热带大气季节内振荡的异常与1997年El Ni~／no事件的发生

利用美国NCEP资料分析热带大气季节内振荡（ISO）NSO的关系，揭示了1997年El Ni~/no事件上的发生，与赤道中西太平洋地区大气ISO在1996年冬到1997年春期间的异常增强有重要关系。而且该地区ISO的异常增强并不主要由赤道印度洋地区移来，主要表现为ISO在印度尼西亚上空被激发增强和东传统。印度尼西亚地区ISO的被激发，则是由于东亚冬季风强异常在该地区引起的强对流活动的结果。     

热带大气季节内振荡的异常与1997年El Nino 事件的发生

利用美国NCEP资料分析热带大气季节内振荡(ISO)与ENSO的关系,揭示了1997年E1Nino事件的发生,与赤道中西太平洋地区大气ISO在1996年冬到1997年春期间的异常增强有重要关系.而且该地区ISO的异常增强并不主要由赤道印度洋地区移来,主要表现为ISO在印度尼西亚上空被激发增强和东传.印度尼西亚地区ISO的被激发,则是由于东亚冬季风强异常在该地区引起的强对流活动的结果.     

热带大气季节内振荡与对西北太平洋台风生成数的影响研究

用典型年合成方法分析研究了1979—2006年西北太平洋多台风年和少台风年热带大气ISO的影响。结果表明,热带大气ISO对西北太平洋台风的生成具有明显的调节作用。多台风年,菲律宾以西地区大气季节内振荡较弱,东传不明显;菲律宾以东地区积云对流较强,热带大气30～60 d低频振荡也偏强,与台风生成相关的传播特征为源自赤道140～160°E附近季节内振荡的西北方向传播。这种异常的30～60 d低频振荡对周围大气环流有正反馈的作用,从而导致积云对流的进一步加强,这种强的积云对流会引起赤道西风异常,产生异常Walker环流,在菲律宾附近形成风场的低层辐合、高层辐散,增强那里的上升气流,有利于台风生成。少台风年,菲律宾以西地区低频活动较强,东传明显,菲律宾以东的低频活动较弱。这种西强东弱的低频活动形式,使得大气低层在菲律宾以西地区为低频东风异常,菲律宾以东地区为低频西风异常,导致在菲律宾以东的西北太平洋大气产生低层低频风辐散、高层辐合的形势,增强下沉运动,不利于台风的生成。     

近50年来全球海温异常对我国东部地区冬季温度异常影响的诊断研究

利用1951－1997年全球海温、风场月平均资料和我国东部地区100个测站的冬季地面气温等资料，分析了我国东部地区冬季温度异常的时空特征和变化规律，探讨了全球海温异常与我国东部地区冬季温度异常的关系。发现赤道印度洋、赤道东太平洋、黑潮区是影响我国东部地区冬季温度异常的关键海区。前期夏、秋季赤道印度泣、赤道东太平洋海温异常与我国东部地区冬季温度异常有较好的相关关系，对预测我国东部地区冬季温度异常有一定的前兆意义。且不同关键海区的海温异常在不同季节对我国东部地区冬季温度异常产生影响的区域不同。     

淮河流域夏季降水与低纬地区波列结构的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过合成分析、诊断分析等方法,研究了淮河流域夏季降水异常年份的大尺度环流背景,并且分析了造成这种环流背景的可能原因。得到以下主要结论:在副热带地区,对流层低层存在一个自低纬向高纬传播的波列结构。在多雨年从低纬到高纬呈现"+-+-"相间的波列结构,而少雨年则相反,但是多雨年的波列强度要比少雨年强。利用波活动通量进行诊断发现:在多雨年,菲律宾到南海是明显的波源区,我国淮河流域和印度尼西亚是波汇区;在少雨年,印度尼西亚和我国淮河流域是明显的波源区,南海地区是明显的波汇区。这种波列结构的差异可能与淮河流域降水异常存在密切的联系。大气加热的不同可能是产生波列结构的一个重要原因。研究表明,赤道西太平洋大气热源的变化与我国淮河流域降水有密切的联系。印度尼西亚附近的赤道地区加热强,则淮河多雨;加热较弱,则淮河少雨。诊断分析表明,赤道地区加热强度的变化所产生的Rossby波的不同位相,与我国淮河流域降水的异常有密切的联系。     

