印度夏季风垂直环流圈的数值试验

为了研究山脉、非绝热加热、特别是大气湿非绝热过程(水汽凝结、云与辐射过程的反馈和积云对流过程等)对印度季风垂直环流的影响,本文利用一个五层原始方程模式,对印度季风中断和活跃过程分别进行了五种数值试验。试验中采用了实际地形,初始场取自FGGE—3B格点资料。结果表明:包括湿过程的非绝热加热作用对沿80°E附近的经向垂直环流的结构和强度有重要影响。当减少大气中的水分含量或略去积云对流过程或去掉整个非绝热过程时,季风环流圈的范围和强度均减小。季风中断与季风活跃时期,山脉与不同季风环流相互作用的结果也不同,中断时期,在印度中部有山试验比无山试验的上升运动弱、降水量少;活跃时期则相反。     

初夏南海季风低压发展的数值试验

本文用热带有限区域σ—坐标六层初始方程数值预报模式对1979年6月下旬一次南海季风低压的发展过程进行了数值模拟,试验结果表明,本例南海季风低压的发展对大地形不敏感,与南海台风的数值试验结果不同.削减湿度场的试验表明,季风低压的发展与大气中水汽含量密切相关,湿度减小,季风低压发展缓慢甚至发展不起来.积云对流过程及其潜热的释放对季风低压发展有显著影响,它使得低压区的上升运动加强.改变低压南侧的西南风强度,导致水汽及能量输送的减小,不利于低压的发展.低压的发展主要由积云对流所驱动.     

亚洲夏季风季节内振荡对云南主汛期降水的影响Ⅱ:云南主汛期季节内振荡活动过程及其对MJO活动的响应

利用NCEP OLR、风场再分析资料和日本APHRO_MA_V1003R1降水资料,针对云南主汛期季节内振荡(ISO)活跃年分析了对应低频对流场、环流场和降水的异常特征,以及热带印度洋大尺度振荡MJO分别激发孟加拉湾西南季风ISO和南海热带季风ISO,从而对云南主汛期ISO和降水产生的影响.在云南主汛期ISO活跃年,低频对流场和环流场在云南ISO波动的1～3位相和4～6位相呈反位相特征,这主要由热带印度洋低频对流东传、北传和副热带西太平洋低频对流西传造成的.热带印度洋的低频对流在发展过程中,一方面沿孟加拉湾西岸向西南-东北方向传播,激发了孟加拉湾西南季风ISO活跃并继续向云南传播;另一方面沿孟加拉湾以南继续东传到南海,激发了南海热带季风ISO活跃并北传到副热带中国东部地区,再沿副热带西传至云南,越过云南后与沿孟加拉湾西岸从东北方向传来的低频对流在孟加拉湾以北地区交汇,完成了一个经纬向接力传播的周期.云南主汛期降水在1～3位相由于副热带低频对流西传和孟加拉湾低频对流东北向传播而处于正距平(第2位相降水最多);在4～6位相,由于副热带低频对流抑制区西传和孟加拉湾低频对流抑制区东北向传播而降水减少(第5位相降水最少),云南主汛期降水与当地低频对流有较好的对应关系.当热带印度洋MJO较强时,4-7月以两条路径向云南的三次传播增强和提前,使得云南主汛期ISO活动也加强,对应产生三次低频对流活跃期,这种MJO由热带印度洋向云南的传播需要30～40天的时间.因此,正是热带印度洋MJO分别对孟加拉湾西南季风ISO和南海热带季风ISO的激发,使得东亚夏季风和南亚夏季风这两个亚洲夏季风系统共同作用于云南主汛期ISO,影响当地降水.     

云南5月雨量与热带海温异常及亚洲季风变化的关系

利用相关分析和合成分析方法, 研究了云南5月雨量与热带海温、热带对流活动及亚洲季风等大尺度气候环流背景变化的关系。指出云南5月雨量与北印度洋季风气流区赤道东太平洋地区的对流活动有明显的相关, 揭示了云南5月多雨年和少雨年赤道东太平洋和印度洋地区的海温距平、200 hPa纬向风和850 hPa矢量风场的不同分布特征。这种前后期海温、对流活动和高低层风场的变化具有很好的持续性, 对预测云南5月雨量的变化有一定的指示指义。还计算了南亚地区4~6月的季风指数, 分析了云南5月雨量与初夏南亚季风指数变化的关系。结果表明, 南亚季风指数高, 云南5月雨量偏多; 南亚季风指数低, 云南5月雨量偏少。同时, 研究还表明南亚季风指数在季风爆发前期和季风爆发时段的变化有很好的一致性。     

