东海台风状况下海-气界面热量交换

为探索台风与海洋相互作用,用实测资料,计算了在东海和南海活动的共9个台风海-气界面热量交换值。结果：发现台风环流内,水温小于露点时,潜热出现负值,反之为正值,水温与露点相同时,潜热量值为零;台风环流内海-气界面热量交换强烈,主要贡献来自潜热,水温、气温均是下降趋势,气温下降更为明显;夏季,东海和南海海-气界面热量交换值量相近,海洋对大气响应为主。秋、冬季,海-气界面热量交换比夏季强烈,大气对海洋响应为主。结论：台风对海洋响应为主;秋、冬季,海-气界面热量交换,东海比南海更加强烈。     

东海台风状况下海-气界面热量交换

为探索台风与海洋相互作用,用实测资料,计算了在东海和南海活动的共9个台风海-气界面热量交换值。结果:发现台风环流内,水温小于露点时,潜热出现负值,反之为正值,水温与露点相同时,潜热量值为零;台风环流内海-气界面热量交换强烈,主要贡献来自潜热,水温、气温均是下降趋势,气温下降更为明显;夏季,东海和南海海-气界面热量交换值量相近,海洋对大气响应为主。秋、冬季,海-气界面热量交换比夏季强烈,大气对海洋响应为主。结论:台风对海洋响应为主;秋、冬季,海-气界面热量交换,东海比南海更加强烈。     

台风移动规律的研究 Ⅲ.台风与外界水平动量交换的影响

着重分析了流场半非对称台风的流入层和流出层与外界的水平动量交换影响台风移动的定性特征，结果表明，主要流入通道或主要流出通道位于台风右（左）侧时，有利于台风加速，左折（减速、右折）；当主要流入通道或主要流出通道位于台风后部（前部）时，有利于台风加速，右折（减速、左折）。     

台风移动规律的研究 Ⅲ.台风与外界水平动量交换的影响

着重分析了流场半非对称台风的流入层和流出层与外界的水平动量交换影响台风移动的定性特征。结果表明，主要流入通道或主要流出通道位于台风右（左）侧时，有利于台风加速、左折（减速、右折）；当主要流入通道或主要流出通道位于台风后部（前部）时，有利于台风加速、右折（减速、左折）。     

中尺度海-气耦合模式GRAPES_OMLM对台风珍珠的模拟研究

利用全球/区域同化与预报系统GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)和改进的Mellor-Yamada型海洋混合层模式OMLM(Ocean Mixed Layer Model),建立了一个新的中尺度海-气耦合模式GRAPES_OMLM,并利用该模式对发生于南海的台风珍珠(0601)进行了模拟研究,检验了GRAPES_OMLM对台风的模拟性能,并分析了局地海-气相互作用对台风的影响。结果表明,GRAPES_OMLM基本能模拟出台风天气过程中的主要物理过程。考虑了海-气相互作用的耦合试验所模拟出的台风强度、近台风中心最大风速以及台风后期移动路径,相对于两组控制试验(单独大气模式)的模拟结果都有较大的改进。而且,采用逐日变化海表温度作为下边界条件的控制试验2的模拟结果相对于SST不变的控制试验1更接近观测。耦合模式GRAPES_OMLM能较好地模拟出台风过境海表温度的变化,台风珍珠在其路径右侧有超过4.0℃的降温。SST的变化和海表风应力的变化呈反相关系,风应力的增大伴随着海洋近表层湍流动能(TKE)的加强,大风动力作用是SST降低的主要原因。SST的降低致使海洋向台风输送的热通量减少,进而削弱了台风的强度并改变台风环流结构,同时通过改变位势涡度趋势的一波结构(WN-1)来影响台风的移动路径。     

中尺度海-气相互作用对台风暴雨过程的影响研究

利用中尺度海-气耦合模式MCM对两个典型台风过程进行了数值模拟试验,定量地分析了海-气相互作用对台风暴雨的影响,并探讨了这一影响的物理机制。结果表明,模式MCM能成功模拟台风的路径、强度以及台风暴雨的落时、落区。考虑海-气相互作用能使台风中心气压48和72 h分别回升9.9和3.5 hPa,使后续时段的台风对流性降水减小40~100 mm,还明显改变了非对流性降水分布。耦合与非耦合试验对比分析初步表明,海-气相互作用影响台风暴雨的机制是一种通过台风大风区附近海平面温度(SST)下降来调节的负反馈机制。     

