热带大气50—40天振荡对亚洲夏季风影响的数值研究

本文利用p—σ混合坐标系的五层原始方程模式,研究了印度洋—西太平洋热带偶极子型振荡对流加热源对亚洲夏季环流的影响。试验结果表明印度洋—西太平洋热带振荡源可以引起赤道东—西纬向环流、越赤道气流、季风经向环流以及亚洲夏季高、低层环流的位相振荡,其振荡周期与振荡热源的振荡周期一致。本文还进一步研究了热带振荡源影响亚洲夏季风环流的机制,研究表明振荡热源西侧激发的Rossby波的西传和扰动的北传、引起赤道东—西纬向环流和季风经向环流的振荡,从而最终导致整个亚洲夏季风环流振荡的机制。     

澳洲夏季风热源低频变化对北半球冬季风影响的数值研究

采用ｐ－σ混合坐标系的５层原始方程模式研究了与澳洲夏季风低频变化相伴随的对流性低频加热源所激发的大气强迫波和东亚冬季风的关系，结果表明澳洲夏季风低频热源可引起北半球副热带高低层环流、东西向Ｗａｌｋｅｒ环流。经向环流、越赤道气流的低频振荡，其振荡周期、强度与热源的振荡周期、强度有关。结果还进一步表明，澳洲低频热源可激发出扰动的北传，从而引起北半球副热带环流、副热带西风急流的低频振荡，澳洲夏季风活跃后     

大气对热带热源低频响应的数值研究

本文设计—关于基本气流线性化的二层球面模式研究大气对不同类型赤道热源的低频响应,分析了全球大气40—50天低频振荡的结构和传播特点。结果表明:全球大气对热带热源响应特征是在热带地区表现为东西向非对称的热源东侧的Kelvin响应和西侧的Rossby响应,高低层反位相;在中高纬响应是具有低频振荡的二维Rossby波列,且具有相当正压结构。低频振荡的传播特征表明热带大气对移动性热源的响应更有利于振荡的向东传播,且该振荡可以沿波列路径向中高纬度传播,然后再折向低纬。二维Rossby波列是联系着热带和中高纬度地区低频振荡的基本动力学途径。该波列的形成取决于基本气流的分布,冬半球波列振幅较大。因此本文认为40—50天低频振荡是全球尺度的现象,它是一涉及到热带对流加热、赤道Kelvin波、亦道Rossby波、二维Rossby波列以及基本气流等动力学相互作用的过程。     

南海夏季风持续异常的特征及其对全球环流的影响Ⅱ.数值试验

利用T42L9全球大气环流谱模式进行数值试验,以揭示南海夏季风强度异常的特征及其影响.控制试验结果表明,该模式不仅能够很好地模拟出气候平均的西风带槽脊和高低空气流分布以及它们的季节性变化,而且对于与亚洲季风有关的各个主要系统,如南亚高压、副高进退及越赤道气流等都有较强的模拟能力.在亚洲季风区及热带太平洋这一大范围区域的大气内部热源异常强迫下,模式显示出了南海夏季风持续异常的特征、北半球热带外环流的响应以及亚洲季风区降水异常分布.南海夏季风长时间强度异常所引起的大气内部热源异常,一方面通过三维垂直环流的异常联结着南海夏季风对北半球热带内外环流的影响,另一方面它又通过持续异常期的波列传播,即能量的传播,不仅影响我国长江流域降水,还会逐渐影响到北半球中高纬环流结构.这样西风带环流形势将会发生相应的变化和调整,南海夏季风持续异常影响到了北半球大气环流和天气气候的变化.     

南海夏季风持续异常的特征及其对全球环流的影响II.数值试验

利用T42L9全球大气环流谱模式进行数值试验 ,以揭示南海夏季风强度异常的特征及其影响。控制试验结果表明 ,该模式不仅能够很好地模拟出气候平均的西风带槽脊和高低空气流分布以及它们的季节性变化 ,而且对于与亚洲季风有关的各个主要系统 ,如南亚高压、副高进退及越赤道气流等都有较强的模拟能力。在亚洲季风区及热带太平洋这一大范围区域的大气内部热源异常强迫下 ,模式显示出了南海夏季风持续异常的特征、北半球热带外环流的响应以及亚洲季风区降水异常分布。南海夏季风长时间强度异常所引起的大气内部热源异常 ,一方面通过三维垂直环流的异常联结着南海夏季风对北半球热带内外环流的影响 ,另一方面它又通过持续异常期的波列传播 ,即能量的传播 ,不仅影响我国长江流域降水 ,还会逐渐影响到北半球中高纬环流结构。这样西风带环流形势将会发生相应的变化和调整 ,南海夏季风持续异常影响到了北半球大气环流和天气气候的变化。     

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。     

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.     

