Testing theories of the vertical stratification of the ACC against observations

Recent theories of the Antarctic Circumpolar Current (ACC) suggest that its lateral and vertical stratification is controlled by its baroclinic instability: eddies in the ACC not only feed-off the available potential energy stored in sloping isopycnals but play a central role is setting up that stratification. Simple theory makes predictions about how the depth of the thermocline in the ACC depends on the surface winds, the air–sea buoyancy flux and transfer by baroclinic eddies. By examining gridded hydrographic data, here we test some of these predictions against observations. We show that, to a remarkable degree, the buoyancy field in the ACC decays exponentially with depth beneath the mixed layer. The e-folding depth increases equatorward, from less than 500 m on the poleward flank of the ACC to greater then 1000 m on its equatorial flank, in a manner that is broadly consistent with the theory.     

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     

风应力对SST气候场和年际变率作用的诊断及数值研究

相关方法分析Nino3区SSTA和风应力的关系，发现前期风应力距平场与Nino3区SSTA有很好的相关关系，这种相关性超前8个月时就有所显现。影响Nino3区SSTA的主要风应力区域的位置随风应力超前的时间缩短均向中太平洋扩展。数值试验方法研究不同区域的风应力对热带太平洋SST作用的结果表明，强相关区域的风应力对形成和维持热带太平洋SST的气候场的作用不明显，而对SST的年际变率有重要贡献；相反，强相关区域以外的风应力对形成和维持热带太平洋SST的气候场起重要作用，但是对SST的年际变率所起的作用很不理想。     

The effect of Antarctic Circumpolar Current transport on the frontal variability in Drake Passage

The Antarctic Circumpolar Current (ACC) is composed of three major fronts: the Sub-Antarctic Front (SAF), the Polar Front (PF), the Southern ACC Front (SACCF). The locations of these fronts are variable. The PF can shift away from its historical (mean) location by as much as 100 km. The transport of the ACC in Drake Passage varies from its mean (134 Sv) by as much as 60 Sv. A regional numerical circulation model is used to study frontal variability in Drake Passage as affected by a range of volume transports (from 95 Sv to 155 Sv with an interval of 10 Sv). Large transport shifts the fronts northward while the smaller transport causes a southward shift. The mean shifting distance of the PF from the historical mean location is minimum with 135 Sv transport. The SAF and the SACCF are confined by northern and southern walls, respectively, while the PF is loosely controlled by the topography. Due to impact of the eddies and meanders on the PF at several regions in Drake Passage, the PF may move northward to join the SAF or move southward to combine with the SACCF, especially in central Scotia Sea. The SAF and PF are more stable with higher transport. The SAF behaves as a narrow, strong frontal jet with large transport while displaying meanders with smaller transport. In the model simulations, the Ertel Potential Vorticity (EPV) is strongly correlated with the volume transport stream function. EPV at depths between 1000 and 2500 m is correlated with the transport stream function with a coefficient above 0.9. Near the bottom, the correlation is about 0.6 due to the disruptive influence of bottom topography. Within 750 m of the surface, the correlation is much reduced due to the effect of K-Profile Parameterization (KPP) mixing and eddy mixing.     

IAP/LASG海洋环流模式对风应力的响应

为了检验第三代IAP/LASG全球海洋环流模式在模拟20世纪80年代热带太平洋年际变化方面特别是ElNino和LaNina事件的能力,作者使用了三种风应力资料强迫该模式.然后,将模拟的海温同NCEP海洋同化资料相比较.分析表明,在赤道附近,模式对风应力的响应在SST分布、温跃层的描绘以及突出E1Nino和LaNina事件方面同NCEP海洋同化资料有许多共同点.然而,在描绘l0°N以北和l0°S以南的SST异常以及描写季节循环方面,响应是不够精确的.另外,模拟的温度异常滞后于NCEP海洋同化数据两个月左右.     

