青藏高原对东亚夏季风影响的数值模拟

本文基于大气环流模式CAM,对青藏高原大地形进行简单处理并积分15年,在月和候时间尺度上对比分析了东亚夏季风对高原的响应特征.模式模拟结果表明:高原的隆升加强偏北风,使热带季风爆发之前华南及长江流域的降水加强,并通过对高层大气的显著加热作用,强化了东亚地区上层大气的南北热力差异,使得东亚夏季风加强.在西南风引导下,暖湿气流北上并使长江及江淮流域梅雨期提前,雨量加大且持续时间更长,进而使太平洋副热带高压位置偏西,并改变了东部沿海地区的降雨分布,使其呈现出旱涝相间分布的状况.自7月上旬,高原的存在反而减弱了北方雨季的降雨强度,但是延长了北方降雨期.同时由于降雨释放潜热减少与偏南风加强的作用相互消减,使得337.5假相当位温线到达最北时的位置变化不大.     

1998年夏季全球大气环流异常的预测研究

应用日本东京大学气候系统研究中心(CCSR)发展起来的一个全球大气环流谱模式(T42L200版本),对l998年夏季气候异常和大气环流的预测问题进行了研究,定量地检查了该模式对夏季降水和大气环流异常的预测准确度.说明该模式对1998年的预测水平是比较高的;并证实大气环流在春季的初始异常对北半球夏季大气环流和降水异常起了很重要的作用,而对南半球的作用则小得多.就中国长江流域1998年的降水异常而言,初始环流的作用约占50%.     

1998年夏季全球大气环流异常的预测研究

应用日本东京大学气候系统研究中心(CCSR)发展起来的一个全球大气环流谱模式(T42L200版本),对l998年夏季气候异常和大气环流的预测问题进行了研究,定量地检查了该模式对夏季降水和大气环流异常的预测准确度.说明该模式对1998年的预测水平是比较高的;并证实大气环流在春季的初始异常对北半球夏季大气环流和降水异常起了很重要的作用,而对南半球的作用则小得多.就中国长江流域1998年的降水异常而言,初始环流的作用约占50%.     

CMIP5模式对东亚冬季风指数变化及其与冬季大气环流和气温关系的模拟评估

本文评估了44个CMIP5模式对东亚冬季风环流系统,特别是东亚冬季风指数及其对应的环流和气温特征的模拟能力.结果表明：CMIP5模式对地表气温和500 hPa位势高度场模拟效果最好,对200 hPa纬向风的模拟次之,而对海平面气压和850 hPa经向风的模拟相对较差.与单个模式相比,多模式集合（MME）的模拟能力要更优,其能够很好地再现西伯利亚高压、阿留申低压、东亚低层偏北风、中层东亚大槽、高层东亚西风急流以及地表气温的空间分布.不过,模拟的环流系统偏强,造成东亚地表气温总体偏低.对于东亚冬季风指数,分别选取基于300 hPa纬向风（I_Jhun）、850 hPa风场（I_Wang）、500 hPa位势高度（I_Cui）、以及海平面气压（I_Guo）定义的四个指数表征东亚冬季风强度.MME能很好地模拟I_Cui和I_Wang指数的长期变化,还能合理再现四个指数所指示的东亚冬季风环流和气温的变化特征：对应冬季风偏强年份,西伯利亚高压、阿留申低压、东亚沿岸低层北风、东亚大槽和高空西风急流加强,东亚大陆地表气温和极端低温降低,但变化的幅度比观测结果偏弱.

     

用全球大气环流模式嵌套区域气候模式模拟东亚现代气候

将区域气候模式RegCM2与中国科学院大气物理研究所的9层全球格点大气环流模式IAP-AGCM单向嵌套,对东亚现代气候进行数值模拟研究,同时检验和分析该嵌套模式的性能.已完成的10年积分结果表明,单向嵌套RegCM2由于具有较高分辨率和较完善的物理过程,因此对地面气温和降水的空间分布形势和季节变化趋势都有较好的模拟能力,且较与之嵌套的IAP-AGCM的模拟效果有较大改善,如在中国区域,它模拟的年均地面气温与实况的空间相关系数由全球环流模式的0.92提高到0.94,模拟的年均降水由0.5提高到0.7. 这与嵌套RegCM2能模拟出IAP-AGCM所不能分辨的中尺度信号有很大关系.     

