青藏高原大地形对冬季东亚大气环流的影响

本文用有限区域的p—σ5层原始方程模式作数值模式,以美国国家气象中心的气候资料及姚兰昌等人计算的1979年1月东亚平均大气加热场作为初始场进行了数值模拟和试验,探讨了青藏高原大地形对冬季东亚大气环流的影响。试验结果表明:(1)冬季东亚加热场的热力作用比青藏高原大地形的动力作用要次一级。(2)冬季青藏高原大地形的动力作用,主要表现在纬向西风过高原的绕流效应和爬坡效应,它们对东亚冬季大气环流平均场的形成具有决定性的贡献。(3)冬季,在东亚地区垂直环流的分布及其强弱基本上取决于青藏高原的动力作用,最强的哈德菜环流出现在西太平洋地区,而不在高原地区。(4)冬季东亚加热场的热力作用主要表现在通过动力作用加强东亚大槽、加强高原南北两侧和日本上空的急流以及东亚地面反气旋。 在冬季,东亚地区的大形势分布主要取决于大地形的动力作用,而冷热源的热力作用则影响着系统的强度。     

正压大气中青藏高原地形影响的数值试验

本文用不计摩擦和绝热的正压原始方程和Lagrange平流格式试验了青藏高原地形的动力作用,网格距取为1×1经纬度,用双三次样条函数值的高原真实地形作为地形场,分别试验了几种不同的初始场的自然爬绕、绕流和爬坡过程。结果表明:高原地形能使越过高原的气流在其主体及其东侧产生低值系统,而强迫抬升的爬坡运动尤其有直接的作用;在爬坡过程中,低涡的生成受初始场的影响较小,不同的初始场在地形强迫的爬坡过程的动力影响下,最后趋于形成大体上相似的高度场,东亚大槽和印度孟加拉湾低压的生成和维持与高原地形的动力作用有一定关系,低纬东风的存在有利于印度低压的生成和维持。     

东亚加热场和大地形对大气环流季节变化影响的数值试验

众所周知,地球的地貌以及由其引起的热力差异对于大气活动中心和平均槽脊的形成及其季节变化有很重大的影响。为了研究这种影响,我们最近用钱永甫等人设计的 P—σ二层原始方程模式和姚兰昌等人计算的1979年1—12月东亚大气平均冷热源进行了一些数值试验。试验共分两类,一类是有地形无冷热源,一类是有地形有冷热源,都做了12个月。试验的主要结果是(1)大尺度地形产生的扰动及其年变化和实测的西风带平均槽脊形势及其年变化是相似的。(2)大地形扰动的强度和西风带的强度成正比,可是大地形扰动的季节变化主要是与急流的位置变化有关。(3)加热场的一个主要作用在于加深东亚大槽和减弱高原北面的地形脊。(4)无论冬夏加热场作用总能使最大西风有所增加。加热场对对流层急流位置的季节变化有所贡献。(5)东亚的加热场对盛夏南亚高压的建立有重大贡献。还需指出的是看来热源处在对流层平均风速很小的东西风交界处是南亚高压生成的必要条件。     

Dynamical role of the Rocky Mountain controlled by East Asian topographies in modulating the tropospheric westerly jet in northern winter

本文通过数值模拟,研究了有无东亚地形存在时,落基山地形作用对冬季北半球副热带西风急流的影响,分析了东亚大地形对落基山地形的调制作用。结果表明,东亚地形的存在能够完全抑制落基山地形对太平洋副热带急流的加强作用,使得落基山地形作用仅能加强其下游的大西洋副热带急流。主要原因是东亚大地形可抑制落基山地形北侧反气旋环流的发展,进而抑制中纬度太平洋地区经向温度梯度的加强。该结果有助于我们进一步理解北半球大地形强迫作用,及其相互调制作用对对流层天气和环流结构的影响。     

青藏高原大地形对冷涌作用的数值模拟研究

本文利用一个有限区域P-σ5层原始方程模式,用欧州中心5°×5°网格资料较好地模拟出1982年12月下旬一次冷涌的大尺度过程。结果表明:青藏高原大地形的热力作用对东亚冬季风无明显影响,而青藏高原大地形对东亚冬季风的动力作用非常显著,它强迫冷空气绕高原东侧南下,激发出冷锋后的开尔文波从而产生东北大风区。另外,冷锋南下时在其前部还产生出一种与大地形无关的重力波,它可能是冷锋本身的激发而形成的。冷涌在Hadley环流之下向南传播,在加强Hadley环流的同时使它南移。     

