南海北部冷涌及其环流特征

利用中国南部沿海风向、地面气温及南海北部风速的变化确定南海北部冷涌的判别标准,构建了一个冷涌发生频率指数,对南海北部冷涌的年际变化特征及其环流异常进行讨论。结果表明,南海北部冷涌频率指数能够更加全面地描述冷涌系统的特征,与全国范围的冷空气爆发关系密切。南海北部冷涌与中高纬、中低纬环流具有密切的联系,是二者共同作用的结果。当贝加尔湖以西高压脊偏强,中高纬环流经向度加大,西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东时,有利于大陆上冷空气南下入海,在南海北部形成冷涌。冷涌发生时,经向Hadley环流加强,调整中纬与低纬地区的大气质量,高层向北输送的大气在科氏力作用下导致东亚副热带西风急流加强,有利于冷涌的维持和加强。     

一次东亚寒潮爆发后冷涌发展的研究

分析了１９８１年１月２１—２８日一次东亚强寒潮爆发后南海和西太平洋地区冷涌的发展过程。冷涌的发展最先表现为低层强东北风沿东亚沿海地区和南海中北部的迅速建立。２—３ｄ之后，又在菲律宾以东洋面激起第二次冷涌。与冷涌相伴随的低层温度场变化也十分明显，同样具有先后两次降温过程。冷涌期高空风场表现有明显的脉动，南海北部高空西风迅速减弱，而在南海近赤道地区出现了很强的高空东风区。冷涌的发展与寒潮冷高压的南下有密切关系，它的强度在很大程度上取决于中纬度冷高压的强度。另一方面，冷涌发展后，通过Ｈａｄｌｅｙ环流可影响中纬西风急流和热带东风急流的变化。     

一次冷通过过程的静止卫星水汽图像分析

对一次冷涌过程的静止气象卫星水汽图像分析表明，冷涌爆发前，从蒙古地区有斧形干区向南伸展到长江流域，且斧形干区南伸过程中范围扩大、强度增大。冷涌爆发后，斧形干区南压过程中演变化为例T形干区，之后倒T形干式转变为西南东北向的带状干区进入南海海面。     

东亚冬季风的演变特征

文章主要讨论了东亚冬季风和冷涌的演变特征，并与南亚作了对比，发现在东亚地区，冬季风演变主要表现为10月中旬经向环流的突变及9月初、11月中旬和1月末对流层低层温度的3次突变；而在南亚地区，经向环流的变化不如东亚地区明显，而且高层要先于低层变化，对流层低层温度存在2次突变。在整个冬季，东亚地区冷涌的演变过程，主要表现为南海地区冷涌在12月份出现最高频率，而西太平洋冷涌在1月份出现最高频率；南亚地区冷涌在12月份出现最高频率，但远小于东亚地区且衰减速度很快。另一个不同点是东亚地区的冷涌强度是往上衰减的，而南亚地区的冷涌强度则是往上增强的。这说明东亚冬季风和南亚冬季风的性质有较大的区别。     

冬季南海冷涌形成与传播的数值模拟

本文利用复杂地形条件下的热带有限区数值预报模式和ECMWF格点资料,较好地模拟了1981年1月上旬的一次南海冷涌过程,分析了冷涌的基本特征,并初步研究了冷涌的中纬度激发条件和低纬环流对冷涌的可能影响。      

冬季风期间南海地区冷涌的动力学分析

利用一个部分非线性的二维经向重力内波动力模式，通过求行波解，对冬季风期间南海冷涌的传播形式，传播特征和传播速度进行了分析，并讨论了大尺度经向环流及其垂直结构、热力作用、层结稳定状况和初始扰动条件对冷涌传播的作用。主要结论是：冷涌的传播表现为具有非线性效应的无频散或弱频散的重力行波，其向南传播速度远大于平流速度而接近于重力内波波速；不同流场和位温的初始扰动状况决定了冷涌将以周期重力行波或者以孤立重力     

