北半球500 hPa高度场定常波不平稳性分析

提出并阐明Lorenz环流分解意义下的定常波不平稳性概念,它是月平均网上纬向波动分量气候变率与定常波强度相对大小的表征.根据Lorenz环流分解,定义全域(局域)定常波不平稳度Ius(I1us),分析了北半球500 hPa位势高度场定常波强度较大的30°-60°N纬带的定常波不平稳性,结果表明:(1)全城定常波不平稳带位置存在季节件北进、南退过程.平稳的定常波出现在冬季的35°-55°N的中纬度带和夏季的副热带地区(35°N以南),分别与冬季的东亚大槽、北美槽和较弱的欧洲槽,以及夏季的副热带高压等系统相联系.不平稳度的高值中心出现在春季的35°N和夏季的50°N,这与定常波强度季节变化和月平均图上槽脊位置、强度年际异常有关.(2)局域定常波不平稳度存在着明显的纬向不对称性.平稳带通常位于定常波的强槽强脊所控制的区域,而不平稳带通常位于定常波强度较弱的区域.副热带(35°N及以南)局域定常波不平稳度冬强于夏,中纬度(35°N及以北)则夏强于冬.夏季局域定常波不平稳度地理分布具有复杂的结构.但无论冬夏,北欧是定常波最不平稳的地区,北美大陆附近的定常波则相对平稳.(3)夏季,从华北经东北至北太平洋存在一个定常波不平稳度高值带,其高值中心位于中国黑龙江省东部(45°N,130°E),主要影响中国北方(东北、华北、西北),可能是该区夏季气候脆弱带的环流成因.     

强迫二维Rossby波传播特征的数值试验

Bjerknes提出了大气对外界强迫响应的概念。大量研究已证明这一遥响应机制的存在,且大气对强迫源的遥响应及其低频活动的共同特征都表现为类似大圆路径的波列,Hoskins的理论研究揭示了这现象的实质,他把叶笃正所提出的Rossby波的频散理论推广到球面上。黄荣辉曾利用波折射指数平方与EP通量系统地研究了北半球冬夏准定常行星波的传播规律。邹晓蕾、叶笃正、吴国雄提出了中高纬的相关链、定常地形波链,并指出北美与东亚相关型的差异与两区域地形准定常波在不同纬向流中传播的差异有关。观测分析亦表明,青藏高原是大气低频振荡的强迫源,且在此区域可产生向北、向南或向东、向西传播的波列。     

东西风廓线特征与大气运动平衡态定常波的相关关系及共振条件的研究

本文采用简化数学模型探讨了东、西风廓线特征与外源强迫下大气环流平衡态定常波结构的相关关系。文中采用实际观测资料研究了西风廓线特征与大气环流型季节特征之间的联系。研究表明,西风廓线冬、夏季节差异与中、高纬度西风槽“冬三夏四”波数差气候特征有关,且低纬强东风切变可作为赤道东风波周期振荡成因之一。冬夏西风廓线季节特征可导致大地形强迫效应、海陆加热因子影响作用的显著季节差异。研究还揭示了大气环流型优势波转换的基流特征影响效应,并导出了流场与纬向加热强迫源共振状态的西风廓线特征函数与临界曲线。     

北半球对流层中高层环流对冬季欧亚雪盖作用响应的回归统计分析

利用欧亚雪盖的时间序列与北半球对流层中高层高度场之间的回归系数分离出与欧亚雪盖相关的异常环流的响应场。研究表明，这种回归响应场不仅能表示雪盖和环流之间的相关关系，而且能反映相关中心的振幅大小。环流响应场的振幅在中层较大，中上层具有显著的相当正压结构。冬春夏季的环流对冬季积雪的响应场上都存在明显的定常行星波列，冬季为ＮＥＵＰ型和ＮＰＮＡ型，春季略有变化，夏季存在ＬＥＵ型和ＥＡＮＡ型波列。响应场的行星波列具有分支现象，并以波阵面的形成进行能量传播，能量传播在副热带地区出现拦截。     

模式大气对于非绝热加热场的线性响应

本文利用一个包含了Newton冷却、Rayleigh摩擦以及▽~4型水平扩散等耗散作用的定常、斜压、线性初始方程三维谱模式,研究了热带和中纬度理想热源以及1979年1月北半球平均非绝热加热场对于冬季行星尺度的大气定常波的影响。数值试验结果表明,热力强迫作用的重要性可以与北半球大地形的动力强迫作用相比拟。利用1979年1月平均加热场作为强迫函数计算得到的强迫扰动,主要表现为纬向波数为2的行星波,并具有明显的斜压结构。热带地区纬向非均匀热源所激发的近似地沿大园路径传播的Rossby波列,对于热带区域与中、高纬大气之间的遥相关现象提供了一种可能的解释,同时,热带外区域的加热场对于整个半球范围内定常波的维持有着更显著的贡献。     

