热带印度洋环流动力与季风相互作用研究进展

围绕中国科学院战略性先导科技专项"泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设"之子课题"热带印度洋环流动力与季风相互作用及其影响",从热带印度洋上层海洋环流、盐度变异对印度洋典型海气耦合过程的影响、印度洋海气相互作用及其对泛第三极水汽输送的影响方面回顾了热带印度洋环流动力与季风相互作用的研究进展.针对国内外研究发展的现状,提出热带印度洋上层经向、纬向、垂向流系间三维联动机制,海盆尺度热盐再分配对局地海-气模态变异的响应和反馈机制,热带印度洋典型海气耦合模态对泛第三极地区气候变化的影响机理等关键科学问题亟待解决.开展该子课题研究的最终目标是：全面认识和理解热带印度洋上层环流体系,加深印度洋海洋环流动力与海气相互作用及其对泛第三极经向水汽输送作用的理解,提高泛第三极地区气候预测水平,提升丝绸之路海上观测航道监测保障能力,从而为"一带一路"倡议和"21世纪海上丝绸之路"建设服务.     

1986～1987年El Niño期间热带西太平洋及南海海气热量交换研究

文中根据热带西太平洋海气相互作用研究（ＴＯＧＡ）第１～５及第８航次和南海科学考察结果,对热带西太平洋和南海海气热量交换作了分析。结果表明：ＥｌＮｉｎｏ事件发生前,热带西太平洋及南海海气热量交换非常强烈;ＥｌＮｉｎｏ事件发生后,热带西太平洋及南海海气热量交换反而减弱。     

热带太平洋异常暖水期的大尺度海洋-大气相互作用

本文利用一个简单的海气耦合模式研究了赤道太平洋异常暖水期(El Nino)的大尺度海气相互作用效应.研究主要集中于有关El Nino期间在热带太平洋上空观测到的双元自然态可能存在的海气反馈机制问题.数值实验的结果表明,西太平洋和东太平洋上空的表面风在相互作用中起着明显不同的作用.相互作用的净结果是沿赤道产生一个持久缓慢西移的正海平面温度距平,这与观测相符.同时也表明,由于太平洋Walke环流和大尺度海洋异常之间的耦合作用的结果,一个相互作用系统较之非相互作用系统更可能支持强 El Nino事件.     

印度洋海气相互作用对热带夏季大气环流气候态的影响

利用分辨率较高的SINTEX-F(Scale INTeraction EXperiment-FRCGC) 海气耦合模式, 进行多组长时间积分模拟和理想试验, 分析研究热带印度洋海气耦合对夏季大气环流气候态的影响。主要结果有: (1) 热带印度洋海气相互作用使热带东印度洋产生明显的东风变化, 使热带中西太平洋赤道北部产生气旋性切变变化。 (2) 印度洋海气相互作用对大气环流气候态的影响绝大部分由于大气对海气相互作用的响应存在年际变化正负距平不对称性造成, 这种年际变化不对称性包括正偶极子与负偶极子的不对称、 海盆宽度正异常与海盆宽度负异常的不对称。 (3) 年际和季节内两种时间尺度海气相互作用对印度洋关键区大气环流平均态都有影响, 约各占60%、 40%; 季节内尺度海气相互作用对太平洋近赤道区大气环流平均态有重要影响; 年际尺度海气相互作用对太平洋赤道外地区大气环流平均态有重要影响。热带印度洋年际尺度、 季节内尺度海气相互作用对大气环流气候态的影响, 都存在年际变化以及年际变化正负距平不对称性。这两种尺度海气相互作用主要通过年际变化正负距平不对称性而对大气环流平均态产生影响。     

