基于MODIS资料的中国东部时间序列空气动力学粗糙度和零平面位移高度估算

空气动力学粗糙度和零平面位移高度是很多气候模型和陆面模式中的重要参数,采用气象学方法推导这两个参数对于大范围长时间序列的计算需要大量长期的野外观测,而遥感方法可以快速经济的提供大范围数据,在本研究中采用形态学模型,以MOD IS产品数据作为数据源,计算植被冠层面积指数,估算了中国东部2001—2003年归一化到植被高度的1 km空间分辨率时间序列空气动力学粗糙度和零平面位移高度,结果表明空气动力学粗糙度和零平面位移高度均存在季节变化特征,并对所采用的模型和参数估算的结果进行了讨论。     

淮河梅雨洪涝与西太平洋副热带高压季节推进异常

基于台站观测和卫星观测资料及再分析数据集,本文研究了6月淮河洪涝发生时中国东部降雨型及与雨带异常相联系的环流特征、环流的季节推进异常及其机理.结果发现6月淮河流域洪涝与亚洲环流和中国东部降水联合模态的第二模态密切相关.该模态在我国东部降水表现为以长江为界北增南减的“梅雨偶极型”分布,对应的低层风场呈现出倾斜的以台湾为界,以南西太平洋是异常气旋环流,以北为反气旋环流,即西太平洋副热带高压偏北,淮河流域上存在异常西南风;同时阿拉伯海上是异常反气旋,印度上空西风偏强、降水显著偏多.这些特征是东亚和西太平洋季风区季节推进超前的反映,且与前期春季澳大利亚东北向海域海洋热含量异常偏高显著相关.该关键区海洋热含量变化是太平洋热含量变化第一模态——三极型变化的一部分,即当菲律宾以东的西太平洋和澳大利亚东北向海域海洋热含量增加,赤道中东太平洋热含量减少.该三极型海洋热含量异常从春到夏信号稳定,它激发正感热加热异常控制菲律宾以东到夏威夷以北的广大热带—副热带西太平洋地区,其北侧黑潮延伸区为负感热区.两者共同作用激发出局地反气旋在北、气旋在南,使对流层低层西太平洋副热带高压偏北.因此春季三极型海洋热含量通过影响对流层低层西太平洋副热带高压异常北移对东亚—西太平洋季节推进提前和6月淮河梅雨洪涝发生起重要作用,可作为季节预测的前期因子之一.     

Seasonal evolution of subtropical anticyclones in the climate system model FGOALS-s2

The simulation characteristics of the seasonal evolution of subtropical anticyclones in the Northern Hemisphere are documented for the Flexible Global Ocean-Atmosphere-Land Systemmodel, Spectral Version 2 (FGOALS-s2), developed at the State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics, the Institute of Atmospheric Physics. An understanding of the seasonal evolution of the subtropical anticyclones is also addressed. Compared with the global analysis established by the European Centre for Medium-Range Forecasts, the ERA-40 global reanalysis data, the general features of subtropical anticyclones and their evolution are simulated well in both winter and summer, while in spring a pronounced bias in the generation of the South Asia Anticyclone(SAA) exists. Its main deviation in geopotential height from the reanalysis is consistent with the bias of temperature in the troposphere. It is found that condensation heating (CO) plays a dominant role in the seasonal development of the SAA and the subtropical anticyclone over the western Pacific (SAWP) in the middle troposphere. The CO biases in the model account for the biases in the establishment of the SAA in spring and the weaker strength of the SAA and the SAWP from spring to summer. CO is persistently overestimated in the central-east tropical Pacific from winter to summer, while it is underestimated over the area from the South China Sea to the western Pacific from spring to summer. Such biases generate an illusive anticyclonic gyre in the upper troposphere above the middle Pacific and delay the generation of the SAA over South Asia in April. In midsummer, the simulated SAA is located farther north than in the ERA-40 data owing to excessively strong surface sensible heating (SE) to the north of the Tibetan Plateau. Whereas, the two surface subtropical anticyclones in the eastern oceans during spring to summer are controlled mainly by the surface SE over the two continents in the Northern Hemisphere, which are simulated reasonably well, albeit with their centers shifted westwards owing to the weaker longwave radiation cooling in the simulation associated with much weaker local stratiform cloud. Further improvements in the related parameterization of physical processes are therefore identified.     

副热带高压气候动力学研究回顾

基于早期副热带高压气候动力学的研究,本文重点介绍了近10 a在南亚高压和西太平洋副热带高压形成和变异机理方面的动力学研究,包括南亚高压的建立和维持机理、副热带高压的季节变化、年际—年代际变化和未来预估,最后讨论了需要进一步深入研究的方面。     

近期青藏高原对亚洲气候影响的动力学研究进展

总结回顾了近年青藏高原影响的气候动力学研究。青藏高原在不同季节对气候的影响具有的不同特性:(1) 冬季高原为弱冷源的特征;(2) 春季高原与环流的相互作用使中国南方盛行西南气流进而形成江南春雨,在从冬到夏的季节推进过程中,青藏高原还调控南亚-印度洋海陆气相互作用,激发孟加拉湾季风爆发性涡旋,促使孟加拉湾季风在高原东部爆发;(3) 夏季斜坡上的感热加热形成高原感热气泵,与海陆热力对比共同作用,控制南亚季风和东亚季风;(4) 在年际和年代际时间尺度上,冬季热源异常是北半球大气环流变化的结果,同时对中国南方持续性异常雨雪事件产生影响;在春夏季节,高原热力强迫的变化强烈地影响环流和亚洲气候。其中青藏高原表面感热通量和其上空大气热源在春季和夏季呈减弱趋势在近30年逐渐减弱,影响到中国近几十年夏季季风和雨带分布。最后提出青藏高原影响研究的气候动力学面临的科学问题。      

