澳大利亚植被覆盖对亚澳季风影响的数值模拟(II):对东亚夏季风环流的影响

在文献[1]的基础上,对澳大利亚大陆植被覆盖变化对北半球夏季越赤道气流和东亚季风环流季节变化的影响进行了研究。结果表明,植被覆盖变化对东亚季风建立前后南风越赤道气流建立时间、强弱和南半球主要环流系统都有显著的影响。绿化导致了索马里越赤道气流的建立提前,增强了不同时期南风越赤道气流的强度,但对90°E以东来自澳大利亚高压的几支越赤道气流影响不大。同时,绿化促使南半球澳大利亚高压和马斯克林高压提前建立,西太平洋副热带高压北进提前,且强度减弱,导致西南气流更容易深入东亚内陆和西太平洋。这些影响促使盛夏期西南亚季风的影响区域和强度都有所扩展,对东南季风则影响不大。沙漠化则使索马里气流略微减弱,西太平洋副热带高压在春夏季节则一直偏强,至7月中旬,才有明显东撤,阻碍了越赤道气流的北上,西南季风在此影响下强度和影响范围均有所缩减。     

澳大利亚植被覆盖对亚澳季风影响的数值模拟(Ⅰ): 对澳洲气候及冬季风的影响

通过澳大利亚植被绿化和沙漠化的数值试验,对植被覆盖变化引起的地方性气候变化及对半球尺度环流的影响进行了探讨.结果表明,澳洲大陆植被覆盖变化可显著影响地方性温湿和降水,大陆中西部绿化可使大陆东部显著降温,局地水汽增加对温度变化影响显著.绿化引起的中东部降水增加与地表粗糙度增加引发的水汽辐合增强,垂直上升运动增强引发的对流旺盛有关系.局地温湿和环流的变化通过大气定长波的经向传播影响了越赤道气流的强弱,进而对亚澳冬季季风系统降水产生了影响.研究表明, 绿化使低层南北半球越赤道气流略微增强,增加了北半球冬季寒潮深入南半球内部的几率,并引起了澳洲大陆北部沿岸的气流明显增强,季风槽南移,降雨带区域性的南移,增加了气旋干扰深入内陆的几率,降水发生的频率增多; 沙漠化则引起澳洲大陆增温显著,由于局地下沉运动抑制了对流,造成了陆上降水的减少,通过波的外传,引起了100°～110°E和120°～130°E的低层越赤道气流的变弱和澳大利亚季风槽降水的减少.     

澳大利亚植被覆盖对亚澳季风影响的数值模拟(I):对澳洲气候及冬季风的影响

通过澳大利亚植被绿化和沙漠化的数值试验,对植被覆盖变化引起的地方性气候变化及对半球尺度环流的影响进行了探讨。结果表明,澳洲大陆植被覆盖变化可显著影响地方性温湿和降水,大陆中西部绿化可使大陆东部显著降温,局地水汽增加对温度变化影响显著。绿化引起的中东部降水增加与地表粗糙度增加引发的水汽辐合增强,垂直上升运动增强引发的对流旺盛有关系。局地温湿和环流的变化通过大气定长波的经向传播影响了越赤道气流的强弱,进而对亚澳冬季季风系统降水产生了影响。研究表明,绿化使低层南北半球越赤道气流略微增强,增加了北半球冬季寒潮深入南半球内部的几率,并引起了澳洲大陆北部沿岸的气流明显增强,季风槽南移,降雨带区域性的南移,增加了气旋干扰深入内陆的几率,降水发生的频率增多;沙漠化则引起澳洲大陆增温显著,由于局地下沉运动抑制了对流,造成了陆上降水的减少,通过波的外传,引起了100°~110°E和120°~130°E的低层越赤道气流的变弱和澳大利亚季风槽降水的减少。     

