热带气旋生成与海底地热效应关系的探讨

一、引言 赤道太平洋和大西洋地区是热带气旋生成的主要源地,因那里有广阔的热带洋面。热带气旋生成和维持首先要具备从海面到深层60m海温要高于26℃,所以海洋是热带气旋能量的主要来源。本文从海洋地质地貌构造出发,根据实际资料分析,在赤道太平洋和大西洋地区,由于板块构造和海底扩张,引起洋壳的变化,形成了海底的热地柱(hot plume),发现这些地热排泄口的地区,与热带气旋发生频率的实际分布相当吻合,这可能与海底地热释放能量有关。     

北半球冬春冰雪面积变化与我国东北地区夏季低温的关系

从根本上来说,大气环流是由赤道和极地之间的不均匀加热所启动的。但是,人们对赤道热源和极地热汇的变化及其对大气环流的影响还知道得不够。近几年来,我们着重分析了赤道太平洋热状况对北半球大气环流的影响。但这只是矛盾的一个方面,两     

一个斜压海洋风生环流的数值模拟

为研究大尺度海气相互作用、气候以及气候的变化,一个具有规则海岸线和无海底地形的三层斜压海洋模式已经建立起来。积分区域包括了赤道地区在内,南北方向从-2750 km到+4750 km,东西方向宽10000 km,总深度是4 km。模式方程为原始方程,用了静力近似和Bou-sinesq近似。模式数值积分分两个阶段,在第一个阶段,海洋环流从静止状态开始,以只随纬度变化的年平均风应力和海表热通量作为强迫边条件数值积分十年,这时海洋上层的环流和温度都趋于平稳,我们将第十年末的积分状态作为模式气候的准平衡态。计算结果模拟了热带太平洋上气候平均的温度分布以及主要海流的大尺度特征,如赤道地区的狭长冷水带和强上翻区、南赤道洋流、北赤道逆流以及表层下面沿赤道自西向东的潜流。在第二个阶段,以在第一个阶段末尾得到的准平衡态作为初值,分别用冬季和夏季的风应力作为强迫边条件再积分一年。比较这两种计算结果,我们看到海洋环流随信风系统的季节变化也呈现出明显的季节变化,特别是北赤道逆流,其强度在夏季强,在冬季弱甚至不出现。南赤道洋流无论哪个季节都穿过赤道,在赤道以北的南赤道洋流冬季比夏季强,而在赤道以南的南赤道洋流夏季比冬季强。     

ENSO发生发展阶段赤道西太平洋西风异常长时间维持的分析

根据NCEP/NCAR再分析资料和美国气候预测中心提供的赤道太平洋信风指数,发现在ENSO年3～5月(MAM)和8～10月(ASO),赤道西太平洋存在两次显著的西风异常盛行期,并分析了这两次西风异常长时间维持的原因.研究结果表明,南北两半球中低纬度异常经向风向赤道西太平洋地区的输送,以及海气耦合模态中反Walker环流的自维持,是这两次西风异常维持的主要原因.其中,经向风输送在MAM时期以北半球为主,而在ASO时期以南半球为主.在上述两个时段,作为对赤道西太平洋西风异常的响应,赤道印度洋呈现为东风异常.此外,南太平洋中高纬存在一正压结构的气压偶极子模态,该模态在MAM时期由海冰异常维持,其部分气流向赤道辐散,并汇入赤道西太平洋西风异常中,因此对西风异常有直接贡献.而在ASO时期,这一模态由西风异常引起的赤道太平洋海水变暖所激发的大气遥相关波列维持,因此它是对热带ENSO信号的响应.     

