沙尘辐射强迫锋生过程的数值模拟

本文分别利用二和三维数值模式研究了沙尘暴辐射强迫的锋生过程和孤立的沙尘暴单体辐射加热对锋面环流系统的影响。结果表明:沙尘爆发时,沙尘辐射加热在大气低层导致锋生,在大气中层产生一明显的等熵位温层。水平速度场在沿锋面移动方向表现出明显的辐合(散)特征。晚上,沙尘辐射冷却导致大气低层锋消。 孤立的沙尘暴单体辐射加热在盛行风方向强迫出一个明显的垂直环流圈,它在白天较强,晚上较弱和反向。水平风场对沙尘的辐射强迫响应在不同高度上是不同的。     

中国东部地区夏季对流层大气辐射加热的研究

应用TOVS资料及MORTRAN3模式，研究中国东部夏季对流层的太阳短波辐射和红外辐射对大气的加热状况。考虑不同纬度，不同大气状况下12个站点43个样本的太阳加热率和红外冷却率情况，分析发现：在夏季的对流层，太阳加热率随着距地面的高度增加而减小，它的大小及变化率与纬度、天顶角及当时大气的状况有关，同时，太阳加热率也存在日变化。红外冷却率在对流层中、高层有极小值，它的大小及变化率与当时的大气状况及纬度有关。将本文的结果与前人的结论及实况相比较，发现本文较为真实地反映了中国东部地区夏季对流层的辐射加热情况，利用卫星资料计算的结果基本可信，     

南太平洋辐合带季节循环及与地形和非绝热加热变化的联系

利用1981—2015年NCEP/NCAR月平均资料、NOAA的逐月CMAP（CPC（Climate Prediction Center）Merged Analysis of Precipitation）降水资料以及GODAS的月平均洋流资料和SODA的月平均风应力资料,定义了南太平洋辐合带（SPCZ）的关键区域,对南太平洋辐合带的季节变化特征及南太平洋辐合带的形成和维持原因进行了分析。结果表明,在南太平洋辐合带,4月存在由东西风切变型辐合带向东风辐合型辐合带转变的现象,而12月则存在相反的转换。在对流层低层,南太平洋辐合带区域的向上伸展高度和辐合在北半球冬季较其他季节明显高和强。引起南太平洋辐合带形成与维持的原因有2个方面:一是地形作用。由于地形的阻挡,造成等位涡线发生沿澳大利亚地形的绕行,利于澳大利亚地区反气旋性环流和南太平洋辐合带区域气旋性环流的形成与维持;同时,在地形和科里奥利力共同作用下,还易使暖海水在南太平洋辐合带区域汇聚,形成高海表温度区,从而加热大气,利于南太平洋辐合带的形成与维持。二是非绝热加热作用。南太平洋辐合带区域范围内的热源作用可以使其上方的大气受到加热,并产生加热强迫纬向梯度,驱动低层大气产生辐合。这些结果对深刻认识全球环流特别是南半球热带环流变化有重要意义。      

大气中H_2O、CO_2和O_3的重叠吸收对CO_2辐射效应的影响

本文研究了大气中 H_2O、CO_2和 O_3吸收带对因 CO_2增加一倍所引起的辐射收支扰动的重叠影响。这种影响与大气中的各种气体量以及吸收带的强度有关。我们用吸收带的窄谱带表达式研究了与气体含量的变化有关的这种影响。这个谱带表达式能考虑吸收带结构,从而说明吸收气体频谱特征的相关。据发现,H_2O 和 O_3的存在对 CO_2所引起的平流层中太阳辐射和热辐射扰动的影响都是比较小的。然而,在对流层和地面,这种重叠影响似乎是十分重要的,并且改变了 CO_2引起的辐射能量扰动的垂直分布。例如,在红外区,这个影响是减小了 CO_2放射辐射的效率,同时加强由于 CO_2增加所引起的从平流层来的向下热通量在对流层的吸收。各种气体的重叠吸收的净效果是使由于 CO_2增加而引起的对流层的加热变大和使引起的地面加热减小。我们也发现,由于大气中 H_2O的变化,重叠吸收影响有很强的季节和纬度变化。     