4~6月青藏高原热状况与盛夏东亚降水和大气环流的异常

基于月平均NCEP/NCAR再分析资料和中国测站降水资料, 使用旋转经验正交展开(REOF)方法分析了1958~1999年4~6月青藏高原区域感热加热与7月东亚降水和大气环流异常的关系. 结果表明4~6月期间高原是一个单独的热源, 其感热加热性质与周边地区完全不同. 5月感热加热的第一旋转主成分(RPC1)与7月东亚地区降水场滞后相关的结果表明: 当前期高原主体部分感热加热偏强时, 7月高原及高原南侧、东南侧四川盆地、云贵高原及江淮地区降水明显偏多, 高原北侧、东北侧和高原西侧降水明显偏少, 而且降水场与流场、水汽通量场有很好的配置关系. 进一步的分析指出, 上述相关关系可用热力适应理论和大尺度准定常正压涡度方程予以解释. 因此4~6月高原感热加热可以作为东亚地区、尤其是中国江淮等地7月降水形势的预报因子.     

青藏高原季节冻融过程与东亚大气环流关系的研究

利用青藏高原46个气象站的最大冻土深度观测资料、中国160个气象站降水资料和NCAR/NCEP资料,对青藏高原冻土的季节性冻融过程进行合成分析,发现青藏高原土壤的季节冻融过程对青藏高原上空及东亚大气环流有显著的影响,在高原最大冻土深度较小的年份中,7月份,南亚高压强且偏西,500hPa印度低压强,西太平洋副热带高压弱且偏东,高原南部的东风较强;最大冻土深度较大的年份,南亚高压弱且偏东,印度低压弱,西太平洋副热带高压强且偏西. 在不同的冻融年份,850hPa上纬向风的差异显著区反映了西南季风的活动. 最大冻土深度与中国夏季（7月份）降水有3条显著相关带,雨带的分布与中国夏季平均雨带相吻合. 由此,青藏高原季节冻融过程引起的水热变化是影响东亚气候的一个重要外源.     

中国不同纬度城市群对东亚夏季风气候影响的模拟研究

该工作利用中尺度模式(MM5),通过在中国东部不同地区设置城市扩展区,进行了东亚夏季风气候的模拟对比试验,以研究不同纬度带上城市化对东亚夏季风气候的影响,并试图了解不同气候背景(不同纬度)下大规模城市群(带)的气候效应及其差异.结果表明,城市下垫面扩展使得扩展区及其周边地区的降水减少、气温升高,总体上呈现出干、暖化的趋势.城市化的气候效应通过大气环流的传输可以传播到较广阔的范围.而且不同地域(纬度)的城市下垫面扩展对大范围气候的影响也具有明显差别,北方城市带扩展比南方城市带扩展对东亚气候的影响更为显著.长江三角洲地区对城市扩展造成的下垫面改变相对不敏感,因而在长江三角洲地区比较适合发展大规模城市群,而在中国北方地区,尤其是华北平原地区,则应该对城市化的规模进行适当控制,以减小城市化发展对东亚区域气候产生的不利影响.该工作的模拟结果还表明,城市带扩展对东亚夏季风有明显影响,但由城市扩展激发出的次级大气环流具有较强区域性的特点,因而难以将城市带扩展对夏季风强度的影响概括为整体增强或减弱.     

El Nino演变不同阶段东亚大气环流年际异常型的数值模拟

给定1948～1999年逐月变化的全球观测的海表温度分布,使用全球大气环流模式（CCM3/NCAR）模拟了大气对海表温度变化的响应,利用SVD和合成检验方法,分析了El Nino发展阶段夏季、成熟阶段冬季以及衰亡阶段夏季东亚大气环流的年际异常型.结果表明：El Nino发展阶段夏季,中国东北、朝鲜半岛以及日本海附近为高度负异常中心,西太平洋副高偏弱、偏东,东亚夏季风增强;El Nino成熟阶段冬季,东亚大槽加强,东亚北部冬季风加强;El Nino衰亡阶段夏季,西太平洋副高偏强、偏南、西伸,东亚夏季风减弱;El Nino事件在其衰亡阶段夏季与东亚大气环流异常的关系最紧密,其次是成熟阶段冬季,最后是发展阶段夏季.模拟的El Nino演变不同阶段东亚大气环流年际异常型易于解释以往研究中观测分析揭示的由El Nino造成的我国东部气温和降水异常型.     

