大气对外强迫低频遥响应的数值模拟 I:对赤道东太平洋 SSTA的响应

本文通过在IAP-GCM上实现的数值模拟,研究了大气对赤道东太平洋地区暖SSTA的响应,着重讨论了大气遥响应的性质和演变过程. 数值模拟清楚地表明,大气对异常外源的响应主要是一种具有30—60天周期的低频遥响应.分析不同地区和不同季节这种强迫响应的30—60天低频振荡的结构及活动,可以清楚看到它与大气中实际存在着的30—60天振荡极为相似.因此也可以认为,大气对海温异常的强迫遥响应是激发产生全球大气30—60天振荡的重要机制.     

大气对南极冰异常的低频遥响应

运用ＬＡＰＧＣＭ模式证实了大气对南极冰异常的强迫遥响应是激发全球大气季节内振荡的重要机制,进而着重考察候平均偏差结果的时间序列,并且通过带通以处理,特别分析了响应场中３０－６０天低频振荡的重要特征,发现：大报对南极冰减退的响应是一种具有３０－６０天周期的低频遥响应。强迫场中的重要成分是３０－６０天季节内振荡,并且具有同实际大气中的低频振荡相类的垂直结构以及传播和分布特征。     

大气对外强迫低频遥响应的数值模拟 II:对欧亚中高纬“寒潮”异常的响应

本文通过用IAP GCM所作的数值模拟研究了欧亚大陆中高纬度地区的外强迫在全球大气中激发的响应.结果清楚表明,同赤道地区的热源强迫一样,中高纬度地区的外强迫也可以在全球大气中产生低频遥响应;通过低频波列EAP,欧亚大陆中高纬度地区的寒潮异常可以对赤道中西太平洋地区的大气运动及全球大气环流有重要影响.对30—60天振荡的强迫激发来讲,地球大气的气候基本态是极为重要的,热带大气对于全球大气的低频振荡活动具有尤为突出的作用.     

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。     

热带积云对流加热在全球大气遥响应中的重要作用──数值试验结果

利用ＩＡＰ两层大气环流模式模拟研究了热带地区积云对流加热在大气对赤道东太平洋海温正异常响应中的作用。通过对积分结果进行分析发现：热带地区积云对流在大气对赤道东太平洋海温正异常的响应过程中起着非常重要的作用。若热带地区的积云对流加热减弱则大气中的遥响应（相关）型也减弱。同时我们还发现，热带地区的积云对流加热加强则响应场的３０—６０ｄ低频振荡也得到加强。     

大气对热带热源低频响应的数值研究

本文设计—关于基本气流线性化的二层球面模式研究大气对不同类型赤道热源的低频响应,分析了全球大气40—50天低频振荡的结构和传播特点。结果表明:全球大气对热带热源响应特征是在热带地区表现为东西向非对称的热源东侧的Kelvin响应和西侧的Rossby响应,高低层反位相;在中高纬响应是具有低频振荡的二维Rossby波列,且具有相当正压结构。低频振荡的传播特征表明热带大气对移动性热源的响应更有利于振荡的向东传播,且该振荡可以沿波列路径向中高纬度传播,然后再折向低纬。二维Rossby波列是联系着热带和中高纬度地区低频振荡的基本动力学途径。该波列的形成取决于基本气流的分布,冬半球波列振幅较大。因此本文认为40—50天低频振荡是全球尺度的现象,它是一涉及到热带对流加热、赤道Kelvin波、亦道Rossby波、二维Rossby波列以及基本气流等动力学相互作用的过程。     

对流凝结加热的垂直分布与低纬大气的30～60天低频振荡

运用一个包含Wave-CISK机制的斜压半地转8层模式和本征函数展开方法，研究了三种不同的对流凝结加热廓线对低纬大气的30—60天低频振荡的影响。研究表明，不同的加热廓线分布时30～60天低频振荡具有不同的相速和周期，并且低频振荡特征相速的量级都是o(10m／s)，由Wave-CISK机制激发的低频CISK—Kelvin波和CISK—Rossby波都是稳定的。同时，还进一步揭示了不同加热廓线对低纬大气30～60天低频振荡垂直结构的影响。     

赤道东太平洋海温异常增暖对低频振荡影响的数值试验

为研究海温的异常增暖对３０－６０天低频振荡的影响，利用ＯＳＵ两层大气环流模式作了两组试验：一组使用气候平均海温，另一组包括两个试验，它们分别设正的海温距平（ΔＳＳＴ）中心位于赤道东太平洋的东部（１００°Ｗ）和中部（１４５°Ｗ）。结果表明：赤道东太平洋冬半年的海温异常增暖可改变低频振荡方差贡献的地理分布，其中当正的ΔＳＳＴ中心位于赤道东太平洋的东部时，热带印度洋和西太平洋地区的低频振荡的方差贡献较为显著，而热带东太平洋的低频振荡较为不活跃；当正的ΔＳＳＴ中心位于赤道东太平洋的中部时，情形则相反，即热带东太平洋的低频振荡的方差贡献较显著，而西太平洋地区的则不活跃。在赤道东太平洋海温异常增暖过程中，低频振荡的传播特性对ΔＳＳＴ中心位置的响应是敏感的，即当正的ΔＳＳＴ中心位置偏于该海区的东部或中部时，低频振荡的传播方向和传播速度有明显的差异     

