ENSO知识讲座

第四讲 ENSO与大气遥相关 1大气遥相关 瓦克环流和哈得莱环流都是对热带海洋热源强迫的响应,为热力直接环流,属于准静止斜压运动.南方涛动正是反映了热带地区直接热力环流的年际变化.     

南亚季风产生的动力学分析和数值试验

采用动力学分析和数值试验的方法研究和讨论了地形的热力因素对南亚季风产生的作用和影响,结果表明：没有地形效应的热力强迫只能同热带地区的低频振荡,不能在副热带地区形成稳定的季风环流;南亚地区的地形效就和经向热力强迫的共同作用是形成南亚季风环流的必要条件。     

ENSO知识讲座 第四讲 ENSO与大气遥相关

1 大气遥相关瓦克环流和哈得莱环流都是对热带海洋热源强迫的响应，为热力直接环流，属于准静止斜压运动。南方涛动正是反映了热带地区直接热力环流的年际变化。热带地区直接热力环流的年际变化使热带地区大气环流发生明显的年际变化，特别是反映在气压场和风场的变化上，从而影响了热带地区的气候变化，主要特征是降水、气温以及风的异常。     

南海夏季风异常及其对南海与周边地区的大气和海洋要素的影响

通过对南海夏季风异常年夏季南海及周边地区主要海-气要素场的对比分析,得到以下主要结论:强、弱季风年夏季南海及周边地区的主要海-气要素都表现出明显的差异。强季风年夏季南海中南部地区低层西风加强、高层东风加强,以南海北部为中心存在气旋性距平环流,上升运动增强。相应地,南海及我国东南沿海地区对流和降水增强,而长江中下游地区降水偏少。弱季风年则表现出与强季风年几近相反的分布特征。此外,强季风年西太平洋副热带高压较弱季风年位置明显偏东、强度明显偏弱。与对流和降水的分布相对应,强、弱季风年夏季南海及周边地区大气热源状态的分布也表现出明显的差异,差别最显著的区域正是在南海及周边地区。在强季风年,西起孟加拉湾东至菲律宾以东的洋面上为较明显的热源增强区,而弱季风年则为明显的热源减弱区。此外,强、弱季风年,南海海域的海面高度、海洋环流、海表温度等表征海洋状况的要素分布也明显不同,分布形势几近相反。海温作为重要的外源强迫,不仅对季风环流的形成有重要作用,而且明显受到季风异常的影响,进而对局地的天气气候产生重要的滞后影响。     

海洋在亚洲夏季风对全球变暖响应中的作用

前人的模式研究表明全球变暖之后亚洲夏季风降水和环流的改变存在着一种自相矛盾的现象。本文利用最新的IPCC-AR4模式模拟资料和FOAM模式来研究亚洲夏季风对全球增暖的响应机制。大多数IPCC-AR4模式以及FOAM模式重现了亚洲夏季风降雨与环流变化的自相矛盾性。利用FOAM模式,本文通过系统改变海洋增暖信号来理解海洋变暖在季风响应中的作用机理。结果表明亚洲夏季风降雨和环流对全球变暖的不同响应主要是由于印度洋的变暖加强了中上层大气的变暖(从而降低了经向的热梯度)和水汽输送。全球增暖导致海陆温差的增大使得大气对流中心北移从而减弱了北印度洋的底层大气季风风速。这些敏感性实验还表明了太平洋的变暖增强了亚洲夏季风环流但减少了降雨量,从而削弱了印度洋增暖对亚洲夏季风的颖响。模式研究还表明了海洋的增暖能够增强亚洲夏季风自身的内在变率。     

亚洲夏季风对偶极子型人为气溶胶排放变化的响应特征与机理

利用第六次国际耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6, CMIP6）中的两组子试验,结合线性斜压模式模拟的结果,研究了近年来亚洲内部出现的东亚减少、南亚增加的偶极子型人为气溶胶排放变化调控亚洲夏季风响应的特征及物理机制。对东亚夏季风而言,在考虑海洋-大气耦合作用的气候系统总响应中,东亚夏季风环流和降水显著地加强;在不考虑海洋调控作用的大气直接响应过程中,东亚人为气溶胶排放减少导致的陆地升温使得海陆温差增大,进而通过引起东亚陆地上的气旋式环流异常加强东亚夏季风环流和降水。对南亚夏季风而言,其在偶极子型人为气溶胶强迫下呈现出更为复杂的变化特征。在大气直接响应过程中,人为气溶胶强迫引起的海陆热力差异变化导致南亚夏季风环流减弱、降水减少。在考虑海洋-大气耦合过程的总响应中,南亚夏季风环流表现出微弱增强,同时印度次大陆的南亚夏季风降水也出现增多的异常变化。这表明,局地和海洋-大气动力耦合过程在区域气候对人为气溶胶强迫的响应中扮演着非常重要的角色。此外,通过线性斜压模式发现,东亚和南亚局地的人为气溶胶强迫导致的大气加热场异常不仅能影响局地的夏季风环流,还可以通过引起大范围的表面气压异常进而调控整个亚洲夏季风环流的变化。     

