赤道地区纬向风系与ENSO事件的联系

利用Ａｔｕｏｎａ Ｍａｒｑｕｅｓａｓ Ｉｓ站对流层最大西风层和最大东风层纬向风异常值的差值，构造了赤道中，东太平洋Ｗａｌｋｅｒ环流强度指数Ｉｄ。，并对Ｉｄ平流层下部ＱＢＯ西风位相的长度和起始季节与ＥＮＳＯ事件的联系进行了研究。     

非绝热加热对赤道地区平均纬向环流的作用——非线性响应

本文设计了一个两层非线性原始方程模式,做低谱展开,求出非线性方程组的解;讨论了在外参数变化情况下解及其相应环流的演变;并与线性响应作了对比。此外,还讨论了定常解的稳定性。 主要结论是:(1)非绝热加热各分量在非线性响应中能强迫出更为接近实际的赤道地区平均纬圈环流圈。(2)在非线性响应中,潜热加热对纬圈环流的作用是最主要的。随着外参数——湿度的变化,解出现突变现象,其对应的赤道地区平均纬圈环流从一个定常态变到另一个定常态;其中对流潜热的作用最为明显,感热加热的作用是次要的。(3)在非线性响应和线性响应中,辐射加热对环流的作用不同;潜热加热对环流的作用相似,但在前者中它要强得多。      

赤道太平洋高低频纬向环流差异及其物理机制

利用1982—2017年欧洲中期天气预报中心再分析资料和美国国家大气海洋管理局的观测资料,分析了赤道太平洋高、低频海平面气压距平场的特征及差异,并通过诊断赤道太平洋海-气耦合的时间尺度,探讨了导致赤道太平洋高、低频纬向环流差异的原因。结果表明,南方涛动海平面气压东西跷跷板耦合现象只是在低频场中才存在,在高频场中并不存在。低频场上,主要受到热带最明显的年际信号(ENSO)的调控,海平面气压场和海表温度场呈现出东西振荡型。相比而言,在高频场上由于时间短,海、气异常还没有发生较好的耦合,气压场和风场呈现出全海域一致型。高频纬向环流与热带季节内振荡(MJO)紧密联系,具有明显的东传特征,传播速度大约为5 m/s,其变率方差的34%可以由MJO线性解释。相干谱分析表明海-气耦合具有时间依赖性,南方涛动通常只在20候以上的时间尺度才能存在,这与赤道海洋开尔文波横穿太平洋时间相当。     

卫星双通道反演的赤道纬向环流的气候特征及与ENS0关系的研究

利用1979－1995年共17年美国NOAA卫星观测的OLR，HIRS－Tb12与NCEP再分析的同期资料进行对比分析，证明了用卫星观测的红外，水汽双通道（OLR反演上升运动，HIRS－Tb12反演下沉运动）去反演纬向垂直环流是一个很好的途径，定义了卫星双通道反演的纬向垂直环流指数，利用该定义用卫星资料计算并反演了气候平均的全年及四季的纬向垂直环流，详细地讨论了它的气候学特征，同时又利用上述定义研究了3次典型ENSO过程的演变特征，指出太平洋的东上升支，在ENSO盛期都越过日界线，这是ENSO过程的一个共同特征，太平洋上的正Walker环流上升在ENSO盛期的强度与ENSO过程的一个共同特征，太平洋上的正Walker环流上升支在ENSO盛期的强度与ENSO过程的强弱有关。     

春季赤道印度洋纬向-垂直环流的变化特征及其与Walker环流的关系

利用1951~2010年20CR（20th Century Reanalysis Version 2）再分析资料和NOAA海表温度资料研究了赤道印度洋纬向-垂直环流的季节性差异、变化特征及其与Walker环流的关系。本文首先分析了四个季节赤道印度洋上空纬向-垂直环流的结构特征,发现春季和秋季存在严格东西方向上的赤道印度洋纬向-垂直环流。随后,针对春季赤道印度洋纬向-垂直环流变化特征作进一步的分析,研究结果表明,春季纬向-垂直环流的强度及其变率在1951~2010年间持续增强,而该垂直环流的中心位置则表现出明显的年代际变化特征:1981年之前垂直环流的中心位置表现为向西移动,而在1981年后则转为向东移。春季赤道印度洋纬向-垂直环流与Walker环流之间的相关关系同样存在年代际转折,1981年之前两者之间并不存在显著的相关,而在1981年之后,两者之间的关系显著增强。不同年代际时段内赤道印度洋纬向-垂直环流与海温的关系也发生了明显的改变,1981~2010年赤道印度洋纬向-垂直环流主要受到前期和同期太平洋上的ENSO型海温信号的影响,而在此之前该垂直环流主要受到前期和同期赤道东印度洋海温的影响。     