热带西太平洋风应力异常在ENSO循环中作用的数值试验

利用一个中等复杂程度的海气耦合模式来研究热带西太平洋地区风应力异常对ENSO循环的影响,并以1997/1998年的El Nino事件为例,分析了模式结果中热带西太平洋地区风应力异常对El Nino事件形成影响的动力学及热力学作用.结果表明,热带西太平洋地区的风应力异常对ENSO循环有很重要的作用.在耦合模式中,当热带西太平洋地区的风应力异常由观测给定时,耦合模式基本上可以模拟出自1971年以来的EI Nino事件,观测与模拟的Nino 3区海面温度异常(SSTA)的相关系数可达0.63.赤道西太平洋地区的风应力异常可加强该地区大气的辐合,从而加强了大气的加热场,进而加强了海气相互作用的不稳定.赤道西太平洋地区西风异常激发出来的Kelvin波及水平平流对EI Nino事件初始阶段的发展起重要作用;海气相互作用及东边界的反射对EI Nino事件的发展及维持起重要作用.     

热带气旋科学观测试验及研究进展概况

由于缺少针对热带气旋背景下的观测资料,使得目前对热带气旋发展演变机理的认识还很有限,这也是当前热带气旋机理研究及数值模式中物理过程参数化方案改进的主要瓶颈。在回顾国内外有关热带气旋的科学试验计划基础上,围绕以提升热带气旋路径和强度预报水平为主线,阐述了不断丰富和发展的热带气旋观测试验的科学目标。从大气观测和海洋观测两个方面,总结了包括飞机探测、下投式探空观测、海上观测平台、地面移动观测、浮标探测等针对热带气旋的观测技术发展概况。基于对热带气旋的观测资料分析,从热带气旋背景下海气相互作用及其对热带气旋的影响、热带气旋边界层结构特征、下投式探空资料在热带气旋研究中的应用等几个方面概述了当前最新的观测研究进展。最后,简要指出了热带气旋观测试验中存在的主要问题及未来发展方向。      

全球变化中海洋大气相互作用过程的研究

海气相互作用的研究早就引起世界科学团体的极大关注。但是,以往的研究,以至目前正在进行的许多重要的国际计划,主要集中于作为物理问题或地球物理问题的海气相互作用过程。它不可能揭示出存在着交叉的物理、化学和生物过程的海气相互作用的奥秘,及其在全球变化中的作用。     

海气相互作用对“格美”台风发展的影响研究

西北太平洋是全球唯一一年四季都有热带气旋生成的海域,同时,我国沿海紧临该海域,是受热带气旋影响最为严重的国家之一.本文通过建立海气耦合模式,以西北太平洋西边界流系源区为研究区域,通过对"格美"台风的数值模拟结果分析,研究海气相互作用对热带气旋发展的影响,对提高台风的数值模拟及预报水平有重要意义.研究表明:耦合作用引起的...     

热带气旋过程中海-气界面热量交换

为探索热带气旋与海洋相互作用,采用国家海洋局南海分局Marex(马瑞克斯)数据浮标实测资料,计算了1986年南海的7个热带气旋海气界面热量交换值.结果表明:热带气旋海气界面热量交换强烈,主要贡献来自潜热通量;热带气旋环流内水温、气温均是下降趋势,气温下降更为明显;夏季热带气旋环流内,感热通量会出现负值,海面有效反射辐射通量出现减弱现象;秋季热带气旋环流内,感热通量和海面有效反射辐射通量显著加强;在热带气旋环流内,海面吸收的短波辐射通量均出现减弱现象;热带气旋环流内受到冷空气影响时,感热变得相当重要,热带气旋表现为对海洋的响应为主.     

