大气季节内振荡：其全球同步性及其与ENSO的关系

利用美国国家环境预报中心和大气研究中心的大气再分析资料,分析研究了大气季节内振荡的年际变化及其与ＥＮＳＯ的关系。揭示了全球不同纬度带之间存在着的大气季节内振荡年际变化的同步性,以及大气季节内振荡与海温和大气向外长波辐射之关系的复杂性。我们还发现大气季节内振荡与Ｎｉｎｏ３指数的关系存在年代际尺度的变化,即,这种关系有时强时弱的现象。     

大气中的季节内振荡

本文依据最新的分析研究结果,系统地讨论了大气中的季节内(30—60天)振荡。内容包括大气季节内振荡的全球分布特征;热带大气30—60天振荡的基本特征;中高纬度大气30—60天振荡;热带和中高纬度大气30—60天振荡的相互影响;以及大气季节内振荡的动力学机制。 本文不仅对热带大气30—60天振荡提出了一些新的研究结果,特别是关于中高纬度大气30—60天振荡的讨论,以及关于热带和中高纬度大气30—60天振荡主要通过低频波列相互联系和相互影响的研究,将使我们对大气季节内振荡有比较全面的认识。     

大气季节内振荡研究进展

在简单回顾大气季节内振荡(MJO)的特征,热带和中高纬MJO的联系及其在半球间相互作用的基础上,较系统地总结了近年来关于MJO的研究进展,涉及MJO和El Nino的关系,MJO的动力学机制及其季节变化和年际异常,并简单讨论了MJO研究中存在的问题及未来的研究前景.     

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。     

有关全球变暖对热带大气季节内振荡特征的影响及其数值模拟的研究

首先用资料诊断分析了全球变暖前后,热带大气低频振荡特征变化。研究发现,全球变暖前后,热带低频振荡的强度、分布、传播及周期等发生了一系列变化:ISO活跃区及强度范围均有不同程度的增大,气候变暖有缩小ISO强度季节差异趋势;气候变暖后,纬向东传波的大气季节内振荡能量增加,而西传波的能量相对减少;偏暖阶段,ISO振荡主周期相对分散,特别是较长周期的小波能量明显增大。然后利用动力学分析及数值模拟进一步探讨了热带低频振荡与海温的联系,对热带ISO的数值模拟进一步发现,大气模式与海洋模式耦合时,所模拟的热带季节内振荡较强;热带低频振荡的变化可能与全球变暖后海温场发生的变化有关。     

全球变暖背景下热带大气季节内振荡的变化特征及数值模拟

利用欧洲中期数值预报中心的ERA40再分析逐日的200 hPa风场资料,选取1958-1977年和1980-1999年各20年,对比分析了在全球变暖背景下前后两个时段热带大气季节内振荡(ISO)的特征及其变化.研究表明: 近20 a来,原来在赤道中太平洋上活跃的ISO减弱,而在中印度洋、孟加拉湾地区ISO变得活跃;全球变暖背景下,ISO的强度变化幅度加大,表明ISO更加活跃,且季节变化明显,冬、春季强,夏、秋季弱;对流层上层的纬向风能量更集中于1-3波,ISO的频率有加大的趋势.还利用中国科学院大气物理研究所LASG发展的耦合气候系统模式FGOALS-1.0g中的控制试验及其二氧化碳浓度加倍试验结果,分别对应实测资料的前后20年进行对比分析.发现模式对ISO的空间结构模拟较好,但低估了ISO的强度;时空谱分析表明模式结果中包含有更多的纬向风的高频成分,由于能量的分散,导致对ISO活动强度的低估.但通过对模式的控制试验和温室气体增加试验结果的对比分析,发现耦合模式还是较好地反映出在全球变暖背景下ISO在中印度洋、孟加拉湾地区变得活跃、频率加大等变化特征.     

