华北春季沙尘暴频次与环流年际变率的相关分析

分析了近40年来华北春季沙尘暴频次与前秋、前冬和当年春季大尺度大气环流因子的关系,重点是检查年际尺度上的相关。结果表明,年际尺度上与沙尘暴频次有密切关系的环流因子包括:春季太平洋/北美遥相关型(PNA)、春季北太平洋指数(NP)、冬季亚洲区极涡面积。前者为正相关,后二者为负相关。这与用包含低频变率的原始序列进行分析的结果有很大的不同。原始序列分析的结果表明,与华北沙尘暴频次有关的环流因子主要是春季太平洋准10年振荡(PDO,为负相关),春季北半球极涡面积和亚洲区极涡面积(正相关)、前冬西大西洋型(WA,为正相关),以及前秋亚洲区极涡面积(正相关)。说明在不同时间尺度上,大气环流因子有不同的作用。此外,除了PNA、NP和亚洲区极涡面积外,年际尺度上ENSO及WA也可能对沙尘暴频次存在适度的影响。年际尺度上春季12个环流因子对春季沙尘暴频次的方差贡献率为65.3%。     

春季中国南方雨带年际变动与大气环流异常

利用1960—2008年中国693个站逐日降水资料和NCEP/NCAR日平均再分析资料,采用统计分析方法,分析了中国南方春季降水强度和位置的年际变率及其与大气环流的关系。结果表明:在年代际尺度上,江南春季降水在20世纪60年代中、后期偏少,70年代中期到80年代初偏多,90年代初开始减少;在年际尺度上,当春季西太平洋副热带高压和青藏高原东侧的低层低压系统加强,并且异常中心分别位于20°N以南和30°N以南时,异常西南风主要位于长江以南地区,在异常西南风逐渐减弱区出现明显的辐合,伴随着该地区低层空气质量辐合、对流层上升运动和水汽辐合加强,造成江南地区降水偏多,此时来自西太平洋的异常水汽到达南海后,没有在南海聚集,而是转向北输送到江南;当春季西太平洋副热带高压以及青藏高原东侧低压系统加强且异常中心位于30°N以北时,异常西南风盛行在中国东部大部分地区,此时低层异常空气质量辐合、对流层异常上升运动以及异常水汽通量辐合区都向北移到江淮地区,使江淮地区降水增加,而华南地区为异常空气质量辐散、异常下沉运动以及异常水汽通量辐散,伴随着降水减少,这时异常水汽主要来自西太平洋副热带地区。由于上述观测结果与通过改变东亚和周边海域海-陆热力差异的数值试验结果有很好的一致性,因此,这里观测到的降水和大气环流异常可以被东亚区域热力差异异常激发出来。     

BCC大气环流模式对亚澳季风年际变率主导模态的模拟

利用观测海温驱动下的北京气候中心大气环流模式(BCC-AGCM)1979-2000年的模拟数据,从亚澳季风(A-AM)年际变率的角度,对该模式的性能进行了分析.通过季节依赖的EOF分析方法(SEOF)得到观测第1模态,与ENSO从暖位相向冷位相的转变相联系,并伴随东南印度洋和西北太平洋的降水异常随季节变化.该模态具有准2a和4-6a周期的谱峰.分析结果显示,BCC模式可以很好地模拟出第1模态的时间变化特征,及其与ENSO位相的同步关系.但是,模式模拟的降水空间型与观测存在偏差,这主要是由于模式对环流场模拟的偏差造成的,具体表现在西北太平洋(WNP)反气旋和南印度洋(SIO)反气旋的季节锁相模拟偏差.前者与模式模拟的环流场整体偏东有关,后者是由于SIO反气旋的发展和衰亡过程受印度洋局地海气相瓦作用影响,而单独大气模式则无法合理地反映这一过程.另外,模式模拟的第一模态降水空间型在夏季效果较差,原因在于模式模拟的夏季平均降水量存在偏差,尤其是东南印度洋的降水量模拟偏少.进一步分析表明,这可能与对流参数化方案的选择有关.     