1986年东海与南海的海-气界面热量交换

采用实测资料计算1986年7—12月东海和南海观测海域海-气界面热量交换。结果表明：7—9月上旬,大气向观测海域输送热量是主要现象,因为这时的气温比水温高,潜热通量与感热通量出现反相变化,天气晴好,海洋大量吸热;9月中旬—12月,观测海域向大气输送热量是主要现象,东海表现得比南海更为明显,主要贡献来自潜热通量和感热通量。受冷空气影响时,感热通量重要;在热带辐合带和热带气旋系统内海-气界面热量交换强烈,大气对海洋的响应为主。     

强风天气条件下海气动量交换参数的观测分析

利用近岸海上气象平台对登陆台风“黑格比”近海层风廓线观测资料,计算分析了近海层大气的湍流动量通量交换参数,以期认识高风速情况下的海气动量交换特征.数据分析结果显示,当海面上方 10 m处风速U10≤24 m/s时,摩擦速度(U*)随风速的增大而增大,当U10＞24 m/s时,U*呈饱和趋势.海面粗糙度长度(Z0)、拖曳系数(Cd)在低风速( U10≤6 m/s)随风速的增大而减小,在U10处于6～24 m/s之间时,Z0、Cd随风速的增大而增大,当U10＞24 m/s时,Z0、Cd达到极值后开始减弱.Z0、Cd极值出现在U10为24～28 m/s之间.并对高风速时拖曳系数衰减现象的对应机制进行了讨论.另外,还探讨了台风期间的阵风因子(G(t,T))等参数的演变特征.     

大气层结和海气交换作用影响的海面风剖面研究

风速剖面是各类工程结构抗风设计的关键参数。为了准确估算近海各类工程建筑结构承受的风荷载作用,通过在对数风剖面中引入大气稳定度函数和拖曳系数来刻画大气层结和海气交换作用对近海风速剖面的影响并建立相应的模型,最后利用强台风"黑格比"(0814号)的实测数据对模型进行了验证。研究结果表明:大气层结和海气交换作用对台风"黑格比"风速剖面有一定的影响,考虑大气层结和海气交换作用的风速剖面较对数剖面更能准确描述台风过程的风速剖面特征。     

中国热带海-气相互作用与ENSO动力学及预测研究进展

国际上针对海洋-大气系统的观测、理论和模拟方面已经开展了广泛而深入的研究,为短期气候预测水平的不断提升奠定了坚实基础,这其中中国学者做出了许多重要贡献。文中简要回顾了中国学者70年来在热带海-气相互作用与ENSO动力学及预测方面的研究进展。其中,热带海-气相互作用部分主要涉及4个方面的内容:热带太平洋气候特征与ENSO现象、热带印度洋海温主要模态及其与太平洋相互作用、热带大西洋海温主要模态及与海盆的相互作用、中高纬度海-气系统对ENSO的影响;ENSO动力学包括7个方面的内容:基本理论的相关研究、ENSO相关的诊断与模拟研究、两类ENSO相关研究、ENSO触发机制相关研究、ENSO与其他现象的相互作用、外部强迫与大气遥相关、气候变化与ENSO响应;ENSO预测主要包括2个方面的内容:动力-统计ENSO预测方法、ENSO预测系统与应用。最后,还讨论了上述相关方面亟待解决的问题。     

上对流层-下平流层交换过程研究的进展与展望

上对流层和下平流层(UTLS)区域的高度范围大致为5～20 km.UTLS区域大气成分的分布及变化对于认识气候长期变化也极为重要,因为该区域的臭氧是一种有效的温室气体,其中的水汽、卷云和气溶胶对太阳短波辐射和地球长波辐射有很强的调制作用,因而对于天气和气候变化产生不可忽略的辐射强迫作用; UTLS区域中,还有航空业的飞机排放,强对流云云中与云上闪电产生相当量的NOx,这些都对UTLS区域乃至更高及更低层大气的化学成分与分布产生重大影响.该文介绍上对流层和下平流层区域的交换过程研究的意义和手段,同时介绍有关研究的进展,重点回顾近年来国内一些学者开展的工作.另外,还列举一些研究问题和方向,最后重点展望青藏高原上空上对流层-下平流层区域的研究,因为该地区UTLS交换过程不仅具有显著区域特征,而且在全球平流层-对流层交换中可能有重要贡献.     

