南亚高压的建立及其迁移的数值模拟研究

本文应用两层位势涡度方程模式,模拟了在青藏高原和范围同它相当的热源场共同作用下所造成的扰动对对流层大气环流的影响。按热源区的地理位置分三种情形:一是与大地形重合,相当于高原热源;二是与大地形错开,相当于西藏东南—孟加拉热源;三是位在大地形以东,相当于黄海—日本热源。模拟得出的对流层上层南亚高压的建立和季节性迁移,以及下层气旋系统及其切变线的主要特征,基本上反映出实际存在的天气学事实。模拟结果表明,对于亚洲大气环流由冬到夏的季节变化过程,除了要考虑大地形的动力学效应外,下垫面的加热过程也是很重要的因素。加热场的三个热源区在环流季节变化过程中具有各自不同的相对重要性。     

夏季亚非地区季风环流形成中大地形和不同加热因子的作用

本文使用数值模拟方法研究夏季亚非地区季风环流对大地形和不同加热因子作用的响应,目标在于探索季风环流中期变化和年际变化的可能原因。作为整个工作的一部分,首先考虑了大地形和平均加热场,成功地模拟了夏季亚非地区的季风环流和各个环流系统。以此为基础,比较並讨论了平均加热场的二个主要分量——感热加热(以青藏高原和北非大陆热源为明显)和潜热加热(以孟加拉湾及其附近地区为明显)对夏季风环流形成的相对重要性。     

夏季东半球中低纬日平均气象场和非绝热加热场模拟特征的初步分析

本文利用P—σ混合坐标系原始方程模式对夏季东半球中低纬的气象场相非绝热加热场进行了数值模拟。从模拟得到的日平均温压场、流场及降水量场与实况的对比分析中可以发现,高空300hPa的南亚高压、海平面大陆低压这一对夏季东半球的半永久性气候系统,对流层低层以索马里急流为主的越赤道气流均被成功地模拟出来了。降水量的模拟基本上也是成功的,但从降水的性质来看,有明显不足的是热带海洋地区的对流性降水。 在气象场基本符合实况的前提下,文章讨论了非绝热加热场的分布特征及其性质。指出大陆是热源区,其中90°E以东的加热场是大尺度凝结加热的贡献,大陆西部的加热区是以感热加热为主。模拟较差的是热带海洋区。     

南海夏季风爆发前后亚洲地区的大尺度环流突变

用１９８０—１９８６年的ＥＣＭＷＦ资料分析了南海季风爆发前后大气环流突变的平均特征。结果表明：南海季风的爆发一般发生在５月１０日前后，大气环流出现一次明显突变──高空南亚高压由１０—１５°Ｎ骤然北跳到１５—２０°Ｎ，南海北部西风转为东风；低空南海北部及附近地区西南风迅速加强并向东扩展，而中纬地区的偏北风也相应加强南压，青藏高原东南部到中国长江中下游一带为温度、湿度梯度大值区；中国西南地区出现低压环流。同时，青藏高原东南部及中国东部平原地区对流层大气发生急速增暖，大气热源和水汽汇明显增强。在南海季风爆发后南海北部大气热源亦显著增强，但比风场的突变落后５—１０天，而西沙海温的变化与季风爆发却比较一致。另外，地形对大气热源的分布有一定的影响，青藏高原东南坡的加热对南海季风的爆发可能比较重要。     

孟加拉湾热源对亚洲夏季风环流系统的影响

利用 1951—2000年NCEP/NCAR再分析逐日及月平均资料和我国 160个测站 1951—2000年月降水量资料,计算了夏季大气热源气候分布,分析了夏季孟加拉湾地区热源年际异常及亚洲季风环流系统的响应,以及夏季孟加拉湾地区热源与中国夏季降水的年际关系。结果表明:夏季亚洲季风区最强的热源中心位于孟加拉湾东北部一带。当孟加拉湾热源异常强 (弱 )时,南亚高压偏西 (东 ),西太平洋副热带高压位置偏东(西);印度夏季风偏强 (弱),东亚热带季风偏弱 (强 )。孟加拉湾热源异常对南亚高压、南亚季风、副热带高压的影响显著,对东亚热带季风的影响不显著。夏季孟加拉湾热源与同期长江以南、华南东部部分地区降水呈明显负相关,而与西南到华南西部地区降水呈明显正相关。     

