究了夏季风爆发期间TBB场和850hPa风场的变化过程及其与海温的关系。结果表明:南海夏季风爆发平均时间是5月第4候,它爆发的时间和强度有显著的年际变化,并与大气的低频振荡及前期海洋的热力状况有密切关系。南海夏季风爆发早年（4月第6候）,副热带高压较弱,撤离南海较快,从赤道东印度洋到赤道西太平洋,大气对流活动较强,夏季风爆发南海早于孟加拉湾,季风爆发时90～100°E区域过赤道气流显著加强。夏季风爆发晚年（6月第1候）情况相反。南海夏季风爆发早晚与大气30～60天振荡到达南海的位相有关,前冬和早春南海海温的高低和4月中旬至5月中南半岛强对流区的出现时间,是南海夏季风爆发年际变化的前期征兆。根据前冬南海海温预测1998年南海夏季风爆发的时间和强度与实际相符。     

影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区及机制初探

利用1958—2011年NCEP/ NCAR再分析资料和ERSST资料,采用Lanczos时间滤波器、相关分析、回归分析、合成分析和交叉检验等方法,研究了影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区海温异常的来源与可能机制。结果表明,前冬(12—2月)热带西南印度洋和热带西北太平洋是影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区。冬季热带西南印度洋(热带西北太平洋)的异常增暖是由前一年夏季El Ni?o早爆发(强印度季风异常驱动的行星尺度东-西向环流)触发、热带印度洋(西北太平洋)局地海气正反馈过程引起并维持到春季。冬季热带西北太平洋反气旋性环流(气旋性环流)及印度洋(热带西北太平洋)的暖海区局地海气相互作用使得印度洋(热带西北太平洋)海温异常维持到春末。春季,逐渐加强北移到10 °N附近的低层大气对北印度洋(热带西北太平洋)暖海温异常响应的东风急流(异常西风)及南海-热带西北太平洋维持的反气旋性环流(气旋性环流)异常,使得南海夏季风晚(早)爆发。      

不同海域SSTA对东半球越赤道气流年代际变化影响的数值模拟研究

采用1950—2000年逐月观测的不同海域（全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋）海表温度,分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,进行了多组长时间积分试验,对比ERA-40再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常（SSTA）对东半球越赤道气流年代际变化的影响。数值试验结果表明,全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,均能模拟出索马里、120 ?E和150 ?E越赤道气流在1970年代中后期由弱变强的年代际变化特征,其中模拟的索马里越赤道气流年代际变化特征及其与东亚夏季风年代际变化关系均与观测结果较一致,而热带外海表温度驱动全球大气环流模式未能模拟出此年代际变化现象,表明全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化均对索马里越赤道气流在1970年代中后期的年代际变化具有重要作用,热带太平洋是关键海区;索马里越赤道气流的年代际变化与热带太平洋海温年代际背景变化密切相关,当热带太平洋处于暖（冷）背景年代,热带东太平洋海温异常从北到南呈“＋、－、＋”（“－、＋、－”）“三明治”式距平分布,有利于赤道东太平洋南北两侧产生一对距平反气旋（气旋）,然后可能通过“大气桥”的作用,与热带印度洋赤道南北两侧的一对距平气旋（反气旋）联系起来,从而引起索马里越赤道气流强度的增强（减弱）。      