热带大气季节内振荡激发El Nino的机制

资料分析了表明,热带大气季节内振荡同Ｅｌ Ｎｉｎｏ发生有密切的关系。在Ｅｌ Ｎｉｎｏ事件发生之前,热带大气（尤其是赤道西太平洋地区）季节内振荡异常加强;伴随着Ｅｌ Ｎｉｎｏ的发生,热带大气季节内振荡动能明显增加。简单海－气耦合模式的分析表明,只有在年陵时间尺度大气外强迫作用下,海－气系统才可以产生类似ＥＮＳＯ模的耦合波。资料和理论模式分析和结果相结合,说明热带大气季节内振荡激发Ｅｌ Ｎｉｎｏ的机制     

热带大气季节内振荡对华南前汛期降水的影响

本文基于实时的热带大气季节内振荡(MJO)指数和中国台站降水资料,研究了MJO对中国华南前汛期(4～6月)降水的影响.结果表明,随着MJO的活跃中心从印度洋进入西太平洋,华南地区的降水由偏多转为偏少.最显著的降水正负异常分别位于第4位相和第7位相,其区域平均的最大正负异常值相对于气候平均值的变化约为17%和11%.与降...     

大气季节内振荡的数值模拟比较研究

用国内外两个较好的大气环流模式、在观测海表温度的强迫下进行了长时间(1978-1989年)的数值积分,然后对数值模拟结果与NCAR/NCEP再分析资料进行比较分析,其结果清楚表明,模式模拟结果的均方根误差中有30%-40% 是来自于模拟的大气季节内振荡的均方根误差.尤其是,大气季节内振荡模拟的均方根误差的分布形势与总的均方根误差的分布形势几乎完全一致.对热带地区大气季节内振荡动能的模拟结果与NCAR/NCEP再分析资料的比较分析表明,其差异也十分明显,说明模式对热带大气季节内振荡的模拟能力也还比较差.因此可以认为,大气季节内振荡在天气气候模拟中极为重要,而如何在数值模式中模拟好大气季节内振荡还需要进行很好地研究.     

IAP9L AGCM中大气季节内振荡的时空特征

根据IAP9LAGCM10年积分850hPa纬向风的逐日输出结果,应用Morlet小波分析方法,研究了该模式中的大气季节内振荡(MJO),结果表明该模式能抓住热带MJO的基本时空特征,模式中MJO的显著周期为36天;另外还分析了16～64天重构信号的时间经度剖面图,发现该MJO为东传,这与实际较一致;最后用EOF方法分析了模式大气中850hPa5天平均速度势,揭示出该MJO在全球表现为行星尺度1波和2波的特征。     

热带大气季节内振荡的一个数值模拟研究

文中分析了中国科学院大气物理研究所全球气候谱模式ALGCM (R4 2L9) 12a(1978～ 1989年 )积分的逐日输出结果 ,并与 1978～ 1989年的逐日NCEP资料对照 ,以此对热带季节内振荡 (30～ 6 0d振荡 )进行数值模拟研究。分析表明 ,该模式在热带地区可以模拟出明显的季节内振荡 (ISO)的准周期信号 ,并抓住了热带ISO的基本传播特征 ,能较好地再现东、西半球传播速度的差异 ,同时模式模拟存在东传要好于西传 ,冬、春季的模拟要好于夏、秋季的现象。该模式模拟的热带ISO的强度较许多大气模式明显提高 ,尤其是对 2 0 0hPa上ISO动能强度的模拟。模式基本模拟出了ISO低层辐合、高层辐散的水平风场特征。模式较好地再现了热带ISO纬向风的垂直结构。此外 ,观测资料表明热带ISO在冬、春强 ,而夏、秋弱的季节性倾向与ISO的年际变化相联系 ,模拟的ISO在季节性倾向偏差上表现为冬、夏相对强 ,而春、秋相对弱。垂直速度、散度、水汽等物理量的配置同NCEP资料的结构特征仍有明显差异 ,模拟的ISO空间分布也不太理想 ,表明要很好模拟ISO结构和空间分布特征 ,还须做不少工作。     

大气季节内振荡研究进展

在简单回顾大气季节内振荡(MJO)的特征、热带和中高纬MJO的联系及其在半球间相互作用的基础上,较系统地总结了近年来关于MJO的研究进展,涉及MJO和ElNino的关系、MJO的动力学机制及其季节变化和年际异常,并简单讨论了MJO研究中存在的问题及未来的研究前景。     

