论大气环流的季节划分和季节突变 I:概念和方法

本工作系列讨论大气环流的季节划分和季节突变问题.本文是第一篇,提出普适的概念、理论和方法,使大气环流和其他气候场的季节划分和季节突变定义建立在客观定量的基础之上.首先用两个场的相关系数R作为其相似性度量,也可以用归范化的两个场之差的根方值d作为差异性的度量.当存在着冬、夏季的典型场F_n和F_s时,取任何时刻t函数F与F~*≡(F_w+F_s)/2之差F~'作为变量场,则其与F~'_w≡F_w-F~*的相关系数R_w(t)及标准根方差d_w(t)可以作为F与其冬季典型的相似性或差异性度量.R_w与d_w~2之间有一定关系,一般只研究R_w即可.(1)可以定义冬季对应于1≥R_w(t)>0.5,夏季为-1≤R_w(t)<-0.5,过渡季节为-0.5相似文献   

大气环流的季节突变诊断分析

本文利用普适的概念、理论、方法,使大气环流和其它气候场的季节突变定义建立在客观定量的基础之上。首先提出用两个场的相关系数R作为其相似性度量,也可以用规范化的两个场之差的根方值d作为差异性的度量。当存在着冬、夏季的典型场F w和F s时,取任何时刻t函数F与F*=(Fw+Fs)/2之差F′w=Fw-F*的相关系数R w(t)及标准根方差d w(t)可以作为F与其冬季典型的相似性或差异性度量。R w与d2w之间有一定关系,一般只研究R w即可;其次引出了季节突变性的度量概念、理论、方法;第三,根据2007年的数据资料给出冬夏典型场分布情况。     

论大气环流的季节划分和季节突变 II. 个别年份的分析

根据本文第一部分提出的概念、理论和方法,利用ECMWF客观分析的几个特定等压面上的位势高度场和东西风场资料,计算和分析了个别年份（1981年）北半球大气环流的季节变化,尤其是对亚洲西太平洋地区季节突变进行了详细的研究。（1）首先给出了1981年大气环流各季的一些基本特征。减去年平均后,发现冬季和夏季环流型相反,而春、秋季环流型则与冬季环流型几乎正交。（2）计算了各候平均场偏差和典型的冬季偏差场F'w的相似性系数Rw(t),分析它们的特征并加以比较,结果是半球尺度的大气环流过渡季节（春、秋）虽然短些,但突变性不很明显。（3）为了研究与行星尺度相联系的南北向季节推移,本文给出了纬圈平均偏差场的Rw(t)分布,发现在大多数纬度中,对流层大气环流的季节变化都有突变性,纬度越低,春季来临越早,秋季来临越迟。（4）为了研究大气中行星波,东西向环流结构的季节变化及调整,本文给出了按经圈平均偏差场的Rw(t)分布,发现在低空和对流层高层及平流层低层季风区内季节突变十分显著,鲜明地反映了季风环流和季节变化的关系。（5）最后,本文计算了北半球各个20o×10o经纬距分区域中的Rw(t)分布,发现在许多分区域中,季节突变都很明显,尤其是在亚洲和西太平洋季风区里,但突变的早晚随高度和区域而变,即有时空四维结构。总之,本文第一部分所提出的参数Rw(t)及其他一些概念和方法确能很好地描述大气环流的季节变化及其突变性。     

论大气环流的季节划分和季节突变：Ⅱ.个别年份的分析

根据本文第一部分提出的概念,理论和方法,利用ＥＣＭＷＦ客观分析的几个特定等压面上的位势高度场和东西风场资料,计算和分析了个别年份北半球大气环流的季节变化,尤其是对亚洲西太平洋地区季节突变进行了详细的研究。（１）首先给出了１９８１年大气环流各季的一些基本特征。减去年平均后,发现冬季和夏季环流型相反,而春,秋季环流型则与冬季环流型几乎正交。（２）计算了各候平均场偏差和典型的冬季偏差场ＦＷ的相似性系数Ｒ     