夏季赤道西印度洋对大气的强迫作用及其机制研究

基于1982—2015年高分辨率海气资料,从海表面温度(Sea Surface Temperature, SST)和海表面风速相关关系的角度研究了年际尺度上赤道印度洋的海气关系。结果表明,印度洋的海气关系具有明显区域性和季节性特征,即整个印度洋除赤道东南印度洋和赤道西印度洋SST与海表风速在夏季(7—9月)为显著正相关关系,主要表现为海洋影响大气;其他地区和月份均为负相关关系,主要表现为大气对海洋的强迫作用。回归分析发现,夏季赤道西印度洋SST异常可能通过海平面气压调整机制影响海表面风场,即海温增温使边界层空气增暖,海表面风场辐合增强;反之则相反。此外,还利用AM2.1模式进行模拟试验,试验结果成功地再现了夏季赤道西印度洋海表面温度与海表风速之间的正相关关系。     

1997-1998年热带印度洋偶极子季节性位相锁定可能成因

利用改进的中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室的第三代海洋环流模式,以及1949年1月-1999年12月NCEP／NCAR月平均海表面大气距平资料,采用数值试验的方法,研究了1997--1998年热带印度洋偶极子从发展到成熟的特征,以及在相同大气异常强迫下1—12月大气气候基本态对印度洋偶极子的作用。结果表明,海洋表面的大气强迫对激发1997--1998年印度洋偶极子有重要作用;大气气候态对1997--1998年印度洋偶极子的强度有很大影响,其中9月的大气气候态最有利于印度洋偶极子达到最强;赤道印度洋上空风应力异常是1997--1998年印度洋偶极子形成的主要原因。     

青藏高原西侧地区冬季降水的年际变率及其影响因子

基于全球降水气候中心（GPCC）和全球降水气候计划（GPCP）的降水数据及ERA-interim再分析资料,分析了1979~2012年冬季青藏高原（简称高原）西侧地区降水的基本特征及影响其年际变率的潜在因子。结果表明高原冬季降水主要发生在其西侧地区且为全区变化一致型,降水所需的水汽主要来自上游地区,从该区域的西边界输入。然而,高原西侧地区冬季降水的年际变率主要由水汽输送的动力过程所决定,表现为高原西侧的西南风异常。此外,高原西侧冬季降水的年际变率与其上游典型的大气内部变率北大西洋涛动和北极涛动相关性不强,而与赤道西印度洋和热带中东太平洋的海温显著相关。热带中东太平洋海温异常通过影响大气环流变化,在印度洋北部激发一个反气旋式的环流异常,使得高原西侧地区出现异常西南风,从而加强了水汽通量输送的动力作用。同时在赤道异常东风的作用下,暖水也向印度洋西部输送堆积。赤道中东太平洋海温的异常可进一步导致西风急流发生南北移动,从而也在一定程度上影响了高原西侧冬季水汽输送以及降水的年际变率。     

东亚南亚夏季降水对海温异常响应的数值模拟

利用IAP AGCM-Ⅱ大气环流模式，模拟了赤道中太平洋地区海温异常对东亚和南亚夏季（6～8月）降水的影响。结果表明：当1～4月该海温呈正异常时，中南半岛和我国东部降水将明显偏多，孟加拉湾附近降水偏少；而该海温呈负异常时，则我国华中和孟加拉湾附近降水偏多；对以上海温异常最敏感处为中南半岛和孟加拉湾附近地区，其中前者降水与该海温异常呈正相关，后者则呈负相关；该海温异常还会在中高纬地区激发出强迫波列。     

