海陆分布与高原对低纬7月平均经圈环流的影响

本文利用1961—1974年7月的平均资料,对45°N—40°S范围计算了各种平均经圈环流及加热场等物理量。所取的网格点为5°× 5°经纬度,垂直速度利用实际风计算,加热场是用热流量方程计算的。 由研究发现海陆分布及高原对平均经圈环流的影响是明显的,在南北半球大范围比较均一对称的下垫面上空,如欧非大陆、大西洋及东太平洋上空都存在一个典型的南北半球对称的Hadley环流。在北面是大陆高原,南面是海洋的亚洲地区,只有一个典型的季风环流。这是因为北半球副热带区的冷源变为热源,Hadley环流消失之故。西太平洋也有一类似的季风环流,这与这个地区存在较强的热源有关。北美季风环流很弱主要因为北美副热带陆地面积远比亚洲小。北半球全球的Hadley环流都很弱,主要是受季风环流的影响。 另外,还发现亚洲季风环流区,向上输送的能量很强,尤其高原地区更强更高,它在高空向东西两侧及南半球输送。     

1961～1997年110～140°E垂直经圈环流的年际变化特征及其与海温变化的关系

用 ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析资料，分析了 １９６１～ １９９７各年 １月和 ７月的大气垂直 经圈环流的变化特征，特别分析了１１０～１４０°Ｅ平均的垂直经圈环流和其中的东亚季风环 流。计算了各年的经圈环流与多年平均垂直经圈环流之相似系数、差异系数和相对强度。文 中除讨论了它们的年际和１０年际变化外，还讨论了东亚季风环流强弱变化与ＥＮＳＯ循环的 关系。结果表明：（１）垂直经圈环流除有年变化外，存在着较明显的年际和年代际变化。１ 月的全球平均经圈环流１９６６～１９７４年较弱，１９７６～１９８７年较强；７月的全球垂直经圈环流 则是１９６３～１９７４年较强，１９８６～１９９５年则相对较弱。（２）１１０～１４０°Ｅ的平均经圈环流主要 特点是： １月东亚季风环流圈代替了北半球的Ｆｅｒｒｅｌ环流圈，７月东亚季风环流圈代替了北 半球的Ｈａｄｌｅｙ环流圈，而且其１０年际变化也比较明显。（３）东亚季风环流强弱的变化与 ＥＮＳＯ循环有一定的关系。     

青藏高原南侧经圈环流变化特征及其对降水影响分析

基于1979-2015年青藏高原(下称高原)地区气象观测站的逐日降水资料和ERA-Interim逐日再分析资料,分析高原南侧经圈环流的季节演变及年际变化特征,并讨论其对高原降水及水汽输送的影响。结果表明,高原南侧80°E-90°E范围存在前季风环流、季风环流、Hadley环流的季节演变,前季风环流有-0. 377 s~(-1)·(10a)~(-1)减弱的趋势,季风环流有0. 524 m·s~(-1)·(10a)~(-1)显著增强趋势。在90°E-105°E范围存在季风环流和Hadley环流季节转换,季风环流存在0. 413 m·s~(-1)·(10a)~(-1)的增强趋势。基于各经圈环流开始、结束时间的定义,发现在80°E-90°E,前季风环流建立的时间有推迟而结束时间有提前的现象,其维持时间出现每10年-1. 47候的缩短趋势。在90°E-105°E,季风环流维持时间增长,Hadley环流维持时间缩短。前季风环流增强使得高原水汽辐散区辐散增强,水汽辐合区辐合增强,高原西南侧有东北向水汽输送增强,而高原西北侧有西南向水汽输送增强。夏季季风环流增强,高原南部至孟加拉湾地区自南向北的经向水汽输送显著增强,印度洋向高原输送的西南向水汽通量明显增加。前季风环流增强,春季高原中部及西南部降水减少,而东南部和北部降水增加。夏季季风环流增强时,高原南侧上升支增强,高原南部降水增加,而高原北部降水出现减少。     

高原上空纬向环流的季节突变现象

利用1951—2012年NCEP/NCAR全球2.5 °×2.5 °日平均再分析风场及温度场资料,分析高原季风区纬向环流的季节突变现象,并探讨季节突变的主要成因。结果表明：(1) 由冬季环流型向夏季环流型转变时,纬向环流表现为零速度线突然北跳,东风带持续加强北进,西风急流突然消失;反之亦然。(2) 600 hPa零速度线指数可作为纬向环流冬夏转换的判据。20 °N为临界值,零线于20 °N以北,高原上空为夏季环流型,20 °N以南则为冬季环流型。冬夏转换的突变时间分别为31候和59候。(3) 纬向环流季节突变的主要原因是高原的热力作用,随着6月高原加热增强,高原及其南部上升气流增强,形成了高原至低纬地区的季风环流圈,使得高原南部东风气流加强,迫使西风急流北退,完成了冬季环流型向夏季环流型的转变。10月高原加热作用减弱,高原至低纬地区的Hadley环流重新出现,西风急流逐渐增强,纬向环流转变为冬季环流型。     

