夏季热带经向环流双圈结构的观测研究

本文利用1980—1983年7月ECMWF资料，分析了夏季热带地区经向环流的结构及它们的区域和年际差异。指出夏季热带经向环流具有双圈结构。在季风区，对流层下部为季风环流，在非季风区，为Hadley环流；对流层上部存在一独立的环流圈，季风区的中心偏北半球，非季风区的中心偏南半球；热带经向环流的双圈结构在一般年份均存在，但在异常年份（1983年），强大的垂直运动将对流层上、下部两个相对独立的环流圈紧密连接起来，成为整层统一的大范围季风环流。     

季风指数及其年际变化I·环流强度指数

季风环流可以分解为经向环流和纬向环流。使用NCEP和ECMWF再分析资料,计算亚洲季风区的经向动量环流和纬向动量环流强度的季节内和年际变化,结果表明:对于南亚夏季风和东南亚-西太平洋夏季风,其各自的经向环流和纬向环流的季节内变化和年际变化存在着相当的联系,尤其东南亚-西太平洋夏季风。但南亚夏季风的经向环流和纬向环流的年际变化在不同月份有着不同的关系。对于东亚夏季风,经向环流和纬向环流变化之间的相关在季节内尺度上是线性独立的,而在年际尺度上存在一定的联系。作者指出:这种大尺度上的联系是通过科里奥利力发生作用,并且受热源调节的。同时局地的对流和辐射相互作用则在某种程度上削弱这种联系,导致在不同月份相关程度有所不同。从各季风系统的经向环流之间或纬向环流之间的线性相关看,南亚夏季风,东亚夏季风和东南亚-西太平洋夏季风是相互独立的系统。计算表明,Webster-Yang和Wang-Fan分别提出的南亚夏季风指数在描述纬向环流年际变化上较好,而在经向上勉强令人满意。Wang-Fan提出的描述东南亚-西太平洋夏季风指数,则较好地表示了该区域的经向和纬向环流的年际变化。Goswami提出的季风Hadley环流指数,以及郭其蕴、施能等提出的东亚夏季风指数则较好地描述了相应区域的经向环流圈年际变化,却无法描述相应的纬向环流圈的年际变化。通过计算还表明,NCEP再分析资料和ECMWF再分析资料在1968年以前的南亚季风区和东亚季风区存在着较大的差异。用NCEP再分析资料计算东亚季风区和南亚季风区经向动量环流圈的变率在20世纪60年代较ECMWF的偏大。用NCEP再分析资料计算施能等定义的东亚季风区指数,也较使用ECMWF再分析资料、UCAR的DS010.1及CRU的北半球海平面气压资料计算的偏大。     

准四年周期的北半球夏季遥相关与东亚夏季风环流的相互关系

利用ＮＭＣ的２００ｈＰａ和８５０ｈＰａ风场资料研究了北半球夏季遥相关和东亚夏季风异常环流在准４年时间尺度上的相互关系。研究发现当北半球夏季出现积雪强迫型遥相关时,东亚－西太平洋地区既存在异常纬向环流,也存在异常经向环流;而当出现东亚太平洋型遥相关时,东亚－西太平洋地区以异常纬向环流为主。分析还发现源于北太平洋的异常涡旋在向南传播的过程中,先取西南路径,在到达菲律宾东部以后折向东南。     

平均经圈环流型的转变与长期天气过程

本文揭露,热带太平洋地区的平均经圈环流存在着两种最基本的类型:经典哈得来环流圈和哈得来反环流圈。它们的出现,不仅具有明显的季节特点,而且还存在着一类值得重视的非季节性的长期变化。平均经圈环流强度,具有周期大约48个月的长期振荡。这一振荡与赤道纬圈平面上垂直环流的变化有密切关系,并能对该地区大气的水平环流产生重要的影响。     

亚澳季风与长江中游夏季降水的关联

分别用850 hPa风场、200hPa风场、纬向风垂直切变、经向风垂直切变为左场,长江中游夏季(6-8月)降水场为右场,进行SVD分析.结果表明:亚澳季风环流与长江中游夏季降水密切相关,主导的亚澳季风环流与长江中游夏季降水的关系,依1月、4月、7月时间先后次序大致为亚洲冬季风偏弱(强),当年北澳夏季风偏弱(强)、北澳冬...     