论大气环流的季节划分与季节突变 Ⅲ.气候平均情况

该文第Ⅰ部分定义了大气环流的季节划分和季节突变,第Ⅱ部分按此对个别年份的情况作了具体计算,第Ⅲ部分则利用NCEP/NCAR 1978～1997年气候平均资料做了实际计算,其结果与第Ⅱ部分大体一致,但更鲜明且更有代表性(是气候平均而非个别年份).主要结果有:(1)在对流层中下层,亚洲冬季风环流的建立始于欧亚大陆高纬西风带,夏季风环流的建立始于太平洋副高(副热带季风),以及由于马斯克林高压和澳大利亚冷高等几个大气活动中心的建立或加强(热带季风).(2)各季节的建立始于平流层,之后是对流层低层的极区和热带个别区域,并由上述层及地区分别向上、下层和中纬度地区发展,最终导致整个半球季节环流场的建立.(3)季节突变最强在平流层,分别位于两半球的热带到副热带以及高纬到极地,其中从冬到夏的突变明显强于从夏到冬的突变,而对流层的季节突变较平流层偏弱,主要位于热带到副热带的中上层.     

北半球冬季中纬度位势高度场的季节内振荡

利用1979—2012年逐日NCEP/DOE再分析资料,分析北半球中纬度冬季(11月1日—4月30日)对流层位势高度的季节内振荡特征。结果表明:对流层上层位势高度的季节内变化强度较中下层更强,中心主要位于太平洋和大西洋上空;对流层上层位势高度场主要为1~3波的超长波形势,功率谱分析结果表明其时间序列呈现显著的季节内振荡(10~60 d)特征;10~60 d滤波的位势高度异常空间分布与原异常场一致,位势高度季节内振荡随时间主要表现为向西传播的特征,尤其表现在北太平洋上空,而亚欧大陆更为复杂一些;亚洲冬季风对北半球中纬度位势高度的季节内振荡有响应,主要表现为蒙古高压位置和强度的异常,继而对我国冬季气温产生影响。     

高原上空纬向环流的季节突变现象

利用1951—2012年NCEP/NCAR全球2.5 °×2.5 °日平均再分析风场及温度场资料,分析高原季风区纬向环流的季节突变现象,并探讨季节突变的主要成因。结果表明：(1) 由冬季环流型向夏季环流型转变时,纬向环流表现为零速度线突然北跳,东风带持续加强北进,西风急流突然消失;反之亦然。(2) 600 hPa零速度线指数可作为纬向环流冬夏转换的判据。20 °N为临界值,零线于20 °N以北,高原上空为夏季环流型,20 °N以南则为冬季环流型。冬夏转换的突变时间分别为31候和59候。(3) 纬向环流季节突变的主要原因是高原的热力作用,随着6月高原加热增强,高原及其南部上升气流增强,形成了高原至低纬地区的季风环流圈,使得高原南部东风气流加强,迫使西风急流北退,完成了冬季环流型向夏季环流型的转变。10月高原加热作用减弱,高原至低纬地区的Hadley环流重新出现,西风急流逐渐增强,纬向环流转变为冬季环流型。     

近55年中国大陆气温突变的区域特征和季节特征

以中国大陆1951—2003年160站的月平均气温资料为基础，利用Mann-Kendall突变检验法和滑动t检验法重点对中国大陆地区气温突变的区域特征和季节特征进行了探讨。得到以下结论：近55a来，中国大陆地区变冷区域显著缩小，变冷区域的变冷趋势明显减弱；东北、华北区域年平均气温在20世纪80年代中后期发生突变，西北、中南区域年气温在20世纪90年代前期发生了突变；同一区域气温发生突变时，冬季气温突变时间较春、夏、秋季节均偏早。     

不同季节天气条件下风廓线雷达测风精度分析

采用建瓯风廓线雷达(CFL-06)观测资料,分析不同季节天气条件下风廓线雷达的测风精度,同时还选取了永安风廓线雷达(CFL-03)数据进行了对比分析。结果表明,四个季节在探测高度低于4 km时,获得的对称波束水平风分量差值的平均值很小,且小于0.5m·s~(-1),标准差值也比较一致,且小于10 m·s~(-1),探测精度均较好。当探测高度超过4 km后,春、冬两季对称波束水平风分量差值的平均值和标准差值开始增大,在7.1 km高度平均值和标准差值达到最大,分别为9 m·s~(-1)和28 m·s~(-1),夏、秋两季探测精度高于春、冬两季的。在探测高度低于4 km时,不同季节4种方法计算的垂直速度基本一致,以春季大气最为均匀,其次是冬季的,夏、秋两季的最差。在探测高度超过5 km后,春、冬两季4种方法计算的垂直速度偏差增加较快,最大分别为0.9 m·s~(-1)和1.0 m·s~(-1),夏季4种方法计算的垂直速度偏差较小。夏、冬季水平风向和风速测量精度优于春、秋两季的,秋季测量精度最低,水平风速标准差值在0.0～1.5 m·s~(-1)和水平风向标准差值在0～15°范围内所占比例分别只有51.6%和54.0%。总的来说,风向和风速测量精度普遍不高,需要进一步改进算法,减少计算误差,提高探测性能。     

