大气季节内振荡的活动与江淮流域夏季旱涝

观测资料的分析极为清楚地表明,江淮流域的夏季降水有着极为明显的低频变化,周期为30-60d和近20d的振荡是其最基本的特征,尤其是在多雨的年份.对应江淮夏季多雨(涝)年和少雨(旱)年,大气环流的分析表明其大气季节内振荡(IS0)的形势有着显著的差异.例如在多雨(少雨)年,在长江以南的850hPa上为一个低频(IS0)反气旋(气旋)性环流控制,而中国北部和日本一带为气旋(反气旋)性环流,从而在江淮流域形成较强的低频辐合(辐散)气流;在200hPa的青藏高原上却为一个低频气旋(反气旋)性环流所控制.分析还表明,对应多雨年,在江淮流域有明显的由中高讳度向南传播和由低玮度向北传播的大气低频振荡的汇合情况;而对应于少雨年,由中高纬度向南传播的低频系统较不明显,在江淮流域低频系统的汇合也较为不清楚.     

夏季欧亚中高纬大气低频振荡的纬向传播特征

基于NCEP/NCAR再分析资料,运用经验正交函数分解、线性回归和位相分析等方法,分析了夏季(5～8月)欧亚中高纬度地区主要低频周期的低频环流的纬向传播特征,并对其环流实体进行了探讨.分析结果表明,夏季欧亚中高纬度对流层中层(500hPa)的低频振荡周期主要集中在10～30d,该低频振荡同时存在明显的经向(向南)和纬向(向西)传播特征.着重分析其中的纬向传播特征后得出,其纬向平均传播速度约为9～10经度d-1.进一步分析表明,在东半球,北半球夏季极涡的最南端随10～30d的低频位相向西顺时针偏转.表征东半球大槽位置的5400,5500gpm等值线最南端,其随低频振荡位相亦有明显向西移动的特征.其中,5500gpm等值线最南端的移动速度也约为9～10经度d-1.此外,10～30d的低频冷空气也存在着随低频位相向西传播的特征.欧亚中高纬度低频振荡环流的向西传播是极涡向西顺时针旋转现象在低频尺度上的体现.与极涡或槽脊活动密切相连的冷空气即为夏季欧亚中高纬度10～30d低频振荡的环流实体.     

非对称型强飓风中的准平衡流特征分析Ⅱ:波动结构

利用非对称波分量分解和小波分析的方法,对准平衡动力模型下非对称强飓风内中尺度波动的空间结构和时间序列特征进行分析.结果表明,平衡流场中1波扰动占主要地位且具有涡旋Rossby波的典型结构特征,准平衡流各波数下扰动的空间分布反映了中尺度波动的混合性质;模式大气和准平衡垂直运动的全局功率谱中,超过信度检验的强波动信号中不仅包含分别表征重力波和涡旋Rossby波的高频和低频波动信号,还存在表征具有物理性质不可分特性的混合涡旋Rossby-重力波的中频波动.混合波的出现建立了不同频段波动之间的能量交换通道,其信号的变化对飓风系统的强弱变化具有一定的指示作用.非平衡垂直运动的波动强信号则主要集中在高频和低频区域,反映了在飓风强度变化情况下,与高频重力波有关的快波调整过程所引起的垂直扰动的振荡和传播.强垂直风切变对飓风内中尺度波动的切向和径向传播具有重要影响,当环境垂直风切变很强时,准平衡1波扰动在径向和切向方向上均呈"驻波"形态,随着环境垂直风切变的减弱,1波扰动以混合波波速逆基本气流传播.     

斜压基本气流对东亚夏季风区气旋扰动低频发展影响的数值模拟研究

本文将夏季气候平均的基本气流分解为正压和斜压分量,使用一个线性斜压模式,研究了不同斜压基本气流对热带西北太平洋地区初始气旋性环流扰动低频发展演变的重要作用.其中,控制试验较好地模拟出初始气旋扰动向西北方向传播、在西北太平洋季风槽附近停滞增强、在东亚地区出现经向波列和在南海到海洋大陆地区形成西北—东南向波列等特征.改变斜压分量的敏感性试验结果表明,正压基流不能为西传的初始扰动供给足够的能量;海陆热力差异引起东亚地区的纬向温度梯度和北风垂直切变,是东亚太平洋型经向波列形成和维持的重要因素;当基本气流中的斜压纬向偏差部分线性增大时,扰动的能量会呈e指数迅速增强,提示在气候变化的背景下,基本气流微小的改变可能带来天气或季节内扰动强度的剧烈响应.     