1979年东亚夏季风环流建立过程的分析

本文用1979年5—7月低纬地区的格点风资料,对东亚季风地区的逐日平均经圈环流进行了分析,发现东亚夏季风环流的建立过程和印度季风有很大不同。东亚夏季风环流建立时间较早,它是由副热带季风环流和南海热带季风环流组成的。副热带季风环流与源于南亚副热带地区的偏南风,北支高空东风相联系;而南海热带季风环流与源于澳大利亚的跨赤道气流,南支高空东风相联系。印度夏季风环流建立时间较晚,它与索马里低空急流,北支高空东风急流相联系。在季风环流的结构上,两者也是不同的,东亚季风环流是一个准经向环流圈,而印度季风环流则是一个准纬      

东亚梅雨季节内振荡的气候特征

影响中国、日本、朝鲜半岛的东亚梅雨是夏季风向北推进过程中的特有雨季。利用NCEP/NCAR逐日再分析资料、CMAP降水资料,将夏季风影响及夏季风降水的季节转换相结合,定义东亚梅雨的入、出梅指标;进而采用集合经验模态分解信号提取方法对东亚梅雨区降水季节内振荡及其大尺度环流条件的气候特征进行了详细分析;并对东亚梅雨季节内振荡对降水事件的指示作用进行讨论,为东亚梅雨区降水的延伸预报提供依据和参考。研究结果表明:(1)采用标准化候降水量的空间覆盖率,同时兼顾夏季风影响等条件确定的东亚梅雨入、出梅划分指标可较好地反映东亚梅雨的气候特征及东亚梅雨期的大尺度环流形势。(2)东亚梅雨全年降水量存在三峰型分布特征,峰值分别位于第27、36及47候。该三峰型特征主要受10—20及30—60d的低频振荡影响。比较而言,30—60d振荡对梅雨区降水三峰型的贡献较10—20d振荡大。(3)东亚梅雨区峰值降水与热带环流及北方高位涡冷空气输送的低频演变密切关联。在梅雨区北侧,中高纬度里海附近冷空气(高位涡)低频波列的东传及鄂霍次克海高位涡的西南向输送共同影响东亚梅雨区。在梅雨区南侧,通过热带低频异常强对流的激发作用,热带西太平洋至中国东北—鄂霍次克海地区形成沿经向分布的低层气旋-反气旋-气旋-反气旋波列,进而导致梅雨区低层形成低频偏北风和偏南风的辐合;而印度西海岸和阿拉伯海地区异常对流活动产生的波列向东北方向传播,亦对梅雨区低频峰值降水产生影响。对于低频谷值降水的大气低频演变,情况与上述基本相反。(4)东亚梅雨区降水不同位相下出现极端降水事件的概率有明显差异。梅雨区降水低频峰(谷)值位相下出现异常多(少)降水量的概率约为30%。因此,上述梅雨区降水低频振荡演变相关的大气低频振荡特征对梅雨区降水事件的延伸预报具有参考价值。     

冬季欧亚中高纬大气低频振荡的传播及其与欧亚遥相关型的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季欧亚中高纬大气低频振荡（LFO）的传播特征及其在年际尺度上与同期欧亚大气背景环流场之间的联系。结果表明,冬季欧亚中高纬LFO以10～30 d周期为主,且具有明显向东南方向传播的特征。其经、纬向平均移速分别约为3.4纬度/d和15经度/d。进一步分析发现,冬季欧亚中高纬LFO强度的年际变化与欧亚遥相关型（EU）密切相关。定义乌拉尔地区的脊和东亚、欧洲西北部的槽比常年弱（强）时,即EU指数小于（大于）零时,为EU负（正）位相。当对流层中上层EU处于负位相时,此时,对流层低层的西伯利亚高压强度减弱,这些因素均导致欧亚地区大尺度经向环流偏弱,环流较为平直,不利于LFO的传播;反之亦然。     

