北半球冬季风时期越赤道气流的初步分析

利用1980—1986年格点风资料，分析了各年北半球冬季风期间（12—2月）东半球对流层低层及高空的越赤道气流通道。在该地区冬季低空具有气候意义的通道是105°E、125°E、45°E、80°E及150°E 5条，其中以100°—130°E为主要通道。高空则主要集中在80°–120°E区间。在1983—1984、1984—1985年两个冬季，45°E处出现较强的低空北风越赤道气流，这与高纬度大西洋东部上空持续的强阻塞形势有关。这支强越赤道气流与南印度洋及南太平洋多热带风暴也有联系。由平均经圈环流分析指出，     

1991年江淮暴雨与越赤道气流关系初步分析

1991年夏季 ,中国江淮地区发生了大范围的特大暴雨及洪涝灾害 ,造成人民生命财产的巨大损失。文中利用 ECMWF(欧洲中期天气预报中心 )等格点资料及其它常规资料 ,对此次暴雨成因进行了分析。研究结果指出 :1 991年 5～ 7月越赤道气流的特别强劲以及越赤道气流通道位置的异常 ,是造成此次特大暴雨的主要原因之一。同时 ,5月底及 6月初南半球中、高纬度冷空气较早的爆发 ,可能是 1 991年越赤道气流异常的先兆“信号”。     

对亚洲两支越赤道气流与华南暴雨的关系探讨

利用NCEP/NCAR再分析资料和TBB资料对华南暴雨与亚洲两支越赤道气流的关系进行了探讨。分析结果表明华南暴雨与亚洲两支越赤道气流的变化联系紧密 ;在华南暴雨发生前 ,在索马里和 10 5°E赤道附近存在经向风扰动增强现象。阿拉伯海地区和孟加拉湾地区的风速在华南暴雨发生前逐渐增强。另外还发现华南暴雨发生前华南地区存在季风涌过程。     

不同海域SSTA对东半球越赤道气流年代际变化影响的数值模拟研究

采用1950—2000年逐月观测的不同海域（全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋）海表温度,分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,进行了多组长时间积分试验,对比ERA-40再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常（SSTA）对东半球越赤道气流年代际变化的影响。数值试验结果表明,全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,均能模拟出索马里、120 ?E和150 ?E越赤道气流在1970年代中后期由弱变强的年代际变化特征,其中模拟的索马里越赤道气流年代际变化特征及其与东亚夏季风年代际变化关系均与观测结果较一致,而热带外海表温度驱动全球大气环流模式未能模拟出此年代际变化现象,表明全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化均对索马里越赤道气流在1970年代中后期的年代际变化具有重要作用,热带太平洋是关键海区;索马里越赤道气流的年代际变化与热带太平洋海温年代际背景变化密切相关,当热带太平洋处于暖（冷）背景年代,热带东太平洋海温异常从北到南呈“＋、－、＋”（“－、＋、－”）“三明治”式距平分布,有利于赤道东太平洋南北两侧产生一对距平反气旋（气旋）,然后可能通过“大气桥”的作用,与热带印度洋赤道南北两侧的一对距平气旋（反气旋）联系起来,从而引起索马里越赤道气流强度的增强（减弱）。      

索马里越赤道气流对西南雨季开始早晚的影响

基于中国气象局西南雨季监测标准和高空间分辨率的台站日降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,分析了西南雨季开始日期的气候特征及和索马里、孟加拉湾越赤道气流的关系,发现西南雨季的气候平均开始时间约为5月第4候,且在2000年前后有从偏晚向偏早转变的趋势。统计诊断分析表明,在东半球低层的几支越赤道气流中,只有索马里和孟加拉湾越赤道气流的强弱会影响到雨季开始早晚和雨量大小,且都对应于急流强雨季早、急流弱雨季晚的特征,但在月尺度上前者的作用更强。急流通道中心经向风和赤道印度洋纬向风对雨季的超前相关及逐日变率合成分析表明,索马里地区经向风速在雨季爆发前十日开始为正的日较差,即十日前经向风持续增强,并在约七日至五日前作用最为显著,从而对西南雨季起到触发作用。在这一触发过程中,索马里急流的超前影响要早于孟加拉湾越赤道气流。受上游越赤道气流影响,赤道印度洋西风和孟加拉湾西南气流也会增强,为西南地区提供充沛的水汽。     

