用自由模对1998年夏季阻塞形势的诊断分析

签于大气自由模和阻塞高压的重要性 ,首先简要介绍阻塞高压与中国夏季降水的关系及 1998年夏季 5 0 0hPa异常环流场 ;然后利用 2 1波菱形截断的谱方法求出无粘性、无强迫正压涡度方程的自由解 ,即和实际大气流场十分接近的大气自由模 ,并讨论其特征 ;最后利用大气自由模的特征诊断分析了实际大气的环流特征 ,并重点用其分析了 1998年夏季的大气环流异常形势。结果表明大气自由模能很好地反映大气环流大尺度特征 ,而略去了中、小尺度涡旋 ;大气自由模的流场和绝对涡度场之间的散点图反映了 (q ,Ψ )的函数关系是分段线性或非线性的 ,尽管实际流场与绝对涡度场之间的点阵图反映两者之间成不同斜率的线性函数关系 ,但点阵比较发散 ,不能突出某些重要系统 ;1998年夏季实际大气自由模态突出了大气环流的重要特征 ,例如 ,越赤道气流、西风急流、副热带高压、阻塞高压及两极的边界效应等 ;通过自由模态的特征可以识别出纬向流及阻塞高压的持续异常 ,利用自由模的稳定性判断阻塞高压的稳定性 ,不稳定模态可以维持一段较长的时间 ,且由于这些不稳定的模存在 ,才使 1998年 6月中旬到下旬的中高纬阻塞高压稳定维持。     

2002年度我院获国家自然科学基金资助项目简介

项目名称 :自由模与短期气候变化项目负责人 :陆维松教授项目内容简介 :用观测资料诊断分析自由模的特征 ,由非线性准地转涡度方程 ,提出距离泛函 ,数值求解变分方程 ,得普遍自由模 ,确定自由模的稳定性 ;将普遍自由模和遥相关型结合研究副高成因 ;用普遍自由模作强迫场 ,研究强迫耗散系统中阻塞型与纬向型相互转换产生的中高纬低频振荡 ,提出中高纬阻塞和低频振荡新机制 ,为短期气候预测提供新的理论基础和改进的途径。项目名称 :全球大尺度陆地年、季降水场的气候变化及年代际变化项目负责人 :施能教授项目研究简介 :研究全球及各大洲年的…     

经验正交函数展开精度的稳定性研究

在文献[1]中,我们已从理论和数值模拟两个方面研究了用经验正交函数作基函数缩减气候数值模式自由度的可行性与有效性。用理论模型作数值试验的结果是令人满意的,应用于实际气候数值模拟,一个还需考虑的关键问题是大气外强迫等各种因子变化允许的范围内,对实际资料作EOF展开的稳定性问题。本文分别用1951—1984年500 hPa月平均高度距平场资料,1966—1975年500 hPa候平均高度距平场资料,1965—1978年夏季500 hPa逐日高度距平场资料作EOF展开,并提出了经验正交函数展开精度稳定性的判断方法,旨在证明实际资料EOF展开在大气外强迫等各种因子变化的允许范围内是稳定的,以便为我们用实际资料的经验正交函数作基函数建立一个合理的简化动力模型提供坚实的资料基础。     

印度洋海温异常对中高纬大气低频振荡影响的数值试验

用数值试验的方法,应用强迫耗散准地转正压涡度方程的全球谱模式,在方程中考虑了偶（单）极子的热力强迫作用,并在三个行星波准共振的条件下,模式共积分90d,得到：在偶、单极强迫热源和基本气流强度的共同作用下,三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。同时偶、单极强迫源及基本气流的强度变化对中高纬大气的低频振荡调制作用不同。在准共振三波流函数场随时间变化的试验结果中,进一步证实了中高纬大气存在较好的低频振荡。     