东南亚夏季风中断、过渡与活跃期的区域能量学研究

对两次季风演变过程的能量学研究表明，季风演变具有鲜明的阶段性能量学特征。中断期，积云加热小，两个转换函数值很小；过渡期，积云加热增强明显，两个转换函数值迅速加大，边界输送作用也明显朝有利方向变化，同时，纬向平均气流变为向季风供应扰动动能；活跃期，大尺度加热变得重要，积云加热维持，两个转换函数也保持大的正值。分析表明，印度季风东传对东南亚季风活跃的触发作用是重要的，但季风活跃的维持则主要依靠区域内部能量学过程。     

南海夏季风活动指标的定义及应用

为了分析南海夏季风活动不同阶段的大气环流特征,引入南海区域(105~120°E,5~20°N)平均高(200 hPa)低(850 hPa)层风场和向外长波辐射(OLR)作为南海夏季风指数。分析结果表明这些指数的组合可以较好地反映南海夏季风季节内以下时间尺度的活动情况。当南海地区低层平均为西南风、高层为东北风且OLR异常(OLRa)小于零时,南海夏季风处于活跃期,此时副高远离南海,南海区域对流强盛,有明显的季风槽;当南海地区低层为西南风,高层为东北风,但是OLRa大于零时,南海夏季风处于不活跃阶段,此时副高远离南海,虽然南海地区对流不活跃,但是季风环流依然存在且向北扩展,使得华南-江南对流活跃;当南海地区风场为其他情况时,此时不论对流强弱,南海夏季风处于中断期,南海或者受副高控制,或者受热带气旋影响,季风环流在南海地区中断。利用定义的南海夏季风活动指标对2011年和2012年南海夏季风活动进行分析,结果指出这两年南海夏季风活跃期较长,季节内对流北传事件一般发生在南海夏季风活跃期或活跃期向非活跃期的转换期,而中断期即使有强对流发生,也不会向北传播。分析了这两年中断和不活跃情况下的大气环流分布,进一步验证了定义的南海夏季风活动指标的实用性。     

积云对流和云物理过程调整对气候模拟的影响

本文利用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 (LASG/IAP) 的大气环流谱模式SAMIL, 结合观测与政府间气候变化专门委员会第四次评估报告 (IPCC AR4) 大气模式集合平均结果, 以大气辐射通量为例, 诊断分析了物理过程调整前后模式对气候模拟的影响。旧版本SAMIL对大气辐射通量的模拟存在较大偏差, 经过大气辐射过程、 积云对流和诊断云等物理过程的调整后, 新版本SAMIL模拟的全球辐射通量的年平均结果与观测的偏差大幅减小, 其中大气顶能量收支的年变化及其平均值与观测更为接近。在积云对流方案调整基础上, 通过对诊断云物理方案的进一步调整, 新版本SAMIL对云物理量模拟更为合理, 在赤道辐合带等区域, 在很大程度上克服了单一积云对流物理过程调整引起的云宏观和微观属性不匹配问题, 能模拟出夏季气候平均辐射通量的全球分布特征, 尤其在东亚区域有较好的模拟能力。研究还表明, 在热带和副热带对流活跃区域, 当前SAMIL中积云对流过程偏差对辐射通量的模拟偏差有很大影响, 而模式中较为简单的诊断云方案也会将云宏观物理量模拟偏差带入云微观量模拟中, 也是主要偏差源之一。本文结果表明, 要继续提高SAMIL的模拟性能, 急需更新云物理参数化方案以改进云辐射过程的模拟, 同时也需要有针对性的研究积云对流和云物理过程之间相互作用, 并作进一步协同调整。     

积云参数化方案对热带降水年循环模态模拟的影响

本文利用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( LASG)发展的大气环流模式(SAMIL),采用Zhang-McFarlane (ZM)和Tiedtke (TDK)两种积云对流参数化方案,讨论了积云对流参数化方案对热带降水年循环模态模拟的影响.结果表明,两种积云对流参数化方案均能合理再现...     