越赤道气流不同波长分量对台风Megi（2010）路径偏折的影响与模拟检验

基于NCEP再分析资料和NOAA高分辨率海温资料,采用空间傅里叶滤波法,分析了台风Megi(2010)路径北折过程中越赤道气流强度随时间的变化,以及其不同波长分量对台风移动路径转折的影响,利用谱逼近方案的数值模拟对分析结果进行验证。结果表明,加里曼丹岛附近越赤道气流突然增强北涌对台风移动路径北折具有重要影响。经纬向波长为500km以上的低层风场分量的环流结构能明显反映出加里曼丹岛附近越赤道气流中的中尺度反气旋系统。模拟试验结果与分析结果一致,即环境风场的中尺度分量是影响台风路径北折的重要因子,其中经纬向波长为500 km以上风场分量体现了加里曼丹岛附近越赤道气流风场结构中的中尺度反气旋系统对台风路径的影响,因此,其模拟路径与观测路径最为接近。     

1948～2004年全球越赤道气流气候变化

利用1948年1月～2004年12月逐月NCEP/NCAR的全球1000 hPa、850 hPa、700 hPa、600 hPa、500 hPa、400 hPa、300 hPa、200 hPa、150 hPa、100 hPa的10层经向格点风,计算了全球越赤道气流和年变化,分析了全球850 hPa越赤道气流通道的时、空变化特征。指出在研究的时间段内,全球850 hPa越赤道气流有明显的长期趋势变化和年代际变化。近57年,6～8月的45～50°E、5～9月的105～115°E、5～9月和5～11月的130～140°E、2～4月的20～25°E的越赤道气流有明显的加强,6～8月的50～35°W的越赤道气流减弱。夏季索马里的越赤道气流,平均每10年增强0.25 m/s,而130～140°E,5～9月的越赤道气流,平均每10年增强0.32 m/s。奇异谱分析表明,850 hPa越赤道气流的年代际变化和趋势变化的方差贡献达到35%～45%。年际变化的方差贡献不超过30%,还指出夏季太平洋的越赤道气流的强度变化与南方涛动有明显关系,弱南方涛动时,有强的越赤道气流。而索马里急流强度与北大西洋涛动有弱的正相关。     

越赤道气流对新疆天气异常的影响

利用西部静止卫星云图资料，首次揭示了越赤道气流对新疆天气，特别是中期异常天气过程影响的事实，并结合北半球大型环流系统的演变进行机理分析。     

夏季越赤道气流对南海季风及华东旱涝的影响

应用NCEP／NCAR全球再分析资料和NOAA卫星接收的HIRS－Tb12等资料，研究了东半球夏季越赤道气流的气候学特征、越赤道气流对南海季风爆发的影响、越赤道气流与高压对越赤道气流的维持和强度变化具有重要的作用；北太平洋海温场对越赤道气流的强弱也具有重要的影响；5、6月份索马里越赤道气流偏强，则南海季风爆发偏早；华东地区夏旱年越赤道气流显著偏强，雨涝年呈弱相间的变化。     

台风Rananim登陆期间地形对其降水和结构影响的数值模拟试验

应用非静力平衡中尺度模式MM5(V3.6),对0414号台风Rananim在登陆期间移动路径和所产生的降水进行了数值模拟研究,模式较好地再现了台风Rananim的移动路径和所产生的降水,但模拟的过程降雨量与实况值还有所偏差。多普勒雷达探测资料表明,台风Rananim登陆期间,强回波带出现在台风移动的右前方,螺旋云带中镶嵌着大量的对流云团;垂直液态水含量的高值区出现在台风中心的西北侧。作者通过在浙江、福建东部沿海一带进行有无地形的数值对比试验,着重讨论了台风登陆期间地形对台风降水、台风结构特征变化的影响。结果表明:（1）台风登陆期间, 地形的影响对台风降雨量有明显的增幅作用。由地形强迫产生的降雨量和地形走向相一致,迎风坡降雨量增加,背风坡降雨量减少,地形影响使浙江东部一带增加的平均降雨量约占该地区模拟平均总降雨量的40%左右。（2）台风登陆期间,地形的强迫作用有利于在低层台风眼的西北侧形成明显的辐合带,高层为明显的辐散区;在中尺度环流场上,地形的影响有利于台风中心西北侧低层中尺度气旋性涡旋系统的发生发展,从而激发中尺度对流云团,形成中尺度雨团,造成了台风中心南北雨区和雨量的不对称分布。（3）地形的强迫作用,可以使台风流场局部发生改变。当地形强迫产生与台风环流同向的中尺度扰动时,将使台风环流局部明显增强;当地形强迫产生与台风环流反向的中尺度扰动时,将使台风环流局部明显减弱。（4）台风登陆期间,地形的影响可以使台风靠近陆地一侧眼壁内的垂直上升速度增大,位涡明显增强,从而造成台风涡旋的增强。     