孟加拉湾季风爆发对南海季风爆发的影响Ⅱ:数值试验

通过数值试验研究了孟加拉湾季风爆发期间该地区旺盛的对流凝结加热对南海季风爆发和副热带高压“撤出”南海的影响,结果证明在孟加拉湾地区引入模拟的对流凝结潜热使该地区出现了强烈的上升运动,引起了孟加拉湾季风的爆发。同时由于对凝结加热的非对称Rossby响应,在南海北部导致西风出现和增强及垂直上升运动。因低层水汽平流的共同作用下,在南海北部引起了对流的发展。而正是南海北部的凝结加热促使南海地区温度经向梯度逆转,使副热带高压脊面的倾斜从冬季型转为夏季型,即低层的副热带高压减弱南移。最后当对流在南海地区发展起来时,副热带高压移出南海地区。     

大尺度海气相互作用中SST演变的数值模拟

本文研制了一个全球浅水耦合海气模式。模式海洋部分包含了关于海表温度的热力学方程;大气部分是球坐标下有地形的正压模式。大气受到来自海洋加热的强迫,驱动海洋的风应力与大气模式的风速成正比。以气候实时资料作初始场所做数值积分,结果显示西太平洋暖水地及赤道东太平洋冷舌的范围与形状能较正确模拟。海洋模式部分线性化与非线性化的对比试验,表明随时间增加,两者海温差异逐渐加大,且中、高纬的差异大于低纬。非线性项在中、高纬的作用不可忽视。混合参数试验指出预报的结果对参数的选择很敏感。     

涡旋发展和移动的动力和热力问题Ⅰ:PV-Q观点

基于从三维埃尔特尔位涡（PV_e）方程推导出的垂直涡度的拉格朗日变化方程,从位涡和非绝热加热（PV-Q）的观点研究涡旋的发展和移动,阐明了涡旋中非均匀的非绝热加热在垂直和水平方向的非对称分布对涡旋发展和移动的影响。应用得到的理论结果分析了2008年7月下旬一次青藏高原低涡的发展和移动过程,该低涡形成于青藏高原中西部,东移滑山青藏高原然后继续东移,给四川盆地和长江中下游带来强降水。低涡的垂直涡度发展可分解成由非绝热加热、位涡水平分量（PV₂）和静力稳定度（θ_z）变化引起的3个部分。结果表明,在大多数情形下,非绝热加热对垂直涡度发展起着主导作用;其次是位涡水平分量（PV₂）变化的作用;当稳定大气变得更稳定时θ_z变化起负作用,当大气趋向中性层结时θ_z变化则起正作用。2008年7月22日06—12时（世界时）,当青藏高原低涡沿着四川盆地东北边的斜坡爬升时,低涡加强主要是由位于涡旋东边的强降水凝结潜热加热引起的。非绝热加热的垂直梯度在非绝热加热的最大中心的下（上）层产生正（负）PV_c制造,正的PV_e制造不仅加强低层涡旋的发展,而且,增强涡旋的垂直范围。非绝热加热的水平梯度对位涡变化的影响取决于加热中心处的水平风的垂直切变,其在该水平风的垂直切变的右（左）边产生了正（负）的PV_e制造。水平风的垂直切变的右边的正PV_e制造不仅加强了该处的垂直涡度,而且,影响着低涡的移动方向。这些诊断结果证实了PV-Q观点的理论结果。     

热带西太平洋海面高度变化与华南3—4月降水异常的关系

随着海洋观测技术的进步,新的海洋数据在大气海洋研究中得到应用。卫星海面高度观测反映了海洋的热力及动力状况,是海洋状况的重要指标。利用多颗卫星观测融合的海面高度异常（Sea Level Anomaly,SLA）资料分析了海面高度异常与华南前汛期3—4月降水异常的关系。结果表明,从气候状况而言,华南前汛期3—4月降水的主要影响系统为西太平洋副热带高压（简称西太副高）,其外围的西南气流为华南提供充足的水汽输送;年际尺度,华南前汛期3—4月降水指数与850 hPa等压面上100~140 °E范围内的副高脊线的南北位置为显著负相关关系,与青藏高原东南侧（105~115 °E,20~25 °N）的西南风为显著正相关关系。利用大气向外长波辐射（OLR）及再分析资料的分析表明,西南太平洋（150 °E~170 °W,10~5 °S）的海面高度异常将引起菲律宾以东广大洋面上OLR异常及相应的潜热释放异常,当这一海域的海面高度偏高时,西太副高位置较常年偏北,青藏高原东南侧西南风将偏弱,不利于向华南地区的水汽输送及辐合,华南降水偏少。      

青藏高原调控区域能量过程和全球气候的机理

本文总结了中国国家自然科学基金委重点项目“青藏高原调控区域能量过程及其影响机理”的研究进展。着重阐明了春夏季伊朗高原和青藏高原(TIP)地表热通量特征及变化原因、TIP上空独特的水汽、云宏观和微观垂直结构,以及降水和云辐射效应;在夏季两个高原地区的感热加热存在相互影响和反馈,形成观测到的加热与大气垂直环流之间的准平衡耦合系统,由此提出了TIP系统(TIPS)的概念;项目还从天文和水文的角度佐证了TIPS对亚洲夏季风的影响,揭示TIPS导致上对流层暖、下平流层冷的南亚高压的形成机理及TIPS影响北半球环流和印度洋海气相互作用的物理过程;揭示TIPS系统对南亚高压年际变化的影响,提出高原位涡强迫激发中国东部激烈天气过程的一种新机制。此外还揭示了CMIP5模式对高原表面温度模拟存在冷偏差的原因和其中的物理过程,这是大气环流与冰雪反照率的动力耦合的结果。