青藏高原增暖对东亚夏季风的影响——大气环流模式数值模拟研究

20世纪50年代以来,随着全球海表面温度年代际变化和全球变暖现象的出现,东亚夏季风降水和环流场也出现相应的年代际变化。是什么原因引起这个长期的变化趋势？研究表明青藏高原增暖可能是导致东亚夏季风年代际变化的重要因子之一。为了能够更好地理解青藏高原地表状况对下游东亚季风的影响,作者使用德国马普气象研究所大气环流模式（ECHAM）进行一系列数值试验。在两组敏感性试验中,通过改变高原上的地表反照率从而达到改变地表温度的目的。数值试验结果表明:青藏高原增暖有助于增强对流层上层的南亚高压、高原北侧西风急流和高原南侧东风急流以及印度低空西南季风;与此同时,东亚地区低层西南气流水汽输送增强。高原增暖后降水场的变化表现为:印度西北部季风降水增加,长江中下游以及朝鲜半岛梅雨降水增多;在太平洋副热带高压控制下的西北太平洋地区和孟加拉湾东北部,季风降水减少。对数值模拟结果的初步诊断分析表明:在感热加热和对流引起的潜热加热相互作用下,南亚高压强度加强,东亚夏季低层西南季风增大、梅雨锋降水增强,高原东部对流层上层的副热带气旋性环流增加,以及对流层低层的西太平洋副热带高压增强。另外,在青藏高原增暖的背景下,孟加拉湾地区季风降水减弱。本项研究有助于更好地理解东亚夏季风年代际变化特征和未来气候变化趋势。     

冬季平流层大气环流平均槽脊的形成

本文利用一个π坐标的3层模式描写对流层和平流层的大气运动。由线性化方程的解,讨论了大尺度地形和加热分布的控制作用和定常扰动。 结果得到:(1)地形和对流层热源的超长波扰动,可以传播到平流层中,扰动振幅向上增强,地形波的位相近于垂直,而热源波的位相随高度向西倾斜。(2)地形和热源对平流层平均槽脊的形成都是重要的。但对流层和平流层大气的热源、热汇对30mb阿留申高压的形成起了主要作用。(3)平流层扰动的强大振幅主要是由于平流层大气密度很小所造成的。     

夏季青藏高原对它附近流场影响的数值试验

本文利用简单的两层模式和椭园体地形,以纬向气流及常定热源为初始场,进行了青藏高原对它附近环流系统的热力和动力影响的各种数值试验,得到以下一些初步的定性结论: 1.夏季高原上500mb切变线的形成发展主要决定于它的动力影响,但它的热力影响也起到了加强作用。西南低涡的生成在一定条件下完全决定于高原的动力影响,而高原的热力影响是不利于它生成的。孟加拉湾低压的存在也可能与高原的动力作用有关。 2.在青藏高原上空的西风风速较弱时,高原的加热作用对100mb青藏高压的形成与维持影响很大,此时高原南边的热源即使比高原的强很多倍,对这个高压形成的影响也不大。高原的动力作用对100mb青藏高压的生成维持是不利的。     

