亚洲夏季风活动激发北半球大气遥相关的物理机制探讨 II.最优强迫模及其响应

利用最近发展的完备正规强迫模的动力学方法,对亚洲夏季风活动激发北半球大气遥相关的外部物理机制进行了探讨。结果表明,北半球夏季亚洲季风区是外强迫最敏感区域之一,最优强迫模与亚洲季风区季内时间尺度对流活动的结构特征相似,而且北半球大气对最优强迫模的响应与滞后于强季风候的环流异常型结构一致,由此可以认为,亚洲夏季风活动造成的热状况变化也是导致北半球大气遥相关的重要物理原因。     

亚洲夏季风活动激发北半球大气遥相关的物理机制控制：Ⅱ.最优强迫模 …

利用最近发展的完备正规强迫模的动力学方法,对亚洲夏季风活动激发北半球大气遥相关的外部物理机制进行了探讨。结果表明,北半球夏季亚洲季风区是哟最敏感区对最优强迫模蝗响应与滞后于强季风候的环异常型结构一致,     

亚洲夏季风活动激发的北半球大气环流遥相关型

亚洲季风区是全球热力变化最为显著的区域，亚洲夏季风活动必定会对其它环流系统产生影响。本文通过夏季风指数与北半球环流的相关计算以及强、弱季风候北半球环流异常合成的分析发现，亚洲夏季风的活动会激发北半球夏季大气环流遥相关型，其主要相关中心均出现在季风区的下游地区，即从亚洲经太平洋至北美洲一带，除了表现出正负中心交替出现的波列状结构外，该遥相关型在太平洋地区还表现为一对南北向的偶极子异常型，我们将这一遥相关型称为亚洲太平洋北美（ＡＰＮ）型。     

亚洲夏季风活动激发北半球大气遥相关的物理机制探讨 I.正规模及有限时间不稳定奇异矢量分析

造成大气环流异常的原因可以有两个方面, 一是大气内部的物理过程,另一方面则可能由大气外强迫引起。在线性框架内,该文的第I部分利用正规模（normal mode）以及有限时间不稳定奇异矢量（singular vectors）理论,对亚洲夏季风（ASM）活动激发北半球夏季遥相关型的大气内部物理机制进行了探讨。结果表明,亚洲季风区的扰动最有效地激发了它下游地区不稳定模态的发展,从而导致了从亚洲到北美洲一带的大气环流异常。关于从大气外强迫角度对这一问题的探讨,将在本文的第II部分发表。     

亚洲夏季风活动激发北半球大气遥相关的物理机制探讨 I.正规模及有限时间不稳定奇异矢量分析

造成大气环流异常的原因可以有两个方面, 一是大气内部的物理过程, 另一方面则可能由大气外强迫引起。在线性框架内, 该文的第 Ｉ 部分利用正规模 （ｎｏｒｍ ａｌ ｍｏｄｅ） 以及有限时间不稳定奇异矢量 （ｓｉｎｇｕｌａｒ ｖｅｃｔｏｒｓ） 理论, 对亚洲夏季风（ Ａ Ｓ Ｍ） 活动激发北半球夏季遥相关型的大气内部物理机制进行了探讨。结果表明, 亚洲季风区的扰动最有效地激发了它下游地区不稳定模态的发展, 从而导致了从亚洲到北美洲一带的大气环流异常。关于从大气外强迫角度对这一问题的探讨, 将在本文的第 Ｉ Ｉ部分发表。     

南海夏季风持续异常的特征及其对全球环流的影响Ⅱ.数值试验

利用T42L9全球大气环流谱模式进行数值试验,以揭示南海夏季风强度异常的特征及其影响.控制试验结果表明,该模式不仅能够很好地模拟出气候平均的西风带槽脊和高低空气流分布以及它们的季节性变化,而且对于与亚洲季风有关的各个主要系统,如南亚高压、副高进退及越赤道气流等都有较强的模拟能力.在亚洲季风区及热带太平洋这一大范围区域的大气内部热源异常强迫下,模式显示出了南海夏季风持续异常的特征、北半球热带外环流的响应以及亚洲季风区降水异常分布.南海夏季风长时间强度异常所引起的大气内部热源异常,一方面通过三维垂直环流的异常联结着南海夏季风对北半球热带内外环流的影响,另一方面它又通过持续异常期的波列传播,即能量的传播,不仅影响我国长江流域降水,还会逐渐影响到北半球中高纬环流结构.这样西风带环流形势将会发生相应的变化和调整,南海夏季风持续异常影响到了北半球大气环流和天气气候的变化.     