低纬平均经圈环流异常与海表温度异常关系的诊断分析

利用NCEP/NCAR的40年大气再分析资料中的月平均经向风速及垂直速度，计算了纬向平均经圈环流的质量流函数，分析了纬向平均的海表温度和纬向平均的经圈环流的气候态及异常态特征，结果表明，（1）南、北半球Hadley环流圈的共同上升支偏于赤道附近的夏半球一侧，与[SST↑-]极大值位置相对应；强下沉支位于冬半球一侧；（2）El Nino事件中低纬[SST]′是异常经圈环流产生的重要外强迫源，但其影响程度受基本气流和[SST↑-]及[SST]′的季节变化和年际差异的影响甚大。     

亚洲夏季风环流结构与热带印度洋偶极型海温异常

使用T42L28大气环流模式就夏季风时期大气对印度洋海温偶极子型异常的响应进行了数值试验研究,结果表明,印度洋偶极子型海温异常可以引起感热和潜热加热异常并进而形成异常辐合辐散,导致热带印度洋及其邻近地区夏季降水异常。同时此热带扰动可激发或造成中纬度异常波列。通过改变季风区温度场分布,偶极子型海温强迫可以影响大气的正／斜压环流结构和斜压性强弱。强的纬向风垂直切变趋向于靠近海洋异常偏暖的地区。不论是正偶极子型强迫或负偶极子型强迫,西太平洋暖池和东亚地区的大气环流均出现异常并激发出中纬度的异常波列,但异常类型并未显著反相。     

北半球对流层中高层环流对冬季欧亚雪盖作用响应的回归统…

利用欧亚雪盖的时间序列与北半球对流层中高层高度场之间的回归系数分离出与欧亚雪盖相关的异常环流的响应场。研究表明，这种回归响应场不仅能表示仅盖和环流之间的相关关系，而且能反映相关中心的振幅大小。环流响应场的振幅在中层较大，中上层具有显著的相汉正压结构。冬春夏季的环流对冬季积雪的响应场上都存在明显的定常行星波列，冬季为ＮＥＵＰ型和ＮＰＮＡ型，春季略有变化，夏季存在ＬＥＵ型和ＥＡＮＡ型波列。响应场的行星     

冬、夏平流层定常环流的数值模拟

本文应用一个包括Rayleigh摩擦、Newton冷却及水平涡旋热量扩散准地转34层球坐标模式来模拟北半球冬、夏两季平流层大气环流。利用Lindzen和Kuo所提出的方法来解这样一种复什二阶偏微分方程。 计算结果表明:由模式计算所得到的冬、夏两季北半球实际地形与实际热源强迫所产生的定常行星波振幅与位相的垂直分布及在平流层定常扰动系统的分布均与实际观测得到的分布相一致,这说明平流层的定常扰动分布主要还是由于对流层内地形与热源强迫所产生的定常扰动往平流层传播的结果。     

定常波和瞬变波在亚洲季风区大气水分循环中的作用

利用欧洲中心ＥＣＭＷＦ１０ａ逐日资料，对定常波和瞬变波在亚洲季风区大气水分循环中的作用进行了计算分析。结果表明，瞬变涡动总把水汽从高水汽含量区送到低水汽含量区，实现与平均环流相反的输送，维持了热带地区和中高纬地区水汽的平衡。夏季定常涡动输送的经向分量是将水汽从热带向副热带输送的主要机制，而瞬变涡动输送的经向分量则是把水汽从副热带输送到中高纬的主要机制。由于季风经圈环流的存在，使得亚洲季风区的热带地区为重要的水汽源区，而其副热带和中纬度地区是水汽汇区，这与同纬度其它地区相反。     

THE ROLE OF THE MERIDIONAL CIRCULATION IN STATIONARY WAVE PROPAGATION

In a general baroclinic atmosphere,when the basic state includes meridional circulation,the sta-tionary waves might not only pass through the equatorial easterlies,but also strengthen significantly.The orographic forcing in the Northern Hemisphere mid-latitude might cause marked responses in thelow latitude atmosphere.This suggests that the meridional circulation plays an important role in theconnection of stationary responses in mid and low latitudes,and so does the heating forcing in theNorthern Hemisphere mid-latitude.Forced by the heating forcing in the Northern Hemisphere mid-latitude,the features similar to the Northern Hemisphere summer monsoon circulation can be ob-tained.It appears that the meridional circulation plays certain role in the formation of summer mon-soon circulation.The heating anomaly forcing located at the eastern equatorial Pacific makes the sta-tionary waves present PNA(Pacific-North America)pattern in the winter hemisphere,but it doesnot in the summer hemisphere.It suggests that the meridional circulation has a marked influence onthe route of stationary wave propagation both in the winter and summer hemispheres.     