青藏高原周边对流层顶的时空分布、热力成因及动力效应分析

利用多套、多种再分析资料的逐日气候平均场,通过对比分析,揭示了青藏高原周边区域对流层顶分布及其季节演变的独特特征,并分析了其热力成因以及气候学效应。结果表明,与同纬度的落矶山和太平洋地区相比,青藏高原及伊朗高原区域对流层顶高度的冬夏变化幅度更大。冬季副热带对流层顶断裂带（热带对流层顶与极地对流层顶之间高度剧烈变化的过渡带）位于青藏与伊朗两个高原上空,春季开始两个高原上空对流层顶抬升迅速,夏季最高可超过热带对流层顶的高度（超过100 hPa）,成为同纬度甚至全球对流层顶最高点。青藏与伊朗两个高原上空对流层顶的剧烈抬高,对应两个高原上空大气气柱比同纬度明显偏暖,同时伴随着青藏与伊朗两个高原上空位势涡度值的明显降低。因此,在青藏与伊朗两个高原区域,由春至夏等熵面强烈下凹,同时等位涡面剧烈抬升;夏季时等位涡面及对流层顶断裂带在青藏高原北部成近乎上下垂直分布,与南北倾斜分布的等位温面接近正交分布。这种特征与夏季同纬度其他地区相对平缓的对流层顶断裂带、等位涡面以及等熵面的经向分布形成强烈对比。进一步研究发现,青藏与伊朗两个高原上空由春至夏迅速发展的强大热源是引起上述对流层顶变化特征的主要原因。不同的是,青藏高原上空主要由发展强烈的对流凝结潜热所主导,而伊朗高原上空则主要由绝热下沉加热引起;此外,由春季至夏季,随着青藏高原地区对流层顶与等熵面剧烈相交分布的形成,南亚高压也逐步控制青藏高原上空,在南亚高压东缘盛行的偏北气流作用下,中高纬度平流层的高位涡空气得以在青藏高原东缘及东亚地区沿剧烈倾斜的等熵面被输送到较低纬度的对流层。与降水的季节演变对比可知,平流层高位涡输送的出现、加强和减弱与夏季降水的发展、加强与减弱成同步对应关系。从而证实了青藏高原影响夏季东亚地区形成独特气候格局的事实,说明在这种影响过程中,平流层-对流层动力相互作用过程不可忽视。      

青藏高原地区平均气柱流场、加热场及其年变化

本文利用高原四周10年平均的高空资料,计算了高原地区平均气柱三维流场、加热场及其年变化。指出夏季高原四周200mb以下,空气向高原辐合上升,到100mb变为向外辐散,冬季相反。春秋是过渡季节,3月在300mb以上出现上升气流,500mb以下还保存冬季的辐散下沉气流,到5月才转为辐合上升气流。9月到10月又由夏季情况向冬季转化,10月气柱底部又开始出现下沉气流,以后它的厚度增加而转变为冬季的三维流场。 整层气柱3—9月是热源,其它各月是冷源,但气柱底部3月还保留冷源,9月冷源又开始出现。水汽的蒸发及凝结对加热场影响明显,冬季(11—12月及1—2月)水汽在高层起冷源作用,夏季(4—10月)起热源作用,300—400mb释放凝结潜热最强。但在近地面的600mb,2—7月有水汽蒸发冷却,其它各月有水汽凝结加热。从2月到5月气柱迅速增暖而变为热源,主要是感热的贡献,而对6—9月热源的维持潜热的贡献却大于感热。     

东亚加热场和大地形对大气环流季节变化影响的数值试验

众所周知,地球的地貌以及由其引起的热力差异对于大气活动中心和平均槽脊的形成及其季节变化有很重大的影响。为了研究这种影响,我们最近用钱永甫等人设计的 P—σ二层原始方程模式和姚兰昌等人计算的1979年1—12月东亚大气平均冷热源进行了一些数值试验。试验共分两类,一类是有地形无冷热源,一类是有地形有冷热源,都做了12个月。试验的主要结果是(1)大尺度地形产生的扰动及其年变化和实测的西风带平均槽脊形势及其年变化是相似的。(2)大地形扰动的强度和西风带的强度成正比,可是大地形扰动的季节变化主要是与急流的位置变化有关。(3)加热场的一个主要作用在于加深东亚大槽和减弱高原北面的地形脊。(4)无论冬夏加热场作用总能使最大西风有所增加。加热场对对流层急流位置的季节变化有所贡献。(5)东亚的加热场对盛夏南亚高压的建立有重大贡献。还需指出的是看来热源处在对流层平均风速很小的东西风交界处是南亚高压生成的必要条件。     

