澳大利亚冷空气活动对西北太平洋热带辐合带强度的影响

利用1959～2004年纬向风的NCEP/NCAR候平均再分析资料分析和中国科学院大气物理研究所研制的9层大气环流模式(IAP9L-AGCM)数值试验,考察了南半球越赤道气流和澳大利亚冷空气活动对西北太平洋ITCZ和台风的影响。研究发现:100°E～165°E向北越赤道气流与ITCZ的强度增强具有明显的关系;10～15 d前130°E～140°E与150°E～160°E越赤道气流的加强对145°E～170°E位置上ITCZ强度的增加具有指示意义。越赤道气流强度对同期110°E～140°E经度ITCZ位置的变化也有影响。数值试验表明:南半球澳大利亚冷空气的活动是造成越赤道气流加强的重要原因,澳大利亚地区受较强冷空气影响时易造成100°E～160°E经度带越赤道气流的加强,特别是140°E～165°E的越赤道气流有利于ITCZ强度增加,导致西北太平洋热带气旋的发生和加强。     

2008年登陆我国热带气旋异常的成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和美国NOAA向外长波辐射(OLR)等资料,对2008年登陆我国热带气旋活动具有初台登陆早、秋台集中、登陆热带气旋比例高等特点及其成因进行了初步分析.结果表明,南半球冷高压发展引发的越赤道气流增强,使得赤道西风加强并向东延伸,热带辐合带对流活跃,有利于热带气旋生成;并且,在中纬度地区冷空气活动不频繁、西南季风涌活跃、副高位置偏北偏西等背景条件配合下,登陆热带气旋多而集中.运用大气视热源和全型垂直涡度倾向方程,发现热带辐合带增强北推,使得热带气旋接连产生,强降水产生的非绝热加热异常,促使副高位置发生显著北抬和西伸.当一个时期生成的热带气旋多而集中,副高的这种异常状态就会维持,从而造成这一时期热带气旋西行,频繁登陆我国.     

积云摩擦作用对热带辐合带生成和维持的影响

热带辐合带(ITCZ)是热带海洋上的重要天气系统,在天气图上表现为对流层中、低层的一低气压气流汇合带。由于有潮湿空气的辐合,ITCZ不仅是一个对流活动带,而且其中还常伴有大小不同的气旋性涡旋存在,成为产生热带降水天气的主要系统之一。同时,台风一类强烈的災害性天气系统的发生发展又常与ITCZ的活动有密切关系。因此,有关ITCZ的研究一直为热带气象工作者所重视,有过不少分析讨论。气象卫星观测出现之后,常可从卫星云图上看到赤道附近存在着一条非常长的对流云带,有时它甚至可以环绕整个地球,这就是ITCZ云带。通过卫星资料,人们更进一步认识了ITCZ中积云对流和涡旋活动的特征。     

全球变暖背景下气候内部变率导致热带辐合带移动的不确定性

基于两套模式的大集合试验结果,评估了气候内部自然变率对热带辐合带(ITCZ, Intertropical convergence zone)未来南北移动的影响。研究发现,模式间ITCZ的移动差异源自中高纬度的外强迫模拟差异,而气候内部变率主要通过热带过程调控ITCZ的位置变化。在通用地球系统模式大集合(Community Earth System Model Large Ensemble, CESM-LE)试验中,厄尔尼诺-南方涛动(El Ni■Oscillation, ENSO)振幅变化的自然变率会通过中等和极端厄尔尼诺降水的非线性信号调制ITCZ的移动幅度,而在MPI-GE(the Max Planck Institute Great Ensemble)试验中,ITCZ的位置变化主要与大西洋海温梯度信号异常有关,相较而言ENSO振幅对ITCZ的影响很有限。总体而言,全球变暖背景下由于内部自然变率引起的ITCZ南北移动不确定性幅度能解释未来预估模式间的差异约为20%,但对ITCZ移动的模拟不确定性有贡献。     

