HALOE资料揭示的热带平流层CH4时空变化特征

中层大气微量成分的分布和变化是中层大气研究的重要问题之一,但是长期以来中层大气的资料非常少。卤素掩星试验（HALOE）对中层大气多种微量气体进行观测,形成中层大气多种微量元素的空间分布和时间演变资料组,这是对中层大气微量气体含量资料的极大补充。作者利用1992～2003年HALOE资料分析热带地区（20°S～20°N）平均的CH4的垂直分布和时间演变特征。结果表明:热带平流层CH4混合比在平流层下层有较充分的混合;热带平流层CH4混合比的季节变化明显,在平流层中上层以年循环为主,而在平流层下部以半年变化为主;热带平流层CH4混合比的年际变化主要有准2年和准5年振荡。       

第三讲 OLR对低频振荡及ENSO过程的分析应用

热带大气运动有明显的时空尺度特征,其中的低频范围(>20天)以40—50天振荡及ENSO(厄尔尼诺/南方涛动)最为显著。40—50天的低频振荡最早由Madden和Julian提出。他们根据坎顿岛的探空及地面气压场资料,用谱分析的方法发现热带大气的风场和气压场的变化有明显的40—50天周     

热带对流层波动性扰动的特性(续)

2、5日周期的气压波 在热带地区的谱分析中,人们知道,地面 气压存在一种不同于由东风波引起的4～5 日周期的振荡。图5.23(图略)表示热带中 太平洋赤道附近坎顿岛上地面气压的时间变 化。由图可知,地面气压在30～40日变化的 长周期变动上,叠加有振幅约1mb的4～5 日周期振荡。这种气压的4～5日周期振荡, 不只限于热带太平洋,在其它热带地区亦存 在,估计是一种整个热带地区的振荡。图 5.24(图略)是将热带各地区7个测点地面 气压变动的谱求平均的结果。由图可知, 除了存在周期为20—50日的大的长周期变动 外,在4～5日周期上也存在功率谱峰。反     

南半球热带外准半年振荡及IAP 9L AGCM模拟检验

基于1979—2000年的NCEP/NCAR海平面气压和位势高度场资料分析了南半球大气环流的准半年振荡 (半年波) 现象。结果表明:这一现象主要出现在南半球对流层低层的中高纬度和中高层的热带地区。对南半球热带外大气而言, 40°S和65°S是低层大气环流准半年振荡最为显著的两个纬度带, 半年波的贡献都超过了70%, 低层南半球中高纬度海平面气压场季节变化的反位相也主要体现为各自半年波分量变化的反位相。在此基础上, 检验了IAP 9L AGCM (大气物理研究所9层大气环流模式) 对这一现象模拟的能力, 模拟结果显示, 模式成功模拟了65°S处海平面气压场的准半年振荡现象, 其振幅略低于观测结果, 但模式对40°S处气压场准半年振荡的模拟效果较差。     

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。     

2010年华南前汛期持续性降水异常与准双周振荡

利用中国台站逐日降水资料以及NCEP-DOE逐日再分析资料,分析了2010年华南汛期降水异常的低频特征及大气环流的影响。结果表明,2010年华南汛期降水异常呈显著的低频振荡特征,其中前汛期以10~20天振荡（准双周振荡）为主,后汛期以20~50天振荡（季节内振荡）为主。重点讨论了准双周尺度上前汛期持续性降水异常与中高纬和热带地区大气低频振荡的关系。中高纬地区的低频环流可通过Rossby波能量沿着低频遥相关波列的频散影响华南低频环流的变化。波活动通量分析显示,西西伯利亚作为Rossby波源,其波能量沿着横跨欧亚大陆的低频遥相关波列向我国东部地区频散,引起该地扰动加强,从而引起华南低频环流及垂直运动的变化进而造成华南降水的异常。热带东印度洋的准双周振荡是影响华南前汛期降水的另一低频来源。当赤道东印度洋对流旺盛（抑制）,其上空为强上升（下沉）气流,低层辐合（辐散）高层辐散（辐合）,而华南上空盛行下沉（上升）运动,不利于（有利于）华南降水。来自中高纬和低纬的低频信号的叠加并配合低频水汽输送共同影响了华南环流异常的低频变化,从而引起华南的低频降水异常,有利于华南持续性降水异常的发生。      