赤道地区向西传播的40天周期低频波

本文用滤波和EOF位相合成技术对1981年7—12月份赤道地区出现的向西传播的40天周期低频波进行了分析。结果认为东太平洋地区从南半球到北半球的越赤道40天周期温度波是产生这种西传波的主要原因。这种波动主要产生于两个源地:一个是赤道150°E附近的对流层下层;另一个是110°W的赤道对流层上层。这两处产生的低频波性质不一样,前者与对流密切相关。通过计算整层积分的非绝热加热Q_1和水汽汇Q_2,结果表明Q_1加热中心在东太平洋也有越赤道传播。在150°E以西Q_2加热中心是向西北传播的,与低频波方向一致,Q_1的传播特征不明显,这说明西太平洋地区的热带对流可能有这种周期振荡。     

东太平洋赤道地区海水温度异常对热带大气环流及我国汛期降水的影响

文本分析了东太平洋赤道地区海面温度季节变化和年际变化的特征,揭示出春季赤道冷水向西伸展的范围和沿南美西海岸暖水南扩的程度与我国夏季降水有密切联系。发现春季赤道冷水温度特别高和特别低的年份,夏季热带太平洋地区上空无论在环流系统的位置或强度上都有非常显著的差异。赤道上空从印度洋到太平洋有三个东西方向的环流圈:东边和西边的一个是暖水区上升、冷水区下沉的正环流圈,中间一个是反环流圈。随着赤道冷水向西伸展范围的变化,这些环流圈也相应发生东西摆动。105°—130°E的平均经圈环流,在赤道冷水和暖水时期也有显著不同。文章指出,这两种环流圈是联系东太平洋赤道地区的海温和太平洋副热带高压的活动,以及我国汛期降水的重要环节。最后提出了一个可能的影响机制。     

热带大气垂直环流圈对海温场响应的数值试验

本文用一个热带地区两层原始方程模式在赤道东太平洋异常增暖和降冷两种情况下,计算了大气的垂直环流圈对海温异常的响应。试验结果进一步发展了Bjerknes的假说,支持了我国气象工作者提出沃克环流和哈得莱环流存在相互制约的发展趋势。同时通过试验对比,我们指出,热带东西海温梯度在形成这两个正交的垂直环流圈中起主导作用,即由这一海温梯度形成的热力性赤道纬圈环流可以引导出与它有相反变化趋势的经圈环流,反之则不然。     

极轴区和极圈区

极轴区和极圈区□谭田地球赤道在空间的扩大并和天球相交，形成天赤道；地球绕太阳公转形成的椭圆轨道称黄道。天赤道和黄道所在的两个平面成２３°２７′的交角。正是这一交角，形成了地球上的春夏秋冬四季和丰富多彩的各种气候带。位于北极点的极轴区特点更为鲜明。地球...     

越赤道气流的季节变化及其对南海夏季风爆发的影响

基于NCEP/NCAR资料分析了对流层越赤道气流的季节变化,指出越赤道气流中心在低层位于925hPa,在高层位于150 hPa。东半球的越赤道气流是一种典型的季风型气流,而西半球越赤道气流具有信风特征。研究结果还表明,低层的索马里和南海越赤道气流对南海夏季风的爆发有至关重要的作用,在季风爆发前2候,索马里急流有一次迅速的增强,这一增强有利于加速孟加拉湾地区西风的向东扩展,并使控制在南海上空的西太平洋副高东撤;同时,南海越赤道气流的迅速增强也推动副高北上,共同促使南海夏季风全面爆发。不仅如此,二者对季风爆发的早晚也有重要影响,当前期这两支越赤道气流建立偏早、强度偏强时,南海夏季风爆发易偏早。反之,当其建立偏晚、强度偏弱时,季风爆发易偏晚。     

海底火山喷发引发厄尔尼诺事件的数值模拟

在东北太平洋海底火山实际位置,模仿实际火山喷发所产生的地热通量,对ＩＡＰ海－气耦合模式进行了强迫作用下积分试验。积分结果表明：海底火山溢流所产生的热能通过海洋对流影响表层海温,深层扩散极少;模拟出类似１９８６～１９８７年和１９９１～１９９２年厄尔尼诺事件形成发展的全过程。     

热带太平洋西风异常对ENSO事件发生的作用

本文从观测资料对80年代两次ENSO事件产生过程中，热带太平洋西风异常及其对赤道中、东太平洋表层海温增暖的作用进行了分析和比较。分析结果表明:在这两次ENSO事件的产生过程中，赤道西太平洋上空均有较大的西风异常，并且它由赤道西太平洋向赤道中、东太平洋传播，随着西风异常从西向东传播，赤道中、东太平洋的表层相继增温。分析还表明，1982／1983年ENSO事件发生过程中，热带太平洋西风异常的强度要比1986／1987年热带太平洋西风异常强得多，这使得1982／1983 ENSO事件的强度比1986／1987_ENSO事件强得多。为了说明热带西太平洋西风异常对赤道中、东太平洋ENSO事件发生的作用，本文还利用IAP太平洋环流模式对西风异常在ENSO事件产生过程中的作用进行了数值模拟。模拟的结果说明了热带太平洋的西风异常对赤道太平洋暖水的向东传播和赤道中、东太平洋的增温起了很重要作用，这与观测事实分析一致。     