2018年盛夏副热带高压极端偏北的原因分析

2018年盛夏辽宁的阶段性高温与副热带高压(简称"副高")的极端偏北有关,利用1981—2018年NCEP/NCAR再分析资料、ECMWF再分析资料和中国地面气候资料日值数据集(V3.0),主要以候的时间尺度,从大气环流异常的形成及其原因进行分析,解释了2018年盛夏副高极端偏北的原因及影响机制。结果表明:影响副高位置偏北的因素主要有三方面。一是来自欧洲上空的高压脊发展并东移,与副高断裂开的一支结合,使得副高北移;二是南半球冷空气活动,导致向北的越赤道气流加强,从而造成赤道辐合带(intertropical convergence zone,ITCZ)北移,进一步引起副高北移;三是由于青藏高原东部感热增强,其上升气流经由一候到两候的时间在辽宁和渤海地区下沉。三方面因素的共同影响造成了副高位置的极端偏北。     

热带大洋春季海气耦合模态及其与ENSO的关系

在北半球的春季,热带三大洋的海洋–大气系统年际变化会对同期太平洋厄尔尼诺–南方涛动(ElNi?o-Southern oscillation,ENSO)产生响应,同时也能通过区域海洋–大气耦合过程影响ENSO的发展。基于国际公开使用的海表温度资料和降水资料,通过联合正交经验分解方法分析,可以发现全球大洋春季存在两种显著的海气耦合模态。第一模态表现为:在热带中东太平洋,海表温度增暖、降水增多;在热带大西洋和热带印度洋,降水呈现经向偶极型分布以及跨赤道的海表温度梯度异常;即伴随ENSO在春季消亡期的空间型态,大西洋出现经向模态,印度洋出现反对称模态。第二模态表现为:太平洋经向海表温度和降水模态,即太平洋经向模态。回归分析结果表明, ENSO盛期的大气环流调整引起了热带大西洋和印度洋降水辐合带异常,并通过海面风场异常激发海盆内部的海洋–大气反馈,引起春季经向模态。进一步研究发现,冬、春季大西洋和印度洋热带辐合带分别位于赤道以北和以南,导致两个海盆经向模态的降水异常相对赤道呈反对称分布。在春季,太平洋经向模态的暖中心延伸到赤道上,引起西风异常,为后续El Ni?o的发展提供了有利条件。文章揭示了...     

ENSO非对称性对热带降水的影响研究

利用1966—2015年多种海气资料,分析了热带太平洋海域的ENSO非对称性表现,结果表明:在赤道东太平洋,ENSO暖事件强度大于ENSO冷事件,而在赤道中、西太平洋上与之相反,即在振幅强度和发生位置上存在不对称。研究还发现,在厄尔尼诺年的冬季,热带印度洋-太平洋海域整体上呈现出"正-负-正"的降水异常分布形势,而在拉尼娜年冬季,则呈现出"负-正-负-正"的降水异常分布形势,并且,降水距平的正负异常中心在厄尔尼诺年与拉尼娜年冬季存在纬向不同程度的偏移,表现出ENSO冷暖事件年冬季降水异常的非对称性。通过定量计算降水对热带海域的贡献,得到赤道中太平洋的降水量主要来源于厄尔尼诺年,赤道东太平洋的降水则主要来源于拉尼娜年,而热带印度洋及赤道西太平洋的大部分降水由中性年贡献。此外,对热带印度洋-太平洋划分厄尔尼诺强度与热带降水线性与非线性区域,发现在赤道西太平洋和赤道中太平洋及其偏东区域线性关系较为明显。     

1985年盛夏强和弱辐合带的热带大气环流特征

本文运用90—180°E热带地区的多种月平均资料及恢平均资料,对1985年7月弱辐合带和8月强辐合带的热带大气环流特点作了分析。得到:强辐合带时,对流层低层来自南半球的越赤道气流范围广、强度强,南亚西南季风强,辐合带位置偏北且辐合强,西北太平洋台风发生的主要地区海平面气压月距平为负值区及微弱正值区;对流层上部从北半球向南半球的越赤道气流也强,且南风分量在垂直方向上自下而上递减,200hPa上强烈辐散处的下方为低空辐合带,对流层上部槽（以下简称TUTT）的位置较常年偏北、偏西。弱辐合带时的情况则相反或有着很大不同。     

