第三讲 OLR对低频振荡及ENSO过程的分析应用

热带大气运动有明显的时空尺度特征,其中的低频范围(>20天)以40—50天振荡及ENSO(厄尔尼诺/南方涛动)最为显著。40—50天的低频振荡最早由Madden和Julian提出。他们根据坎顿岛的探空及地面气压场资料,用谱分析的方法发现热带大气的风场和气压场的变化有明显的40—50天周     

夏季北半球中高纬低频振荡诊断分析

自从1971年Madden、Juliar等发现热带太平洋地区的纬向风有40～50天周期性振荡现象，并证明这种纬向风的40—50天准周期振荡在全球热带地区都存在以后，对这种周期振荡的研究一直得到广大气象学家的重视。比如，K．M．Lau等以及Murakami等利用卫星得到的射出长波辐射资料(OLR)进一步研究了热带大气30—60天振荡的传播特性；     

夏季北半球中高纬低频振荡诊断分析

1 引言 自从1971年Madden、Juliar等发现热带太平洋地区的纬向风有40～50天周期性振荡现象,并证明这种纬向风的40～50天准周期振荡在全球热带地区都存在以后,对这种周期振荡的研究一直得到广大气象学家的重视。     

大气低频振荡及其与气候异常的关系研究现状

1大气低频振荡的一般概念一些气象因子具有10～90天的准周期变化规律，这种振荡常在30～60天具有较大的振幅，通常将大气中一些气象因子具有的10～20天和30～60天准周期性变化称为大气低频振荡。现在发现具有低频振荡特性的气象因子主要有：纬向风速。气压。云量、降水、南亚季风槽位置、地气系统的射出（外逸）长波辐射等。2大气低频振荡的研究动态七十年代初Madden－J；11tan发现热带岛屿上的风场和地面气压场存在40～50天的准周期性变化，最早提出热带大气低频振荡的现象。此后由于EINino现象和海一气相互作用的深入研究，大气低频振荡…     

热带大气低频振荡的观测和数值试验

一、观测事实近年来与所谓30—60天振荡有关的许多现象已成为研究热带大气季节内部变化的焦点。这种振荡是迄今在热带大气中发现的最强季节内低频信号。它对长期天气预报的潜在影响还远未阐明。七十年代初Madden     

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。      

冬季500百帕高度场的30—50天振荡的遥相关结构及其演变特征

本文利用1981年和1982年冬季的欧洲中心(ECMWF)网格点带通滤波资料,分析了北半球中高纬度和热带地区500hPa高度场的30—50天周期振荡的遥相关结构及其演变特征。发现30—50天周期振荡的分布,在中高纬度地区与主要的大气活动中心相配合,而在热带与对流活动中心相对应。振荡的相关中心呈多段大弧状的波列结构特征,中低纬振荡通过波列的能量频散联系起来。波列的纬向移动和高度场振荡的位相纬向传播的方向是一致的。     

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。     

大气中的季节内振荡

本文依据最新的分析研究结果,系统地讨论了大气中的季节内(30—60天)振荡。内容包括大气季节内振荡的全球分布特征;热带大气30—60天振荡的基本特征;中高纬度大气30—60天振荡;热带和中高纬度大气30—60天振荡的相互影响;以及大气季节内振荡的动力学机制。 本文不仅对热带大气30—60天振荡提出了一些新的研究结果,特别是关于中高纬度大气30—60天振荡的讨论,以及关于热带和中高纬度大气30—60天振荡主要通过低频波列相互联系和相互影响的研究,将使我们对大气季节内振荡有比较全面的认识。     

热带东风急流的气候学和中期振荡

本文用13年夏半年(5—10月)月平均风场和两年逐日风场资料研究了200hPa南亚热带东风急流的气候学特征和中期振荡过程。研究表明,南亚夏季热带东风急流显著的非季节性变动和年际差异与低纬对流层高层大尺度环流变化和南亚夏季风活动密切相关,相对于多年平均而言,存在5类异常的东风急流。 各种分析表明,热带东风带存在三种主要的中期振荡。准50天周期振荡与夏季南亚对流层上部大尺度散度场的变化相关联,表现为十分显著的向南的位相传播。准50天和25天振荡均存在显著的年际变化。准50天周期振荡系统性不强的年份,准25天周期振荡是低纬行星波的主要振荡,在东风急流区除表现为系统性向西传播外也表现为向南的位相传播。准双周振荡在东风带一般向西传播。      

SPECTRUM-90时期大气10—20天准周期振荡对热带气旋转向路径的影响

本文研究了SPECTRUM-90时期，大气10—20天周期振荡对西北太平洋转向台风路径的影响，结果表明，这种影响是显著的。在SPECTRUM-90时期，10—20天周期振荡比较活跃，西北太平洋副热带高压的周期性退缩现象是来自中、高纬和热带的10—20天周期低压扰动共同影响所致，这也是导致热带气旋转向运动的一个重要原因。进一步研究还发现，在SPECTRUM-90时期，存在着一支源于热带西北太平洋上呈经向排列的纬向风波列，热带波动沿此波列向北传播，在一定程度上，可以推动热带气旋北上转向。     