辐射和积云对流过程对大气辐射通量的影响

基于中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的全球大气环流谱模式(SAMIL-R42L26),研究了澳大利亚气象局研究中心(BMRC)新辐射方案和新Zhang-McFaflane积云对流方案对大气辐射通量模拟的影响.新辐射方案相比原辐射方案在辐射计算光谱分辨率、气体吸收和计算效率等方面作了很多改进,其对大气辐射通量的模拟能力相应提高.在晴空条件下,大气顶出射长波、大气吸收短波和地表入射短波等与观测的偏差较原辐射方案明显减小,尤其是在对流活跃区域.在云天条件下大气辐射通量与观测的偏差也较原辐射方案减小,但其偏差依然较大,这与模式中积云对流参数化方案模拟能力不足引起的辐射通量偏差有关.为此,换用了新Zhang-McFarlane积云对流方案,其结果表明,对流活跃区水汽含量显著增加,原对流方案中偏强的"双赤道辐合带"现象明显减弱,赤道辐合带地区的大气辐射通量偏差有明显减小,在海洋地区晴空大气顶出射长波和地表入射短波的量值及空间分布均接近观测结果,同时大气顶全球平均能量收支的年变化和观测结果趋于一致,其中模拟的伞球年平均大气顶能量收支和观测的偏差不到0.6 W/m2.试验结果同时表明,在未来研究中引入气溶胶分布、调整相关的云物理和陆面过程等物理参数化方案是进一步提高SAMIL-R42L26辐射通最模拟性能的关键.     

中国沙漠沙尘气溶胶对沙漠源区及北太平洋地区大气辐射加热的影响

针对2001年春季中国沙漠和北太平洋上空沙尘气溶胶的空间分布情况,利用辐射传输模式,分别计算了沙尘气溶胶对沙漠和海洋大气的辐射加热（冷却）率,并讨论了低云、中云、高云对辐射加热率的影响。结果表明:春季,位于中国沙漠和太平洋上空的沙尘层对大气具有明显的加热作用。当沙漠上空光学厚度为1.0,海洋上空光学厚度为0.3时,取春季平均太阳高度角,沙尘层对应的净辐射加热率分别为2.8 K/d和0.4 K/d。由于WMO推荐的沙尘模型比东亚沙尘模型对太阳辐射吸收强,采用该模型计算得到的中国沙漠和海洋上空的加热率比采用东亚沙尘模型分别高1.5 K/d和0.2 K/d。沙尘对大气的加热率很大程度上依赖于沙尘的大气载荷。这种依赖性首先受太阳高度角的影响, 其次也受地表反照率的影响。云对沙尘层辐射加热（冷却）率的影响与云的高度和厚度有关。低云能够加热沙漠和海洋上空的沙尘大气,冷却地面和洋面。中、高云冷却沙漠上空的沙尘层。在海洋上空,中云对云层以上的沙尘层有加热作用,对云层以下的沙尘层有冷却作用。高云对海洋上空沙尘层的辐射加热（冷却）率的影响比较小,加热还是冷却,取决于云的厚度,当云层较薄时,加热沙尘层,而当云层较厚的时候,有可能冷却沙尘层。     

北半球大气环流与热带太平洋海表温度3-4年振荡相互作用的若干事实

本文应用统计学上的带通滤波方法,对COADS资料集中的热带海表温度资料以及大气环流资料(500hPa高度场)进行了处理,使处理后的资料只保留3—4年周期变化的信息。由此计算了海温和高度场之间的时滞相关场,并分析了相关系数的时间经度和时间纬度剖面图,从而对东、中和西太平洋热带海表温度与大气环流之间的相互作用,揭露了一些有意义的现象。作者认为大尺度海气相互作用是复杂的,它依赖于信号的时间尺度以及海洋加热(或冷却)的地理位置。     

