海洋对大气反馈的研究进展及其诊断方法讨论

回顾了近10 a海洋对大气反馈作用的研究进展,讨论待解决的一个关键问题——怎样在观测研究中有效分离不同海区对大气异常的独立贡献.一般常用方法为利用线性回归或偏相关方法扣除外来主要干扰因子(事先已知),但该方法对解决外来未知海区影响有很大的局限性.广义平衡反馈分析方法(generalized equilibrium feedback assessment,GEFA)可以避免传统方法受未知海区影响的困扰,自动把各海区对大气异常的单独贡献分离出来.它的有效性在简单模式和观测分析中得到了初步验证.GEFA为提高海洋对大气反馈作用的认识提供了一种简单有效的统计工具.     

海温异常模之线性相互作用及其对西北太平洋热带气旋生成频数变化的影响

利用美国台风联合警报中心的best-track热带气旋信息数据集,运用多元线性回归、平衡反馈(EFA)以及广义平衡反馈分析(GEFA)方法,结合EOF,探讨海温异常模之线性作用及其对西北太平洋热带气旋生成频数(TCGN)变化的影响。单个海盆SSTA模的EFA结果显示,TCGN对热带太平洋海表温度异常(SSTA)经向模(TP2)、北太平洋第二模(NP2)、热带印度洋海盆一致模(IOBM)、北大西洋第一模(NA1)及第二模态(NA2)的反馈响应显著。多元回归分析表明,西北太平洋TCGN变化与热带太平洋第一模(TP1)、IOBM、NA1有显著的统计关系。GEFA的结果显示,IOBM和NA1对TCGN变化的强迫作用通过0.1以上的显著性水平检验。GEFA与EFA的差异反映了TP2、NP2和NA2分别受其它海盆的影响明显;GEFA与多元回归结果的差异反映了TP1具有强的海气相互作用特征,表明GEFA能够鉴别出海洋对大气的强迫作用。     

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。      

中国夏季气温对东亚土壤湿度异常响应的统计评估

基于欧亚夏季土壤湿度变化特征及其与中国夏季气温的相关分析,选取东亚地区作为土壤湿度异常影响中国夏季气温的陆面关键区,采用广义平衡反馈分析方法(GEFA)探讨了我国夏季气温对东亚地区土壤湿度异常的可能响应,并初步讨论了相关的物理过程。结果表明:中国夏季气温与东亚地区初夏和同期的土壤湿度异常具有密切的联系;进一步分析表明,夏季气温距平场对土壤湿度第一模态的响应最显著:当东亚中纬度及我国东部地区土壤湿度异常偏干时,夏季气温表现为一致增暖;而土壤湿度第二模态对长江流域至我国西部地区的气温有较弱的强迫作用;气温对第三模态的响应主要表现为华南地区的显著降温。并以对气温影响最为显著的土壤湿度异常第一模态为例,初步探讨了气温对土壤湿度异常响应的可能物理过程。当贝加尔湖以南以及我国东部的土壤偏干时,地表异常加热容易引起我国北方高层大气出现明显正异常和低层的反气旋性异常环流,上述环流异常容易导致温度偏高,同时不利于该区域降水的发生,进而导致土壤湿度偏低,上述正反馈机制可能是该区域土壤湿度与大气之间联系的一种可能途径。     

1992年度国家自然科学基金摘要

一、大气科学国家自然科学基金对大气科学的资助方向是:1.积极组织关于气候系统内涉及大气、海洋、陆面和生态之间相互作用的研究,鼓励有关跨学科跨部门的科研活动,以更深入地揭露气候异常、环境变迁的各种因子。2.鼓励参与国际性的大气科学试验计划如世界气候研究计划(WCRP)、热带海洋和全球大气计划(TOGA)、全球对流层化学计划(GTCP)以及国际地圈-生物圈计划(IGBP)等。3.要与有关大气科学的     

复杂条件陆-气相互作用研究领域有关科学问题探讨

实际大气都是在复杂条件之下,所以复杂条件带来的问题已成为陆-气相互作用研究领域面临的最大科学挑战,严重制约了该领域研究成果在解决实际天气气候问题中的应用。在概要总结近年来中国复杂条件陆-气作用研究领域进展的基础上,对复杂条件下陆-气相互作用有关的科学问题进行了探讨。从陆面过程和大气边界层这两个陆-气相互作用的关键环节分析了影响陆-气相互作用复杂条件的机制,归纳了复杂条件下陆-气相互作用研究领域面临的关键科学问题。同时,以复杂下垫面陆面过程和非均匀大气边界层问题为重点讨论了突破复杂条件陆-气相互作用关键科学问题的基本思路,并对进一步开展复杂条件陆-气相互作用研究提出了初步的科学建议。      