夏季青藏高原对于南亚平均季风环流形成与维持的热力作用

本文应用一个包括Rayleigh摩擦、Newton冷却及水平涡旋热力扩散的定常准地转34层球坐标模式来研究青藏高原对于南亚季风环流形成与维持的热力作用。计算结果表明:在北半球夏季,只考虑高原的地形强迫作用是不能形成南亚高压与南亚季风环流的,而青藏高原上空的非绝热加热对于南亚高压与南亚平均季风环流的形成与维持起了重要作用。计算结果还表明了青藏高原的非绝热加热对于形成一支横跨印度次大陆直到日本南部的强西南风带同样也起了重要的作用。      

青藏高原和洛矶山脉对气象场日变化影响的对比分析 (一)温压场

本文利用大气中五层、下垫面中一层的全球初始方程数值模式,模拟了青藏高原和洛矶山脉对该地区中夏季气象场日变化的影响。所用的模式中包括了各种非绝热加热因子,还包括太阳辐射的日变化。所用的地形也较实际。计算进行了6.5天,取第6天的结果为青藏高原地区白天的代表(洛矶山地区为夜间),第6.5天的结果为青藏高原地区夜间的代表(洛矶山地区为白天),第5.5天到第6.5天的平均为全日平均的代表。本文是全部模拟结果的第一部分,除了全球模式中极区处理方法的简要介绍外,主要给出青藏高原和洛矶山脉对温压场日变化影响的对比分析。主要结果如下:与平原及海洋地区成鲜明对照,山脉和高原地区上空的温度场与高度场有明显的日变化特征。其中温度场的日变化振幅随着高度衰减,而高度场的日变化振幅在对流层中是随高度加强的。其日变化振幅及日变化影响的垂直厚度与地形大小成正比,青藏高原地区的温度场的日变化振幅最大值可达 9℃,在500mb上仍然明显;而洛矶山地区振幅的最大值为 5℃,它仅能影响到700mb上空。高度场的日变化也有类似的结果。无疑,天气系统和日变化振荡之间的非线性相互作用的机制,是在这个地区的实际预报工作中必须考虑的重要因子。这种显著的日变化振荡在形成和维持这些地区的天气系统中所起的作用     

1979年夏季青藏高原地区大气加热场特征

本文用1979年夏季6—8月青藏高原地区17个站资料（包括青藏高原科学实验资料），通过直接法求得长波辐射、短波辐射、凝结潜热和感热输送等四项加热分量，在此基础上求出高原地区的平均大气热量输送，并和国内外其它作者所估计的高原大气热源情况进行比较。计算结果表明，对高原大气热源的主要贡献是长波辐射，文中还探讨了青藏高原地区大气加热场与高原季风爆发前后以及高原季风活跃和中断时期环流的关系。     

青藏高原风电场开发对气候变化的影响研究

利用全球大气环流模式BCC_AGCM2.0,通过青藏高原不同区域不同粗糙度的改变,模拟了青藏高原风电场开发造成的动力和热力强迫扰动对我国气候变化的影响。模拟结果表明,青藏高原热力场和动力场扰动对我国不同区域气候变化有着显著的影响,热力场的扰动会使华北地区的夏季降水明显减少,长江以南地区冬季气温降低,而动力场的扰动则会引起南方地区夏季降水增加,冬季气温明显上升。而且随着粗糙度的增大,长江以南地区冬季850 hPa水汽输送明显减小,而华北地区夏季的水汽输送也呈现出显著减少趋势。     

青藏高原大地形高度变化对东亚地区定常扰动能源转换的影响

利用CAM3（Community Atmosphere Model version 3）模式和ERA-Interim再分析数据研究了对流层中青藏高原大地形对东亚地区定常扰动能量源的影响。在冬季对流层中东亚地区的定常扰动的能量源地主要有两个,分别是高原北部的东亚地区和高原下游的西太平洋地区。高原高度增加时,对流层整层东亚地区斜压发展随高原高度增高而减弱,西太平洋地区斜压发展增强。定常扰动的正压发展与斜压发展的位置相似,但是明显的要比定常扰动的斜压发展弱。随着高原高度升高,在对流层中高原北部的东亚地区正压发展先减弱后增强,而在高原下游的西太平洋地区随高原高度增高正压发展一直增强。在冬季对流层中定常扰动的总能量发展与定常扰动的斜压发展一致,这样的发展趋势说明了冬季东亚地区和西太平洋地区定常扰动在对流层中的能量发展主要是斜压性引起的。     