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）。      

热带低频振荡影响中国东部冬季降水的机理

利用1979—2007年中国站点逐日降水记录、NCEP/NCAR大气再分析资料以及OLR资料等,分析了冬季热带低频振荡(MJO)与中国东部降水的关系及其伴随的大气环流扰动型,利用线性化全球大气环流模式模拟了大气对热带对流热源的响应,揭示了MJO影响中国东部冬季降水的机理。结果表明:热带对流活动从赤道印度洋西部东移至赤道西太平洋,中国东部冬季降水先后经历了长江流域多雨、整个南方多雨、华南多雨而长江流域少雨,这个过程大约经历了20 d左右时间。作为对东移性赤道热源的Rossby波型响应,当对流热源中心位于赤道印度洋中西部时,赤道以北地区的热源西部气旋式环流和热源东部反气旋式环流共同形成的西南气流扰动主要影响到中国长江流域,并造成那里多雨;而当对流热源中心东移到赤道印度洋东部时,西南气流扰动主要影响到中国华南地区,并造成那里多雨。     

西太平洋副高与ENSO的关系及其对福建雨季降水分布的影响

用低阶大气环流谱模式就前期冬春季南海-热带东印度洋(10 oN～15 oS, 90～120 o E) 海温异常对南海夏季风的影响进行了数值试验。结果表明, 当南海-热带东印度洋海温异常偏暖时,其南北两侧大气低层出现异常气旋性环流,高层出现异常反气旋性环流,其东西两侧, 在南海-热带西太平洋大气低层出现强大的异常辐合,高层出现强大的异常辐散;在热带西印度洋大气低层为明显的辐散,高层为明显的辐合,得到了与Gill理论相一致的结论。此时大气低层赤道两侧异常气旋性环流阻挡了赤道索马里越赤道SW气流进入南海, 加强了赤道西风, 并明显减弱了澳大利亚越赤道SW气流,菲律宾以东的异常反气旋性环流加强了西太平洋副热带高压, 使其位置偏南偏西, 同时大气高层印度洋上空的异常东风加强了南亚高压, 从而导致南海夏季风强度减弱, 爆发可能推迟。在南海-热带东印度洋海温异常偏冷时,大气低层赤道两侧异常反气旋性环流减弱了赤道索马里越赤道SW气流, 加强了澳大利亚越赤道SW气流,菲律宾东北部的异常气旋性环流不利于其东侧的副热带高压发展, 同时大气高层印度洋上空的异常西风减弱南亚高压强度,有利于南海夏季风加强, 爆发可能提前。     

热力驱动的热带环流和系统

本文用包含热力作用和雷利摩擦的赤道β平面上线性化的浅水波方程模式,探讨热带地区热力强迫运动的一般规律及由它所驱动的热带环流和系统。通过浅水波方程的求解,我们得到了一个解析形式的热力影响函数。热力影响函数是一个指数衰减型的函数,但衰减率在东西方向是不对称的,源以东的衰减速度比源以西的衰减速度快得多。另外,热力强迫运动还与热源所处的纬度有关,热源所处的纬度越低,热力强迫运动的振幅和范围越小。最后,利用本文模式模拟和解释了热带大气中最基本的环流现象。      

