冬季戴维斯海冰年代际变化与大气环流关系

利用北极1°×1°海冰面积指数、海平面气压、500hPa高度场和中国160站气温等资料,运用统计分析方法讨论了戴维斯海峡海冰的长期变化趋势、年代际变化及其与大气环流的关系。结果发现,冬季戴维斯海峡海冰面积呈明显增多趋势,且具有较显著的年代际变化,其长期变化趋势、年代际变化与500hPa高度场的WA型、EU型遥相关、西伯利亚高压及中国北部气温等存在密切的关系。冬季戴维斯海峡海冰在1981年发生突变,突变前后相应高度场、海平面气压场和流场等大气环流场均有显著差异。     

北半球大气环流及其冬季风的年代际变化对青藏高原冬季降雪的影响

对1961~2010年间北半球大气环流背景异常变化及其东亚冬季风指数(东亚大槽位置指数-CW、西伯利亚高压指数-SH)与青藏高原降雪之间在年代际尺度上的相关关系进行了分析,结果表明:北半球冬季行星波年代际尺度上的异常导致了青藏高原地区冬季降雪在年代际尺度上的变化,北半球行星波"冬三(波)"流型的年代际尺度变化是青藏高原地区冬季降雪年代际尺度上增加/减少的环流背景;青藏高原冬季降雪与东亚冬季风之间也存在着年代际尺度上的显著相关。相对于1961~1986年间的冬季风减弱,青藏高原地区冬季降雪量呈现出增加趋势。结果也指出,青藏高原地区的冬季降雪、CW和SH在1986年前后存在一次显著的突变;突变后北半球冬季三波流型明显增强,青藏高原地区的降雪也相应发生了由多到少的变化。     

大气环流的年代际变化 II.GCM数值模拟研究

类似大气环流模式比较计划（AMIP）的数值模拟,将实际观测的海表水温（SST）资料引入模式进行40多年的数值积分,得到长时间的大气环流模拟结果。分析数值模拟结果发现,无论是大气中的主要涛动和遥相关型,还是重要大气环流系统都极为清楚地存在着年代际变化特征,包括10～20年准周期振荡和可能的30年以上的准周期振荡;而且上述主要环流系统的形势及其年代际变化大都与实际观测资料所给出的结果相一致。顺便分析中国东部气候的模拟结果,年代际变化特征（包括60年代的气候突变）也很清楚,并同大气环流变化配合十分合理。结果也表明,同研究季节和年际变化一样,大气环流模式（AGCM）数值模拟也是研究大气环流和气候年代际变化的有效方法。     

北半球冬季阿留申低压－冰岛低压相关关系的年代际变化及其模拟

使用多种长期观测和再分析资料,分析了北半球冬季阿留申低压和冰岛低压相关关系的年代际变化。结果表明,两低压存在显著的负相关关系,使北太平洋和北大西洋海平面气压形成跷跷板式的变化(Aleutian Low-Icelandic Low Seesaw,AIS)。此外,AIS还存在显著的年代际变化,在1935~1949年和1980年后较为显著,其余时期并不显著。对1980年代的年代际转变分析表明,太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)在1970年代末的位相转变是AIS这次年代际转变的主要原因。PDO由负位相转变为正位相,使全球大部分大洋海表温度升高,而北太平洋海表温度降低,两低压显著变深,低压南部西风增强,从而通过Rossby波的频散效应使两低压强度形成显著负相关。1930年代中期的年代际转变与此类似,但强度较弱。同时,年代际背景的变化也影响到两低压的年际变化。在给定海表温度和海冰分布的驱动下,大气环流模式IAP AGCM4能基本模拟出AIS年代际转变的过程和机理,但仍存在一些偏差。     

ENSO与北半球冬季大气环流异常年代际关系的数值模拟

利用NCAR/CCM3大气环流模式,模拟不同海温背景场强迫下,北半球冬季大气环流对ENSO事件的响应。结果表明,模式能够模拟出不同海温背景场下,北半球冬季大气环流对ENSO事件的不同响应,模拟结果与诊断结果基本一致。在20世纪70年代末之后的平均海温背景场强迫下,El Nio对阿留申低压的加强作用比70年代末之前更明显,而ENSO暖位相对蒙古高压的作用则由70年代末之前的轻微减弱变为明显加强。虽然70年代末以后ENSO事件的强度比70年代末之前有所增大,但ENSO对东亚大槽和东亚冬季风的减弱作用反而不再那么明显;同时在高空风场中,由ENSO激发出的PNA型异常环流在70年代末以后明显加强。     

北半球大气环流特征量的长期趋势及年代际变化

用１９５１－１９９５年的北半球大气环流特征量资料，计算了它们的长期趋势变化。结果表明，近４５年西太平洋副高与极涡强度都趋加强，纬向环流趋于加强，经向环流则趋减弱。这种环流的长期趋势变化及年代际变化是我国冬季气温长期趋势变化的一个直接原因。突变分析表明，不连续变化主要发生在１９７６年及８０年代初。     