500 hPa球函数谱异常用于我国东部汛期降水预测的尝试

用北、南半球500hPa月平均位势高度场球函数系数资料代替格点资料，用区域降水指数表示华北、江淮、华南五区汛期(6～8月)降雨。通过引进复相关系数和构造复相关系数场模．分析了半球500hPa环流与我国东部汛雨异常的同时和时滞相关联系。在此基础上．选取5月份北半球、1月份南半球球函数系数与东部汛期降水作时滞的奇异值分解。由此得到的预测关系在1998～2001年汛期降水预报试验中取得了一定效果，从而对500hPa环流的球函数系数资料在区域月、季长期天气预报中的应用作了有益的尝试。     

500hPa气候异常高度场强度及谱结构的季节变化与半球际差异

用半球气候异常场强度及球函数分析改进方案，分析了北、南半球500hPa气候异常高度场的环流特征，得到如下主要结论：1)半球异常冬强于夏,北半球强于南半球。2)500hPa气候异常位势高度场具有低阶、低维的特征，它们主要由超长波及长波波段(0≤m、k≤6)的球函数构成。3)北半球500hPa气候异常位势高度场集的球函数谱结构较南半球复杂．夏季较冬季复杂。仅用超长波及长波波段的球函数拟合半球500hPa异常位势高度场，就可保证其有足够的精确度。     

500 hPa气候高度场强度及谱结构的季节变化与半球际差异

用半球气候场强度指数(Ic)及球函数分析改进方案，分析了北、南半球500hPa气候高度场的环流特征，得到如下主要结论：1)半球500hPa气候高度场强度冬强于夏，南半球强于北半球；半球环流向夏季的转换速度北南半球相当，而向冬季的转换北半球较南半球快。2)半球500hPa气候高度场具有简单的球函数谱结构，它们主要由超长波波段的球函数(0≤m、κ≤3，m、κ不全为0)、特别是其中的带状球函数(m=0)构成，因而具有低阶、低维的特征。3)对北半球用约20个重要球函数分量(按-↑rm,κ^*≥0．05％标准)即可相当精确地拟合其500hPa气候高度场，而对南半球仅用10个重要球函数分量即可相当精确地拟合其500hPa气候高度场；因此，北半球气候高度场球函数谱结构较南半球复杂。4)北半球500hPa气候高度场的季节变化较南半球明显。     

半地转三段k模式边界层运动

本文在半地转近似下,取湍流粘性系数k为三段式:k_1z(z_0≤z相似文献   

基于太阳光度计的兰州市秋季气溶胶光学特性

利用2015年9-11月兰州市CE318太阳光度计地基观测数据,反演了这期间气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)、Angstrom波长指数(α)、大气浑浊度系数(β)等气溶胶光学特性参数,研究了兰州市秋季气溶胶光学特性的时间变化特征,并根据Angstrom阈值范围和图解分析法对兰州市气溶胶主要类型及其分布特征进行分析。结果表明:兰州市秋季AOD_(500 nm)均值为0. 47±0. 22。10月α440～870 nm最小,为0. 95±0. 26;9月α440～870 nm最大,为1. 21±0. 14。9月大气浑浊度系数最低,为0. 15±0. 05;11月最高,为0. 28±0. 12。AOD秋季日变化较小,AOD_(500 nm)变化范围在0. 27～0. 52之间。2015年9-10月AOD_(500 nm)集中在0. 2～0. 6之间,11月AOD_(500 nm)集中在0. 4～0. 8之间,说明兰州市2015年秋季AOD_(500 nm)分布较为集中,大气气溶胶含量逐月增加。9月波长指数集中在1. 0～1. 4之间,峰值中心在1. 2～1. 4区间;10月波长指数主要集中在0. 6～0. 8和1. 0～1. 2两个区间;11月波长指数集中在1. 0～1. 4区间。总体来看,兰州市秋季气溶胶以细粒子为主。AOD_(500 nm)与β显著相关,大气光学厚度与大气浑浊度系数均能表征大气污染程度。兰州市秋季气溶胶主要类型为细颗粒模态下的人为源和混合型气溶胶,分布特征表现为高AOD时受细颗粒气溶胶的吸湿增长影响,其中细颗粒吸湿增长是兰州市秋季气溶胶光学厚度偏高的主要原因。     