热带西太平洋风应力异常在ENSO循环中作用的数值试验

利用一个中等复杂程度的海气耦合模式来研究热带西太平洋地区风应力异常对ENSO循环的影响,并以1997/1998年的El Nino事件为例,分析了模式结果中热带西太平洋地区风应力异常对El Nino事件形成影响的动力学及热力学作用.结果表明,热带西太平洋地区的风应力异常对ENSO循环有很重要的作用.在耦合模式中,当热带西太平洋地区的风应力异常由观测给定时,耦合模式基本上可以模拟出自1971年以来的EI Nino事件,观测与模拟的Nino 3区海面温度异常(SSTA)的相关系数可达0.63.赤道西太平洋地区的风应力异常可加强该地区大气的辐合,从而加强了大气的加热场,进而加强了海气相互作用的不稳定.赤道西太平洋地区西风异常激发出来的Kelvin波及水平平流对EI Nino事件初始阶段的发展起重要作用;海气相互作用及东边界的反射对EI Nino事件的发展及维持起重要作用.     

热带大气对单一型赤道非对称热源的响应

本文采用Gill模式得到了热带大气对单一型赤道非对称热源响应的理论解析通解,从理论上完善了单一型赤道非对称热源激发的赤道非对称的大气响应结果。同时在单一型赤道非对称热源的位置、强度及范围变化对大气响应的影响方面做了详细的研究。当热源中心位置北移,北半球气旋强度增加、位置北移,同时赤道辐合气流减弱而越赤道气流增强;当热源强度增强(减弱),热源激发的大气响应整体增强(减弱),但大气分布型不发生变化;当热源范围不断增大(减小)时,北半球气旋强度增强(减弱)、位置西移(东移)、范围增大(减小),同时越赤道气流增强(减弱)。将上述结论应用于分析孟加拉湾地区海温对夏季风爆发影响的研究,指出当孟加拉湾地区经向最大暖海温位于赤道附近时,其两侧表现为Rossby波响应的Gill型气旋环流,而海温暖轴北移后,其南侧激发出有利于季风爆发的越赤道气流,这是Rossby重力混合波对热源响应的结果。这是上述理论结果的一个很好例证,同时也为孟加拉湾夏季风的爆发给出一种动力学解释。     

全球大气／热带太平洋耦合距平模式中由ENSO增暖引起的全球大气环流异常

本文利用全球大气／热带太平洋耦合距平模式模拟了一次类似于实际的ENSO增暖过程，并对由ENSO增暖引起的海洋和全球大气环流异常的主要特征进行了分析，指出:耦合模式中的ENSO增暖在热带地区主要伴随着赤道中西太平洋Walker环流的减弱、中东太平洋气压降低以及表层辐合上升运动的增强；夏季和冬季低纬环流异常具有明显的差异性，夏季主要表现为印度夏季风环流的显著减弱和东亚季风的增强，而冬季则主要表现为赤道所有纬向环流圈均减弱；温带大气环流异常冬夏季也具有明显不同特征，夏季温带大气异常主要限于东半球，且发源于亚洲季风区，和赤道中东太平洋海温异常似无直接联系，但冬季温带大气异常则主要是发源于海温异常区的波列响应，反映了海温异常直接热力强迫的结果。另外，本文对耦合模式中的温带大气环流异常产生的可能机制也进行了讨论。     

冬季北半球平流层季节内振荡与对流层季节内振荡的关系

通过平流层大气ISO与对流层大气ISO的比较分析,发现在中高纬地区平流层大气ISO与对流层大气ISO有着许多相同点.北半球冬半年平流层大气环流主要低频模态也可认为是北极涛动(AO),其空间分布的主要特征为; 高纬度地区与中低纬度地区为反位相变化,北极地区附近具有最大的变化值; 其季节内振荡的正位相对应于AO增强,负位相对应于AO减弱.北半球冬半年平流层100 hPa 和70 hPa 位势高度场的低频遥相关分析表明,北极地区(概指北纬60°N以北)和北半球其他大部分地区呈负相关,北极涛动扮演了非常重要的角色.同时,北半球冬半年平流层的主要低频波列是从欧亚大陆中部到西北太平洋,并且由纬向型低频波列(欧亚大陆-西伯利亚-太平洋)和经向型低频波列(欧亚大陆-北极-太平洋)共同构成.平流层30 hPa 和对流层500 hPa 上经过带通滤波(15～90 d)位势高度场的EOF第一主分量的形势有十分类似的特征,它们对应的时间系数序列有显著的延迟相关关系.因此可以认为,北半球平流层大气ISO的变化要先于对流层大气,在滞后35 d 左右其相关系数达到最大.大气环流模式(SAMIL)的数值模拟试验结果也表明,平流层的低频扰动可以在14 d 之后便在对流层500 hPa上激发出低频响应,其谱峰在30 d 左右.这进一步表明,通过大气季节内振荡,平流层的异常可以影响到对流层.     

