中国区域气溶胶对东亚夏季风的可能影响(Ⅱ)：黑碳气溶胶及其与硫酸盐气溶胶的综合影响

 利用NCAR的新一代GCM CAM3.0模式耦合一个气溶胶同化系统,研究了中国区域黑碳气溶胶的直接气候效应。结果显示,中国区域黑碳气溶胶引起全球平均辐射强迫为0.13 W/m2,导致除了青藏高原和广西以外的中国大部分地区降温,其中东北、四川和内蒙古中北部降温最显著。由此造成海陆温差缩小,气压差降低,从而总体上使东亚夏季风减弱。但与硫酸盐气溶胶的影响相比,黑碳气溶胶使季风减弱的程度较小,长江中下游地区的降水有所增加。黑碳气溶胶加强了中国东南部地区的对流活动,这与硫酸盐气溶胶的作用相反。同时,探讨了中国区域硫酸盐和黑碳气溶胶的综合直接气候效应。结果表明,硫酸盐和黑碳气溶胶的综合作用与仅有硫酸盐气溶胶的情形十分相似,降水变化的区域也和硫酸盐的保持一致。     

中国区域气溶胶对东亚夏季风的可能影响(Ⅱ)：黑碳气溶胶及其与硫酸盐气溶胶的综合影响

利用NCAR的新一代GCM CAM3.0模式耦合一个气溶胶同化系统,研究了中国区域黑碳气溶胶的直接气候效应。结果显示,中国区域黑碳气溶胶引起全球平均辐射强迫为0.13 W/m2,导致除了青藏高原和广西以外的中国大部分地区降温,其中东北、四川和内蒙古中北部降温最显著。由此造成海陆温差缩小,气压差降低,从而总体上使东亚夏季风减弱。但与硫酸盐气溶胶的影响相比,黑碳气溶胶使季风减弱的程度较小,长江中下游地区的降水有所增加。黑碳气溶胶加强了中国东南部地区的对流活动,这与硫酸盐气溶胶的作用相反。同时,探讨了中国区域硫酸盐和黑碳气溶胶的综合直接气候效应。结果表明,硫酸盐和黑碳气溶胶的综合作用与仅有硫酸盐气溶胶的情形十分相似,降水变化的区域也和硫酸盐的保持一致。     

南海夏季风爆发的数值模拟

利用高分辨率的区域气候模式 (RegCM_NCC) 对南海夏季风爆发进行模拟研究。研究表明:该模式对积云对流参数化方案的选择十分敏感, 其中以Kuo积云参数化方案为最好, 可以比较成功地模拟出南海夏季风的爆发时间、爆发前后高、低层风场的剧烈变化以及季风与季风雨带的向北推进。然而该方案对于雨量和副热带高压位置的模拟, 与观测相比尚存在一定的偏差, 主要表现为副热带高压位置模拟偏北、偏东; 南海地区的降水量模拟偏少、降水范围偏小。此外, 采用4种参数化方案 (Kuo, Grell, MFS, Betts-Miller) 集成的结果在某种程度上要优于单个方案的结果, 这种改善主要体现在对南海地区季风爆发后降水的模拟上。     

南亚地区黑碳气溶胶对亚洲夏季风的影响

利用NCAR的全球大气模式CAM3,模拟了南亚地区黑碳气溶胶对亚洲夏季风的影响.结果表明:晚春时期,南亚地区黑碳气溶胶强烈吸收太阳辐射,加热低层大气,造成孟加拉湾及沿岸地区雨季的提前,可能导致南亚夏季风提前爆发.夏季,被加热的大气沿青藏高原南坡爬升,在高空形成一个稳定的加热层.高空的持续加热,引起局地的深对流活动,使得印度洋和南亚大陆之间产生一个北升南降的经圈环流,导致印度洋洋面上的向北运动加强,从而使南亚夏季风的强度增大.但是,南亚地区黑碳气溶胶通过影响表面气压、垂直运动、降水和850 hPa风场等减弱了东亚夏季风,且导致西太平洋副热带高压北移西伸,使我国梅雨带位置向东北方向移动.     