青藏高原大地形对南海冷涌事件影响的数值模拟

利用大气环流模式NCAR CAM3,通过比较敏感性试验与控制试验的结果,讨论青藏高原大地形高度对南海北部冷涌事件及环流的可能影响。结果表明,地形的绕流作用对阿留申低压和东亚大槽的产生有着重要作用,当大地形不存在时,两者消失。地形高度变化对大陆冷高压的强度有影响,随着地形高度的降低大陆冷高压强度减弱。即大地形对中高纬行星尺度平均槽脊具有重要作用,地形高度降低会导致中高纬环流经向度减小,不利于冷空气南下,从而影响冷涌事件的强度和发生频率。当地形高度减半时,由于大陆东部地势相对平坦,南海北部北风强度增加,使得南海北部冷涌的出现频率略有增加。当无地形存在时,由于无青藏高原大地形的存在,使得东亚中高纬环流的经向度显著减小,冷空气南下活动明显减弱;同时没有大地形激发冷锋后的Kelvin波向南运动,导致南海北部北风强度减弱,南海北部冷涌的出现频率也显著减少。     

2004年7月24日～26日玉树地区大降水分析

本利用实况资料、ECMWF、T213数值预报产品等资料，对2004年7月24日～26日玉树地区大降水天气进行了分析。结果表明：这次大降水过程是发生于大的环流系统(中亚大槽、东亚大槽和西太平洋副热带高压)由强转弱的背景之下，由高原低涡、切变线与高原槽共同作用的结果。另外，分析表明，中尺度对流云团的活动对局地大雨的产生有重要贡献。     

青藏高原东部牧区冬季雪灾天气的形成及其预报

对青藏高原东部牧区 ( 1967— 1996年 )冬季发生的成灾性降雪天气过程进行了较为详细的分析。探讨了北冰洋低压槽、贝加尔湖低压、东亚大槽和南支槽等欧亚大型天气系统活动对高原冬季降雪天气形势形成的作用。归纳出两种高原冬季成灾性降雪天气形成的模型。重点讨论了高原气流波动不稳定对高原波槽形成的量化指标 ,找出了若干高原低温—降雪过程预报的统计关系 ,并对高原冬季的雪灾预报提出了着眼点     

青藏高原东部牧区冬季雪灾天气的形成及其预报

本对青藏高原东部牧区(1967～1996年)冬季发生的成灾性降雪天气过程进行了较为详细的分析。探讨了北冰洋低压槽、贝加尔湖低压、东亚大槽和南支槽等欧亚大型天气系统活动对高原冬季降雪天气形势形成的作用。归纳出两种高原冬季成灾性降雪天气形成的模型。重点讨论了高原气流波动不稳定对高原波槽形成的量化指标，找出了若干高原低温-降雪过程预报的统计关系，并对高原冬季的雪灾预报提出了着眼点。     

青藏高原夏季降水研究进展

青藏高原夏季降水是高原气象研究关注的重要领域。受高原夏季各个层次的天气系统的影响,在高原多尺度地形的强迫作用下,高原夏季降水表现出复杂多样的时空分布和演变特征。回顾了国内外学者在高原夏季降水特征和影响机理方面取得的主要研究成果,分为以下三个方面:高原夏季降水的时空分布和演变特征;影响高原夏季降水的高原天气系统,包括南亚高压、500 hPa高原高压、高原切变线、高原低涡和高原中尺度对流系统等;高原地形对高原的强迫机制,包括大尺度的动力和热力强迫,以及高原上中小尺度地形的强迫作用。最后对三方面的研究进行了总结,并对未来的研究进行了展望。     

北半球两大地形下游冬季环流的动力分析——Ⅰ.环流、遥相关和定常波的联系

位势场中槽脊的分布、遥相关型的形态和准定常波的传播路径是1月份500hPa月平均高度场的重要特征。通过资料分析和数值试验,本文证明此三者之间是彼此关联的整体,它们与青藏高原和落基山的强迫作用有关。东亚大槽和北美大槽的强度在中高纬度上存在显著的负相关。这种负相关和槽前急流强度的年际变化导致北美和东亚存在相似的相关型分布,准定常波在两大地形下游传播的不同则导致两区域相关波链形态的明显差异。     

青藏高原对其邻近地区一次天气系统影响的数值试验

本文利用P-σ混合坐标系绝热的两层有限区域模式,模拟了1979年5月19—24日西风带长波槽从西边经过高原的例子。对同一个例子,作了有地形、无地形和粗细网格的试验,进一步揭示了青藏高原大地形对其周围天气系统的纯动力作用。指出青藏高原的动力作用不仅可以改变西风带冷槽的强度和移速,而且可以使西风大槽在高原西边切断,同时在其周围(尤其是在高原北侧和东侧)产生新的中尺度天气系统,如西南涡、高原东侧的切变线和北侧的小高压等。     

高原大地形及海洋热力强迫对东亚及北半球环流和气候变化影响的观测研究

本文总结了“青藏高原大地形及西太平洋暖池势力强迫对东亚及全球气候变化的影响”专题五年来的主要研究工作。其中包括青世故高原东部大气热源的时间演变特征,夏半年高原热源异常对我国降水和北半球环流的影响;西沙海温变化特征及其与我南方降水的关系,北太平洋海温主因子特征及其与华南前汛期降水的变化。     

