长江三角洲城市群对夏季降水影响机制的模拟研究

利用耦合了单层城市冠层模型UCM的中尺度模式WRF,对长江三角洲城市群夏季城市化效应进行了5 a(2003—2007年)高分辨数值模拟,并作了长江三角洲地区有无城市的对比试验。结果表明,城市化使得长三角城市群及其邻近地区,夏季近地层水汽混合比呈明显减少趋势,而850~700 h Pa层的水汽混合比有所增大。通过对比有与无城市各等级降水日所对应的2 m水汽混合比,得出小雨降水日对应的2 m水汽混合比差异与总降水日对应的差异最为接近。通过分析环流场、散度场和垂直速度场发现,水汽混合比的垂直变化是由于城市群的存在使得近地层辐合、850~700 h Pa层辐散的配置增强,以及在城市群上空增强了的垂直上升运动,从而增强城区对流活动,水汽的垂直输送也更为活跃,由此可能导致对流性降水的增加。     

区域海气耦合模式对华北夏季大气水汽输送模拟结果的检验及其与单独气候模式的比较分析

将区域海气耦合模式RegCM3-POM和区域气候模式RegCM3 40年(1963-2002年)的模拟结果与NCEP/NCAR再分析资料进行对比,检验区域海气耦合模式对中国华北地区夏季大气水汽含量和水汽输送特征的模拟能力,比较耦合模式与单独区域气候模式的差异.结果表明,区域海气耦合模式RegCM3-POM的模拟性能相对于单独区域气候模式RegCM3,大气水汽输送特征的模拟能力有了较大的改进.分析显示两种模式都能够较好地再现东哑地区气候平均夏季大气水汽储量浅红和水汽输送的空间分布特征,而耦合模式对大气水汽输送的模拟更为合理.在对流层中低层更接近观测;耦合模式对中国华北地区夏季平均大气水汽输送通量在垂直方向卜的分布型及水平4个边界水汽输送收支的模拟,相对于单独大气模式有了一定的改进;耦合模式对伴随华北地区夏季早涝的大气水汽异常输送也具有较好的模拟能力,其模拟的水汽输送异常的来源与观测基本一致,尤其是在20°N以北地区,耦合模式结果相对于单独区域气候模式有了很大的改进.但同时耦合模式在低纬度海洋上对气候平均夏季大气水汽含量模拟的偏差比区域气候模式显著;与观测相比,耦合模式对来自孟加拉湾地区的大气水汽输送模拟偏弱,而对西太平洋副热带高压西侧水汽输送模拟偏强,与华北夏季旱涝相联系的水汽输送异常的模拟在低纬度海洋上也存在明显偏差.     

1998年南海季风试验期间海 气通量的估算

根据1998年南海季风试验西沙海面铁塔梯度观测资料，利用总体（Bulk）系数法和多层结通量廓线法对西沙海面的海-气通量进行了估算，得出两种方法估算的潜热通量、感热通量基本一致。总体系数法估算的潜热通量比多层结通量廓线法略大1～3 W·m-2，感热通量小0～1.5 W·m-2。一般而言，季风爆发期间潜热输送逐渐增加；季风爆发前期夜间潜热通量比季风爆发后期大；季风爆发后期，白天潜热通量明显大于爆发初期和中期。感热通量季风爆发前海面向大气输送，爆发后期大气向海面输送。动量通量和摩擦速度随风速增加。     

冬季200 hPa西太平洋急流异常与海表加热和大气瞬变扰动的关系探讨

使用ERA40和NCEP/NCAR再分析资料探讨了冬季200 hPa东亚沿海到太平洋上空西风急流(WPJS)异常与北太平洋冬季海表加热和天气尺度瞬变扰动异常的关系。研究表明,东亚—北太平洋中纬度地区冬季海气系统与天气尺度瞬变扰动活动有十分密切的局地空间匹配型。通过进一步的诊断分析发现,与冬季200 hPa WPJS 3种不同的空间异常型相伴随的北太平洋海表加热异常型和天气尺度扰动异常型也截然不同:第1种空间异常型的西风异常主要发生于日界线以东的中东太平洋上空,而WPJS主体处却没有显著的异常发生,此时,在赤道中东太平洋和北太平洋海盆中部地区有异常的海表加热,西风异常区的瞬变扰动也发生异常变化;第2种空间异常型表现为WPJS主体区西风急流强度的变化,并与黑潮表面加热异常以及WPJS出口处的瞬变扰动活动异常有密切关系;第3种空间异常型显示出WPJS的南北移动,它与以35°N为界的西北太平洋南部和北部海区海表加热异常的正负对比有关系,与此同时,瞬变扰动活动也存在相应的南北移动。一个可能的联系是海表加热异常与大尺度平均气流异常密切关联,从而改变了中纬度大气斜压性,由此导致了瞬变扰动异常,后者通过大气内部动力过程对冬季WPJS异常起维持作用。     

