海洋对大气风应力强迫响应的数值模拟及其与El Nio的关系

本文设计了一个一层的等效非线性浅水模式,用此模式进行了有关海洋对表面风应力强迫的试验,并用于解释El Nino的形成过程。结果表明,当西太平洋东部的偏东风突然减弱,并转变为偏西风时,能引起太平洋东部海面高度及温度的升高。该非线性浅水模式及相应的线性浅水模式都较成功地模拟了中东太平洋大范围增暖的这类广义El Nino事件。试验结果还表明,东部海域海面高度的升高及增暖强度与西部海域西风的强度、持续时间和扩展的范围有关,即海域西部西风愈强、持续时间愈久、扩大范围愈大,产生的El Nino就愈强。并对用线性模式得到的结果同用非线性模式的结果进行比较,结果表明非线性平流项能影响波的传播速度,使得逆基本气流传播的波的传播速度减慢,而非线性平流项对形成El Nino这种行星尺度的超低频事件所起的作用可能不大。     

热带太平洋表面水中CO2对El Niño事件响应的数值模拟

文中用一个带生物泵的三维全球海洋碳循环模式模拟了热带太平洋表面水中CO2总量(TCO2)在ElNi     

风应力对热带斜压海洋的强迫

利用一个线性的具有不同密度、温度的热带海洋两层模式,分析了热带西太平洋对纬圈风应力的响应.解析地求得热带西太平洋温跃层厚度、洋流及海温分布.结果表明次表层温度变化明显要比表层海温变化大,同时在大洋西部次表层发展起来的扰动向东传播能引起海温分布形态的异常.理论结果支持观测己表明的热带西太平洋物理量的变异在ElNino/La Nina事件中起着重要作用的事实.     

东亚季风El Niño与中国松辽平原夏季低温关系初探

分析了１９５１～１９９５年东亚夏季风、ＥｌＮｉｎｏ与中国松辽平原的代表站长春站夏季农作物生长期（５～９月）气温关系,结果表明：２０世纪５０～７０年代,东亚夏季风偏弱,ＥｌＮｉｎｏ增温始于上半年,长春夏季多气温偏低或有低温冷害发生;１９８０～１９９５年,东亚夏季风偏强,即使ＥｌＮｉｎｏ增温始于上半年,当年长春夏季气温多为稍高到偏高,次年夏季气温稍低,但不致出现偏低和低温冷害。初步分析了典型ＥｌＮｉｎｏ年ＯＬＲ季内振荡特征,研究了ＥｌＮｉｎｏ,ＯＬＲ季内振荡、东亚夏季和冬季风对松辽平原夏季低温影响的某些成因。     

El Niño期间移动性海温场与大气环流相互关系的复奇异值分解

利用 1 982～ 1 983年北太平洋海温场、OLR场、TBB场和 50 0 h Pa高度场的月均资料及复奇异值分解方法 ( CSVD)初步研究了移动性海温场与大气环流的相互关系 ,结果表明 :( 1 )在1 982～ 1 983年 ,海温变化有很大的空间尺度 ,但各海区海温振荡的变化方向及变化程度存在差异 ,赤道中太平洋有持续的增暖过程 ,并有东传趋势 ,赤道太平洋地区存在海温场传播的“源”和“汇”;( 2 ) OLR场和 TBB场在低纬地区与 SST场有密切联系 ,对流的加强基本和海温增暖变化相一致 ,热带对流活动在海气相互作用中有重要影响 ,但 OLR场和 TBB场所表现的振荡特征、移动特征和“源”“汇”特征是有差异的 ;( 3) 50 0 h Pa高度场的振幅和位相空间场中 ,振幅分布和位相梯度的指向说明了副热带高压南北进退的重要影响 ;( 4 )由奇异值的大小揭示的海气相互关系中 ,高度场与海温场的关系比 OL R场、TBB场与海温场的关系更紧密 ;( 5)在研究两个移动场的相互关系中 ,CSVD分解方法具有很强的特征浓缩性 ,具有诊断提取要素场中强信号及优势信号的能力 ,这说明 CSVD方法值得推广。     