纬向平均环流预报的系统性误差及其改进

大量的月预报实例分析表明,纬向平均环流(本指高度场纬向平均分量)存在明显的系统性预报误差,且在总误差中占有可观的份额。国内外其它模式也存在类似的现象。为克服这一困难,本尝试了“结合”(hybrid)的途径。应用重构相空间理论和非线性时空序列预测方法,在大量历史资料的基础上,构造了月尺度逐侯纬向平均高度场(零波分量)距平场的非线性预报模型。然后,将非线性预报和谱模式动力预报结合起来,即将非线性预报结果转化为模式需要的颅报量,再在模式积分过程中的每一步取代其相应部分,实施过程订正。初步试验结果表明,这种途样合效地减少了模式纬向环流的预报误差;特别是通过非线性波流相互作用,还改善了部分波动分量的预报。     

热带大气平均环流的纬向不均匀性和Kelvin波的动力作用

本文利用一个包含Wave-CISK机制以及蒸发、感热与扰动风场的反馈机制，并引入实际的下垫面温度分布和海陆差异的热带大气模式，较好地模拟了低纬平均环流在风场、散度场及低层位势高度场上的纬向非均匀性。分析表明这种纬向非对称性是由于下垫面的热力非均匀性造成的强迫与大气内部的热力-动力反馈过程相互作用的结果。对热力强迫的响应形成了西太平洋暖水区上的西风和东太平洋上的东风，而对简化模式的解析分析说明，由于热力-动力反馈造成的Kelvin波的发展过程，可以解释平均东风强于西风的事实。     

赤道低平流层纬向风垂直切变与对流层环流及东亚季风的关系

在以赤道低平流层纬向风垂直切变为依据划分平流层QBO位相的基础上，讨论了赤道低平流层纬向风QBO与对流层环流及东亚季风的关系。结果表明：强冬季风和弱夏季风对应着赤道低平流层纬向风的东风切变位相，强夏季风和弱冬季风对应着赤道低平流层西风切变位相，赤道低平流层纬向风QBO对对流层环流有一定影响，冬春季节平流层与对流层的相互作用比夏秋季节明显。     

与非线性区域预测方法结合的月延伸预报试验I:纬向平均环流的预报

为克服数值模式普遍存在的纬向平均环流预报误差 ,文中在 3 6aNCEP/NCAR再分析高度场资料的基础上 ,应用非线性时空序列预测理论的局域近似法构建了 2 0 0 ,3 0 0 ,50 0和 70 0hPa 4个等压面上的月尺度逐候纬向平均高度距平场非线性动力学区域预报模型。对 1996年 12个月所做的预报试验表明 ,无论是南、北半球中高纬度地区还是低纬度地区 ,非线性模型的候纬向平均高度预报结果均优于持续性预报、气候预报和T 42L9模式动力预报。用非线性结果对T42L9模式月平均高度场预报结果进行订正 ,则使该谱模式系统性预报误差显著减少 ,也大大减少了其预报高度场的均方根误差 ,相应地 ,高度场距平相关评分也有一定程度的提高 ,表明纬向平均高度的非线性预报比谱模式动力预报包含了更多的有用信息     

北半球冬季环流的特征纬向波数及其时空演变

应用三维数据的纬向空间小波变换方法，分析了北半球冬季环流的特征纬向波数及其与特征纬向波数相对应的北半球冬季环流的时空演变特征和规律。结果表明，北半球冬季环流的特征纬向波数分别是3，2和1。北半球冬季环流的3波活动主要在中纬度，2波活动主要在高纬度，1波活动则主要在低纬度。中纬度3波环流的槽脊线走向是东北-西南向，高纬度2波环流的槽脊线走向是西北-东南向，低纬度1波环流的槽脊线走向则又是东北-西南向。对应于各特征纬向波数，北半球的冬季环流从1949—1999年均表现出一种显著的系统东移特征，初步估计，北半球的冬季环流在过去50年中已大约向东移动了近5个经距。     

赤道低平流层纬向风垂直切变与对流层环流及东亚季风的关系

在以赤道低平流层纬向风垂直切变为依据划分平流层QBO位相的基础上,讨论了赤道低平流层纬向风QBO与对流层环流及东亚季风的关系.结果表明强冬季风和弱夏季风对应着赤道低平流层纬向风的东风切变位相,强夏季风和弱冬季风对应着赤道低平流层西风切变位相,赤道低平流层纬向风QBO对对流层环流有一定影响,冬春季节平流层与对流层的相互作用比夏秋季节明显.     