西北太平洋海气界面湍流热通量低频振荡强度的特征

利用美国伍兹霍尔海洋研究所客观分析海气通量项目提供的1985～2006年日平均的湍流热通量及相关基本变量数据,通过小扰动方法和相关分析,详细讨论了西北太平洋湍流热通量低频振荡强度的特征．结果表明：（1）西北太平洋潜热低频振荡强度的空间分布主要受海气比湿差低频振荡强度（△q＇）和海气比湿差平均值（△q^-）的空间分布影响;感热低频振荡强度的空间分布主要受海气温差低频振荡强度（△T）的空间分布影响．（2）湍流热通量低频振荡强度冬季最强,夏季最弱．潜热低频振荡强度的季节变化受△q＇强度季节变化、海表面风速低频振荡强度（U＇）季节变化、△q^-季节变化和风速平均值U^-季节变化共同影响;感热低频振荡强度的季节变化主要受△T强度季节变化和U^-季节变化的影响．（3）20°N以北海域和热带西太平洋,潜热（感热）低频振荡主要受大气变量q＇a（Ta＇）和U＇的影响,表现为海洋对大气强迫的响应;20°N以南的热带中东太平洋,qs＇（Ts＇）的变化对潜热（感热）的低频振荡也有较大影响．     

大气流场的拓扑结构

用简化的大气运动方程,定性分析了大气中几种常见天气系统流场的拓扑结构. 研究表明,气旋反气旋流场与中心点附近的流形相对应;长波演化形成阻塞高压流场,与鞍点和中心点从合并到分离的流形相对应;台风和龙卷风的流场与三维空间中鞍-焦点附近的流形相对应. 研究大气流场的拓扑结构,可以直观清晰地揭示大气运动的形态和形成机理,有助于认识大气运动的规律. 文中讨论基于一定假设,结果与实际大气有差异,因而具有局限性.     

赤道气压振荡与登陆中国热带气旋的关系

利用1949~2005年NCEP/NCAR逐日再分析资料及登陆中国的热带气旋资料, 采用功率谱分析、相关分析研究了近57 a夏半年(6~10月)赤道气压低频振荡的变化特征及其与登陆中国热带气旋的关系. 结果表明, 夏半年赤道气压主要表现为5~7, 10~30 d的周期振荡, 赤道气压准双周振荡强度的年际变化与登陆中国热带气旋个数有明显的正相关. 用小波逆变换对近57 a逐年5~11月逐日赤道气压进行准双周振荡滤波, 统计得到近57 a 6~10月与7~9月赤道气压准双周振荡波谷前后4 d内有热带气旋登陆中国沿海地区的几率分别为59.7%, 73.0%. 用合成分析方法建立了7~9月赤道气压准双周振荡波谷附近有、无热带气旋登陆中国的大气环流模型. 当赤道气压准双周振荡波谷附近有(无)热带气旋登陆中国时, 东半球中高纬度盛行纬向(经向)环流, 卾霍次克海附近的高压脊偏弱(偏强),西风带偏北(偏南), 副高偏西(偏东)偏强(偏弱), 东南亚越赤道气流偏强(弱), 西南季风偏强(弱)且在波谷时更强(弱), 有(不)利于热带气旋登陆中国. 所建赤道气压准双周振荡波谷附近有、无热带气旋登陆中国的大气环流模型可以较好地反映两者大气环流场的差异, 有利于做好登陆中国热带气旋的中期预报.     

全球环流20～30d振荡与长江下游强降水

利用1979～2005年NCEP／NCAR逐日再分析资料及长江下游地区降水资料,采用非整数波功率谱分析、相关分析和主振荡型分析（POP）研究了近27年5-8月长江下游降水季节内振荡（ISO）、强降水过程的变化特征及其-9全球环流主要ISO模态的关系．结果表明,5-8月长江下游逐日降水主要有10～20,20-30和60～70d的周期振荡,长江下游降水的20～30d振荡强度年际变化和强降水频数之间有极显著的正相关．5-8月全球850hPa高度场存在两个20～30d主振荡型（POP1,POP2）：一个是南半球中纬度地区东移的绕球遥相关型（SCGT）,另一个是西太平洋热带地区南移的季节内振荡型（TWP）,它们的解释方差分别为7．72％和7．66％．这两个POP型与长江下游20～30d低频降水和强降水过程密切相关,其中POP1虚部正位相和POP2实部正位相中长江下游有强降水过程的概率分别为54．9％和60．4％．用合成方法建立了北半球夏季全球环流主要ISO型的20～30d振荡过程中长江下游地区有（无）强降水过程的全球大气环流模型．长江下游地区强降水过程大部分发生在SCGT的位相4或TWP的位相6中．当长江下游降水20～30d振荡正位相中有（无）强降水过程时,与SCGT的位相4对应的850hPa低频风场中从阿拉伯海经印度、孟加拉湾到中国南部和长江下游地区存在（不存在）强西风气流,或与TWP的位相6对应的低频风场中从印度经孟加拉湾到中国南部和长江下游地区以及副热带西太平洋地区到赤道中东太平洋地区呈现强（弱）西风带,有（不）利于长江下游地区强降水过程的形成．它们分别与南北半球热带内外地区大气环流之间的相互作用和亚洲季风区热源强迫异常与东亚大气内部相互作用激发的20～30d低频振荡有关．这两个20—30d振荡的全球大气环流模型对于提高夏季长江下游地区强降水过程10～30d延?     