1961～1997年110～140。E垂直经圈环流的年际变化特征及其与海温变化的关系

用NCEP/NCAR再分析资料，分析了196l～1997各年1月和7月的大气垂直经圈环流的变化特征，特别分析了110～140°E平均的垂直经圈环流和其中的东亚季风环流。计算了各年的经圈环流与多年平均垂直经圈环流之相似系数、差异系数和相对强度。文中除讨论了它们的年际和10年际变化外，还讨论了东亚季风环流强弱变化与ENSO循环的关系。结果表明:(1)垂直经圈环流除有年变化外，存在着较明显的年际和年代际变化。1月的全球平均经圈环流1966～1974年较弱，1976～1987年较强；7月的全球垂直经圈环流则是1963～1974年较强，1986～1995年则相对较弱。(2)110～140°E的平均经圈环流主要特点是:1月东亚季风环流圈代替了北半球的Ferrel环流圈，7月东亚季风环流圈代替了北半球的Hadley环流圈，而且其10年际变化也比较明显。(3)东亚季风环流强弱的变化与ENSO循环有一定的关系。     

青藏高原热力作用对初夏经圈环流的影响

本文利用1979年6月逐日的实测风资料,用间接推算法计算了90°E经圈剖面上的平均加热场,进而利用平均经圈环流诊断方程计算了不均匀的非绝热加热所驱动的平均经圈环流,并与转盘模拟实验、大气环流数值试验以及自然正交函数分解的结果进行了比较。本文指出1979年6用高原中部平均经圈环流以及逐日经圈环流作自然正交函数分解所得到的第二特征向量场,主要是由于不均匀的非绝热加热强迫形成的,从而显示了青藏高原热力作用对于初夏经圈环流的巨大影响。同时,本文还揭露了六月份北半球大气环流季节转换期间经围环流演变的特征。     

春季高原南侧低层前季风经圈环流特征分析

使用美国NCEP/NCAR再分析Ⅱ提供的风场资料,分析了春季青藏高原南侧大气低层前季风经圈环流的气候特征、年际变化和存在的原因及其与季风环流、夏季500 hPa环流形势之间的联系和物理机制。结果表明:前季风经圈环流是青藏高原与低纬地区之间从冬季Hadley环流型到夏季季风环流型转换的一种过渡形势;它的建立、结束时间及强度都有明显的年际变化,这种变化与其后季风环流出现的时间有密切的联系:当前季风经圈环流结束偏早时,往往预示着季风环流会提早建立;前季风经圈环流的异常与随后夏季环流形势也有一定的关系:当前季风经圈环流建立偏晚时,夏季500hPa西太平洋副热带高压面积偏大、强度偏强,且西伸更为明显;它们之间的这种联系实际上反映了前冬、春季青藏高原积雪对两者的共同影响。     

论热带大气垂直环流圈的结构和海洋加热尺度间的关系

应用本征模式的浅水运动方程,研究了热带大气中Walker环流和Hadley环流圈的垂直结构和海洋加热尺度间的关系,如热源的纬圈尺度为L,赤道Rossby变形半径为L_0,Ray-leigh摩擦和Newton冷却系数为ε,则垂直环流圈的结构依赖于加热尺度L的大小。当α(=L_0/L)>α_0(ε)时(即小尺度热源),其结果和Gill的定常解相似,即在热源中心西侧的Rossby波活动区,与Walker环流相联系的Hadley环流,是热力性的正环流。低层空气是向赤道辐合,高层空气是向极地的,并在副热带地区下沉;而在热源以东的Kelvin波活动区,经圈速度的垂直分布反过来,即低层气流是向极地的,高层气流是向赤道的。但当热源尺度变得适当大后,例如当α<α_0(ε)时,经圈环流在Rossby波和Kelvin波区的大部分地区,都是正的Hadley环流,而原来在Kelvin波区的反Hadley环流,将东移到离热源中心相当远的地区(例如超过10个赤道Rossby变形半径)。在后面这种情况下,一个大尺度的正的Hadley环流,将把大气从海洋中得到的热量或能量大量地输送到副热带或中纬度地区,使那里的大气环流发生异常性的变化。后面这一理论结果与统计事实相当符合,可以看成是对Bjerknes提出的遥相关现象的一个理论支持。     