2010年华南前汛期持续性降水异常与准双周振荡

利用中国台站逐日降水资料以及NCEP-DOE逐日再分析资料,分析了2010年华南汛期降水异常的低频特征及大气环流的影响。结果表明,2010年华南汛期降水异常呈显著的低频振荡特征,其中前汛期以10~20天振荡(准双周振荡)为主,后汛期以20~50天振荡(季节内振荡)为主。重点讨论了准双周尺度上前汛期持续性降水异常与中高纬和热带地区大气低频振荡的关系。中高纬地区的低频环流可通过Rossby波能量沿着低频遥相关波列的频散影响华南低频环流的变化。波活动通量分析显示,西西伯利亚作为Rossby波源,其波能量沿着横跨欧亚大陆的低频遥相关波列向我国东部地区频散,引起该地扰动加强,从而引起华南低频环流及垂直运动的变化进而造成华南降水的异常。热带东印度洋的准双周振荡是影响华南前汛期降水的另一低频来源。当赤道东印度洋对流旺盛(抑制),其上空为强上升(下沉)气流,低层辐合(辐散)高层辐散(辐合),而华南上空盛行下沉(上升)运动,不利于(有利于)华南降水。来自中高纬和低纬的低频信号的叠加并配合低频水汽输送共同影响了华南环流异常的低频变化,从而引起华南的低频降水异常,有利于华南持续性降水异常的发生。     

热带大气中的准双周（10—20天）振荡

基于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的资料（1981—1988），本文对全球热带大气中的10—20天（准双周）振荡进行了比较系统的研究，包括其动能的分布及演变。扰动的结构和传播特征等。资料分析充分表明，热带大气10—20天振荡是热带大气中另一重要低频系统，其动能比30—60天振荡还要大，而其结构和活动又同30—60天振荡很不一样。例如热带大气10—20天振荡主要表现为纬向波数2—4；垂直结构以正压特征更显著；主要表现为向西传播；其经向风分量与纬向风分量同等重要。因此，对热带大气10—20天振荡值得更多注     

热带对流层大气低频振荡机制的初步研究

本文从赤道β平面近似下的线性化扰动方程组出发,基于第二类条件不稳定(CISK)理论,研究了热带对流层大气准40天低频振荡的动力机制。研究发现,当对流层中、上层存在较大的对流凝结加热时可激发出纬向波数为1、周期为40天左右的不稳定Kelvin波,它以每天8到11个经度的相速缓慢向东移动。由此指出,观测到的热带对流层大气30—50天的低频振荡可能正是这种由对流凝结加热所驱动的缓慢东移的Kelvin波的具体表现。这可对热带对流层大气30—50天低频振荡现象的动力机制给以初步的物理解释。      

热带印度洋与全球大气相互作用的信息传输特征分析

基于气象场信息源汇概念和定义方法, 使用海表温度(SST)和位势高度场(GH)资料计算热带印度洋和全球大气相互作用过程中的信息传递, 给出了热带印度洋(20°S～20°N, 50°E～100°E)与热带地区、北半球和南半球大气之间的信息传递的区域分布特征, 并分析热带印度洋与大气相互作用中信息传递特征的季节差异和年代际变化。研究结果表明, 热带印度洋信息源主要分布在(10°S～10°N, 60°E～90°E)的区域内, 北半球和南半球大气信息汇均呈现显著的带状分布, 且主要分布在中纬度地区, 而热带地区的大气信息汇则主要分布于热带中东太平洋上空。热带印度洋对处在冬半年的半球的影响更强, 不同季节下热带印度洋与大气相互作用中的信息源汇证实了这一可能性。同时, 热带印度洋与大气之间的信息传递特征在20世纪70年代末期的年代际气候转型前后南北半球的变化不太一致:北半球大气对热带印度洋的响应存在不同程度的减弱, 南半球则存在不同程度的增强。     

热带大气低频振荡的观测和数值试验

一、观测事实近年来与所谓30—60天振荡有关的许多现象已成为研究热带大气季节内部变化的焦点。这种振荡是迄今在热带大气中发现的最强季节内低频信号。它对长期天气预报的潜在影响还远未阐明。七十年代初Madden     

大气低频振荡及其与气候异常的关系研究现状

1大气低频振荡的一般概念一些气象因子具有10～90天的准周期变化规律，这种振荡常在30～60天具有较大的振幅，通常将大气中一些气象因子具有的10～20天和30～60天准周期性变化称为大气低频振荡。现在发现具有低频振荡特性的气象因子主要有：纬向风速。气压。云量、降水、南亚季风槽位置、地气系统的射出（外逸）长波辐射等。2大气低频振荡的研究动态七十年代初Madden－J；11tan发现热带岛屿上的风场和地面气压场存在40～50天的准周期性变化，最早提出热带大气低频振荡的现象。此后由于EINino现象和海一气相互作用的深入研究，大气低频振荡…     

春季热带地区OLR低频振荡及其与长江中下游连阴雨

本文应用NOAA卫星接收的1975—1983年向外长波辐射(OLR)资料研究了春季热带地区低频振荡的基本特征,得出东半球热带地区盛行周期为30天左右的低频振荡,这种振荡最显著的区域在0—10°S、70—90°E的印度洋地区。文章阐述了过渡季节这种低频振荡的经向和纬向传播特征。 本文还进一步指出,在热带低频振荡的不同阶段,ITCZ、北半球副热带以及西风带环流系统也呈现出显著的周期变化,并查证了低频振荡作为长江中下游连阴雨和连晴过程的背景事实。因此本研究工作也为长江中下游连阴雨和连晴天气的中、长期可预报性提供     