A Reconstructed Wind Stress Dataset for Climate Research over the Tropical Pacific during a 153-Year Period

There are close relationships between the sea surface temperature (SST) and the surface wind over the tropical Pacific.To study the past climate variability over the tropical Pacific,the long-term monthly wind stress anomalies over the tropical Pacific for the period of 1856–2008 are reconstructed with an SVD (singular value decomposition)-based statistical atmospheric model,where the wind stress anomalies are slave and directly correspond to the SST anomalies.The verification results show that the reconstructed wind stress data have high correlations and a small root mean square (RMS) error with the three reanalysis/simulated surface wind datasets from the last 50 years.In addition,the simulated SST anomalies from an intermediate oceanic model (IOM),which is forced by the reconstructed wind stress,can simulate the realistic interannual and decadal variability of the ENSO (El Nio-Southern Oscillation);this indicates that this new long-term wind stress dataset is useful for various climate studies,especially for the large-scale interannual and decadal variability.     

气候系统模式FGOALS-s2对南半球气候的模拟和预估

针对参加“国际耦合模式比较计划”(CMIP5)的IAP/LASG气候系统模式FGOALS-s2,评估了其对南半球气候平均态的模拟能力,在此基础上,预估了未来不同“典型浓度路径”(RCPs)情景下南半球气候的变化特征.对20世纪历史气候模拟结果的分析表明,模式能够合理再现南半球大气环流气候态分布特征,包括6～8月平均(JJA)南半球双西风急流现象,只是模拟的北支急流偏弱、南支急流偏强.未来气候预估试验中,不同RCPs情景下南半球温度变化以增暖为主要特征,陆地增温大于海洋,只有南大西洋—印度洋海盆存在局部变冷.综合四种不同情景,未来随着温室气体浓度的增加,南半球中纬度高压带将显著加强,绕极低压带将加深.降水呈现出增多的特征,12月到来年2月平均(DJF)强于JJA,海洋强于陆地,只有南印度洋和南太平洋中部局部降水减少.未来不同RCPs情景下,马斯克林高压表现出先减弱后增强的特征,而澳大利亚高压则呈现出先增强后减弱的特征.南极涛动(AAO)的变化表现为:RCP2.6和RCP4.5情景下AAO都表现为先增强后减弱,RCP6.0和RCP8.5情景下都为一致的增强趋势,这主要与四种情景中模拟的未来温度变化结构不同有关.例如在RCP6.0和RCP8.5情景下,南半球高纬高层温度增暖趋势小于中纬地区,使得经向温度梯度增大,中纬度西风加强,60°S以南位势高度减小,最终令AAO增强.     

Simulated Heat Sink in the Southern Ocean and Its Contribution to the Recent Hiatus Decade

A set of numerical experiments is designed and carried out to understand a heat sink in the Southern Ocean in the recent hiatus decade. By using an oceanic general circulation model, the authors focus on the contributions from two types of forcing: wind stress and thermohaline forcing. The simulated results show that the heat sink in the upper Southern Ocean comes mainly from thermohaline forcing; while in the deeper layers, wind stress forcing also plays an important role. These different contributions may be due to different physical processes for the heat budget. The combination of these two types of forcing shows a significant heat sink in the Southern Ocean in the recent hiatus decade, and this is consistent with the observations and conclusions of a similar recently published study.     

风应力对热带斜压海洋的强迫

利用一个线性的具有不同密度、温度的热带海洋两层模式,分析了热带西太平洋对纬圈风应力的响应.解析地求得热带西太平洋温跃层厚度、洋流及海温分布.结果表明次表层温度变化明显要比表层海温变化大,同时在大洋西部次表层发展起来的扰动向东传播能引起海温分布形态的异常.理论结果支持观测己表明的热带西太平洋物理量的变异在ElNino/La Nina事件中起着重要作用的事实.     

卑尔根气候模式中大西洋热盐环流年代际与年际变率的气候影响

利用一个全球海气耦合模式--卑尔根气候模式的积分结果,揭示了与大西洋热盐环流(THC)年代际和年际振荡相对应的气候异常型.年代际振荡发生在全海盆尺度,伴有亚速尔高压的增强、冰岛低压的加深;年际振荡发生在局地尺度,伴有亚速尔高压的减弱.这两种海平面气压异常型都反映了北大西洋涛动(NAO)活动中心的强度变化,两种变率型对应的拉布拉多海对流活动都加剧.但伴随局地尺度的THC调整,伊尔明格海的对流活动减弱.蒸发异常对拉布拉多海表层盐度异常的影响较为显著.分析表明,局地尺度的THC振荡主要是对大气强迫的被动响应,而海盆尺度THC振荡的实质是反映整个输送带的强度变化,其气候意义要大于THC的局地振荡.     