北大西洋热带气旋生成频数变化对海温异常响应特征的研究

利用美国国家飓风中心(National Hurricane Center, NHC)的Best Track Data (HURDAT2)数据和美国国家预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)大气再分析资料, 运用广义平衡反馈分析方法(GEFA), 研究多个海盆主要海表温度异常(SSTA)模对北大西洋热带气旋生成频数(TCGN)气候变率的强迫作用。(1)北大西洋TCGN的气候变率对北大西洋三极型模态(NA1)和太平洋mega-ENSO式模态(P1)具有显著的响应, 对应的响应振幅分别为0.45和-0.28, 即当NA1(P1)的时间系数增加(减小)1个标准差时, 北大西洋TCGN将增加0.45(0.28)个。(2) TCGN对NA1、P1的气候变率、年代际变率有显著响应, 但对年际变率响应不显著。(3)北大西洋TCGN在1995年前后发生异常变化, 从平均8个增加到12.6个, NA1、P1对1995年后的TCGN异常增加的贡献分别为27%、45%。(4) NA1对北大西洋TC环境场的强迫中心多集中在20 °N附近, 而P1的多位于20 °N以南以及墨西哥湾地区, 为TC生成提供有利的动力和热力条件。      

太平洋海水温度異常对东亚大气环流和我国旱涝影响的若干事实

前言近年来,世界范围的气候异常引起了人们的普遍注意。但由于对长期天气过程的演变规律了解得十分不够,对气候异常的原因目前还处在假说阶段。为了进一步提高长期天气预报的准确率和弄清气候异常的规律,开展对长期天气过程物理本质的研究是十分必要的。运转大气这样一部热机,根本的能量是太阳辐射,由于空气的热容量很小,能储存的热量很少,大部分的辐射能被下垫面接受后再以各种不同的形式供给大气。在某种意义上说,下垫面可以看成是供给大气运动能量的储存器和调节器。由于下垫面海陆分布不均,下垫面接受到的辐射能量以及再贡献给大气的能量在地理上也是不均匀的。由于大气运动造成的云     

1992年Andrew飓风眼壁区倾斜上升运动发展的可能机制——非线性对流对称不稳定

在1992年Andrew飓风数值试验输出高分辨资料的中尺度扰动结构分析基础上,对眼壁区倾斜上升运动进行了动力分析,指出存在一种非线性对流-对称不稳定的发展机理.梯度风不平衡是涡旋大气中提供对称不稳定的物理基础,并用模式资料诊断研究了倾斜上升气流存在的这种发展机理的可能.     

新书架

正《陆-气相互作用对东亚气候的影响》张井勇,吴凌云著该书从简要回顾陆-气相互作用的基本过程、陆面过程模式的发展进程及陆面反馈对气候影响的研究进展开始,系统介绍了陆-气相互作用对东亚气候影响的最新研究成果。全书共分为五个部分:陆-气相互作用的基本过程及其对气候的反馈作用;土壤湿度-大气相互作用对东亚气候的影响;土壤温度-大气相互作用对东亚气候的影响;植被-大气相互作用对东亚气候的影响;绿洲效应对局地气候的影响。本书     

Robust GEFA Assessment of Climate Feedback to SST EOF Modes

Atmospheric response to SST variability was estimated using generalized equilibrium feedback analysis (GEFA) in the SST EOF space with synthesis data from an idealized climate model. Results show that the GEFA atmospheric response to the leading SST EOF modes is much more accurate and robust than the GEFA feedback matrix in physical space. Therefore, GEFA provides a practical method for assessing atmospheric response to large-scale SST anomalies in terms of the leading EOFs.     

A DIAGNOSTIC ANALYSIS OF AIR TEMPERATURE ANOMALY MODE OVER CHINA IN 2009/2010 WINTER BASED ON GENERALIZED EQUILIBRIUM FEEDBACK ASSESSMENT (GEFA) METHOD

By using the observed monthly mean data over 160 stations of China and NCAR/NCEP reanalysis data, the generalized equilibrium feedback assessment(GEFA) method, combined with the methods of EOF analysis, correlation and composite analysis, is used to explore the influence of different SST modes on a wintertime air temperature pattern in which it is cold in the northeast and warm in the southwest in China. The results show that the 2009/2010 winter air temperature oscillation mode between the northern and southern part of China is closely related to the corresponding sea surface temperature anomalies(SSTA) and its associated atmospheric circulation anomalies. Exhibiting warming in Northeast China and cooling in Southwest China, the mode is significantly forced by the El Nio mode and the North Atlantic SSTA mode, which have three poles. Under the influence of SSTA modes, the surface northerly flow transported cold air to North and Northeast China, resulting in low temperatures in the regions. Meanwhile, the mid-latitude westerlies intensify and the polar cold air stays in high latitudes and cannot affect the Southwest China, resulting in the warming there.     