基本流和切变流影响下的南亚季风

采用赤道平衡模式及低阶谱方法，考虑基本气流，一次切变流和二次切变流的影响，给出了描写南亚冬夏季风的非线性方程，重点讨论了基本气流和一、二次切变流对南亚季风形成，转换和强度的影响，并指出一次切变流对南亚季风影响与基本流及二切变流对南亚季风的影响明显不同。     

华南季风低压暴雨及其结构分析

文中对2005年夏季华南的一次季风低压大暴雨过程进行了诊断分析,讨论了该季风低压的三维结构,并将其与南亚季风低压和梅雨锋上低压系统的结构进行了对比分析。结果表明,这次暴雨过程由华南季风低压直接引起,造成大暴雨的季风低压产生在有利的大尺度环流背景下。这次华南季风低压的三维结构特征为:在水平方向上,季风低压的南侧是一条对流云带,在对流层中低层,季风低压基本上处于对流不稳定并伴随有较强的上升运动;它对应中低层的湿舌、辐合区和很强的正涡度带。在垂直方向上,季风低压在对流层中低层有明显的气旋性环流,在300 hPa以上无反映。它对应低层辐合和气旋性涡度,高层辐散和反气旋性涡度。季风低压的上升气流可达对流层高层,主要上升运动区位于低压的西侧,主要下沉运动区位于低压的东侧。季风低压南侧有低空急流存在,但高层急流并不明显;季风低压的热力结构为上暖下冷。华南季风低压的轴线随高度向东南方向倾斜。这种种特征,与南亚季风低压和梅雨锋低压均有较大不同。     

STUDY OF PHYSICAL MECHANISM FOR ACTIVE AND BREAK PHASES OF SOUTH ASIAN MONSOON

Using a low-order spectral model derived from the equatorial equilibrium model, possible physical mechanisms are interpreted by the theory of multiple equilibria states for the active and break phases of the South Asian Monsoon, with consideration of the effects of heating by cumulus heating and cooling by radiation. The result shows that the South Asian Monsoon is active when the cumulus convection intensifies (or the radiation cooling weakens). the monsoon breaks when the convection weakens (or the cooling intensifies). It is consistent with the hypothesis of cloud-radiation by Krishnamurti et al.     

SENSITIVITY EXPERIMENTS ON INFLUENCES OF UPLIFT OF QINGHAI-XIZANG PLATEAU ON CIRCULATION IN SUMMER

A coupled general circulation model in a zonal belt is used to simulate the variation of circulationfeatures in the process of uplift of the Qinghai-Xizang Plateau.The results reveal that the heatingrates of the Plateau increase with the rising of the Plateau topography,and the latent heating compo-nent in the heating field tends to be the most important heating factor.The uplift of the Plateau en-hances the upward motion,intensifies the pressure systems in the high and low level atmosphere,re-inforces Southeast Asia monsoon strength,increases precipitation and severely decreases the surfacetemperature over the Qinghai-Xizang Plateau.However.the basic structures of the general circulation do not vary much due to the uplift of theQinghai-Xizang Plateau.and it is the land-sea distribution that is the decisive factor to form the pre-sent circulation pattern and monsoon.Therefore,to simulate the paleoclimate during the geologicalperiod people should consider more factors,especially the land-sea distribution.     

SENSITIVITY EXPERIMENTS ON INFLUENCES OF UPLIFT OF QINGHAI-XIZANG PLATEAU ON CIRCULATION IN SUMMER*

A coupled general circulation model in a zonal belt is used to simulate the variation of circulation features in the process of uplift of the Qinghai-Xizang Plateau.The results reveal that the heating rates of the Plateau increase with the rising of the Plateau topography,and the latent heating component in the heating field tends to be the most important heating factor.The uplift of the Plateau enhances the upward motion,intensifies the pressure systems in the high and low level atmosphere,reinforces Southeast Asia monsoon strength,increases precipitation and severely decreases the surface temperature over the Qinghai-Xizang Plateau.However.the basic structures of the general circulation do not vary much due to the uplift of the Qinghai-Xizang Plateau.and it is the land-sea distribution that is the decisive factor to form the present circulation pattern and monsoon.Therefore,to simulate the paleoclimate during the geological period people should consider more factors,especially the land-sea distribution.     

EFFECTS OF THREE-DIMENSIONAL STRUCTURE OF HEATING FIELD ON THE SUMMER MONSOON CIRCULATION IN ASIA

In this paper,a primitive equation linear wave model is used to examine the effects of three-dimen-sional structure of heating field on the behavior of stationary planetary waves in summer and to comparethe roles of different heating functions for the formation and maintenance of summer monsoon circulationin Asia.It is shown that the aloft heating connected with the latent heating,especially the deep condensationheating associated with the cumulus convection in low latitudes,plays a crucial part in the Asian summer mon-soon and the structures of planetary wave responses are quite sensitive to the vertical distribution of heating.     