青藏高原感热加热异常与夏季低频环流的数值研究

使用科学院大气物理研究所两层大气环流模式，就青藏高原地表感热通量异常减少对夏季东半球大气环流及亚洲季风低频变化的影响进行了数值试验研究。结果表明：高原地区感热通量异常减少时，南海及西太平洋地区低频振荡方差百分率增大；高原感热异常加热对东亚和印度季风子系统具有不同的影响，季风区低频扰动的位相，中高纬低频扰动的结构，强度和经向传播速度都发生改变，ＥＡＰ波列变得更为清楚典型，大圆上的低频涡旋一直传播到我     

Subtropical high anomalies over the western pacific and its relations to the asian monsoon and sst anomaly

Using the data of 500 hPa geopotential height from 1951 to 1995, SST roughly in the same period and OLR data from 1974 to 1994, the relation between the anomalies of subtropical high (STH for short) and the tropical circulations including the Asian monsoon as well as the convective activity are studied。 In older to study the physical process of the air-sea interaction related to STH anomaly, the correlation of STH with SST at various sea areas, lagged and simultaneous, has been calculated. Comparing the difference of OLR, wind fields, vertical circulations and SST anomalies in the strong and weak STH, we investigate the characteristics of global circulations and the SST distributions related to the anomalous STH at the western Pacific both in winter and summer. Much attention has been paid to the study of the air-sea interaction and the relationship between the East Asian monsoon and the STH in the western Pacific. A special vertical circulation, related to the STH anomalies is found, which connects the monsoon current to the west and the vertical flow influenced by the SST anomaly in the tropical eastern Pacific.     

夏季太平洋低纬地区季风环流与信风环流一种可能的连接机制

北半球夏季太平洋低纬地区的平均经向环流,西部(150°E以西)为季风环流;中部和东部(170°W以东)为信风区的Hadley环流;150°E—170°W之间为季风环流与信风环流的连接区或过渡区。连接季风环流与信风环流的水平环流系统,在高层为太平洋中部热带对流层高层槽(TUTT),低层为强大的太平洋副热带高压。太平洋中部高空槽区就是季风环流与信风环流的连接区或过渡区。本文分析了高空槽的流场结构,并根据各层水平环流和各经度带的垂直环流给出了太平洋低纬地区的三维气流分布示意图。      

INTERANNUAL LOW-FREQUENCY OSCILLATIONS OF MERIDIONAL WINDS OVER THE EQUATORIAL INDIAN-PACIFIC OCEANS

Based on analysis of the meridional winds over oceanic areas and SST for 1950-1979 extracted from the data sets of COADS, the long-term variability of the meridional winds over the equatorial Indian-Pacific oceans and its relationship to the onset and development of El Nino events have been studied. The major results are as follows:(1) There is a great similarity between ITCZ over the Pacific and SST in the seasonal trend, with ITCZ and high SST found in the Southern Hemisphere in winter and in the Northern Hemisphere in summer.During El Nino years, unusual meridional winds were often observed, with significant convergence of meridional winds occurring over near-equatorial regions.(2) For the near-equatorial meridional winds, there are three types of interannual LFO:QBO, SO, FYO. QBO plays an important role in the unusual behavior of meridional winds for El Nino years, while SO is very important for both El Nino and cold water years. These two oscillations may fit well to the observed variation in the meridional wind. FYO may enhance the variation of meridional winds.(3) Interannual LFO of meridional winds originates in the Indian Ocean-Maritime Continent and coastal area of East Pacific. Unusual activities of winter monsoon in both hemispheres and trade winds off the coastal area of East Pacific are believed to be their major cause.(4) Monsoon-trade interaction shows up in the significant amplification of the disturbances of meridional winds while they propagate eastward from monsoon area to trade wind area.     