北太平洋热带辐合带区上升运动的季节和年际变化特征

本文利用NCEP/NCAR再分析资料研究北太平洋热带辐合带区上升运动(ITCZω)强度和位置的垂直结构及其季节和年际变化。结果表明,气候平均态下西(东)ITCZω在高(低)层最强,低(高)层最弱,其位置随高度不变(偏北)。西ITCZω在8月最强,9月位置最北,2月最弱,位置最南;东ITCZω在8、9月最强,9月最北,2、3月最弱,位置最南,但中、高层的ω在11月也很弱。ITCZω强度最强(弱)的时间一般与位置的快速北跳(快速南撤)的时间相对应,并且有位置变化超前强度变化的表现。通过对ω气候值和异常值的经验正交函数分解,发现气候值EOF第一模态能很好的反映ITCZω的基本气候状态,具有准半年周期,第二模态反映了ITCZω的季节变化特征;异常值EOF第一模态空间场呈现东西反位相的特征,时间序列的功率谱分析最明显的周期为4.8 a。西ITCZω强度在厄尔尼诺年偏弱,拉尼娜年偏强;东ITCZω位置在厄尔尼诺年偏南,拉尼娜年位置则偏北。总体上ENSO事件对东ITCZω位置影响较大,而对西ITCZω强度影响较大。     

西北太平洋热带辐合带三维结构分析

本文用格点风资料分析1978年7月和10月热带辐合带(ITCZ)强盛时期的结构。发现ITCZ上散度、垂直速度的分布是不均匀的,其分布与云场紧密相关。进一步指出,在经圈平面上,ITCZ云区上空有上升运动,上升气流分别向北到达副热带下沉,向南到达赤道缓冲带下沉。在ITCZ南侧西南季风云系上空也有上升运动,而沿ITCZ方向上,在云区上空为上升运动,而无云区上空为下沉运动。 最后,给出ITCZ的三维结构模型图。     

气候模式中海洋数据同化对热带降水偏差的影响

本文采用海洋卫星观测海表温度(SST)和海面高度异常(SLA)数据,对国家海洋局第一海洋研究所地球系统模式FIO-ESM(First Institute of Oceanography Earth System Model version 1.0)中海洋模式分量进行了集合调整卡尔曼滤波(EAKF)同化,对比分析了大气环流、湿度和云量对海洋数据同化的响应,探讨了海洋同化对热带降水模拟偏差的影响。结果表明:海洋数据同化能有效改善海表温度和上层海洋热含量的模拟,30°S~30°N纬度带内年平均SST的绝均差降低60%。同化后大气模式模拟的赤道两侧信风得到明显改善,上升气流在赤道以北热带地区增强而在赤道以南热带地区减弱,热带降水模拟的动力结构更为合理,水汽和云量分布也更切合实际。热带年平均降水的空间分布和强度在同化后均得到改善,赤道以南的纬向年平均降水峰值显著降低,降水偏差明显减小,同化后30°S~30°N纬度带内年平均降水绝均差降低35%。     

全球变暖不同阶段热带辐合带的移动及其与大气能量输送的关系

基于第五次国际间耦合模式比较计划(The phase 5 of the Coupled Model Intercomparison Project,CMIP5)中在4.5 W/m^2的典型浓度路径(Representative Concentration Pathway,RCP4.5)试验结果,本文通过能量框架分析方法研究了全球变暖不同阶段热带辐合带(Intertropical Convergence Zone,ITCZ)的南北移动及其主要机制,发现在温室气体持续增加的海洋快响应和温室气体达到稳定后的海洋慢响应两个阶段,ITCZ的移动都和跨赤道的大气能量输送(Atmosphere Heat Transport,AHT)变化显著相关,但两者变化的原因在两个阶段中是不同的。在快响应阶段,ITCZ位置的移动以及跨赤道AHT受大气层顶(Top of the Atmosphere,TOA)的能量变化驱动,主要与南大洋云短波辐射响应、北半球中高纬度云和地表的短波辐射响应有关,气溶胶减少引起的辐射响应变化使得ITCZ在大多数模式中表现出向北移动的特征。在慢响应下辐射强迫保持稳定,ITCZ在大多数模式中表现出向南移动的特征。这一时期ITCZ的移动由大气表面能量通量变化驱动,主要与潜热通量变化的南北半球差异有关。全球变暖不同阶段ITCZ移动与大气能量输送变化的关系差异反映了海洋对于气候变化的重要调控作用。     