海洋对人为CO2吸收的三维模式研究

文中用包含海洋化学过程和一个简单生物过程的三维碳循环模式模拟了海洋对大气CO2 的吸收 ,并分析了碳吸收的纬度分布。模拟工业革命以来海洋对大气 CO2 的吸收表明 :海洋碳吸收再加上大气 CO2 的增加只占由化石燃料燃烧、森林砍伐和土地利用的变化而释放到大气中的 CO2 的 2 /3。1 980～ 1 989年期间海洋年平均吸收 2 .0 5Gt C。海洋人为 CO2 的吸收有明显的纬度特征。模式计算的海洋 CO2 的吸收在总量与纬度分布上与观测结果比较相符。     

海洋对人为CO2吸收的三维模式研究

文中用包含海洋化学过程和一个简单生物过程的三维碳循环模式模拟了海洋对大气CO₂的吸收,并分析了碳吸收的纬度分布。模拟工业革命以来海洋对大气CO₂的吸收表明:海洋碳吸收再加上大气CO₂的增加只占由化石燃料燃烧、森林砍伐和土地利用的变化而释放到大气中的CO₂的2/3。1980～1989年期间海洋年平均吸收2.05GtC。海洋人为CO₂的吸收有明显的纬度特征。模式计算的海洋CO₂的吸收在总量与纬度分布上与观测结果比较相符。     

非绝热加热及地形动力作用下的大气环流长期演变过程

本文建立了一个理想的大气环流数值试验模式,其中简单地考虑了辐射、湍流、凝结加热及地形的动力作用。模式中放了两个陆地和两个海洋,海陆的影响由给定的下垫面温度表现出来。把方程组化成常微分方程组后,用Runge-Kutta方法在电子计算机上求数值解。 首先,在非绝热加热的作用下,由静止大气开始经过40天就建立起基本气流。其次,在具有年周期的太阳辐射、下垫面温度及凝结加热的作用下,基本气流以年周期变化。扰动也有明显的年周期,夏季扰动振幅变小,冬季扰动振幅变大,而且海陆温度的季节变化能控制波数为2的超长波的进退。夏季温度槽位于海洋东部,冬季位于大陆东部。 最后,在数值试验中看到初始场的影响只有100天左右。     

ARE THERE INTERANNUAL-TO-DECADAL SCALE OSCILLATIONS ASSOCIATED WITH SEA ICE-THERMOHALINE CIRCULATION INTERACTIONS IN A SIMPLE COUPLED ATMO-SPHERE-OCEAN-SEA ICE MODEL?

1　INTRODUCTIONIn order to gain further insight into the nature of decadal- scale climate variability at highlatitudes( e.g.,Mysak et al.,1 990 ;Deser and black- mon,1 993) ,there have been a number ofrecent model studies of sea ice- thermohaline circulation interactions which exhibitoscillationson this timescale( Yang and Neelin,1 993;Zhang et al.,1 995 ;Yang and Huang,1 996 ) .Acommon feature of these studies is that the ocean models are integrated using mixedboundary conditions( MBC…     

太平洋地区海气系统年代际变率研究的若干进展

系统回顾了近年来太平洋地区海气系统年代变率的研究进展，涉及大气环流，海洋状况及汽气相互作用的年代际变化，以及产生这种年代际变率的主要机制，并简单讨论了目前该领域研究中存在的主要问题及研究前景。     