1979~2013年西北太平洋地区海平面气压场季节转换时间的变化分析

采用1979~2013年NCEP/NCAR再分析资料,借助线性趋势、距平、累积距平、Mann-Kendall突变检验及Morlet小波等方法分析了西北太平洋地区海平面气压场季节转换时间的长期趋势和多尺度周期变化特征。结果表明:海平面气压场一年中存在两次季节转变,20°N~50°N海平面气压场冬夏季节转变的时间在第20候左右,而夏冬季节转变发生在第51候。并且海平面气压场的季节转换时间存在纬度差异与经度差异。通过趋势分析,发现海平面气压场由冬季型转变到夏季型的时间存在显著的趋势变化,并且在近35年内是趋于提前,其气候倾向率为-0.33候/10 a;夏季型转换为冬季型的时间趋于延后,气候倾向率为0.25候/10 a。季节转换时间的Mann-Kendall突变检测结果表明,海平面气压场由冬向夏的转换时间在1997~1998年间发生了突变;夏季型转换为冬季型的时间尚未发现显著突变。最后通过对季节转换时间的小波分析与小波功率谱的显著性检验得出,冬夏季节转换的时间具有显著的15 a周期变化;夏冬季节转换时间8 a周期振荡最为剧烈。     

分块地形坐标大气环流模式的动力框架及其整体性质

介绍了分块地形坐标大气环流模式的动力框架及该框架微、差分方程组的整体性质.目前该框架水平分辨率为4°× 5°,垂直分辨率有9层和21层两个版本.给出了该框架的控制方程组及其差分形式、边界条件、时间积分方案等.该框架的微、差分控制方程组均满足总质量守恒、平流项二次守恒、科里奥利力不作功和总有效能量守恒;且未引入虚假的源和汇,保持了该框架计算过程中的物理真实性.该模式框架在主流微机上能长时间稳定积分,并可作有关地形的数值试验.     

海洋环流模式的发展和应用Ⅰ.全球海洋环流模式

概述近10年来中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体动力学数值模拟国家重点实验室全球海洋环流模式的发展及其在全球海气耦合模式的发展和气候模拟方面的应用.重点是:一个30层、0.5°×0.5°的准全球海洋环流模式LICOM的建立及其模拟的热带太平洋海洋环流和印度尼西亚贯穿流;以20层海洋模式为海洋分量建立的全球海洋-大气-陆面系统耦合模式GOALS在气候变化模拟方面的应用,和以海洋模式L30T63为海洋分量建立的灵活的耦合环流模式FGCM-0在热带太平洋-印度洋海气相互作用及古海洋-古气候模拟方面的应用     

海洋环流模式的发展和应用Ⅱ.近海和区域环流模式

回顾了近20年来中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体动力学数值模拟国家重点实验室近海和区域海洋环流模式发展和应用的历程.介绍了正压区域海流模式在中国近海海流数值模拟研究当中的应用以及一个24层、最高水平分辨率为0.25°×0.25°的三重嵌套的中国近海环流模式及其应用.在嵌套模式基础上,基于变分原理,建立了一个中国近海环流的资料同化分析系统.初步结果表明,资料同化提高了模式计算的真实性,所揭示的黑潮的强度和流幅、夏季黄海冷水团的位置等都更接近观测结果.     