大气环流年代际变化问题

本文对大气环流的年代际变化问题的研究工作和结果作了综合评述并给出了一些新的结果。     

华北冬季气温年代际变化及大气环流分析

用NCEP/NCAR再分析资料和华北地区冬季气温资料,运用经验正交分解(EOF)和合成分析等方法,分析了华北地区冬季气温年代际异常及同期环流背景场的变化特征。结果表明:华北冬季气温的年代际变化特征明显;北半球冬季环流场的年代际变化是造成华北冬季气温年代际异常的根本原因,在近地面层,西伯利亚高压偏强时,华北冬季偏冷,反之亦然;在对流层中层,东亚大槽及贝加尔湖高压脊为主要影响系统;低空风场分析结果显示,华北冬季偏冷期中、高纬纬向环流减弱,经向环流明显增强,主要盛行偏北风,暖期情况正好相反。另据分析,北极涛动的年代际变化与华北冬季气温异常也有很好的相关性。     

我国冬季气温年代际变化及其与大气环流异常变化的关系

利用我国160个台站50年(1951~2000年)的月平均温度资料和NCEP/NCAR再分析资料,对我国从1951/1952~1999/2000共49个冬季(11月至次年3月平均)的气温进行经验正交函数(EOF)分解。第1模态表现为全国一致的增温或者降温,20世纪70年代中期以后,我国冬季气温增暖明显,发生了显著的年代际变化;第2模态则表现为南北温度的反相关系,20世纪80和90年代,我国北部地区,特别是东北和西北的温度增加,而我国南部则温度降低。采用频谱分析方法提取我国冬季气温的年代际变化信号更清楚地反映出这些变化。而且这两种模态从20世纪80年代开始的正位相叠加使得我国冬季持续偏暖,在降水场没有显著变化的情况下,加剧了华北地区的干旱程度。对气温的年代际变化与大气环流的回归分析表明,我国冬季气温年代际变化的第1模态与半球尺度上的北极涛动(AO)的变化有密切的关系,它在高度场上表现为一个准正压的南北环状模态;而第2模态则与中高纬大气环流中的一波结构联系密切,它在高度场上表现为一个准正压的太平洋和大西洋上反相的振荡模态。这就表明,我国冬季气温的年代际变化与大气环流中的基本气流及其扰动有密切的关联。作者还讨论了大气环流影响我国冬季气温年代际变化的可能机理,并指出进一步需要研究的问题。     

冬季北半球大气低频环流型的年际变化特征

采用NCEP/NCAR逐日再分析资料,利用31点数字滤波器提取了58个冬季(1951/1952-2008/2009年)的500 hPa高度场低频分量,通过经验正交函数分析方法定义了6种低频环流型.从逐年低频环流型的差异和低频环流型系数两个角度分析低频环流型的年际变化特征;给出了58个冬季的主要低频环流型并分析了逐年低频...     

潮汐混合对大西洋经圈翻转环流(AMOC)模拟影响的数值模拟研究

海洋中的潮汐混合对大西洋经圈翻转环流AMOC(Atlantic Meridional Overturning Circulation)模拟的影响是海洋环流模式研究的热点问题之一。本文采用IAP/LASG发展的气候系统海洋模式LICOM(LASG/IAP Climate system Ocean Model)及与海冰耦合模式进行了有无潮汐混合方案的试验,重点探讨了潮汐混合对AMOC强度模拟的影响。结果显示,引入潮汐混合后模拟的AMOC强度极大值比对照试验增加约1倍,更接近RAPID(Rapid Climate Change Programme)观测。而且,潮汐混合试验中模拟的AMOC上层环流深度(3200 m)比对照试验加深1000 m左右,同样更接近RAPID观测。海洋底部的垂直混合增强,使海洋层结变得更加不稳定,加强了北大西洋高纬地区,特别是拉布拉多海等地区的深对流,这是AMOC加强的直接原因。同时,潮汐混合试验中上层海洋环流也加强,增加了中低纬副热带高盐海水向高纬输送,使表层增密,海洋层结更加不稳定,也可以进一步增强AMOC。     

北极III区海冰面积低频变化对北半球冬季大气环流异常的作用

北极III区海冰面积的低频变化所引起的热力强迫作用，可以激发出EA和类似于WP的大气遥相关型。冰气系统之间存在着3～4年的不规则振荡，在振荡过程中，它们是相互作用的。对比表明，北极III区的重冰年和轻冰年，北半球冬季中纬度地区大气环流以及我国的天气气候特征有十分明显的差异。     