西南区域持续性干旱事件的行星尺度和天气尺度扰动信号

以2009-2010年发生在中国西南地区的持续性干旱事件为例,通过干旱和大气变量的物理分解得到了一些干旱事件发生的新认识.气象干旱多为年循环的气候干季与干旱扰动的叠加所致.一次干旱扰动大约为30-50天,而一次持续性干旱事件是由几次干旱扰动组成的.大气高度场和风场中存在三种时间尺度的扰动.一种是年际行星尺度的大气扰动,与ENSO冷暖事件有关,起源于赤道并传播到中高纬度地区需要2-4年.另一种是季节内行星尺度的大气扰动,与来自赤道地区的30-50天振荡有关.此外,大气中还存在天气尺度的扰动.利用行星尺度大气扰动向赤道外传播与天气尺度扰动的叠加,区域持续性干旱事件能够找到前期预报信号.     

纬向风与赤道异常的行星波同步振荡及其谱分析

本文利用最大熵谱分析方法处理了电离层赤道异常北峰Okinawa站的f₀F₂行星波周期的振荡.比较同一期间相近经度链上的南北半球观测到的低热层中性大气运动,发现较短周期的2-5日波,尤其是在南北半球的夏季期间（北半球7-8月前后,南半球1-2月前后）,其纬向风与赤道异常振荡强弱及周期变化具有良好的同步对应性.对于较长周期的中性风振荡,只要其幅度相当大,也会在赤道异常的振荡中有所对应.从而提供证据说明中性风的行星波振荡是赤道异常的行星波振荡的驱动源.     

1998年长江流域洪水期大气季节内振荡特征及机理研究

1998年夏季长江流域洪涝灾害的发生与低纬和中高纬低频气旋在长江流域附近地区的汇合过程有关. 用包含18个动力热力因子及南北边界效应的局地经向环流线性诊断模式将各因子作用分解开来, 并根据1998年的NCEP再分析资料找到造成不同纬度低频气旋的产生、经向传播及相互作用的主要过程. 基于数值模式的定量分析结果, 表明低纬地区低频气旋的产生和传播主要与强积云对流有关的潜热加热、反映越赤道气流影响的边界效应及热量垂直输送作用有关; 而中高纬地区低频气旋的产生和传播则主要与反映西风带扰动的西风动量水平输送和温度平流作用有关, 西风带扰动主要体现为鄂霍次克海阻塞高压及东南侧的切断低压. 高低纬低频气旋在长江流域附近地区的合并, 不但为长江流域发生洪涝提供所需的抬升条件, 也为南海地区低层低频反气旋的形成创造了有利条件. 在来自南海低频反气旋西北侧的暖湿气流和位于长江流域的低频气旋上升运动的共同影响下, 长江流域发生了百年一遇的特大洪水.     

GPS无线电掩星后向传播方法

在大气多路径传播条件下,讨论了两种无线电信号的反演方法:几何光学方法和后向传播方法.当大气存在多路径效应时,采用几何光学方法反演大气参数会引入较大误差.后向传播方法将无线电信号从多路径区域反推至单路径区域,减少了大气多路径效应的影响.为了比较不同的反演方法,利用多相位屏模型,数值模拟了大气多路径条件下无线电信号在大气中...     

天气尺度扰动流场对区域暴雨的指示能力

观测的大气流场可以物理分解为气候流场、行星尺度纬圈平均扰动流场和天气尺度扰动流场.低层大气的天气尺度扰动流场中的切变线、南方气旋、北方气旋、冷锋槽线、西南涡暖切变线、热带气旋、倒槽切变线、东风波切变线等对区域暴雨具有指示意义.扰动流场中的环流系统更适合天气分析的原理.中国的暴雨带多为扰动辐合线两侧气流对峙的结果.观测流场中,暴雨带出现在低空急流的左侧,是因为气候流场掩盖或削弱了天气尺度扰动流场的作用.对切变线暴雨,天气尺度扰动流场有99%的诊断能力,而原始流场只有66%的指示能力.     