南海夏季风持续异常的特征及其对全球环流的影响II.数值试验

利用T42L9全球大气环流谱模式进行数值试验 ,以揭示南海夏季风强度异常的特征及其影响。控制试验结果表明 ,该模式不仅能够很好地模拟出气候平均的西风带槽脊和高低空气流分布以及它们的季节性变化 ,而且对于与亚洲季风有关的各个主要系统 ,如南亚高压、副高进退及越赤道气流等都有较强的模拟能力。在亚洲季风区及热带太平洋这一大范围区域的大气内部热源异常强迫下 ,模式显示出了南海夏季风持续异常的特征、北半球热带外环流的响应以及亚洲季风区降水异常分布。南海夏季风长时间强度异常所引起的大气内部热源异常 ,一方面通过三维垂直环流的异常联结着南海夏季风对北半球热带内外环流的影响 ,另一方面它又通过持续异常期的波列传播 ,即能量的传播 ,不仅影响我国长江流域降水 ,还会逐渐影响到北半球中高纬环流结构。这样西风带环流形势将会发生相应的变化和调整 ,南海夏季风持续异常影响到了北半球大气环流和天气气候的变化。     

印度洋海温异常对亚洲季风区天气气候影响的数值模拟研究

利用中国科学院大气物理研究所ＩＡＰ９Ｌ大气环流模式，模拟研究了印度洋ＳＳＴＡ对亚洲季风区大气环流和天气气候异常的影响。结果表明，印度洋赤道低纬地区的暖（冷）ＳＳＴＡ，可以在北半球中高纬度地区激发产生与ＰＮＡ和ＥＡＰ类似的冬季型或夏季遥相关型波列，对亚洲季风区中低纬度地区的环流异常或天气气候异常有重要作用。当印度洋暖（冷）ＳＳＴＡ强迫时，亚洲夏季风建立较正常偏晚（偏早），撤退较早（较晚），季风季节长     

亚洲—太平洋季风区的遥相关研究

亚洲—太平洋季风区各季风子系统间的相互作用对季风区甚至全球的气候变化都有非常显著的影响。文中根据国内外相关研究,重点分析和评述了在亚洲—太平洋季风区中4种季节内时间尺度的遥相关关系,清楚地揭示了印度夏季风、东亚夏季风和西北太平洋夏季风之间的相互作用。研究发现：（1） 在亚洲季风爆发初期,印度夏季风的爆发相对于中国长江流域梅雨的开始存在相差大约两周的超前关系,形成从印度西南部经孟加拉湾到达中国长江流域及日本南部的遥相关型,即“南支”遥相关型。（2） 在季风盛行期间,长江流域降水明显受热带西北太平洋夏季风的影响,与西北太平洋夏季风降水呈反相关关系,即当季风减弱时,长江流域夏季降水偏多。（3） 与长江流域降水相反,华北雨季（7月第4候—8月第3候）则与西北太平洋夏季风降水呈正相关关系,当西北太平洋夏季风强时,西太平洋副热带高压异常偏北偏东,副高西南侧的异常东南水汽输送在中国华北地区上空辐合,给该地区降水偏多提供了充足的水汽条件。（4） 华北夏季降水同时还与印度夏季风呈正相关关系,在夏季风盛行期间,形成由印度西北部经青藏高原到中国华北地区的西南—东北走向的遥相关型,即“北支”遥相关型。 上述4种遥相关关系,反映了亚洲夏季风季节北推过程中,印度夏季风、东亚夏季风和西北太平洋夏季风子系统之间的关联。     

线性定常响应有效强迫与遥相关型动力学

对线性定常强迫问题，本文发展了具有能量意义的内积空间中建立一组完备正交强迫模的动力学方法，其中这组正交强迫模是正定对称阵的特征矢量，相应的特征值则决定了强迫模产生的大气响应强度。以冬季３００ｈＰａ气候平均流为基本状态进行具体计算。结果表明，有实际意义的遥相关型只是由很少几个使大气产生大响应的最有效强迫模产生。这些最有效的强迫模产生的大气响应同实际观测到的遥相关型有很好的对应关系。能量分析表明，有利强迫模建立遥相关型，基本流向大气响应提供的动能比强迫产生的动能更大。所以，强迫建立遥相关型不只依赖于外源产生的动能的传播，更主要依赖于大气响应能否从基本流吸取动能。     

大气热源年代际异常与20世纪70年代末期东亚夏季风年代际减弱

利用1958-2001年ERA-40再分析资料计算大气热源,统计分析了亚洲季风区及其邻近海域大气热源年代际变异的典型模态;利用线性斜压干模式,模拟了夏季大气对大气热源年代际异常的响应,揭示了大气热源年代际异常与1970s末期东亚夏季风年代际减弱的关系。结果表明:近50 a来亚洲及其邻近海域夏季整层大气热源变异主要表现为年代际变化特征,其年代际位相转换发生在1970s中后期,这与东亚夏季风年代际减弱的时间一致;菲律宾附近海域和中国西南地区是与东亚夏季风年代际减弱有直接联系的两个热源异常关键区;东亚夏季风年代际减弱最直接地表现为这两个关键区热源异常的共同作用,而赤道中东太平洋、赤道印度洋大气热源增强则通过大气遥响应机制影响菲律宾附近海域低层大气环流异常对东亚夏季风变异起相反的贡献。     