北京气候中心大气模式对季节内振荡的模拟

对北京气候中心大气模式(BCC AGCM2.0.1)模拟热带季节内振荡的能力进行了检验.北京气候中心新一代气候模式(BCC AGCM2.0.1)是在原中国国家气候中心模式的基础上参考NCAR CAM3改进形成的.新模式中引进了一个新的参考大气和参考面气压.因此原模式的预报量中的气温(T)和地面气压(p_s)则变为它们对参考大气气温的偏差和对参考面气压的偏差.模式还加入了新的Zhang-Mcfarlane对流参数化方案,并对其参数计算方法进行调整和改进.此外还对模式边界层处理、雪盖计算等进行了改进.上述模式在实测的月海温作为下边界条件的情况下运行52年(1949年9月-2001年10月).然后对运行结果中的季节内振荡的状况进行分析,主要结果如下:NCAR CAM3模式模拟热带季节内振荡的能力很差,主要表现在模拟的热带季节内振荡强度很弱;东移波与西移波的强度很接近,而实际观测中是东移波的能量要远大于西移波;季节内振荡的季节变化及空间分布与观测相差很远.北京气候中心大气模式(BCC AGCM2.0.1)模拟热带季节内振荡的能力有显著的提高.模拟的热带季节内振荡很明显,强度接近于观测结果;模拟东移波的能量要大于西移波,这与观测较为一致;季节内振荡的季节变化和空间分布与观测相差不大.总的来看,BCC AGCM2.0.1模式在模拟热带季节内振荡方面比CAM3模式有明显的改进.     

中国热带大气季节内振荡研究进展

热带大气季节内振荡(包括MJO)是大气环流的重要系统,它的活动及异常既对其他系统有一定的作用,也对长期天气和短期气候有明显影响。因此,热带大气季节内振荡一直是大气科学的前沿研究课题之一。文中对近5—10年中国学者的有关研究工作及其进展做了简要回顾和综合,主要包括:(1)热带大气季节内振荡特别是MJO的动力学机制;(2)热带大气季节内振荡以及MJO的数值模拟问题,特别是大气非绝热加热廓线对模式模拟MJO的重要作用;(3)热带大气季节内振荡和MJO,特别是在赤道西太平洋地区,与ENSO的相互作用关系;(4)热带大气季节内振荡(包括MJO)及其流场形势对西太平洋台风活动的重要影响,即MJO对西北太平洋台风生成数的调制作用,以及热带大气季节内低频气旋性(LFC)和反气旋性(LFAC)流场对西太平洋台风路径的影响;(5)热带大气季节内振荡(包括MJO)的活动及异常对东亚和南亚夏季风建立、活动异常的影响,以及它们与中国降水异常的密切关系。     

大气季节内振荡的数值模拟 Ⅱ. 全球变暖的影响

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)发展的耦合气候模式FGOALS1.0_g控制试验、二氧化碳 (CO2)浓度加倍试验模拟结果及实测结果 (NCEP/NCAR逐日再分析资料)研究了全球变暖对大气季节内振荡 (ISO)特征变化的影响.通过对比分析控制试验、二氧化碳浓度加倍试验模拟结果及观测结果发现: (1)FGOALS1.0_g耦合气候模式具有一定的模拟季节内振荡的能力, 主要表现为模式能够模拟出ISO活跃区的位置、中心位置的季节变动以及强度的季节变化, 其缺陷是模拟的ISO强度偏弱, 模拟的ISO周期不显著且偏高频; (2)实测资料诊断分析得到的近六十年来偏暖阶段ISO活跃区强度增强及范围扩大可能不是人类活动影响使温室气体增加所导致的, 它可能是大气ISO本身的年代际尺度变化; (3)近六十年来纬向东传波 (西传波)的能量的存在增长 (减少)趋势的主要原因可能是人类活动影响引起温室气体增加所导致的; (4)由于FGOALS1.0_g耦合气候模式在模拟ISO主周期及强度方面时存在不足, 因此实测结果诊断分析得到的偏暖阶段ISO小波能量强, 主周期范围大, 偏冷阶段反之的结论用FGOALS1.0_g耦合气候模式尚难以证实.     