大气对南极冰异常的低频遥响应

运用ＬＡＰＧＣＭ模式证实了大气对南极冰异常的强迫遥响应是激发全球大气季节内振荡的重要机制,进而着重考察候平均偏差结果的时间序列,并且通过带通以处理,特别分析了响应场中３０－６０天低频振荡的重要特征,发现：大报对南极冰减退的响应是一种具有３０－６０天周期的低频遥响应。强迫场中的重要成分是３０－６０天季节内振荡,并且具有同实际大气中的低频振荡相类的垂直结构以及传播和分布特征。     

THE ROLES OF BOUNDARY-LAYER DYNAMICS ON THE DEVELOPMENT OF MADDEN-JULIAN OSCILLATION

In this paper,a tropical atmospheric model of relevance to shorts-term climate variations(Wang and Li 1993)is util-ized for study of the development of Madden-Julian oscillation.The model contains an interactive process ofboundary-layer Ekman convergence and precipitation heating.The model is solved by expanding dependent variables interms of parabolic cylindrical functions in the meridional direction and truncating three meridional modes n=0,2,4 forequatorial symmetric solutions.The free wave solutions obtained under long-wave approximation are induced as aKelvin wave and two Rossby waves.After considering the effect of boundary-layer dynamic process,the modifiedKelvin wave becomes unstable in long-wave bands with a typical growth rate on an order of 10~(-6) s~(-1)and an eastwardphase speed of 10 m s~(-1);the most unstable mode is wavenumber one.These theoretical results are consistent with the ob-served Madden-Julian oscillation in equatorial area.For the two modified Rossby waves,one with a smaller meridionalscale(n=4)decays except for extra long-waves;the other with a larger meridional scale(n=2)grows in short-wavebands.This may be relevant to explaining the westward propagation of super cloud clusters in the Madden-Julianoscillation.The theory suggests that the boundary-layer dynamic process is an important mechanism in the develop-ment of the Madden-Julian oscillation.     

THE ROLES OF BOUNDARY-LAYER DYNAMICS ON THE DEVELOPMENT OF MADDEN-JULIAN OSCILLATION*

In this paper,a tropical atmospheric model of relevance to shorts-term climate variations(Wang and Li 1993) is utilized for study of the development of Madden-Julian oscillation.The model contains an interactive process of boundary-layer Ekman convergence and precipitation heating.The model is solved by expanding dependent variables in terms of parabolic cylindrical functions in the meridional direction and truncating three meridional modes n=0,2,4 for equatorial symmetric solutions.The free wave solutions obtained under long-wave approximation are induced as a Kelvin wave and two Rossby waves.After considering the effect of boundary-layer dynamic process,the modified Kelvin wave becomes unstable in long-wave bands with a typical growth rate on an order of 10^-6 s^-1and an eastward phase speed of 10 m s^-1;the most unstable mode is wavenumber one.These theoretical results are consistent with the observed Madden-Julian oscillation in equatorial area.For the two modified Rossby waves,one with a smaller meridional scale(n=4) decays except for extra long-waves;the other with a larger meridional scale(n=2) grows in short-wave bands.This may be relevant to explaining the westward propagation of super cloud clusters in the Madden-Julian oscillation.The theory suggests that the boundary-layer dynamic process is an important mechanism in the development of the Madden-Julian oscillation.     

北半球海-冰-气系统的10年振荡及其振源初探

采用最大熵谱方法分析了1953～1990年间冬季喀拉海、巴伦支海海冰面积指数、西伯利亚高压强度指数、东亚冬季风强度指数的变化周期,并把冬季喀拉海、巴伦支海海冰面积变化与春夏各季节副热带高压的特征量指数（包括面积指数、强度指数）变化进行了比较。研究发现在海冰-大气气候系统中,明显存在10年尺度周期性变化;冬季喀拉海、巴伦支海海冰面积变化与西伯利亚高压强度指数、东亚冬季风强度指数均呈现相反的变化趋势,海冰偏多（少）则西伯利亚高压偏弱（强）、东亚冬季风也偏弱（强）;冬季海冰面积变化与春夏各季节副热带高压的范围、强度均呈现相同的变化趋势,并且海冰变化要超前0～1年;复经验正交分析表明大气10年尺度周期性变化的振荡源分布均与某一海区（洋区）有关,大气10年尺度变化是对海洋（海冰）变化的响应。     