华南黑碳气溶胶浓度与南海夏季风关系的年代际突变

利用重建的华南区域黑碳气溶胶(Black Carbon,BC)浓度资料,分析其与南海夏季风在年际尺度上的关系.结果 表明,华南区域BC浓度与南海夏季风的关系在2000年前后有明显的突变,由显著负相关变为显著正相关,即由高BC浓度弱季风变为高BC浓度强季风.通过合成对比分析,发现1988-1999年(第一时间段)的华南B...     

中国东部地区人为气溶胶影响东亚夏季风爆发和推进过程的数值模拟

使用一个高分辨率的公用大气环流模式(CAM5.1)研究我国东部地区人为气溶胶对东亚夏季风爆发和推进过程的影响。结果表明,CAM5.1模式能很好地模拟出南海夏季风爆发前后大尺度环流的季节性转变。南海夏季风在中国东部地区人为气溶胶的影响下提前2候爆发,并且可能是影响1993年后南海夏季风提前爆发的重要原因。人为气溶胶使得低纬度地区的东西风分界线在5月中旬明显向东扩展,南海地区出现显著的西/西南风差值气流,同时赤道纬向西风提前向北增强。人为气溶胶中硫酸盐和黑碳气溶胶含量的季节变化通过改变大气的热力结构,影响我国东部地区大气低层环流场,减弱夏季风前期北上的西南风暖湿气流,而相反地增强了其盛期在华北地区的偏南风分量,造成东亚夏季风北边缘从5月上旬—6月初缓慢北移至长江中下游地区,而后在7月中旬加速向北推进,且到达的最北位置要偏北1个纬度。     

中南半岛影响南海夏季风建立和维持的数值研究

利用美国大气研究中心研制的第三代公共气候模式(CCM3)模拟了中南半岛对南海夏季风的建立和维持的影响,数值试验结果表明,中南半岛对南海夏季风的建立和维持起了非常重要的作用.同时还就中南半岛影响南海夏季风建立和维持的机制进行了讨论.     

1994年南海夏季风爆发的数值模拟和分析研究

1994年南海夏季风建立于5月第一候,利用MM5成功地模拟了这一过程,并通过敏感性试验,讨论了中纬度系统和中南半岛及其附近地区的积云对流对夏季风环流建立的影响,结果表明:(1)南下接近副热带一定强度的中纬度槽-锋系统的强迫,可引起南海地区副热带高压脊的减弱东撤,因而有利于南海夏季风的建立;(2)东移的中纬度高压脊与南亚高压的同相叠加是触发夏季风建立的重要因子之一,它引起南亚高压中心迅速北移至中南半岛的北部;(3)中南半岛及其附近地区的积云对流加热,对南海地区夏季风环流的建立也有重要的影响.     

中南半岛对流对南海夏季风建立过程的影响

利用RegCM2模式进行数值试验,得到中南半岛对流对北半球副高带断裂、进而对孟加拉湾对流建立具有重要影响,而孟加拉湾对流建立后激发的Rossby波列又是南海夏季风建立的主要因子之一.进一步分析中南半岛对流、副高带断裂及南海夏季风建立的年际变化,得到中南半岛对流的强弱(活跃的早晚)与副高带在孟加拉湾北部断裂及南海夏季风爆发的早晚有密切关系.它们还与海温异常及纬圈环流的变化相联系:当赤道中东太平洋海温偏暖(冷)时,Walker环流偏弱(强),中南半岛对流偏弱(强),副高带断裂偏晚(早),南海夏季风建立偏迟(早).     

黑潮地区海温影响南海夏季风爆发日期的数值试验

采用合成分析和相关分析等方法讨论了季节转换时期（４～６月）黑潮地区海温异常同海夏季风爆发时间和西太平洋副高位置与强度的影响。教值模拟结果进一步表明,该地区海温正针导致西太平洋副高位置偏南,强度偏强,南海夏季风建立较晚,弱度偏北 ,江淮流流域偏涝;反之亦然。     