南海夏季风爆发迟早与赤道纬向风关系的诊断研究

利用ECMWF和NCEP(1958～1999年)的再分析资料，研究南海夏季风与前期气象要素的关系，结果表明:南海夏季风建立日期与当年2月份赤道印度洋地区的纬向风存在高层(200～100 hPa)为正、低层(1000～700 hPa)为负的显著相关分布，类似于偶极子的分布特征；而在赤道中太平洋地区(160°E～160°W)则存在高层为负、低层为正的另一个显著相关“偶极子”。分析这种相关特征的持续性，发现上述形势从2月份到5月份一直存在，且赤道印度洋地区高低层相反的相关分布从3月份开始逐渐东移，到5月份维持在印度洋东部至南海一带。从5月份的相关系数分布图可发现，南海地区低层为负相关，高层为正相关，说明低层西风异常、高层东风异常的赤道纬向风分布有利于南海夏季风早爆发。针对南海夏季风建立日期与赤道地区(10°S～10°N平均)纬向风的“偶极子”型相关分布特征，定义了一个用于诊断南海夏季风爆发迟早的前期因子。该因子与大部分学者定义的南海夏季风建立日期存在着显著的相关，说明该因子对南海夏季风爆发迟早有一定的反映能力和预测作用。根据Gill(1980年)理论分析发现，上述2月份赤道地区纬向风异常是同期赤道印度洋-大陆桥地区异常强对流活动造成热带赤道大气环流显著异常变化的结果。     

大气对外强迫低频遥响应的数值模拟 II:对欧亚中高纬“寒潮”异常的响应

本文通过用IAP GCM所作的数值模拟研究了欧亚大陆中高纬度地区的外强迫在全球大气中激发的响应.结果清楚表明,同赤道地区的热源强迫一样,中高纬度地区的外强迫也可以在全球大气中产生低频遥响应;通过低频波列EAP,欧亚大陆中高纬度地区的寒潮异常可以对赤道中西太平洋地区的大气运动及全球大气环流有重要影响.对30—60天振荡的强迫激发来讲,地球大气的气候基本态是极为重要的,热带大气对于全球大气的低频振荡活动具有尤为突出的作用.     

基于广义平衡反馈方法的2009/2010年中国冬季气温异常型的诊断

利用中国160个台站和NCEP再分析资料,引入综合分析气候反馈的统计方法——广义平衡反馈方法(GEFA),结合EOF、相关合成分析,探讨2009/2010年中国冬季气温异常型的成因。结果表明:2009/2010年中国冬季气温出现的东北冷西南暖分布型与同期海温异常及其相联系的大气环流异常有密切的关系。其中赤道中东太平洋海温异常的El Ni?o型和赤道大西洋海温异常“正-负-正”三极型模态对2009/2010年中国冬季气温东北冷西南暖分布型有显著的强迫作用。上述海温异常型影响了大气环流异常,中高纬度地面偏北气流将冷空气输送到华北东北地区,致使该地区冬季气温偏低,同时中纬度西风增强,极地冷空气被迫盘踞在高纬,不能影响到西南地区,导致西南地区较常年更暖。      

