一个海洋-大气-动态植被耦合模式评估——海洋环流模拟

利用中国科学院大气物理研究所（IAP）大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)的全球耦合模式(GOALS〖CD*2〗AVIM),进行了100年积分。利用后40年的结果对模式耦合植被动态过程（AVIM）前后输出的海洋物理场对比分析。结果表明：耦合AVIM后的模式可以合理地模拟全球海洋温盐环流的气候态、季节变化,可以改进模式的模拟效果,在一定程度上克服了耦合AVIM前模式的缺点,使模拟结果更接近实测。由于植被〖CD*2〗大气的双向作用,在季节变化的模拟中,9月的改进效果大于3月的,北半球大于南半球;对于年平均气候态,耦合AVIM后的模式结果在热带海区海表面温度（SST）的模拟效果得到了明显改善,尤其是赤道太平洋海区的海温偏低现象得到了改善;在年际变化的模拟中,改善了耦合AVIM前模式模拟的年际变化分布,加大了赤道太平洋的标准差的模拟,使得耦合AVIM后模拟的年际变化大于耦合前;增强了耦合模式对赤道太平洋ENSO的模拟能力,较耦合AVIM前的模式模拟出了更多的ENSO基本特征,也改善了耦合AVIM前ENSO变化周期偏弱、偏短的现象;同样改善了对气候系统中存在的相互作用的模拟,对于热带印度洋SST变化与赤道太平洋SST的相互关联的模拟中,更加真实地模拟出了气候系统中存在的相互关联关系,体现出了AVIM动态植被过程对气候耦合模式的改善。     

夏季南亚高压的一组环流指数及其初步分析

用NCEP／NCAR100hPa月平均位势高度场再分析资料定义了6、7、8月逐月南亚高压的面积（S）、强度（P）、中心位置（λc,φc）3种环流指数,求出了它们1948-2007年的60a序列。用它们对夏季南亚高压气候及异常特征作了初步分析,结果表明：（1）南亚高压6月气候强度最弱、面积最小,中心位于尼泊尔西南边界;7月最强、最大,中心位于巴基斯坦北部;8月较7月略减弱、减小,但较6月强、大,中心位于印度北部。（2）南亚高压各月强度、面积异常作年际准同步变化,故异常分析中P′可代表S′;P′有季内一致性,同年6、7、8月P′同号率达41／60。（3）南亚高压6、7、8月强度的慢变分量小波功率谱在20世纪70年代末前后均通过d=0.05的显著性检验,故P′存在显著年代际变化。（4）南亚高压历年各月的中心位置分布区域作准纬向分布,其经（纬）向延伸范围与该月气候强度成正（反）比;中心位置异常存在明显的年代际变化特征。     

2009年冬春之交长江中下游异常连阴雨过程分析

利用NCEP再分析资料和观测资料,对2009年2月14日至3月9日长江中下游地区出现的历史罕见的持续连阴雨天气过程发生时的环流形势和影响系统进行了分析。结果表明,伴随此次过程的异常环流特征为:(1)乌拉尔山阻塞高压偏强和维持,欧亚地区中高纬度大气环流经向度加大,造成冬季风偏强和冷空气活动频繁;(2)西太平洋副热带高压异常偏北以及青藏高原南缘的南支低槽系统活跃,使得西南暖湿气流北上与冷空气在长江中下游一带交汇产生降水;(3)切变线在长江中下游一带摆动,降水得以维持。另外,副高与南槽的西进和东退、北跳和南撤与四次降水过程完全吻合。这为认识这次过程成因及预测同类过程提供了参考。     

夏季南亚高压和印度低压环流指数及其与大气热源的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料计算了1950-2006年夏季(6-8月)南亚高压(SAH)和印度低压(IL)的面积、强度和中心位置指数,并定量分析了SAH、IL的气候和异常特征及其与亚洲季风区大气热源的同期相关关系,结果表明:(1)夏季SAH 7月最强、6月最弱,中心位置6月偏东南,7、8月偏西北;IL 7月最强,中心位置偏西。(2)SAH、IL的年际异常与亚洲季风区热源异常显著相关,但IL与热源的相关明显强于SAH。(3)青藏高原(下称高原)的影响主要表现在SAH、IL中心位置的经度指数异常与同期高原及亚洲内陆与东亚、东北亚间的热源异常型;SAH、IL中心偏东年,热源异常型为西正、东负。高原主体及其邻近地区的热源异常与SAH强度异常无显著相关,而与IL强弱呈显著正相关。     

中国冬季气温异常EOF分析的改进

采用站网均匀化订正方法处理了中国160站站网1951—2010年冬季（12月-次年2月）气温距平序列,订正后的序列较好地处理了由站网不均匀性引起的方差不均匀。对订正前、后序列分别作了EOF分析,结果表明：1）订正后序列的前2个典型场上的高绝对值区比订正前序列的前2个特征向量有更好的组织性,其高值区主要位于三北地区（西北、华北、东北）及青藏高原,与均方差场的高值区基本一致;2）订正前、后主要模态时间系数演变特征相似（rh≥0．886,h=^-1,2）,但订正后的前2个时间系数的线性分量和年代际变化分量对它们的方差贡献更加集中于第一模态;3）订正后资料EOF分析的第一个典型场和时间系数中的线性分量可以给出中国最近60a冬季主要强增暖区的分布;其年代际分量与分析期间中国强年代际变化分布区域的一致性也优于订正前资料的EOF分析结果。     

