正压大气有利发展扰动型与遥相关型的建立

本文讨论了夏季纬向不对称气候平均流下通过正压大气内部动力过程建立遥相关型的问题。首先详细描述和讨论了有利发展扰动型的概念及其计算方法。作为对比，对正规模不稳定进行了分析。结果表明，正规模的不稳定增长率很小，难以用于解释遥相关型的发展。而有利发展扰动型的计算分析表明，最有利发展的那些扰动型的振幅增长率同实际大气遥相关型的增长率相一致，并且这些有利发展扰动型都将演变为同实际大气相一致的遥相关型结构。从而提出了，至少部分实际大气遥相关型可以不依赖于异常外源强迫，而仅依赖于大气内部的正压过程即能量转换过程而建立起来。     

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.     

北太平洋冬季西部发展型天气尺度涡旋对平均流的影响

在中纬度北太平洋大气强斜压区,存在频繁的天气尺度涡旋活动,通过水分、动量和能量输送维持大气环流。为了进一步研究天气尺度涡旋发生发展与大尺度环流之间的联系,利用1981—2013年再分析资料,筛选出西部发展型天气尺度涡旋114个偏强日和87个偏弱日,给出了西部发展型天气尺度涡旋异常导致的动力和热力强迫的变化,同时从能量转换的角度分析了西部发展型天气尺度涡旋与平均流之间的相互作用,并探讨了其与西太平洋遥相关型的关系。结果表明:西部发展型天气尺度涡旋通过动力强迫和热力强迫影响平均流,其中动力强迫主要造成北太平洋中纬度上空的西风气流加速并向北移动;热力强迫的作用则是减弱中纬度大气斜压性。同时,强西部发展型天气尺度涡旋有利于西北太平洋上空对流层低层斜压有效位能向扰动动能的转化增大和扰动动能向平均流的转化增大,有利于中纬度地区对流层高层平均流向扰动动能的转化增大。此外,西部发展型天气尺度涡旋通过与平均流的作用,对维持西太平洋遥相关型的负位相有一定影响。     

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,     

大气位势场对海表温度异常线性定常响应的数值试验

利用具有月、季长期天气过程数值天气预报能力的滤波距平模式(FAM)、运用谱方法研究了大气位势场对海表温度异常(SSTA)的线性定常响应,分析了SSTA强迫作用所产生的定常行星波波型、大气中遥相关型以及大气位势场响应对SSTA位置和基本气流的敏感性,得到一些有意义的结果。     

强迫二维Rossby波传播特征的数值试验

Bjerknes提出了大气对外界强迫响应的概念。大量研究已证明这一遥响应机制的存在,且大气对强迫源的遥响应及其低频活动的共同特征都表现为类似大圆路径的波列,Hoskins的理论研究揭示了这现象的实质,他把叶笃正所提出的Rossby波的频散理论推广到球面上。黄荣辉曾利用波折射指数平方与EP通量系统地研究了北半球冬夏准定常行星波的传播规律。邹晓蕾、叶笃正、吴国雄提出了中高纬的相关链、定常地形波链,并指出北美与东亚相关型的差异与两区域地形准定常波在不同纬向流中传播的差异有关。观测分析亦表明,青藏高原是大气低频振荡的强迫源,且在此区域可产生向北、向南或向东、向西传播的波列。     

北半球夏季遥相关型的水平结构和能量特征

本文利用观测资料研究了北半球夏季500hPa位势高度场四种主要遥相关型即亚州/北美型、太平洋/北美型、欧亚型和北美/西欧型的水平结构、能量特征及其和时间平均流的依赖关系。结果指出:太平洋/北美型、欧亚型和北美/西欧型由“Seesaw”和波列结构组成,而亚洲/北美型主要呈波列结构,其中“Seesaw”结构及其与西风急流的配置关系、扰动在急流出口区通过正压能量转换从基本气流中获取能量等特征对于夏季北半球遥相关的形成和维持起重要作用。因此,本文认为夏季遥相关是外强迫和与基本气流有密切关系的大气内部动力学过程共同作用的结果。     

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     

季节内尺度热带-中纬相互作用机制初探

本文使用一个简单的全球二层大气环流模式作了强迫响应数值试验。模式中引入了代表热带低频偶极型对流的异常强迫.结果表明这一强迫不仅能激发显著的局地大气响应,也能引起北半球中纬显著的低频异常波列,中纬波列的发展与热带强迫变化之间存在四分之一位相差关系.这些结果与观测研究的结果一致.进一步的分析表明,大气响应的位相滞后与强迫产生的能量从内模向外模的非线性转换过程有关.最后提出了季节内尺度热带-中纬相互作用的可能机制.     