青藏高原对亚洲季风平均环流影响的数值试验

利用垂直方向具有９层σ面、水平方向菱形截断波数为１５的全球大气环流谱模式和有、无青藏高原大地形两种情况下１０年积分的模拟结果，研究了青藏高原大地形对亚洲季风平均环流的影响。结果表明：有、无青藏高原大地形，亚洲冬、夏季季风平均环流均存在很大的差异。去除地形，使夏季高层的南亚高压、低层的大陆热低压、副热带高压及冬季的大陆冷高压在位置或强度上发生了改变；地形的有、无决定着冬季东亚大槽的强度；索马里越赤道气流有地形时明显较无地形时强；地形的有无还影响着降水强度和雨带的分布。另外，副热带高压中心及雨带的季节性移动与高原大地形的存在与否亦有很大的关系     

1961～1997年110～140。E垂直经圈环流的年际变化特征及其与海温变化的关系

用NCEP/NCAR再分析资料，分析了196l～1997各年1月和7月的大气垂直经圈环流的变化特征，特别分析了110～140°E平均的垂直经圈环流和其中的东亚季风环流。计算了各年的经圈环流与多年平均垂直经圈环流之相似系数、差异系数和相对强度。文中除讨论了它们的年际和10年际变化外，还讨论了东亚季风环流强弱变化与ENSO循环的关系。结果表明:(1)垂直经圈环流除有年变化外，存在着较明显的年际和年代际变化。1月的全球平均经圈环流1966～1974年较弱，1976～1987年较强；7月的全球垂直经圈环流则是1963～1974年较强，1986～1995年则相对较弱。(2)110～140°E的平均经圈环流主要特点是:1月东亚季风环流圈代替了北半球的Ferrel环流圈，7月东亚季风环流圈代替了北半球的Hadley环流圈，而且其10年际变化也比较明显。(3)东亚季风环流强弱的变化与ENSO循环有一定的关系。     

EFFECT OF PLANETARY AND SYNOPTIC SCALE WAVES IN MAINTAINING MERIDIONAL CIRCULATIONS AT MID AND LOW LATITUDES*

Following Wu and Chen(1989), in terms of the elliptical differential equation with mean meridional stream function, an equation similar in form to that developed by Kuo(1956) and by use of time average statistics of atmospheric circulation in wavenumber domains at the same intervals of time, a study is made of the contribution of the internal forcing of the atmosphere in two space scales to mean meridional circulation. Results show that planetary waves have considerable influence on the intensity of the upper center of the bi-Hadley cell, and, in contrast, synoptic-scale waves exert vital effect on the Ferrel cell, and that in the Northern Hamisphere(NH) such internal forcings by planetary- and synoptic-scale waves are comparable on mean meridional circulations whereas the latter contribute far more than the former in the Southern Hemisphere(SH).Further, in the northern winter(summer) the contribution of heat(angular momentum) transport of planetary waves allows the descending(ascending) branch to occur as far as around 40°N, some kind of effect that makes quite important contribution to the winter(summer) monsoon circulation in eastern Asia.     

The CLIVAR C20C project: which components of the Asian–Australian monsoon circulation variations are forced and reproducible?