关于东亚冬季风指数的一个讨论——东亚中、低纬冬季风的差异

利用NCEP再分析资料和NOAA海表温度等资料,分析了东亚冬季风在不同纬度上的表现。根据我们定义的东亚中纬度冬季风(The mid latitudinal East Asian winter monsoon, 简称EAWM-M)和低纬度冬季风(The low latitudinal East Asian winter monsoon, 简称EAWM-L)指数,探讨了它们对应的影响系统,并重点分析了它们与海温异常之间联系的异同。研究主要发现:(1)EAWM-L和EAWM-M指数所反映的东亚冬季大气环流形势不尽相同。在对流层低层,EAWM-L与中国南海、菲律宾附近环流异常的关系密切,EAWM-M与贝加尔湖阻塞高压的关系更为密切;在对流层中层,EAWM-M同样与贝加尔湖阻塞高压异常的联系相对更为紧密,而EAWM-L指数则与东亚大槽的关系更为紧密。在对流层高层,副热带西风急流强度变化通过调制次级环流进而与EAWM-L联系起来,而EAWM-M强弱变化主要与副热带西风急流北界的位置有关。(2)EAWM-L与冬季赤道中东太平洋和热带印度洋海温异常的联系都很紧密,而EAWM-M变化与冬季热带印度洋海温异常的联系更为密切,与赤道中东太平洋海温异常的关系相对偏弱。EAWM-L与冬季赤道中东太平洋和热带印度洋海温异常的紧密联系在年际和年代际尺度上都是存在的,而EAWM-M与冬季热带印度洋海温异常的紧密联系主要体现在年代际尺度上。     

南海夏季风活动的年际和年代际特征

利用NCEP风场资料和候平均向外长波辐射（OLR）资料分析了南海区域低层风场与对流活动的关系,在此基础上,采用南海中南部的纬向风平均值来定义南海夏季风的爆发,确定了长序列（1949～1998）的南海夏季风爆发日期和强度指数,并研究南海夏季风活动的年际和年代际变化特征。结果表明：南海夏季风爆发日期和强度指数呈显著的反相关;50年来的气候趋势是,爆发日期逐渐偏晚,强度指数逐渐减弱。二者都存在着明显的年际和年代际变化,它们在不同阶段上的波动是各种时间尺度振荡叠加的结果,而年代际尺度具有非常重要的作用。东印度洋海温异常在南海夏季风爆发前后,均与南海夏季风强度指数呈显著的反相关。东太平洋海温异常在南海夏季风爆发之前,与强度指数反相关,而爆发之后,与强度指数正相关。这体现了南海夏季风活动与ENSO事件的密切关系。     

亚非夏季风的年代际变化:大西洋多年代际振荡与太平洋年代际振荡的协同作用

亚非夏季风系统包括非洲夏季风、南亚夏季风和东亚夏季风。它是全球季风系统中具有高度整体一致性变化的系统,其主要原因是亚非夏季风系统具有相同的主要驱动力:AMO(Atlantic Multidecadal Oscillation,大西洋多年代际振荡)和PDO(Pacific Decadal Oscillation,太平洋年代际振荡)海洋年代际变化模态。在此前提下,本文首先阐述了AMO对亚非夏季风的强迫作用与遥相关作用,特别强调了它在亚非夏季风及其降水年代际转型中的作用;其次讨论了PDO与冬春积雪的年代际变化对东亚夏季风雨带的协同作用;最后综合分析了AMO、PDO与IOBM(Indian Ocean Basin Mode,印度洋海盆一致模态)的协同作用,指出印度洋海洋模态在年代尺度上独立于AMO与PDO的相关组合,主要起着加强东亚夏季风活动的作用。     

THE MESOSCALE WAVES AND THE FORMATION OF POLYGONAL EYE WALL IN TYPHOONS

Mesoscale waves in typhoons were diagnosed by using a simulated typhoon data in this paper. Through analyzing the structure of the waves in typhoons, we found that the waves possess the mixed features of gravity inertial waves and vortex Rossby waves. On the one hand, positive geopotential height perturbation is corresponding to negative vorticity perturbation and anticyclonic circulation. At the same time, negative geopotential height perturbation is corresponding to positive vorticity perturbation and cyclonic circulation. The maximum perturbation occurs near the radius of the maximum wind in the typhoon. On the other hand, the mesoscale waves possess the features of strong convergence and divergence and ageostrophic wind. Finally, the authors presented a concept model to explain a linkage mechanism between the mesoscale waves and the formation of polygonal eye wall in the typhoon.     