夏季青藏高原动力和热力的强迫定常扰动

本文应用一个球面和σ坐标原始方程线性定常模式,模拟夏季青藏高原的动力和热力强迫作用下的定常扰动.计算得到的定常扰动,在对流层上层槽脊分布和实况基本相符,但南亚高压的位置稍偏东,中太平洋高空槽较弱.在对流层中层计算的扰动振幅较实况强,特别是西太平洋副高.对偏差的可能原因进行了讨论.文中比较了不同基本气流、热源的垂直分布和热力耗散的影响,结果表明不同的热源垂直分布可以影响定常扰动的位相分布;还指出线性模式中,随高度增强的热力耗散机制对解释定常扰动的位相和结构可能是重要的.     

2012年冬春季高原积雪异常对亚洲夏季风的影响

利用罗格斯大学积雪遥感资料、NCEP/NCAR再分析格点资料和NOAA陆地降水分析数据PREC/L,从2011/2012年冬春季青藏高原积雪偏多现象与亚洲夏季风的观测事实与以往研究结果不一致出发,诊断分析了2011/2012年冬春积雪与亚洲夏季风的可能联系。结果表明：2012年春季和前期冬季,青藏高原主体上空对流层主要为气旋性环流距平且气温偏低,这与积雪偏多年的环流特征一致。尤其在90°E以西,自青藏高原到热带地区,前期冬春季对流层中部气温表现为北冷南暖的距平特征,有利于夏季自热带印度洋到高原温度梯度偏弱,造成南亚夏季风偏弱。但是在90°E以东的高原东部到东亚地区及其南侧的低纬度地区,对流层温度距平为北正南负型,温度梯度偏弱,有利于亚洲东南部大气环流冬夏季节转换偏早,南海夏季风爆发偏早,东亚夏季风偏强,这种环流特征受到高原以外的其他外强迫信息的影响。2011/2012年冬春季积雪偏多特征可能对南亚夏季风偏弱有重要贡献,而对东亚夏季风的影响不明显。     

青藏高原大地形对冬季东亚大气环流的影响

本文用有限区域的p—σ5层原始方程模式作数值模式,以美国国家气象中心的气候资料及姚兰昌等人计算的1979年1月东亚平均大气加热场作为初始场进行了数值模拟和试验,探讨了青藏高原大地形对冬季东亚大气环流的影响。试验结果表明:(1)冬季东亚加热场的热力作用比青藏高原大地形的动力作用要次一级。(2)冬季青藏高原大地形的动力作用,主要表现在纬向西风过高原的绕流效应和爬坡效应,它们对东亚冬季大气环流平均场的形成具有决定性的贡献。(3)冬季,在东亚地区垂直环流的分布及其强弱基本上取决于青藏高原的动力作用,最强的哈德菜环流出现在西太平洋地区,而不在高原地区。(4)冬季东亚加热场的热力作用主要表现在通过动力作用加强东亚大槽、加强高原南北两侧和日本上空的急流以及东亚地面反气旋。 在冬季,东亚地区的大形势分布主要取决于大地形的动力作用,而冷热源的热力作用则影响着系统的强度。     

亚洲和南半球大气热源（汇）对亚洲夏季风影响的数值试验

利用NCAR CAM3.1模式及NCEP/NCAR (version 1)再分析资料计算出来的几种大气热源分布情况,分别讨论亚洲各地区和南半球上空夏季大气加热场(热源或冷源)对东亚季风环流系统和印度季风环流系统形成的影响.结果表明:(1)东亚地区上空的大气热源和澳大利亚冷源与东亚夏季风环流关系密切,东亚大陆上空及西太平...