南海夏季风爆发的数值预报模拟实验

1998年5月21日00时（UTC）,对流层上部200hPa的南亚反气旋中心位于（16oN,94oE）附近,850hPa南海的中南部仍为副热带反气旋控制;到21日12时,200hPa的南亚反气旋中心迅速移到（21oN,94oE）附近,同时850hPa的南海副热带反气旋减弱东撤,南海的中南部由东南风转变为西南风,南海夏季风爆发。本文利用美国国家大气研究中心和宾西法尼亚州大学联合研制的中尺度模式（MM5V2）模拟预报这一过程,同时通过敏感性实验研究了区域边界条件和水平分辨率对季风预报模拟实验的影响。     

中南半岛与南海热力差异对南海季风爆发的影响

利用1958-1998年NCEP/NCAR再分析资料和1975-1998年OLR资料,分析了中南半岛与南海热力差异的季节和年际变化特征,以及这种热力差异对南海季风爆发的影响.结果表明,中南半岛与南海热力差异存在明显的季节变化,从第3候歼始,感热加热的作用使中南半岛地表温度高于南海并一直持续到第25候,之后,中南半岛与南海热力差异发生逆转,这种逆转是由于第22-23候出现在中南半岛的对流及降水造成中南半岛地表温度降低所致.进一步研究指出,中南半岛与南海热力差异的上述季节变化特征还表现出最著的年际差异,这种年际差异对南海季风的爆发有着重要影响.首先,上述热力差异的逆转是南海季风爆发的一个必要条件:1958-1998年,逆转时间均早于(或等于)南海季风爆发时间;其次,中南半岛地表温度高于南海的持续时间与南海季风爆发日期之间呈显著正相关,即中南半岛地表温度高于南海的时间越早、转为低于南海的时间越迟,则南海季风爆发越迟.     

海温和极冰对副热带高压季节性北跳影响的数值模拟

道德以南海区域平均的候平均ＯＬＲ值下降至２３５Ｗ／ｍ,同时纬向风由东转成西为定义标准确定南海季风从１９７９到１９９４年间爆发的平均日期是５月第４候,然后对１６年的ＯＬＲ场,风场及θＸ场的时段叠加合成图进行了分析,认为南海夏季风的建立是南海－西太平洋系统所造成。     

南海夏季风爆发的EOF分析

本文利用1983～1992年的NCEP资料．对南海夏季风爆发做经验正交函数分解，分析了主要模态的时空变换特征。结果表明：太阳辐射北移，是南海夏季风爆发的最重要的因素。南海夏季风爆发前后，在典型季风区850hPa上东西风有一次重大调整。南半球中高纬西风带槽脊振幅的增强和北半球副热带系统经向环流的加大是南海夏季风爆发的重要原因。西太平洋副高的迅速减弱东撤，导致南海夏季风的爆发。     

南海夏季风爆发的动力过程研究

利用1958—1997年的NCEP/NCAR再分析资料,以南海季风爆发日为临界日期,计算了40年合成的季风爆发前月平均带状基流;在该基流上,计算了球面正压涡度方程中Rossby波的稳定性;并用谱函数展开法定义和计算了发展型波包的演变。结果显示：南海夏季风爆发前气候平均场上有球面Rossby波的正压不稳定,该不稳定主要由南半球的西风急流所激发,且不稳定扰动的最大振幅均出现在南半球西风急流以南。球面Rossby波发展型波包的最大振幅随时间会由两个半球的中高纬度向低纬扩展,虽然不能越过赤道,却激发了热带地区的积云对流,积云对流的爆发并向季风区传播,加速了大气环流的调整,其结果造成了南海夏季风的爆发。可见,南海夏季风的爆发虽是局地现象,但其爆发原因却是全球性的。     

南海夏季风爆发的数值预报试验

分析了1986年南海夏季风爆发的环流演变特征,由经向风速剖面图看出,南风首先在中南半岛迅速加强,然后向南海发展,南海夏季风爆发同孟加拉湾低压的发展密切相关。通过地形和非绝热单因子敏感性数值预报试验表明,地形作用和凝结潜热等非绝热作用对南海夏季风的爆发都是很重要的,包含有这两种作用在内的控制试验成功地预报出了南海夏季风爆发的中期演变过程,单独的地形作用或非绝热作用都不能预报出南海夏季风的爆发。     