北半球冬半年平流层大气低频振荡特征的研究

利用NCEP/NCAR(1970～1999年)位势高度场和风场再分析资料,通过小波分析的方法,研究并揭示了北半球冬半年平流层大气低频振荡的周期,然后通过滤波等方法,揭示了冬半年平流层大气低频振荡的空间结构、传播规律、地域分布特征及北半球低频遥相关的一些分布特征,并且与对流层大气低频振荡作比较.作者对北半球平流层大气低频振荡进行的系统分析研究结果表明:在北半球冬半年平流层,大气低频振荡十分显著,其振荡周期以60天最为显著,在垂直方向上表现出正压结构特征,在水平方向上表现为一致西传,并且以北极涛动(the arctic oscillation)占据主导地位.北半球冬半年平流层大气低频振荡主要活动区域为北极地区,并且在45°N附近还存在3个活动中心,即欧亚大陆、北太平洋和北大西洋中心.     

边界层动力过程在Madden-Julian振荡发展中的作用

利用包括边界层爱克曼辐合－降水加热过程在内的短期气候变化模式［１］，研究了Ｍａｄｄｅｎ－Ｊｕｌｉａｎ振荡［１１，１２］形成的机制。当经圈方向用抛物圆柱函数展开，并对赤道偶对称解取ｎ＝０，２，４三个截断模时，在长波近似下的自由波解，一为向东的Ｋｅｌｖｉｎ波，另外两支为向西的Ｒｏｓｓｂｙ波。当考虑边界层动力影响后，修正后的Ｋｅｌｖｉｎ波，其向东传播的速度约为１０ｍｓ－１，且在长波波段是不稳定的，最不稳定的波出现在纬向一波附近，不稳定增长率的量级约为Ｏ（１０ｍ－６ｓ－１），理论结果和Ｍａｄｄｅｎ－Ｊｕｌｉａｎ振荡在赤道附近主体环流东传的观测事实接近。另外两支修正后的Ｒｏｓｓｂｙ波，其中经圈尺度较小的那支波，除波长极长的波外，波是阻尼的；但另一支经圈尺度较大的波，在短的波段是不稳定增长的，这似乎可以用来解释Ｍａｄｄｅｎ－Ｊｕｌｉａｎ振荡中大尺度超级云团的西传过程。这些结果表明边界层动力过程在Ｍａｄｄｅｎ－Ｊｕｌｉａｎ振荡的形成中是一种重要的机制。     

首都机场浓雾中的能见度突发性振荡及其演变规律

利用2000—2011年北京首都机场每分钟的自动观测资料,对影响首都机场的52次浓雾过程进行分析,发现浓雾的形成、发展和消散过程中能见度演变具有突发性和振荡性的特征。浓雾中的能见度振荡可分为前导振荡、中间振荡和后位振荡,三者所占比例分别为86.5%、62.5%和79.2%。冷季浓雾比暖季浓雾具有更明显的温度振荡,在影响首都机场的34次冷季浓雾中,有61.8%的个例具有温度的振荡。辐射雾中温度振荡超前于能见度振荡,而平流雾来临前有温度振荡,雾发生时温度振荡不明显。根据统计结果本文定义了浓雾振荡指数DFOI,并发现DFOI为±0.2可以作为首都机场浓雾临近预报的阈值,使用该阈值可以将首都机场2000—2011年的浓雾预警平均提前1~2 h。根据2012年1月的实际预警测试,发现单独使用该指数无法区分浓雾、降雪和霾过程,今后在雾的预警过程中还需要引入其他指数。     