赤道海温异常与大气的垂直环流圈

本文用实测风资料计算了赤道海面大范围异常增暖和冷却时期太平洋地区的平均径圈环流和赤道附近的平均纬圈环流。结果表明,赤道东太平洋的海面温度变化对这两种垂直环流圈有着显著的影响,并且通过这两种环流圈的相互作用,影响北太平洋付热带高压的长期变化。     

低纬度涛动——全球热带的甚低频振荡现象

本文在论证所谓“北方涛动”存在性的基础上,分析了这一现象与经典的“南方涛动”的关系和它们的性质,提出了”低纬度涛动”的概念。 研究发现,这两类振荡在低频域内具有相同的振荡频率,处于同一振荡系统内。实质上反映了印度洋和太平洋低纬地区三个主要活动中心——赤道低压和南、北太平洋副热带高压的年际变化之间的联系。 这个振荡系统,在气压场上表现为,横跨赤道南北各约30个纬距的东西向的“跷跷板”(seesaw)现象,且有以赤道为界的两个分量,即南方涛动和北方涛动。在温度、湿度场和低层大气稳定度场上,主要表现为热带太平洋上高温、高湿和强不稳定与低温,低湿和弱不稳定的交替出现;在云量场上表现为主要对流区的东西向位移;在海面温度场上为赤道太平洋增暖和降温的交替出现。它们之间通过热力和动力过程耦合起来,组成了全球热带海洋大气系统的振荡,这是低纬度大气环流年际变化的一个基本特征,我们称它为“低纬度涛动”。 分析表明,它的振荡周期平均约为40个月。为区别于40—60天的热带低频振荡,这一年际尺度的振荡可称为“甚低频振荡”。 作者用全球热带海平面气压第一特征向量的时间系数定义“低纬度涛动指数”,它能客观地同时描写气压场上振荡的两个分量,以及温度、湿度、云量和低层大气稳定度等的甚低频振荡特征。     

热带太平洋地区海气系统的耦合振荡

本文讨论了东太平洋赤道海温和太平洋月平均云量距平的关系,结果表明:(1)东太平洋赤道海温距平和中太平洋赤道云量距平有很好的正相关,而与东、西太平洋赤道云量距平有很好负相关。所以太平洋赤道上空应该存在二个距平的东西向环流。(2)云和海温存在周期为34—38个月的耦合振荡,我们提出了云-辐射-海温机制来作解释。(3)在东太平洋海温暖水月的前12个月到后6个月期间,东太平洋赤道云量是负距平的(即偏少),这表明此期间可能是大气在影响海洋,亦即Walker环流影响海温变化,而不是海温影响了Walker 环流。海温和Walker环流是相互作用的,这种相互作用组成了大气和海洋之间的一种耦合振荡。(4)东太平洋海温、中太平洋云和北半球中、西太平洋信风亦有很好的相关。     

东亚夏季风与1994年华南连续大暴雨

１９９４年华南两次连续大暴雨期间，对华南暴雨有重要作用的东亚热带夏季风，主要由９０°Ｅ（８５°Ｅ）通道的越赤道气流和印度半岛南部洋面上强大的赤道西风所组成。在这两次连续大暴雨产生前，东亚热带夏季风都有持续爆发的现象。东亚夏季风常以东亚热带夏季风或东亚副热带夏季风的形式影响华南。     

东半球越赤道气流的年际变化特征及其与我国同期气温、降水的相关性

利用NCEP/NCAR全球再分析资料分析了东半球冬、夏两季越赤道气流的年际变化特征,以及与中国160个站点同期气温、降水的相关性.分析表明:越赤道气流的年际变化夏季强于冬季,索马里急流并不显著影响到总量的变化,而冬季最强通道与总量变化关系密切.夏季越赤道气流总量在1950年代后期和1970年代中期有两次剧增,并与冬季一样都在1994～1995年有一次剧减.东半球夏季越赤道气流与中国同期降水的相关性很小,但在1970年代突变前后的相关性明显不同,原因与东亚夏季风的关系密切.冬季越赤道气流与中国同期南北的气温的相关随着越赤道气流与不同地区海平面气压的相关性的不同而不同.     

