大气科学研究的一个前沿领域───气候系统动力学与气候预测

从气候环境的变化及其对工农业和人类生活的影响论述了气候系统动力学和气候预测研究在地球科学中的地位和作用，指出气候系统动力学与气候变化预测是当今大气科学的一个重要前沿研究领域；并从气候系统及其各子系统的相互作用论述了气候系统动力学与气候预测的研究对象和主要研究内容；此外，还从当今气候和环境科学发展的趋势和特点指出气候动力学研究应采取的研究路径与方法。     

辐散风和瞬变的涡度通量的异常对定常波年际异常的强迫作用

研究了１９８２／１９８３年１２—２月对流层上层由辐散风和瞬变的涡度通量所产生的涡度源异常对定常波异常的强迫作用。结果表明，瞬变的涡度通量辐合的异常有抵消或耗散辐散风产生的涡度源异常的趋势；定常波的异常是在这两种强迫力的共同作用下维持的。同时还表明，对１９８２／１９８３年的情况，热带和赤道中东太平洋上的涡度源异常以及中纬度北太平洋上的涡度源异常都对太平洋／北美地区的大气环流异常起了重要的作用。     

冬季热带西太平洋对流活动异常的年际变化及其对北太平洋风暴轴的影响

通过诊断分析指出，80年代菲律宾周围的对流活动2～4年周期振荡比较明显；北太平洋风暴轴中心有线性增强、偏北、偏东的趋势，2～4年周期振荡也比较明显；在2～4年时间尺度上，菲律宾周围对流活动的变化与北太平洋风暴轴的变化有密切联系:当菲律宾周围对流活动强（弱）时，北太平洋风暴轴中心偏强（弱）、偏东（西）、偏北（南）。诊断分析和数值模拟表明，产生这种联系的物理机制是，当菲律宾周围对流活动强（弱）时，在东亚-北太平洋-北美地区产生一个距平波列（ANA），位于美国西海岸的正（负）距平及其北侧的负（正）距平，使气压梯度增大（减小），北太平洋急流和风暴轴中心强度增强（减弱）、北抬（南退）、东伸（西退）。     

冬季赤道西太平洋环流状况与后期亚洲季风

基于月平均NCEP再分析资料(1958～1997年)以及中国336个台站月降水总量(195l～1994年),通过合成、相关以及统计显著性检验方法,研究了赤道西太平洋区域冬季环流状况与后期春夏季亚洲(东亚和南亚)季风环流变化的关系.研究结果表明,冬季赤道西太平洋环流状况对后期南亚季风和东亚季风以及我国夏季降水均有显著的滞后影响.冬季赤道西太平洋海域海平面气压偏高(低),对应反气旋(气旋)性环流异常,致使后期东亚和南亚夏季风均偏弱(强)以及我国长江流域夏季降水偏多(少),揭示了实施这种滞后影响的一般特征.     

热带西太平洋纬向风异常对 ENSO 循环的动力作用

根据观测资料,分析了1982/1983,1986/1987,1991/1992和1997/1998年ElNino事件发展和衰减以及LaNino事件发生过程中赤道西太平洋对流层下层环流和纬向风异常及其作用.结果表明,在ElNino事件发展阶段前,在热带西太平洋上空对流层下层产生气旋性环流异常,从而使印度尼西亚和赤道西太平洋上空产生西风异常;而当ElNino事件发展到成熟阶段,在热带西太平洋上空对流层下层产生反气旋性环流异常,从而使印度尼西亚和赤道西太平洋上空产生东风异常.还利用一个简单的热带海洋动力学模式,计算了20世纪最强的1997/1998ENSO循环过程中赤道海洋波动对实际海表风应力距平的响应.结果表明,热带西太平洋海表附近的纬向风异常,通过激发Kelvin波与Rossby波对ElNino事件的发展与衰减和LaNino事件的发生起到重要的动力作用.     

西北干旱区荒漠戈壁动量和感热总体输送系数

利用“我国西北干旱区陆-气相互作用观测试验”, 于2000年5～6月在敦煌进行的陆面过程野外观测实验加强期的观测资料, 依据3种不同方法确定了干旱荒漠戈壁区地气之间动量和感热总体输送系数Cd和Ch. 结果表明: 尽管这3种方法计算的总体输送系数有一定的差别, 但在量级上相当, 平均值比较接近. 此外, 还通过对风向的分析, 剔除了附近建筑物干扰, 得出了典型干旱区荒漠戈壁总体输送系数与总体Richardson数的关系和典型值范围.     