对流层大气环流的甚低频振荡

对１９５１—１９９２共４２ａ５００ｈＰａ北半球高度场的月平均资料进行了纬圈谐波分析，计算了３５°Ｎ与５５°Ｎ超长波振幅及位相，以及３５—５５°Ｎ北半球月平均纬向风距平百分比。对超长波振幅及纬向风距平百分比做了小波转换。结果表明，对流层大气环流变化中存在３种准周期性的甚低频振荡：１．年代际的振荡；２．准２ａ周期振荡（ＱＢＯ）；３．半年韵律。同时发现对流层ＱＢＯ和平流层赤道纬向风ＱＢＯ之间可能没有联系。     

大气对南极冰异常的遥响应及其季节内振荡

运用ＩＡＰＡＧＣＭ模式证实了大气对南极冰异常的强迫遥响应是激发产生全球大气季节内振荡的重要机制,进而着重考察了候平均偏差结果的时间序列,并且通过带通滤波处理,特别分析了响应场中３０～６０ｄ低频振荡的特征及其活动。通过分析发现：大气对南极冰减退的响应是一种具有３０～６０ｄ周期的低频遥响应,并呈现出清楚的二维Ｒｏｓｓｂｙ波列特征;强迫场中的３０～６０ｄ季节内振荡具有着同实际大气中的低频振荡相类似的垂直结构和传播特征。大气响应场中３０～６０ｄ振荡能量在垂直方向上随高度的增加而增加,在纬向上表现出明显的区域性特征,即季节内振荡的最大动能区（由于ＣＩＳＫ机制）分布在大洋内;ＥＵＰ,ＰＮＡ,ＡＳＡ和ＲＳＡ波列可能是全球大气低频扰动传播的主要路径,３０～６０ｄ低频扰动在波列路径上的传播具有很大的一致性和系统性,从而使中高纬和热带地区、以及南北半球的３０～６０ｄ大气振荡相互联系起来,而且可以认为,赤道中太平洋和赤道中大西洋地区是南北半球３０～６０ｄ低频振荡间相互作用和相互联系的重要通道。     

不稳定热带海气相互作用中快波的过滤

Ｐｈｉｌａｎｄｅｒ［１］明确指出在热带海气耦合系统中能够存在不稳定的海气相互作用。Ｐｈｉｌａｎｄｅｒ等［２］的数值计算表明，由于海气相互作用，不稳定扰动可以向东传播。Ｙａｍａｇａｔａ［３］和Ｈｉｒｓｔ［４］从理论上也证明了海气之间存在着正反馈过程。巢纪平和张人禾［５］运用一个流场和压力场的高阶平衡近似，即在热带大气和海洋中只存在向西传播的赤道Ｒｏｓｓｂｙ波时，得出了两种介质中向西传播的赤道Ｒｏｓｓｂｙ波通过海气相互作用过程，可以产生向西传的不稳定波。并且在一定条件下，还可出现一类不属于Ｋｅｌｖｉｎ波的向东传的不稳定波，这些结果对解释ＥＮＳＯ事件的传播过程是值得参考的。     

利用ARGO资料改进海洋资料同化和海洋模式中的物理过程

国际ARGO计划的实施每年将可提供多达 10万个剖面 (0～ 2 0 0 0m水深 )的海水温度和盐度资料 ,这些资料的获取无疑将会大大促进海洋和大气科学的发展 ,使人们加深对海洋过程的了解 ,揭示海 气相互作用的机理 ,为长期天气预报和短期气候预测提供模式初始场 ,提高长期天气预报和短期气候预测的能力。如何利用这些资料开展研究工作以及在实际业务中应用这些资料是目前大气和海洋科学界的一个前沿课题。本研究将ARGO浮标资料引入了国家气候中心的NCC GODAS同化系统 ,结果分析表明 ,同化ARGO资料后所得到的海温场在三大洋中不仅在温度数值的大小 ,而且在分布形式方面都与观测场具有较好的一致性 ,可以很好地反映出观测到的冬季和夏季海温的分布形式以及海温的季节变化特征和异常特征。本研究还应用最新的ARGO海洋观测资料 ,通过建立新的热带西太平洋次表层海温参数化方案 ,改进了Zebiak Cane(1987)海洋模式 (ZC模式 ) ,克服了ZC模式几乎没有模拟赤道西太平洋表层和次表层海温变化能力的缺陷。在ZC模式中引用新的次表层海温参数化方案后 ,在赤道西太平洋不仅次表层海温的模拟得到了改善 ,对海面温度异常的模拟也有了较大的改进 ,不仅模拟出了赤道西太平洋表层和次表层海温异常的年际变化特征 ,也模拟出了与观     