苏门答腊地区对流活动及其与南海夏季风建立的关系

使用日本气象厅提供的1980-1997年TBB资料和NCEP／NCAR 40a逐日再分析资料,分析了苏门答腊地区对流活动特征及其与南海夏季风建立的关系,发现南海夏季风的建立与冬季位于苏门答腊的对流中心由冬入夏沿“大陆桥”和中南半岛的系统性移动有密切联系。苏门答腊地区对流沿“大陆桥”移动加快是一个先兆信号,正是对流移动的突然加速,对随后中南半岛对流增强有直接影响;中南半岛地区对流爆发引起副热带高压带在该地区断裂从而导致了南海地区对流活跃和夏季风的建立。南海夏季风爆发之前,南海地区与苏门答腊地区的对流呈偶极型分布;南海地区和苏门答腊南部地区的对流变化几乎呈反相关关系,南海夏季风爆发之前,苏门答腊南部地区对流旺盛;南海地区对流增强期间,苏门答腊南部地区对流减弱。由此可以把南海地区与苏门答腊南部TBB之差小于等于5K(并维持1候)的开始日期作为南海夏季风爆发的指标之一。     

CAM3.0模式中黑碳及硫酸盐气溶胶浓度变化对东亚春季气候的影响研究

本文采用CAM3.0模式研究东亚地区各种气溶胶浓度增加后对于东亚春季各气候要素,尤其是对降水和春季风场的影响。在模式中通过分别对区域(20～50°N,100～150°E)内黑碳气溶胶浓度单独加倍、硫酸盐气溶胶浓度单独加倍、两种气溶胶浓度同时加倍的实验方法,探讨不同气溶胶浓度变化在东亚春季气候变化中的具体作用。结果表明:在春季,3种气溶胶浓度增加方式都使得东亚地区表现出降水中南部减少北部增加,低层大气西南风异常以及地面温度南部增加北部减少。通过对110～120°E的断面分析发现,硫酸盐与黑碳气溶胶在春季首先影响约800 hPa以上大气的温度并通过不同的动力机制影响东亚地区的风场,风场的改变进而导致了云量和降水在东亚北方地区增多而中南部地区减少,并最终使得地面温度表现出东亚中南部地区增温而北方地区相对降温的特征。     

南海夏季风爆发前后大气环流的演变

利用1958-1997年的NCEP/NCAR再分析资料,以南海夏季风爆发日为临界日,分析了季风爆发前后全球平均环流和扰动环流的演变.结果显示,季风爆发前后气候平均场的环流形势是完全不同的,且这一变化是全球性的.从扰动场的演变看,伴随季风的爆发,扰动环流的变化不仅是全球的,而且具有突发性.分析还指出了南海西南季风的来源和三支越赤道气流的作用,特别是南半球环流的变化以及其对南海夏季风爆发的影响.     

南海海温异常影响南海夏季风的数值模拟研究

采用p－σ九层区域气候模式(p－σRCM9）模拟并研究了南海海温异常对南海夏季风的影响, 数值模拟结果表明, 5月份的南海海温对南海夏季风的爆发日期起关键作用: 5月份南海海温持续增温 (降温）, 南海夏季风爆发日期偏早 (偏晚）。南海夏季风爆发后, 南海异常增温, 同期的南海夏季风增强, 而后期的南海夏季风减弱; 南海异常降温, 则与之相反。机制分析表明, 南海海温正(负)异常增强(减弱)了海面与行星边界层之间的能量交换, 主要是潜热通量的输送, 并在大气中通过积云对流加热率的变化来影响对流层热量的分布, 进而引起对流层中低层辐合和高层辐散的变化, 然后使得环流场和风场作出相应地调整, 环流场和风场又会反过来影响积云对流加热率的变化, 这是一个正反馈过程。在5月份南海增温(降温)强迫下, 5月份南海地区的对流活动加强(减弱）, 使得对流层低层副热带高压提前(延后)撤出南海, 从而有利于南海夏季风爆发偏早(晚）。在南海海温异常强迫下, 中国东南部和南海地区的降水率异常主要是由积云对流所产生的降水率异常引起。