守恒系统中台风强度变化及其可能因子的数值研究

用一个高分辨率的 f平面正压涡度方程模式 ,实施了时间积分为 36h的 2 1组试验 ,研究相邻中尺度涡旋与台风涡旋的相互作用。结果指出 :这种相互作用能否导致台风加强 ,取决于两类因子 :一是台风涡旋最大风速的取值以及圆形基流切变的强弱 ;二是切变基流中的中尺度涡旋的自身条件 ,包括中尺度涡旋的分布、尺度、强度和结构。台风强度与初始中尺度涡旋的尺度、强度之间存在着非线性的联系     

EFFECTS OF THREE KINDS OF PHYSICAL PROCESSES ON TYPHOON INTENSITY*

This paper designs three quasi-geostrophic barotropic models with a radial/horizontal grid length being 2 kin,one in the polar coordinates,one on a stationary typhoon circulation condition and another on a non-stationary typhoon circulation condition in the Cartesian coordinates,to investigate the effects of azimuthal and radial linear advections,and nonlinear advection on the inward propagation of mesoscale vorticity and the changes of typhoon intensity.Results show that the azimuthal linear advection may result in the formation of spiral vorticity bands;the radial linear advection in a certain parameter set is able to transfer vorticity inwards,leading to a slight enhancement of typhoon;the nonlinear advection of perturbation vorticity on a stationary typhoon circulation condition may transfer more vorticities inwards,thus resulting in a distinct enhancement of typhoon;and the nonlinear advection on a non-stationary typhoon circulation condition possesses duality,i.e.on the one hand,the advection increases the vorticity of inward propagation,thus favorable to the intensification of typhoon,and on the other hand,in the inward propagation process of vorticity the originally concentric and axisymmetric structure of typhoon basic flow is damaged,and a complex flow pattern forms,which in turn tends to weaken the circulation of typhoon.At last the paper discusses the possible applications of those results in typhoon intensity prediction.     

一次“北涡南槽”型广西强降水过程的数值模拟与诊断分析

利用一次台风的模拟资料,对台风内部的中尺度波动进行诊断。通过分析中尺度波的结构发现,台风内的中尺度波动具有重力惯性波和涡旋Rossby波的混合特征。一方面,波动的扰动高压对应于负的涡度扰动和反气旋性环流,扰动低压对应于正的涡度扰动和气旋性环流,波动的最大振幅出现在最大风速半径附近。另一方面,波动展示了强烈的辐合辐散和非地转特性。并提出了台风多边形眼墙和中尺度波动之间的联系机制模型。     

登陆台风Matsa (麦莎) 中尺度扰动特征分析

地面中尺度自动站和多普勒雷达资料的分析都表明, 台风Matsa登陆后的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋性涡旋系统。本文使用新一代中尺度WRF模式对台风Matsa登陆后的变化特征进行了数值模拟, 使用四维变分多普勒雷达分析系统 (4D-VDRAS) 对台风Matsa多普勒雷达径向风进行了风场反演。在此基础上对台风Matsa登陆后中尺度扰动特性进行了初步探讨; 对台风Matsa与其螺旋云带的中尺度系统之间动能和涡度的相互转换进行了诊断分析。分析表明: (1) 数值模拟和雷达风场反演结果表明, 登陆台风Matsa的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋式涡旋系统, 与之相伴随的为较强的中尺度上升区, 而且, 中尺度垂直上升运动的强弱与雷达对流回波强度成正相关, 中尺度垂直上升运动越强, 雷达对流回波发展越旺盛。 (2) 台风Matsa与其中尺度系统动能转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统从台风Matsa环流中获得动能而发展; Matsa在陆地上长久维持主要是从高层获得动能。 (3) 台风Matsa与其中尺度系统涡度转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统向Matsa输送正涡度主要依靠中尺度垂直运动来完成; 高层正涡度的转换通过水平输送和垂直输送共同来完成。所以, 中尺度系统所产生的正涡度源源不断地向Matsa输送, 使Matsa的气旋性环流可以在陆地上长久维持。     

Marginal sea surface temperature variation as a pre-cursor of heat waves over the Korean Peninsula

This study examines the role of the marginal sea surface temperature (SST) on heat waves over Korea. It is found that sea surface warming in the south sea of Korea/Japan (122-138°E, 24- 33°N) causes heat waves after about a week. Due to the frictional force, the positive geopotential height anomalies associated with the south sea warming induce divergent flows over the boundary layer. This divergent flow induces the southerly in Korea, which leads to a positive temperature advection. On the other hand, over the freeatmosphere, the geostrophic wind around high-pressure anomalies flows in a westerly direction over Korea during the south sea warming, which is not effective in temperature advection. Therefore, the positive temperature advection in Korea due to the south sea warming decreases with height. This reduces the vertical potential temperature gradient, which indicates a negative potential vorticity (PV) tendency over Korea. Therefore, the high-pressure anomaly over the south sea of Korea is propagated northward, which results in heat waves due to more incoming solar radiation.     