Abrupt Climate Change around 4 ka BP:Role of the Thermohaline Circulation as Indicated by a GCM Experiment

A great deal of palaeoenvironmental and palaeoclimatic evidence suggests that a predominant temperature drop and an aridiflcation occurred at ca. 4.0 ka BP. Palaeoclimate studies in China support this dedution. The collapse of ancient civilizations at ca. 4.0 ka BP in the Nile Valley and Mesopotamia has been attributed to climate-induced aridification. A widespread alternation of the ancient cultures was also found in China at ca. 4.0 ka BP in concert with the collapse of the civilizations in the Old World. Palaeoclimatic studies indicate that the abrupt climate change at 4.0 ka BP is one of the realizations of the cold phase in millennial scale climate oscillations, which may be related to the modulation of the Thermohaline Circulation (THC) over the Atlantic Ocean. Therefore, this study conducts a numerical experiment of a GCM with SST forcing to simulate the impact of the weakening of the THC. Results show a drop in temperature from North Europe, the northern middle East Asia, and northern East Asia     

贵州省2002年秋风特点及成因

使用1980—2016年的月平均NCEP再分析资料、贵州省84个国家观测站8—9月逐日气候态要素值(1981—2010年的30 a平均)以及贵州省2002年8—9月气温、降水逐日资料对2002年贵州省出现的特重秋风过程进行分析。结果表明：8月9—23日期间,贵州中西部地区秋风持续时间在9 d以上,大部分地区在12 d以上,而威宁站长达15 d,达特重秋风过程。从春季开始,赤道太平洋地区海表温度自西向东异常偏暖,Nino3.4区持续时间最长,8月到达最强,导致欧亚大陆中高纬地区经向环流明显且稳定维持,欧洲西海岸、欧亚大陆东北部经贝加尔湖至我国北方地区高度场偏高,欧洲中部明显偏低,我国东北偏低,槽后冷空气较强并南下;孟加拉湾及南海地区的气旋性环流的偏南风与北方南下的冷空气交汇于贵州省,形成静止锋并持续较长时间;8月9—23日期间的4个台风有利于水汽输送和环流维持,使贵州省2002年8月低温多雨,秋风灾害严重,尤其造成了8月9—23日持续时间最长的秋风过程。     

基于风速高相关分区的风电场风速预报订正

为了提高风电场风速预报和功率预测的精度和准确率,并考虑风机测风数据的不稳定因素,以多年服务的内蒙古中部某风力发电场A为研究区,在勘察风电场地形及风机布局后,按照季节、风向进行风机间风速时空相关性分析,划分出风机轮毂高度风速高相关为典型特征的风机网格分类片区,采用卡尔曼滤波方法,通过直接和间接两种订正方案,分别进行风机片区风速订正。结果表明:风速高相关风机片区的划分,对于提高风电场风速预报及功率预测精度和准确率具有一定作用,利用风电场区测风塔梯度观测风速,对风机片区进行间接订正,可有效改善数值模式预报风速,15个片区类型下相关系数由0.18~0.72提高至0.67~0.91,误差绝对值由1.6~2.9 m·s-1降低至1.0~1.5 m·s-1。     

2014—2018年哈密巴里坤机场风特征分析

本文以大河气象站为代表站,对2014年7月～2018年6月巴里坤机场风的特征进行统计分析,结果表明：（1）巴里坤机场主导风向受地形影响,白天盛行W风,夜间盛行E风;（2）巴里坤机场风速具有明显的日变化和季节变化,白天风速大于夜间,春季风速大,冬季风速小;（3）巴里坤机场大风多出现在4-6月,风向频率多为偏西北风;（4）西北路径（经向型）和偏西路径（纬向型）的强冷空气造成巴里坤机场西北大风,冷平流强,气压梯度大,锋区明显。偏东大风时为“Ω”型环流,位于脊前出现东北大风,位于脊后出现东南大风,低层锋区不明显,东北大风时无明显冷暖平流,东南大风时暖平流较强。     