华南持续性强降水期间低频非绝热加热对低频环流的影响

利用站点降水资料和再分析资料针对华南地区5—8月的持续性强降水过程,分析了低频异常非绝热加热的时空分布特征及其对低频大气环流的可能反馈作用。得到如下结论:5—6月和7—8月华南持续性强降水期间10—30 d低频非绝热加热的演变特征有所不同,5—6月持续性强降水发生前低频非绝热加热大值区从30°N(107°—115°E)以北向南传播发展至华南地区,而在7—8月降水前非绝热加热大值区从中国南海中部向西北方向传播,并在降水最强盛期到达华南。异常环流型控制着持续性强降水的强度和位置,从而决定异常凝结潜热的演变特征。异常凝结潜热则是通过影响涡度倾向变化而对大气环流有一个反馈作用。对于发生在华南5—6月和7—8月的这2组持续性强降水过程,当降水处于发展阶段,在低频非绝热加热作用项和低频涡度平流项的共同作用下,华南上空中层存在显著的10—30 d低频正涡度倾向变化,有利于低频气旋式环流的进一步发展。非绝热加热作用项主要由加热率的垂直梯度决定,涡度平流项则与气候背景风场有密切关系。5—6月持续性强降水期间涡度平流项位于非绝热加热项东侧,而7—8月持续性强降水期间涡度平流项位于非绝热加热项北侧。在持续性强降水的衰亡期,由于非绝热加热项和涡度平流项转为负值,华南被负涡度倾向变化控制,低频气旋式环流迅速消亡。     

南海及邻近海区海况季节变化的模拟

文中使用改进的美国普林斯顿大学区域海洋环流模式 (POM)对南海及邻近海区海况季节变化特征进行了数值模拟 ,所得的主要结果与海洋观测及已有的一些研究结果相吻合。模拟结果表明 :1～ 1 2月 ,黑潮南海分支是南海北部的一支重要海流 ;黑潮右侧的大尺度反气旋性暖涡全年都存在。在所模拟的海区中 ,南海海区表层海流受季风影响最大 ,季节变化最明显示。改进的 POM对海温的季节变化特征也有较好的模拟能力 ,能再现西南季风爆发前后 ,南海及邻近海区表层海温的突增和暖水区的北推过程 ,以及东北季风开始前后 ,海温的下降过程。这为以后发展区域海气耦合模式奠定了基础。     

冬季东亚副热带急流与温带急流的比较分析：大尺度特征和瞬变扰动活动

使用ERA40再分析的月资料和逐日资料,从大尺度特征和瞬变扰动活动两个角度对冬季东亚副热带急流(EASJ)和东亚温带急流(EAPJ)进行了比较分析.结果表明,使用月资料分析的EASJ与EAPJ在高层风场上没有清晰的地理分界区,而使用逐日资料计算得到的冬季逐日急流发生数则以高原北部上空所处的纬度带为分界岭,存在两个急流中心集中区,分别对应于EASJ和EAPJ区域.通过分析东亚上空天气尺度瞬变扰动活动(STEA)表明,与强盛的冬季EASJ相伴随的是较弱的南支STEA,而与较弱的EAPJ相伴随的北支STEA却十分活跃,显示出EAPJ是与瞬变活动相伴而存的急流.进一步的诊断分析揭示了冬季东亚温带急流的两种主要异常模态,一种是EAPJ区域反气旋性/气旋性异常环流型,另一种是局地西风的减弱/增加.与第1种异常模态相关的北半球大尺度环流异常主要集中在欧亚中高纬地区,其形成受中高纬大气环流以及东亚上游大气环流异常的共同影响.当EAPJ局地西风减弱/增加时.EASJ东段至西太平洋上空的西风急流呈现出与之相反的变化型,北半球大气环流异常表现为大气遥相关的欧亚(EU)型.冬季EAPJ的两种异常模态还与东亚上空STEA异常密切联系,其中在北支STEA区域出现的瞬变异常以波列的形式沿STEA北支轴线传播到达东亚沿海上空,然后东传入洋面上空,而对于靠近STEA南支轴线的异常扰动活动则只能存在于东亚东部及其沿海上空的200 hPa层上.     