热带海气相互作用及其对副热带高压长期变化影响的研究

热带是推动大气热机的主要能量源地。那里大部分为海洋,海洋与大气之间的能量和各种物理量交换,在整个地球—大气系统的能量平衡中占有十分重要的位置。近几年来,我们开展了热带太平洋海气相互作用的研究。揭露了热带太平洋海气系统中存在着一类低频的振荡过程,这一振荡过程对北太平洋副热带高压的长期变化有明显的影响。同时,从物理量的诊断分     

热带季节内振荡研究新进展

季节内振荡既是热带大气活动的强信号，也是热带海洋中较为普遍的现象。本文叙述了热带大气和热带海洋季节内振荡研究的进展，包括热带大气季节内振荡的观测研究、机制研究以及热带海洋季节内振荡方面的研究；讨论了海气相互作用、不同尺度间相互作用对季节内振荡的影响；在总结上述研究成果的基础上提出了热带季节内振荡研究进一步的发展方向。     

多普勒雷达四维变分分析系统概述

《热带气象学报》是中国气象局广州热带海洋气象研究所主办的学术期刊,由气象出版社出版;其前身是《热带气象》,创刊于1984年,已经连续出版20年了。《热带气象学报》主要刊登热带大气科学的基础理论研究及应用研究方面的论文、热带地区天气预报的先进方法和成功的经验、推动学科发展的综合评述和学术动态。当前一段时间的刊登重点是:海气相互作用,中低纬大气环流相互作用,低频振荡及遥相关,低纬大气环流异常及其机制,热带大气环流异常对全球天气、气候的影响以及季风动力学、热带气旋动力学与运动学等的学术成果。由于国家重视气象科学研究,…     

FGOALS模式4个版本太平洋年代际气候变率模拟的比较

本文选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)发展的全球海洋—大气—陆面气候系统模式(FGOALS)的4个版本g2.0、s2.0、g1.1和g1,利用模式的长时间积分结果,结合观测、再分析资料比较、评估模式对太平洋年代际变率的模拟能力,并通过对海气相互作用及其海洋动力过程分析,探讨了模式中太平洋年代际振荡形成机制.研究发现,FGOALS 模式g2.0和s2.0版本对太平洋年代际振荡(PDO/IPO)的模拟能力优于 g1.1和g1.模式中太平洋年代际变率的正反馈过程与Bjerknes(1969)提出的海气相互作用正反馈机制有关,其负反馈则主要与海洋内部动力过程有关.太平洋异常经向热量输送将热带与中纬度海洋联系在一起,可以抑制正反馈作用,但无法使得年代际振荡变化位相发生反转;FGOALS模式中,热带海表温度(SST)暖距平信号通过大气桥影响热带外大气环流,在海气作用下,热带与热带外海洋次表层分别以Kelvin 波和Rossby 波的形式传播,使得冷暖位相反转,4个版本均能再现这种负反馈机制.但不同版本Rossby波所处的纬度不同,太平洋SST异常年代际变化信号最明显的范围越宽,则由此激发的Rossby 波便更为偏北,纬度越高Rossby 波西传的时间也越长,PDO/IPO的周期与其SST异常的经向尺度密切相关.     

MJO与ENSO关系的研究进展

MJO是热带大气的强信号,ENSO是热带太平洋海气相互作用的最强信号,两者的时间空间尺度不同,但都对全球范围的大气活动有显著的影响,且两者之间也有着密切的关系。总结了近年来MJO和ENSO相互关系方面的研究,并在此基础上提出需要进一步研究的问题。     

东亚夏季风与热带海气相互作用研究进展

在东亚夏季风变异的众多影响因子中,热带海温是影响夏季风系统变化的主要原因。近年来,国内外学者在热带海温异常对东亚夏季风影响的研究方面取得了很大进展。本文从季节内、年际到年代际时间尺度,简要回顾了近年来关于热带海气相互作用影响东亚夏季风变异及其机理的研究进展,特别综述了关于ENSO(El Ni?o–Southern Oscillation)、热带印度洋和大西洋海温异常对东亚夏季风系统的影响和机理方面的主要研究进展。此外,本文还系统回顾了热带海温对东亚夏季风与冬季风关联的影响及过程。最后,提出了在热带海温异常影响东亚夏季风季节内尺度变化、全球变暖下热带海温的变化及其对东亚夏季风的影响等方面值得深入探讨的科学问题。     