热带海表面温度长期变化与中国降水异常的联系

用奇异谱分析（ＳＳＡ）揭示了１９５１～１９８９年期间全球热带海陆面温度旋转空间分布型主要的长期振荡过程及其对北半球５００ｈＰａ环流和中国降水的影响,结果表明全球热带海陆面温度存在四种显著的旋转空间分布型：ＥＮＳＯ、ＮＡＵ、ＴＡＬ、ＳＡ型,其活动区域分别在赤道中东太平洋和印度洋,澳大利亚北部洋面、热带大西洋、中国南海附近,重要长期变化分别表现为线笥增加、减少,３５年左右和６～８年周期振荡,中国降水场的主要响应区域在华北、长江中下游、西北和东北地区、江淮下地区,它是由热带这四种不同区域热源异常与不同时间尺度的大气环汉变化之间的相互作用结果,同时,由旋转奇异异值分解（ＲＳＶＤ）研究了前期冬季太平洋海温和夏季中国降水量主要耦合相关型及其长期变化特征,发现前期冬季赤道中东太平洋大民尺度海温异常对后期夏季中国降水影响不显著     

广西沿海的风况特征

本文描述了广西沿海风速风向的基本特征,用主导风向的演变讨论了季风环流的交替和转换,指出：风场对环流的调整响应敏感;海陆间平均风速的差值主要由热带天气系统和冷空气活动两因素影响,且两因素的作用因地而异;海陆风速日变幅存在明显差异,沿海大风主要有四种类型,以热带风暴大风和局地强对流大风危害为重     

南海西南季风撤退前后大气热源的演变及其结构特征

本文用热力学方程和水汽连续方程反算了南海附近地区1983年10月大气热源和水汽汇的分布,分析了大气热源的结构及其演变过程与西南季风的关系。分析表明:大气热源的分布与ITCZ的活动有密切的关系,最大热源中心出现在ITCZ南侧。随着西南季风的撤退,ITCZ的南移,大气热源中心亦由南海北部逐渐向南海西部及中南半岛南端移动。西南季风与ITCZ的活动,对大气热源的形成和维持具有重要的作用。     

大气和海洋流场对局地热源强迫的一种响应模态

运用动力学分析的方法，对正压准地转模式中局地热源强迫可能对大气和海洋流场产生的响应结果进行了研究，发现热源扰动和响应流场之间有很好的对应关系，两者具有类似的分布模态，而且“狭窄”的热源扰动可能导致“宽广”的流场响应，这与中低纬大气试验和观测资料的研究结果相符，同时也可部分地解释地球流体中局地热源异常可能导致的环流异常现象。     

北太平洋环流振荡形成机理的数值研究

利用大洋环流模式,探讨海洋对大气强迫的响应及北太平洋环流振荡模态(NPGO)形成的直接原因。对控制试验模拟的海表温度异常(SSTA)进行经验正交函数(EOF)分解,发现第二模态类似于经典NPGO 模态,说明采用该模式研究海洋对大气强迫的响应是可行的。在控制试验基础上,通过改变大气强迫场设计了一系列敏感试验,发现大气强迫场为NPGO 模态正强年的合成场时,所得SST异常场能较好再现NPGO 空间特征,说明海洋状态强烈依赖于大气强迫,大气强迫是造成NPGO 的直接原因;对大气强迫场中的动力强迫、热力强迫等物理量进行不同配置进行试验,发现风场动力强迫对NPGO 的影响最大,是形成NPGO 的关键强迫,其中又以纬向风应力的影响居首。     