El Niño 事件对不同区域风场异常影响的差异

利用NMC850hPa月平均风场资料,对赤道太平洋-印度洋区域、热带两大洋过渡区域、东亚-西太平洋区域环流异常受El Niño茄事件影响程度作了估计。结果显示,3个区域环流异常受El Niño事件影响差异明显,从而揭示出某些区域环流异常成因的多元性。     

CMIP5多模式模拟两类El Niño海表盐度分布及与降水的关系

利用CMIP5提供的25个工业革命前控制试验（piControl）模拟数据评估了热带太平洋两类El Ni?o（即东部EP和中部CP型El Ni?o）的海表盐度（SSS）空间结构差异及其与海表温度（SST）和降水的关系。结果表明:（1）大部分模式能够模拟出EP和CP型空间结构,两类El Ni?o中的SST、降水和SSS的空间技巧评分依次减小,其中,EP型SST和降水水平分布的模拟能力强于CP型,SSS则为CP型强于EP型,CP型模拟的SST、SSS和降水异常中心位置较EP型偏西且强度偏弱;（2）CP型SST、降水和SSS三者空间分布的线性一致性比EP型好,即在CP型中,SST影响降水,进而影响SSS,同时SSS对SST调制的反馈机制较显著,而对于EP型,由于海洋水平平流和非局地效应等因素,使得SST与SSS空间对应较差;（3）依据多模式模拟的SSS空间技巧评分高低将CMIP5模式分为两类,技巧评分低（高）的模式模拟的SST、SSS和降水异常值的中心位置偏西（偏东）,引起中心位置偏移的原因与模式模拟赤道太平洋冷舌的位置有关,即赤道太平洋冷舌西伸显著,导致发生El Ni?o时SST异常变暖西伸显著,进而使得降水异常和SSS异常位置偏西。同时,技巧评分低的模式还易出现向东南延伸的负SSS异常,原因是双赤道辐合带的东南分支过于明显,即降水偏多,导致SSS偏淡。SSS变化会影响ENSO的发生发展。因此,探讨两类El Ni?o盐度分布的差异及相关物理场的关系,为提高模式的气候模拟和预测提供有益的借鉴。     

El Niño－La Niña循环的海－气耦合机制研究

利用１９５０—１９８７年２°×２°格点综合海－气资料（ＣＯＡＤＳ），计算了赤道太平洋洋面（５°Ｓ—３°Ｎ）上逐月平均海温、气压、纬向风、比湿、云以及热量收支各分量的平均值和距平值，分析这些量的演变特征，得出：ＥｌＮｉｎｏ过程中，赤道太平洋洋面上气压梯度减小，东风减弱；赤道中、东太平洋洋面上空气中水汽和云量增加，洋面射入太阳辐射和有效长波辐射减少，感热和潜热交换加强，洋面净获得（损失）热量减少（增加）；ＬａＮｉｎａ过程中，情形相反。最后概括了ＥｌＮｉｎｏ－ＬａＮｉｎａ循环的两种海－气耦合反馈机制。     

大气对外强迫低频遥响应的数值模拟 Ⅰ:对赤道东太平洋SSTA的响应

本文通过在IAP-GCM上实现的数值模拟,研究了大气对赤道东太平洋地区暖SSTA的响应,着重讨论了大气遥响应的性质和演变过程. 数值模拟清楚地表明,大气对异常外源的响应主要是一种具有30—60天周期的低频遥响应.分析不同地区和不同季节这种强迫响应的30—60天低频振荡的结构及活动,可以清楚看到它与大气中实际存在着的30—60天振荡极为相似.因此也可以认为,大气对海温异常的强迫遥响应是激发产生全球大气30—60天振荡的重要机制.     

大气对外强迫低频遥响应的数值模拟 I:对赤道东太平洋 SSTA的响应

本文通过在IAP-GCM上实现的数值模拟,研究了大气对赤道东太平洋地区暖SSTA的响应,着重讨论了大气遥响应的性质和演变过程. 数值模拟清楚地表明,大气对异常外源的响应主要是一种具有30—60天周期的低频遥响应.分析不同地区和不同季节这种强迫响应的30—60天低频振荡的结构及活动,可以清楚看到它与大气中实际存在着的30—60天振荡极为相似.因此也可以认为,大气对海温异常的强迫遥响应是激发产生全球大气30—60天振荡的重要机制.     

