Ⅴ.皮叶克尼斯及其门生

V.Bjerknes(皮叶克尼斯,1862—1951),是挪威地球物理学家;以他命名的大气环流定理,是现代动力气象学基础理论之一.他先后在瑞典斯德哥尔摩大学、美国卡内基研究所,德国莱比锡大学从事教学和科研工作.1912年回国,任挪威卑尔根大学教授,和他的门生、助手Bergeron,Rossby,J.Bjerknes等人,一起创立气象学卑尔根学派(Bergen School).J.Bjerknes1897年生于斯德哥尔摩,毕业于奥斯陆大学后,在贝卑尔根气象台他父亲指导下从事科研工作.1919年发表"移动性低气压的机制"一文,这篇仅8页的论文,在锋面理论上具有划时代的见解.1937年因希特勒入侵挪威而亡命于美国,从此在美国     

开创现代天气预报理论和实践的父子兵——记挪威气象学家V．皮叶克尼斯和J．皮叶克尼斯

引言 翻开现代天气预报的发展史，许多初期开创性的研究结果和事件，都与皮叶克尼斯父子以及他们在挪威卑尔根创建的气象学校紧密相关。在气象科学发展史上，皮氏父子以及他们创建的研究机构的最重要贡献，     

挪威学派气象学家的研究工作和生平:J.皮叶克尼斯、H.索尔伯格和T.贝吉龙

气象学的挪威学派(Norwegian School,又称卑尔根学派(Bergen School of Meteorology))由挪威气象学家V.皮叶克尼斯(Vilhelm Bjerknes)创立,在20世纪大气科学发展中贡献卓著,他们创立的极锋理论和锋面气旋模型对现代气象学影响深远。本文以挪威学派为线索,系统介绍了该学派的创立始末、发展历程和主要学术成就,分别对挪威学派三位重要气象学家J.皮叶克尼斯(Jacob Bjerknes)、H.索尔伯格(Halvor Solberg)及T.贝吉龙(Tor Bergeron)的生平经历、研究工作和重要研究成果的形成过程进行了回顾,包括锋面气旋模型和极锋理论、索尔伯格的惯性波研究、贝吉龙冷云降水过程等,并对其贡献进行了总结。     

海气相互作用与长期天气预报

本文根据世界气象组织自1984年以来召开的几次规模较大的长期天气预报学术会议及海气相互作用的专题讨论会的报告和文集,简要地介绍了这方面的动态和主要进展。指出ENSO循环和季节内部振荡的观测研究和数值模拟研究对加强长期天气预报的物理基础具有重要意义,重点介绍了英国气象局用5层和11层大气环流模式进行长期预报试验的结果。这些试验表明,在长期数值天气预报中采用实测的海表温度对减小预报误差,提高预报技巧有肯定的作用。     

全球海气相互作用关键区及区内气候特征分析

采用合成分析方法研究了南海夏季风的爆发过程及其前期征兆。研究结果表明，在南海夏季风爆发之前，对流首先在中南半岛出现，随后在临近南海夏季风爆发时，菲律宾附近也出现对流活动，这表明菲律宾附近对流活动的出现也是引起南海夏季风爆发的原因之一。在南海夏季风爆发之前，赤道印度洋上（75～95°E）的赤道西风有一次明显的增强过程，它对南海夏季风的爆发也起了十分重要的作用，因为一方面它通过赤道西风的东扩促使南海南部的赤道西风建立和增强；另一方面，它又通过西风的北抬以及激发孟加拉湾的对流扰动发展和北移东传，诱使我国华南沿海西风的增强和南压，从而对南海夏季风爆发产生影响。进一步的研究还表明，印度洋赤道西风和南海南部赤道西风的增强又分别与南半球马斯克林高压、澳大利亚高压的增强以及索马里、85°E附近和105 °E附近向北越赤道气流的增强有关。     

大尺度海气相互作用和长期天气预报

在五十年代初,我国气象工作者就注意到西北太平洋特别是黑潮海域,海表温度的冷暖和我国东部地区讯期的旱涝有密切的关系。六十年代开始,大尺度海气相互作用的研究在国外普遍受到重视。解放以后在党的领导下,通过广大台站预报员和专业科研人员的努力,我国长期天气预报有较大的进展,但是,预报准确率和和预报时效仍不能满     

热带海气相互作用波及其不稳定性

本文利用一个简单的海气耦合模式,讨论了热带海洋和大气中Rossby波的相互作用。结果指出,海洋和大气中向西传播的Rossby波耦合后,不仅存在着向西传播的波动,而且还可以产生一类向东传的新波。这种向东传播的波动出现在波长较长的波段范围内,这个范围的大小受海气相互作用强度的制约。另外,波动可以出现不稳定性,向西和向东传的波均有不稳定现象发生,不稳定增长率也受海气相互作用强度的制约。最后,根据所得到的海气相互作用波,对ENSO现象作了一个可能的解释。     