关于中国重大气候灾害与东亚气候系统之间关系的研究

在总结中国国旱涝等重大气候灾害的种类、时空分布特征及其形成机理研究的基础上,分析东亚气候系统对东亚地区水分循环和中国旱涝等重大气候灾害发生的影响;并且,从东亚气候系统各成员,特别是从大气圈中的东亚季风、西太平洋副热带高压、中纬度扰动,海洋圈中的ENSO循环、热带西太平洋暖池和印度洋的热力状态,以及从青藏高原的动力、热力作用、高原积雪等来分析和讨论中国重大气候灾害的形成机理.此外,还结合1998年夏季长江流域的特大洪涝以及从20世纪70年代末迄今华北地区的持续干旱所发生的具体实际,进一步分析了东亚气候系统异     

中高纬大气环流异常和低纬30～60天低频对流活动对南海夏季风爆发的影响

利用1979-2003年NCAR/NCEP-2再分析全球日平均资料,及1979～2003年全球候平均的CMAP降水和NOAA日平均的向外长波辐射资料,分析了中高纬大气环流异常和低纬30～60天低频对流的活动对南海夏季风爆发迟早的影响.分析结果表明,当5月1～15日期间乌拉尔山及其以西地区对流层出现位势高度负距平(低频气旋)、中纬度大陆为位势高度正距平(低频反气旋)、我国东部沿岸地区为位势高度负距平(低频气旋)、鄂霍次克海地区为位势高度正距平(低频反气旋)时,副热带高压脊较早撤出南海,与此同时,孟加拉湾东部低频对流活跃东传,菲律宾南部周围低频对流发展西移,华南地区低频对流活动南移以及加里曼丹低频对流活跃北移.在这种情况下,南海夏季风爆发偏早.相反,当5月1～15日期间乌拉尔山及其以西地区对流层出现位势高度正距平(低频反气旋)、中纬度大陆为位势高度负距平(低频气旋)、我国东部沿岸地区为位势高度正距平(低频反气旋)、鄂霍次克海地区为位势高度负距平(低频气旋)时,副热带高压脊撤出南海较迟; 与此同时,孟加拉湾东部低频对流不活跃、东传晚,菲律宾南部周围低频对流不活跃、其西移与孟加拉湾东部低频对流的东传反位相,华南地区低频对流活动也不活跃,加里曼丹低频对流较弱.在这种情况下,南海夏季风爆发偏迟.     

亚澳季风各子系统气候学特征的异同研究Ⅰ.夏季风流场结构

利用1979～2003年的NCEP/NCAR再分析资料探讨了亚澳季风各夏季风子系统 (南亚夏季风、东亚夏季风、北澳夏季风) 流场结构及其季节演变的气候学特征.结果表明: 南亚夏季风和北澳夏季风纯属热带季风, 盛行纬向气流和纬向风垂直正切变, 即低层西风、高层东风, 但北澳夏季风的强度明显弱于南亚夏季风, 而东亚夏季风由热带季风和副热带季风组成, 盛行经向气流和经向风垂直正切变, 即低层南风、高层北风, 且纬向气流高低层配置相对复杂, 相对北澳夏季风而言, 南亚夏季风的低层西风强而深厚, 而东亚夏季风的低层南风强而深厚.从热带季风区流场结构的季节演变过程看, 这三个夏季风子系统均为垂直斜压结构.三者的共性还表现在热带季风区纬向气流高低层配置的季节性转向, 即夏季风爆发时从低层东风、高层西风转换为低层西风、高层东风, 夏季风撤退时从低层西风、高层东风转换为低层东风、高层西风.此外, 南亚夏季风的季内变化平稳, 而东亚夏季风和北澳夏季风的季内变化剧烈; 东亚夏季风的经向跨度大、维持时间最长, 而北澳夏季风的经向跨度小、维持时间最短.     

夏季东北亚阻塞高压年际变化的一个物理机制

根据实际观测资料反演获得描述大气环流演变的空间谱函数后，从改进的高截断谱模式途径出发研究了夏季东北亚阻塞高压年际变化的物理机制.结果表明，前期外部热源强迫的空间分布大致为El Nio型分布时，外部热力强迫导致大气环流演变中波波相互作用主要表现为纬向2波的相互作用；波流相互作用主要表现为经向2波和3波与反映基本流中的经向1波的相互作用.这样使得500 hPa高度场上东北亚地区为一相对正异常区，为夏季东北亚阻塞的频繁发生提供了有利的大气环流背景.而前期外部热源强迫大致为La Nia型分布时，外部热力强迫则导致大气环流演变中波波相互作用主要表现为纬向1波的相互作用；波流相互作用主要表现为经向2波和4波与反映基本流中的经向2波的相互作用.从而使得500 hPa高度场上帆北亚地区出现相对负异常，抑制了夏季东北亚阻塞的发生.