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。     

青藏高原及其邻近地区反照率变化对5月东亚环流影响的数值对比分析

本文利用P-σ混合座标系的有限区域五层原始方程模式,对高原及其邻近地区不同反照率的情况进行了模拟。经过对比分析指出,由于高原地区反照率增大,高原的加热作用减小,使得东亚地区5月的大气环流有显著变化,使100hPa上的副热带西风急流由高原北边南移到高原的南部上空,对流层低层向高原辐合的气流明显减弱,高原东侧的切变线也南退,而且高原南侧低层准季风环流圈也减弱降低。这说明,高原的热力作用是影响东亚地区环流的重要因子之一。     

青藏高原感热气泵影响亚洲夏季风的机制

本文回顾了二十年来关于青藏高原感热驱动气泵(TP-SHAP)及其影响亚洲夏季风的研究进展,并从能量(θ)、位涡—加热(PV–Q)、和角动量守恒(AMC)的不同角度阐述其影响机制。指出高原斜坡上的表面感热加热改变了移向高原的大气质块的能量从而出现垂直抽吸的重要性。强调了高原加热产生的位涡强迫在近地层制造了强度大范围广的、环绕高原的气旋式环流,把丰沛的水汽从海洋输运到大陆,为季风对流降水提供充足的水汽条件。证明高原加热还通过改变其上空的温、压场的结构从而制造出高原上空近对流层顶的绝对涡度和位涡的最小值,在角动量平衡约束下,在亚洲季风区激发出与Hadley环流反向的季风经圈环流,从而为季风发生发展提供了大范围上升运动的背景。文中还对近年来有关青藏高原影响亚洲夏季风机制的讨论进行概述,并展望了未来的研究方向。     

关于东亚地区夏季季风环流圈的数值试验

本文利用一个包含有各种非绝热加热作用、摩擦耗散以及大气湿过程的原始方程模式在有山脉的条件下模拟出东亚地区的季风经圈环流和两条强降水带,与实况比较一致。削减大气水汽含量、去掉积云对流过程和山脉所进行的对比试验结果表明:东亚地区的季风经圈环流对大气中的湿度场有很强的敏感性,且在120°E经度上这种敏感性比100°E上显著。积云对流过程的有无对于季风经圈环流的强弱有显著作用。山脉的存在对100°E上经圈季风环流的影响比对120°E上的影响显著,这可能意味着,这两个经度上的季风经圈环流的成因有显著的不同。      

1979年东亚夏季风环流建立过程的分析

本文用1979年5—7月低纬地区的格点风资料,对东亚季风地区的逐日平均经圈环流进行了分析,发现东亚夏季风环流的建立过程和印度季风有很大不同。东亚夏季风环流建立时间较早,它是由副热带季风环流和南海热带季风环流组成的。副热带季风环流与源于南亚副热带地区的偏南风,北支高空东风相联系;而南海热带季风环流与源于澳大利亚的跨赤道气流,南支高空东风相联系。印度夏季风环流建立时间较晚,它与索马里低空急流,北支高空东风急流相联系。在季风环流的结构上,两者也是不同的,东亚季风环流是一个准经向环流圈,而印度季风环流则是一个准纬      

东亚季风环流季节转变与亚太热力场之间的联系及其可能机理

利用NCEP/NCAR再分析数据集,CMAP降水资料及Hadley中心海温,进一步对东亚季风环流季节转变与亚太热力场之间的联系及可能机理进行了研究。首先选用250 hPa两个固定关键区的气温,计算全年逐候的亚太纬向热力差指数,结果表明其与赵平等采用各季不同关键区的APO指数高度一致,但该指数(下称APTD指数)可用于确定热力场季节转变的时间点。发现用APTD指数确定的季节转变时间点能表征东亚大气环流冬季型向夏季型的转变,环流的转变特征为:低层大陆冷高压东移人海,低空偏北风转为偏南风;中层东亚大槽东移减弱,副热带高压单体在菲律宾附近出现,中心显著加强;高层南亚高压从菲律宾以东移到中南半岛西部,西风急流和东风急流发生北跳,高空偏南风转为偏北风。大气环流场的季节转变和热力场联系紧密的可能机理是:在亚太热力场转变的背景下,低空南风的出现,首先改变经向风的垂直切变,触发垂直运动释放潜热,加快冬季加热型向夏季型转变,而夏季加热型又进一步推进环流的调整,促进低空南风高空北风的形成与加强,进而通过热力场和环流场的正反馈过程,最终建立起一个低空南风高空北风的季风经圈环流。最后指出该转变点的早晚与热带中东太平洋的海温异常有显著的正相关,这为短期气候预测提供了依据。     