切变基本纬向流中非线性赤道Rossby长波

为了解决观测和理论研究中的一些问题以及更好地了解热带大气动力学 ,有必要进一步研究基本气流的变化对大气中赤道Rossby波动的影响 .本文研究分析基本气流对赤道Rossby长波的影响 ,利用一个简单赤道 β平面浅水模式和摄动法 ,研究纬向基本气流切变中非线性赤道Rossby波 ,推导出在切变基本纬向流中赤道Rossby长波振幅演变所满足的非线性KdV方程并得到其孤立波解 .分析表明 ,孤立波存在的必要条件是基本气流有切变 ,而且基流切变不能太强 ,否则将产生正压不稳定 .     

南海夏季风季节内振荡特征及其对热带印度洋MJO活动异常的响应

本文采用OLR和风场等NCEP再分析资料、日本APHRO_MA_V1003R1降水资料和CPC提供的MJO指数,分析了1979～2008年南海夏季风的季节内振荡特征和年际差异、对应的低频环流和对流场及降水分布、夏季风ISO的传播路径以及热带印度洋MJO对南海夏季风ISO的影响,发现：（1）气候均态下的南海夏季风在夏季（5～8月）共有3次ISO波动.每一次完整波动中经历发展-最强-减弱-抑制-最弱-恢复的6个位相（弱位相除外）.由于热带低频对流的东传和北传,在阿拉伯海-西太平洋纬带上,1～3位相和4～6位相的低频对流场和环流场呈反位相特征.对应雨带分布在1～3位相和4～6位相也大致呈反位相特征,20°N以南的热带地区主要是雨带随着低频对流的东移而东移,而20°N以北的东亚副热带地区则主要是雨带随着南海低频对流的北移而北移.（2）南海夏季风ISO强度具有显著年际变化特征.在南海夏季风ISO强年,夏季共有3次较强的ISO波动,前两次均来自于热带印度洋ISO先北传到孟加拉湾、再沿10°～20°N纬带东传到南海、在南海加强并激发ISO的北传,构成热带印度洋ISO向我国华南的经纬向接力传播;而在南海夏季风ISO弱年,其振荡强度大为减小且很不规律,ISO的经纬向传播也较弱;在平均状况下,热带印度洋ISO向南海的传播需要约20d左右（1/2个ISO周期）的时间.（3）MJO1（CPC提供的MJO指数第一模态）在4月第1～2候的平均值与南海夏季风ISO强度呈显著负相关,当热带印度洋MJO在4月第1～2候较活跃时,在随后5～8月中也大致偏强,ISO向南海地区的传播也较强,使得南海夏季风ISO加强;反之,则南海夏季风ISO将减弱.MJO在4月第1～2候的异常状况可以为我们预测随后的南海夏季风ISO强度以及分析相关地区的降水异常提供一定的理论依据.     

27.3及13.6 d周期的大气潮

对比分析了25 a (1973~1998年)的日长(Length of day, 以下简称LOD)、大气环流及月球相位随时间的变化. 发现伴随着月球相位的交替变化, 地球大气的纬向风速场、地球位势高度场及LOD作27.3及13.6 d的周期振荡. 每5~9 d (平均6.8 d), 随着月球视赤纬角从0°变为最大值(绝对值)或从最大值变为0°, 全球纬向风速场、地球位势高度场及LOD经历一次突然变化. 这种周期性的大气振荡, 被视为一种大气潮. 对比月球视赤纬角变化及与其对应的LOD、大气纬向风速场及地球位势高度场变化, 分析了10个大气潮个例. 月球对地球大气引潮力作用的周期变化, 是引发27.3及13.6 d周期大气潮的主要原因. 月球对地球大气的作用是巨大的, 它引起大气纬向风速场及地球位势高度场的变化. 当月球围绕地球运转至天赤道上空时, 月球视赤纬角等于0°, 这时月球对大气的引潮力最大, 大气的纬向风速增加, 地球的自转角速度减小, 日长(LOD)增加. 反之, 当月球视赤纬角最大(绝对值), 月球对大气的引潮力减小, 大气纬向风速减小, 地球的自转角速度增加, LOD减小. 27.3及13.6 d周期的大气潮值得更深入地研究. 月球对地球大气的引潮力作用, 应该在大气环流及中短期天气预报模式中予以考虑.     