General motors sulfate dispersion experiment

The mean wind field and the wind fluctuations observed near a controlled, heavily traveled level roadway were investigated. The mean wind field was studied in terms of velocity defects relative to the ambient mean wind. The wind fluctuations were studied in terms of energy spectra, velocity cross-spectra, excesses of velocity variances and cross-covariances over their ambient values. Two-point cross-spectra and correlations were also used to study the propagation of wind fluctuations. The influence of traffic on the ambient wind field extended vertically up to at least 4.5m above ground, and horizontally to at least 30 m downwind of the road. The vertical extension was more gradual at high cross-road winds than at low cross-road winds. The wind tended to move up as it approached the road and down as it left the road, except when the cross-road wind was low, where the downward motion was reduced or reversed. This is likely due to the buoyancy effect of the heated exhaust. The traffic effects propagated outward at about 1 m s^-1. Thus at cross-road winds of less than 1 ms^-1, the influence of traffic could be observed upwind of the road. When intense shear existed between the local wind field and an opposing traffic direction, large turbulent energy production resulted, generating large eddies, in additions to the high frequency (> 0.1 Hz) eddies generated by vehicular motions in the absence of intense shear. The large eddies also increased the mixing volume, so that when the ambient wind opposed the traffic direction on the upwind lanes, the pollutant concentration upwind of the road could be higher than that downwind. While the cross-covariance excesses generally agreed with the gradient transport assumption, disagreements also existed, which may not be surprising in view of the participation of large eddies in the momentum transport.     

基于网络数据库的气象图形图像软件

土壤墒情是反映一地土壤含水量多少的主要指标，墒情的好坏直接影响着农作物的生长。对于土壤墒情的计算和编报，曲沃县气象站经历了从完全的由人工查算计算编报，到用Basic语言编程计算编报，再到以后的Excel表格计算几个阶段。但这几种方法要么是计算量大，要么是界面不友好不易控制，要么是对操作计算机人员水平要求过高，稍不留心可能造成计算错误等多种不便。应用VFP语言可容易的编出具有Windows风格的程序，既方便操作，又能保证计算的精确度。     

临沂市气温变化规律及其与大气环流的关系

利用临沂市53年气温资料和北半球大气环流资料，采用相关分析、小波分析方法，对临沂市气温变化特征及其与北半球大气环流特征的关系进行分析，发现临沂市年平均气温变化具有明显的阶段特征，季节变化不同步。近年来气候变暖的主要因素是冬季平均气温及平均最低气温升高。气温变化与副高面积指数、强度指数，极涡面积指数，经、纬向环流指数等的变化密切相关，与南方涛动指数、太阳黑子相对数、东亚大槽位置等关系不显著。     

2010年2月大气环流和天气分析

2010年2月主要环流形势为:北半球有三个极涡中心,亚洲极涡的强度偏强,形状扁平;东亚大槽较弱;南支槽接近常年,中上旬较为活跃。这种环流形势使得今年2月影响我国的北支锋区偏弱,冷空气路径偏北。2月主要气候特点:气温偏高,降水接近常年。新疆、浙江降水量较历史同期偏多;云南、贵州、四川南部、广西西部等地气象干旱持续发展;8-13日受寒潮天气影响,我国出现大范围雨雪天气,全国大部地区气温明显偏低,对春运造成严重影响。     

2010年7月大气环流和天气分析

2010年7月大气环流主要特征是:北半球高纬度地区为单一极涡,中高纬地区呈5波型分布,巴尔喀什湖和东亚大槽强度偏强或与常年相当;西北太平洋副热带高压呈东西带状分布,与常年同期相比明显偏强。2010年7月,全国平均降水量为121.2 mm,比常年同期(115.9 mm)偏多5.3 mm。全国平均气温为22.8℃,比常年同期(21.4℃)偏高1.4℃。月内,我国主要天气气候事件有:长江中下游、四川盆地以及西北东南部、黄淮、东北等地的部分地区发生暴雨洪涝;台风康森和灿都登陆我国;吉林、江西、内蒙古等地发生风雹灾害;华南、江南、江汉、黄淮、华北、西北等地出现持续高温天气。     

台风灾害综合等级评估模型及应用

选取全国范围内台风灾害中的农作物受灾面积、房屋倒损数、死亡人数、直接经济损失4个常用灾害指标,通过建立无量纲函数转换定义了全国范围内台风各个单项灾害指标的等级,并利用灰色关联度理论确定了全国范围内台风灾害综合等级划分标准,基于上述工作建立了台风灾害综合等级快速评估模型。利用此模型对2000-2007年登陆我国的台风灾害进行了评判与排序,分析结果较为合理。