南沙海区夏季风期间西南大风的统计分析

通过对南沙永暑礁夏季观测资料的统计分析，发现了南沙海区西南大风产生的基本规律，通过分析南沙西南大风与南海和西太平洋热带气旋、辐合带、赤道高压、西南低压、孟加拉湾季风槽、越赤道气流、东风急流等天气系统的关系，得出了几点结论：( 1 ) 10°N 以北南海有热带气旋活动或南海 ITCZ 上的扰动不断加强，作为西南入流气流的通道，南沙海区一般可出现西南大风；( 2 ) 西太平洋台风西移到 125°E 以西，纬度在 15°N～25°N 之间，继续靠近南海且有台风槽向南海伸展时，南沙海区将出现西南大风；( 3 ) 西南低槽的南压加强再结合赤道高压的加强可使南沙海区产生大风；( 4 ) 孟加拉湾低槽前的西南风向东扩展且纬度较低时，南半球低空越赤道气流逐渐加强时以及南海南部高空东风明显增强时，南海可出现西南大风；( 5 ) 只要有以上 4 种形势中的任一种形势出现，再加上观测到云图上南沙海区附近有明显成片的对流云发展时，即可预报南沙有西南大风，其平均风力一般 6 ～ 7 级，阵风 8 ～ 10 级。     

福建省后汛期旱涝与大气环流和海温的关系研究

利用NCAR/NCEP再分析资料和福建省47个站的降水资料,分析福建后汛期典型旱涝年份的大气环流和海温场特征,探讨福建后汛期降水异常的可能机理。结果表明：福建典型旱涝年份大气环流和北太平洋海温距平场存在明显差异;福建夏季降水的丰欠,主要取决于西太平洋副高的强度、分布以及南侧热带辐合带活动情况;赤道附近海温距平差异以及邻近海域黑潮区的海温距平差异,也是造成福建后汛期降水异常的原因。     

太平洋次表层海温异常年际变率的信号通道与ENSO循环

利用SODA海洋同化资料,分析了太平洋次表层海温异常(SOTA)年际信号变异特征与ENSO循环的联系。结果表明,热带太平洋的年际变率表现为以160°W为纵轴的东西向和以6°—8°N为横轴的南北向的跷跷板分布,南太平洋和北太平洋中高纬度海洋的SOTA则与热带西太平洋SOTA同号,但强度较弱,这些变化都与ENSO事件密切相关,是ENSO事件的两个主要模态,具57和44个月显著周期。ENSO循环期间,热带西太平洋SOTA强信号中心沿赤道东传,到达赤道东太平洋后加强并北扩,导致ElNi?o或LaNi?a事件,同时从热带西太平洋有较弱SOTA信号向东北和西南传播,在南、北太平洋中高纬度海域产生弱SOTA;同期位于热带东太平洋反号的SOTA强信号中心沿10°—15°N(平均12°N)西传,至热带西太平洋后加强并南扩,为下次LaNi?a或ElNi?o事件准备条件,同时在北太平洋中高纬度海洋还存在着反号弱的SOTA。如此周而复始,完成ENSO循环。太平洋次表层海温年际变化信号除在赤道及以北的热带太平洋存在一个逆时针方向的传播通道外,同时在热带西太平洋有异常信号向南、北太平洋中高纬度海域传播,并指出ENSO循环期间太平洋次表层海温异常年际变率信号传播的可能通道。     

