北半球夏季南极冰气候效应的数值试验

本文利用9层菱形截断15波的全球大气环流谱模式进行了7月份南极冰正常和无冰的对比试验,进而研究了南极冰的短期气候效应.结果表明:南极冰的移去首先在局地区域加热了低层空气,减弱了南极极涡,然后使中高纬度超长波发生变异尤其是使纬向3波增幅.超长波的异常引起东亚季风区低层越赤道气流加强,从而增强东亚季风环流,增大中南半岛到西太平洋的降雨量和相应的对流潜热释放,结果在北半球激发了一支从东亚到北美的二维Rossby波列,使北半球大气环流发生异常.文中对这一气候效应的动力学机制进行了讨论,并认为南极冰不仅是影响南半球     

北半球夏季位势高度场遥相关型的观测研究

本文利用点相关普查和经验正交函数展开分析了北半球夏季500hPa位势高度场的年际变化特征,指出在北半球夏季主要存在4种遥相关型,它们分别被称作亚洲/北美型、欧亚型、东北太平洋型和北美/西欧型.其中前两种遥相关型和东亚夏季大气环流年际异常有直接的联系.北半球夏季遥相关型的揭示对于研究东亚大气环流年际变异的机理及其预报有参考价值.     

CAM3.0模式中东亚气溶胶浓度变化的直接效应及全球海面温度年代际变化对东亚夏季降水的影响研究

利用CAM3.0气候模式模拟研究东亚地区气溶胶浓度增长以及1976/1977年前后发生的海温年代际变化对东亚夏季降水场的影响及其机制。采用四组试验:即对东亚区域(100~150 °E,20~50 °N)分别进行的单独加倍黑碳气溶胶浓度、单独加倍硫酸盐气溶胶浓度、同时加倍这两种气溶胶浓度的三组关于气溶胶直接气候效应的试验及全球海温在1976/1977前后发生变化的海温年代际变化试验,来比较、探讨海温年代际变化和东亚地区气溶胶浓度增加对东亚夏季降水的影响机制。结果表明,无论是海温年代际变化还是各种气溶胶的浓度加倍,都能导致我国出现长江以北地区降水减少-东南沿海地区降水增加的“南涝北旱”的降水异常分布型。但两者在洋面上空降水的迥异表现及东亚低层风场的不同变化,显示其具有不同的异常降水机制。比较三类气溶胶浓度增加的试验结果发现:在单独硫酸盐气溶胶浓度增加试验中,东亚中部出现最显著的中下层大气降温、异常下沉气流以及降水减少;而在黑碳气溶胶试验中,出现在东亚中部的异常下沉气流强度减弱且位置偏南;在同时增加两类气溶胶浓度时,降水异常分布与单独黑碳气溶胶浓度增加所导致的降水异常相近,但强度减小。      

Remote forcing of Indian Ocean warming on Northwest Pacific during El Niño decaying years: a FOAM model approach

This paper attempts to analyze in detail the remote influence of the Indian Ocean Basin warming on the Northwest Pacific (NWP) during the year of decaying El Niño. Observation data and the Fast Ocean-Atmosphere coupled Model 1.5 were used to investigate the triggering conditions under which the remote influence is formed between the positive sea surface temperature (SST) anomaly in the North Indian Ocean and the Anomalous Northwest Pacific anticyclone (ANWPA). Our research show that it is only when there is a contributory background wind field over the Indian Ocean, i.e., when the Indian Summer Monsoon (ISM) reaches its peak, that the warmer SST anomaly in the North Indian Ocean incites significant easterly wind anomalies in the lower atmosphere of the Indo-West tropical Pacific. This then produces the remote influence on the ANWPA. Therefore, the SST anomaly in the North Indian Ocean might interfere with the prediction of the East Asia Summer Monsoon in the year of decaying El Niño. Both the sustaining effect of local negative SST anomalies in the NWP, and the remote effect of positive SST anomalies in the North Indian Ocean on the ANWPA, should be considered in further research.     

全球海洋环流模式中上层海洋对表面强迫的响应和调整Ⅰ.年际变率

利用一个较高分辨率的全球海洋环流模式在COADS 1945～1993年逐月平均资料的强迫下对海温和环流场进行了模拟试验,研究了全球热带海洋(主要是热带太平洋)海温和环流场的年际变化特征及模式ENSO冷暖事件演变的控制机理.结果表明,模式成功地再现了和观测一致的海温和环流的年际变化以及ENSO演变特征.其中热带印度洋年际SST变率的主要模态表现为与ENSO相联系的海盆尺度的一致性增暖或变冷现象,次级模态为热带印度洋偶极子模态;热带大西洋的SST年际变率表现为类ENSO的年际振荡现象.在热带太平洋,SST年际变化主要表现为ENSO型,环流的年际变率表现为与ENSO相对应的热带海洋质量循环圈的年际异常.对应于暖(冷)事件,前期赤道海洋垂直环流圈显示出减弱(增强)的特征.其中南赤道流异常的位相较Nino3区海温总体要超前5个月左右的时间;赤道上翻流异常的位相在表层要超前4个月,并随时间由上至下扩展;赤道潜流的异常则显示出东传特征,其中最早的较为显著的异常发生ENSO成熟前3个月180°附近.在模式ENSO冷暖事件的演变过程中,次表层海温异常沿赤道的东传起了关键作用,模式的ENSO模态主要表现为"时滞振子"模态.     