耦合模式长期积分中东亚夏季风与ENSO联系的不稳定性

通过对挪威卑尔根全球大气-海洋-海冰耦合模式300a控制积分结果进行交叉子波分析,揭示了东亚夏季风（EASM）与同期Nio3区（90°W～150°W,5°S～5°N）海洋表面温度异常的相关关系在长期变化中是不稳定的,呈现出明显的阶段性特征.气候要素场在二者联系的紧密（HCP）和微弱（LCP）时期差别显著,在HCP时期,西北太平洋对流层低层出现一对耦合的异常气旋和反气旋性环流系统;东南亚地区对流层低层表现为强东风异常,风速的年际变率加大;热带西太平洋对流层温度和位势高度场的年际变率普遍加强.此外,中国夏季降水与同期Nio3区海洋表面温度异常的相关关系在上述两种时期也存在较大差别.     

东亚地磁场的Taylor多项式模型

根据我国国家自然科学基金委员会和俄罗斯科学院的国际合作研究计划，在国际上首次同时使用中国、前苏联和蒙古的地磁复测点资料，以及东亚地区的地磁台站资料，计算出１９８０．０年东亚地磁场的Ｔａｙｌｏｒ多项式模型，并绘制出相应的东亚地磁图，给出了确定地磁场模型最大阶数的新判据。     

大气模式估算的东亚区域人为硫酸盐和黑碳气溶胶辐射强迫及其时间变化特征

本文利用大气环流模式及大气化学模式所得气溶胶资料,估算了相对1850s时期硫酸盐和黑碳气溶胶引起的全球及东亚区域人为辐射强迫,重点分析其在东亚区域的季节和长期变化特征.结果表明,就当前全球年平均全天空而言,人为硫酸盐气溶胶对大气顶的直接和云反照率强迫分别为-0.37和-0.98 W·m-2,黑碳气溶胶对大气顶和整层大气的辐射强迫值为0.16和0.47 W·m-2;中国东部区域是目前上述气溶胶辐射强迫最强的区域,硫酸盐的直接和间接辐射强迫分别超过-2.0和-4.0 W·m-2,黑碳对大气顶和整层大气的直接辐射强迫分别可达2.0和5.0 W·m-2;估算的东亚区域上述气溶胶辐射强迫仍在不断增强,峰值预计出现在2010s时段,而且中国东部较强的辐射强迫还可能维持至2030 s左右;在未来中、高排放情景下,东亚区域以上两种气溶胶预计对全球气溶胶辐射强迫有更大的贡献.分析还表明,夏季东亚区域较强的水汽会增强吸湿性硫酸盐气溶胶的光学厚度和晴空直接辐射强迫;云的作用一方面会强化东亚区域全天空条件下大气顶黑碳的辐射强迫,另一方面会影响硫酸盐气溶胶间接云反照率强迫的季节变化;上述气候特征的差异使得东亚区域的气溶胶辐射强迫表现出与欧美区域有所不同的特征.本文所用的气溶胶资料与模式气象场的偏差会给气溶胶辐射强迫计算带来一些不确定性,进一步改进气候模式中气溶胶过程、水汽和云等气象场的模拟将有助于获得更为合理的区域气溶胶辐射强迫估算结果.     