与非线性区域预测方法结合的月延伸预报试验Ⅰ:纬向平均环流的预报

为克服数值模式普遍存在的纬向平均环流预报误差,文中在36a NCEP/NCAR再分析高度场资料的基础上,应用非线性时空序列预测理论的局域近似法构建了200,300,500和700hPa4个等压面上的月尺度逐候纬向平均高度距平场非线性动力学区域预报模型.对1996年12个月所做的预报试验表明,无论是南、北半球中高纬度地区还是低纬度地区,非线性模型的候纬向平均高度预报结果均优于持续性预报、气候预报和T42L9模式动力预报.用非线性结果对T42L9模式月平均高度场预报结果进行订正,则使该谱模式系统性预报误差显著减少,也大大减少了其预报高度场的均方根误差,相应地,高度场距平相关评分也有一定程度的提高,表明纬向平均高度的非线性预报比谱模式动力预报包含了更多的有用信息.     

高原上空纬向环流的季节突变现象

利用1951—2012年NCEP/NCAR全球2.5 °×2.5 °日平均再分析风场及温度场资料,分析高原季风区纬向环流的季节突变现象,并探讨季节突变的主要成因。结果表明：(1) 由冬季环流型向夏季环流型转变时,纬向环流表现为零速度线突然北跳,东风带持续加强北进,西风急流突然消失;反之亦然。(2) 600 hPa零速度线指数可作为纬向环流冬夏转换的判据。20 °N为临界值,零线于20 °N以北,高原上空为夏季环流型,20 °N以南则为冬季环流型。冬夏转换的突变时间分别为31候和59候。(3) 纬向环流季节突变的主要原因是高原的热力作用,随着6月高原加热增强,高原及其南部上升气流增强,形成了高原至低纬地区的季风环流圈,使得高原南部东风气流加强,迫使西风急流北退,完成了冬季环流型向夏季环流型的转变。10月高原加热作用减弱,高原至低纬地区的Hadley环流重新出现,西风急流逐渐增强,纬向环流转变为冬季环流型。     

南海夏季风爆发迟早与赤道纬向风关系的诊断研究

利用ECMWF和NCEP(1958～1999年)的再分析资料，研究南海夏季风与前期气象要素的关系，结果表明:南海夏季风建立日期与当年2月份赤道印度洋地区的纬向风存在高层(200～100 hPa)为正、低层(1000～700 hPa)为负的显著相关分布，类似于偶极子的分布特征；而在赤道中太平洋地区(160°E～160°W)则存在高层为负、低层为正的另一个显著相关“偶极子”。分析这种相关特征的持续性，发现上述形势从2月份到5月份一直存在，且赤道印度洋地区高低层相反的相关分布从3月份开始逐渐东移，到5月份维持在印度洋东部至南海一带。从5月份的相关系数分布图可发现，南海地区低层为负相关，高层为正相关，说明低层西风异常、高层东风异常的赤道纬向风分布有利于南海夏季风早爆发。针对南海夏季风建立日期与赤道地区(10°S～10°N平均)纬向风的“偶极子”型相关分布特征，定义了一个用于诊断南海夏季风爆发迟早的前期因子。该因子与大部分学者定义的南海夏季风建立日期存在着显著的相关，说明该因子对南海夏季风爆发迟早有一定的反映能力和预测作用。根据Gill(1980年)理论分析发现，上述2月份赤道地区纬向风异常是同期赤道印度洋-大陆桥地区异常强对流活动造成热带赤道大气环流显著异常变化的结果。     

冷暖事件对大气能量循环和纬向平均环流影响的模拟研究

利用中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室新发展的GOALS 5全球海 陆 气耦合模式研究了暖事件 (ElNi no)和冷事件 (LaNina)对大气能量循环和纬向平均环流的影响 ,并用观测资料进行了对比分析。结果表明 :对于纬向平均资料来说 ,冷、暖事件在热带和副热带地区的大气环流相关量的反相变化特征非常清晰 ,中高纬度地区并不明显。此外 ,还发现 ,暖事件时定常涡动的经向热通量的变化是北半球对流层热带外地区温度异常的主要原因 ,而瞬变波的影响则起抵消作用。冷事件时定常波和瞬变波相互抵消的局地特征也依然存在 ,但瞬变波的影响有所增强。     