热带太平洋SST异常对IAP-9 LAGCM 年际变率影响的模拟

通过1960~1989年实测的热带太平洋(30.5°N~30.5°S,120°E~70°W)SST(热带太平洋区域以外用气候平均值)强迫AGCM得到的结果,以此来研究热带SST的变化对全球大气环流年际变化的影响。首先,我们分析了南方涛动,分别给出了Tahiti和Darwin海平面气压异常及赤道附近(-5°S~5°N)外逸长波辐射(OLR)时间演变,都能很好与观测相比较。然后,讨论了全球大气环流对热带SST的变化的响应,全球主要的遥相关型都能很好地再现。最后,通过奇异值分解(SVD)技术研究了热带SST与冬季北半球500 hPa位势高度主要的耦合型,模拟的相关型与NCEP再分析资料的相关型非常相似。     

东亚冬季风指数的定义及其年际年代际异常

利用NCAR/NCEP再分析资料,通过相关分析方法分析了多种可以表征东亚冬季风活动的气象要素指数的相关性特征,选取地面温度、海平面海陆气压差和500hPa高度3个要素,综合定义了一个东亚冬季风指数。结果表明,该指数表征的东亚冬季风有明显的QTO和QFO周期振荡特征,这一特征与冬季风年代际背景有关,强冬季风年代背景下的振荡比弱冬季风年代背景下的振荡显著,同时该指数能很好地表征东亚冬季风活动的各个方面。对强弱冬季风年的大气环流的结构及其相应的低纬度对流活动、海洋和高低层大气热力状况的分析表明,强弱冬季风活动不仅表现在中高纬度高低层大气环流变化的差异,在局地Hadley环流和赤道附近Walker环流、低纬度对流活动、海洋和大气的热力状况的变化方面也表现出了显著的差异。     

南半球中高纬大气环流年代际变率的研究

利用近百年全球海平面气压图和再分析海平面气压等资料,建立了自1871年以来1,4,7和10月份的南极涛动指数（AOI）序列。近百年来1月AOI有明显增强的趋势,7月AOI则有明显减弱的趋势。最近40多年来,1,4和10月AOI都有较强的上升趋势。4个月份的AOI都有20～30a左右的准周期波动,表现出显著的年代际尺度的变化。用1,4,7和10月的平均可以近似反映年平均南极涛动指数的变化。在年代际尺度上,年平均指数在1894～1901年、1910～1935年左右是强的负指数时期。1880～1893年、1936～1945年左右是较强的正指数时期,1980年代以来,强的正指数已经持续了近20a,且1990年代以来还有加强的趋势。模拟结果的功率谱显示气候系统内部产生的低频变化主要体现在年际尺度变率上,年代际尺度变率的谱值则远远低于观测结果,但不排除在个别情况下,通过Hasselmann机制产生AOI年代际变率的可能性。     

卑尔根气候模式中大西洋热盐环流年代际与年际变率的气候影响

利用一个全球海气耦合模式--卑尔根气候模式的积分结果,揭示了与大西洋热盐环流(THC)年代际和年际振荡相对应的气候异常型.年代际振荡发生在全海盆尺度,伴有亚速尔高压的增强、冰岛低压的加深;年际振荡发生在局地尺度,伴有亚速尔高压的减弱.这两种海平面气压异常型都反映了北大西洋涛动(NAO)活动中心的强度变化,两种变率型对应的拉布拉多海对流活动都加剧.但伴随局地尺度的THC调整,伊尔明格海的对流活动减弱.蒸发异常对拉布拉多海表层盐度异常的影响较为显著.分析表明,局地尺度的THC振荡主要是对大气强迫的被动响应,而海盆尺度THC振荡的实质是反映整个输送带的强度变化,其气候意义要大于THC的局地振荡.     