大气季节内振荡的数值模拟 II. 全球变暖的影响

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）发展的耦合气候模式FGOALS1.0_g控制试验、二氧化碳（CO2）浓度加倍试验模拟结果及实测结果（NCEP/NCAR逐日再分析资料）研究了全球变暖对大气季节内振荡（ISO）特征变化的影响。通过对比分析控制试验、二氧化碳浓度加倍试验模拟结果及观测结果发现:（1）FGOALS1.0_g耦合气候模式具有一定的模拟季节内振荡的能力，主要表现为模式能够模拟出ISO活跃区的位置、中心位置的季节变动以及强度的季节变化，其缺陷是模拟的ISO强度偏弱，模拟的ISO周期不显著且偏高频；（2）实测资料诊断分析得到的近六十年来偏暖阶段ISO活跃区强度增强及范围扩大可能不是人类活动影响使温室气体增加所导致的，它可能是大气ISO本身的年代际尺度变化；（3）近六十年来纬向东传波（西传波）的能量的存在增长（减少）趋势的主要原因可能是人类活动影响引起温室气体增加所导致的；（4）由于FGOALS1.0_g耦合气候模式在模拟ISO主周期及强度方面时存在不足，因此实测结果诊断分析得到的偏暖阶段ISO小波能量强，主周期范围大，偏冷阶段反之的结论用FGOALS1.0_g耦合气候模式尚难以证实。     

El Ni?o影响热带大气季节内振荡的动力学研究

根据El Ni?o期间热带大气状态的异常特征，确定了在简单大气动力模式中描写海温异常的参数化方法。然后利用斜压半地转两层模式从动力学上分析研究了El Ni?o对热带大气低频波的影响。理论分析同有关热带大气季节内振荡的资料分析结果完全一致，El Ni?o事件使热带大气季节内振荡减弱。     

冬季北半球平流层季节内振荡与对流层季节内振荡的关系

通过平流层大气ISO与对流层大气ISO的比较分析,发现在中高纬地区平流层大气ISO与对流层大气ISO有着许多相同点.北半球冬半年平流层大气环流主要低频模态也可认为是北极涛动(AO),其空间分布的主要特征为; 高纬度地区与中低纬度地区为反位相变化,北极地区附近具有最大的变化值; 其季节内振荡的正位相对应于AO增强,负位相对应于AO减弱.北半球冬半年平流层100 hPa 和70 hPa 位势高度场的低频遥相关分析表明,北极地区(概指北纬60°N以北)和北半球其他大部分地区呈负相关,北极涛动扮演了非常重要的角色.同时,北半球冬半年平流层的主要低频波列是从欧亚大陆中部到西北太平洋,并且由纬向型低频波列(欧亚大陆-西伯利亚-太平洋)和经向型低频波列(欧亚大陆-北极-太平洋)共同构成.平流层30 hPa 和对流层500 hPa 上经过带通滤波(15～90 d)位势高度场的EOF第一主分量的形势有十分类似的特征,它们对应的时间系数序列有显著的延迟相关关系.因此可以认为,北半球平流层大气ISO的变化要先于对流层大气,在滞后35 d 左右其相关系数达到最大.大气环流模式(SAMIL)的数值模拟试验结果也表明,平流层的低频扰动可以在14 d 之后便在对流层500 hPa上激发出低频响应,其谱峰在30 d 左右.这进一步表明,通过大气季节内振荡,平流层的异常可以影响到对流层.     

大气季节内振荡研究进展

大气季节内振荡(ISO:Intra-Seasonal Oscillation)主要是指时间尺度为30～60天的振荡,它是大气中最显著的一种振荡现象.作为大气的一个重要低频系统,自20世纪70年代至今的近40年中,ISO已经受到了广泛的关注,且已取得众多有意义的研究成果.ISO对调整气候变率起重要作用,对我国天气气候有着深远的影响.该文较系统地总结了近年来ISO的研究成果,主要对它的结构和活动特征、对天气气候的影响及其激发维持机制等方面进行了综述.在此基础上,对今后的一些研究重点进行了展望.