高纬度淡水强迫增强背景下大西洋经向翻转环流的响应及其机制

利用卑尔根海洋-大气-海冰耦合气候模式 (Bergen Climate Model, 简称BCM), 研究在北冰洋及北欧海淡水强迫增强的背景下, 大西洋经向翻转环流 (Atlantic Meridional Overturning Circulation, 简称AMOC) 的响应及其机制, 着重讨论了海表热力性质、 北大西洋深层水 (North Atlantic Deep Water, 简称NADW) 的生成率、 海洋内部等密度层间的垂直混合 (Diapycnal Mixing, 简称DM) 以及大气风场等物理过程随AMOC的响应所发生的时间演变特征.结果显示, 在持续150年增强 (强度为0.4 Sv) 的淡水强迫下 (淡水试验, FW1), AMOC的强度表现为前50年的快速减弱和在接下来100年中的逐渐恢复.同时, 在淡水试验的前50年北大西洋高纬度海表盐度 (Sea Surface Salinity, 简称SSS) 减小, 海水密度降低, 冬季对流混合减弱, 导致NADW生成率快速减弱; 在接下来的100年中, 尽管增强的淡水强迫依然维持, 由于海洋内部自身的调节和海气相互作用, 导致了AMOC的逐渐恢复.恢复机制可以概括为: (1) 随着向南的NADW的减少, 大西洋中低纬度海水垂直层结逐渐减弱, DM随之逐渐增强, 有利于中低纬度海盆内深层水的上升; (2) 南半球西风应力增强与东风应力的减弱及北半球东风的增强使得大西洋向北的埃克曼体积通量净传输恢复; (3) 大西洋向北的盐度传输逐渐恢复及次极地回旋区降水的减弱, 导致SSS和NADW生成率的恢复, 与之对应, AMOC逐渐恢复.研究还发现, 淡水试验中, NADW的恢复主要以厄尔明格海 (Irminger Sea) 为主, 冬季北大西洋海平面气压场 (SLP) 呈现类似正北大西洋涛动 (NAO+) 的模态, 热带降水中心移到赤道以南, 大西洋热带SSS增强.     

基于IPCC AR4耦合模式的南极涛动和北极涛动的模拟及未来变化预估

评估了参加政府间气候变化委员会第4次评估报告(IPCCAR4)的耦合模式对南极涛动和北极涛动的模拟能力。分析了24个模式对1970—1999年南极涛动和北极涛动的模拟效能,并与两套再分析资料ERA-40和NCEP-1进行了对比分析。结果表明,模式的模拟能力具有一定的季节依赖性,冬季模拟能力最好。大多数模式对南极涛动空间结构和时间序列趋势的模拟好于北极涛动。根据Taylor图选出具有较好模拟能力的模式并做集合分析,发现经过选取的模式集合可以明显改善模式的模拟能力。分析SRESA1B情景下的南极涛动和北极涛动的模拟、预估结果表明:1970—2099年,南极涛动和北极涛动指数均呈持续上升趋势,北极涛动指数增长略显平稳。相对于1970—1999年、2060—2089年两半球的海平面气压场均呈现极区气压降低、中纬度气压升高的形态,同样表明南、北极涛动在后一时段更强。因此,在气候变暖背景下,南、北极涛动将持续增强,21世纪中期的臭氧恢复可能不会显著影响这种趋势。     

一个新的东亚冬季风强度指数及其强弱变化之大气环流场差异

文章提出了一个新的东亚冬季风强度指数,并以此为依据从1948～1999年中挑选出两组强弱冬季风年份,通过合成分析对大气环流场和海表温度场在强弱东亚冬季风年的差异进行了对比分析。结果表明:东亚冬季风强度变化不单纯受局地气候系统影响,而与北半球半球尺度上的大气环流异常紧密相连。相对于弱的情形,强东亚冬季风年份中国大陆中东部及其东部大部分海域在整个对流层盛行偏北风距平、乌拉尔阻高显著加强、欧洲大陆西部维持一个深厚的气旋性异常环流系统、西风带环流偏弱、200hPa层南亚高压偏弱;中国大陆、北极地区、蒙古国大部分地区、欧洲大陆西北部表面温度降低;我国大陆与北太平洋海平面气压差加大;东亚大槽加强。研究还揭示,强东亚冬季风年份对应于北大西洋涛动弱指数,北大西洋和北太平洋海温状况对同期东亚冬季风强弱有着显著的影响     

异常弱的南极涛动和2006年我国春季沙尘气候形势

从2005/2006年冬季南极涛动的变异出发,讨论2006年我国春季沙尘气候形势,进而考察南极涛动对我国沙尘气候的预测能力。2005/2006年冬季南极涛动非常弱,在两半球间的经向遥相关的作用下,出现南半球中高纬西风减弱,欧亚西风减弱,欧亚冷空气活跃,西伯利亚、蒙古国、我国北方大部地区(包括华北)2005年冬季12月气温较多年平均偏低,这样就造成沙源地区的冻土层增厚,春季回暖后,沙尘物质条件丰富。因此,在弱南极涛动的影响下,春季蒙古气旋活跃,地面大风增加,我国华北地区春季沙尘天气频繁发生。     