西北太平洋季风槽异常与热带气旋活动

在普查1979-2005年热带气旋(TC)个例的基础上,建立了生成于西北太平洋季风槽的热带气旋(简称MTTC)序列,统计发现1979-2005年的5-10月南海和西太平洋TC总频数为672个,其中MTTC频数为491个,占总频数的73.1%,占登陆我国TC频数的79.2%,可见,MTTC的活动规律反映了西太平洋TC以及影响我国TC的主要活动规律.分析了逐日环流场,将季风槽分为5种主要形态:南海季风槽型、南海-西太平洋季风槽型、反向季风槽型、三气流型和西太平洋季风槽型.根据每年5-10月的季风槽、副高以及越赤道气流等系统的强弱和位置,将1979-2005年分为4种年型:季风槽西南型、西北型、偏东型和正常年型,针对前3种季风槽异常年型,诊断分析了有利于TC形成的海温场、大尺度环流场、水汽输送、大气视热源和视水汽汇以及纬向风垂直切变的特征,发现不同季风槽年型,由于太平洋海温场的差异,引起哈得来环流和Walker环流的差异以及西太平洋副高、南亚高压等大尺度系统位置以及越赤道气流强度的差异,导致有利于TC生成的热力条件、动力条件和环境条件的不同,致使MTTC生成位置、频数、路径以及在我国的登陆点有着显著差异.     

南半球气旋发生频数的变化及其与赤道东太平洋水温和南方涛动的关系

北半球的许多天气现象与南半球的大气环流有关[1],尤其是南半球的气旋发展及其路径的变化[2-6],真实地反映了南半球大气环流的特征.对南半球气旋进行分析研究,不仅对南半球的大气环流研究有重要意义,对热带地区乃至北半球的气候研究也具有重要参考价值.本文拟在分析南半球气旋发生频数特性的基础上,重点探讨其与赤道太平洋水温和南方涛动之间的内在联系.     

1979年夏季热带季风环流中期振动的初步分析

亚洲季风环流是亚洲中低纬地区大气环流的一个重要组成部分.特别是夏季,广大低纬地区,从阿拉伯海向东,经孟加拉湾、南海,直到西太平洋,以至我国和日本的南部,都可受到热带季风环流系统的直接影响.季风活动与周围的大气环流系统以及海洋物理特性的变化有着密切的联系,对我国天气气候有重要影响.     

亚洲南部地区海陆分布对亚洲冬季风影响的数值试验

利用美国国家大气研究中心研制的第三代公共气候模式CCM3/NCAR,设计了一系列数值试验,研究非洲大陆、印度半岛、中南半岛与其周围的阿拉伯海、印度洋和孟加拉湾及南海海陆交叉分布对亚洲冬季风环流形成的重要作用.试验结果表明:亚洲南部地区的阿拉伯海、孟加拉湾和南海冬季风及其越赤道气流的存在与非洲大陆-阿拉伯海-印度半岛-孟加拉湾-中南半岛-南海的海陆热力差异有关;并且冬季热带地区北风分量的产生也与次行星尺度海陆热力差有关,同时这些次行星尺度海陆热力差也对副热带和高纬度冬季风形成有明显作用.试验结果也表明中南半岛不仅对临近的冬季风有局地的影响,对冬季风的传播也有重要的作用,中南半岛的存在减弱了流向孟加拉湾和印度的冬季偏东风气流,使部分气流在南海转向,形成了南海冬季风;另外,非洲陆地、印度半岛和中南半岛的存在都能对其高空的副热带急流产生重要的影响,尤其是印度半岛和中南半岛的存在对高原南支副热带急流的维持有重要的作用;另外也讨论了这些陆地与海洋间的热力差对冬季地面气温和降水的影响.     

冬季中纬度海气相互作用与长江中下游汛期旱涝预测

中纬度海洋的热力状况对大气环流的维持和变化起着重要的作用,尤其在冬季。汛期的研究表明,冬季黑潮海域海表面水温(SST)与长江中下游和华北平原汛期降水有密切的关系(中国科学院大气物理研究所长期预报组,1978),夏季阿留申海域的SST异常与北太平洋上空大气环流场和后期秋季美国的气温和降水亦存在有意义的关系(Namias,1976)。赵永平(1986a;赵永平, McBean,1996)和Zhao and McBean(1989)曾用北太平洋海洋对大气加热场资料详细地分析了其时空分布特征,揭露了黑潮及邻近海域海洋异常加热对同期和后期半年至一年北半球大气环流的影响事实,并提出用海洋异常加热对同期和后期大气环流作用的反相性假说来进行解释。以上研究表明,冬季中纬度海洋异常加热与大气环流的异常和我国汛期旱涝之间存在一定的联系。 冬季黑潮和湾流海域是中纬度海洋的两个巨大热源,它们对同期和后期大气环流有重要影响。本文研究了冬季中纬度黑潮和湾流海域海洋异常加热对夏季副热带高压和中高纬度西风环流的影响,讨论了长江中下游汛期旱涝前期冬季和同期大气环流型。结果表明,冬季东亚和北美冷空气都强时,黑潮和湾流海域对大气异常多加热,夏季西太副热带高压、乌山和鄂海阻塞高压多趋减弱,中纬环流平直,形成长江中下游偏旱的环流形势；反之,西太副热带高压、乌山和鄂海阻塞高压多趋加强,中纬槽脊系统明显,形成长江中下游偏涝的环流场。本文还对可能的物理过程进行了讨论。     