东亚夏季风强弱年大气环流和热源异常对比分析

根据黄刚等定义的东亚夏季风指数, 对强、弱东亚夏季风年大气环流、大气热源和外强迫源SST的差异进行分析, 结果表明:强 (弱) 东亚夏季风年前期冬季到夏季, 太平洋SSTA为La Ni?a (El Ni?o) 型分布, 西太平洋暖池SST暖 (冷), 使得暖池附近对流活动较强 (较弱)。与此同时, 南亚大陆从印度半岛、青藏高原南部、中南半岛至华南大气异常加热 (变冷), 并且海陆热力对比加强 (减弱), 有利于出现强 (弱) 的东亚夏季风。此外, 由于暖池附近对流活动强 (弱), 该地区上升气流较强 (弱), Walker环流增强 (减弱), 当强 (弱) 的东亚夏季风向北推进时, 副热带西风急流北撤位置偏北 (南), 副热带高压位置也偏北 (南), 7月至8月华北 (江淮流域) 位于副热带西风急流南侧, 降水偏多, 江淮流域 (华北) 降水偏少。并给出与东亚夏季风年际变异有关的大气环流和SST异常的物理图像。     

热通量和风应力影响北太平洋SST年际和年代际变率的数值模拟

利用一个大洋环流模式LICOM, 通过1958～2001年风应力 (ERA40) 和热通量驱动下的两组模拟试验, 检验了二者在北太平洋年际和年代际变率形成中的作用。结果表明, 尽管在年际尺度上热带太平洋变率主要受风应力影响, 但合理考虑热通量异常的强迫作用能够显著改进模式对El Niño的模拟效果, 包括对El Niño周期非规则性的成功模拟; 北太平洋SST的年际和年代际异常主要受热通量异常的影响, 合理考虑热通量强迫的年代际变化能够改善模式对北太平洋年代际变率的模拟效果。在北太平洋海盆的不同区域, 导致SST变率异常的因子不同: 在加利福尼亚沿岸, 冬季平均海温的变率异常主要由热通量的异常决定; 在北太平洋中部, 温度趋势异常主要受热通量和水平平流的作用影响; 在黑潮及其延伸体区域, 对温度趋势异常起主导作用的是热通量和海洋非线性作用, 与此同时, 水平平流和扩散的作用亦不容忽视。     

春季青藏高原热力异常与前冬大气环流的关系

利用1948-2010年NCEP／NCAR春季逐日再分析资料,采用倒算法计算了青藏高原地区大气热量源汇的值,分析了春季青藏高原地区大气热源的气候变化特征及春季高原热力异常与前冬大气环流的关系。结果表明：春季青藏高原东部和西部为大气热源变化的活跃区域;春季青藏高原东部和西部大气热源变化表现出反相关的关系;东亚冬季风的强弱对春季青藏高原热源的异常有一定的影响。     

Interdecadal Variability of the East Asian Summer Monsoon and Associated Atmospheric Circulations

Based on the National Centers for Environmental Prediction and National Center for Atmospheric Research （NCEP/NCAR） reanalysis data from 1950-1999, interdecadal variability of the East Asian Summer Monsoon （EASM） and its associated atmospheric circulations are investigated. The EASM exhibits a distinct interdecadal variation, with stronger （weaker） summer monsoon maintained from 1950-1964 （1976-1997）. In the former case, there is an enhanced Walker cell in the eastern Pacific and an anti-Walker cell in the western Pacific. The associated ascending motion resides in the central Pacific, which flows eastward and westward in the upper troposphere, descending in the eastern and western ends of the Pacific basin. At the same time, an anomalous East Asian Hadley Cell （EAHC） is found to connect the low-latitude and mid-latitude systems in East Asia, which strengthens the EASM. The descending branch of the EAHC lies in the west part of the anti-Walker cell, flowing northward in the lower troposphere and then ascending at the south of Lake Baikal （40°-50°N, 95°- 115°E） before returning to low latitudes in the upper troposphere, thus strengthening the EASM. The relationship between the EASM and SST in the eastern tropical Pacific is also discussed. A possible mechanism is proposed to link interdecadal variation of the EASM with the eastern tropical Pacific SST. A warmer sea surface temperature anomaly （SSTA） therein induces anomalous ascending motion in the eastern Pacific, resulting in a weaker Walker cell, and at the same time inducing an anomalous Walker cell in the western Pacific and an enhanced EAHC, leading to a weaker EASM. Furthermore, the interdecadal variation of summer precipitation over North China is found to be the south of Lake Baikal through enhancing and reducing strongly regulated by the velocity potential over the regional vertical motions.     