热带印度洋MJO活动对孟加拉湾西南夏季风季节内振荡的影响

通过对1979—2008年热带太平洋30—60 d振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)指数、美国国家环境预报中心再分析资料和日本气象厅降水资料的分析,发现热带东印度洋MJO强度和传播状况影响孟加拉湾西南夏季风季节内振荡及相关低频环流、对流和降水分布。当热带东印度洋MJO在春末夏初较活跃时,孟加拉湾西南季风季节内振荡活动在4—8月比其不活跃时提前约20 d(约1/2个周期),其对于孟加拉湾西南季风季节内振荡的影响可持续整个季风期,使西南季风的季节内振荡不仅酝酿期和活跃期提前发生,季风期有所延长,季节内振荡也更强。西南季风季节内振荡具有明显的北传和东传特征,北传沿孟加拉湾通道从赤道向副热带推进,而东传则沿10°—20°N从孟加拉湾向东传至南海地区。春末夏初时热带东印度洋MJO的异常状况,正是通过对西南季风季节内振荡东传和北传的影响,进而对孟加拉湾西南季风季节内振荡在季风期的酝酿、维持和活跃产生作用,这种作用同时体现在强度和时间上。孟加拉湾西南夏季风季节内振荡强度与热带东印度洋MJO在4月21日—5月5日的活动呈现显著负相关,当热带东印度洋MJO在春末夏初较活跃时,孟加拉湾西南夏季风季节内振荡的强度较大,在5—8月经历3次季节内振荡波动,低频对流场和环流场在1—3位相(孟加拉湾西南夏季风季节内振荡为正位相)和4—6位相(负位相)时呈反位相特征,这是由MJO低频对流的东传及在孟加拉湾和南海这两个通道上的北传引起的。从印度半岛到菲律宾群岛的降水在1—3位相和4—6位相上分别为正异常和负异常,其中,在第2位相(孟加拉湾西南季风季节内振荡波峰)和第5位相(孟加拉湾西南季风季节内振荡波谷)时分别为降水最大正异常和最大负异常。反之,在热带印度洋MJO在春末夏初不活跃年时,孟加拉湾西南夏季风季节内振荡活动较弱,强度偏弱且振荡也不规律。     

亚洲夏季风动力学研究综述

亚洲夏季风按照气候带可以分为东亚副热带夏季风和亚洲热带夏季风。就气候平均而言,东亚副热带夏季风于4月初在我国江南(泛称“华南”)地区建立,而亚洲热带夏季风首先于5月初在孟加拉湾东北部建立,之后向东推进,于5月第4候到达南海,然而夏季风无法直接西传至印度地区,因此印度夏季风的爆发表现为热带对流在阿拉伯海上空自赤道向北逐步推进的特征。东亚副热带夏季风与亚洲热带夏季风的爆发机制和时空变率都存在明显差异。亚洲夏季风的建立与青藏高原的动力和热力强迫作用联系紧密,其中东亚副热带夏季风的建立又与东亚大陆-西北太平洋的纬向海陆热力差异的季节转换紧密联系,而亚洲热带夏季风的爆发则与亚洲南部地区对流层中上部经向温度梯度的季节变化有关。同时,亚洲热带夏季风的建立过程还与亚洲南部高、低空环流的垂直耦合密切相关。就季节内变化而言,东亚副热带夏季风在4月份表现出10～20天季节内振荡,这与青藏高原表面感热的季节内变化有关,而盛夏的东亚副热带夏季风则存在准双周和21～30天两种振荡信号。亚洲热带夏季风的季节内振荡包含30～60天的北传信号和10～20天的西传信号,其中北传信号与环境气流的垂直切变、边界层辐合以及暖SST下垫面有关。亚洲夏季风年际变率的主要外强迫是ENSO事件,同时印度洋和大西洋海温异常、南极海冰以及青藏高原的冬、春季积雪和感热异常也影响着亚洲夏季风的年际变率。而亚洲夏季风的年代际变化既与气候系统的自然变率有关,又受热带海温强迫、人为排放气溶胶浓度和青藏高原表面热状况长期变化影响。      

关于准40天振荡经向传播机制的讨论

本文讨论了准40天振荡的性质及其传播特性,强调南半球中纬度准周期性冷空气对热带大气准40天振荡的强迫作用及其对北半球夏季风的影响。提出经向环流系统的侧向耦合和相互作用可能是准40天振荡经向传播的机制。     