热带西太平洋边界层大气的多逆温层特征

本文主要利用第四航次“中美热带西太平洋海气相互作用联合调查”所获得的海洋水文气象及低空大气温度探测资料,分析了热带西太平洋暖水区边界层大气层结特征,指出春季热带西太平洋边界层大气具有多逆温层的层结特征。逆温层个数大多为4个左右,厚度多在30m以上,最厚336m。这一研究结果是关于热带大洋边界层结构观测研究的重要补充。      

中低纬海气相互作用的耦合模态变化研究

利用1948—2003年的NCEP再分析资料和英国气象局Hadley气候预测和研究中心的海表面温度资料,从整体分析地球中低纬三大洋海气耦合系统的角度出发,使用SVD方法研究中低纬海气相互作用的耦合变化。结果表明,中低纬海气相互作用是一个有机的耦合整体,其变化不管从年际还是年代际上都存在耦合相关性,这一点给我们提出了一个新的研究全球范围海气耦合变化的思路。提取的海气耦合基本模态的正、负异常年份的海温和风场异常合成分析结果显示,当赤道东太平洋的海水偏暖时,热带印度洋和热带大西洋的海水也偏暖,热带西太平洋直至中纬度太平洋的海温总体偏冷。就印度洋而言非洲大陆以南30~50 °S的大片海区存在明显的海温负异常。北美洲大陆的东岸30 °N以北和南美洲大陆的东岸30 °S以南的海区都为明显的海温负异常。当赤道东太平洋的海水偏冷时各大海区的海温分布情况反之。      

山东夏季降水与热带海气相互作用区域特性的相关分析

采用一种能够反映热带海气相互作用区域特性的指数,分析了热带５个洋区（西太平洋、中太平洋、东太平洋、大西洋、印度洋）的海气相互作用指数与山东夏季（６～８月）降水的相互联系。结果表明,只有热带印度洋的海气相互作用的第１模态与山东夏季降水存在的显著相关。热带印度洋海温偏高时山东夏季降水偏少,反之偏多。热带西印度洋区域１０００ｈＰａ风向赤道区域异常辐合,并伴随出现正海表温度异常的年份,山东夏季降水往往偏少     

ENSO循环的数值模拟──Ⅰ:水平结构演变

利用发展的包含海洋表面边界展和大气辐合反馈过程的热带太平洋海气耦合距平模式，对ＥＮＳＯ循环进行了模拟。通过３０ａ积分，用合模式所展示的热带太平洋海气耦合系统的ＥＮＳＯ循环的水平结构演变特征和观测事实甚为一致，成功地模拟出了ＥＮＳＯ循环的冷暖态的发生发展、衰亡及相互转换等各个位相的动力和热力场的水平结构及其对季节循环的依赖性特征。本文数值模拟结果表明，ＥＮＳＯ循环的主要动力学过程可由热带海气相互作用系统自身所确定。ＥＮＳＯ循环的正确模拟是揭示其形成机制的前提。     

东亚夏季对流云顶黑体辐射温度的频率分布及其日变化

利用简单海气耦合模式，分析了经向风应力和纬向风应力对热带太平洋不稳定海气耦合模态的相对贡献。结果表明：在局地热力平衡假设下，海气相互作用导致了海洋Kelvin波的不稳定，该不稳定模态发生在一定波长范围内，只有纬向风应力对其作出贡献；在海温仅由平流过程决定的假设下，海气相互作用导致了海洋Rossby波的不稳定，该不稳定模态在整个波长范围内都有发生，波长越大，不稳定越强，经向风应力与纬向风应力都可以对海洋Rossby波的不稳定作出贡献，但是前者贡献较小；不稳定Rossby波比不稳定Kelvin波的增长率要小；由于无论哪一种不稳定模态，都是纬向风应力在海气耦合中起着绝对的主导作用，所以在研究热带太平洋海气耦合动力学对ENS0不稳定发展的贡献时，采用忽略经向风应力作用的近似是合理可行的。