青藏高原对不同纬向环流动力扰动的数值试验

本文采用σ坐标的三层初始方程模式,用数值试验方法,模拟了青藏高原对四种纬向基本气流的动力扰动:正压均—西风,正压急流型气流,斜压气流和夏季纬向平均气流。实验结果有助于认识青藏高原对东亚大气环流的动力作用。     

青藏高原温度与东亚环流

本文根据1961—1980年各月青藏高原温度距平指数资料(取自文献[1]),对青藏高原温度演变及其与东亚环流的关系作了天气气候学的统计分析。发现高原温度的持续性容易在秋季(8—9月)发生转换。夏季高原温度高,100毫巴南亚高压脊线偏北,反之偏南。冬季高原温度低东亚槽深,我国北方北风强,反之槽浅北风弱。     

夏季东亚热带和副热带地区经向和纬向环流型的特征

根据1958年7月8—18日和1957年7月21—30日东亚低纬度的两个悬殊的环流型,分析了在这两个时期内东亚低纬度环流的各种特征。结果得出,在经向和纬向环流期间,无论北半球纬向风带的位置,长波系统的配置,副热带高压活动的情况以及赤道辐合区的分布都有着很大的不同。此外,台风活动的次数也表现有很大悬殊。其所以有如此悬殊,可以从该两时期低纬度流场的特点来说明原因。在中国大陆上,在这两个时期的天气过程也很不同,在经向环流期间,大陆上的主要雨带成东北—西南向的,而在纬向环流期间,雨带便成东西向分布,并集中在江淮流域之间。 另外,我们又研究了在这两个时期内南北半球间环流关系,从手头所掌握的资料分析结果看,两者关系相当密切。在东亚低纬度经向环流期间,南半球(特别在澳洲)也盛行经向环流,并且在澳洲附近从南半球向北半球的质量输送也最强烈;而在东亚低纬度纬向环流期间,南半球也盛行纬向环流,澳洲附近的冷空气活动不显著,越过赤道向北的质量输送也比较弱。     

青藏高原加热作用对夏季东亚大气环流影响的初步模拟实验

中国科学院大气物理研究所叶笃正等和美籍气象学家华盛顿天主教大学教授张捷迁1973年内短期协作完成的模拟实验的初步成果已总结成文,发表在《中国科学》1974年5月第3期上。由于我国青藏高原的加热作用对东亚大气环流有很大影响,过去曾从天气学角度对这个问题有过不少探讨,这篇论文主要用流体力学模拟试验的方法进行了初步研究。从模拟三种不同基本流场的试验中初步可以看出:青藏高压的形成主要在于耸立在对流     

东亚冷涌期间低纬环流和降水形成的数值试验

应用数值试验的方法，研究了东亚冷涌期间低纬环流和降水的形成。结果表明：低纬积云对流作用加强了东北季风和东北信风，但阻滞了热带辐合带进一步南移。印尼和澳大利亚北部季风降水可以独立存在。南海冷涌以及越赤道的西太平洋东北信风都可以是澳大利亚北部夏季风及降水形成的重要因子。数值研究还指出；印尼加里曼丹的强季风降水及常驻性低层扰动形成的基本因子是南海冷涌所触发的积云对流发展。印尼、加里曼丹地形及东北信风扰动可影响该处降水的强度。     