不同年代际背景下南半球环流变化对中国夏季降水的影响

利用1951～2008年NCEP再分析资料和中国夏季降水观测资料,分析了南半球环流的年代际变化特征以及在不同年代际背景下南极涛动(AAO)对中国东部夏季降水的影响.结果表明,20世纪70年代末,南半球环流发生了年代际变化,东南太平洋和南大西洋副高减弱,而马斯克林高压(南印度洋副高)增强,绕南极低压带加深.在此背景下,AAO由负位相转变为正位相,对中国夏季降水的影响也随之发生改变.在春季AAO偏强的情况下,1976年之前,长江以南地区和华北地区降水偏多,江淮流域降水偏少;而在1976年之后,从华南沿海一直到江淮流域降水都偏多,华北到东北地区降水偏少.这说明AAO对中国夏季降水的影响与年代际背景有关,1976年之后,AAO对中国夏季降水的影响增强,影响范围更加偏北.在当前海温预报因子作用减弱的情况下,AAO有可能成为中国夏季降水预测的一个重要预报因子.     

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。     

北半球环流季节演变机制

提出了北半球大气环流季节变化的一种反馈机制：外界（太阳、海洋、陆地等）的热力强迫加热大气,形成波状低云;而波状低云又使高中纬大气冷却,进而影响高纬冷气团冬夏变化。根据波状低云影响高纬冷气团变化这一负反馈过程,对1958－1993年进行夏季旱涝预报试验,结果每年中国东部的主雨带基本可正确预测出来。     

冬季北太平洋海气环流年代际异常的统计动力诊断

本文对冬季北太平洋大气和大洋环流做了联合复经验正交函数(CEOF)分解和小波分析, 并分别讨论了第一、二模态的年代际变化及其与海表温度异常(SSTA)年代际变化(PDO、NPGO模态)的关系, 得到以下主要结论:第一、二模态对时间系数的分析显示, 其与PDO、NPGO指数的相关性较高, 且小波分析表明其分别具有明显的准22、12年的年代际变化周期, 这与PDO、NPGO模态的周期相同;第一、二模态时间系数对北太平洋SSTA的回归分析表明, 其回归系数场的空间分布分别与PDO、NPGO的十分接近。第一、二模态空间场中大气环流异常分别类似于海平面气压异常(SLPA)的AL、NPO模态, 可分称其为AL、NPO的风场模;而大洋环流异常则分别相应于SSTA的PDO、NPGO模态, 可称其为PDO、NPGO的流场模。由第一、二模态近表层流场异常得到的垂直运动空间分布分别与PDO、NPGO的空间结构相似, 说明海洋上层海盆尺度大洋环流引起的垂直运动所导致的海温动力变化是形成PDO、NPGO的重要原因, 而大洋环流异常扮演着中介角色。     

北大西洋涛动指数变化与北半球冬季阻塞活动

线性回归分析表明北大西洋涛动(NAO)主要与大西洋、欧洲及乌拉尔山地区阻塞的频率和强度的变化存在显著相关关系.在NAO负位相时期阻塞活动在大西洋地区较为频繁且强度较强,正位相时期大西洋地区阻塞活动减少,强度减弱,而欧洲阻塞加强,频率增加,同时乌拉尔山地区的阻塞活动也显著减少.NAO正指数的增强和减弱对应于大西洋和欧洲阻...     

一个海洋环流模式模拟的北印度洋经向环流及其热输送

对比两个同化资料GODAS（Global Ocean Data Assimilation System）和SODA（Simple Ocean Data Assimilation）,考察中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的气候系统海洋模式LICOM（LASG/IAP Climate system Ocean Model）模拟的北印度洋经向环流及热输送的气候态。LICOM能抓住北印度洋大尺度环流的季节变化特征,模拟的年平均越赤道热输送为-0.24 PW （1 PW=1015W）,较之以往的数值模式结果更接近观测和同化资料。与同化资料的差异主要体现在季节变化强度,北半球夏季在赤道以南偏弱0.5 PW,这与模式夏季的纬向风应力偏弱,热输送中的大项Ekman热输送模拟偏弱,从而模拟的经圈翻转环流较浅有关。     

东亚夏季风和中国东部夏季降水年代际变化的模拟

利用中国科学院大气物理研究所发展的第四代大气环流模式模拟了1970年代末东亚夏季风和相关的中国东部夏季降水年代际变化。结果表明,在给定的观测海温强迫下,模式能模拟出东亚夏季风的年代际减弱及 相关的环流场变化,包括东亚沿海的偏北风异常以及西太平洋副高的形态变化,模式还较好再现了中国东部夏季降水的雨型变化,即长江流域降水偏多,而华北和华南偏少,但位置略偏南。基于奇异值分解(SVD)的分析表明,热带海洋变暖是这次东亚夏季风的年代际减弱的主要因素,这与太平洋年代际振荡(PDO)在1970年代末期的位相转变有关。此外,模式还较好模拟了长江流域的变冷趋势,进而减弱了海陆温差,使东亚夏季风减弱。