热带和中高纬地区季节内振荡的特征及其动力学诊断

使用5年低阶全球谱模式资料,对中高纬大气和热带大气季节内振荡的动力学性质和传播特征进行了诊断研究。分析发现模式再现了大气中季节内振荡在热带和中高纬地区的传播特性以及它们之间的差异。热带大气30—60天振荡在速度势场上表现为纬向—波结构和行波特性,而在散度风场上反映了赤道西太平洋—印度洋东西向偶极子型的振荡。中高纬大气30—60天振荡表现为定常波位相和振幅的变化,即波包络的传播特征。它与中高纬地区遥相关型的转换有关,通过遥相关位相和振幅的变化,不仅完成了热带和中高纬地区之间以及热带不同区域之间的能量输送,而且通过这种能量输送过程把南、北半球中高纬地区季节内振荡联系起来。      

热带大气中的准双周（10—20天）振荡

基于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的资料（1981—1988），本文对全球热带大气中的10—20天（准双周）振荡进行了比较系统的研究，包括其动能的分布及演变。扰动的结构和传播特征等。资料分析充分表明，热带大气10—20天振荡是热带大气中另一重要低频系统，其动能比30—60天振荡还要大，而其结构和活动又同30—60天振荡很不一样。例如热带大气10—20天振荡主要表现为纬向波数2—4；垂直结构以正压特征更显著；主要表现为向西传播；其经向风分量与纬向风分量同等重要。因此，对热带大气10—20天振荡值得更多注     

1979年夏季亚洲季风区域40—50天周期振荡的环流及其水汽输送场的变化

本文使用FGGE LevelⅢb资料,采用综合方法研究T40—50天周期振荡的环流演变及其水汽输送的变化,发现40—50天周期扰动的向北和向东的位相传播紧密联系着南亚中部和东南亚季风的活跃和中断的位相转变。季风的活跃(中断)是以印度洋西部穿越赤道的水汽输送和穿越阿拉伯海东部(75°E)向东的水汽输送的极大(极小)值为特征的,并向东和向北传播;与之相联系的Q_1的极大(极小)值和OLR的极小(极大)值也向东向北传播。与索马里急流相联系的穿越赤道的水汽输送的变化通过40—50天周期扰动的传播对中国夏季季风降水发生影响,其时间落后为10—12天。     

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。     

40—50天的纬向基流低频振荡及其失稳效应

初步的资料分析表明,大气运动的40—50天的低频振荡不仅存在于热带对流层,而且也存在于中高纬对流层及平流层.在温度及高度场的功率谱中,40—50天的振荡比双周振荡更为显著. 用球面二层模型对对流层冬季纬向振荡基流所作的稳定性分析表明,小扰动的增长随基流振荡而加强,经向温度梯度40—50天的振荡对波数3—8的波动能产生相当可观的失稳效应。对更长周期的基流振荡,增长率的频率响应出现“饱和”现象. 对平流层的分析表明,平流层定态纬向基流是动力稳定的,而纬向流的振荡分量及非纬向定态扰动则是两个可引起基态失稳的因子.     

夏季季风的活跃—中断周期与欧亚和西太平洋环流间的相互作用

1、引言 众所周知,在季风季节,印度的季风雨有时会突然消失,这个现象称为“季风中断”。在1979年夏季季风观测试验中,在印度曾观测到从八月中到九月中持续的季风雨中断(Sikka和Grossman,1981)。 Raghavan(1973)曾描述过印度季风雨活跃——中断时的形势。他指出,当恒河平原的季风槽向北移至喜马拉雅山地时,季风开始中断。Hamilton(1977)利用近期的气象资料也描述过季风活跃与中断阶段的差异。 季风主要的“活跃——中断”周期有15天(Krishnamurti和Bnalme,1976;Mu-rakami,1976)和30—40天二种(Madden,Julian,1971,1972)。Yasunari(1979)曾分离出两种周期,并指出主要季风的“活跃——中断”周期与30—40天的波动形式有关。Sikka和Gadail(1980),Yasunari (1980,1981)和Krishnamurti以及Su-brahmayam(1982)研究过30—40天波动     

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。     

1979年夏季40—50天周期振荡的空间结构及其位相传播

本文根据FGGE Level Ⅲb资料详细分析了1979年夏季大范围内(30°S—30°N,30°E—150°W)40—50天周期振荡的空间分布及其传播特点。结果证实了早先关于“这些低频振荡主要表现为纬向风振荡”的究研结果,且它们向东向北传播。而季风区域850毫巴经向风的振荡周期却小于10天,这或许反映了这一地区季风扰动的活跃。在赤道,40—50天周期的纬向风的扰动系统地向东(600公里/天)和向上(0.7公里/天)传播。纬向风、位势高度和大尺度的“视热源”场之间的位相关系表明这些扰动确实不象大气中的开尔文波。与赤道地区不同,沿着15°N的纬向风的位相虽然也向东传播但不很系统。在这一纬度,纬向风的振荡在季风地区是低层显著,而西太平洋地区是在高层显著。这两个系统的相互作用导致西风或东风在阿拉伯海地区向下传播。西风(东凤)向下的位相对应着南亚和东南亚地区季风活跃(中断)的开始。     

《青藏高原大气低频变化的研究》获奖

由国家气象局高原气象科学基金资助的《青藏高原大气低频变化的研究》,经过5年研究,取得显著效益,获得1992年国家气象局科学技术进步三等奖。该成果在青藏高原30—50天周期大气低频振荡观测事实研究方面.发现青藏高原是大气低频振荡的活跃区和重要源地之一;在动力诊断研究方面,指出大气低频振荡的扰动动能,来自平均西风气流的正压能量转换;在数值试验研究方面,指出在夏季流型下,青藏高原大地形的动力作用可以激发出低频振荡,其传播具有准定常 Rossby 波的