青藏高原加热与亚洲环流季节变化和夏季风爆发

利用逐日NCEP/NCAR再分析资料分析了春夏过渡季节青减高原非绝热加热和大气环流季节变化以及亚洲季风爆发的关系.结果表明,过渡季节的早期(5月中旬以前)青藏高原总非绝热加热与感热加热的时间演变曲线趋势一致,感热加热在过渡季节早期的环流演变中有很重要的作用.青藏高原非绝热加热的时间演变与北半球环流的季节变化和亚洲夏季风爆发有很好的相关.在过渡季节里,青藏高原非绝热加热的变化引起了海-陆热力差异对比的变化,给亚洲夏季风的爆发建立了有利的背景环境,对亚洲夏季风爆发有明显的影响.结果还表明,用各区域纬向风垂直差异的时空分布能更准确地表示季节变化的区域差异.     

0604和0605号台风的数值模拟与暴雨成因对比分析

利用MM5模式对0604号强热带风暴“碧利斯”和0605号台风“格美”进行数值模拟和水汽、动力、热力学分析。分析结果表明,“碧利斯”与“格美”前期都没有与北方冷空气发生作用,后期前者受到西南季风槽的影响得到大量水汽能量补充,在台风路径左侧产生强降水,后者的水汽、动力和能量条件较差,在华南产生的降水相对弱一些,但在北方冷空气的影响下在黄河中下游部分地区造成洪涝灾害。     

对流边界层中过山气流的数值模拟

采用ARPS4.0非静力中尺度气象模式模拟了对流边界层中气流过山引起的地形波,讨论了地形及大气条件改变对其的影响.模拟表明,当大气边界层是对流边界层时,气流过山引起的地形强迫,仍能在上部稳定层结中造成足够的垂直扰动,产生向上传播的重力内波,重力内波引起的波动阻力仍不可忽略.     

季风及季风与西风带相互关系的数值模拟研究

利用中国科学院大气物理研究所九层大气环流模式积分20年,分析其对季风的模拟能力并探寻季风与西风带的相互关系.模式计算得到的全球广义季风区的分布和大气质量的跨纬圈输送,与由实测资料算得的结果十分接近;行星热对流环流和地表特性差异对大气质量跨纬圈传输的功效比夏季约为1.8:1,冬季为2.2:2,此值也与实测十分接近;模拟结果还发现西风带和热带的降水性质有着本质差别,前者与风暴轴有关,为大尺度抬升凝结降水,后者受控于大气层结,为对流性降水;西风带和季风降水都受两半球副热带辐散源的驱动影响,冬季风加强北半球的西风带,进而加强西风带降水,夏季风则削弱北半球西风带和其降水;起自南半球的两支夏季风气流在印度洋和南亚一带同位相叠加,引发强大的亚-澳夏季风,并伴有最强的降水中心,而冬季风会在西太平洋暖池形成一对南北对称的辐合中心,并形成冬季最强的降水中心.     

1991年8月季风涡旋个例形成的模拟研究

季风涡旋对台风活动有重要的影响,因此研究季风涡旋的形成机制有利于提高台风预报的准确性。此研究利用中尺度非静力数值模式WRF-ARW模拟1991年8月季风涡旋的生成过程,并对其生成机制进行分析。模式结果表明,此次季风涡旋个例是由一个中纬度气旋性低压发展而来。初期中纬度高层正位势涡度的强迫作用有利于对流层低层气旋性低压的发展和维持,随后高层动力强迫作用减弱,但中纬度气旋性低压在南移过程中其东南侧对流带逐渐与低纬地区的对流带合并,使得对流潜热释放增强,进而使低压在Gill响应的作用下不断加强并最终形成季风涡旋。同时,涡旋的对流结构表现出明显的非对称性,因而使其得以维持较大尺度。敏感性试验的结果表明对流层高层强迫对于初始低层扰动的发展至关重要,而后期热带地区的潜热释放有利于季风涡旋的增强。     