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     

500毫巴高原切变线的天气气候特征

根据十年中国高空气候平均资料(1960—1969年),计算分析了500毫巴高原切变线热力和动力特征。发现它平均位于暖中心北部,並且位于地气温差相对较小的地带。高原切变线大致是东亚季风环流圈的北界,表明它不是一个单纯的热低压。作者初步认为500毫巴切变线可能是在夏季高原地面加热使高原北侧西风加大,高原主体风速减弱的基础上,由地形统流等动力作用形成的。     

青藏高原增暖对东亚夏季风的影响——大气环流模式数值模拟研究

20世纪50年代以来,随着全球海表面温度年代际变化和全球变暖现象的出现,东亚夏季风降水和环流场也出现相应的年代际变化。是什么原因引起这个长期的变化趋势？研究表明青藏高原增暖可能是导致东亚夏季风年代际变化的重要因子之一。为了能够更好地理解青藏高原地表状况对下游东亚季风的影响,作者使用德国马普气象研究所大气环流模式（ECHAM）进行一系列数值试验。在两组敏感性试验中,通过改变高原上的地表反照率从而达到改变地表温度的目的。数值试验结果表明:青藏高原增暖有助于增强对流层上层的南亚高压、高原北侧西风急流和高原南侧东风急流以及印度低空西南季风;与此同时,东亚地区低层西南气流水汽输送增强。高原增暖后降水场的变化表现为:印度西北部季风降水增加,长江中下游以及朝鲜半岛梅雨降水增多;在太平洋副热带高压控制下的西北太平洋地区和孟加拉湾东北部,季风降水减少。对数值模拟结果的初步诊断分析表明:在感热加热和对流引起的潜热加热相互作用下,南亚高压强度加强,东亚夏季低层西南季风增大、梅雨锋降水增强,高原东部对流层上层的副热带气旋性环流增加,以及对流层低层的西太平洋副热带高压增强。另外,在青藏高原增暖的背景下,孟加拉湾地区季风降水减弱。本项研究有助于更好地理解东亚夏季风年代际变化特征和未来气候变化趋势。     

南北两半球大气的相互作用和季风的本质

理性分析和利用NCEP/NCAR资料进行统计分析表明:大气环流的季节变化和越赤道气流即两半球的相互作用首先是由于赤道面与黄道面有交角而使太阳辐射有年变化所致,行星热对流环流是热带季风的"第一推动力",而地表面特性差异(海陆热力特性差异以及地形高度等)所导致的准定常行星波为"第二推动力".如以推动大气质量跨纬圈传输的效力来看,平均来说二推动力的功效之比为2:l.第二推动力在亚澳季风区与第一推动力合拍,使热带季风在亚澳区内最明显,而各经圈环流圈的上下及南北关联及与中高纬准定常行星波的配置则使全球范围内从低纬到高纬、从低空到高空有地域性的明显季节变化区,从而构成三度空间的全球季风系统.     

Hadley环流的双层结构及其年代际演变特征

利用1948—2011年NCEP/NCAR月平均水平风场资料,采用全球大气环流的三型分解等方法,研究了Hadley环流的双层结构及其年代际演变特征。结果表明：(1) Hadley环流双层结构客观存在,且4、5、6、10、11月南半球Hadley环流双层结构长期存在;(2) 南半球Hadley环流双层结构较北半球更加明显,双层结构在垂直方向上呈现倾斜状,对Hadley环流强度和中心位置的变化进行研究时,应考虑双层结构的影响;(3) 4、5、6、10、11月南半球Hadley环流强度随时间都呈现强-弱-强的年代际演变特征,各个月份环流强度都存在20~30年和40~60年时间尺度的周期;(4) 4、5、6、10、11月南半球环流中心位置(双层结构平均位置)随时间一致地表现为向南移动,各个月份环流中心分别向南移动了5.18 °、2.11 °、2.50 °、1.79 °、5.76 °,平均向南移动了3.47 °。     

Hadley环流强度与中国东部气温的相关分析

利用NCEP / NCAR再分析月平均风场资料和国家气候中心提供的中国160个气象站的月平均气温资料,选用质量流函数计算方法描述平均经圈环流,用环流中心值大小表征其强度,分析1951-2010年Hadley环流强度趋势变化及其与中国东部气温的关系。结果表明：质量流函数能较好地表征平均经圈环流特征,且环流中心值大小能形象地反映环流强度。近60 a来,冬季北半球Hadley环流强度呈线性增强的趋势;夏季南半球Hadley环流强度在20世纪80年代初发生了由减弱趋势转变为显著增强趋势的年代际转折。中国东部大部分地区气温的年代际变化能很好地被Hadley环流强度变化解释,二者呈正相关关系,但显著相关区域随季节变化有所不同。