极端高温天气对玉米产量的影响及其与大气环流和海温的关系

高温热害已成为玉米生长过程中的一个重要威胁。本文中,我们定量分析了省份尺度上夏季极端高温日数对玉米产量的影响,结果表明在中国不同省份,当高温指数增加一个标准差时,玉米减产范围为-1.56%~-15.06%,其中以东北、华北地区减产最为严重。进一步分析表明,在1990年代中后期东北、华北极端高温日数显著增加,发生突变。当东北、华北上空500 h Pa位势高度场出现正异常时,天气比较晴朗,入射太阳辐射增加,使得地面温度升高,有利于极端高温天气的出现;而风场上,东北地区尤其是黑龙江盛行西风,经向环流减弱,冷空气不易入侵,使得该区温度偏高,华北地区则以偏南风为主,来自中国内陆的温暖气流被带到该地,为极端高温天气的发生创造有利条件。影响东北极端高温天气的关键海域位于黑潮地区,而ENSO对华北极端高温日数的影响更大,当ENSO指数异常偏高时,西太平洋副热带高压偏东,华北水汽输送通道受阻,水汽辐散,且盛行下沉运动,华北地区易出现高温、干旱天气。     

ENSO对黑潮海区风应力异常影响的初步探讨

利用近50a黑潮海区风应力场与Nino3区海温指数序列进行相关分析后发现,ENSO对黑潮海区经向风应力影响的“关键时段”为秋、冬季至次年初夏时期,对纬向风应力影响的“关键时段”为冬季至次年春季。黑潮海区风应力距平场与赤道中东太平洋SSTA场的扩展SVD分析及相应的合成分析揭示了ENSO期间黑潮海区风应力异常结构的演变：秋季,中国的东海、琉球群岛附近海域首先出现南风应力异常;冬季,吕宋岛以北、台湾以东的海域出现西南风应力异常,其影响范围和强度在次年2月前后达到最强,其后迅速减弱,至5月,风应力异常基本消失。赤道中东太平洋SSTA对黑潮海区经向风应力异常的影响范围较大,强度更显著。     

极端风速分布模式在我国各气候区域的适用性

选用我国各气候区１１个较长资料年代的台站，分析韦伯尔分布，皮尔逊Ⅲ型分布和极值Ⅰ型分布对最大风速和极大风速的适用笥，揭示出极值Ⅰ型是最佳模式，韦伯尔分布最差。而且这个结论几乎适合于全国。     

热带太平洋海温年际变化对海表风应力的响应及其敏感性试验

在GFDL海洋模式的基础上发展了一个高分辨率的太平洋环流模式,模式较好地模拟出太平洋上层海温的气候状态及其季节和年际变化的主要特征。用观测的1985～1995年海表风应力去强迫模式,清楚地模拟出相应的暖事件和冷事件。敏感性试验揭示,日界线附近持续的西风距平愈强,赤道中、东太平洋增暖愈大,其影响向东传播扩展,5个月左右可达太平洋东岸,传播速度与西风应力距平强度关系不大。     

山东2009年10月降水气候背景及前期海温与大气环流特征

利用1951—2009年北半球500hPa高度、北太平洋海温、环流特征量、降水等资料,采用相关分析、合成分析、经验函数正交分解(EOF)、子波分析等多种统计技术,对影响山东2009年10月降水趋势的各种因素进行分析和研究。结果表明:山东10月降水大致存在3种降水分布型;在不同时间尺度的气候背景上,2009年10月山东基本处于一个少雨或由少雨向多雨转换的气候阶段;2009年春季加利福尼亚冷流的减弱,2009年6月开始的厄尔尼诺事件及6月起西太平洋副高持续的偏强、偏西、正常或偏南状态,各种指标均指示山东10月降水偏少的可能性大,预测与实况基本吻合。     

风电场对气候变化影响研究进展

综述了国际评估风电场对局地和全球气候变化的短期和较长期的可能影响,并且将其影响与人类排放的影响作简单的对比.大量的观测和数值模拟研究表明,风电场的运行明显减小下游风速,同时随局地近地层稳定度的不同也造成下游温度明显上升或下降.一些数值模拟研究表明,如果全球建立大量大型风电场,例如假定全球使用风能占总能源10％以上,即全...