切变基流对赤道大气波动稳定性的作用

在赤道β平面近似条件下，使用纬向切变基流下线性化Boussinesq方程组，分析了在纬向切变基流下几种赤道大气波动的稳定性特征。研究结果表明，基本气流的水平切变对赤道大气波动起到不稳定的作用，但是对赤道大气Kelvin波的频率、稳定性以及传播的相速度并不起作用。基本气流的水平切变使得相对于基本气流向东传播的重力惯性内波相速度减慢，而使得相对于基本气流向西传播的重力惯性内波的相速度加快，却造成相对于基本气流向西传播的Rossby波相速度减慢。基本气流的水平切变对于对赤道混合Rossby-重力惯性内波的影响主要取决于纬向波数k值的范围大小。当纬向波数k值较小时，基流的水平切变使得相对于基本气流向西传播的混合Rossby-重力惯性内波相速度加快；而当纬向波数k值较大时，则使得相对于基本气流向西传播的混合Rossby-重力惯性内波相速度减慢。在半地转近似下，风速水平切变的存在，会使得波长较大（纬向波数k→0）的赤道Rossby波相对于基本气流向西传播的相速度减慢；而风速垂直切变的存在，必然会引起这种波长较大（k→0）的Rossby波出现不稳定增长，同样也会造成赤道Rossby波相对于基本气流向西传播的相速度减慢。最后通过扰动发展能量方程，说明了基本气流的水平切变和垂直切变可以为扰动的发展提供能量来源。     

中国地区大气气溶胶辐射强迫及区域气候效应的数值模拟

利用太阳直接辐射日总量和日照时数等多年观测资料,反演了中国地区大气气溶胶0.75 μm光学厚度的年、月平均值,分析了我国大气气溶胶状况的时空分布特征。据此,在中国区域气候模式中考虑气溶胶的辐射影响,模拟中国地区气溶胶直接辐射强迫的大小及气候响应的季节变化特征。计算结果表明: 我国大气气溶胶光学厚度多年平均分布状况是以四川盆地为大值中心向四周减少;长江中下游武汉附近和南疆盆地为另两个大值中心;青藏高原为气溶胶低值区;我国绝大部分地区春季气溶胶光学厚度值最大,各地气溶胶光学厚度最小值出现的季节则有所不同。气溶胶辐射强迫介于-5.3～-13 W/m2之间;辐射强迫具有春、夏季大,秋、冬季小,冬季南方偏大,夏季北方偏大的特征。气溶胶辐射强迫的分布与其光学厚度的分布基本一致。由于气溶胶的影响,中国大陆地区地面气温均有所下降,四川盆地到长江中下游地区以及青藏高原北侧到河套地区降温最为明显,分别可达-0.4℃和-0.5℃。气候响应具有明显的季节特征。地面气温的变化除与辐射强迫的大小有关外,还受大气环流的影响。     

The Sensitivity of Numerical Simulation of the East Asian Monsoon to Different Cumulus Parameterization Schemes

In this paper, a 5-level spectral AGCM is used to examine the sensitivity of simulated East Asian summer mon-soon circulation and rainfall to cumulus parameterization schemes. From the simulated results of East Asian mon-soon circulations and rainfalls during the summers of 1987 and 1995, it is shown that the Kuo’s convective parameterization scheme is more suitable for the numerical simulation of East Asian summer monsoon rainfall and circulation. This may be due to that the cumulus in the rainfall system is not strong in the East Asian monsoon region.     

Impacts of the thermal effects of sub-grid orography on the heavy rainfall events along the Yangtze River Valley in 1991

A P - σ regional climate model using a parameterization scheme to account for the thermal effects of the sub-grid scale orography was used to simulate the three heavy rainfall events that occurred within the Yangtze River Valley during the mei-yu period of 1991. The simulation results showed that by considering the sub-grid scale topography scheme, one can significantly improve the performance of the model for simulating the rainfall distribution and intensity during these three heavy rainfall events, most especially the second and third. It was also discovered that the rainfall was mainly due to convective precipitation. The comparison between experiments, either with and without the sub-grid scale topography scheme, showed that the model using the scheme reproduced the convergence intensity and distribution at the 850 hPa level and the ascending motion and moisture convergence center located at 500 hPa over the Yangtze River valley. However, some deviations still exist in the simulation of the atmospheric moisture content, the convergence distribution and the moisture transportation route, which mainly result in lower simulated precipitation levels. Further analysis of the simulation results demonstrated that the sub-grid topography scheme modified the distribution of the surface energy budget components, especially at the south and southwest edges of the Tibetan Plateau, leading to the development and eastward propagation of the negative geopotential height difference and positive temperature-lapse rate difference at 700 hPa, which possibly led to an improved precipitation simulation over eastern China.