北半球春季大气臭氧年际变化特征及其对大气温度和环流场的影响

北半球春季中高纬地区大气臭氧总量具有明显的年际变化，正（负）异常时，与其相应对的流层平均温度、位势高度场均为负（正）异常，平流层异常情况相反，北大西洋地区大气臭氧年际异常与其他地区正好相反，这是区别大气臭氧与其他温室气体影响的重要标志。     

近百年东亚冬季风的突变性和周期性

该文利用海平面气压场资料,计算了1873～1990年的东亚冬季风强度指数,并用滑动t检验和奇异谱分析方法（SSA）对近百年的东亚冬季风的突变性和周期性进行了研究。研究表明:东亚冬季风强度具有显著的年际及年代际变化。当冬季风强时,中国大部分地区温度降低,蒙古高压升高,阿留申低压加深。当冬季风弱时,天气及环流特点几乎与之相反。东亚冬季风存在QBO、LFO和IDO现象,各振荡分量都具有年代际的差别。     

Atmospheric Circulation Cells Associated with Anomalous East Asian Winter Monsoon

Atmospheric circulation cells associated with anomalous East Asian Winter Monsoon (EAWM) were studied using the 1948/49 to 2002/03 NCEP/NCAR reanalysis and NCAR CAM3 AGCM simulations with monthly global sea surface temperatures from 1950 to 2000. Several atmospheric cells in the Pacific [i.e., the zonal Walker cell (ZWC) in the tropic, the Hadley cell in the western Pacific (WPHC), the midlatitude zonal cell (MZC) over the central North Pacific, and the Hadley cell in the eastern Pacific (EPHC)] are associated with anomalous EAWM. When the EAWM is strong, ZWC, WPHC, and MZC are enhanced, as opposed to EPHC. The anomalous enhanced ZWC is characterized by air parcels rising in the western tropical Pacific, flowing eastward in the upper troposphere, and descending in the tropical central Pacific before returning to the tropical western Pacific. The enhanced MZC has characteristics opposite those of the enhanced ZWC in the central North Pacific. The anomalous WPHC shows air parcels rising in the western Pacific, as in the case of ZWC, followed by flowing northward in the upper troposphere and descending in the west North Pacific, as in the case of the enhanced MZC before returning to the western tropical Pacific. The anomalous EPHC is opposite in properties to the anomalous WPHC. Opposite characteristics are found during the weak EAWM period. The model simulations and the observations show similar characteristics and indicate the important role of sea surface temperature. A possible mechanism is proposed to link interannual variation of EAWM with the central-eastern tropical Pacific sea surface temperature anomaly (SSTA).     

21个气候模式对东亚夏季环流模拟的评估II:年际变化

利用欧洲中期天气预报中心的ERA40再分析资料, 评估了参与政府间气候变化专门委员会第四次评估报告的21个全球海气耦合模式对东亚地区夏季大气环流年际变率的模拟能力,结果表明：（1）模式对东亚地区不同要素的年际变率模拟能力整体偏弱, 500 hPa高度场的模拟能力总体优于海平面气压场及850 hPa风场;（2）两大环流系统年际变率的模拟结果评估表明：就相关系数而言,副高强度、面积的模拟能力优于印度低压,多数模式能正确模拟出副高1970s后期增强的趋势;就标准差来看,模式对印度低压、印度低压东伸槽模拟效果相对较好;（3）评估三种季风指数的模拟能力结果显示,环流异常指数模拟效果略好,但多数模式都不能模拟出海陆气压差、经向风、环流异常季风指数的年际变化。     

An Index Measuring the Interannual Variation of the East Asian Summer Monsoon ——The EAP Index

Based on the EAP (East Asia/Pacific) teleconnection in the summer circulation anomalies over ther Northern Hemisphere, an index measuring the strength of the East Asian summer monsoon, i.e., the so-called EAP index, is defined in this paper. From the analyses of observed data, it is clearly shown that the EAP index defined in this study can well describe the interannual variability of summer rainfall and surface air temperature in East Asia, especially in the Yangtze River valley and the Huaihe River valley, Korea,and Japan. Moreover, this index can also reflect the interannual variability of the East Asian summer monsoon system including the monsoon horizontal circulation and the vertical-meridional circulation cell over East Asia. From the composite analyses of climate and monsoon circulation anomalies for high EAP index and for low EAP index, respectively, it is well demonstrated that the EAP index proposed in this study can well measure the strength of the East Asian summer monsoon.     