亚洲夏季风结构和变动与大气运动流场的斜压和正压特征:正压模分析

使用ＥＣＭＷＦ１９８０—１９８６年７ａ格点资料对大气运动的正压模进行了分析。指出：对流层中大气正压运动流场显示的副热带高压带仅能反映出行星风带的季节性移动；与亚洲夏季风有关且反映季风局地性的则是副热带高压带南侧的东风带上的波状扰动；东风带上的经向风分量存在着纬向传播且传播方向和扰动幅度与印度、东亚季风子系统有关；随着北半球夏季的到来，亚洲季风区大气运动的斜压模有较大的增长且斜压运动动能占气柱内整层平均总动能的绝大部分，而在赤道附近的其他经度上则是正压运动动能的成分明显增长。     

大气热力遥相关及其海洋异常强迫的分析研究

应用北半球500hPa大气非绝热热流量诊断资料和全球海温资料,分析研究大气热力遥相关及其海温对大气热力场的强迫效应.发现大气热力异常存在一种主要相关型--热力太平洋北美型,它是大气热力场对海温异常综合响应的结果.由此,得到了一些新的认识和理解.     

气候平均状况下亚洲夏季风的季节内演变过程

根据1979—1995年美国NOAA的向外长波辐射逐日资料,用功率谱分析和带通滤波方法,对气候平均状况下亚洲夏季风的季节内演变过程进行分析,归纳得到亚洲季风区各个子系统季节内变化的8个关键阶段。利用1979—1999年NCEP/NCAR的大气环流再分析资料及中国气象局降水资料CMAP,对每个关键阶段亚洲夏季风的环流和降水的时空演变特征进行分析,得到亚洲季风区环流和降水季节内变化的物理图像。研究表明,在不同的季节内演变阶段,亚洲夏季风各个子系统成员的环流系统的变化特征可以将亚洲夏季风系统的季节内演变过程较好地描述出来。     

大气季节内振荡及其重要作用

大气季节内振荡(ISO)是上世纪80年代以来大气科学的重要前沿研究课题.作者系统地回顾和总结了十多年来在大气季节内振荡(ISO)及其对其他气候系统的重要作用方面的主要研究工作和成果,尤其是新近的研究成果.主要包括热带大气ISO的基本特征和主要活动规律;中高纬度大气ISO的基本特征和活动规律,以及与热带大气ISO的主要差别;全球大气低频(30～60天)遥相关特征;大气季节内振荡的动力学机制;大气季节内振荡对南海(亚洲)夏季风爆发,以及对南海(东亚)夏季风异常的重要作用;热带大气季节内振荡与El Nino(L     

北半球夏季位势高度场遥相关型的观测研究

本文利用点相关普查和经验正交函数展开分析了北半球夏季500hPa位势高度场的年际变化特征,指出在北半球夏季主要存在4种遥相关型,它们分别被称作亚洲/北美型、欧亚型、东北太平洋型和北美/西欧型.其中前两种遥相关型和东亚夏季大气环流年际异常有直接的联系.北半球夏季遥相关型的揭示对于研究东亚大气环流年际变异的机理及其预报有参考价值.     

南海夏季风槽的年际变化和影响研究

南海夏季风槽是南海夏季风的重要组成部分，它的活动不仅对大气环流和气候有明显影响，其本身也具有明显的年际变化特征。首先定义了一个描写南海夏季风槽强度的指数，然后分别对强、弱南海夏季风槽年的例子进行了合成分析。分析结果表明，对应强、弱不同的南海夏季风槽年份，在大气环流背景、对流活动以及海温背景场方面都有很明显的区别，说明南海夏季风槽的异常不是偶然的，有其十分明显的大背景。合成分析的结果还表明，南海夏季风槽的强弱异常不仅对中国夏季降水有重要影响，还会通过遥相关过程影响北半球的其他区域。     

中高纬度大气遥相关动力学及其对东亚冬季气候影响的研究进展

北半球热带外大气存在多种形态的大气遥相关。按其空间结构,可以分为两类：（1）异常中心为南北分布的偶极子型（例如北大西洋涛动、北太平洋涛动）;（2）异常中心呈波列型（例如北太平洋/北美型遥相关、欧亚型遥相关）。这些遥相关活动及其变异,不仅对遥相关控制的地区,而且对与遥相关相距很远的地区的天气和气候也产生影响。研究大气遥相关的形成机理及其天气气候影响,是进行短期气候预测的基础。近十多年来北半球中高纬度的大气遥相关动力学研究取得很大进展,在此对一些主要进展进行总结,特别关注影响中国天气、气候的大气遥相关及其影响机理方面的研究进展。     

大气热力遥相关及其海洋异常强迫的分析研究

应用北半球５００ｈＰａ大气非绝热热流量诊断资料和全球海温资料,分析研究大气热力遥相关及其海温对大气热力场的强迫效应。发现大气热力异常存在一种主要相关型——热力太平洋北美型,它是大气热力场对海温异常综合响应的结果。由此,得到了一些新的认识和理解     

亚洲夏季风建立前后全球环流调整的气候风场变差度分析

利用变差度诊断分析,分析讨论了亚洲夏季风建立及前后(4月1日至6月30日)气候风场变差度的时空特征,发现北半球在4月10日和21日、5月15日和31日、6月11日和28日分别有6次大气环流大调整;变差度的大值区则均位于广义季风区;变差度确实是诊断大气环流调整和研究广义季风的客观定量工具.得到的主要结论如下:该6次环流大...