关于2006年西太平洋台风活动频次的气候预测试验

这是首次利用气候模式对我国2006年夏季西太平洋地区台风活动频次的实时气候预测的报告。根据这个初步的预测试验结果分析,西太平洋地区夏季(6~10月)对流层低层为异常辐散区而高层为异常辐合区,大气顶向外长波辐射为正距平,对流活动异常偏弱;同时,该地区对流层上下层纬向风的切变幅度异常偏大;海洋温度的距平值很小。综合这些气候背景条件,今年西太平洋的台风生成数量将可能比正常年份偏少一些。当然,由于台风生成发展的复杂性,这一预测还有不确定性。     

全球变暖背景下东亚气候变化的最新情景预测

在最新的SRES A2和B2温室气体排放情景下,利用国际上7个气候模式针对未来全球变暖的数值模拟结果,本文着重分析了东亚区域气候21世纪的变化趋势. 研究揭示：中国大陆年均表面气温升高过程与全球同步,但增幅在东北、西部和华中地区较大,且表现出明显的年际变化;全球年均表面气温增幅纬向上大体呈带状分布,两极地区最为明显,并在北极地区达到最大;此外,21世纪后半段北半球高纬度地区的年平均强升温幅度主要来自于冬季增温. 在21世纪前50年,温室气体含量的增加除在一定程度上会增加青藏高原大部分夏季降水量外,不会对中国大陆其余地区的年、季节平均降水量产生较大影响;但持续的温室气体含量增加将最终导致大陆降水量几乎是全域性的增加.     

耦合模式长期积分中东亚夏季风与ENSO联系的不稳定性

通过对挪威卑尔根全球大气-海洋-海冰耦合模式300a控制积分结果进行交叉子波分析,揭示了东亚夏季风（EASM）与同期Nio3区（90°W～150°W,5°S～5°N）海洋表面温度异常的相关关系在长期变化中是不稳定的,呈现出明显的阶段性特征.气候要素场在二者联系的紧密（HCP）和微弱（LCP）时期差别显著,在HCP时期,西北太平洋对流层低层出现一对耦合的异常气旋和反气旋性环流系统;东南亚地区对流层低层表现为强东风异常,风速的年际变率加大;热带西太平洋对流层温度和位势高度场的年际变率普遍加强.此外,中国夏季降水与同期Nio3区海洋表面温度异常的相关关系在上述两种时期也存在较大差别.     

全球变暖情景下西北太平洋地区台风活动背景场气候变化的预估

为了分析在全球变暖的情景下西北太平洋地区(WNP)可能发生的气候变化,从而为该地区台风活动的未来变化提供必要的背景信息,文中选取了18个参加CMIP3试验的全球海气耦合模式,考查了在SRES A2试验中21世纪末(2080—2099年)相对于20C3M试验中20世纪末(1980—1999年)对台风活动有重要影响的环境场包括海表面温度(SST)、纬向风的垂直切变(MWS)、海平面气压(SLP)、大气顶向外的长波辐射(OLR)和降水在WNP的变化情况。主要分析了多模式集合的结果以及环境场的变化在模式间的一致性。结果表明:到21世纪末,所有模式在西北太平洋区域SST都是一致的升高趋势,增幅在2℃以上,SST的变化是所有考虑的变量中在模式间一致性最好的,绝大部分区域信噪比都在4以上;降水在整个WNP区域也是一致增强的趋势,在赤道低纬度地区增幅较强,其变化在模式间的一致性较好,大部分区域18个模式中超过12个表现出降水增加的变化,在这些区域信噪比大都在0.6以上;SLP的变化特征主要表现为高低压系统的强度均为减弱的趋势,其中低压的减弱在模式间有着更好的一致性,大部分区域的信噪比都大于0.6;MWS和OLR在空间上没有一致的变化趋势,而且在不同的模式间变化的差异较大,大部分区域的信噪比都在0.3左右。但是在与台风活动有显著负相关的关键区内,大部分模式区域平均的MWS和OLR在SRES A2试验中都变小,多模式集合也是减弱的趋势。从SST、降水、关键区的MWS和OLR的分析来看,在全球变暖的情景下,环境场的变化可能是有利于台风活动的。但是目前关于环境场对于台风活动的影响和相互关系还缺乏足够的认识,环境场的变化对于台风活动会有怎样的具体影响还有待进一步深入分析。     

东亚地区夏季7～8月大气环流季节演变异常的内部动力学过程

利用NCEP/NCAR 1958～1999年月平均再分析数据集，本文分析了7～8月东亚大气环流季节演变异常，包括提前和延迟这两种情形，及其与沿副热带西风急流的内部动力学过程的联系，比较了与气候季节演变进程的差异.结果表明，存在着两个地理位置固定的遥相关型，探讨了二者位相与副热带西风急流的关系，讨论了此类波列的出现与内部动力学过程的可能联系.     

北京沙尘频次的年际变化及其全球环流背景分析

本文采用相关和合成的分析方法，研究北京沙尘频次的年际变化及其冬、春季的全球环流背景.结果表明北京沙尘频次有年际变化的特点，并与全球范围内的环流异常相联系，特别是南、北半球的中高纬的环流异常.南半球环流异常与沙尘的联系在冬、春两季有很好的持续性和显著性，北半球中高纬环流异常与沙尘的联系冬季较春季显著.春季对流层高层的东亚西风急流增强能使低空的蒙古气旋加强和锋生，从而引起地面大风，为沙尘天气频次的增加提供动力条件.