澳大利亚高压的年际变化及其对应的亚澳季风

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了 1948—2002年澳大利亚高压(简称澳高,下同)的年际变化及其对亚澳季风环流系统的影响。结果显示,澳高存在明显的年际变化,当澳高偏强时,亚澳季风环流系统其他各成员 (100~160°E高、低层越赤道气流,近赤道ITCZ,西太平洋副热带高压,梅雨锋,南亚高压,近赤道东风急流,季风经圈环流,Hadley环流等)也随之得到加强,从而导致整个亚澳季风环流系统的增强。     

中国西部植被覆盖变化对北方夏季气候影响的数值模拟

植被覆盖的变化是气候变化的成因之一,植被改变对气候的反馈可能会加强或者减缓气候的变化.文中利用CCM3全球气候模式以及20世纪70年代和90年代中国西部的植被覆盖资料进行数值模拟试验,研究了这两个时期植被变化对北方夏季区域气候的影响.模拟结果表明:植被增加的地方,地面吸收的辐射通量增加;植被减少的地方,地面吸收的辐射通量减少.地面辐射平衡的变化造成局地大气热量异常,并引起周边大气热量的调整,从而导致东亚地区夏季大气环流异常.相对于70年代的植被状况,用90年代植被模拟的北方地区对流层上层为异常气旋性环流,而中、低层为异常反气旋环流,东北亚到中国东部盛行异常北风,同时西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏南.这种异常环流特征说明模拟的90年代中国东部夏季风明显减弱,异常的环流形势造成华北和东北地区夏季水汽输送减少,水汽辐合减弱,年降水量减少了40 mm,呈现减少的特征,这是和观测事实是比较吻合的.降水和环流的异常还造成华北和东北夏季平均地面气温降低了0.4-0.8℃.因此近30年来中国西部植被变化可能是东亚夏季风年代际变化以及北方夏季降水减少的一个重要因素.     

区域气候模式REMO对东亚季风季节变化的模拟研究

将欧洲区域气候模式REMO首次应用于东亚区域,利用该模式对1980年和1990年东亚季风季节变化进行了模拟研究,并将模拟结果与NCEP再分析资料进行比较,以检验该模式对东亚季风的模拟能力.研究表明,区域气候模式REMO能够较好地模拟出东亚地区高、低空的大气环流特征,模拟的高度场、流场和温度场与NCEP再分析资料场都比较一致.模拟结果显示了东亚季风的月变化和季节转换特征.模拟的降水场与GPCC降水资料的对比结果表明,REMO能较为成功地模拟出东亚地区降水的空间分布,并能较好地反映降水的季节变化及主要降水趋势,夏季降水模拟偏大,整个区域平均的降水量偏差约为18%左右.     

越赤道气流的季节变化及其对南海夏季风爆发的影响

基于NCEP/NCAR资料分析了对流层越赤道气流的季节变化,指出越赤道气流中心在低层位于925hPa,在高层位于150 hPa。东半球的越赤道气流是一种典型的季风型气流,而西半球越赤道气流具有信风特征。研究结果还表明,低层的索马里和南海越赤道气流对南海夏季风的爆发有至关重要的作用,在季风爆发前2候,索马里急流有一次迅速的增强,这一增强有利于加速孟加拉湾地区西风的向东扩展,并使控制在南海上空的西太平洋副高东撤;同时,南海越赤道气流的迅速增强也推动副高北上,共同促使南海夏季风全面爆发。不仅如此,二者对季风爆发的早晚也有重要影响,当前期这两支越赤道气流建立偏早、强度偏强时,南海夏季风爆发易偏早。反之,当其建立偏晚、强度偏弱时,季风爆发易偏晚。     

1998年东亚夏季风过程的数值模拟(英文)

利用改进的九层 Ｐ－σ模式和 １９９８年南海季风试验从 ５月 １日到 ８月３１日共 １２３天的再分析资料对该年的东亚夏季风进行模拟,发现基本的大气环流形势（南亚高压和西太平洋副高）均能模拟出来,但南亚高压模拟偏强,西太平洋副高模拟偏弱。由时间相关系数分析可以发现,该模式对于短期气候模拟（约２个月）效果较好,对于长期积分,则气候飘移较明显;由空间相关系数分析发现,模拟的较差区域位于青藏高原及其相邻的中南半岛西北部等地区。降水的模拟是较差的,五、六月份能模拟出雨带的大致移动,七、八月份模拟的降水明显较观测场偏北。由敏感性试验的分析结果发现,嵌套边界条件的改善对于降水的模拟影响较大。     

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.     