近百年东亚冬季气温及其大气环流变化型态

利用最新20世纪近百年再分析气象资料,研究近百年东亚冬季气温变化型及其相关的大气环流型态.结果表明近百年内东亚冬季气温主要有两种变化型:第一是东亚西南与东北相反气温变化型,表现在40°N以南及105°E以西地区(西南地区)气温变化与40°N以北及105°E以东地区(东北地区)变化相反;第二是40°N以南气温一致变化型.与第一种气温变化型耦合的大气模态是500hPa欧亚型遥相关、西伯利亚高压及北大西洋涛动.当欧亚型遥相关负位相,北大西洋涛动正位相及西伯利亚高压减弱时,有利于蒙古和我国105° E以东的区域增温而我国西南地区和青藏高原降温,反之亦然.第二种气温变化型耦合大气模态是500hPa西太平洋型遥相关,北太平洋涛动.当西太平洋型遥相关及北太平洋涛动处于正位相时(北太平洋北负南正),东亚40°N以南地区增温,东亚40°N以北地区降温.耦合的大气模态的型态差异,影响各阶段气温的年际变化.近一百年中,欧亚型遥相关和北大西洋涛动在1984～2010期间的型态最显著,是20世纪80年代东亚显著增暖的原因之一.研究还发现20世纪中期后东亚气温的年际变化与极地环流的变化联系紧密,表现在西伯利亚高压范围东扩并与极地环流联系,也是近百年气温趋势上升的一个原因.     

我国冬季气温年代际变化及其与大气环流异常变化的关系

利用我国160个台站50年(1951~2000年)的月平均温度资料和NCEP/NCAR再分析资料,对我国从1951/1952~1999/2000共49个冬季(11月至次年3月平均)的气温进行经验正交函数(EOF)分解。第1模态表现为全国一致的增温或者降温,20世纪70年代中期以后,我国冬季气温增暖明显,发生了显著的年代际变化;第2模态则表现为南北温度的反相关系,20世纪80和90年代,我国北部地区,特别是东北和西北的温度增加,而我国南部则温度降低。采用频谱分析方法提取我国冬季气温的年代际变化信号更清楚地反映出这些变化。而且这两种模态从20世纪80年代开始的正位相叠加使得我国冬季持续偏暖,在降水场没有显著变化的情况下,加剧了华北地区的干旱程度。对气温的年代际变化与大气环流的回归分析表明,我国冬季气温年代际变化的第1模态与半球尺度上的北极涛动(AO)的变化有密切的关系,它在高度场上表现为一个准正压的南北环状模态;而第2模态则与中高纬大气环流中的一波结构联系密切,它在高度场上表现为一个准正压的太平洋和大西洋上反相的振荡模态。这就表明,我国冬季气温的年代际变化与大气环流中的基本气流及其扰动有密切的关联。作者还讨论了大气环流影响我国冬季气温年代际变化的可能机理,并指出进一步需要研究的问题。     

南半球环流变化对东亚夏季风的影响

南半球环流是影响东亚夏季风季节内、季节到年际变化的重要因子之一.作者系统综述了南半球环流各系统包括连接两半球的越赤道气流、马斯克林高压和澳大利亚高压、南极涛动和南极海冰等对东亚夏季风环流和中国夏季降水的影响.特别是,近年来的研究揭示了南极涛动是影响东亚夏季风年际变化的强信号.当南极涛动偏强时,马斯克林高压和澳大利亚高压和相关的越赤道气流也趋于偏强.同时,西太平洋副热带高压偏西偏南,强度增强,长江流域降水偏多,其两侧降水偏少.这对中国夏季降水的预测有重要的应用价值.最后提出了一些相关的科学问题以供进一步研究.