东亚夏季风成因的数值试验

本文应用中科院大气所二室设计的二层球谱模式，并引入OSU二层格点模式的物理过程，模拟了5月东亚夏季风的形成。通过四个试验的分析对比，揭示出:5月东亚季风的越赤道气流并不出现在105°E附近，它位于45°—90°E之间，但分析表明来自南半球的影响并不重要；海陆热力差异对低层西南风的形成起了一定的作用，但以地形的作用占主要，地形的动力作用在高原东南侧形成一个低压或槽，热力作用又使得它们加强并移近高原，于是形成了季风低压和季风槽。     

论环流年变与环流基本性质

本文一方面从环流年变的分析来讨论地形的动力扰动和海陆分布的热力作用对环流发展的影响,来了解环流的基本性质;一方面由这讨论而认识环流年变的意义。 作者指出,不论热力作用和动力作用对东亚的平均大槽的影响都比对北美的平均大槽来得大,并且在东亚动力影响比热力影响更为清楚。作者并强调,从种种现象上看来,在地形的动力影响上把北美环流和东亚环流来比较是不适当的。此外作者也讨论了冬夏三个比较小的低槽。 在个别的年变现象上,如500毫巴与1000毫巴间平均温度温差商数的分布或由5月到6月东亚500毫巴等压面高度的突然升高等等,热力作用与动力作用之一可能是直接的原因。他们的影响都是巨大的。但即使如此,他们这两种作用是关联着的。 因此作用指出:大气环是一个热力原因和动力原因相互作用所形成的整体。主要的不仅是热力原因和动力原因之间的相对大小,而还有他们之间的联系和配合;不仅是他们之间的对立,而还有他们之间的统一和关联。     

高原和山脉地形对长江中下游梅雨形成的影响

长江中下游梅雨(下称梅雨)是丙南暖湿季风气流随季节增暖北进过程中的产物,是东亚副热带季风系统中的一个重要组成部分.利用气候平均资料分析和敏感性数值模式试验,研究了青藏高原(下称高原)和江南山脉地形对梅雨形成的影响.分析表明,在对流层低层,江南处于强劲西南急流风速中心的下游,有江南山脉地形对西南急流强迫抬升,具有强烈的风速和水汽辐合,这是梅雨形成的直接原因.敏感性数值试验表明,无高原时该西南急流增强,江南上空气旋性涡度增大,梅雨雨量增加2 mm/d,这反映了夏季高原巨大的感热气泵的抽吸作用使其东侧的江南地区环流的气旋性减弱,上升受到抑制,降水减少;无江南山脉地形时梅雨雨量减少2 mm/d,雨带北移到淮河流域,而加高山脉地形时则梅雨量增大,雨带位置南移,说明山脉地形对西南季风气流有强迫抬升增幅降水作用,对梅雨雨带的形成亦有重要影响.     

大高原上空的各种环流系统

高原及四周平原的不同加热,引起各种尺度的环流系统。本文讨论了季风尺度环流系统(本文讨论的尺度最大的系统)及其年际变化,对比了北美西部高原与青藏高原的作用。北半球高原对天气尺度系统有很大影响。通过数值模型试验给出一个在青藏高原东部气旋生成的例子。北美西部高原白天的加热效应促使大尺度“高原环流系统”发展,这个系统对高原及其东部上空雷暴活动的日变化有决定性的影响。这表明有地形特性的局地加热和冷却能与昼夜变化的高原环流系统发生相互作用。     

大地形对切变基流上罗斯贝波稳定性的影响

利用WKB近似讨论大地形对切变基流上Rossby波稳定性的影响.北半球东西走向地形有利导式长波槽辐合能量于地形北坡附近,对曳式长波槽有使能量从地形南坡区域辐散的趋势.南半球地形的影响正好相反.散度顶有利于导式长波槽在东西风带过渡区域的能量辐射,有利于曳式长波槽能量在这里辐合.     

有关青藏高原天气和环流研究工作的回顾

1.1959年以前的研究情况关于高原天气与环流的研究,我国早在50年代初期就已经有人作了不少的工作,叶笃正依据极少的观测资料分析了青藏高原大地形对东亚大气环流的影响,并提出了很好的看法,认为它的动力作用使东亚环流的季节变化在全球中具有特点。以后,随着资料的增多,气象学家们开始研究青藏高原的热力影响和高原及其周围的天气状况。     

青藏地区地球轨道变化对地形依赖性的数值模拟研究

利用美国大气研究中心(NCAR)的公用气候系统模式(CCSM2.01)进行了一组改变青藏高原地形高度和地球轨道(岁差)参数的数值模拟试验,以探讨青藏地区地球轨道和地形变化对高原气候的影响。结果表明:同样的岁差强迫,青藏地区与湿度相关的各种气候要素(如降水、地表径流、降雪和积雪深度)在高地形情况下的响应要比在低地形情况下的响应强烈得多。当近日点的时间由现代的1月份变为7月份时(如距今约1万年前的全新世初期),会造成高原中南部及高原南侧夏季降水和径流显著增加,冬季高原西北部降雪增加,但高原中南部的冬季降雪却会明显减少。上述区域气候变化特征与岁差强迫下大气环流的改变密切相关。这些数值模拟结果也有助于理解该地区相关地质气候记录中青藏高原隆升过程对轨道尺度气候变率的调制作用。