加热场的三维结构对亚洲夏季风环流的影响

本文利用原始方程线性波模式考察了加热场的三维结构对夏季定常行星波特性的影响;比较了不同加热方式对亚洲夏季风坏流的形成及维持所起的作用。指出与低纬深厚积云对流相联的凝结加热对亚洲夏季风环流所起的重要作用和大气定常行星波响应对加热场的垂直结构的敏感性。     

Monsoon rainfall simulations with the Kuo and Betts-Miller schemes

Summary Two numerical experiments are performed using a nested grid regional model to study the performance of the Kuo and the Betts-Miller cumulus parameterization schemes in simulating the rainfall during an active monsoon period. Results indicate that the monsoon circulation features, such as the Somali jet and monsoon depression are better simulated with the Kuo scheme. With the Kuo scheme, predicted intensity and associated rainfall of the monsoon depression are in good agreement with the observations. Uncertainty in the adjustment parameters in the Betts-Miller scheme appears to have lead to the poor prediction of rainfall. Also, the Betts-Miller scheme showed considerable sensitivity to the convergence in the lower troposphere in the initial conditions over the Arabian Sea, leading to a prediction of a spurious intense tropical cyclone. This cyclone replaced the normal heat-low over the desert region. Rainfall distribution and its maximum along the west coast of India were predicted better with the Kuo scheme. Area-averaged convective heating rates indicated that the cumulus convection is deeper and more intense with the Kuo scheme. Also, area averaged evaporation rates far exceeded the rainfall rates with the Betts-Miller scheme while with the Kuo scheme these rates are in balance after the spinup period. Forecast erros in the zonally averaged specific humidities indicate that the model atmosphere is more humid with the Betts-Miller scheme.With 14 Figures     

中国季风区植被净初级生产力对东亚夏季风的响应机理研究

东亚夏季风可显著影响中国季风区气候变化,但是季风区植被净初级生产力(NPP)对夏季风气候变化的响应机理尚不明确。利用大气—植被相互作用模型(AVIM2)模拟了中国季风区植被NPP,分析了其与夏季风指数的相关关系,探讨了其对夏季风变化的响应机理。研究发现,我国南、北方植被对夏季风强度变化的响应方式和机理并不相同。强夏季风年北方植被NPP增加,而南方植被NPP减少。东亚夏季风对中国华北平原植被生长季NPP的作用主要是通过影响该地降水量实现的;京、津、冀地区植被NPP受东亚夏季风带来的气温和降水量变化的叠加影响,因而成为北方对夏季风变化最敏感的区域。东亚夏季风对我国南方江苏、安徽、湖南、湖北、江西植被NPP的作用是通过影响太阳辐射实现的,强夏季风导致太阳辐射减弱,从而使各省植被NPP减少。南方沿海的浙江和福建,强季风年带来的弱太阳辐射和低温是该地植被NPP减少的原因。广东、台湾植被NPP则主要受强夏季风带来的低温影响。     

初夏华南两类季风槽的对比研究——1.诊断分析

本文采用多层非线性平衡模式及动能平衡和能量转换方程对华南两类季风槽进行了对比研究。研究表明,陆上类风的无辐散部分引起的垂直运动是基本的,而大尺度凝结加热和积云对流加热引起的垂直运动有很大的增幅作用,海上类垂直运动场主要靠弱积云对流维持。两类季风槽内辐散风的动能制造及次网格尺度效应都是主要的动能源,而无辐散风则引起负的动能产生。两类季风槽内都有一致的正斜压转换。      

The effects of land-surface characteristics on the East Asian summer monsoon

 The Community Climate Model version 2 (CCM2) of the National Center for Atmospheric Research (NCAR) was used to investigate the effects of the land-surface characteristics on the East Asian summer monsoon. Four numerical experiments were performed in this study. They include the control run, the biosphere–atmosphere transfer scheme (BATS) run, the heavy snow run, and the light snow run. The results show that CCM2 can reasonably simulate many characteristics of the East Asian summer monsoon, such as the 850-hPa southwesterlies, 200-hPa easterlies, high precipitation rate, two monsoon subsystems, the low-level subtropical high, and the upper level South Asian anticyclone. Nevertheless, the model still exhibits some systematic errors, including oversimulation of the temperature over the Eurasian continent, which in turn intensifies the monsoon circulations. In the BATS run, the model can significantly relieve the temperature bias over the continent in spring and early summer. However, the effect of BATS decreases in the summer due to excessive incoming solar radiation. The Eurasian continent is still occupied by an oversimulated thermal low in summer. In the heavy snow case, the high albedo of snow and larger soil moisture suppress the warming rate of the surface and atmosphere in the early summer and hence the cooler troposphere results in a weaker monsoon circulation. Moreover, anomalous cyclonic flows are found in the leeside of Tibetan Plateau (i.e. the southwest vortex in China) in the heavy snow case. This may shed a light on the precipitation anomalies (floods) over Yangtze River Valley (Central China) and eastern Asia due to intensified baroclinic disturbances. Received: 8 September 1999 / Accepted: 5 June 2000