青藏高原大地形对夏季东亚大气环流的影响

本文采用有限区域五层原始方程模式,以多年月平均的纬向场作为初始场,利用实际资料计算得到的1979年7月东亚地区的平均加热场作为理想加热场,进行了四类不同方案的数值试验。通过模拟得到的温压场及流场等结果,讨论了青藏高原大地形及其加热场的作用。分析结果表明:1.在大尺度地形的纯动力作用影响下,在对流层中、下层,西风气流过高原仍是以绕流为主,这种地形扰动在中纬度(40°N以北)表现得比低纬度明显,在对流层下层比对流层中层明显,300mb上动力扰动已很不明显。2.青藏高原产生的热源(例如,青藏高原感热源和潜热源以及孟加拉地区的潜热源),对于夏季100mb和300mb的强大的亚州反气旋的形成,对500mb以下印度低槽的加深及南亚副热带高压(以下简称南亚副高)带的断裂都有重大贡献。3.夏季,东亚地区的流场受加热场的影响比温压场更为明显,比如500mb以下与海洋地区相通的强大南风通道和加热场有密切关系。4.夏季,在东亚地区50°N以南存在着一个天气尺度的季风环流系统——“季风流管”,这一流管在考虑了加热场的影响后,被很好地模拟出来了。相反,在纯动力作用的试验中,它却始终没有出现,在高原以及南部被Hadley流管所占据。从分析结果来看,孟加拉地区热源对“季风流管”的中段与南段贡献较大。孟加拉地区热源     

青藏高原的热力和动力作用对亚洲季风区环流的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料,研究了青藏高原热状况的季节变化、动力和热力作用对周围环流,特别是对亚洲热带季风环流的影响。高原对西风带的机械作用在冬季最强,春季次之。冬季的机械作用形成以高原为主,南侧气旋性、北侧反气旋性的"偶极子"偏差环流,它比传统认识的爬坡、绕流的影响范围大得多,遍及东亚的高、低纬度。随着西风带的北移和高原总加热在4月由负变正,南侧气旋性偏差环流增强并逐渐北移,6月形成气旋盘踞整个高原的夏季型。在高原南侧,高原冬季偶极型、夏季加热的作用导致孟加拉湾地区常年存在印缅槽,使得印度半岛的感热加热始终强于中南半岛,而中南半岛上空的潜热加热大于印度半岛。印缅槽的演变存在明显的半年周期,证明2月初和8月初的较强低压槽分别对应冬季高原最强的动力强迫和夏季高原最强的热力强迫。对低纬经向风场的分析还表明,季风爆发前高原的热力作用尤为重要,是导致江南春雨的形成,亚洲季风最早在孟加拉湾东部爆发,最后在印度半岛爆发的原因。     

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。     

青藏高原大地形对冬季东亚大气环流的影响

本文用有限区域的p—σ5层原始方程模式作数值模式,以美国国家气象中心的气候资料及姚兰昌等人计算的1979年1月东亚平均大气加热场作为初始场进行了数值模拟和试验,探讨了青藏高原大地形对冬季东亚大气环流的影响。试验结果表明:(1)冬季东亚加热场的热力作用比青藏高原大地形的动力作用要次一级。(2)冬季青藏高原大地形的动力作用,主要表现在纬向西风过高原的绕流效应和爬坡效应,它们对东亚冬季大气环流平均场的形成具有决定性的贡献。(3)冬季,在东亚地区垂直环流的分布及其强弱基本上取决于青藏高原的动力作用,最强的哈德菜环流出现在西太平洋地区,而不在高原地区。(4)冬季东亚加热场的热力作用主要表现在通过动力作用加强东亚大槽、加强高原南北两侧和日本上空的急流以及东亚地面反气旋。 在冬季,东亚地区的大形势分布主要取决于大地形的动力作用,而冷热源的热力作用则影响着系统的强度。     

THE DYNAMIC EFFECT OF THE TIBETAN PLATEAU ON THE FORMATION OF ZONAL TYPE CIRCULATION OVER EAST ASIA

From a statistical study of the atmospheric circulation types over the Northern Hemisphere it is found that the zonal type circulation predominates in East Asia. From a three-layer primitive equation model in σ-coordinate, the orographic effect on a westerly current over the Northern Hemisphere is studied. A distinguished deepening trough is observed in the lee-side slope of the Rocky Mountains. But a pronounced trough is over the East Asia coast far from the Tibetan Plateau. In a case of 48 h numerical forecast, it is found that the effect of the Tibetan Plateau tends to build up a rather zonal type circulation, which is con-sistent with the observations. These may be partly explained by the topographic effect of the north slope of the Tibetan Plateau in a simple geostrophic theory.     