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。     

NCEP集合预报系统在亚欧和北美区域的预报效果对比

使用NCEP集合预报系统（EPS）输出的500hPa位势高度场预报资料和相应的NCEP／NCAR再分析资料,针对集合平均预报和概率预报,采用多种预报效果检验评价方法,对该系统在亚欧和北美区域的预报效果进行全面的分析比较。总体而言,NCEP—EPS对亚欧区域的环流集合预报效果不亚于其对北关区域的预报效果。1）ACC检验表明,亚欧区域的集合平均预报效果在除冬季外的三个季节都明显优于北美区域,可用预报的时效相差达0．6～1d,且夏季的差别最大。RMSE检验表明,亚欧区域的预报效果在四个季节里均优于北美区域。2）集合概率预报可靠性的季节差别不明显,均为预报时效较短（长）时,北关（亚欧）区域的可靠性更好。系统对亚欧区域的事件识别范围相对较小,但其预报可靠性较高,北美区域则正好相反。3）夏季亚欧区域的集合概率预报效果明显优于北美区域,秋季和冬季北关区域的预报效果较好,春季在预报时效小于5d时北美区域占优,而其后则是亚欧区域的预报分辨能力更好。     

热带月平均风场谱结构的傅立叶分析Ⅰ——气候风场分析

用风场傅立叶分析方案,分析了NCEP/NCAR再分析资料的热带(30°S~30°N)850、200 hPa气候风场V8 50、V2 00的谱结构,讨论热带风场定常波的成因,以弥补热带气候风场此类分析工作的空白。研究结果表明,(1)有低维、低阶特征,|m|=0,4-、0,3-波对月8 50、2 00的累积模方拟合率年均达90%、98%。(2)纬向平均分量0最重要,它对8 50、2 00的单波拟合率ρ0年均达52%、85%。850 hPa0主要由北、南半球的两支信风带构成,冬半球强、夏半球弱,轴线位置与所在半球Hadley环流中心对应;200 hPa0由强的外热带西风带和弱的内热带东风带构成。0的季节变化850 hPa层明显强于200 hPa,北半球明显强于南半球。(3)风场定常波的最大波分量全年两层均为|1|*,它对850*、200*的拟合率ρ|*1|年均达39%、55%;ρ|1|*作年双周振荡,北半球夏、冬季达极大,秋、春季达极小。次大波分量在北半球冬、夏季时同为3、2波,过渡季节也以3、2波为主(10—12月850*4波是例外)。(4)1、7月射出长波辐射定常波OLR*最大、次大波与同期V*相同,1月为1、3波,7月为1、2波;OLR*重要波分量上的极值区与*相应波分量散度场的垂直配置符合动力学原理。(5)7月青藏高原及以东以南的广阔区域,*的主要分量|1|*、|2|*同为下层辐合、上层辐散,1OLR*、2OLR*同为负值,是同纬度上最有利于降水和潜热释放的气候区。     

影响华北汛期降水的水汽输送过程

利用1951～2005年NCEP再分析资料和中国160站月降水资料,分析了华北汛期水汽输送的时空特征及其与降水的关系,发现不同水汽通道对华北降水的影响区域不同。华北的水汽输送也具有明显的年际变化,华北多雨年和少雨年的水汽通量分布有明显差异。EOF分析表明,在华北汛期多雨年,上述水汽通道有向华北地区的正异常水汽输送。华北汛期水汽主要来自亚洲季风水汽输送,其次是西风带的水汽输送,它们与降水具有相似的年代际变化。1970年代中期以后,季风的水汽输送显著减弱,西风带水汽输送的重要性相对增大,华北降水在1980年代初的突变与季风水汽输送1970年代中期的突变密切相关。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析Ⅱ:西太平洋副热带高压的特征

针对2008年初1月17～23日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。这次过程中：1）西太平洋副热带高压在其前期异常状态的基础上,在对流层低层演变为“内凹外凸”结构,并在我国长江中下游附近形成切变线,从而造成了这次雨雪过程;2）在对流层上层,源自北非的Rossby波能量在副热带和中纬度地区向下游频散,同从乌拉尔山地区向南频散出的Rossby波能量在帕米尔高原及中亚地区汇合,共同引起该地区气压槽的加深。它使对流层低层西太平洋副高在其西部向内凹陷。另一方面,在对流层中层,Rossby波能量沿副热带急流传播,最终引起西太平洋副高向西南方向伸展。西太平洋副热带高压的“内凹外凸”演变特征的主要原因是来自上游地区的Rossby波活动,并非热带西太平洋对流异常活动;3）亚洲北部冷高压沿高原东侧伸入我国东部地区是我国南方地区低温过程的主要原因。