热带太平洋ENSO振荡的空间对称和非对称成分

用SSA（奇异谱分析）识别出ENSO振荡的前两个周期成分，在此基础上对NCEP／NCAR资料以及风应力资料采用合成场的空间对称和非对称方法，分析和比较物理量场对Nino3、4指数的两个主要周期成分的线性和非线性响应。结果表明：空间场的线性响应A^（1）决定了两个主周期成分与ENSO的位相关系；非线性响应A^（2）决定空间不对称性。A^（1）和A^（2）的相互作用对于空间场的影响分成4种情况：情况1（A^（1）〉0，A^（2）〉0）、2（A^（1）〉0，A^（2）〈0）使得空间场振荡与ENSO同位相，情况3（A^（1）〈0，A^（2）〈0）、4（A^（1）〈0，A^（2）〉0）则反之；情况1、3使得在ENSO暖位相时合成场的振荡强，而情况2、4反之。空间不对称性最大的地方与线性响应最大的地方总是比较接近：SLP位于南太平洋，作用的情况分别是1和4；SSTA位于赤道东太平洋；τx位于赤道中西太平洋，属于情况1；τy位于中太平洋赤道北侧和南侧，由北向南分别是情况3和1。这种特征使得在ENSO暖位相时，合成场中主要距平区的振荡强度偏强，更有利于形成ENSO暖事件。这与最近38a来ENSO暖事件普遍偏强的现象吻合。     

中间层顶区域大气平均风场年和半年振荡的全球结构

利用2003~2011年TIDI(TIMED Doppler Interferometer)风场观测数据研究了中间层顶区域80~105 km纬向平均风场年振荡和半年振荡振幅和相位的全球分布结构,并给出了它们的年际变化。在热带地区,纬向风半年振荡最显著。振幅峰值中心位于南半球10°S~20°S范围,出现与平流层半年振荡类似的相对于赤道不对称的分布,并且振幅峰值与以前在该区域的研究结果存在较大差别。在中高纬度地区,纬向风和经向风被年振荡所控制。纬向风在高度100 km以下中高纬度都存在振幅大值中心;经向风年振荡只出现在两半球中纬度高度95 km以下,并且南北半球振幅峰值中心分布不一致。分析结果还显示年振荡和半年振荡振幅存在显著地年际变化,相位的年际变化则较小,但北半球热带地区经向风年振荡振幅和相位表现出2年周期的变化。     

提取准双周和准一月低频振荡的Lanczos滤波器及其应用

根据青藏高原大气热源季内振荡分析的实际需要,设计了适于提取准双周（10～20d）、准一月（20～40d）振荡的Lanczos滤波器（L.f.）。通过与Butterworth滤波器（B.f.）滤波效果的定量分析,确定了准双周、准一月L.f.窗宽参数l的临界值l0分别为24、46;当l≥l0时,L.f.滤波器性能全面优于B.f.。选用拉萨附近格点（90°E,30°N）的1950—2006年整层大气热源资料做了应用试验,结果表明,由l=121的L.f.得到的拉萨夏季准双周、准一月振荡分量质量可靠,可用于青藏高原大气热源季内振荡强度的年际差异和季内过程分析。     

Relationship between summer rainfall anomalies and sub-seasonal oscillation intensity in the ChangJiang Valley in China

Sub-seasonal variability of summer (May–October) rainfall over the ChangJiang Valley exhibits two dominant timescales, one with a quasi-biweekly (QBW) period (10–20 days) and the other with an intraseasonal oscillation (ISO) period (20–60 days). A significant positive correlation (at a 99% confidence level) was found between the summer precipitation anomaly and the intensity of the QBW and ISO modes in the region. By examining the composite structure and evolution characteristics, we note that the QBW mode is characterized by a northwest–southeast oriented wave train pattern, moving southeastward. The perturbations associated with the ISO mode propagate northwestward in strong ISO years but southeastward in weak ISO years. A marked feature is the phase leading of low-level moisture to convection in both the QBW and ISO mode. When the summer rainfall is strong in the ChangJiang Valley, large-scale atmospheric conditions in the strong QBW/ISO activity region are characterized by deeper moist layer, convectively more unstable stratification and greater ascending motion. Such mean conditions favor the growth of the QBW and ISO perturbations. Thus, a significant positive correlation between the summer precipitation and the strength of sub-seasonal variability arises from the large-scale control of the summer mean flow to perturbations.