区域台风-海洋耦合模式的构建及应用研究

由于海洋业务化预报模式对中尺度涡等海洋中、小尺度物理过程的准确预报仍然具有较大困难,因此,区域台风-海洋耦合模式初始化采用稳定基态的海洋数据是当前的有效手段。本文通过对两组台风个例的模拟,检验了基于稳定基态海洋数据的区域台风-海洋耦合模式的模拟效果,并通过6组敏感性试验,研究了初始台风最大风速半径（Radius of maximum wind speed,RMWS）对耦合模式模拟结果的影响。结果表明:初始台风RMWS的影响贯穿整个模拟阶段,RMWS越大,下垫面热通量输送量级越大,台风强度越强。在台风强烈的风场作用下,海温反馈也越显著,从而引起热通量降低幅度增大。RMWS作为与台风结构密切相关的物理量在度量台风强度中起到了重要作用。     

海-气振荡子的动力行为与不稳态演化的研究

从数学上严格证明了非线性随机海-气振荡子模型存在一个稳定的极限环;随后转换成Fokker-Planck方程(FPE),从非平衡系统动力学角度首次研究ENSO从不稳态向稳态演化的问题。研究表明:(1)当初始处于不稳定的状态向稳态演化时,在最不稳定流型的决定下,系统只向一对对称的稳态演化,一稳态释为准正常的气候状态;另一稳态释为异常气候状态,即强ENSO状态;(2)若初始条件分布不在原点,由确定性方程可知,系统将向反对称的稳态演化,但在随机力的作用下,产生了与确定系统有本质区别的结果,即当t→∞时,绝大部分概率仍然对半地分布在对称势井内,而反对称势井内几乎不存在概率分布,计算结果与观测事实相吻合;(3)从动力学宏观理论上来看,准气候正常态与强ENSO是两个平衡态,遵循统一的动力学理论框架,它们有相同的时空尺度;ENSO是南方涛动和El Ni~no循环的统称,将它们纳入统一的框架体系来研究,说明它们的合理性;但从微观理论上看,南方涛动、El Ni~no和La Nina三者又反映出气候不同的位相,如何反映出El Ni~na和La Nina位相转换等,应建立它们本身的动力学框架。     

EAWM流型域——一种与东亚冬季风异常相联的海-气耦合流型域

提出海-气耦合流型域的概念,并探讨了与东亚冬季风异常有关的耦合流型域——EAWM 流型域。本文得出如下结果: 利用ECMWF分析资料10年的冬半年500 hPa高度场和同期COADS资料SST场,在SVD分析和聚类分析的基础上确定了三个海-气耦合流型域。第一个和第二个耦合流型域以ENSO事件冷暖位相与北太平洋/北美区的正负位相PNA型之间的关系为主要特征。第三个耦合流型域,即EAWM流型域则以强东亚冬季风环流型以及类似于La Ni?a事件冷暖分布却有明显区别的SSTA型为主要特征。数值试验结果表明,EAWM流型域的SSTA型,作为强迫,有利于东亚冬季风活动的加强并导致对应的大气型。数值试验同样证实,与强东亚冬季风活动相联系的EAWM流型域的大气型,作为强迫,可以导致该耦合流型域海温异常型的形成和维持。EAWM流型域的SSTA型和大气型间的这种双向相互作用导致正反馈过程,从而展示了该耦合流型域形成的主要特征,即以强东亚冬季风活动衔接的热带海-气相互作用以及热带内外大气相互作用。     

海-气界面通量计算模式的敏感性试验研究

利用<2000年南海海气通量观测>外场观测资料对海气通量计算模式进行了敏感性试验.试验分析结果表明:感热通量对观测要素的观测误差比较敏感,因而其计算结果的误差较大;相反,潜热通量和动量通量对观测要素的观测误差相对不太敏感,因此,它们的计算结果比较可靠.试验结果也证实了表面通量计算的合理性,其结论可用于对实测资料进行误差检测.     