Weakening of the biennial relationship between Central American and equatorial South American rainfall in recent decades

以往的研究表明中美洲与赤道南美洲的降雨之间在准两年时间周期存在显著的相关关系。我们在研究中发现这两个地区的降雨之间的准两年关系在2000年之后出现显著的减弱,这种降雨准两年关系的减弱可以归因于厄尔尼诺和热带北大西洋海表面温度对这两个地区降雨的影响在2000年之后发生了显著的改变。中美洲与南美洲降雨之间准两年关系的这种年代际变异可能与中部型厄尔尼诺在2000年之后更频繁的发生有密切的关系。     

索马里越赤道气流与淮河流域夏季降水关系的年代际增强

基于1961~2016年淮河流域172个测站逐日降水资料,分析了淮河夏季降水的多时间尺度变率,发现其具有显著的准两年周期,1990年代以来亦呈现出明显的年代际变化。EOF分析结果显示,淮河夏季降水的异常主要表现为全流域一致偏多或偏少型（第一模态）,其方差贡献高达37%。相比于长江中下游地区,淮河夏季降水与东亚500 hPa位势高度场上的EAP遥相关型关系很弱,但和对流层低层西南水汽输送有更好的对应关系,表现为从索马里半岛至淮河流域的多个正负交替的相关波列。这一波列表明当索马里越赤道气流加强时,通过热带印度洋西风的纽带作用加强了进入淮河流域的西南暖湿气流,并在淮河上空低层形成水汽辐合,造成淮河多雨,反之当索马里越赤道气流强度弱时,淮河夏季降水偏少。索马里越赤道气流和中国台站降水的空间相关同样显示出最显著的相关区位于淮河流域。进一步的分析发现,研究时段内二者关系并非稳定维持,而是表现出显著的年代际变化,近二十年来索马里越赤道气流对淮河流域夏季降水的影响明显增强,且在季节预测上的指示意义也在增强。这一增强的可能原因是索马里越赤道气流与流域南侧的经向水汽输送和西侧的纬向水汽输送的关系均发生了年代际反转,并且这两条水汽输送带对流域夏季降水的影响发生了年代际增强。     

夏季西太平洋越赤道气流的谱分析

本文用波谱分析方法,对1976年6月15日至9日12日赤道上105°E、120°E和150°E附近850毫巴的经向风分量作了分析。将这三处经向风功率谱与同一时期澳大利亚地面气压的功率谱进行比较,我们发现:105°E、150°E的功率谱和澳大利亚地面气压的功率谱都有明显的15天周期,而120°E克的功率谱则没有。 我们还计算了赤道上这三个经度的南风分量。风速最大的是150°E,其次在105°E。120°E的风速比前二处小1—2米/秒。 由此我们认为:夏季来自澳大利亚的气流有两个通道,一个在105°E(新加坡)附近,另一个在150°E(俾斯麦群岛)附近。     

正压过滤模式大气中的对称运动和非对称运动

把流函数分成对赤道对称和对赤道反对称的两部分,可以把正压涡度方程分离为描写大气对称运动和反对称运动的两个方程。根据它们,讨论了在全球范围内几种基本物理量,如涡度和绝对角动量等在对称和反对称情况的守恒性。还给出了这两类运动的能量收支方程和能量转换表达式。可以看出,在大气中不仅有纬圈平均动能和扰动动能之间的转换,也有对称运动产生的和反对称运动产生的动能之间的转换。 还在涡度方程中考虑地形和水平扩散的情形下,提出了大气非对称性质产生的机制。结果表明:非对称的地形分布和水平扩散系数的分布可能是导致非对称运动的原因。 最后,还对全球预报和半球预报,从物理观点作了理论比较。