青藏高原大地形对南海冷涌事件影响的数值模拟

利用大气环流模式NCAR CAM3,通过比较敏感性试验与控制试验的结果,讨论青藏高原大地形高度对南海北部冷涌事件及环流的可能影响。结果表明,地形的绕流作用对阿留申低压和东亚大槽的产生有着重要作用,当大地形不存在时,两者消失。地形高度变化对大陆冷高压的强度有影响,随着地形高度的降低大陆冷高压强度减弱。即大地形对中高纬行星尺度平均槽脊具有重要作用,地形高度降低会导致中高纬环流经向度减小,不利于冷空气南下,从而影响冷涌事件的强度和发生频率。当地形高度减半时,由于大陆东部地势相对平坦,南海北部北风强度增加,使得南海北部冷涌的出现频率略有增加。当无地形存在时,由于无青藏高原大地形的存在,使得东亚中高纬环流的经向度显著减小,冷空气南下活动明显减弱;同时没有大地形激发冷锋后的Kelvin波向南运动,导致南海北部北风强度减弱,南海北部冷涌的出现频率也显著减少。     

东亚冬季风的统计研究

利用ECMWFl979—1984年5个冬季(12—2月)的资料对东亚和西太平洋地区的冬季风进行了统计研究。得到的主要结果有: (1)东亚和西太平洋地区有两个冷涌区;从东海到南海等东亚沿岸地区和菲律宾以东西太平洋地区。其中以前者最明显。冷涌主要是700hPa以下的现象,近地面层北风最强,随高度迅速减弱。 (2)伴随着冷涌向南扩展,冷空气经华南沿中南半岛沿岸区一直向南扩展到近赤道地区; (3)在近地面层,西伯利亚高压的活动和强度与冷涌有密切的联系; (4)东亚的冬季风或冷涌有明显的年际变化,这与西伯利亚高压和南支槽活动的年际变化有关。      

东亚冷涌期间低纬环流和降水形成的数值试验

应用数值试验的方法，研究了东亚冷涌期间低纬环流和降水的形成。结果表明：低纬积云对流作用加强了东北季风和东北信风，但阻滞了热带辐合带进一步南移。印尼和澳大利亚北部季风降水可以独立存在。南海冷涌以及越赤道的西太平洋东北信风都可以是澳大利亚北部夏季风及降水形成的重要因子。数值研究还指出；印尼加里曼丹的强季风降水及常驻性低层扰动形成的基本因子是南海冷涌所触发的积云对流发展。印尼、加里曼丹地形及东北信风扰动可影响该处降水的强度。     

冷涌结构及冷涌期中低纬环流相互作用的数值试验

本文利用1982年12月下旬一次冷涌过程的数值试验结果,分析了冷涌的结构并初步讨论了冷涌期中低纬环流的相互作用。结果表明,冷涌仅在近地面反映清楚,水平流场上表现为由大地形激发的开尔文波引起的东北大风沿青藏高原东侧迅速南下,而冷涌前沿则是以重力波特征向南传播。Hadley环流随冷涌南进不断加强。冷涌在涡度场和散度场上分别为一条状北倾的正涡度区和辐合区,它对应于冷锋南下时造成的上升运动区。冷涌能引起赤道地区的扰动加强和中纬度对流层高层西风急流的增强。冷涌期中低纬地区能量增大,通过能量的频散作用把中低纬环流连结起来了。      

两次冷涌过程的分析

本文利用两次船舶航行实测资料及部分常规观测资料研究了两次冷涌过程的时—空结构。除进一步证实了冷涌具有重力波特征的论点外,还得出了几点初步结论:(1)这两次过程前缘的传擂速度为20—2米秒-1,很接近重力内波波速的动力气象理论值;(2)某海区冷涌到达之前的大气层结决定了冷涌是否具有重力波特征:(3)以重力波传播的冷涌比平流移动的更有效地把能量传至低纬洋面。      