1998年东亚夏季风过程的数值模拟

The 1998 East Asian Summer Monsoon is simulated by use of an improved nine-level p-σ model, the boundary forcing is the South China Sea Monsoon Experiment (SCSMEX) reanalysis data from May 1 to August 31, 1998. It is found that basic features of the atmospheric circulation (such as the South Asia high and the West Pacific subtropical high) can be simulated fairly. However the South Asia high is a little stronger than the observed, while the West Pacific subtropical high a little weaker. Seen from variations of the time correlation coefficient, this model is good for the short-time climate simulation (less than two months), while for the long-time simulation, its climate drift is a little obvious. It can be also seen from the spatial distribution of correlation coefficient that the worse simulation areas of the model are located in the Tibetan Plateau and the adjacent northwest Indo-China Peninsula. For the simulation of precipitation, the movement of rain belt from May to June can be simulated, but the simulation of July and August precipitation shifts obviously to north of the observed. It is also found from the analysis of sensitive experiment that the improvement of the nested boundary condition has a great impact on the simulation results, especially on the precipitation, so the model and the nesting technique need further improvements.     

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。     

东亚夏季风环流对气溶胶分布的影响

用2001—2012年逐月的MODIS-TERRA卫星观测气溶胶光学厚度(AOD)资料和NCEP/NCAR风场资料,分析了5—8月东亚地区AOD的时-空分布特征,研究东亚夏季风环流对气溶胶时-空分布的影响。主要结论如下:5—8月的中国东部及邻近海洋上AOD有着显著的季节演变特征,尤其是32.5 °N附近的AOD高值区,其强度和范围在5—8月逐渐增强然后又减弱。东亚夏季风通过环流输送作用对各地的AOD产生了不同程度的影响,使中国南部AOD减少,而华北和东北地区AOD增加。在强、弱季风年背景下,7月观测的AOD差异与环流输送作用差异的分布特征有着一定的相似性,体现出东亚夏季风年际变化对气溶胶分布的影响。在东亚夏季风演变的不同阶段,季风环流对气溶胶输送大部分情况下,可解释局地气溶胶变化10%~20%的方差。     

东亚夏季风过程大气低频振荡的数值模拟研究

利用区域气候模式RegCM3对东亚夏季风及其中的大气低频振荡(LFO)进行了模拟研究。(1)进行控制试验,借助Lanczos带通滤波等方法分析了实测及模拟结果LFO强度和传播等特征,检验RegCM3对夏季风LFO的模拟能力;(2)通过增、减南海表面海温两个敏感试验探讨海温异常变化对LFO各特征的影响,并探究异常海温下的LFO与季风爆发时间的可能联系。结果表明:季风LFO强值集中在低纬地区,低纬夏季强冬季弱,高纬则相反。季风爆发前后的发生南传向北传的转换。模式RegCM3对季风区LFO基本特征有较好的把握,但高纬地区偏强。南海异常增(减)温有利于季风提前(推迟)爆发,也有利于LFO传向发生转换时间的提前(推迟)。说明季风爆发时间与LFO传向转换存在一定联系。两个试验均有使振荡能量大值区南移的趋势,且通过LFO的变化造成较高纬地区季风后期的气候异常。     

大气热源和大地形对夏季印度季风和东亚季风环流形成作用的数值模拟

本文利用一个σ坐标的三层初始方程热带球圈数值模式,以全球夏季平均纬向风场为初始场,研究地形的纯动力作用和不同地区的大气热源、冷汇对亚洲夏季两支独立的季风环流系统形成的影响,针对它们对季风环流的主要成员如越赤道气流、季风槽、青藏高压等的相对重要性设计并进行了—系列试验,东亚季风环流和印度季风环流系统的成员被很好地模拟出来。     

