极冰气候效应的数值试验

利用一个大气环流模式（ＡＧＣＭ）和一个全球耦合海气模式（ＣＯＡＧＣＭ）,模拟了北极海冰边界范围的变化对月平均气候的影响。结果表明,极冰边缘的异常完全可以改变中高纬度某些地区的局地气候。受冷源的影响,北半球中高纬度冷高压加强,低纬度暖高压减弱。同时利用一个全球三维大气环流模式,作了海冰反照率参数化的数值试验,用两种不同的海冰反照率参数化方案,检验对地表面温度、海平面气压、极地表面对太阳辐射吸收的影响。模拟试验表明了冰雪圈反照率的反馈作用,对气候变化的影响十分重要。     

梅雨锋结构的数值模拟

利用1999年6月下旬持续性梅雨锋降水过程的全程四维同化模拟结果,深入分析梅雨锋结构的时空不均匀变化特征及其与低涡降水强度的密切关系。结果表明,梅雨锋呈现明显的中层锋和边界层锋两段锋的特征,中层梅雨锋区对降水的影响比边界层锋更为关键,中层锋的加强、锋坡增大趋于垂直、锋区垂直环流的加强和与高空急流锋区的上下贯通,有利于梅雨锋降水的加强,强降水并不出现于中层锋区最强的时段,而是发生于大范围锋区强度达峰值之后约16—24 h。中低层总变形加强与梅雨锋的加强有密切关系。组成低空急流的中低层u,v分量呈现不同的分布和演变特征,强南风中心位于900—800 hPa,呈明显的低空急流状特征,贴近暴雨区还可能出现较小尺度的急流;而强西风中心出现于中层锋前700—500 hPa,表现为高空强西风区沿锋区上界的向下延伸;低空南风急流通常与总变形同时加强。强锋段的锋前饱和高湿高能气柱、锋前中低层急流状南风区和中层西风均匀大值区等要素场呈现高度组织化的特征。梅雨锋的低层特性,如辐合、锋区强度、总变形和南风分量及降水强度等要素呈现显著的中尺度扰动特征,有明显的日变化且受长江中下游中尺度地形影响,扰动特征有随时间上传的趋势。     

大气中惯性重力波的传播

本文根据Whitham和Lighthill等人的射线理论,研究了具有非均匀层结和流场切变的大气中惯性重力内波的传播和折射问题。定义了一个由背景场参数N2(静力稳定度)、ξ_a(惯性稳定度)和U_x(与斜压稳定性有关)的梯度组合而成的所谓“环境稳定度”矢量 ,它对重力波的折射有决定性的作用。结果表明:局地波导方向垂直于矢量 ;稳定度中心之间的过渡地带沿稳定度等值线方向为波能传播的有利通道。      

黑潮延伸体区域海表温度锋的时空变化特征分析

利用NOAA最优插值逐日海表温度资料和AVISO中心的海表高度异常资料,分析了黑潮延伸体区域的海表温度锋的时空变化特征以及导致其年代际变化可能的原因。结果表明,气候平均态的黑潮延伸体区域海表温度锋位于黑潮延伸体区域北部边缘,在143 °E和150 °E附近存在两个弯曲,SST水平梯度最大值出现在142 °E附近,强度超过4.5 ℃/(100 km),其后强度自西向东逐渐递减,在149 °E附近又出现一个较弱的大值中心,在141~153 °E范围内,海表温度锋位置的平均值为36.25 °N,强度的平均值为3.22 ℃/(100 km)。黑潮延伸体区域的海表温度锋南北位置的季节变化很弱,而其强度的季节变化非常显著。相较于较弱的季节变化,海表温度锋位置的年际和年代际的低频变化则要显著得多,其南北变化跨度超过2 °。海表温度锋强度的年际和年代际的低频变化也较强,超过4.5 ℃/(100 km)。黑潮延伸体区域的海表温度锋的变化与太平洋年代际振荡（PDO）以及北太平洋涡旋振荡（NPGO）存在显著的相关关系,NPGO和PDO在中东太平洋区域会强迫产生海表高度异常,随后向西传播,在约3年后到达黑潮延伸体区域,使该区域流场发生变化产生海洋热平流异常,最终导致海表温度锋强度发生变化。      