异常东亚冬季风对赤道西太平洋纬向风异常的影响

ENSO由于经常带来大范围的气候异常而倍受关注,赤道西太平洋的纬向风异常对ENSO的发生起着重要作用.首先对赤道西太平洋纬向风异常的发生进行研究,其结果清楚地表明它同东亚冬季风的异常有密切关系.异常强(弱)的东亚冬季风不仅能激发产生赤道西太平洋的西(东)风异常,而且还将在菲律宾以东的西太平洋上导致一个气旋性(反气旋性)环流的形成.研究还表明,上述异常流型产生的物理过程是异常东亚冬季风所造成的气压形势的动力影响,因为在强(弱)东亚冬季风影响下,赤道西太平洋地区会形成向西(东)的气压梯度,即( )p/( )x＜0(( )p/( )x＞0)的异常气压形势.通过赤道太平洋的海-气相互作用,赤道西太平洋的持续西(东)风异常则将进一步导致El Nino(La Ni(n)a)事件的发生.     

喀拉海和巴伦支海海冰对中高纬异常纬向环流暨中国东部重霾天气形成的作用

采用1981年1月—2017年2月国家气象信息中心雾、霾数据集资料、同期NCEP/NCAR再分析资料以及哈德来中心的海冰资料,分析了秋冬季喀拉海和巴伦支海海冰变化与东亚冬季风暨中国东部冬季雾和霾日数变化特征之间的关系。研究结果表明,喀拉海和巴伦支海海冰对亚洲区中高纬纬向环流有重要影响,秋季海冰异常偏少是冬季亚洲区中高纬异常纬向环流形成的诱因之一。该地区秋季海冰偏少年,冬季亚洲中高纬地区纬向环流异常偏强,东亚大槽偏弱,影响我国东部地区的东亚冬季风减弱,这为大气污染物在水平方向上的聚集提供了有利条件,同时在海冰偏少年,对流层从中层向下均为正温度距平,与地表温差减小,不利于对流发展,使得大气的状况变得更加稳定,不利于大气污染物在垂直方向上的扩散,水平和垂直方向上的共同作用导致中国东部地区易发生霾天气过程。虽然喀拉海和巴伦支海海冰是影响中国东部地区冬季霾过程发生的重要因子之一,但其对冬季中国东部雾天气发生日数多寡的影响并不显著。亚洲区纬向环流指数相比经向环流指数更能反映中国东部地区冬季雾-霾日数的变化,冬季亚洲中高纬纬向环流越强,中国东部地区雾-霾日数越多。     

亚洲赤道地区大气动能的纬向传播

基于 1980～ 1997年 85 0hPa逐日NCEP/NCAR再分析资料讨论了亚洲赤道地区 (0°～ 5°N)大气动能的纬向传播特征。结果表明 ,在亚洲季风区内 ,赤道地区大气动能 (K)的最强中心位于 75°～ 90°E ,次强中心在索马里急流区 (5 0°E附近 )。在 0°～ 5°N ,90°E以东 ,平均的大气动能扰动和赤道上经向风扰动主要起源于西太平洋 ,并向西经南海传播到孟加拉湾。而在孟加拉湾动能中心与索马里急流区之间 ,动能传播方向比较复杂。以上事实说明赤道地区东亚季风系统确实是存在的 ,与印度季风系统中扰动的传播方向不同 ,东亚季风系统中动能和经向风扰动在东西方向上主要受西太平洋的影响。在亚洲赤道季风区 ,这两个系统的交界处约在 95°～ 10 0°E附近 ,比过去界定的偏西 5～ 10个经度。     

华南春季降水纬向非均匀分布及异常年大气环流特征分析

对1951—2007年华南地区18站春季（3—5月）降水进行EOF分析,发现华南春季降水的空间分布具有全区一致性、东西反位相、南北反位相及东北—西南反位相等特点。第二特征向量主要反映了华南春季降水的纬向非均匀分布特征,据此将华南春季降水型分为西涝东旱型和西旱东涝型,并利用NCEP再分析资料对春季降水的纬向分布异常年的大气环流背景特征进行了研究。结果发现：在西涝东旱年,华南西北部存在海平面气压场和高度场的正异常中心,有利于冷空气的南下,而该正异常中心的南部出现负异常,华南东部及其东部海面上呈现范围较大的气压场和高度场正异常,华南西部盛行东南风异常,华南东部存在东北风距平,风场和水汽输送场在华南西部表现为异常辐合,在华南东部表现为异常辐散,因此造成了华南西部降水的偏多和东部降水的偏少。同时,850 hPa涡度场、200 hPa散度场、850 hPa垂直速度场和1000 hPa温度场也均呈现出有利于华南西部降水增多和东部降水减少的环流形势。在西旱东涝年,情况基本相反。