热带海洋海气相互作用的区域差异

用NCEP/NCAR40年再分析1000hPa月平均风场资料及COADS月平均海表温度资料，对热带西、中、东太平洋、热带大西洋和印度洋五个区域的海气异常作了奇异值分解（SVD）。比较区域间SVD的主要参数和分析第一奇异向量及其时间系数表明，热带海气相互作用可区分为三类；热带东、中太平洋属‘单元型’，ENSO是唯一重要的过程，热带西太平洋、印度洋属‘二元型’，除了ENSO过程，还应存在唯一重要的过程；热带西太平洋，印度洋属‘二元型’，除了ENSO过程还应存在另一重要过程，热带大西洋属‘多元型’，其构成复杂，ENSO循环则不明显。     

海气相互作用的零维模式

利用文献[4],本文求出了考虑海气耦合时零维模式的平衡态,讨论了它们的稳定性和现代气候的敏感性问题。 结果表明:气候系统存在三个平衡态,两个稳定态分别表示冰期和间冰期气候;当考虑海气作用时,现代气候条件下的敏感性比不考虑海气作用时小,外参数变化为1%,温度平均变化为1°K左右。 在此基础上,就随机模式的反馈系数提出了不同的看法,对随机分析作了简略探讨,并用实际资料进行了检验。      

太平洋海气相互作用的时空变化

本文根据1957-1976年赤道太平洋海温和北太平洋海平面气压的月平均资料,计算了它们之间全年(1-12月)逐月的时滞相关,分析了北太平洋副热带反气旋影响赤道海温和赤道海温对副高反馈的季节变化.发现它们之间的联系不同季节、不同地区有明显差异:副热带反气旋对赤道海温的影响(负相关)以春季最大,秋季最小;赤道海温的反馈,对副高的不同部分作用不同,对副高主体的作用(正相关)以冬半年最大、夏半年较小(尤其是盛夏),对西部副高脊的作用(负相关)相反,以夏半年最大,冬半年较小.其过渡期为5月和11月.同时对其季节变化的可能原因也提出了一些初步看法.其中特别强调了大型环流背景的基本状态(包括平均垂直环流)对海气相互作用过程的重要性.     

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。      

海气相互作用对台风结构的影响

利用前期工作中耦合试验和未耦合试验对台风Krovanh(2003年)数值模拟的结果,分析了海-气相互作用对台风结构的影响。结果表明,台风引起的海面降温大大降低了海洋向大气输送的潜热通量,同时使得感热通量向下传递到海洋。另一方面,台风引起的海表面温度(SST)降低,反馈到台风使其结构轴不对称性加强,且在中高层尤为显著。分析了台风对称结构的基本特征。     

旱,涝年与海气相互作用

利用１９５１￣１９９１年５００ｈＰａ高度场和海温场以及１９８０￣１９９１年ＴＢＢ资料，采用合成分析方法研究了东亚季风区季节转换在旱、涝年的不同特征。发现旱、涝年海温场分布型的不同及其形成的海气相互作用的差异使得西太平洋副热带高压在涝年季节北进较平缓，其脊线位置稳定在２５°Ｎ左右，强度较强，从而导致夏季风雨带在江淮流域停滞，形成江淮洪涝。中还讨论了中南半岛对流和赤道干旱带的变化对江淮流域旱、涝的先     

旱、涝年与海气相互作用

利用1951～1991年500hPa高度场和海温场以及1980～1991年TBB资料,采用合成分析方法研究了东亚季风区季节转换在旱、涝年的不同特征。发现旱、涝年海温场分布型的不同及其形成的海气相互作用的差异使得西太平洋副热带高压在涝年季节北进较平缓,其脊线位置稳定在25°N左右,强度较强,从而导致夏季风雨带在江淮流域停滞,形成江淮洪涝。文中还讨论了中南半岛对流和赤道干旱带的变化对江淮流域旱、涝的先兆作用。     

热带印度洋的大尺度海气相互作用事件

分析了热带温跃层上海温距平资料后指出 ,在印度洋东西方向的海温距平分布呈现出距平符号相反的偶极子现象 ,在大气中的纬圈环流即Walker环流上也呈现出与海温距平相协调的或匹配的上升和下沉分支 (距平意义下 )分布。这一分析表明 ,印度洋也存在和太平洋类似ENSO的大尺度海气相互作用事件     

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。     

国外对海气相互作用的气象效应的研究概况

近几年来,为了提高长期天气预报的准确率和延长时效,国外普遍重视对海洋与大气相互关系的研究,并在长期天气预报的实际应用中取得一些效果。遵照毛主席“洋为中用”的教导,我们编译了一些这方面的文章,供研究和长期预报工作中参考。——编者     

奇异交叉谱在海气相互作用诊断研究中的应用

利用SCSA（奇异交叉谱分析）方法,对中低纬海气及中低纬环流相互作用的耦合同期信号进行分析。结果表明：在3－7年尺度上海气相互作用关系密切,这个尺度与ENSO循环尺度基本一致,且其振荡行为与ENSO根荡相似．从这个意义上说在中低纬海气相互作用中,ENSO是个强信号;中低纬环流相互作用存在10－12年及准4年的优势耦合周期,其中准4年振荡和ENSO循环尺度相一致．这说明中低纬环流相互作用,除受ENSO影响外,自身还存在10年左右的振荡周期。