印度夏季风的年际变异与北半球大气环流的特征

印度夏季风的年际变异是大范围大气环流相互联系、相互影响的结果。本文应用１９５１—１９８５年印度夏季风资料，选取强季风年４年和弱季风年６年，分别对北半球５００ｈＰａ高度场进行距平合成分析和复自然正交函数（ＣＥＯＦ）分析。结果指出，大西洋和鄂霍次克海阻塞高压的稳定存在以及乌拉尔山低压槽的频繁活动与强印度季风年相联系，而大西洋和鄂霍次克海低压系统的频繁活动以及欧洲阻塞高压的稳定存在与弱印度季风年相联系。印度夏季风强弱不同年份，春季北半球大气环流已经出现了一些不同特征，这对于当年夏季风的强弱和北半球气候异常有预示作用。印度夏季风强弱的不同年份和不同季节，北半球存在极地和赤道低纬位相函数大而中高纬度位相函数小，且扰动由中高纬向极地和赤道方向传播的特征     

热带海温异常影响夏季环流的机制研究

利用正压涡度方程模式对赤道东太平洋和赤道西太平洋暖池区海温异常影响夏季大气环流的机制进行了研究,结果表明:太平洋海温异常会对大气环流产生明显的影响,我国上空环流受其直接影响较小,大气对赤道东太平洋海温升高的响应比对西太平洋暖池海温降低响应明显.西太平洋暖池海温降低和赤道东太平洋海温升高都使极涡明显减弱,对中低纬度大气高度场的影响相反.赤道东太平洋海温升高,中低纬度地区槽脊活动表现不明显,而西太平洋暖池海温降低,会使大气高度场产生明显的槽脊扰动.西太平洋暖池海温降低和赤道东太平洋海温升高,会使涡度场、经向风形成沿驻波波列传播的扰动场.西太平洋暖池海温降低和赤道东太平洋海温升高同时发生时,经向风场使北半球所有的地方都产生了扰动(两条波列路径仍然清楚),沿纬圈和经向都呈有规律的正负相间的分布,扰动表现为驻波特征.     

Discussion of meridional propagation mechanism of quasi-40-day oscillation

Based on researches made by the author in recent years, discussion is made of the quasi-40-day oscillation (QDO) nature and its characteristic propagation, with emphasis on the Southern Hemisphere mid-latitude quasi-periodic cold air forcing on the tropical atmosphere quasi-40-day oscillation along with its effect upon the Northern Hemisphere summer monsoon. It is proposed that the interaction between, or lateral coupling of, meridional circulation systems may serve as the mechanism of the oscillation propagation in a meridional direction.     

南海夏季风爆发的EOF分析

本文利用1983～1992年的NCEP资料．对南海夏季风爆发做经验正交函数分解，分析了主要模态的时空变换特征。结果表明：太阳辐射北移，是南海夏季风爆发的最重要的因素。南海夏季风爆发前后，在典型季风区850hPa上东西风有一次重大调整。南半球中高纬西风带槽脊振幅的增强和北半球副热带系统经向环流的加大是南海夏季风爆发的重要原因。西太平洋副高的迅速减弱东撤，导致南海夏季风的爆发。     

EFFECT OF PLANETARY AND SYNOPTIC SCALE WAVES IN MAINTAINING MERIDIONAL CIRCULATIONS AT MID AND LOW LATITUDES*

Following Wu and Chen(1989), in terms of the elliptical differential equation with mean meridional stream function, an equation similar in form to that developed by Kuo(1956) and by use of time average statistics of atmospheric circulation in wavenumber domains at the same intervals of time, a study is made of the contribution of the internal forcing of the atmosphere in two space scales to mean meridional circulation. Results show that planetary waves have considerable influence on the intensity of the upper center of the bi-Hadley cell, and, in contrast, synoptic-scale waves exert vital effect on the Ferrel cell, and that in the Northern Hamisphere(NH) such internal forcings by planetary- and synoptic-scale waves are comparable on mean meridional circulations whereas the latter contribute far more than the former in the Southern Hemisphere(SH).Further, in the northern winter(summer) the contribution of heat(angular momentum) transport of planetary waves allows the descending(ascending) branch to occur as far as around 40°N, some kind of effect that makes quite important contribution to the winter(summer) monsoon circulation in eastern Asia.     