东亚夏季大气环流和气候对冬季海温异常的邻响应和遥响应

本文通过ＩＡＰ－ＧＣＭ的数值模拟,研究了全球大气环流对黑潮海域和赤道东太平洋冬季ＳＳＴ异常的响应,并着重比较东亚大气环流和气候对黑潮区ＳＳＴＡ的响应（邻响应）和对赤道东太平洋ＳＳＴＡ的响应（遥响应）。首先,无论是黑潮区ＳＳＴＡ引起的邻响应还是赤道东太平洋ＳＳＴＡ所引起的遥响应对东亚大气环流和气候变化的影响都是明显而重要的。由于在大气中低频振荡被激发出来,其响应将持续较长时间。进一步分析表明,东亚大气环流对黑潮区或赤道东太平洋冬季正ＳＳＴＡ的响应都将造成华北地区夏季的多雨,其数值模拟结果与观测相一致。另外,赤道西太平洋地区大气的异常（尤其是对流活动）对于东亚地区大气环流和气候变化有重要作用     

热带大气高频温度异常对大气低频振荡影响的数值模拟研究

用中国科学院大气物理研究所的ＩＡＰ模式对发生在热带地区的高频温度异常进行了数值模拟。与控制试验结果对比，得知大气中的季节内振荡及双周振荡是大气变化的固有特性。当热带地区出现高频温度异常时，会影响大气中的各种物理量场，并以季节内振荡的影响最为明显，其主要表现是使原有的中高纬度季节内振荡作用减弱，而高频振荡部分加强，对异常响应的作用在低纬地区表现为：中上层以相当快的速度向东西两个方向传播，尤其以向东传     

印度洋—西太平洋对流涛动的季节内特征

本文利用30~60天带通滤波资料, 考察了不同季节印度洋—西太平洋区域对流活动季节内尺度变率的主要模态, 发现在不同季节赤道东印度洋(5°S~10°N, 70°E~100°E)和西北太平洋(5°N~20°N, 110°E~160°E)对流活动均存在反相变化的关系, 将之称为季节内尺度的印度洋—西太平洋对流涛动(Indo-West Pacific Convection Oscillation), 简称IPCO。对IPCO两极子区域对流活动进行超前滞后相关分析, 发现IPCO事件形成—发展—消亡的生命周期是由对流活动季节内振荡及其传播造成的。对流扰动首先在赤道中西印度洋形成, 随后逐渐向东发展变强, 在其继续变强的过程中将分两支传播:一支由赤道印度洋向北传播, 至印度半岛南部后逐渐减弱消失;另一支沿赤道继续东传, 在海洋大陆受到抑制, 快速越过海洋大陆到达赤道西太平洋后又开始发展变强, 随后北传至西北太平洋区域逐渐减弱, 最终至我国长江流域中下游到日本区域消失。将这一过程划分为8个位相, 详细分析了不同位相对应的环流场和降水场特征, 最后给出了IPCO事件演化示意图。     

CISK-rossby wave and the 30-60 Day Oscillation in the Tropics

The 30-60 day oscillation is an important aspect of the atmospheric variance in the tropical area. A number of works have been done on this phenomenon, this article is a further one. A quasi-geostrophic linear model that consists of a two-layer free atmosphere and a well-mixed boundary layer is used to investigate the instability of intraseasonal oscillation, its propagation and vertical structures. Results show that the dynamical coupling and interaction between the barotropic and baroclinic components via boundary layer convergence / divergence are responsible for the appearance of a new kind of low-frequency wave. Such wave is very different from the traditional tropical Rossby wave. It can propagate westward and eastward. Some behaviours of it appear to resemble the observed 30-60 day oscillation mode in many aspects, such,as vertical structures, zonal and meridional propagations. Now many researchers emphasize the direct relationship between CISK-Kelvin mode and the tropical atmospheric 30-60 oscil     

1980～1983年低纬西太平洋、印度洋地区低频振荡的空间型和遥相关分析

利用1980年1月～1983年12月已滤波的OLR资料,采用经验正交函数分析方法,对1980～1981年（正常年）和1982～1983年（异常年）低纬西太平洋和印度洋地区低频振荡的空间分布及遥相关特征进行了研究。结果表明：正常年与异常年,这些地区低频振荡的强度、空间型及时间系数的变化有较大的差异。此外,还发现正常年这些地区存在3种低频遥相关,即赤道西太平洋型,北热带西太平洋型和赤道印度洋型;异常年则仅存在2种低频遥相关,即赤道西太平洋型和南热带西太平洋型。由于受厄尔诺事件的影响,东西向偶极型低频振荡中心的     