2004年冬季风期间一次强寒潮过程的能量收支研究

利用1°(纬度)×1°(经度)的NCEP再分析资料和常规站点观测资料对2004年12月28～31日的一次强寒潮、冷涌过程作了研究,研究结果表明:(1)此次强寒潮事件在我国南海引发了强烈的冷涌,该支冷涌一直向南越过赤道影响南半球.大尺度环境场有利于此次寒潮、冷涌事件的爆发,本次寒潮属于“横槽转竖型”,其中200 hPa的西风带大槽经历了一次调整,500hPa经历了一次明显的横槽转竖过程,对流层低层蒙古高压稳定维持,其东侧的偏北大风是冷空气南下的有利条件.(2)此次寒潮大风区内的动能制造以正压动能制造和斜压动能制造为主,寒潮爆发初期,以正压制造过程为主,此后,由于有效位能释放的作用增强,斜压制造过程与正压制造强度相当,大风区随着动能制造的增强而增强;当斜压、正压动能制造均减弱,大风区亦随之减弱.(3)有效位能收支表明,整层有效位能的释放与大风区相对应,有效位能的释放有利于寒潮、冷涌的维持.寒潮大风区内,对流层高层受有效位能释放的影响最大,有效位能和风能可以互相转换;对流层中层所受的影响最小,且以风能向有效位能转换为主;对流层低层则以有效位能向动能转化为主,十分有利于低层风速的增大和维持.     

ENSO暖冷事件下东亚冬季风的区域气候模拟

选取强El Ni(~n)o年(1997/1998年)和强La Nina年(1998/1999年)作为个例,利用中国国家气候中心水平分辨率为60 km的区域气候模式(RegCM-NCC)对东亚冬季风进行了数值模拟,结果表明:模式不仅从500 hPa东亚大槽、副热带高压、地面蒙古冷高压和850 hPa东亚风场等方面,模拟出两年冬季风系统的不同特征,而且也模拟出与ENSO事件密切联系的大气低层环流的明显差别,表明区域气候模式对ENSO暖、冷事件下东亚冬季风的差异有较好的模拟能力。数值模拟也能够再现中国南海、菲律宾群岛以东的西太平洋和孟加拉湾3个主要的冷涌区,以及在两年不同海温和环流背景下冷涌发生的频数变化。分析还表明,模拟结果能较好地反映两年冬季中国气温的空间分布特征,模拟出的冷空气过程、最冷时段出现时间与实际基本相符,模拟的主要降水带位置也与实况接近,特别是能够较好地模拟出中国南方地区1997/1998(1998/1999)年冬季异常多(少)的降水量。虽然数值模式的总体性能是较为满意的,但也发现在形势场的模拟中存在1998/1999年冬季东亚大槽模拟偏深和东亚沿海海平面气压梯度偏大等不足,需进一步加强对模式物理过程的研究。     

热带印度洋春季海表温度异常与南海夏季风强度变化的关系

利用50年的Reynolds月平均海表温度资料和NCEP/NCAR全球大气再分析资料,分析了热带印度洋春季海温异常对南海夏季风强度变化的影响。结果表明:1)热带印度洋春季海表温度距平(SSTA)的模态主要是全区一致型(USBM)和热带南印度洋偶极型(SIODM),USBM模态既有年际时间尺度的变化特征,又有年际以上时间尺度的变化特征,既包含有对冬季ENSO信号响应的变化特征,又有独立于ENSO的变化特征;SIODM模态主要表现为独立于ENSO的年际时间尺度变化。2)USBM模态与南海夏季风强度变化呈显著负相关关系,且二者都是对冬季ENSO信号的响应,USBM模态的年际变化不能独立于ENSO信号影响南海夏季风的强度变化。3)经(1~8年)带通滤波及去除ENSO信号的热带印度洋春季SSTA的SIODM型分布是影响南海夏季风强度变化的主要模态,表现为热带东南印度洋为负(正)、其他海区为正(负)时,南海夏季风强度增强(减弱),大气环流对热带东南印度洋SSTA热力作用的响应是造成这一关系的直接原因,SIODM型的SSTA分布与南海夏季风年际异常关系在热带印度洋长期变化趋势的暖位相期显著,在长期变化趋势的冷位相期不显著。     

南海及邻近海区海况季节变化的模拟

文中使用改进的美国普林斯顿大学区域海洋环流模式 (POM)对南海及邻近海区海况季节变化特征进行了数值模拟 ,所得的主要结果与海洋观测及已有的一些研究结果相吻合。模拟结果表明 :1～ 1 2月 ,黑潮南海分支是南海北部的一支重要海流 ;黑潮右侧的大尺度反气旋性暖涡全年都存在。在所模拟的海区中 ,南海海区表层海流受季风影响最大 ,季节变化最明显示。改进的 POM对海温的季节变化特征也有较好的模拟能力 ,能再现西南季风爆发前后 ,南海及邻近海区表层海温的突增和暖水区的北推过程 ,以及东北季风开始前后 ,海温的下降过程。这为以后发展区域海气耦合模式奠定了基础。     