对厄尔尼诺事件和海洋环流的数值模拟研究

用太平洋海洋环流模式，模拟研究热带太平洋海温和环流的年际变化特征和机制．用观测的逐月风应力强迫模式，模拟１９７１～１９９５年发生的主要厄尔尼诺事件．说明风应力异常对厄尔尼诺生成起主要作用．对海温异常峰值附近３个月海温和洋流的综合分析表明：在厄尔尼诺事件时，１６０°Ｗ以西温跃层上升，以东温跃层下降，温跃层的东西倾斜显著变小．同时沿赤道的垂直环流圈减弱，中东赤道太平洋涌升流、海表层向西的赤道洋流和次表层向东的赤道潜流都减弱且厚度减小；在反厄尔尼诺时，情况则相反．     

厄尼诺现象与北半球大气环流和黑龙江省低温的关系

本文分析了秘鲁沿岸月平均海温与北半球500毫巴月平均高度和黑龙江省月平均气温的关系。结果表明秘鲁沿岸海温对中、低纬的平均高度有明显的影响,还指出了厄尼诺现象与黑龙江省低温——对应。这些结果对黑龙江省夏季低温有一定的预报意义。     

论陆架波系动力学及其在厄尔尼诺信号传播中的作用

文中讨论了陆架波系和赤道波系在动力学上的相似性，和赤道波系一样，陆架波系也由惯性重力波、Ｋｅｌｖｉｎ波、Ｒｏｓｓｂｙ（长、短）波和有条件的Ｒｏｓｓｂｙ－重力混合波组成。指出，当　海洋三边存在陆架而一边为赤道时（如北太平洋），则陆架波系和赤道波系中的Ｋｅｌｖｉｎ波，　将以逆时针方向携带信号绕海盆一周，而两个波系中的Ｒｏｓｓｂｙ长波，将以顺时针方向绕海盆一周，即通过陆架波和赤道波为海洋中某些信号的传播组织成一个绕海盆的环路。这种物理　过程可望用以解释发生在海洋中的某些长周期现象，如Ｅｌ　Ｎｉ　ｏ现象。文中进一步　讨论了陆架波的各种简化运动。     

线性和非线性风应力对海-气耦合波的影响

在略去Ｒｅｙｌｅｉｇｈ摩擦和Ｎｅｗｔｏｎ冷却的条件下，采用定常的线性大气模式和半地转近似的非线性海洋模式，讨论了线性和非线性风应力对海－气耦合Ｒｏｓｓｂｙ波的影响，结果表明，当耦合波处于非线性不稳定的情况下，线性和非线性风应力均可产生孤立波，不同之处在于，非线性风应力所产笺波图像具有间断特点，波能的急剧聚集有可能使波的性质发生变化。     

1991～1994年El Niño的异常特征的诊断研究

1991～1994年热带中东太平洋海温持续4a多出现正距平。Niño3指数一直为正值。在此正距平背景下,产生了两次振荡和3次ElNiño暖期。在此期间赤道东太平洋海温在±5°纬度范围内发生了两次负距平的变化,形成了一个狭窄的温度梯度很大的“冷核”,而赤道外的中纬度海洋则持续维持两个正海温距平。这一时期海表温度资料EOF分析的结果进一步表明,第一特征向量的空间分布实际上反映了上述冷核特征。1991～1994年的ENSO事件主要是低频分量发生了较大异常,赤道低层纬向风和高层西风在前期减弱(1991-01-1992-05),后期加强(1992-06-1994-011).无论是海温还是风场的低频分量都表现出一次ENSO循环的特征。因此作者认为,虽然Niño3指数等在这4a多期间均为正值,但是大气和海洋耦合系统的低频变化部分只发生了一次完整的ENSO循环过程。1991年至1992年上半年对应于ElNiño暖位相,1992年下半年至1994年底对应于LaNina冷位相。但是这个冷位相没有能够得到充分发展,只出现两次极狭窄的冷核。冷位相的明显“夭折”,而代之以出现两次较弱的增暖,可能与季节内尺度的大气强迫与低频变化部分的相互作用有关。     