东亚季风转换对西北太平洋近地面O3春季高值的影响

以东亚酸沉降监测网近地面O3资料,结合NCEP/NCAR的全球再分析风场、NOAA总云量及全球降水气候项目降水资料,分析2000～2007年东亚西太平洋地区近地层O3的区域和季节变化,重点分析不同站点O3月均浓度最大值时间差异的原因。结果表明,东亚以及大部分北半球中纬度清洁背景地区,近地层O3春季最高、夏季最低是广泛存在的现象。东亚夏季风的推进过程造成不同地区春季O3月均最大值出现的时间略有不同,Ogasawara和Hedo站O3浓度在3月达最大值,而Rishiri、Happo、Oki和Cheju站在4、5月达最大值。2007年副热带高压西进较晚且推进过程受阻导致Happo站2007年春季O3浓度高于气候平均值,Cheju地区2007年5月O3浓度达最大;2004年东亚夏季风爆发较早导致Hedo站2004年春季O3浓度明显低于平均值。     

冬季亚澳季风环流的低频耦合过程

利用1982—1983年和1984—1985年两个冬季的欧洲中期预报中心格点资料研究了冬季东亚西风急流与澳大利亚夏季风在低频尺度上的相互作用与可能的传播方式。结果表明,我国北部上空的西风急流(及相应的锋区)与澳大利亚的夏季风的低频变化有很好的一致性。它们的联系和相互作用表现为:东亚西风急流通过改变西北太平洋地区的越赤道气流影响澳大利亚夏季风的低频变化,而澳大利亚夏季风则通过增强或减弱的高空辐散向北气流影响东亚西风急流。将这种相互作用称为亚澳季风环流的“低频耦合过程”。     

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。     

东亚夏季风系统与青藏高原冬季植被的关系

用1982年1月—2001年12月NDVI资料、台站日降水资料和NCEPⅠ/NCAR再分析资料,首先利用SVD方法分析了青藏高原冬季NDVI与我国降水的关系,指出青藏高原冬季NDVI与我国夏季降水相关系数从南到北呈"+-+-"相间分布,高原冬季NDVI增大(减小),随后夏季降水在华南和华北地区增加(减少),而长江流域和东北地区降水减少(增加)。然后通过合成法,分析了高原冬季NDVI大、小值年东亚夏季风系统的变化,得到在青藏高原冬季NDVI大值年时,夏季马斯克林高压偏弱,而澳大利亚高压偏强。赤道辐合带强度偏强,有利于越赤道气流的加强,使南海夏季风爆发偏早。同时南亚高压偏弱位置偏西,副热带高压位置偏东偏北。副热带西风急流的位置也偏西偏北。     

索马里急流变异及其与东亚夏季风和中国降水异常的关系

利用近50 a大气再分析资料、海表温度分析资料和我国降水观测资料,分析揭示了索马里急流的年际和年代际变异及其与东亚夏季风和我国夏季降水异常的关系.结果表明:在年际时间尺度上,夏季索马里急流增强,对应ENSO冷事件,马斯克林高压增强,澳大利亚高压减弱,东部越赤道气流减弱,东亚夏季风增强,我国夏季北方降水偏多,南方降水偏少;反之亦然.然而,在年代际时间尺度上,夏季索马里急流增强,对应PDO暖位相,马斯克林高压和澳大利亚高压均增强,东部越赤道气流增强,而东亚夏季风减弱,我国夏季东北、西北和长江流域降水偏多,而华北、华南和西南地区降水偏少;反之亦然.     

影响东亚季风环流异常因子的敏感性试验

文章使用改进了的OSU全球气候模式，动态地使用厄尔尼诺年（1972年）实际下垫面温度月距平资料，对太平洋海面温度异常以及太平洋中不同关键区海面温度异常进行了敏感性试验。数值试验结果表明:El Nino实际海温时空异常，特别是关键区海面温度异常，引起了东亚季风环流的异常变化，出现了干旱的环流形势。无论赤道中太平洋或是赤道东太平洋的海面温度异常都是敏感的影响因子，对预报有一定的指示意义。