A multi-model set of atmospheric simulations forced by historical sea surface temperature (SST) or SSTs plus Greenhouse gases and aerosol forcing agents for the period of 1950–1999 is studied to identify and understand which components of the Asian–Australian monsoon (A–AM) variability are forced and reproducible. The analysis focuses on the summertime monsoon circulations, comparing model results against the observations. The priority of different components of the A–AM circulations in terms of reproducibility is evaluated. Among the subsystems of the wide A–AM, the South Asian monsoon and the Australian monsoon circulations are better reproduced than the others, indicating they are forced and well modeled. The primary driving mechanism comes from the tropical Pacific. The western North Pacific monsoon circulation is also forced and well modeled except with a slightly lower reproducibility due to its delayed response to the eastern tropical Pacific forcing. The simultaneous driving comes from the western Pacific surrounding the maritime continent region. The Indian monsoon circulation has a moderate reproducibility, partly due to its weakened connection to June–July–August SSTs in the equatorial eastern Pacific in recent decades. Among the A–AM subsystems, the East Asian summer monsoon has the lowest reproducibility and is poorly modeled. This is mainly due to the failure of specifying historical SST in capturing the zonal land-sea thermal contrast change across the East Asia. The prescribed tropical Indian Ocean SST changes partly reproduce the meridional wind change over East Asia in several models. For all the A–AM subsystem circulation indices, generally the MME is always the best except for the Indian monsoon and East Asian monsoon circulation indices.     

1979年梅雨期季风垂直环流的一些特征

本文通过1979年分析发现在梅雨期间,我国东部江淮地区上空存在一个稳定的季风垂直环流圈。这个环流圈在梅雨期间的平均图上表现十分清楚,其南北范围约1500公里,顶部可达100百帕,中心约在距地7—9公里之间。它的上升支恰好对应梅雨雨带,它的存在、维持和消亡对梅雨有直接影响。在这个平均季风垂直环流圈的北侧,本例中没有发现对应的闭合反环流圈。热力场的分析指出,青藏高原初夏时期的增热对季风垂直环流的演变和梅雨的形成有一定的影响。      

A new presentation of the Indian Ocean shallow overturning circulation from a vertical perspective

由于印尼贯穿流干扰了南印度洋经向翻转环流的计算,本文应用垂向翻转流函数来诊断印度洋浅层经向翻转环流.基于海洋环流模拟产品(OFES),本文探讨了垂向流函数相比经向翻转流函数的改进.研究结果表明垂向翻转流函数能平滑连接南北印度洋的翻转环流,包括完整的副热带翻转环流和跨赤道翻转环流.经向翻转流函数低估了印度洋浅层翻转环流;而垂向翻转流函数表示的印度洋浅层翻转环流受印尼贯穿流影响更小,其评估的印度洋浅层翻转环流强度约13 Sv,其中副热带翻转环流强度约8 Sv(1 Sv ≡ 106 m3 s-1).此外,垂向翻转流函数在印度洋南开边界(30°S～34°S)上600 m层表现为顺时针翻转结构,其强度约-5 Sv,可能对应风驱的副热带流系.因此,垂向翻转流函数提供了一种新方法来评估印度洋浅层翻转环流.     

A DYNAMICAL ANALYSIS OF BASIC FACTORS OF LOW-FREQUENCY OSCILLATION IN THE TROPICAL ATMOSPHERE*

Based on dynamical characteristics of the tropical atmosphere,a mathematical model of low-frequency oscillation (LFO hereinafter) in low-latitudes has been developed.The analysis shows that the distributive features (shear of wind speed) of easterlies and westerlies in low-latitudes,the divergence and convergence of meridional and zonal flow,the vertical structure of diabatic heating and the Coriolis parameter f are the basic factors resulting in the LFO,while quasi-periodical baroclinity development or index cycle of westerly waves in middle-latitudes of the Southern Hemisphere is an external forcing to the LFO in the tropical atmosphere.The resonance on adequate condition makes LFO suddenly enhanced.     

一九八一年初夏东南亚地区大气热源结构及其对经向环流的影响

本文用热力学方程和水汽连续方程计算了东南亚地区1981年初夏的大气热源和水汽汇的分布情况。文章讨论了大气热源的演变与该地区经向垂直环流的相互关系,并讨论了大气热源和经向环流在南海和中南半岛的差异。分析结果表明,经向环流圈与大气冷热源的分布密切相关。东亚季风建立后的大气热源中心在南海北部,热汇区在赤道附近,相应的最大上升气流也出现在南海下沉区主要在赤道南侧,而且南海的经向环流比中南半岛的要强盛的多。大气热源对于经向环流圈的形成和维持有很大的作用。