NUMERICAL SIMULATION ON THE RESPONSE OF LAND SURFACE TO SEVERE WEATHER

A coupled model of RAMS3b(Regional Atmospheric Modeling System,Version 3b)andLSPM(a land surface process model),in which some basic hydrological processes such asprecipitation,evapotranspiration.surface runoff,infiltration and bottom drainage are included,has been established.With the coupled model,we have simulated the response of soil to the severeweather process which caused the disastrous flood in north italy during 4-7.November,1994,simultaneously compared with the observation and the original RAMS3b,which has a soil andvegetation parameterization scheme(hereafter,SVP)emphasizing on the surface energy fluxes,while some hydrological processes in the soil are not described clearly.The results show that the differences between coupling LSPM and SVP exist mainly in theresponse of soil to the precipitation.The soil in the SVP never saturates under the strong input ofprecipitation,while the newly coupled model seems better,the soil has been saturated for one dayor more and causes strong surface runoff,which constitutes the flood.Further sensitivityexperiments show that the surface hydrological processes are very sensitive to the initial soilmoisture and soil type when we compared the results with a relatively dry case and sandy soil.The coupled model has potentiality for simulation on the interaction between regional climateand land surface hydrological processes,and the regional water resources research concerningdesertification,drought and flood.     

THE NUMERICAL SIMULATION OF TWO-DIMENSIONAL DYNAMICAL CLIMATE MODEL WITH MOUNTAIN FORCING

In order to investigate the effects of trace gases on climate variation in the atmosphere,we have developed a primitive equation two-dimensional dynamical climate model with five levels.A series of simulation results and discussions are shown in this paper,indicating that the model is useful and can comectly reproduced the main feature of the general atmospheric circulation and its seasonal changes.In addition,we have discussed the role of the Qinghai-Xizang Plateau on the formation process of summer monsoon in South Asia and found that the thermal effect of the Qjnghai-Xizang Plateau may not be the main factor controlling the onset and the variation of the summer monsoon in South Asia.     

1988年反厄尼诺(La Niña)事件的数值模拟

用中国科学院大气物理研究所高分辨率、自由表面热带海洋环流模式对厄尼诺/南方涛动(El/Southern Oscillation)循环中另一重要位相La Niña事件进行了数值模拟研究。模式区域为南北纬30°之间的热带太平洋,经纬圈水平方向分辨率分别为2°和1°,垂直方向分为不等距的14层;模式中考虑了盐度并引入与洋流切变和层结稳定度有关的垂直扩散参数化方案。在观测到的海表风应力、热量和淡水通量(蒸发与降水之差)驱动下,所发展的模式从1984年积分到1989年。本文给出模式对近十几年来最强的1988年La Niña事件进行数值模拟的结果,着重分析La Niña期间热带太平洋海面起伏、流场和温度场时空演变,以及La Niña和El期间变量场时空结构差别。文中还进行了模式结果和一些观测资料间的比较。     

与ENSO相联系的热带太平洋典型风应力异常场结构

利用多年逐月海温距平和风应力距平观测资料,运用线性回归和EOF分析方法,分析了与ENSO相联系的热带太平洋典型风应力异常场结构。结果显示,与ENSO线性相关的风应力异常场在时间尺度上表现为低频变化,在水平结构上主要表现为四个典型分布。其中,分布型1主要表现为日界线以东赤道地区东风异常和赤道风应力场辐散;分布型2主要表现为日界线以东赤道地区西风异常和经向异常风应力向赤道气流;分布型3主要表现为日界线以东赤道偏南地区西风异常和风应力场辐合,日界线以西为东风异常;分布型4主要表现为160°W以东的弱东风异常和160°W以西的西风异常。与ENSO线性无关的风应力场主要表现为高频过程,在水平空间结构上其典型场主要位于赤道外地区。还用与ENSO有关的那部分回归风应力异常场强迫海洋距平模式,成功地再现了ENSO的主要信号。这表现观测揭示的典型风应力异常型对于El Nino的产生是根本性的。