耦合海-气环流模式中双热带辐合带现象及其热收支分析

文中研究了耦合海-气环流模式中的双热带辐合带(Double ITCZ)现象,并对这一现象的成因从海洋热量收支的角度进行了初步分析。Double ITCZ现象是在热带太平洋赤道南北两侧各出现一条ITCZ的现象,这是耦合海-气环流模式中的较为普遍的一种异常现象,与实际气候中出现的Double ITCZ现象并非指同一问题。文中对比观测和模式结果,指出了Double ITCZ现象的主要特征,针对它的出现过程进行细致分析,再利用模式输出的热量收支各项进行统计,得到了从海洋热收支分析得到的海表温度变化原因。与观测到的正常模态相比,Double ITCZ是一个异常的模态,它的特征突出地表现为西太平洋暖池区的降温和东南太平洋10°S附近的升温。海洋热量收支分析表明,暖池区的降温主要是受到扩散的作用,而表层平流的异常增暖在决定异常辐合带区升温过程中占第一位的作用。     

“海洋性大陆”观测研究计划介绍及中国参与进展

正1"海洋性大陆"观测研究计划介绍海洋性大陆(Maritime Continent,以下简称MC)是指由中南半岛、菲律宾群岛、印度尼西亚群岛、新几内亚岛等众多岛屿和中国南海及一系列浅海组成的区域(图1),该地区地处太平洋、印度洋、亚洲、大洋洲的连接地带,是中国战略构想"海上丝绸之路"的必经之地。MC地区特殊的地理位置、复杂的海陆分布和地形状况,使其成为连接太平洋和印度洋、地球大气低纬度和中高纬度地区、以及对流     

近35 a南海海-气温差不同资料比对及变化特征分析

基于ICOADS、ERA-Interim 2种资料,对近35 a南海海-气温差空间分布进行比对,并使用经验正交分解及小波分析讨论了该区域海-气温差的时空分布变化特征。结果表明:ICOADS及ERA-Interim资料均可反映南海海-气温差的实际分布,但同一区域内ERA-Interim下的海-气温差数值较ICOADS偏低,且ERA-Interim在近岸特征不明显;南海南北部海-气温差呈跷跷板型变化,4、5月达南负北正峰值,11月达南正北负峰值;夏、秋季南海海-气温差的年际变化呈波动下降趋势,夏季海-气温差在北部湾与南海主体海域间呈跷跷板关系,秋季南沙群岛海域存在明显海-气温差高值区;四个季节南海海-气温差准3 a振荡周期显著,冬、春季还具有准11 a 振荡周期;海-气温差与夏、秋季Ni?o3.4指数呈正相关,冬、春季呈负相关。      

北太平洋冬季海-气耦合的主模态及其与瞬变扰动异常的联系

利用45年的ECMWF 再分析资料,使用SVD方法研究了冬季北太平洋地区表层海温(SST)异常与大气环流异常间的主要耦合模态,探讨了大尺度海-气耦合型与天气尺度瞬变扰动的相互关系.分析结果表明,中纬度北太平洋地区冬季存在两种主要的海-气耦合型,第1种耦合型反映了与ENSO紧密相关的中纬度北太平洋冬季海温异常分布型以及大气的PNA型,第2种耦合型SST 异常集中在东亚沿海以及中纬度北太平洋海流区,相应的大气场则为暖(冷)SSTA上空东西向带状区域内位势高度偏高(低),明显独立于ENSO型.进一步的合成分析表明,在第1种耦合型SST正(负)异常年里,冬季阿留申低压主体位置偏西南(东北),从东北亚到北美西海岸的西北-东南向带状区域内是低层大气温度正(负)异常区和高层西风负(正)异常区,西风负(正)异常中心位于西风急流出口处的北太平洋中东部,而西风急流主体区的风速变化很小.在第2种耦合型东亚沿海至中纬度北太平洋海流区SST偏暖(冷)时,阿留申低压整体偏弱(强),SST暖(冷)异常上空的大气温度偏暖(冷),高层西风急流区西风偏弱(强).两种耦合型均显示出在北太平洋中纬度地区大气和海洋的异常相关中心有很好的空间对应性.在两种耦合型下,中纬度北太平洋冬季的大气斜压性也发生截然不同的改变,引起中纬度天气尺度瞬变扰动活动异常.瞬变扰动异常的动力强迫作用对北太平洋西风异常的形成存在正反馈作用,而其热力作用则试图破坏与两种海-气耦合模态相关的大气温度异常型.