地球自转与气候动力学──振荡理论

考虑地球自转速率随时间的变化,并应用描写低纬地球流体（大气和海洋）的水平运动方程,分析了地球自转速率变化对低纬大气和海洋振荡的影响．研究指出：地球自转速率的变化不但会直接影响低纬大气和海洋的振荡周期和振幅,而且会影响纬向风和洋流的变化,从而导致海温和海平面的变化．所以,地球自转速率的变化是影响全球气候变化的重要因素之一．关键词##4地球自转速率;;气候变化;;大气和海洋的振荡     

跨赤道惯性急流的多平衡态

发展了Anderson和Moore跨赤道惯性急流理论, 应用非线性等值浅水模式, 根据与急流相联系的有旋大尺度气流(大气)或洋流(海洋)特征定出新的普适函数, 从而求出跨赤道惯性急流区中沿流线的位势涡度和能量守恒式, 由于最后的控制方程是非线性的, 因此可以有条件的存在跨赤道的多平衡态的惯性急流解. 通过急流区外不同的大尺度气流或洋流的特征分析, 讨论了跨赤道惯性急流区中可能存在平衡态的条件, 并给出多平衡态的解例.     

南半球夏季纬向平均环流的垂直结构异常及其与AAO和ENSO的联系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,研究了南半球夏季（12~2月）纬向平均环流的垂直结构异常及其与南极涛动（AAO）和ENSO的联系.结果表明,南半球夏季纬向平均［u］的异常分布的主要模态（EOF1）显示出极区、50°S~70°S、以及50°S以北的区间内“三极”型振荡.EOF1 既反映了AAO的特征又与ENSO有着显著的关系.由于AAO指数与Nino3区指数之间存在着统计相关,为进一步弄清AAO和ENSO在南半球纬向平均气流变动的相关分量及其结构,利用Nino3区指数使用一元回归方法滤除ENSO影响,再对剩下的部分作EOF分解,得到了独立于ENSO的纬向平均［u］的第一模态AEOF1.相关分析表明AEOF1为与AAO相对应的纬向平均［u］异常的分布.用南半球纬向平均［u］去掉其与AAO相联系的模态AEOF1,进行EOF分解得到的第一模SEOF1,其与Nino3 区指数的相关高达0.9.由此给出了纬向平均气流的变动与ENSO无关的模态和与ENSO有关的模态.时间变化分析表明,近30年中,除了年代际变化和3~7年的年际变化外,纬向平均的纬向基本气流尚有极地西风减弱、副极地西风加强、副热带西风减弱、热带东风加强的长期趋势.     

强迫和惯性不稳定对流发展在印度夏季风爆发过程中的作用

利用NCEP/NCAR R1再分析资料,分析了阿拉伯海上空对流层低层惯性不稳定现象对印度夏季风爆发过程的影响,揭示了纬向地转动量的纬向平流在惯性不稳定中的重要作用.研究表明,在印度夏季风爆发过程中,由于强烈的跨赤道气压梯度,对流层低层的绝对涡度零线(η=0)在阿拉伯海南部上空自赤道向北推进,从而在北半球近赤道区域形成负绝对涡度区,该区域表现出明显的自由惯性不稳定.在摩擦作用下,当气流自南向北通过这一区域时,在绝对涡度零线北侧出现低层辐合中心,有利于低纬度对流发展.然而这种经典的惯性不稳定对流只出现在近赤道地区,对印度季风爆发的直接影响不明显.另一方面在η=0线北侧海平面低压中心南部,尽管该区域大气处于惯性稳定状态,低空西风气流的发展造成明显的纬向地转动量的纬向平流.理论和诊断分析表明,该纬向地转动量平流与南北方向海陆热力差异沿着纬圈非均匀分布密切相关,它引起低空辐合中心出现在印度大陆西南海岸低空急流附近及其北侧,为印度夏季风爆发提供有利的低空环流条件.说明春末夏初阿拉伯海地区低层对流的发展除了受摩擦惯性不稳定影响外,更受到海陆热力差异纬向分布不均匀的强烈影响.此外,在印度夏季风爆发前,对流层高层的南亚高压东伸发展,将中纬度高位涡输送到阿拉伯海上空,形成局地"喇叭口"状流场,产生明显的高空抽吸作用,为夏季风的爆发推进提供了有利的高空背景条件.当其与南北海陆热力对比的纬向差异所强迫的低空辐合中心在印度大陆西南海岸附近垂直耦合引起大气斜压不稳定发展时,激发了印度夏季风爆发.