大西洋海温异常对东亚夏季大气环流影响的数值试验

近年来人们对东亚夏季大气环流年际异常及其机制已经进行了不少研究,一般认为外强迫作用尤其是热带太平洋海温异常是大气异常产生的重要原因之一,相对而言,大西洋海温异常作用及其对东亚夏季大气环流和季风环流的影响没有得到足够的重视,Rowntree(1976)和Gamb等(1987)先后研究了大西洋海温异常对冬季北半球大气的影响,表明通过激发欧亚型(EU)波列完全可以引起冬季亚洲大气环流异常。本文目的主要是研究大西洋海温增暖对夏季东亚大气环流特别是季风环流的影响及其可能的机制。     

亚洲夏季风结构和变动与大气运动流场的斜压和正压特征:正压模分析

使用ＥＣＭＷＦ１９８０—１９８６年７ａ格点资料对大气运动的正压模进行了分析。指出：对流层中大气正压运动流场显示的副热带高压带仅能反映出行星风带的季节性移动；与亚洲夏季风有关且反映季风局地性的则是副热带高压带南侧的东风带上的波状扰动；东风带上的经向风分量存在着纬向传播且传播方向和扰动幅度与印度、东亚季风子系统有关；随着北半球夏季的到来，亚洲季风区大气运动的斜压模有较大的增长且斜压运动动能占气柱内整层平均总动能的绝大部分，而在赤道附近的其他经度上则是正压运动动能的成分明显增长。     

澳洲大陆热力强迫对南北半球环流异常的影响效应

本文采用OSU-AGCM动力框架加入牛顿加热项构成的简化大气环流模式,研究澳洲大陆热力强迫与南北半球环流异常的相关关系。本文对不同平衡温度模拟结果的差异(偏差场)进行了分析,探讨某局地热力强迫对全球其它区域环流异常的影响效应.数值试验结果表明,南北半球海陆热力结构有利于两半球行星尺度经向环流的加强及其低纬跨赤道气流的形成:南半球澳洲大陆热力强迫可以通过东、西风带侧向藕合效应,显著地影响北半球中纬西风带急流状况;二维Rossby波能量频散径向传播可能足澳洲热力强迫与北半球常定环流系统的异常变化相关现象的重要成因,且澳洲大陆强迫产生的径向波列路经与PNA、EU型相似.     

南海夏季风爆发早晚的经向环流异常的机理研究

南海夏季风爆发与东亚地区的局地经向环流密切相关.本文利用线性局地经向环流诊断模式,定量诊断分析了1979~2003年5月1~15日的局地经向环流及其在夏季风爆发早晚年的差异,分析找出了在该关键时段对经向环流异常有正贡献的主要因子,从而确立影响季风爆发的相应天气过程及贡献机制.结果表明,在季风爆发早年期间,局地经向环流异常呈现为"Hadley环流"形态:上升运动(下沉运动)影响南海中北部(江淮地区),低空非地转南风(北风)影响南海中南部(华南和江南地区).季风爆发晚年的情况则与季风爆发早年相反.对造成经向环流异常的各个因子进行定量分析发现,经向分布不均匀的潜热加热的贡献作用最大,其次是温度平流和西风动量输送过程,与越赤道气流有关的边界效应则对南海中南部的低空南风有一定贡献.相应的天气学分析表明,季风爆发偏早年的副热带高空急流强度偏强且位置偏南,其动量输送过程导致对流层上层出现非地转南风、急流轴南侧(北侧)的华南(华北)地区出现高空辐散(辐合)和低层辐合上升(辐散下沉).与此同时,中纬度西风带扰动的南下和副热带高压脊从南海地区的撤出,中低层温度平流导致华中地区冷却和南海中北部增暖,进一步加强低纬地区上升、中纬地区下沉的经向环流异常.华南地区异常的非地转北风与南海中南部异常的非地转南风,显著加强了南海中北部的低空水汽辐合和对流潜热释放,从而激发出强烈上升运动.由此可见,中低纬天气系统配置能有效调节中国东部及南海地区的潜热加热和冷暖平流的南北分布,从而引起与季风爆发对应的局地经向环流的显著变化.