太平洋海温异常对南海西南季风建立早晚的影响——数值模拟研究

利用9层15波全球大气环流谱模式研究了太平洋海温异常对南海西南季风建立早晚的影响作用.结果表明:西-中太平洋海温异常数值试验结果最能反映出南海西南季风爆发早、晚年4～5月份大气环流的差异特征.数值试验结果显示:西太平洋海温正(负)异常可导致西太平洋副高减弱(加强);中太平洋海温正(负)异常主要使得中太平洋上空的洋中槽减弱(加深);东太平洋海温正(负)异常可造成东太平洋赤道两侧高层环流产生反气旋性(气旋性)变化,孟加拉湾-南海-西太平洋热带地区出现东风(西风)异常,西太副高加强(减弱).可见西太平洋海温异常和东太平洋海温异常都可以对副高强弱变化产生明显影响,从而对南海西南季风建立早晚产生影响,只不过西太平洋海温异常的影响作用更为显著.西太平洋正(负)海温异常与中太平洋负(正)海温异常经常是同时出现的,其激发出的与向东传的Kelvin波和向西传的行星波相联系的环流异常为南海季风建立早(晚)提供有利的条件,因而这一海温分布型是影响南海西南季风建立早晚的重要影响因子.     

亚洲季风区气候对北大西洋年代际振荡冷暖位相的对称和非对称响应

利用NCEP大气环流模式,模拟了亚洲季风区气候对北大西洋正、负海温异常的响应。研究表明:亚洲季风区气候对北大西洋年代际振荡(AMO)的影响存在线性和非线性响应;AMO的暖位相造成欧亚大陆增温以及印度地区北暖南冷的偶极子型分布,主要是线性因素的作用;夏季、秋季印度半岛降雨增多,是线性因素和非线性因素共同作用的结果,且非线性因素带给印度半岛的降水多集中在西部。     

青岛近岸一次海陆风过程中大气波导成因的数值研究

采用新一代区域大气数值模式WRF对2006年8月21日青岛地区一次典型的海陆风过程中的大气波导现象进行了详细的数值模拟研究,以探究海陆风过程中大气波导的形成机理。WRF数值结果较好地再现了海陆风及大气波导的发生发展过程。基于高时空分辨率的WRF数值模拟结果,对海陆风过程中大气波导的形成机制进行了详尽的分析,结果表明:湿度突变层的存在是导致波导发生的主要因素,此次波导过程无逆温层的存在;波导随海风的出现而形成。午后,海陆温差增大,海风在海陆热力性质差异的驱动下形成,并将大量水汽带到近岸,使近岸底层大气相对湿度增大,陆上暖干空气在海风环流作用下向海洋一侧平流,最终在海洋上空下沉,海洋大气边界层发展成为具有稳定层结的热内边界层;同时,下沉的干空气与底层湿空气形成较大的水汽垂直梯度,有利于大气折射指数随高度减小,形成大气波导。海风环流减弱至陆风环流形成发展后,水汽垂直混合均匀,大气波导随之减弱、消失。地形因素对波导的形成作用显著,地形的阻挡使海风携带的大量水汽在向海一侧积聚,在海风环流作用下波导形成于陡峭地形向海一侧。     

两类厄尔尼诺事件期间热带大气GILL响应分析

分析了1979-2018年两类厄尔尼诺事件期间月平均热带太平洋海面温度(sea surface temperature,SST)异常、对流降水异常、大气环流异常等特征,发现东部型、中部型厄尔尼诺期间海洋及大气加热场并不是赤道对称,赤道以南热源强度大于赤道以北.大气对热源的响应表现在:1)低层在大气热源西侧出现南、北半球...