青藏高原冷暖与东亚大气环流的统计分析

本文使用高原温度距平指数代表高原温度。分析指出,高原温度的季序列存在着明显的3年、5年周期,7年和11年周期也较明显。高原温度的持续性容易在秋季发生转换,并且比西太平洋副高、超长波振幅的持续性转换得早。分析还指出,青藏高原温度夏季与南亚高压的南北振荡有密切关系,而冬季又与东亚槽和新疆脊的强度有比较密切的关系。并指出,高原热状况对我国旱涝的影响应引起高度的重视。     

青藏高原地表热通量变化及其对初夏东亚大气环流的影响

应用NCEP地面热通量资料, 研究了青藏高原地面感热、潜热的气候状况及其与初夏东亚大气环流之间的关系。发现高原地面热通量的异常将影响高原地区上空的垂直运动与辐散辐合运动, 从而引起东亚地区高度场及风场的异常。同时, 青藏高原地区地面热通量与后期东亚地区的环流变化也有密切关系, 这种关系可为预测东亚地区初夏环流异常提供有意义的指标。     

The effects of the Qinghai-Xizang Plateau on the mean summer circulation over east Asia

Four numerical experiments of simulation have been conducted in this paper by the use of a five-layer primitive equation numerical model with incorporated pressure-sigma vertical coordinate system. The initial fields are taken from the July zonal mean data of many years, while the heat sources and sinks are ideally specified according to the mean heating field over the East Asia calculated from the real data of July, 1979. On the basis of simulated results of temperature and geopotential height patterns we emphatically discuss the effects of the topography and the heating of the Qinghai-Xizang Plateau. From the analyses in this paper, it appears that the heating over the Bengal region makes a larger contribution to the middle and the south branches of the monsoon cell and is also the main cause for the existence of the southerly channel to the east of the Plateau, for the break of the subtropical anticyclone belt below the 500 hPa level and for the formation of the summer Asian anticyclone at the 300 hPa level, while the heating over the Plateau makes a larger contribution to the Plateau monsoon cell and to the anticyclone at the 100 hPa.     

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析III:环流场稳定维持的物理机制

本文使用经过青藏高原气象科学实验测站观测资料订正过的欧洲中心FGGE-Ⅲb资料,对1979年夏季青藏高原地区进行了涡度方程诊断分析,研究了它们的月际变化、逐日变化和日变化,与高原上积云对流活动的强弱变化进行了比较,讨论了夏季高原稳定的环流场维持的物理机制;同时还对同时期热带赤道地区强对流活动区域进行了涡度方程诊断分析,将其涡旋环流场的维持机制与夏季高原地区进行了比较. 通过分析,发现夏季青藏高原月平均涡度方程平衡关系主要是次网格尺度项和散度项的平衡,水平平流项的耗散作用在高空较强,但不如次网格尺度项强,涡度方程其余各项均很小.从月际变化、逐日变化和日变化的比较,发现当积云对流活动发生强弱变化时,ω、D和涡度方程中的散度项、次网格尺度项均伴随很强的相应变化,对应关系很好,说明涡度方程中的次网格尺度项R(余差项)的主要部分来源于积云对流系统的活动,反映了夏季高原上存在的强盛频繁的积云对流活动对高原平均环流场的形成和维持具有重要的作用. 使夏季青藏高原高低层环流场加强的物理机制足高低层气流强大的辐散辐合,耗散机制是积云对流系统对高低层涡度的上下搅拌垂直输送作用和网格尺度水平平流项的非线性耗散作用,其中前者起主要的作用. 从涡旋能量维持的角度看,夏季青藏高原高低层环流场的维持大致是高原尺度环流系统的涡旋能量通过非线性过程,分别向高原区域以外更大尺度的系统和次网格尺度的对流系统输送,输送的损失由强大的高低层辐散辐合气流产生的涡旋能量补充,从而维持了高原地区环流场的稳定.赤道附近热带强对流活动区域环流场的维持机制与夏季高原地区的不同点,主要表现在其高层和低层的区域尺度环流场通过非线性作用都从更大尺度环流场得到涡旋能量,并把涡旋能量转送给次网格尺度积云对流系统,使自身维持稳定.     