中尺度大气运动中孤立重力波特征的研究

通过对斜压大气(基本风场有垂直切变)运动中重力内波的研究发现:对于小振幅扰动(弱非线性问题),考虑波动之间的非线性相互作用以后,控制重力内波波包(调制波)的演变方程是非线性Schrodinger方程.然后通过对冷锋爆发冷涌过程的计算表明:冷涌主体前沿的宽度约10km,行进速度约为13/s,随着冷涌的增强,其宽度变窄.这些计算结果与实际的观测结果比较一致.     

西南季风爆发前后南海SST变化特征及影响因子分析

利用1982-2001年NCEP／NCAR再分析的周平均SST场、逐日表面热通量场及近地层10米高度风场资料,分析了南海地区季风爆发前后几周南海多年平均SST随时间的变化和空间分布特征及其影响因子。结果表明,南海季风爆发前,SST急剧升高,季风爆发后,SST的变化呈现比较明显的空间差异,南海北部SST继续上升,而南部SST持续下降。南海季风爆发前,海面净得热,这是季风爆发前南海SST上升的主要原因。季风爆发后几周,海面净得热减少,此时的海表净热通量收支与SST无显著相关。而季风爆发期和爆发后几周,南海SST变化的不均匀性与西南气流具有很好的相关性,南海的降温区呈东北-西南走向,与低层西南气流的方向一致。因而,在季风爆发后的一段时间内,近地层风场导致的海洋表面及内部动力过程是影响南海SST变化的另一重要因子。     

冬季台风“南玛都”结构性质的初步研究

利用1982～2001年NCEP/NCAR再分析的周平均SST场、逐日表面热通量场及近地层10米高度风场资料,分析了南海地区季风爆发前后几周南海多年平均SST随时间的变化和空间分布特征及其影响因子.结果表明,南海季风爆发前,SST急剧升高,季风爆发后,SST的变化呈现比较明显的空间差异,南海北部SST继续上升,而南部SST持续下降.南海季风爆发前,海面净得热,这是季风爆发前南海SST上升的主要原因.季风爆发后几周,海面净得热减少,此时的海表净热通量收支与SST无显著相关.而季风爆发期和爆发后几周,南海SST变化的不均匀性与西南气流具有很好的相关性,南海的降温区呈东北-西南走向,与低层西南气流的方向一致.因而,在季风爆发后的一段时间内,近地层风场导致的海洋表面及内部动力过程是影响南海SST变化的另一重要因子.     

西南季风爆发前后南海SST变化特征及影响因子分析

利用1982～2001年NCEP/NCAR再分析的周平均SST场、逐日表面热通量场及近地层10米高度风场资料,分析了南海地区季风爆发前后几周南海多年平均SST随时间的变化和空间分布特征及其影响因子.结果表明,南海季风爆发前,SST急剧升高,季风爆发后,SST的变化呈现比较明显的空间差异,南海北部SST继续上升,而南部SST持续下降.南海季风爆发前,海面净得热,这是季风爆发前南海SST上升的主要原因.季风爆发后几周,海面净得热减少,此时的海表净热通量收支与SST无显著相关.而季风爆发期和爆发后几周,南海SST变化的不均匀性与西南气流具有很好的相关性,南海的降温区呈东北-西南走向,与低层西南气流的方向一致.因而,在季风爆发后的一段时间内,近地层风场导致的海洋表面及内部动力过程是影响南海SST变化的另一重要因子.     

2003年我国夏季西南季风活动概况

利用NCEP再分析资料、OLR和TRMM资料 ,分析了 2 0 0 3年影响我国的夏季西南季风活动的一些基本特征。主要包括南海夏季风的建立日期的确定、夏季风的推进过程、强度变化和南海地区夏季风季节内振荡特征。结果表明 2 0 0 3年南海夏季季风爆发日期正常偏晚 ( 5月 2 4日 ) ,强度偏弱 ,其季节内振荡过程对淮河流域洪涝有重要影响。