华南前汛期降水异常与太平洋海表温度异常的关系

利用近50年华南地区站点逐日降水观测资料和全球大气、海洋分析资料,分析了华南前汛期降水异常的变化特征及其与太平洋海温异常的联系.结果表明,近50年来华南前汛期降水总体呈现减少趋势.影响华南前汛期降水异常的太平洋海温异常型是一个类似于ENSO的西太平洋暖池模态,即显著海温异常区域位于西太平洋暖池.西太平洋暖池区域(120°E-180°E,20°S-20°N)前期冬季海温异常同华南前汛期降水存在显著的负相关关系,是具有预报意义的海温关键区.该关键区海温异常影响华南前汛期降水的可能物理过程是:当前期冬季暖池异常偏暖时,菲律宾周围地区对流活动加强,导致Walker环流及东亚太平洋中低纬局地Hadley环流增强;该异常通过影响东亚－太平洋遥相关波列,使前汛期期间西太平洋副高加强西伸,脊线位置偏北,同时副热带西风急流减弱北退.随着Hadley环流上升支的增强,东亚副热带地区下沉运动也增强了,华南地区对流活动受到抑制.而且由于副高的增强,经过其北侧向华南地区的西南水汽输送辐合也减弱了,因此前汛期降水偏少.冷海温年的情形则相反,华南前汛期降水偏多.近50年来华南前汛期降水总体呈现趋势性减少正是由于前冬西太平洋暖池趋势性增暖所致.     

影响中国夏季降水的前冬北半球中高纬大气环流年际变异主模态

本文利用观测和再分析资料,通过奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)分析,发现北极涛动(Arctic Oscillation, AO)是显著影响中国夏季降水年际异常的前冬中高纬大气环流变异的主模态。AO在冬季发展成熟,在春季衰亡,在夏季发生位相反转。AO会导致华北、东北、长江中下游和华南夏季降水异常呈现三极型分布。伴随正位相的AO,在黄海至日本海上空的异常低压伴随的东北风异常引起华北和东北水汽通量异常辐散及降水减少,而西北太平洋的异常高压不仅增强其北侧的西南风水汽输送,和北部异常低压共同作用导致长江中下游水汽通量异常辐合及降水增加,而且使得华南水汽通量异常辐散,降水减少。因此,本文发现的前冬AO模态与我国夏季三极型异常降水分布的关系可为我国夏季旱涝预测提供一个重要的中高纬前期因子。     

马斯克林高压的变化及其与ENSO的关系

使用1948-1999年的NCEP／NCAR再分析月平均资料,根据气候平均高度场的演变特征,利用850hPa马斯克林高压的特征闭合等值线所包含的格点数定义了马高面积指数,通过分析马高面积指数揭示了马高的变化特征及其与ENSO的关系。结果表明：（1）马高虽然常年存在,但存在明显的季节变化,北半球夏季最强,冬季最弱,由冬到夏的突然增强过程主要在5～7月,由夏到冬的减弱过程主要在8～11月;（2）马高的面积变化在整个时段内存在16a左右的周期,在1965年前有8a左右的周期,在1967年后有3～5a的周期,特别是在1990年代以后3～5a的周期更显著;（3）在年代际时间尺度上,马高面积在1976年有一个明显的跃变,1976年之前马高偏弱,1976年之后马高增强;（4）马高变化与ENSO有明显的对应关系,当厄尔尼诺发生时,马高增强,反之减弱。马高与ENSO关系秋季最好,冬季次之,夏季最差。因此,ENSO是影响马高年际变化的一个重要因子。     

我国南方暴雨一些气候特征的统计分析

根据我国南方59个气象观测站1958～1995年月暴雨日数资料,应用三维经验正交函数分解(EOF3)和小波分析方法,研究了暴雨的主要分布类型、季节变化特征、年际变化和年代际变化规律.结果表明:我国南方暴雨的总趋势是略有增加,但幅度很小;年际变化存在32年、10年、5年和2～3年左右的周期震荡;年代际变化规律是:20世纪50年代末～60年代约10年周期较为清楚,70年代5年周期最强,80～90年代中期10年左右周期最明显,而且比50～60年代要强得多,此外80年代3年左右周期也较明显.我国南方暴雨季节变化显著,4～10月为多暴雨季节,最多的月份出现在6月.暴雨最活跃区域的年变化不大,均位于华南地区,虽然长江流域和黄淮地区是分别对应于梅雨和华北雨季中的多暴雨区域,但是其最大中心值没有超过华南地区.我国南方暴雨、雷暴和冰雹的气候特征,在总趋势、空间分布、季节变化、年际变化和年代际变化方面均存在明显的差异,表明了这3类对流性天气形成物理机制的复杂性.     

全球大气季节平均热源的三维分布——非绝热加热与瞬变加热之对比

利用1958—2001年ERA40逐日大气再分析资料,使用热力学方程剩余项法计算和对比分析了全球大气季节平均非绝热加热和瞬变加热的四季气候平均三维分布。结果表明,全球大气非绝热加热主要为热带强大深厚对流性热源、中纬度浅薄热源以及副热带和高纬度的深厚性热汇,热带热源总是向夏半球偏移,但中纬度热源和高纬度热汇在冬半球偏强。全球大气瞬变加热的三维分布主要表现为:副热带热汇-中高纬度热源的南北偶极型和中纬度低层热汇-高层热源的高低层偶极型,该分布型导致瞬变热源具有从高纬度低层向中纬度高层的倾斜结构。瞬变加热与风暴路径密切相关,冬半球风暴路径的瞬变活动强,因而其瞬变热源和热汇也强,而夏半球则相对弱。瞬变加热在北半球具有位于大陆东部和大洋西部的区域性特征,而在南半球具有纬向带状分布,尤其在冷季时南太平洋瞬变热汇和热源带出现分离现象。瞬变加热在全球大部分区域对非绝热加热起减弱抵消作用,但在中纬度对流层中高层起支配性作用。因此,大气瞬变活动帮助高纬度和中纬度中高层大气获得更多的热量,从而对非绝热加热造成的大气热量进行空间上的重新分配。