赤道东太平洋不同持续时间的海温正异常对东亚夏季气候影响的数值模拟研究

利用IAP两层大气环流模式及9层大气环流谱模式,模拟研究了大气对不同持续时间的赤道东太平洋正SSTA的响应。对积分结果进行分析发现,尽管SSTA的持续时间不同（分别为1月;1～2月及1～4月）,但其引起的东亚夏季大气环流和气候异常的分布却都十分相似,而且有十分相近的时间演变形式。因此,虽然赤道东太平洋SSTA作为一种外源强迫对东亚夏季大气环流和气候有着明显的影响,但是这种影响对于SSTA的持续时间（1个月或4个月）并不敏感,这在一定意义上意味着,如果利用模式进行短期气候预测,要更多的注意SSTA的发生（出     

太平洋大尺度环流数值模拟 I:数学模式及其性能

本工作基于曾庆存的海洋环流模式设计思想和大气物理研究所海洋环流模式(IAPOGCM)基本动力框架,设计并实现了四层太平洋环流模式;同时引进稳定有效的时间积分方案和海表热通量参数化方法,对太平洋大尺度环流进行了较为系统的数值模拟. 本文首先导出消除“刚盖”近似、扣除海洋标准层结、保持总有效能量守恒的OGCM基本方程组;给出空间差分格式和时间积分方案,引入海表热通量计算方法;然后,在太平洋区域对所设计的四层OGCM的一些模式性能进行了分析、表明,时间积分方案采用基于“灵活性系数”技术的加速收敛方法和适应过程中流场正压斜压进一步分解算法,同时采取一些技术处理,可确保模式稳定而有效地进行长时间数值积分、有效能量分析表明,与海面起伏相联系的有效表面位能是总有效能量的重要组成部分,它与动能同量级甚至更大些,因此在OGCM中须考虑有效表面位能与其它能量间的转换机制,这在物理上更加合理,而采用“刚盖”近似则是不合理的;同时,扣除海洋标准层结,缩小了位能与动能之间的量级差别,有利于长期数值积分的稳定进行.此外,这个模式能直接计算海面起伏和分析有效能量,使得表面流场和上层海洋热储率的模拟比已有文献的结果有明显的改进.除模式设计外,本部分只给出模式的基本性能,系统的模拟结果将在第Ⅱ,Ⅲ两部分发表.     

热带西北太平洋10~30 d振荡对南海夏季风影响

采用1958—2011年NCEP/NCAR再分析资料以及ERSST海温资料,分析热带西太平洋夏季对流10~30 d振荡对南海夏季风的影响。在年际变化尺度上,热带西北太平洋夏季10~30 d振荡强度指数 (TWPI) 与南海夏季风强度有很好的正相关关系。在TWPI增强年份,海温主要呈El Ni?o分布,南海周边区域增强的异常西风产生强的正涡度切变,导致异常气旋性环流,为季风槽的增强提供了热量和水汽,从而增强南海夏季风强度。反之,在TWPI减弱年份,海温主要呈La Ni?a分布,南海夏季风强度减弱。在不同的年代际背景下,垂直切变和水汽-对流的总体变化是影响TWPI总体变化的重要因子,但不能影响南海夏季风强度的总体变化。海陆热力对比的总体变化是导致南海夏季风强度总体变化的主要影响因素。     

季节内振荡的数值模拟 I. 模拟的自然变率

利用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(LASG)发展的耦合气候系统模式FGOALS 1.0_g控制试验(二氧化碳浓度保持工业革命前的浓度不变,代表无人类活动影响的自然变率)模拟结果,研究了模拟的自然变率下热带季节内振荡(Intraseasonal Oscillation,简称ISO)的基本特征与年际、年代际变化。研究发现,模拟的自然变率下全球ISO主要活跃区与近六十年的实测结果基本接近;ISO主要活跃区的季节变动特征与实际结果基本一致;全球ISO强度冬强、夏弱的季节变化也与实际结果一致;但模拟的ISO强度偏弱与ISO周期不明显。进一步利用控制试验模拟结果研究了模拟的自然变率下热带ISO特征的年际与年代际变化,得出:第一,模拟的自然变率下的热带ISO强度存在明显的年际与年代际变化,低强度指数阶段,全球ISO强度减弱,活跃区范围缩小,高强度指数阶段则相反;并存在季节性差异,冬季不明显,春秋季明显,实测结果有类似结论,但高、低指数似乎与增暖有关。第二,模拟的自然变率下的热带东传或西传ISO能量比值总体来看基本上维持一种平衡状态,不存在上升或下降趋势;与实际状况下的东传相对能量增强、西传相对能量减弱趋势明显不同。     

北太平洋持续SSTA影响东亚初夏大气环流的数值试验

应用一个在NCARCCM3(T42L18)气候模式基础上发展的CCM3(R15L9)长期预报模式,模拟研究了北太平洋海区持续暖海温对东亚初夏大气环流的影响。结果表明,北太平洋海区海温持续偏暖引起亚洲—太平洋地区(20～40°N)对流层出现明显的增温带,有利于初夏东亚南支西风急流的减弱、北跳,东风急流加强北移和西太平洋副热带高压加强北抬,还有利于亚洲夏季风发展和东亚大陆近地面平均温度回升。上述环流特征,加速了东亚初夏季节转换过程。