Impacts of boundary layer parameterization schemes and air-sea coupling on WRF simulation of the East Asian summer monsoon

The planetary boundary layer(PBL)scheme in the regional climate model(RCM)has a significant impact on the interactions and exchanges of moisture,momentum,and energy between land,ocean,and atmosphere;however,its uncertainty will cause large systematic biases of RCM.Based on the four different PBL schemes(YSU,ACM2,Boulac,and MYJ)in Weather Research and Forecasting(WRF)model,the impacts of these schemes on the simulation of circulation and precipitation during the East Asian summer monsoon(EASM)are investigated.The simulated results of the two local turbulent kinetic energy(TKE)schemes,Boulac and MYJ,are more consistent with the observations than those in the two nonlocal closure schemes,YSU and ACM2.The former simulate more reasonable low-level southwesterly flow over East China and west pacific subtropical high(WPSH)than the latter.As to the modeling of summer monsoon precipitation,both the spatial distributions and temporal evolutions from Boulac and MYJ are also better than those in YSU and ACM2 schemes.In addition,through the comparison between YSU and Boulac experiments,the differences from the results of EASM simulation are more obvious over the oceanic area.In the experiments with the nonlocal schemes YSU and ACM2,the boundary layer mixing processes are much stronger,which lead to produce more sea surface latent heat flux and enhanced convection,and finally induce the overestimated precipitation and corresponding deviation of monsoon circulation.With the further study,it is found that the absence of air-sea interaction in WRF may amplify the biases caused by PBL scheme over the ocean.Consequently,there is a reduced latent heat flux over the sea surface and even more reasonable EASM simulation,if an ocean model coupled into WRF.     

东亚地磁场模型的计算与分析

根据中国、前苏联和蒙古等地区的地磁复测点和地磁台站资料,使用泰勒多项式方法和冠谐分析方法,计算东亚地磁场(X,Y,Z)的泰勒多项式模型和冠谐模型,以及东亚剩余磁场(ΔX,ΔY,ΔZ)的冠谐模型和泰勒多项式模型,并绘制了相应的理论地磁图. 泰勒多项式模型的展开原点位于45°N和100°E,截断阶数为7.地磁场泰勒多项式模型的均方偏差为:X分量是133.0nT,Y分量是107.4nT,Z分量是14.0nT. 球冠极点位于45°N和100°E,球冠半角为42°,冠谐模型的截断阶数为10. 剩余磁场冠谐模型的均方偏差分别为131.2nT(ΔX),112.6nT(ΔY)和13.7nT(ΔZ). 对比分析了上述两种模型. 提出了确定区域模型截断阶数的判据.     

东亚地磁场模型的计算与分析

根据中国、前苏联和蒙古等地区的地磁复测点和地磁台站资料,使用泰勒多项式方法和冠谐分析方法,计算东亚地磁场(X,Y,Z)的泰勒多项式模型和冠谐模型,以及东亚剩余磁场(ΔX,ΔY,ΔZ)的冠谐模型和泰勒多项式模型,并绘制了相应的理论地磁图. 泰勒多项式模型的展开原点位于45°N和100°E,截断阶数为7.地磁场泰勒多项式模型的均方偏差为:X分量是133.0nT,Y分量是107.4nT,Z分量是14.0nT. 球冠极点位于45°N和100°E,球冠半角为42°,冠谐模型的截断阶数为10. 剩余磁场冠谐模型的均方偏差分别为131.2nT(ΔX),112.6nT(ΔY)和13.7nT(ΔZ). 对比分析了上述两种模型. 提出了确定区域模型截断阶数的判据.     

多种驱动力作用下东亚大陆形变及应力场演化

将印度板块持续地向北推进、下伏地幔小尺度对流对增厚大陆岩石层的搬离作用以及剥蚀作用视为形成现今东亚大陆形变和应力场格局的主驱动力。在一梯形区域内,利用数值模拟的方法,研究了东亚大陆在不同的边界条件、不同的剥蚀率系数及不同的岩石力学参数条件下的形变及应力场格局。与现代空间大地测量技术 CGPS)以及利用地震观测得到的结果进行了对比。结果表明,本文模型预测的结果与上述的观测结果有较好的吻合,其西部地区比东部吻合得更好。说明控制东亚大陆西部形变和应力场基本格局的主驱动力,来源于印度板块对欧亚板块的碰撞、挤压,而对东部地区还应当考虑其与太平洋板块和菲律宾板块的相互作用。与此同时,下伏地幔小尺度对流对增厚大陆岩石层的搬离作用以及风化剥蚀对应力场的演化过程也不可忽视。