东南印度洋海温变化对我国东部夏季降水的影响

利用区域气候模式RegCM3对东南印度样海温变化对我国夏季降水的影响进行了模拟研究,结果表明:热带东南印度洋海温异常通过影响东亚大气环流和105°E附近越赤道气流,对南海夏季风爆发产生影响。热带东南印度洋海温异常对我国夏季降水影响显著,特别是长江中下游及黄淮地区的降水,与东南印度洋海温分别呈现出正相关及负相关的关系。     

热带辐合带与南海气候

统计分析最近11a资料，得出热带辐合带(ITCZ)各月都有，其纬度以2月最低，8月最高。850hPa的ITCZ比500hPa明显偏多，尤其在冬季，更足偏多一倍以上，ITCZ对南海气候影响显著，主要表现在南海热带气旋的纬度和个数与500hPa ITCZ的纬度和频率着着一致的逐月变化趋势；南海各站的降雨、相对湿度和温度与850hPa的ITCZ关系密切。     

2017年7-10月西北太平洋TC生成异常特征及成因分析

利用CMA-STI热带气旋最佳路径数据集和NCEP/DOE再分析资料,对2017年7—10月西北太平洋热带气旋(TC)生成异常特征及大尺度环流成因进行了分析。结果表明:(1)2017年7月西北太平洋TC生成个数异常偏多、生成时间集中,7—10月TC生成位置异常偏西;(2)西北太平洋副热带高压7月下旬持续减弱东退和20～60 d季节内振荡异常活跃是该时期西北太平洋TC频繁生成的重要原因;(3)西北太平洋上空大尺度环流异常造成了2017年7—10月西北太平洋TC生成位置偏西。西北太平洋中、东部海域为强盛副高控制,但在南海至菲律宾以东洋面季风槽活跃,该海域对流层低层形成气旋性涡旋、高空散度和低层涡度大、垂直风切变偏小、对流层中层湿度大。而西太平洋越赤道气流与西北太平洋上空大尺度环流一致变化,越赤道气流偏弱,仅有位于105°E的越赤道气流较强,使得西北太平洋上空利于TC生成的环流西移;(4)受La Nina事件发展影响,赤道太平洋出现东风异常以及Walker环流异常偏西,使得与TC生成有关的大尺度辐合中心西移,造成TC生成位置偏西。     

热带西太平洋表面风场的变化及其对海洋上部热结构的影响

据1962～1980年逐月平均表面似风应力资料,用调和分析及功率谱分析等方法分析了热带西太平洋表面风场的季节变化和年际变化.结果表明,该海区表面风场的季节变化,主要与热带辐合带(ITCZ)的季节位移有关,其年际变化则有明显的与埃尔尼漆南方涛动现象(ENSO)相对应的变化.且表面风场通常比ENSO有超前的异常变化.文中还初步探讨了表面风场变化对海洋次表层热结构的影响.结果表明,表面风应力涡度引起的埃克曼抽吸作用(Ekman pumping)可近似解释该海区温跃层深度的平均季节变化.该海域赤道附近表面纬向风应力的变化与西太平洋暖水区体积变化之间有较密切的关系.     

季风转换期印度洋经向热输运的年际变异及其机理

本文采用SODA3.4.2再分析数据和POP2海洋模式研究了季风转换期间（春季和秋季）热带印度洋经向热输运异常（Meridional Heat Transport Anomaly, MHTA）的年际变异特征。春季MHTA存在两个主要模态,即一致模态和辐合辐散模态:一致模态表现为热带印度洋上层一致的向北输运,受热带印度洋海温一致模相关的赤道反对称风场（赤道以北/南为东北风/西北风异常）调控;辐合辐散模态则呈现关于赤道对称的表层辐散次表层辐合特征,受控于赤道以南的热带西南印度洋和副热带东南印度洋海温偶极子。然而,秋季MHTA仅表现为辐合辐散模态,受到印度洋偶极子期间赤道东风和赤道外反气旋式风应力异常影响。此外,POP2敏感性试验也验证了印度洋海温模态影响下异常风场对MHTA的调控作用,即反对称的风引起一致向北的MHTA,赤道东风异常引起MHTA表层辐散、次表层辐合现象。因此,热带印度洋海气耦合模态年际变化对印度洋上层热量再分配有着重要的意义。