台风环流区域内中尺度涡量传播特征的研究

用一个高分辨率f平面直角坐标系的正压准地转模式,实施了10组积分时间为36 h的试验,研究了初始位于台风外区的一个中尺度涡旋与台风涡旋的相互作用。结果表明:这种相互作用可以激发一个从外区伸展到内区的较小尺度的涡旋对,以此方式将涡量内传至台风中心附近。同时,中尺度涡旋呈现涡量集中化的特征。涡量内传与涡量集中化共存,使内区涡量增多,导致台风增强。此外,在一定条件下,这种相互作用还可以使涡量带破碎和断裂,形成一系列空间尺度更小的涡块。     

涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化的数值研究

设计了一个高分辨率f平面准地转正压涡度方程半谱模式，用以研究非线性对台风切向风速变化，以及不同初始异常条件下台风环流内涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化特征。6类(14组)试验的数值结果表明：非线性使台风切向风速的增强减弱，可能使最大风速半径收缩。初始扰动中心位置对涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化的影响明显。扰动中心在最大风速半径附近时，台风最大切向风速增强最多；异常中心在台风外区时，使最大切向风速减小。初始异常尺度(范围)减小对台风最大切向风速变化的影响减弱。双涡分布条件下，台风环流外区的涡旋使内区或近眼壁区对流涡旋对台风最大切向风速的影响减弱。     

A STUDY ON MESOSCALE VORTICITY PROPAGATION IN A TYPHOON-LIKE VORTEX*

By using an f-plane barotropic quasi geostrophic model in the rectangular coordinates with a grid spacing of 5 km,ten experiments whose integration time is 36 hours are performed in order to study the interaction between a typhoon vortex and a mesoscale vortex whose initial center position is located at 2 r_m northwest to the typhoon center,where r_m is the radius of maximum wind of the typhoon vortex. Results show that the interaction can create a pair of smaller scale vortices or lumps,which extend from the outside region of the typhoon to near its center,resulting in the inward propagation of mesoscale vorticity.In this process,the vorticity concentration of the mesoscale vortex may appear.The coexistence of the propagation and the concentration makes the increase of vorticity in the inside region i.e.a more intensive typhoon.Meanwhile,the intensity of the lump with positive vorticity oscillates with time,with the oscillation period being several hours,the distance from the typhoon center to the lump center also has a similar oscillation period,which reduces the oscillation of typhoon intensity.In the case of stronger circular basic flow,the interaction can make the intensification of typhoon more obviously. In addition,in some parametric conditions,the interaction may break down the continuous vorticity zone,exhibiting a cluster of smaller vorticity lumps.     

Influence of Vertical Shear of Basic Tangential Wind on the Development and Maintenance of Typhoon

By using a linear symmetric Conditional Instability of Second Kind (CISK) model containing basic flow, we study the interactions between basic flow and mesoscale disturbances in typhoon. The result shows that in the early stage of typhoon formation, the combined action of vertical shear of basic flow at low level and CISK impels the disturbances to grow rapidly and to move toward the center of typhoon. The development of disturbances, likewise, influences on typhoon’s development and structure. Analysis of the mesoscale disturbances’ development and propagation indicates that the maximum wind region moves toward the center, wind velocity increases, and circulation features of an eye appear. Similarly, when a typhoon decays, the increase of low-level vertical wind shear facilitates the development of mesoscale disturbances. In turn, these mesoscale disturbances will provide typhoon with energy and make the typhoon intensify again. Therefore, it can be said that typhoon has the renewable or self-repair function.