Efficient Anomalous Forcings for Linear Problems

For linear forcing problems, a method is developed to provide a set of forcing modes which form a complete orthonormal basis for the finite-time response to steady forcing in the energy inner product space. The forcing modes are found by calculating eigenvectors of a positive definite and symmetric matrix determined from given equations of motion. The amplitude of responses to forcing modes is given in terms of the associated eigenvalues. This method is used in a nondivergent barotropic model linearized about the 300 hPa zonally-varying climatological flow both for northern summertime and wintertime. The results show that the amplitude of response varies considerably with different forcing modes. Only a few of forcing modes associated with the leading eigenvalues, called efficient forcing mode, can excite significant response. The efficient forcing modes possess highly localized spatial structure with wavetrain appearance. Most of the efficient forcings are located to the south of regions of the jet cor     

Wind-induced variability of ocean gyres

Stochastic wind forcing of ocean gyre circulations is examined using the ideas of generalized linear stability theory applied to the barotropic vorticity equation of a idealized ocean. The barotropic vorticity equation is linearized about a time-evolving basic state flow, and the spatial patterns of stochastic surface wind stress curl that are optimal for increasing the variability of the ocean are computed. The most disruptive pattern of stochastic forcing is found to be insensitive to: measures of variance, the optimization time, the temporal decorrelation time of the stochastic forcing, the time evolution of the basic state flow, the stability of the basic state flow, basin size, gyre symmetry, and the presence of bathymetry. In addition, the most disruptive pattern of wind stress curl is reminiscent of that which would be associated with individual large-scale weather systems in the atmosphere, and changes in the amplitude of the atmospheric teleconnection patterns. The response of a nonlinear model to stochastic forcing described by the optimal patterns is examined, and the dynamics of the response discussed.     

SST THERMAL FORCING – A DISCUSSION ON THE MECHANISM OF ATMOSPHERIC LOW-FREQUENCY OSCILLATION

Dynamic and numerical methods are used to discuss the atmospheric response to SST thermal forcing. The results show that for planetary scale systems, the standing SST thermal forcing can quickly excite a stable atmospheric equilibrium state response, which is characterized by obvious large-scale teleconnection oscillation in east-west and south-north directions. For synoptic scale systems, the SST thermal forcing mainly excites the atmospheric low-frequency oscillation. Some basic relation and dynamic processes between SST thermal forcing and atmospheric response pattern are revealed and some new viewpoints are presented.     

正压大气中基态定常波对强迫响应的影响

本文利用正压涡度方程模式研究了热带不同经度位置异常强迫激发的中纬响应类型与北半球冬季基本气流定常波结构的关系。发现对热带印度洋和太平洋的大部分地区,中纬的响应类型主要由基态定常波的结构决定,并且基态定常波通过向扰动转换动能维持了中纬的响应。通过这些结果解释了GCM研究中发现的中综异常响应类型对El Nino成熟期海表面温度异常位置变化的不敏感性。此外还讨论了观测和GCM中出现的热带印度洋——太平洋地区低频尺度上的纬向偶极强迫源对GCM响应结果的作用。     

The Dynamics of ENSO Anomaly as Revealed in Ensemble Climate Simulations-Impact of Mean Stationary Wave

A series of climate ensemble experiments using the climate model from National Centers for Environmental Prediction (NCEP) were performed to exam impact of sea surface temperature (SST) on dynamics of El-Nino/South-crn Oscillation (ENSO).A specific question addressed in this paper is how important the mean stationary wave influences anomalous Rossby wave trains or teleconnection patterns as often observed during ENSO events.Evidences from those ensemble simulations argue that ENSO anomalies,especially over Pacific-North America (PNA) region,appear to be a result of modification for climatological mean stationary wave forced by persistent tropical SST anomalies Therefore,the role of SST forcing in maintaining climate basic state is emphasized.In this argument,the interaction between atmospheric internal dynamics and external forcing,such as SST is a key element to understand and ultimately predict ENSO.     

北半球对流层上层遥相关型的涡度源、能量源与能量传播

基于ＥＣＭＷＦ１９８０～１９８８年的全球资料，研究了北半球对流层上层两个主要遥相关型（大西洋／欧亚型与太平洋／北美型）的涡度源、能量源及能量传播路径．结果表明，这两个遥相关型的涡度源和能量源分别主要位于北大西洋和北太平洋地区．遥相关型在北大西洋和北太平洋通过正压能量转换从气候平均流中吸收能量，然后从这两个地区将能量向外传播，以维持其水平遥相关结构．     

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。