南印度洋热带气旋生成频数气候变率对海温异常模响应的研究

基于1980—2014年的哈德莱中心海冰及海温的月平均SST资料,美国联合台风警报中心(JTWC)的best-track资料以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,利用广义平衡反馈方法(GEFA)研究南印度洋热带气旋(TC)生成频数对海表温度异常的响应特征。研究表明:(1)南印度TC生成频数对北太平洋第一模态(NP1)和热带大西洋第二模态(TA2)有显著响应,分别通过了置信度为99%和96%的Monte-Carlo检验,对应的响应振幅分别为0.67和0.49。(2)局地环境要素对关键SSTA模的GEFA响应结果显示:当NP1出现类似于太平洋年代际振荡(PDO)的正位相时,850 h Pa相对涡度在15°S附近的印度洋海域上都有一个自西向东的显著正响应带,垂直风切变在马达加斯加以东的大部分海域都表现为显著的负响应,600 h Pa相对湿度在马达加斯加以东的部分海域表现为显著的正响应;当TA2对应的时间系数为正异常时,850 h Pa相对涡度和600 h Pa相对湿度在澳大利亚的西北部印度洋海域表现为显著的正响应,垂直风切变在澳大利亚的西北部印度洋海域表现为显著的负响应。     

东亚冬季风气候变率对SSTA响应特征的研究

基于1951/1952—2012/2013年冬季Hadley气候中心的月平均海表层温度(SST)和中国160个台站冬季逐月平均气温等资料,利用最新发展的广义平衡反馈方法(GEFA),结合EOF,相关分析等,诊断东亚冬季风对多个海盆海表温度异常(SSTA)的响应特征,探讨其成因。结果表明:热带印度洋海盆一致模(TI1,95%置信水平)和热带太平洋SSTA第三模(TP3,90%置信水平)对东亚冬季风的强迫最为显著,方差贡献率分别为18.44%和9.19%。当热带印度洋海盆一致变冷或TP3出现正位相时,东亚冬季风增强。热带印度洋一致变冷使局地大气冷却,对流层高层出现辐合中心。西伯利亚地区对流层高层辐合,低层辐散,且高层辐合强于低层辐散,使该区域的海平面气压(SLP)升高显著。阿留申地区对流层高、低层都出现辐散,SLP降低。赤道西太平洋的对流层高层出现辐散,低层为辐合,SLP变化弱。3个关键区SLP的变化导致了东亚冬季风增强。     

零维气候模式中物理参数对气候状态的影响

建立一个包含年平均下垫面温度、边界层气温的非线性的零维气候模式, 用于研究物理参数 (地球放射率、大气有效放射率、地表反照率、大气透射率等) 对气候系统状态的影响。结果表明, 气候系统的平衡态及其稳定性与反照率的反馈作用和有效放射率有关; 在现代气候条件下, 适当的非线性负反馈与二氧化碳、水汽、云共同作用时, 有利于系统状态趋于稳定。此外, 通过与该模式相应的现代气候平衡态的偏差方程, 考察了在参数α₂w, I₀的作用下, 系统状态的分布情况。     

热带大气和海洋运动的频率差异在海气系统演变中的作用

对热带太平洋地区850 hPa纬向风场、海表温度场月平均距平进行了谱分析。结果表明:纬向风距平与海表温度距平的振幅在El Ni?o或La Ni?a期间同时增长。而在其他期间,波振幅随时间呈相反变化趋势。在El Ni?o或La Ni?a事件发展期间,纬向风距平的位相角与海表温度距平位相角的差值在90o左右,而在事件的衰减期间,它们的位相角的差值在0o左右。本文还利用长波近似、海洋对大气加热取局地热力平衡近似时的简单热带海气耦合模式,研究了大气变量和海洋变量位相差随时间变化对海气耦合解的影响。在海气耦合模式中,当大气模式取为非定常时,大气和海洋Kelvin波之间以及Rossby波之间存在着能量转换,使大气和海洋波振幅呈相反变化趋势。此时,耦合波振幅随位相角差的变化没有共同的增长或衰减区间。大气Kelvin波与海洋Rossby波或大气Rossby波与海洋Kelvin波相互作用时,波振幅随位相差的变化存在着相同增长和衰减区间,它们的振幅要么同时增长,要么同时减少。当大气模式取定常时,因为相互作用波之间的位相差是一常数,波振幅随时间无限制增长。本文还在大气模式取为非定常和定常两种情况下,对海气耦合模式进行了数值求解。结果表明,当大气模式取为非定常时,数值解随时间的变化趋势跟观测结果有较好一致性。当大气模式取为定常时,数值解随时间的变化趋势跟观测结果差别较大。     

Uncertainty in the ocean–atmosphere feedbacks associated with ENSO in the reanalysis products

The evolution of El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO) variability can be characterized by various ocean–atmosphere feedbacks, for example, the influence of ENSO related sea surface temperature (SST) variability on the low-level wind and surface heat fluxes in the equatorial tropical Pacific, which in turn affects the evolution of the SST. An analysis of these feedbacks requires physically consistent observational data sets. Availability of various reanalysis data sets produced during the last 15?years provides such an opportunity. A consolidated estimate of ocean surface fluxes based on multiple reanalyses also helps understand biases in ENSO predictions and simulations from climate models. In this paper, the intensity and the spatial structure of ocean–atmosphere feedback terms (precipitation, surface wind stress, and ocean surface heat flux) associated with ENSO are evaluated for six different reanalysis products. The analysis provides an estimate for the feedback terms that could be used for model validation studies. The analysis includes the robustness of the estimate across different reanalyses. Results show that one of the “coupled” reanalysis among the six investigated is closer to the ensemble mean of the results, suggesting that the coupled data assimilation may have the potential to better capture the overall atmosphere–ocean feedback processes associated with ENSO than the uncoupled ones.