华南前汛期锋面垂直环流及其与中尺度对流系统的相互作用

对1998年华南暴雨试验加密观测期间(IOP)5月23日强降水个例的数值模拟结果分析指出,锋面对于中尺度对流系统而言除了提供对流运动的触发机制外,两者之间还可能存在复杂的相互作用。华南前汛期中伴随对流活动的冷锋具有独特的垂直环流结构。它主要表现为暖湿气流不是沿锋面上滑,而是在冷锋前沿的对流雨团中直接上升到高空,锋面上方上滑的暖空气完全被对流雨团北侧的补偿性下沉气流所代替;而在锋后以及锋前暖区内均有对流活动发生的情况下,低空流入锋区前沿和锋区上方雨团的空气不是来自锋前暖区,而是来自锋后。对对流系统内部雨团进行的三维轨迹追踪也揭示出锋面上空对流雨团内存在一部分来自锋后并穿越锋区的上升气流。这是因为锋面并不是真正意义上的物质面,它只是大气温、湿属性有显著差别的界面,因此存在穿越锋区的运动并不是完全不可能发生的。在华南前汛期中,锋区两侧温度对比比通常意义上的锋面要小,这也是可能发生穿越锋面运动的原因之一,表明中尺度对流系统由于具有与梅雨锋在跨锋方向相类似的尺度而有可能对梅雨锋的流场结构发生影响。     

1991 年梅雨锋云系的中尺度分析

根据数字展宽云图和常规资料分析得到，1991年梅雨期江淮地区大—暴雨大多是由中尺度云团产生的。它主要是:低涡暖切云团和冷切（冷锋）云团。它们的大多数是中—β尺度云团，平均维持时间为5—6小时，平均最低云顶温度为–69℃左右。低涡暖切云团产生于低涡中心东侧，低空急流轴的左前方。而冷切云团产生于梅雨锋云系的尾部与西南季风交汇处。另外，分析了云团云顶温度与降水的关系，发现产生≥5 mm/h降水的云团，其中75%的云团云顶温度小于或等于–64℃。     

一次典型梅雨锋锋面结构分析

1999年梅雨期在长江中下游维持着一条典型的梅雨锋 ,锋面和梅雨雨带呈东西走向 ,从中国的四川省一直延伸到日本。锋面两侧的温度及湿度对比明显 ,并且其上有数个中间尺度的低涡沿梅雨锋依次向东移动发展 ,在长江中下游造成严重的梅雨暴雨和洪涝。文中分析了 1999年这次典型梅雨锋的锋面结构。结果表明 ,从温度场看 ,由于梅雨区对流和降水的显著发展 ,梅雨锋的低层温度对比几近消失 ,其中上部仍具有典型的上宽下窄的锋面结构 ,锋面随高度向北倾斜。在低层经向温度场呈现复杂的暖 -冷 -暖的结构 ,即北部华北平原为地面感热加热造成的相对较暖的变性极地大陆气团 ,中间为冷空气南下和降水冷却造成的相对较冷的梅雨区 ,南部是相对较暖的热带海洋气团。在这种温度场下 ,由北部低层变性暖气团与梅雨区偏冷空气形成了明显的温度对比区 ,文中定义这个区域为梅雨赤道锋。因而 ,在低层东亚梅雨区的锋区结构由梅雨赤道锋和减弱的梅雨锋构成。在 6 0 0hPa以上前者消失 ,只有单一的极锋型的梅雨锋结构。在此分析的基础上文中给出了东亚梅雨期锋面结构模型图。另外还指出 ,从假相当位温场分析 ,主要表现出梅雨区的深厚对流。降雨引起了高θse带及其南北高θse梯度区 ,其北侧高θse梯度区大致相当于梅雨锋 ,而南侧高θs     

中国长江中下游梅雨锋暴雨形成机理以及监测与预测理论和方法研究

国家重点基础研究发展规划项目“我国重大天气灾害形成机理与预测理论研究”经过项目全体科学家的 5a研究 ,取得了一系列重要的研究成果 :(1)提出了基于多种实时观测资料的梅雨锋暴雨的多尺度物理模型 ;(2 )建立了梅雨锋暴雨的天气学模型 ;(3)梅雨锋是由多个不同尺度系统构成的梅雨锋系 ,它具有介于温带锋系结构与热带辐合带结构之间的副热带锋系结构 ,在长江中下游有时可表现为双锋结构。锋前的湿物理过程与锋上强对流系统发展形成的正反馈过程以及梅雨锋系的不同尺度系统的相互作用是梅雨锋维持与发展的重要机制 ;(4 )提出了多种中尺度暴雨的定量卫星遥感反演理论和方法 ,并形成一系列新的反演产品 ;(5 )成功地研究了双多普勒雷达同步探测和反演中尺度暴雨三维结构的理论和方法 ;(6 )发展了配有三维变分同化系统的中尺度暴雨数值预报模式系统 ,在 2 0 0 3年淮河抗洪救灾中发挥了积极作用。上述研究成果表明该项目已经圆满地完成了预定的目标与任务。