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析 II:环流场的主要特征及其大型垂直环流场

本文使用经过青藏高原气象科学实验测站观测资料订正过的欧洲中心FGGE-Ⅲb资料,对1979年7月月平均进行分析,计算了垂直速度、散度、垂直剖面函数和速度势函数等物理量以及上升气流轨迹,给出了夏季高原主体地区环流场的主要特征和详细的高原地区不同经纬度剖面垂直环流场的特征和分布. 配合夏季高原高层强大稳定的反气旋高压带,高原主体地区为整层上升气流区,但ω场有东西两个上升中心,它们是两个对流活动上升中心,两部的中心位于狮泉河和改则之间偏北的地区,东部的位于那曲一带. 本文给出了高原地区三个主要的经向环流圈(南北两侧下沉的小环流圈、跨赤道的季风环流圈)的经度位置和高原地区与西太平洋之间发生遥相关的主要纬度位置,发现在跨赤道的季风环流圈中,在赤道以南的下沉气流主要来自高原与15°N之间,从高原上升的气流仅在对流层上部(200hPa左右)跨过赤道.从高原西部上升的气流往往从非洲至印度尼西亚一带跨过赤道,而从高原东部及其东侧我国大陆上升的气流往往下沉在太平洋和北大西洋地区.     

热带太平洋低层环流主模态与东亚大气环流的可能联系

利用1958—2001年NCEP/NCAR再分析资料,探讨了热带太平洋(100°E~60°W,10°S~10°N)10 m风场的时空变化特征及其与东亚大气环流的可能联系。结果表明:1)热带太平洋风场异常存在两种主模态,第一模态对应中西太平洋一致的西(东)风异常,关于赤道呈准对称分布,与ENSO(El Nio-Southern Oscillation)暖(冷)位相时风场的分布对应;第二模态则关于赤道呈反对称分布,西北太平洋存在显著的反气旋(气旋)式环流,中太平洋异常西风不再位于赤道上,而是南移到了10°S左右,对应ENSO暖(冷)位相向相反位相转换时的风场分布特征。2)两模态时间系数的主振荡周期不同,与ENSO循环的位相关系也不同。研究发现,当两模态呈正(负)位相分布时,贝加尔湖南侧(South to Lake Baikal,SLB)容易发生持续的高压(低压)异常环流。3)两模态与SLB异常环流的联系途径不同。第一模态正位相对应热带中东太平洋大范围暖海温引起的二极型Walker环流异常,SLB异常高压不仅能通过东亚沿岸北风和南海低槽的作用促进第一模态的前期发展,还对其后期维持起重要作用。负位相时,情况相反。该环流系统既与热带中东太平洋大范围垂直运动有关,还与邻近的中国东南沿海低层异常辐合有关;第二模态则对应热带西太平洋及东印度洋为主、大西洋为辅的暖海温引起的热带四极型Walker环流异常。此时热带西太平洋到东印度洋局地偏强的经圈Hadley环流可能是SLB异常环流维持的主要原因。     

转向台风活动在东亚秋季环流变化中的应用

本文利用FGGE资料(1979年)和ECMWF资料(1980—1983年),从天气学 动力学、能量学上对转向台风活动在东亚秋季环流变化中的作用进行诊断分析。结果表明: 转向台风对于东亚秋季环流的季节性调整有一定影响。它的热力作用可以导致纬向环流减弱,经向环流加强,并在高空西风急流北侧附近产生较强的E-P通量辐合,使西风急流不能维持在原地而迅速向南移动。结果,转向台风活动前后,南北热量交换加强,有助于引导极地冷空气季节性地向南推进。在能量场上,转向台风活动时期,东亚区域的涡旋能量增加,纬向能量减少或增长不快;台风活动结束后,纬向能量皆有很大增长。这表明,转向台风活动是中、低纬地区进行能量交换的一种形式。