大气中40—60天低频振荡形成的数值试验

观测资料的分析表明,40—60天的低频振荡,除了在赤道附近有向东的传播外,在副热带和高纬度带还存在向西传播的现象.本文利用正压原始方程的谱模式,加以与运动(辐散)相联系的强迫(相当于加热场),模拟这类低频振荡发现有两类波存在:一类是周期约为10—20天向东传播的行星波,另一类是周期为40—60天向西传播的低频波,它是前一类行星波的波包相速度,每天5—6经度,纬向波数为1.这类低频波的出现可能是行星波与加热场非线性相互作用的结果. 这里之所以没有得到东传的40—60天的低频波,可能是由于模式格点较疏,使赤道Kelvin波不能明显激发出来.     

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。     

热带和中高纬地区季节内振荡的特征及其动力学诊断

使用5年低阶全球谱模式资料,对中高纬大气和热带大气季节内振荡的动力学性质和传播特征进行了诊断研究。分析发现模式再现了大气中季节内振荡在热带和中高纬地区的传播特性以及它们之间的差异。热带大气30—60天振荡在速度势场上表现为纬向—波结构和行波特性,而在散度风场上反映了赤道西太平洋—印度洋东西向偶极子型的振荡。中高纬大气30—60天振荡表现为定常波位相和振幅的变化,即波包络的传播特征。它与中高纬地区遥相关型的转换有关,通过遥相关位相和振幅的变化,不仅完成了热带和中高纬地区之间以及热带不同区域之间的能量输送,而且通过这种能量输送过程把南、北半球中高纬地区季节内振荡联系起来。      

热带大气能量频散波射线的低频动力学特征

首先在非零频波条件下采用有、无辐散两类数学模型 ,讨论热带大气低频波传播动力特征 ,研究结果表明 ,非零频的波频率参数是热带大气低频振荡源能量频散波路径及其波振幅的关键影响因子 ,且热带地区低频振荡的经向传播与其伴随着的强对流云团有显著相关 ,并与热带低纬 β因子等相关。文中还进一步揭示了低纬大气低频振荡经向传播伴随的积云对流现象及向高中纬传播机理 ,描述了 WKB近似方法数学模型及其波射线方程解模态对大气低频动力特性及其水汽分布垂直结构、不稳定层结等因子的响应特征。     

热带大气10～20天振荡的大气环流模式数值模拟

利用大气环流模式对热带大气10～20天振荡进行了数值模拟研究，其结果同观测资料分析基本一致。模式资料的功率谱及动能的分析表明，10～20天振荡确实比30～60天振荡更突出地存在于热带大气中。同热带大气30～60天振荡的结构有些不同，对于在热带10～20天振荡，除纬向1波外，纬向2波也很明显；流动的斜压结构特征欠佳；系统以较快速度沿赤道西移。暖SST事件对热带大气10～20天振荡的影响也进行了模拟，对结果的比较分析表明，暖STT将使10～20天大气振荡减弱，使其结构更趋正压性。     

1983与1985年夏季北半球500hPa高度场大气低频波的振荡特征

本文利用观测资料分析了1983与1985年夏季半球500hPa高度场大气低频波的振荡特征。结果表明，1983年（厄尔尼诺年）夏季热带中、东太平洋和印度洋以及东亚季风区上空的低频振荡比1985年（反厄尔尼诺年）夏季的低频振荡强，而热带西太平洋的情况恰好相反。这是由于反厄尔尼诺年夏季热带西太平洋对流活动强盛所致。分析结果还表明：1983年夏季低频波基本上是东传的；1985年夏季，在中高纬度地区低频波主要还是东传，热带是西传。西藏高原是大气低频振荡的汇区。     

夏季热带对流层上层超长波的振荡机制

本文应用波数—频率空间的动能方程,采用ECMWF/WMO资料,讨论了1983年6月11日至8月13日64天热带对流层上层200百帕东风带纬向平均气流以及各种尺度波动动能的振荡机制。动能20天左右的周期振荡特别明显,纬向平均气流、2—7波动能都具有20天周期的振荡。1波动能似乎存在40天左右的周期振荡.另外,1波、4波及7波动能的准一周振荡也很显著。纬向平均气流动能20天左右的振荡主要是由于平均气流与波动相互作用的强弱变化引起的。波动动能的振荡原因是多方面的,有效位能的转换、侧边界的气压做功以及波动间的非线性作用都很重要。波动动能的高、低频振荡之间存在明显制约关系。在低频振荡出现峰值时,高频振荡的振幅最大;在低频振荡出现低值时,高频振荡的振幅最小。