热带太平洋上空大气热源、水汽汇的年际变化及其与海温异常之间的联系

利用ECMWF(1979～1993年)的再分析资料计算分析了热带太平洋上空大气热源及水汽汇的年际变化及其与海表温度异常之间的联系。通过SVD的分析,发现大气热源的垂直积分〈Q1〉和水汽汇垂直积分〈Q2〉异常与SST异常有着较高正相关关系的热带太平洋区域主要集中在170 E以东的5 S～5 N之间的一个狭长带中。分析大气热源和水汽汇的空间结构,则发现在赤道太平洋中、东部地区,除了最低层(962.5 hPa)和最高层(85 hPa)以外,对流层其余各层Q1、Q2异常与SST异常都存在较高的正相关关系;而在赤道西太平洋地区,850 hPa层以下,Q1异常与SST异常为负相关关系,在962.5 hPa相关系数甚至为 -0.59,其余各层Q1、Q2异常与SST异常也只有很弱的正相关关系。     

MJO对中国春季降水影响的数值模拟研究

利用IAP-AGCM4.0模式,通过多初值集合数值模拟研究了赤道附近的大气季节内振荡(MJO)传播的两个关键位相期对中国东部春季降水的影响.当在赤道中东印度洋及赤道西太平洋引进异常非绝热加热(强MJO活动)强迫时,模式很好地模拟出了中国东部地区春季降水的异常形势,模式模拟与先期所作的诊断分析结果极为相似,即在MJO的第2-3(6-7)位相,中国长江中下游地区多雨(中国东部大部分地区降水偏少).对模式输出的高度场、风场、散度和涡度场以及水汽输送场的分析表明,中国春季降水异常的发生分别与异常非绝热加热在东亚/西北太平洋地区所造成的异常大气环流形势密切相关.对逐日响应场的分析表明,就MJO活动影响中国春季降水的可能物理过程及机制进行的讨论表明,赤道附近的异常对流加热不仅可以在赤道附近激发产生大气的罗斯贝波和开尔文波型响应,而且,还会在大气中激发产生从热带到中高纬度的罗斯贝波列遥响应.但是,由于异常对流加热发生的地区不同,大气遥响应场的形势也会十分不同,它所导致的影响也就很不一样.当异常对流加热发生在赤道中东印度洋(对应MJO的第2-3位相)时,大气的罗斯贝波列遥响应将在东亚/西太平洋地区形成有利于中国东部(尤其是长江中下游地区)春季降水偏多的形势;当异常对流加热发生在赤道西太平洋(对应MJO的第6-7位相)时,大气的罗斯贝波列遥响应将在东亚/西太平洋地区形成不利于中国东部春季降水的形势.     

赤道东太平洋海温异常对夏季东亚大气环流的影响

采用统计诊断和数值试验方法讨论了赤道东太平洋海温异常对东亚夏季大气环流异常的影响，研究表明赤道东太平洋海温的持续异常，引起南海－菲律宾附近地区对流异常的持续，从而导致东亚大气环流的持续异常；同时指出春季赤道东太平洋海温异常和夏季海温异常对夏季东亚大气环流的影响并非是线性叠加，海温持续性异常对东亚夏季气环流的影响在季节时间尺度上存在非线性相互作用。     

太平洋-印度洋海表温度加热对中高纬低频振荡的调频作用

用数值试验的方法，分别以无热源型、El Nino初期、El Nino成熟期对应的赤道中东太平洋与赤道印度洋海表温度作为外强迫源，应用强迫耗散准地转正压涡度方程的全球谱模式，考虑了摩擦耗散及3波准共振的共同作用，采用非定常、定常加热两种形式积分90d，研究了对中高纬大气低频振荡的调频作用。结果表明：（1）3个行星波之间存在很强的波-波相互作用，且波动振荡呈现准双周和季节内振荡；（2）在El Nino初期和El Nino成熟期，无论是赤道中东太平洋海温还是赤道印度洋海温在逐渐增暖的过程中，大气低频振荡周期都有缩短的趋势。1997年2月-1997年4月，赤道印度洋调节作用强；而在1998年5月，赤道中东太平洋调节作用强；（3）赤道印度洋西区对大气低频振荡的调节作用要强于赤道印度洋东区；Nino3区对大气低频振荡的调节作用要强于Ninol＋2区；（4）太平洋-印度洋海温异常模态在1997年10月为高指数（简称PIMI一型），在1996年9月为低指数（简称PIMI二型），前者对应的东太平洋-西印度洋区对大气的调频作用要大于后者对应的西太平洋一东印度洋区。