孟加拉湾西南季风与南海热带季风季节内振荡特征的比较

采用美国国家环境预报中心的向外长波辐射和风场资料及日本气象厅的降水资料,用30-60d滤波后的夏季风指数在孟加拉湾和南海的区域平均值分别代表孟加拉湾西南季风和南海热带季风季节内振荡,对两支季风的季节内振荡特征进行比较分析,发现孟加拉湾西南季风的季节内振荡和南海热带季风的季节内振荡在夏季风期间(5-10月)都有约3次半的波动.夏季风期间,在阿拉伯海-西太平洋纬带上,夏季风的季节内振荡有4次从阿拉伯海的东传和3次从西太平洋的西传,其中7月后东传可直达西太平洋.孟加拉湾和南海在夏季风期间都有4次季节内振荡的经向传播,但孟加拉湾在约15°N以南为季节内振荡从热带东印度洋的北传,在约15°N以北则为副热带季风季节内振荡的南传;而在南海则是4次季节内振荡从热带的北传.在以孟加拉湾西南季风季节内振荡和南海热带季风季节内振荡分别划分的6个位相中,都存在1-3位相和4-6位相中低频对流、环流形势相反的特征,这是由热带东印度洋季节内振荡的东传和北传所致.热带印度洋季节内振荡沿西南-东北向经过约14d传到孟加拉湾,激发了孟加拉湾西南季风季节内振荡的东传,经过约6d到达南海,激发了南海热带季风季节内振荡的北传,经过约25d到达华南,形成热带印度洋季节内振荡向华南的经纬向接力传播(45d).孟加拉湾西南季风季节内振荡所影响的降水主要是在20°N以南的热带雨带随低频对流的东移而东移;而南海热带季风季节内振荡所影响的降水除了这种热带雨带随低频对流的东移外,还有在20°N以北的东亚副热带地区存在雨带随南海低频对流的北移而北移.     

1986年东亚夏季风的低频振荡及其与西风带环流的相互作用

本文用最大熵谱方法和后延相关分析了1986年夏季风时期60—150°E高空越赤道气流的低频振荡特征,指出30—50天的低频振荡非常显著。其传播特点在低频波位相的持续阶段和转换阶段有所不同。经过带通滤波的高空越赤道气流,其主要经验正交函数EOFI的时间序列能较好地描写东亚夏季风活动。 东业季风分量和东半球500hPa位势高度的后延相关揭示出东亚夏季风同中纬度环流有着明显的低频相互作用,其相互作用的“窗口”是在东亚季风活跃阶段打开的,它同亚洲区域低指数环流和副热带急流的南北振荡相联系。     

热带对流层大气低频振荡机制的初步研究

本文从赤道β平面近似下的线性化扰动方程组出发,基于第二类条件不稳定(CISK)理论,研究了热带对流层大气准40天低频振荡的动力机制。研究发现,当对流层中、上层存在较大的对流凝结加热时可激发出纬向波数为1、周期为40天左右的不稳定Kelvin波,它以每天8到11个经度的相速缓慢向东移动。由此指出,观测到的热带对流层大气30—50天的低频振荡可能正是这种由对流凝结加热所驱动的缓慢东移的Kelvin波的具体表现。这可对热带对流层大气30—50天低频振荡现象的动力机制给以初步的物理解释。      

切变东风基流和非绝热加热对热带扰动的作用

文中用斜压模式讨论了东风水平切变基流和非绝热加热对热带扰动的影响,指出:基本气流的切变有使西传波动加速,东传波动减速的倾向;切变会造成赤道Rossby波的不稳定发展;加热激发的赤道强迫波可以是垂直传播波.      

赤道以外热带大气中30—50天振荡的一个动力学研究

本文的动力学分析和模式大气的计算结果表明,在积云对流加热的反馈作用下,热带大气可以产生一种CISK-Rossby型波动。这种波与经典的热带Rossby波不同,它既可以向西也能向东移动,而且在热带大气通常的加热情况下其相速度同热带30—50天振荡的活动相一致。同时,CISK-Rossby型波动具有频散特性,其能量频散可以说明30—50天大气振荡的二维Rossby波列特征。因此可以认为,CISK-Rossby型波动是赤道以外热带大气30—50天振荡的主要激发和驱动机制。     

2010年和1998年西北太平洋热带气旋频数异常与东亚夏季风系统的关联性分析

利用西北太平洋编号台风资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA向外长波辐射(outgoing longwave radiation,OLR)资料等,选取西北太平洋热带气旋频数异常偏少的2010年和1998年,诊断分析ENSO事件及其东亚夏季风环流异常与热带气旋频数异常的关系,给出东亚夏季风系统部分成员影响热带气旋频数的天气学图像:由春入夏,赤道东太平洋海温异常偏暖,赤道哈得来环流偏强,沃克环流偏弱;西太平洋副热带高压异常强大,位置偏西;季风槽位置偏南,东西向不发展;南海、西太平洋越赤道气流偏弱;异常热源和水汽汇偏南,南海和菲律宾以东地区对流活动受到抑制,热带对流活跃区位于赤道以南;热带气旋生成个数明显偏少,位置偏西。