大气瞬变强迫对冬季西太平洋遥相关型影响

用NCEP/NCAR1948—2005年逐月和逐日资料,分别从天气尺度瞬变热力异常强迫和瞬变动力异常强迫两方面的作用着手,就大气瞬变异常强迫对冬季西太平洋遥相关(WP)型形成的影响进行了初步分析。通过分析表明,在对流层低层,天气尺度瞬变热力异常强迫对冬季WP型的形成主要起削弱作用,而瞬变动力异常强迫对WP型的形成没有明显的加强或削弱作用;在对流层中高层,瞬变热力和动力异常强迫都有助于WP型的形成和维持,而且瞬变动力异常强迫对WP型的形成和维持作用还存在南北非对称性的特点,即瞬变动力异常强迫对WP型的南北偶极子型中北区异常的形成和维持作用显著,而对WP型中的南区异常的形成作用不明显。研究还表明,天气尺度瞬变异常强迫对WP型形成的作用时间是次月尺度的。     

东亚高空温带急流区经向风的季节变化及其与亚洲季风的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料研究东亚高空温带急流的位置、强度、结构和季节转换特征及其与亚洲季风的关系,发现温带急流在300 hPa高度上最为明显,在风场分布上表现为全风速大值脊线延伸区和流线密集区,冬季主要活动于120°E以西的45°-60°N地区,在逐日风场上对应着急流发生频数的高值区域,并与副热带急流有清晰的分界.对比温带急流和副热带急流中的经向风强度发现,温带急流区的北风分量明显强于副热带急流中的南风分量,在温带急流的形成和季节变化过程中经向风分量起着重要作用.温带急流所在区域为对流层纬向温度梯度大值区,同时经向温度梯度也比较大,因而温带急流位于具有最大纬向温度梯度同时又有南北方向温度梯度这样一个特定的区域,从而形成了温带急流与副热带急流不同的结构特征和季节变化,而东亚地区海陆热力差异引起的温度梯度及其季节转换是引起温带急流季节变化的主要原因.此外,温带急流的强度与副热带急流位置之间具有协同变化关系,温带急流区经向风强度的季节转换时间与东亚大气环流的季节转换、亚洲夏季风爆发和江淮流域梅雨开始也有着密切关系,与中国东部地区冬季和夏季的降水之间具有显著的相关关系.从气候平均的角度来看,温带急流强度变化早于亚洲季风爆发和梅雨开始时间,因而对亚洲季风爆发和梅雨开始有预示作用.     

东亚—北太平洋大气环流和瞬变扰动的年代际变化

用NCEP/NCAR再分析资料,分析了东亚—北太平洋大气环流、大气斜压性和天气尺度瞬变扰动活动的年代际变化特征。东亚—北太平洋地区低层大气温度和比湿及高层的西风急流都存在明显的年代际变化。西风年代际异常与大气斜压性年代际异常之间有密切联系。夏季北太平洋北部到西伯利亚高原上空的天气尺度瞬变扰动活动年代际增强,但夏季低层瞬变热力和瞬变水汽强迫的年代际异常对北太平洋中纬度低层平均温度和比湿年代际异常的作用并不显著。冬季,西太平洋西风急流年代际增强与急流下方大气斜压性年代际增加相一致,使该地区瞬变扰动年代际增强,增强的瞬变扰动将更多能量传送给西风气流,巩固了西风急流的年代际异常。年代际尺度上冬季异常的瞬变热力强迫和瞬变水汽强迫对低层大气温度和比湿异常有显著的削弱作用。