热带和中高纬地区季节内振荡的特征及其动力学诊断

使用5年低阶全球谱模式资料,对中高纬大气和热带大气季节内振荡的动力学性质和传播特征进行了诊断研究。分析发现模式再现了大气中季节内振荡在热带和中高纬地区的传播特性以及它们之间的差异。热带大气30—60天振荡在速度势场上表现为纬向—波结构和行波特性,而在散度风场上反映了赤道西太平洋—印度洋东西向偶极子型的振荡。中高纬大气30—60天振荡表现为定常波位相和振幅的变化,即波包络的传播特征。它与中高纬地区遥相关型的转换有关,通过遥相关位相和振幅的变化,不仅完成了热带和中高纬地区之间以及热带不同区域之间的能量输送,而且通过这种能量输送过程把南、北半球中高纬地区季节内振荡联系起来。      

北半跨冬半年大西洋地区海气相互作用及其遥相关

本文分析表明,冬半年大西洋海温场及其海气的相关场都具有明显的WA型遥相关结构,且主要是海温相对较高频率变化的贡献。海气系统的这种遥相关结构是互相维持的,它们具有准一年的振荡周期。WA型的振荡变化对中高纬以及热带地区的环流和大气有着重要的影响。     

DIAGNOSTIC STUDY FOR INTRASEASONAL OSCILLATION OF THE MIDDLE-HIGH LATITUDES IN A LOW RESOLUTION GLOBAL SPECTRAL MODEL

In this paper, five-year simulated data from a low-resolution global spectral model with triangular trunca-lion at wavenumber 10 are analyzed in order to study dynamical features and propagation characteristics ofintraseasonal oxillations over the mid-latitudes and the tropical atmosphere. The simulations show that thereis the 30-50 day periodic oscillation in the low-resolution spectral model without non-seasonal external forcing,and spatial scale of the intraseasonal oscihations is of the globe .Further analysis finds that propagation charac-ters of intraseasonal oscillations over the mid-latitudes and the tropics are different. The 30-50 day oscillationover the tropics exhibits structure of the velocity potential wave with wavenumber 1 in the latitudinal and thecharacter of the traveling wave eastward at speed of 8 longitudes/day. However, the 30-50 day oscillationsin mid-latitude atmosphere exhibit phase and amplitude oscillation of the standing planetary waves and theyare related to transform of teleconnection patterns over the mid-latitudes. The energy is not only transferredbetween the tropics and the middle-high latitudes, but also between different regions over the tropics. Based on the analysis of 5-year band pass filtered data from a 5-layer global spectral model of Jow-ordetwith truncated wavenumber l0,investigation is done of the source of intraseasonal oscillations in the extratropicalmodel atmosphere and its mechanism. Results show that (1) the convective heat transferred eastward alongthe equator serves as the source of the intraseasonal oxillation both in the tropical and the extratropical atmos--phere; (2) the velocity-potential wave of a zonal structure of wavenumber 1 gives rise to oxillation in divergentand convergent wind fields of a dipole-form as seen from the equatorial Indian Ocean to the western Pacificduring its eastward propagation, thus indicating the oscillation in the dipole-form heat soure:e/sink pattertl; (3)the tropical heat-source oscillation is responsible for the variation in phase and intensity of the extratropicalstationary wave train, and the interaction between the oscillating low-frequency inertial gravity and stationaryRossby modes that are probably mechanisms for the oscillations ip the middle-high latitudes.